东营凹陷孔二段烃源岩生烃模拟研究

刘 鸽

(中国石化胜利油田物探研究院，山东 东营 257100)

东营凹陷是一个油气资源丰富的油气产区。随着中浅层勘探程度的不断增加，发现大规模的油气越来越难。拓展勘探空间、提高勘探发现成为油田勘探工作的重要攻关内容，向深层进军也成为大势所趋，因此对烃源岩的认识尤其重要。孔店组在东营凹陷分布范围较广，埋深大，厚度最大超过几千米，受限于钻井密度和演化程度，钻井揭示的孔店组烃源岩有机碳含量相对较低，烃源岩品质以中等到差为主[1]。由于孔店组沉积时期，地层分布不均，厚度差异大，不同井位都有较厚的泥岩发育，有理由相信在有利的沉积部位会发育有品质优良的烃源岩，邻区黄骅坳陷、冀中坳陷和昌潍坳陷等地孔店组烃源岩的发育也表明在东营凹陷具有发育孔店组烃源岩的可能。烃源岩生排烃过程的研究是认识这套烃源岩的重要内容，也是进行油气成藏过程分析的基础，有限的取心资料限制了实验分析研究烃源岩生排烃特征的开展，而借助于盆地模拟技术则可以有效的实现这一目的。盆地模拟是含油气盆地研究中的一个重要手段，基于基本的石油地质原理，盆地模拟可以定量恢复盆地埋藏史、烃源岩生烃史、油气运聚史，其中埋藏史和烃源岩生烃史研究最为成熟，结果最为可靠[2]。本文通过选择具有代表性的钻至孔二段的井，合理的设置模拟参数，开展单井模拟，实现了孔二段烃源岩生烃史特征的研究。

1 区域地质概况

东营凹陷是济阳坳陷内最大的一个次级负向构造单元，北部为陈家庄凸起，南部紧邻鲁西隆起和广饶凸起，面积约为 5850 km2(图1)。古近系发育了孔店组、沙河街组和东营组三套地层，主要的烃源岩发育在沙四段和沙三段，孔二段被认为是一套潜在发育的烃源岩[3]。孔店组沉积时期属于盆地断陷作用的初始期，构造活动强烈，孔店组自下而上分为孔三、孔二、孔一三个段，其中孔二段主要发育了灰色、深灰色泥岩夹砂岩、含砾砂岩、油页岩、碳质泥岩。凹陷在古近系发育了湖泊-三角洲为主的沉积体系，孔店组和东营组沉积之后，发生了构造抬升和剥蚀[4]。东营凹陷油气资源丰富、勘探程度高，自下而上在古生界、中生界和新生界多套地层中都有油气发现。一般认为研究区沙河街组烃源岩经历了2期生排烃，对应了2期油气运聚成藏，分别为东营期和明化镇至现今。

2 盆地模拟参数

盆地模拟是建立地质模型，合理设置相关地质参数，利用软件算法获得模拟结果，最终获得相关地质认识的过程。软件模拟的基本流程是建立合理地层格架、有效的设置模拟的边界条件和烃源岩参数，通过软件算法完成模拟。相关参数的设置是完成模拟的基础，也是决定模拟结果可靠程度的关键因素。

2.1 地层基础参数

地层格架的合理设置是盆地模拟结果准确性的关键因素，一方面依赖于现今地层的准确划分和岩性设置，另一方面要求剥蚀厚度和时间的准确厘定。本次模拟选择2口典型井位于凹陷的不同位置，结合录井资料、测井资料和分层数据，确定各层的厚度、不同岩性的百分比，采用软件内置的混合岩性计算方法，实现不同层位岩性的设置。在此基础上，可以实现对应的岩石物理参数、热力学参数等的定义。研究区在孔店组沉积期后和东营组沉积期后经历了2次构造抬升和剥蚀事件，并在空间上产生了不同的剥蚀厚度。前人通过等效厚度法等方式，确定了两期剥蚀厚度在平面上的分布特征。其中，W46井受2期构造剥蚀作用的影响，而SHK1井仅受到1期构造剥蚀作用的影响。根据具体井位，读取了对应井段的剥蚀厚度，表1展示了用以盆地模拟的2口井基本地层信息。2口井由于所处位置的不同，其孔二段埋深差异大，其中W46井孔二段在 4500 m 左右，而SHK1井孔二段埋深达到了 7000 m，2口井分别位于孔二段沉积时期的湖盆边缘和中心(位置见图1)，其模拟结果也可以有效的反应烃源岩的整体成熟演化特征。

表1 东营凹陷钻至孔二段典型井基本地层信息

2.2 边界条件

模拟过程中的边界条件定义了沉积层热演化过程中的基本能量条件，特别是对烃源岩的成熟演化过程具有重要的控制作用，直接影响了烃源岩随时间变化的成熟特征。模拟过程的边界条件包括热流、古水深和沉积水表面温度。前人在东营凹陷进行了大量的盆地基础特征研究，在研究区的相邻地区也有盆地模拟工作开展过。结合前人的研究成果[5-6]，确定了本次模拟各关键地史节点的相关参数值(表2)。

