于仲坤，趙洪，刁慧，丁飛，漆濱汶

中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335

東海盆地麗水凹陷自1984 年勘探以來，多口探井鉆遇油氣顯示及工業(yè)油氣流[1-2]，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)1 個油氣田及多個含油氣構(gòu)造[3-5]。但與此同時，已發(fā)現(xiàn)油氣田充滿度低且規(guī)模較小，可動用儲量少，經(jīng)濟性較差，與凹陷大規(guī)模的烴源巖發(fā)育不匹配。除了圈閉和儲層等控制因素以外，麗水凹陷的烴源巖熱演化特征目前仍不明確，限制了對其深入的勘探研究。目前對于麗水凹陷烴源巖的研究較少，其中李寧[6]通過從可溶有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率、巖石熱解參數(shù)、生物標(biāo)志物特征和鏡質(zhì)體反射率等方面對麗水凹陷西次凹古新統(tǒng)烴源巖熱演化特征進行了研究。前人的研究成果雖然從地球化學(xué)角度提出了西次凹烴源巖熱演化特征規(guī)律，但未有效指出麗水凹陷烴源巖整體熱演化差異，難以為麗水凹陷的油氣勘探及中長期發(fā)展規(guī)劃提供強有力的支撐。

本文首次以盆地模擬方法，針對西次凹10 口井、東次凹3 口井及靈峰凸起6 口井巖性、測井、測試等資料進行梳理，優(yōu)選盆地模型及熱演化參數(shù)，結(jié)合地震資料，建立單井地史、熱史模型，對熱演化規(guī)律進行系統(tǒng)分析并對現(xiàn)今烴源巖成熟度進行預(yù)測，最終對烴源巖成熟度差異性進行總結(jié)，研究成果對麗水凹陷下一步的地質(zhì)研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

麗水凹陷位于東海陸架盆地西部坳陷帶的西南部，總面積約1.38×104km2。凹陷呈北東—南西向展布，其東南以雁蕩凸起與福州凹陷相隔，北接椒江凹陷，西鄰閩浙隆起區(qū)。整體為單斷式箕狀斷陷，是一個晚白堊世基礎(chǔ)上發(fā)育起來以古新世—始新世為主的斷陷盆地。凹陷內(nèi)部又可細(xì)分為西次凹、靈峰凸起、東次凹、南次凹4 個次級構(gòu)造單元（圖1，圖2）。

麗水凹陷構(gòu)造演化可以劃分為裂陷期、拗陷期、沉積間斷期及整體沉降期4 個階段，發(fā)育11 套地層。麗水凹陷基底為中生代火山巖、花崗巖與中元古代變質(zhì)巖。目前鉆遇地層主要為古新近系與第四系，少數(shù)井鉆遇上白堊統(tǒng)石門潭組。裂陷期發(fā)育有上白堊統(tǒng)石門潭組[7]，古新統(tǒng)月桂峰組、靈峰組及明月峰組。其中古新統(tǒng)湖相—三角洲沉積的月桂峰組泥巖厚度分布范圍為200～1 400 m，濱淺海相—三角洲沉積的靈峰組最大厚度達500 m，海相含煤的明月峰組厚度分布范圍為100～300 m；拗陷期發(fā)育有始新統(tǒng)海相沉積甌江組、溫州組；沉積間斷期經(jīng)歷了始新世末的玉泉運動和漸新世末的花港運動，導(dǎo)致麗水凹陷整體缺失始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組地層沉積，并形成了一個明顯的構(gòu)造不整合界面（T20）[8]；整體沉降期中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組，上新統(tǒng)三潭組，更新統(tǒng)東海群組[9-10]（表1）。

前人研究表明麗水凹陷烴源巖主要發(fā)育有古新統(tǒng)月桂峰組與靈峰組，其中古新統(tǒng)月桂峰組烴源巖TOC 為0.42%～4.24%，平均為1.66%，HI 為33～154 mg/g TOC，平均為75 mg/g TOC，為凹陷主力烴源巖。古新統(tǒng)靈峰組烴源巖TOC 為0.41%～2.71%，平均為1.09%，HI 為15.4～505 mg/g TOC，平均為126 mg/g TOC，為凹陷次要烴源巖。

2 單井熱演化模擬參數(shù)分析

圖1 麗水凹陷構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location of Lishui Sag

麗水凹陷除了月桂峰組與靈峰組發(fā)育兩套主力烴源巖層外，還發(fā)育多套地層，鑒于對其成熟度演化尚未有效開展，其成熟度整體差異未知，因此，本文首次利用盆地模擬方法對凹陷烴源巖成熟度演化特征進行研究，以明確多套烴源巖的有效性。

