馮動(dòng)軍*，肖開華

四川盆地陸相烴源巖成熟史及生排烴史

馮動(dòng)軍1，2*，肖開華1，2

1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 海淀 100083 2.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 海淀 100083

為了綜合評(píng)價(jià)四川盆地陸相烴源巖，應(yīng)用含油氣盆地?cái)?shù)值模擬技術(shù)，定量恢復(fù)了研究區(qū)主要烴源巖層系的成熟和生排烴史。首先，分別建立了盆地的熱力學(xué)、生烴動(dòng)力學(xué)模式、機(jī)制及相關(guān)地質(zhì)模型，其次，選取古熱流值、沉積水表面溫度、古水深作為模擬參數(shù)，對(duì)四川盆地重點(diǎn)研究區(qū)20多口井進(jìn)行了模擬。研究表明：四川盆地陸相系烴源巖具有3個(gè)生烴高峰期和兩個(gè)排烴高峰期，成熟及生烴史總體表現(xiàn)為“分區(qū)演化、差異成熟、西早東晚”。層位上須三、須五段生、排烴量較大，其次為下侏羅統(tǒng)和須一段，總的排烴效率以須一段和須五段較高。平面上川西地區(qū)生烴量最大，其次為川北—川東北地區(qū)和川中地區(qū)。研究認(rèn)為：以須家河組和中、下侏羅統(tǒng)為烴源巖的油氣系統(tǒng)分別是川西地區(qū)和川北—川東北地區(qū)油氣勘探的主要目標(biāo)。

四川盆地；須家河組；侏羅統(tǒng)；烴源巖；成熟史；生烴史；排烴史

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馮動(dòng)軍，肖開華.四川盆地陸相烴源巖成熟史及生排烴史［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，37（2）：57-64.

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引言

烴源巖熱演化史模擬是在埋藏史模擬的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行熱史、成熟史、生、排烴史模擬。通過對(duì)烴源巖熱演化史的模擬，可以明確研究區(qū)的熱背景、有機(jī)質(zhì)成熟演化史及油氣生成與排出的動(dòng)態(tài)過程，為油氣成藏條件的時(shí)空配置及油氣資源評(píng)價(jià)等提供依據(jù)［1-2］。針對(duì)四川盆地，重點(diǎn)選取川西、川北—川東北和川東南3個(gè)地區(qū)的重點(diǎn)井作為一維模擬對(duì)象，對(duì)四川盆地陸相主力烴源巖成熟史、生、排烴史進(jìn)行模擬研究，并最終計(jì)算出各主力烴源巖的生排烴量，以期為四川盆地陸相油氣勘探提供有力的依據(jù)。

1　地質(zhì)概況

四川盆地位于上揚(yáng)子克拉通西北緣，是揚(yáng)子板塊的一部分［3］，印支期已具盆地雛形，后經(jīng)喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)全面褶皺形成現(xiàn)今構(gòu)造面貌。盆地具明顯菱形邊框，輪廓清晰，與周邊不同構(gòu)造區(qū)易于區(qū)分。根據(jù)盆地內(nèi)的區(qū)域構(gòu)造特征及油氣分布特點(diǎn)，可劃分出6個(gè)次一級(jí)構(gòu)造帶，即川西低陡構(gòu)造帶、川北—川東北低平構(gòu)造帶、川東高陡構(gòu)造帶、川東南低陡構(gòu)造帶、川南低緩構(gòu)造帶和川中低平構(gòu)造帶（圖1）。盆地具多旋回沉積特征［4］，震旦紀(jì)—中三疊世為海相沉積。中三疊世末發(fā)生的印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致盆地由海盆逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懪?，整個(gè)四川盆地堆積了上三疊統(tǒng)須家河組至古近系巨厚的陸相地層［5］?？偤裼馊f米，總體特征是西厚東薄，北厚南薄。

圖1　四川盆地構(gòu)造區(qū)劃Fig.1　Tectonic compartment in Sichuan Basin

根據(jù)前人研究成果，四川盆地陸相發(fā)育上三疊統(tǒng)須家河組一段（川西地區(qū)為馬鞍塘—小塘子組）（T3x1）、三段（T3x3）、五段（T3x5）、下侏羅統(tǒng)自流井組（白田壩組）（J1）和中侏羅統(tǒng)千佛崖組（J2q）5套主力烴源巖［6］。上三疊統(tǒng)主要為一套陸相含煤建造［79］，暗色泥質(zhì)巖和所夾煤層是主要的烴源巖，總體表現(xiàn)為西厚東薄，主要發(fā)育于龍門山前的川西拗陷中段。中、下侏羅統(tǒng)烴源巖展布具有東厚西薄、北厚南薄的特征，主要發(fā)育在川東北地區(qū)閬中—達(dá)縣一帶。

