吳欣松，江 濤，劉旭武

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國(guó)石油 吉林油田分公司，吉林 松原 138000)

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伊通地塹莫里青斷陷地溫場(chǎng)及其應(yīng)用

吳欣松1，江 濤2，劉旭武2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國(guó)石油 吉林油田分公司，吉林 松原 138000)

摘要：通過(guò)探井地層測(cè)溫資料收集及地溫梯度計(jì)算，建立了莫里青斷陷基底埋深預(yù)測(cè)模型，確定了斷陷內(nèi)不同二級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)烴源巖生烴門限深度以及雙陽(yáng)組有效烴源巖的范圍。研究表明，莫里青斷陷地溫場(chǎng)差異性主要受盆地構(gòu)造背景的控制，推測(cè)在斷陷西北緣的伊47—伊45—伊8井區(qū)的深層是值得進(jìn)一步鉆探的有利目標(biāo)區(qū)，該區(qū)發(fā)育較大規(guī)模的雙一段低位扇砂體且其上覆優(yōu)質(zhì)烴源巖，成藏條件十分優(yōu)越。

關(guān)鍵詞：地溫梯度；油氣成藏；莫里青斷陷；伊通地塹

吳欣松,江濤,劉旭武.伊通地塹莫里青斷陷地溫場(chǎng)及其應(yīng)用[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,31(1):23-28.

WU Xinsong,JIANG Tao,LIU Xuwu.Geothermal field of Moliqing fault depression in Yitong Graben and its application[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):23-28.

引言

沉積盆地的地溫場(chǎng)特征不僅包含著盆地成因與演化方面的信息，而且是盆地生烴演化與油氣成藏研究不可或缺的內(nèi)容[1-3]。地溫場(chǎng)主要受巖石圈構(gòu)造演化等地球動(dòng)力學(xué)因素控制，同時(shí)與盆地構(gòu)造背景緊密相關(guān)[4]。地溫梯度是描述盆地地溫場(chǎng)特征和熱狀態(tài)的主要參數(shù)，專家學(xué)者們開(kāi)展了大量地溫場(chǎng)的研究并取得了重要進(jìn)展[5-8]。莫里青斷陷地溫場(chǎng)的分異現(xiàn)象早就被多位學(xué)者所關(guān)注[9-11]，但是對(duì)于其形成的控制因素以及在勘探中的應(yīng)用還缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)研究。

近年來(lái)的勘探實(shí)踐表明，莫里青斷陷的西北緣是潛在的有利成藏區(qū)帶，但由于該區(qū)靠近老山，地震資料品質(zhì)差，地震解釋難度大，在很大程度上制約了對(duì)該區(qū)的勘探評(píng)價(jià)。本文試圖通過(guò)地溫場(chǎng)分布特征及其控制因素的系統(tǒng)研究，在建立地溫梯度分布與

基巖埋深關(guān)系的基礎(chǔ)上，達(dá)到預(yù)測(cè)基底埋深，開(kāi)展有效烴源巖分布評(píng)價(jià)、評(píng)價(jià)有利勘探目標(biāo)之目的。

1區(qū)域地質(zhì)概況

伊通地塹位于吉林省東部，為一狹長(zhǎng)斷陷盆地，平面呈北東向展布。莫里青斷陷位于伊通地塹的南段，面積540 km2。斷陷基底巖性為大面積分布的海西期和燕山期花崗巖,少部分為古生代變質(zhì)巖和中生代火山巖。根據(jù)前古近系基底起伏、沉積蓋層厚度和斷裂特征,莫里青斷陷又可進(jìn)一步劃分為靠山凹陷、小孤山斜坡帶、馬鞍山斷階帶和尖山隆起帶4個(gè)次一級(jí)的構(gòu)造單元(圖1)。古近系是油氣勘探的主要目的層，自下而上分別為始新統(tǒng)雙陽(yáng)組(E2s)、奢嶺組(E2sh)、永吉組(E2y)，漸新統(tǒng)萬(wàn)昌組(E2w)、齊家組(E2q)，中新統(tǒng)岔路河組(Nc)，累計(jì)沉積地層厚度2～6 km。具有古近系沉積充填西北厚、東南薄的特征。

圖1　伊通地塹莫里青斷陷構(gòu)造位置及構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1　Tectonic location and structural units of Moliqing depression,Yitong graben

莫里青斷陷勘探目的層為古近系雙陽(yáng)組地層，烴源巖為雙陽(yáng)組深湖—半深湖相暗色泥巖，儲(chǔ)集層為扇三角洲、近岸水下扇和濁積扇砂體。油藏類型深部以巖性油藏為主，淺部以構(gòu)造油氣藏、構(gòu)造-巖性復(fù)合型油藏為主。

