遼東灣地區(qū)古近系烴源巖熱演化模擬

摘 要

摘要：為研究渤海東北部海域遼東灣地區(qū)烴源巖的演化史，運(yùn)用盆地模擬技術(shù)，在恢復(fù)該區(qū)熱演化史和埋藏史的基礎(chǔ)上，利用EASY%Ro計(jì)算模型對(duì)10條測(cè)線進(jìn)行烴源巖成熟度演化分析，勾畫出烴
摘要：為研究渤海東北部海域遼東灣地區(qū)烴源巖的演化史，運(yùn)用盆地模擬技術(shù)，在恢復(fù)該區(qū)熱演化史和埋藏史的基礎(chǔ)上，利用EASY%Ro計(jì)算模型對(duì)10條測(cè)線進(jìn)行烴源巖成熟度演化分析，勾畫出烴源巖演化平面圖，得出遼中凹陷和遼西凹陷烴源巖的演化特征。研究結(jié)果表明：①遼中凹陷中北洼熱演化程度明顯高于南洼；②遼西凹陷北洼、南洼、中洼熱演化程度基本相同；③遼中凹陷比遼西凹陷熱演化程度高；④現(xiàn)今，遼中凹陷深部古近系沙河街組三段和沙一、二段烴源巖處于高成熟階段，凹陷邊緣處于重要生油區(qū)，遼西凹陷主力烴源巖處于生油氣高峰。
關(guān)鍵詞：埋藏史；烴源巖；熱演化；成熟度；盆地模擬；鏡質(zhì)體反射率；遼東灣地區(qū)
    盆地模擬是近25年發(fā)展起來、用于定量模擬盆地的油氣演化史的熱門技術(shù)[1～2]。盆地?cái)?shù)值模擬中的埋藏史、熱史和有機(jī)質(zhì)成熟史模擬，其地質(zhì)模型和計(jì)算分析模擬內(nèi)容已較成熟。遼東灣地區(qū)處于渤海北部，是我國(guó)重要的海洋油氣探勘區(qū)。為詳細(xì)研究遼東灣地區(qū)烴源巖的演化史，筆者運(yùn)用盆地模擬技術(shù)，在恢復(fù)盆地埋藏史和熱史的基礎(chǔ)上，采用EASY%Ro模型恢復(fù)3套烴源巖的成熟史，并編繪生烴史演化平面展布圖。
1 區(qū)域地質(zhì)概況
   遼東灣地區(qū)位于渤海東北部海域，面積為2.6×104km2，可劃分為3凹2凸共5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，自西向東分別是遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起、遼東凹陷。各構(gòu)造單元均呈北東-南西向相互平行展布，其中遼中凹陷面積最廣、地層沉積厚度最大、埋藏最深，是3個(gè)凹陷中規(guī)模最大沉積地區(qū)，遼西凹陷次之，遼東凹陷規(guī)模最小。遼東灣地區(qū)地層自下而上發(fā)育了古近系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組。其主力烴源巖為東營(yíng)組二段下部、東三段，沙一段-沙三段，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，生烴潛力大，為優(yōu)質(zhì)源巖。本次研究選取10條二維地質(zhì)剖面，模擬烴源巖熱演化史，分析遼東灣地區(qū)烴源巖成熟度演化特征(圖1)。
 

2 埋藏史和熱演化史恢復(fù)
    烴源巖埋藏史是熱史、生烴史模擬的基礎(chǔ)。據(jù)前人研究成果嘲確定遼東灣地區(qū)的剝蝕厚度，通過回剝法進(jìn)行壓實(shí)校正，進(jìn)而得到具體的埋藏史模擬參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行熱史和生烴史的模擬。目前采用的熱史恢復(fù)技術(shù)主要分為3類，即地球熱力學(xué)法、古溫標(biāo)法和綜合法等。其中溫標(biāo)法主要有3種[4]，即隨機(jī)反演法、古地溫梯度法和古熱流法。本次研究主要采用古熱流法，并用實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率和地溫進(jìn)行約束標(biāo)定。根據(jù)渤海海域的實(shí)際地質(zhì)條件和古溫標(biāo)數(shù)據(jù)，胡圣標(biāo)等[5～7]采用古熱流法，研究了渤海地區(qū)基底大地?zé)崃?；進(jìn)而利用磷灰石裂變徑跡及鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行了盆地?zé)崾坊謴?fù)。研究結(jié)果表明：盆地現(xiàn)今熱流值為50～75mW/m2，背景熱流值達(dá)63.6mW/m2，而古近紀(jì)沙河街期和東營(yíng)期(距今25～50Ma)，盆地古熱流值為70～90mW/m2。渤海地區(qū)平均地溫梯度現(xiàn)今為3.3℃/100m，其中凹陷區(qū)為2.5～3.5℃/100m，凸起區(qū)為3.0～4.5℃/100m。
    筆者對(duì)JX1-1-1、JZ25-1-3等10口井進(jìn)行熱史模擬，并利用溫度和實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行標(biāo)定。模擬的地溫隨深度的變化趨勢(shì)和鏡質(zhì)體反射率值，均與實(shí)測(cè)值的擬合關(guān)系較好(圖2)，表明利用古熱流法恢復(fù)遼東灣地區(qū)的熱史是可行的。
 