550塊野外剖面及鉆井樣品分析測(cè)試表明，上三疊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，除川東南地區(qū)外，其他地區(qū)多大于1.5%，川西的金堂—中江—射洪及川東北的蒼溪—大竹一帶都大于2.5%。干酪根鏡檢及C29谷甾烷相對(duì)含量表明，有機(jī)質(zhì)類型主要為II2～I(xiàn)II型干酪根。實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率Ro值一般分布在1%～2%，處于成熟—高成熟演化階段，川西地區(qū)演化最高，拗陷中心達(dá)2%以上，已達(dá)高成熟—過成熟演化階段；中、下侏羅統(tǒng)有機(jī)質(zhì)豐度普遍低于上三疊統(tǒng)，一般小于0.5%，川東北平均值較高在1%以上。干酪根鏡檢及C29谷甾烷相對(duì)含量表明，有機(jī)質(zhì)類型主要為II1～I(xiàn)II型干酪根。實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率下侏羅統(tǒng)Ro值一般分布在0.9%～1.4%，為成熟—高成熟演化階段，通江—開縣一帶熱演化程度相對(duì)較高，已達(dá)到凝析油和濕氣階段。中侏羅統(tǒng)Ro值多在0.8%～1.3%，也已達(dá)成熟階段，通江—南江—巴中一帶熱演化程度相對(duì)較高，已達(dá)到凝析油和濕氣階段。

2　模型建立及參數(shù)設(shè)置

2.1熱力學(xué)及生烴動(dòng)力學(xué)模型

熱史是成熟度和動(dòng)力學(xué)模擬的關(guān)鍵［10］，本次模擬應(yīng)用穩(wěn)態(tài)的常數(shù)熱流模型，成熟史模擬采用Sweeney的Easy%Ro化學(xué)動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)模型計(jì)算烴源巖層的Ro演化史［11］，其特點(diǎn)是適用于Ro大于0.9%的中—高演化程度的盆地［12-14］；生烴史模擬采用Kerogen油氣雙組分模型，其特點(diǎn)是干酪根類型越好，生烴潛力越大。

2.2地質(zhì)模型建立

此次模擬的層系是四川盆地上三疊統(tǒng)到第四系所有陸相地層，模擬地層年代采用中國年代地層表中的年齡，次一級(jí)的年代采用內(nèi)插方法取得。模擬地層厚度、烴源巖厚度、砂泥比及分層數(shù)據(jù)通過鉆井資料獲得，建立單井巖性模型剖面數(shù)據(jù)文件［15］。四川盆地總體發(fā)生4次抬升剝蝕，分別為晚三疊紀(jì)末、侏羅紀(jì)末—白堊紀(jì)早、白堊紀(jì)末和新近紀(jì)早—現(xiàn)今，地層剝蝕量主要是參考前人的研究成果。地質(zhì)模型中的巖性設(shè)置主要將綜合錄井資料單井純巖性統(tǒng)計(jì)輸入，由巖性混合器模塊自動(dòng)生成混合巖性，混合巖性的孔隙度、密度、熱導(dǎo)率、熱容等物性參數(shù)則通過純巖性參數(shù)的算術(shù)平均或幾何平均計(jì)算生成。同時(shí)為了模擬的需要，根據(jù)純巖性的壓實(shí)模型來構(gòu)建混合巖性的壓實(shí)模型。

2.3邊界參數(shù)設(shè)置

進(jìn)行熱史和成熟史模擬的主要依據(jù)之一是古熱流（HF），選取合理的熱流值對(duì)盆地模擬的結(jié)果起到?jīng)Q定性作用。本區(qū)熱流值的選取主要是根據(jù)前人研究成果給出預(yù)測(cè)值，通過一維模擬的地溫曲線、成熟度曲線與實(shí)測(cè)值的吻合關(guān)系進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，最終確定熱史模型的古熱流值。

沉積水表面溫度的預(yù)測(cè)是根據(jù)古氣溫與區(qū)域古水深綜合計(jì)算得到，四川盆地的古氣溫主要利用全球統(tǒng)一沉積水表面溫度-時(shí)間模板，同時(shí)結(jié)合四川盆地現(xiàn)今區(qū)域地理位置，通過軟件綜合預(yù)測(cè)獲得。