2數(shù)據(jù)與計(jì)算

2.1地溫?cái)?shù)據(jù)獲取

本文所用的地溫資料來(lái)源于莫里青斷陷37口井84個(gè)層段的地層溫度測(cè)試。其中包括尖山隆起帶8口井13個(gè)測(cè)點(diǎn)、馬鞍山斷階帶11口井25個(gè)測(cè)點(diǎn)、靠山凹陷17口井46個(gè)測(cè)點(diǎn)。在這37井口中，有23口井鉆達(dá)基巖。

2.2地溫梯度計(jì)算

地溫梯度是指恒溫層以下地溫隨深度的增加幅度，常以每百米垂直深度上增加的溫度數(shù)表示。據(jù)前人研究[12]，莫里青斷陷恒溫帶的深度為25 m，恒溫帶溫度為10 ℃。按公式

(1)

可計(jì)算出每口井恒溫帶至測(cè)溫點(diǎn)的地溫梯度。在計(jì)算過(guò)程中，同一口井的地溫梯度數(shù)值取本井計(jì)算得到的最高值。如果測(cè)點(diǎn)位于基巖內(nèi)部，則此測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不參與計(jì)算。反之，利用每口井的地溫梯度即可估算出本井在不同深度下的地溫值(T，℃)，即

(2)

式中：G為地層梯度，℃/100m；Z和Z0分別為測(cè)溫點(diǎn)和恒溫帶的垂直深度，m；T和T0分別為測(cè)溫點(diǎn)和恒溫帶的溫度，℃。

3結(jié)果分析

3.1地溫場(chǎng)分布特征

從計(jì)算得出的地溫梯度隨深度的變化圖(圖2)可以看出，莫里青斷陷地層溫度和地溫梯度分區(qū)性比較明顯， 不同構(gòu)造單元存在較大的差別。 特別是在尖山隆起區(qū)，由于沉積層厚度小(一般小于2 km)，基底埋深淺，因而表現(xiàn)出低地溫、高地溫梯度的特征。

圖2　莫里青斷陷地溫及地溫梯度隨測(cè)點(diǎn)深度的分布Fig.2　Distribution of ground temperature and geothermal gradient in Moliqing depression

地溫梯度的這一分布特點(diǎn)在平面分布圖(圖3)上的反映更加清晰，總體具有明顯的三分性：靠山凹陷是一個(gè)低梯度區(qū)，地溫梯度一般小于3.5 ℃/100 m，平均值為3.33 ℃/100 m；尖山隆起區(qū)屬于高梯度區(qū)，地溫梯度在4.0 ℃/100 m以上，平均4.16 ℃/100 m；馬鞍山斷階帶地溫梯度介于二者之間，平均3.67 ℃/100 m，只是在伊40-伊46井區(qū)存在一個(gè)相對(duì)低值區(qū)(圖3)。

圖3　莫里青凹陷地溫梯度平面等值線Fig.3　Contour map of the geothermal gradient in Moliqing depression

3.2地溫梯度的影響因素

沉積蓋層的地溫場(chǎng)主要受局部熱源、地下水活動(dòng)、盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)三方面因素的控制。

放射性元素的局部富集、新構(gòu)造活動(dòng)或巖漿活動(dòng)的生熱作用會(huì)形成局部“熱點(diǎn)”。在莫里青凹陷，尖山隆起區(qū)存在更新世以來(lái)的火山活動(dòng)，但局部熱源對(duì)整個(gè)斷陷東南高西北低的地溫場(chǎng)分布格局幾乎沒(méi)有影響。

地下水因來(lái)源和循環(huán)深度不同，可能會(huì)引起地溫局部異常。渤海灣盆地遼河地區(qū)館陶組就存在因地表冷水沿高滲透性砂礫巖層對(duì)流造成的低地溫異常[13]。在莫里青斷陷，由于雙陽(yáng)組為近物源快速堆積產(chǎn)物，相變快，不存在橫貫全區(qū)發(fā)育的滲透性砂層，因此，地下水的活動(dòng)影響極小。雖然從鉆探資料來(lái)看，位于斷陷西北緣的伊47井存在地層水礦化度明顯偏低的現(xiàn)象，但也只能說(shuō)明在地質(zhì)歷史時(shí)期可能有過(guò)地表淡水進(jìn)入。莫里青斷陷西北緣現(xiàn)今的擠壓封閉性質(zhì)可能在一定程度上阻止了地表冷水向地下補(bǔ)給[14]，因此，該區(qū)缺乏連續(xù)的冷水補(bǔ)給，地溫所受的影響非常小。

盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)地溫分異的影響往往具有普遍性，其影響也更加深遠(yuǎn)。地下不同巖石熱學(xué)性質(zhì)的差別使深部傳遞來(lái)的熱量發(fā)生再分配，從而引起蓋層地溫場(chǎng)分異。高導(dǎo)熱性的火成巖、變質(zhì)巖基底起伏決定了地溫場(chǎng)基本格局。莫里青斷陷也是如此，尖山隆起基底埋深淺，則地溫梯度大，靠山凹陷沉積蓋層厚，地溫梯度小(圖3)。從地溫梯度與基底埋深的關(guān)系也不難得出這一結(jié)論(式3，圖4)。

圖4　莫里青斷陷地溫梯度與基底埋深關(guān)系Fig.4　Crossplot of the basement rock depth with the geothermal gradient in Moliqing depression

Z=21 676e-0.60G。

(3)

式中：Z為基底埋深，m；G為地溫梯度，℃/100m。

4油氣分布預(yù)測(cè)

4.1有效烴源巖分布區(qū)預(yù)測(cè)

前人的大量研究均已證實(shí)古近系雙陽(yáng)組是莫里青斷陷的烴源巖。雙陽(yáng)組沉積時(shí)期，靠山凹陷一直處于深湖半深湖環(huán)境，普遍發(fā)育暗色泥巖，雙一段、雙三段的有機(jī)碳含量較高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.2%以上，其中雙一段可達(dá)1.93%[15]。烴源巖只有達(dá)到一定的埋藏深度才能大量生排烴[16-17]，這個(gè)深度稱為門限深度。研究也發(fā)現(xiàn)，在雙陽(yáng)組較淺部位發(fā)現(xiàn)的油氣與對(duì)應(yīng)深度的暗色泥巖之間彼此沒(méi)有親緣關(guān)系[18]。根據(jù)前人研究的認(rèn)識(shí)，莫里青斷陷靠山凹陷門限深度約為2 700 m[19]，據(jù)靠山凹陷平均地溫梯度3.33 ℃/100 m計(jì)算，其對(duì)應(yīng)門限溫度為100 ℃左右。馬鞍山斷階帶地溫梯度較高，地溫梯度平均為3.67 ℃/100 m，計(jì)算得出的門限深度為2 500 m，這一計(jì)算結(jié)果與原油組分的變化趨勢(shì)相吻合(圖5)。在門限深度以下，烴源巖隨埋深的增加演化程度更高，原油物性有變好的趨勢(shì)，膠質(zhì)含量逐漸減少；門限深度之上，由于原油在運(yùn)移過(guò)程中色層效應(yīng)的影響，隨運(yùn)移距離的增加膠質(zhì)含量有減小的趨勢(shì)，因而膠質(zhì)含量最大的深度應(yīng)與烴源巖大量生排烴的門限深度相對(duì)應(yīng)。

圖5　莫里青凹陷原油膠質(zhì)組分含量隨深度的變化Fig.5　Crossplot of the colloid content with the depth of the crude oil in Moliqing depression

尖山隆起區(qū)的泥巖由于埋深沒(méi)有達(dá)到此門限溫度，因此不能生烴成藏，目前在該區(qū)發(fā)現(xiàn)的油氣藏均是從馬鞍山斷階帶就近運(yùn)移而來(lái)。斷陷南部的小孤山斜坡也主要是因這方面的原因尚無(wú)油氣發(fā)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，在莫里青凹陷，靠山凹陷和馬鞍山斷階帶相應(yīng)門限深度以下的烴源巖進(jìn)入生油窗，其余地區(qū)的烴源巖對(duì)油氣成藏幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)。

4.2西北緣有利目標(biāo)區(qū)預(yù)測(cè)

莫里青斷陷西北緣是近年來(lái)勘探的重點(diǎn)區(qū)帶，2008年發(fā)現(xiàn)了伊59井大型構(gòu)造-巖性油藏。從目前鉆探結(jié)果來(lái)看，該區(qū)的鉆探深度不大，一般都小于3 100 m，鉆達(dá)的主要地層為雙陽(yáng)組中上部，而鉆達(dá)雙一段特別是雙一段下部的井極少。有個(gè)別探井鉆遇花崗巖，但這些花崗巖究竟是逆斷層形成的推覆體還是真正的結(jié)晶基底，其下是否存在雙陽(yáng)組的沉積地層，目前還存在較大爭(zhēng)議。