3 有機(jī)質(zhì)生烴史模擬
    目前對(duì)有機(jī)質(zhì)生烴史模擬，已建立了化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)烴率模型，以及成熟度的各種計(jì)算模型(TTI、EASY%Ro等)。本次研究應(yīng)用EASY%R。模型[8～11]。該方法模擬生烴史基于烴源巖埋藏史與熱史，在此基礎(chǔ)上模擬鏡質(zhì)體反射率隨時(shí)間的變化；然后通過Ro值的演變確定有機(jī)質(zhì)成熟的時(shí)間與深度或溫度，進(jìn)而劃分烴源巖生烴門限和演化階段。
    遼東灣地區(qū)有多個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶，各凹陷烴源巖的演化程度有較大差異。為了進(jìn)一步揭示和刻畫其演化差異，在單井模擬的基礎(chǔ)之上，結(jié)合以往研究成果，從該區(qū)選擇了10條二維剖面(圖1)，應(yīng)用EASY%Ro模型進(jìn)行埋藏史、熱史和成熟度演化史模擬。以測(cè)線LZ281剖面成熟度演化史模擬為例(圖3)，模擬結(jié)果表明：整體來看，對(duì)于同一層位來說，與遼中凹陷相比，遼西凹陷的熱演化程度較低。遼東灣的生烴門限約為深度2500m(Ro＞0.5%)，遼中凹陷東二下段和遼西凹陷的東三段烴源巖進(jìn)入生烴門限。遼東灣地區(qū)的排烴高峰(0.8%＜Ro＜1.0%)為深度3400～3600m，遼中凹陷東三段下部及沙一、二段烴源巖和遼西凹陷沙三段烴源巖處于排烴高峰階段，產(chǎn)生大量液態(tài)烴。深度超過4400m處，遼中凹陷大部分沙三段烴源巖進(jìn)入高成熟階段(Ro＞1.3%)，以生成凝析氣、濕氣為主；沙四段烴源巖Ro＞2.0%，進(jìn)入過成熟階段。可見，現(xiàn)今遼西凹陷東三段-沙三段主力烴源巖主要處于生、排烴高峰，生成大量油氣，是目前遼西凹陷及其周圍地區(qū)內(nèi)一系列大中型油氣田發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)；而遼中凹陷熱演化程度較高，除東下段和沙一二段烴源巖還處于生油階段，沙三段烴源巖主要處于生氣階段，是遼中凹陷和遼西低凸起發(fā)現(xiàn)大規(guī)模凝析氣田和油田的物質(zhì)基礎(chǔ)。
 

根據(jù)10條測(cè)線的熱演化成果，結(jié)合遼東灣地區(qū)已有鉆井巖心的烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度資料，編繪了距今12Ma、5.1Ma和現(xiàn)今這3個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻研究區(qū)沙三段和沙一、二段主力烴源巖層段頂部成熟度平面展布圖(圖4)，并對(duì)比分析遼東灣地區(qū)不同凹陷有機(jī)質(zhì)成熟度的演化特征(表1)。新近紀(jì)以來，與遼西凹陷相比，遼中凹陷大量生烴期較早。受構(gòu)造和沉積控制，遼中凹陷的生烴區(qū)域平面上呈連續(xù)的條帶狀展布，與遼西凹陷相比面積較大，而遼西凹陷的生烴區(qū)域明顯分為北、中、南3部分，分隔性強(qiáng)，面積較小。同一凹陷內(nèi)，遼中凹陷北洼熱演化程度明顯高于南洼，而遼西凹陷各洼的熱演化程度基本相同，北、中、南3個(gè)次洼幾乎同時(shí)進(jìn)入生烴高峰。
 
4 結(jié)論
    1) 遼西凹陷同一層位的烴源巖熱演化程度明顯低于遼中凹陷；遼西凹陷的主力烴源巖現(xiàn)今仍處于生油階段，而遼中凹陷沙三段烴源巖已經(jīng)進(jìn)入生氣階段。
2) 新近紀(jì)以來，與遼西凹陷相比，遼中凹陷大量生烴期較早，生烴區(qū)域連續(xù)性好、面積較大，而遼西凹陷的生烴區(qū)域從北到南分為3部分，分割性強(qiáng)，面積較小。同一凹陷內(nèi)，遼中凹陷北洼與南洼熱演化有區(qū)別，北洼熱演化程度明顯高于南洼；遼西凹陷各洼的熱演化程度基本相同，3個(gè)次洼幾乎同時(shí)進(jìn)入生烴高峰。
    3) 遼東灣地區(qū)下一步油氣勘探的建議目標(biāo)主要在遼西凹陷3個(gè)次洼及遼中凹陷邊緣。
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(本文作者：宗奕1 鄒華耀2 于開平3 1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)資源與信息學(xué)院；3.中國(guó)海洋石油研究中心)