古水深（PWD）的預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確模擬地層埋藏史和地溫場(chǎng)的關(guān)鍵，四川盆地各時(shí)期的古水深主要通過沉積相與現(xiàn)今沉積水深建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，借助軟件進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)。

3　模擬結(jié)果分析

根據(jù)盆地模擬結(jié)果，認(rèn)為四川盆地陸相烴源巖具有3個(gè)生烴高峰期和兩個(gè)排烴高峰期，總體表現(xiàn)為西早東晚。生烴高峰期分別在晚侏羅世末期（約146 Ma）、早白堊世早期（約138 Ma）和晚白堊世中期（約75 Ma），排烴高峰期在早白堊世早期（約138 Ma）和晚白堊世中期（約75 Ma）（圖2）。重點(diǎn)選取川西代表井川合100、川北—川東北代表井川涪82和川東南代表井陽深1，運(yùn)用PetroMod盆地模擬軟件對(duì)這3個(gè)地區(qū)陸相主力烴源巖進(jìn)行成熟史、生烴史及排烴史模擬分析。

3.1成熟及生烴史

圖2　四川盆地陸相主力烴源巖生、排烴期次Fig.2　Period of hydrocarbon generation and expulsion of main continental source rock in Sichuan Basin

圖3　四川盆地重點(diǎn)研究區(qū)成熟及埋藏史Fig.3　Mature and burial history in major study area in Sichuan Basin

3個(gè)地區(qū)的成熟及埋藏史表明，四川盆地受印支晚期、燕山中期、燕山晚期及喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響發(fā)生了4次大的構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)，總體呈現(xiàn)為沉降趨勢(shì)，各區(qū)隆升幅度最大時(shí)期略有不同，代表了盆地內(nèi)各地區(qū)不同的地質(zhì)歷史［16］，埋深最大時(shí)期均發(fā)生在新近紀(jì)早期（圖3a，圖3b，圖3c）。盆地模擬結(jié)果表明，不同地區(qū)不同烴源巖層各自有不同的生烴高峰期。以川合100井為代表的川西地區(qū)，總體上呈現(xiàn)為沉降趨勢(shì)，最大埋深在新近紀(jì)早期，新近紀(jì)中期隆升幅度最大。T3x1和T3x3烴源巖在三疊紀(jì)晚期Ro就達(dá)到0.5%，開始成熟生烴，至侏羅紀(jì)末期和白堊紀(jì)早期，進(jìn)入高成熟階段，達(dá)生氣高峰，與前人研究認(rèn)為川西上三疊統(tǒng)生烴高峰期在晚侏羅世［1719］是一致的，白堊紀(jì)早、中期進(jìn)入過成熟階段。T3x5—J2q烴源巖在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期Ro達(dá)到0.5%，開始成熟生烴，至白堊紀(jì)中期進(jìn)入高成熟階段，達(dá)生氣高峰，T3x5烴源巖在新近紀(jì)初進(jìn)入過成熟階段，J1、J2烴源巖至今尚未達(dá)到過成熟階段。平面上總體表現(xiàn)為生烴西早東晚。

以川涪82井為代表的川北—川東北地區(qū)總體呈現(xiàn)沉降的趨勢(shì)，最大埋深在新近紀(jì)早期。T3—J1、J2烴源巖在侏羅紀(jì)中期Ro達(dá)到0.5%，開始成熟生烴，至侏羅紀(jì)中晚期進(jìn)入高成熟階段，生烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期，T3x和J1烴源巖在侏羅紀(jì)晚期進(jìn)入過成熟階段，中侏羅統(tǒng)千佛崖組烴源巖在侏羅紀(jì)末至白堊紀(jì)初進(jìn)入過成熟階段。

以陽深1井為代表的川東南地區(qū)發(fā)生了3次大的隆升，最大埋深為新近紀(jì)早期。T3—J1、J2烴源巖在侏羅紀(jì)中晚期Ro達(dá)到0.5%，開始成熟生烴，T3x和J1烴源巖在侏羅紀(jì)末期—白堊紀(jì)早期進(jìn)入高成熟階段，J2q烴源巖在新近紀(jì)早期才進(jìn)入高成熟階段，生烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期，T3x烴源巖在白堊紀(jì)早期進(jìn)入過成熟階段，J1、J2烴源巖至今尚未進(jìn)入過成熟階段。