表2 东营凹陷各模拟时期古水深、沉积水表面温度及热流值

2.3 烃源岩基础参数

孔二段在东营凹陷厚度较大，最高可达 800 m 以上，暗色泥岩厚度一般在100～400 m。由于埋深差异大，镜质体反射率最低在0.5%左右，最高可达4.0%以上。孔二段沉积时期具有“湖小水深”的特点，边部揭示的孔二段由于所处的相带不理想，其烃源岩品质也较差，而深部揭示的烃源岩则由于成熟度太高，也影响了其有机碳含量(TOC)的有效判断。考虑到孔二段沉积背景以及邻区烃源岩发育的特征，认为该段在研究区合适的区带可以发育好烃源岩。根据实测的TOC，结合TOC的恢复系数，将烃源岩原始TOC定为2%～3%，氢指数(HI)定义为 500 mg(HC/TOC)。结合烃源岩发育地质背景，烃源岩有机质生烃模型选择软件内置的Tissot_in_Waples(1992)_TII_Crack模型。

3 模拟结果分析

在建立了地质格架、确定了模拟的边界条件和烃源岩基本参数的基础上，通过PetroMod软件对2口钻至孔二段的典型井进行了盆地模拟，获得了2口井的埋藏史和热演化史等。

3.1 烃源岩成熟演化史

从单井的烃源岩成熟度模拟结果图(图2)来看，SHK1井孔二段中的Ro(在4.03%～4.49%)和W46井孔二段的Ro(在1.01%～1.22%)，与实测的Ro相差不大，表明了模拟结果具有较高的准确性。由于2口井在凹陷中所处的位置不同，经历的构造演化过程存在差异，可以清晰的看出它们的埋藏史和热演化史存在不同的特征。SHK1井在 25 Ma 年以前是一个持续埋深的过程，Ro随着埋深增加具有不断增加的特征，孔二段底界在 55 Ma 左右就进入生烃门限(Ro达到0.55%)，到52Ma时，其底界Ro已经达到1.0%，50 Ma 时底界Ro在1.2%以上，48 Ma 时底界Ro达到2.0%以上。整体来看，该井孔二段烃源岩在很早就进入生烃门限，并在很短时间内达到高演化程度。W46井热演化呈现出不同的过程，孔二段底界在 45 Ma 进入生烃门限，41 Ma 时Ro达到0.7%，开始进入大量生烃阶段，直到 35 Ma 左右Ro才达到1.0%，之后地层缓慢沉积，Ro缓慢增加，至今也仅在1.2%左右(图2)。

3.2 烃源岩生烃史

通过对2口井孔二段生烃速率演化过程进行分析，可以进一步了解孔二段烃源岩生烃史。从Ro演化史已经得知，2口井经历了不同的埋深和热演化过程，进而也导致它们的生烃过程存在明显的差异。从模拟结果来看，2口井孔二段均在很早的时候就达到了生烃高峰，SHK1从埋藏开始，在很短时间内就开始生烃，生烃速率在短期内迅速增大，并且在 50 Ma 左右达到生烃高峰；W46井生烃过程相对滞后，沉积初始时候，生烃速率增加缓慢，从 43 Ma 开始，生烃速率迅速增加，并且在 38 Ma 左右达到生烃高峰(图3)。

图2 东营凹陷SHK1井(上)和W46井(下)Ro模拟结果图

图3 东营凹陷SHK1井和W46井孔二段生烃速率模拟结果

SHK1井和W46井分别位于孔二段沉积时期的沉积中心和沉积边缘，2口井的生烃过程基本可以限定该层段的生烃过程。另一方面，烃源岩大量生烃的时间也往往对应排烃时间，且略早于成藏时间，因而可以认为 50 Ma 至 38 Ma 年是孔二段烃源岩生成的油气运聚成藏的时间。需要注意的是，由于2口井均未钻穿孔二段，对其底界沉积时间的确定可能存在部分误差；另一方面，对岩性的设置也难以达到实际的状态。加之，边界条件的求取过程中在所难免的会有误差，最终的模拟结果可能与实际地质演化过程存在偏差。但无论如何，本研究都通过合理的地质模型建立和模拟分析，实现了孔二段烃源岩生烃特征的分析，对于进一步认识该套烃源岩生烃演化过程、指导油气勘探具有积极意义。

4 结论

1)模拟所选的2口井分别属于湖盆边缘和中心，其成熟特征反映了该套烃源岩整体的演化过程。湖盆中心的SHK1井在 55 Ma 进入生烃门限，湖盆边缘的W46井在 45 Ma 左右进入生烃门限，可以认为这套烃源岩整体在55～45 Ma 之间开始生烃。

2)生烃速率的分析表明，SHK1在 50 Ma 左右达到生烃高峰，W46井在 38 Ma 左右达到生烃高峰。整体来看，孔店组烃源岩具有达到生烃高峰时间早、持续时间久的特征，对于研究区早期成藏，尤其是深部地层的早期成藏具有积极意义。