王艷飛，肖賢明

（1中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）（2中國(guó)科學(xué)院研究生院；3中海石油深圳分公司）

四川盆地東北地區(qū)古地溫梯度模擬

王艷飛1，2，3，肖賢明1

（1中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）（2中國(guó)科學(xué)院研究生院；3中海石油深圳分公司）

四川盆地東北地區(qū)古地溫梯度一直缺乏研究。以普光氣田已有的實(shí)測(cè)反射率數(shù)據(jù)為依據(jù)，應(yīng)用EasyRo模擬計(jì)算方法，研究了該區(qū)主要生烴期的古地溫梯度。結(jié)果表明，對(duì)川東北地區(qū)主要埋藏與生烴期（三疊紀(jì)—早白堊世）進(jìn)行的成熟度模擬計(jì)算，應(yīng)用古地溫梯度為3.0℃/100m的古地溫模式計(jì)算所得的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果非常吻合。進(jìn)一步提出了該區(qū)的簡(jiǎn)化古地溫模式為［3.0℃/100 m（＞96 Ma）—2.8℃/100 m（65 Ma）—2.2℃/ 100m（0Ma）］。

川東北地區(qū)；古地溫梯度；鏡質(zhì)組反射率；EasyRo模擬法

王艷飛

王艷飛1977年生，工程師。2000畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)為中科院廣州地球化學(xué)研究所在職博士生。主要從事石油地質(zhì)、油氣地球化學(xué)研究。通訊地址：510240廣州市江南大道中168號(hào)海洋石油大廈；電話：（020）84258781

川東北地區(qū)是四川盆地非常重要的天然氣聚集區(qū)。該區(qū)天然氣地質(zhì)資源量占全盆地總資源量的43%以上,累計(jì)探明儲(chǔ)量占全盆地的60%以上。該區(qū)也是目前大氣田發(fā)現(xiàn)最多的地區(qū)［1］，發(fā)現(xiàn)的大氣田有普光、臥龍河、五百梯、沙坪場(chǎng)、羅家寨、渡口河、鐵山坡［2］，如普光氣田，探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到2510.7×108m3［3］。川東北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然氣產(chǎn)層多，主要包括石炭系黃龍組、上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組和嘉陵江組，其中飛仙關(guān)組鮞灘氣藏是我國(guó)近年來(lái)天然氣的重要突破。為加快勘探，近年來(lái)對(duì)川東北地區(qū)天然氣形成、演化與成藏作了大量的研究［1-9］，取得了一些有價(jià)值的成果。然而，這些研究均涉及到的一項(xiàng)基本地質(zhì)參數(shù)——古地溫梯度，卻一直缺乏研究。含油氣盆地古地溫梯度不僅直接影響到油氣生成、演化與成藏歷史，而且還影響到油氣生成強(qiáng)度、規(guī)模、甚至資源量計(jì)算等多個(gè)方面。

本文以川東北地區(qū)鏡質(zhì)組反射率數(shù)據(jù)比較系統(tǒng)的普光氣田為實(shí)例，應(yīng)用EasyRo模擬計(jì)算方法，對(duì)關(guān)鍵地質(zhì)時(shí)期古地溫梯度進(jìn)行模擬計(jì)算，并進(jìn)一步結(jié)合該區(qū)天然氣地球化學(xué)特征，對(duì)所提出的古地溫梯度模式的客觀性進(jìn)行討論。

1 地質(zhì)模型與反射率數(shù)據(jù)

1.1 地層埋藏史

從川東北地區(qū)普光2井地層埋藏史圖（圖1）可見(jiàn)，地層埋藏史明顯可分為三個(gè)階段：

（1）晚古生代（350—250Ma），緩慢沉降階段，石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層厚度在600～1000m；

（2）三疊紀(jì)—早白堊世（250—96Ma），快速沉降階段，所形成的這套地層厚度可達(dá)7000～7500m，尤其是在侏羅紀(jì)—早白堊世，沉積速度極快，達(dá)到40～45m/Ma;

（3）晚白堊世及以后（96—0 Ma），抬升階段，地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，剝蝕了早白堊世—晚侏羅世地層，剝蝕厚度可達(dá)3000m以上。