從成熟及生烴史來看，四川盆地3個(gè)重點(diǎn)研究區(qū)陸相烴源巖總體表現(xiàn)為分區(qū)演化，差異成熟，開始生烴的時(shí)間從早到晚依次是川西、川北—川東北和川東南地區(qū)，生烴高峰期集中在侏羅紀(jì)中晚期—白堊紀(jì)早期，目前3個(gè)地區(qū)除川西和川東南J1、J2尚未進(jìn)入過成熟階段外，其他地區(qū)烴源巖均進(jìn)入過成熟階段。

3.2排烴史

從川西地區(qū)川合100井累積排烴強(qiáng)度圖（圖4a）上可以看出，T3x累積排烴強(qiáng)度大于J1、J2，是川西地區(qū)主要排烴層位，累積排烴強(qiáng)度最大為T3x5烴源巖，達(dá)5.90×106t/km2。最小為J2q，僅有約0.15×106t/km2。T3x烴源巖在侏羅紀(jì)中期開始排烴，排烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)晚期，與前人研究結(jié)果基本相同［20］，之后是緩慢排烴期。J1、J2烴源巖在白堊紀(jì)早期開始排烴，排烴高峰期在白堊紀(jì)中期，之后為緩慢排烴期。

川北—川東北地區(qū)川涪82井累積排烴強(qiáng)度圖（圖4b）表明其累積排烴強(qiáng)度小于川西地區(qū)，從層系上來看，J1、J2大于T3x，是川東北地區(qū)主要的排烴層位。累積排烴強(qiáng)度最大為J1烴源巖，達(dá)3.70×106t/km2，最小為T3x3，為0.40×106t/km2。5套烴源巖均在侏羅紀(jì)中晚期開始排烴，排烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期，之后為緩慢排烴階段。

川東南地區(qū)陽深1井累積排烴強(qiáng)度圖（圖4c）表明其累積排烴強(qiáng)度要小于川西和川東北地區(qū)，從層系上來看 T3x大于 J1、J2，是川東南地區(qū)主要排烴層位。累積排烴強(qiáng)度最大為T3x3烴源巖，為0.43×106t/km2，最小為J2烴源巖，僅為0.02×106t/km2。T3x3和T3x5在侏羅紀(jì)晚期開始排烴，排烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期，之后為緩慢排烴階段。J1、J2烴源巖侏羅紀(jì)末期開始排烴，排烴高峰期在侏羅紀(jì)末期至白堊紀(jì)早期，之后為緩慢排烴階段。

從排烴史來看，川西和川東南地區(qū)主要排烴層位是T3x，川北—川東北地區(qū)主要排烴層位是J1、J2，3個(gè)地區(qū)進(jìn)入排烴高峰的時(shí)間均在侏羅紀(jì)晚期，川西地區(qū)排烴高峰期時(shí)間跨度較長(zhǎng)，在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)晚期，川北—川東北和川東南地區(qū)時(shí)間跨度較短，在侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期。

3.3生排烴量分析

依據(jù)盆地劃分出的6個(gè)次一級(jí)構(gòu)造帶（圖1）作為模擬區(qū)塊進(jìn)行盆地模擬，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)四川盆地不同地區(qū)、不同層段的生烴量和排烴量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表1），結(jié)果表明，T3x1、T3x3和T3x5以生、排氣為主，J1、J2以生、排油為主。

從層位上來看，T3x3和T3x5總的生、排烴量較大，其次為J1和T3x1，J2q有機(jī)質(zhì)演化程度較低，因此生、排烴量最小?？偟呐艧N效率T3x1和T3x3較高，分別為87.7%和84.7%，其次是T3x5和J1，分別為78.0%和73.8%，最差的是J2q，排烴效率僅為43.7%。

從平面上看，川西地區(qū)生烴量較大，主要來自T3x1、T3x3和T3x5，其次為川北—川東北地區(qū)和川中地區(qū)，主要來自J1和T3x5，川東、川東南及川南地區(qū)生烴量較小，主要來自T3x3、T3x5和J1（表2）。

圖4　四川盆地重點(diǎn)井排烴強(qiáng)度Fig.4　Hydrocarbon expulsion intensity of major wells in Sichuan Basin

表1　四川盆地陸相主力烴源巖層生排烴量統(tǒng)計(jì)Tab.1　Statistics of amount of hydrocarbon generation and expulsion in main continental source rock in Sichuan Basin

表2　四川盆地陸相不同地區(qū)不同烴源巖層生烴量統(tǒng)計(jì)Tab.2　Statistics of hydrocarbon generation and expulsion amount in different regions and different contienential source rock in Sichuan Basin