位于斷陷西北緣的伊45、伊59、伊8井區(qū)各井均未鉆達(dá)基底，根據(jù)地溫梯度計(jì)算結(jié)果，伊45—伊8一線約為3.03 ℃/100 m，更靠近西北盆地邊界的伊47井地溫梯度有所增高，為3.14 ℃/100 m。在該井區(qū)附近，基本可以排除地層水對(duì)流對(duì)地溫梯度的影響，推測(cè)導(dǎo)致地溫梯度低異常的主要因素為基底埋深。由于伊45—伊8一線為本區(qū)的沉降中心，基底埋深較大，地溫梯度表現(xiàn)為低值區(qū)，計(jì)算基底埋深約3 520 m。伊47井地溫梯度有所升高，預(yù)示著基地埋深可能有所減小，利用公式(3)計(jì)算的基底埋深為3 290 m。但該井從3 045 m到完鉆井深3 060 m，鉆遇15 m花崗巖。鉆遇基巖的深度與預(yù)測(cè)基巖埋深相差約245 m，與之緊鄰且更靠近盆地邊界的伊101井卻在此深度并未鉆遇基巖。對(duì)伊47、伊101井地震剖面的Tg重新解釋后發(fā)現(xiàn)，伊47井完鉆深度距基底Tg反射層雙程旅行時(shí)間約為140 ms(圖6)，根據(jù)該區(qū)雙陽(yáng)組3 200 m/s的平均地震波速估算，還有220 m左右才能鉆達(dá)基底，與上述245 m較接近。由此推斷伊47井3 045 m鉆遇的花崗巖很有可能是構(gòu)造擠壓形成的基巖推覆體而并非真正的基底，其下可能還存在雙陽(yáng)組的湖相碎屑沉積巖。

圖6　過(guò)伊101井—伊47井地震剖面(注：黃色虛線為重新解釋的基底Tg反射)Fig.6　Seismic profile crossing well Y101 and well Y47

地震相研究證實(shí)了上述推論。在伊47、伊101、伊45和伊8井區(qū)，雙一段底部發(fā)育低位扇(近岸水下扇)砂體，地震剖面上成雜亂前積反射特征(圖6)，是本區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集砂體，其上為雙一上黑色優(yōu)質(zhì)烴源巖所覆蓋。推測(cè)進(jìn)一步加深鉆探，可以有較好的油氣發(fā)現(xiàn)。

5結(jié)論

(1)莫里青斷陷地溫梯度主要受基底起伏控制，總體呈東南部的尖山隆起高、靠山凹陷低的特點(diǎn)，馬鞍山斷階和小孤山斜坡的地溫梯度介于二者之間。

(2)莫里青斷陷雙陽(yáng)組烴源巖大量生烴的門限溫度約為100 ℃，靠山凹陷和馬鞍山斷階帶對(duì)應(yīng)的門限深度分別約2 700 m和2 500 m，尖山隆起和小孤山斜坡暗色泥巖未成熟，對(duì)油氣成藏的貢獻(xiàn)不大。

(3)莫里青斷陷西北緣的伊47—伊45井—伊8井區(qū)發(fā)育的雙一段低位扇三角洲砂體是有利的勘探目標(biāo)。

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責(zé)任編輯：王輝

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.004中圖分類號(hào)：TE122

文章編號(hào)：1673-064X(2016)01-0023-06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-06-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2006CB701406)

作者簡(jiǎn)介：吳欣松(1969-)，男，博士，副教授，主要從事油氣藏形成與分布規(guī)律研究。E-mail：wxs@cup.edu.cn

Geothermal Field of Moliqing Fault Depression in Yitong Graben and Its Application

WU Xinsong1,JIANG Tao2,LIU Xuwu2

(1.Faculty of Earth Sciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China；2.Jilin Oilfield Company,CNPC,Songyuan 138000,Jilin,China)

Abstract:Based on the systematical collection of the formation temperature data of exploration wells and the calculation of the geothermal gradient,the burial depth prediction model of the base rock in Moliqing fault depression is constructed,and the hydrocarbon generation threshold depth of hydrocarbon source rock of the secondary tectonic units in the fault depression is calculated,and the distribution range of the effective source rocks is predicted.The research result reveals that the geothermal field is controlled mainly by the tectonic background in Moliqing fault depression,and the deep strata in Y47-Y45-Y18 wellblock which is close to the northwest margin of Moliqing fault depression is a favorable target for the next drilling exploration.There exist large scale lowstand fan sandstones of the first member in Shuangyang formation and high-quality hydrocarbon source rock overlaying on the lowstand fan sandstones.So there are good hydrocarbon accumulation conditions in Moliqing fault depression.

Key words:geothermal gradient；hydrocarbon accumulation；Moliqing fault depression；Yitong graben