圖1 川東北地區(qū)普光2井地層埋藏史圖

因此，從地層埋藏史分析，影響該區(qū)烴源巖成烴演化的關(guān)鍵時(shí)期是中生代。

1.2 地層反射率數(shù)據(jù)

根據(jù)秦建中等［12］的資料，普光5井實(shí)測(cè)瀝青反射率（Rb）和鏡質(zhì)組反射率（Ro）的埋深與現(xiàn)埋深有較大的變化。為獲取代表性結(jié)果，本研究采用其擬合結(jié)果，大致相當(dāng)于其平均值。對(duì)普光5井選取了4個(gè)點(diǎn)（樣品1至樣品4）進(jìn)行了模擬計(jì)算，以現(xiàn)埋深3150～6050m為取值范圍。

另選取凡元芳［13］的普光2井飛仙關(guān)組（T1f）瀝青反射率（Rb）資料，根據(jù)井段4 828.77～5 104.71 m獲得的8個(gè)樣品數(shù)據(jù)，其Rb變化范圍為3.11%～5.21%，取平均值一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了模擬計(jì)算，獲平均深度為4968m，平均Rb值為4.05%（樣品5）。

以上所用實(shí)測(cè)反射率數(shù)據(jù)列于表1。

表1 川東北普光氣田實(shí)測(cè)反射率數(shù)據(jù)

1.3 油充注時(shí)期

川東北地區(qū)儲(chǔ)層瀝青主要為原油裂解成因［2］。根據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道,原油進(jìn)入儲(chǔ)層的時(shí)間主要在晚三疊世—侏羅紀(jì)［12］，據(jù)此設(shè)定原油進(jìn)入儲(chǔ)層開(kāi)始演化的時(shí)間始于175Ma。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)儲(chǔ)層溫度在165℃以下時(shí)，原油不會(huì)發(fā)生明顯裂解［14］。因此，根據(jù)地層埋藏史（圖1）,該時(shí)間可設(shè)定在三疊紀(jì)—中侏羅世的任何一個(gè)時(shí)刻，對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果不會(huì)有明顯影響。

2 成熟度模擬計(jì)算方法

2.1 EasyRo模擬

應(yīng)用EasyRo模型模擬計(jì)算有機(jī)質(zhì)成熟度已有大量文獻(xiàn)報(bào)道［15］，其基本做法是根據(jù)地層埋藏史，設(shè)定某一古地溫梯度模式，應(yīng)用EasyRo模型軟件進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，直至所設(shè)定古地溫梯度模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合［15-16］。該古地溫梯度模式則被認(rèn)為可代表所計(jì)算地層在某一地質(zhì)時(shí)期的古地溫梯度。

在模擬計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。其一是所選擇實(shí)測(cè)反射率具有代表性。由于Ro測(cè)定具有一定變化范圍，會(huì)在一定程度上影響古地溫梯度模式，因此可采用實(shí)測(cè)反射率剖面的擬合結(jié)果，這樣可獲得有較好代表性的反射率結(jié)果。其二是選擇一個(gè)剖面進(jìn)行古地溫梯度擬合計(jì)算。所得古地溫梯度模式應(yīng)適應(yīng)于該剖面的不同成熟度樣品。如有充分的地質(zhì)資料，可對(duì)相近鉆孔剖面進(jìn)行EasyRo模擬計(jì)算，以確保所建立起的古地溫梯度模式具有代表性。

2.2 不同類(lèi)型有機(jī)質(zhì)反射率的轉(zhuǎn)換

因表1中實(shí)測(cè)反射率是鏡質(zhì)組反射率（Ro）與瀝青反射率（Rb），為便于與EasyRo模擬數(shù)據(jù)對(duì)比，應(yīng)將其換算成REasy數(shù)據(jù)。換算公式如下：

式中：Ro——實(shí)測(cè)鏡質(zhì)組反射率，%；

Rb——實(shí)測(cè)瀝青反射率，%；

REasy——對(duì)應(yīng)EasyRo模擬的換算反射率，%；

Lvc——鏡質(zhì)組轉(zhuǎn)化率（vitriniteconversionlevel）。

本研究所選實(shí)測(cè)反射率數(shù)據(jù)（表1），經(jīng)換算后的對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)REasy值見(jiàn)表2。