4　結(jié)　論

（1）四川盆地陸相主要發(fā)育上三疊統(tǒng)須家河組一段（川西地區(qū)為馬鞍塘—小塘子組）、須三段、須五段、下侏羅統(tǒng)自流井組（白田壩組）和中侏羅統(tǒng)千佛崖組5套主力烴源巖系。上三疊統(tǒng)烴源巖以川西地區(qū)最為發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類型主要為II2～I(xiàn)II型，處于高成熟—過成熟演化階段。中、下侏羅統(tǒng)烴源巖主要發(fā)育在川東北地區(qū)，有機(jī)質(zhì)類型主要為II1～I(xiàn)II型，處于成熟—高成熟演化階段。

（2）四川盆地陸相烴源巖總體表現(xiàn)為分區(qū)演化，差異成熟，生烴期西早東晚。具有3個(gè)生烴高峰期和兩個(gè)排烴高峰期。生烴高峰期分別在晚侏羅世末期（146 Ma）、早白堊世早期（138 Ma）和晚白堊世中期（75 Ma），排烴高峰期在早白堊世早期（138 Ma）和晚白堊世中期（75 Ma）。川西地區(qū)生烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期—白堊紀(jì)中期，排烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期—白堊紀(jì)晚期；川北—川東北地區(qū)生烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期，排烴高峰期在侏羅紀(jì)晚期—白堊紀(jì)早期；川東南地區(qū)生、排烴高峰期均在侏羅紀(jì)晚期—白堊紀(jì)早期。

（3）生排烴量分析結(jié)果表明，四川盆地T3x3和T3x5總的生烴量最大，其次為J1。從平面上看，川西地區(qū)生烴量較大，主要來自T3x1、T3x3和T3x5，其次為川北—川東北地區(qū)和川中地區(qū)，主要來自J1和T3x5。T3x3和T3x5排烴量較大，其次為T3x1和J1，總的排烴效率T3x1和T3x3較高。

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馮動(dòng)軍，1976年生，男，漢族，河南淮陽人，工程師，博士研究生，主要從事油氣地質(zhì)綜合研究。E-mail：fengdj.syky@sinopec.com

肖開華，1963年生，男，漢族，湖北鐘祥人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事石油與天然氣地質(zhì)綜合研究。E-mail：xiaokh.syky@sinopec.com

編輯：張?jiān)圃?/p>

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Mature and Hydrocarbon Generation-expulsion Histories of Terrestrial Faces Source Rock in Sichuan Basin

Feng Dongjun1，2*，Xiao Kaihua1，2
1.School of Earth and Resources，China University of Geoscience（Beijing），Haidian，Beijing 100083，China 2.Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Haidian，Beijing 100083，China

InordertoevaluateterrestrialfacessourcerockinSichuanBasin，wequantitativelyrecoveredthematureandhydrocarbon generation-expulsion histories of the main hydrocarbon source in research area by the numerical simulation technology of oil and gas bearing basin.First，we established the thermodynamic，hydrocarvon-generation dynamic model，mechanism and geologic model of the basin.Then，we simulated more than 20 wells in the important areas of the basin with ancient heat flow，sediment water interface and paleobathymetric data being input parameters.The results show that terrestrial faces source rock in Sichuan Basin have three hydrocarbon-generation peaks and two hydrocarbon-expulsion peaks.The character of mature and hydrocarbon-generation histories can be summarized as subregion evolution，diversity maturation and west earlier than east.The quantity of hydrocarbon generation-expulsion in Segment 3 and 5 Xujiahe Formation is that in lower Jurassic and 3 segment Xujiahe Formation.Total hydrocarbon-expulsion efficiency in 1 and 5 segment Xujiahe Formation is higher than that of others.The quantity of hydrocarbon-generation in western Sichuan is the biggest in Sichuan Basin，followed by that in northern-northeastern and middle Sichuan.The conclusion is that the areas of hydrocarbon source rock for oil and gas system in Xujiahe Formation and in middle-lower Jurassic are major targets in gas exploration in western Sichuan region and northern-northeastern Sichuan Basin.

Sichuan Basin；Xujiahe Formation；Jurassic；hydrocarbon source rock；mature history；hydrocarbon-generation history；hydrocarbon-expulsion history

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.04.23.04

1674-5086（2015）02-0057-08

TE122

A

2013-04-23網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-03-23

馮動(dòng)軍，E-mail：fengdj.syky@sinopec.com

國家重大專項(xiàng)（2008ZX05002-004-005）。