2.3 古地溫梯度模式設(shè)定

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，川東北地區(qū)現(xiàn)地溫梯度為2.1℃/100m至2.3℃/100 m，平均2.2℃/100m［13］。古地表溫度一般采用15℃［13］。根據(jù)埋藏史圖，二疊紀(jì)—三疊紀(jì)地層中有機(jī)質(zhì)熱成熟作用的關(guān)鍵時(shí)期在三疊紀(jì)—早白堊世的快速沉積階段，而其他兩個(gè)階段對(duì)有機(jī)質(zhì)熱成熟度作用的影響在實(shí)測(cè)反射率剖面上難以反映出來(lái)。根據(jù)有機(jī)質(zhì)變質(zhì)理論，有機(jī)質(zhì)成熟度與其所受最大古地溫及在該溫度下的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。因此，可將三疊紀(jì)—早白堊世簡(jiǎn)化為相同古地溫梯度。參考前人在生烴模擬時(shí)對(duì)三疊紀(jì)—早白堊世所設(shè)定的古地溫梯度為2.6～2.8℃/100m［2，10-11］，本研究設(shè)定川東北地區(qū)三疊紀(jì)—早白堊世古地溫梯度為2.8℃/100m、2.9℃/100m、3.0℃/100m和3.1℃/100m；在晚白堊世及以后均衡抬升，古地溫梯度逐漸降低，直至現(xiàn)地溫梯度2.2℃/100m。由此，本研究設(shè)定了四種簡(jiǎn)化古地溫梯度模式，如表3。

表2 川東北普光氣田不同古地溫梯度條件下的EasyRo模擬計(jì)算結(jié)果

表3 川東北地區(qū)古地溫梯度模式

3 模擬結(jié)果

普光5井樣品模擬計(jì)算結(jié)果應(yīng)用本研究所設(shè)定的四種古地溫梯度模式對(duì)普光5井四個(gè)樣品（樣品1至樣品4）作了EasyRo模擬計(jì)算，模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2和圖2?？梢?jiàn)，對(duì)于這四個(gè)不同成熟度的樣品，在設(shè)定早白堊世及以前古地溫梯度為2.8℃/100 m與2.9℃/100 m條件下，模擬計(jì)算REasy值比實(shí)測(cè)反射率所對(duì)應(yīng)的REasy值低；當(dāng)早白堊世及以前古地溫梯度設(shè)定為3.1℃/100 m時(shí)，模擬計(jì)算結(jié)果比實(shí)測(cè)結(jié)果明顯高；當(dāng)早白堊世及以前古地溫梯度設(shè)定為3.0℃/100 m時(shí)，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果非常吻合。

普光2井樣品模擬計(jì)算結(jié)果普光2井與普光5井在地理位置上相近，均位于普光構(gòu)造之上，它們的沉積構(gòu)造埋藏史非常相似。應(yīng)用本研究所設(shè)定的四種古地溫梯度模式對(duì)普光2井一個(gè)樣品（樣品5）作了EasyRo模擬計(jì)算，模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2和圖3?？梢?jiàn)，普光2井樣品的計(jì)算結(jié)果與普光5井的完全相同，應(yīng)用古地溫梯度模式Ⅲ（3.0—2.8—2.2℃/100 m）所得的模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果非常吻合。

4 討論

如前所敘，前人相關(guān)工作一般設(shè)定川東北地區(qū)中生代古地溫梯度在2.6℃/100m至2.8℃/100m之間。而本研究模擬計(jì)算結(jié)果表明，川東北地區(qū)在中生代關(guān)鍵地質(zhì)時(shí)期，古地溫梯度為3.0℃/100 m,比前人所采用的古地溫梯度要略高。古地溫梯度不同，在很大程度上會(huì)影響對(duì)油氣生成演化與成因評(píng)價(jià)。下面以普光氣田飛仙關(guān)組儲(chǔ)層油氣演化為例加以進(jìn)一步說(shuō)明。

圖2 川東北普光5井四個(gè)樣品在設(shè)定不同古地溫梯度模式條件下的EasyRo模擬計(jì)算結(jié)果

圖3 川東北普光2井樣品在設(shè)定不同古地溫梯度模式條件下的EasyRo模擬計(jì)算結(jié)果

根據(jù)大量文獻(xiàn)資料報(bào)道，普光氣田主要為原油裂解氣成因，氣藏內(nèi)原油已完全裂解，轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴?且重?zé)N氣也基本裂解，天然氣為干氣,干燥系數(shù)一般在0.99以上［1-11］。根據(jù)前人的古地溫模式，飛仙關(guān)組儲(chǔ)層所受最高古地溫為200～220℃［2，10-11，13］。根據(jù)所報(bào)道的原油裂解動(dòng)力學(xué)模型，在正常古地溫條件下，原油完全裂解為天然氣的地質(zhì)溫度為200～210℃，C2+大量裂解形成干氣的地質(zhì)溫度在240～260℃［14，18-20］。根據(jù)該模型，如按最大古地溫200～220℃評(píng)價(jià)，雖然可認(rèn)為普光氣田飛仙關(guān)組儲(chǔ)層原油已完全裂解，但剛進(jìn)入C2+裂解階段；即使考慮硫酸鹽熱化學(xué)還原作用（TSR）的影響［4，21］，所形成天然氣的成熟度應(yīng)當(dāng)處于濕氣階段。而根據(jù)本研究的古地溫梯度模式，飛仙關(guān)組儲(chǔ)層古地溫最高可達(dá)245～255℃，原油裂解氣已進(jìn)入干氣階段，如果再考慮TSR作用的影響，可解釋川東北地區(qū)天然氣的較重的δ13C1值與很高的干燥系數(shù)。因此，本研究所建立的古地溫模式在川東北地區(qū)具有更好的代表性。

5 結(jié)論

本研究根據(jù)EasyRo模擬計(jì)算方法，應(yīng)用已經(jīng)發(fā)表的反射率數(shù)據(jù)，模擬計(jì)算了川東北地區(qū)代表鉆孔古地溫梯度，主要取得了如下成果與認(rèn)識(shí)。

（1）川東北地區(qū)沉積埋藏史可明顯分為三個(gè)階段：石炭紀(jì)—二疊紀(jì)的緩慢沉積階段，三疊紀(jì)—早白堊世的快速沉積階段，晚白堊世以后的抬升剝蝕階段。其中對(duì)油氣生成與演化最為重要的時(shí)期是中生代的快速沉積階段。

（2）應(yīng)用古地溫梯度模式3.0—2.8—2.2℃/100m模擬計(jì)算所得REasy值與研究剖面實(shí)測(cè)值結(jié)果非常吻合。本研究認(rèn)為川東北地區(qū)在中生代平均古地溫梯度為3.0℃/100m。

（3）應(yīng)用本研究所建立的古地溫梯度模式可較好解釋川東北地區(qū)天然氣的地球化學(xué)特征，該模式在川東北地區(qū)應(yīng)當(dāng)具有更好的代表性。

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編輯：趙國(guó)憲

An Investigation of Paleogeothermal Gradients in the Northeastern Part of Sichuan Basin

Wang Yanfei，Xiao Xianming

Few researches of paleogeothermal gradients in the northeastern area of Sichuan Basin has been reported.The paleogeothermal gradients during the key period of hydrocarbon maturation were investigated by EasyRomodeling in the light of the available measured reflectance data of well samples from Puguang Gas Field in this area.The result shows that among four modeled REasyvalues，the one that modeled with 3.0℃/100m of paleogeothermal gradient during the Triassic-Early Cretaceous period may match well with its measured Roand Rbvalues.Therefore，a simplified model of paleogeothermal gradient，i.e.3.0℃/100（＞96Ma）—2.8℃/100(65Ma)—2.2℃/100 m（0Ma），was suggested for the northeastern part of Sichuan Basin.It was believed that this model can give a good explanation for the geochemical characteristics of natural gas in this area.

Paleogeothermal gradient;Vitrinite reflectance;EasyRomodeling;Northeastern Sichuan Basin

book=57,ebook=73

TE125.3

A

1672-9854(2010)-04-0057-05

2009-11-30；改回日期：2010-04-15

本文為國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題（編號(hào)2008ZX05008-002）,中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目（編號(hào)KZCX2-YW-Q05-06）

Wang Yanfei：male.Geologist.Doctor degree in progress at Graduate School，Chinese Academy of Science.Add：Shenzhen Branch of CNOOC，Ltd.，Guangzhou，510240 China