地球內(nèi)部熱的傳播方式主要有熱傳導(dǎo)、熱對流和放射性生熱，其中熱傳導(dǎo)是從軟流圈到巖石圈最普遍的一種方式，熱對流主要發(fā)生于軟流圈，局部 也可由于巖石圈的移動、沉積盆地中的熱液或油氣流動帶來的熱循環(huán)，放射性生熱主要存在于地殼和沉積物放射性元素富集區(qū)。熱傳輸?shù)臒嵩粗饕獊碜攒浟魅Φ臒崃鳎送膺€有局部的熱源，包括巖漿巖侵入、放射性元素富集區(qū)等。本文中熱流指熱流密度，是由于盆地中兩個點之間的溫度差引起的，熱流值q 的大小等于地溫梯度 ?T 與熱導(dǎo)率λ 的乘積，即q=λ· ?T，單位mW/m2。引用Thomas Hantschel三維熱流模擬原理[11]，即考慮上述3 種熱的傳播方式，根據(jù)能量守恒定律，單位體積內(nèi)的熱流變化等于熱傳導(dǎo)、熱對流和放射性元素生熱的熱流之和，求解非穩(wěn)態(tài)方程，用下式表示：

λ、ρ、c 是巖石全巖的熱導(dǎo)率（W/mK）、密度（kg/m3）和比熱容（J/kg/K），vp、ρp、cp分別是孔隙流體速度、密度和比熱容（計算巖石圈對流時代表巖石圈相應(yīng)參數(shù)），Qr是全巖的放射性生熱率（μW/m3）。

單井熱演化模擬過程通常分為兩部分，一是巖石圈熱模擬，根據(jù)巖石圈模型計算來自軟流圈的熱源通過巖石圈傳遞到沉積盆地基底的熱流值，可理解為巖石圈的尺度；二是沉積盆地的熱模擬，計算沉積物基底到地表（或海底）的溫度或熱流變化，這一部分可理解為沉積盆地的尺度（圖3）。

圖3 麗水凹陷正演熱史模擬工作流程Fig.3 Thermal history simulation process for Lishui Sag

2.1 巖石圈模型參數(shù)

裂陷盆地巖石圈減薄和盆地沉降具有密切的關(guān)系[12-13]，建立巖石圈模型的目的是為了計算盆地基底的熱流值和不同地質(zhì)時期的構(gòu)造沉降。熱流的求取跟巖石圈厚度、地質(zhì)時間、拉張系數(shù)、巖石熱導(dǎo)率等參數(shù)有關(guān)[14]。本文采用Mckenzie 模型，該模型被廣泛應(yīng)用于陸緣裂陷盆地和弧后盆地的基底熱流值計算。

一般認(rèn)為軟流圈頂界（巖石圈底界）是一個恒溫面，溫度約為1 330 ℃。前人對東海盆地巖石圈結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)做過相應(yīng)研究[15-17]，為巖石圈模擬提供了基礎(chǔ)參數(shù)。高德章[18]通過空間重力異常、密度界面反演技術(shù)明確了麗水凹陷現(xiàn)今巖石圈底界埋深為±80 km; 江為為[19]、周志遠(yuǎn)[20]等通過重力異常、沉積層厚度和深地震揭示的莫霍面深度資料，采用三維迭代界面反演法，計算了麗水凹陷莫霍面深度為25～30 km。用莫霍面深度減去沉積基底深度，即可求取結(jié)晶地殼厚度。麗水凹陷地殼厚度為16～29 km，原始地殼厚度為35 km[21]，因此地殼拉張系數(shù)為1.2～2.2。其中上地殼底界埋深12～15 km，密度為2.7 g/cm3，巖性為變質(zhì)巖和花崗巖，含少量中基性巖體；下地殼埋深25～30 km，密度2.9 g/cm3，巖性為基性麻粒巖為主；上地幔密度3.4 g/cm3，巖性為橄欖巖[17,22]。

巖石圈的熱導(dǎo)率λ、放射性生熱率Qr和比熱容c 等參數(shù)取值沒有實測數(shù)據(jù)，綜合前人對東海及西湖凹陷的研究成果[17,23-24]進行麗水凹陷巖石圈熱參數(shù)取值，上地殼放射性生熱率為Qr0=2.8 μW/m3；上地殼、下地殼和上地幔的熱導(dǎo)率分別為3.5、3.1 和2.5 W/mK；上地殼、下地殼和上地幔的比熱容值分別為900、1 050 和1 200 J·kg-1·K-1（表2）。

2.2 剝蝕厚度

麗水凹陷在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了多期構(gòu)造抬升運動，主要在靈峰組沉積末期、明月峰組沉積末期、甌江組沉積末期和漸新統(tǒng)沉積末期。其中漸新統(tǒng)沉積末期構(gòu)造運動較為強烈，最大剝蝕量可達1 400 m （圖4）。通過針對多條測線剝蝕厚度的對比分析及優(yōu)選，本次模型剝蝕厚度采用中海油研究總院研究成果[25]。

表 2 LS5 井巖石圈模型參數(shù)Table 2 Lithospheric modeling parameters of LS5

圖4 麗水凹陷不整合面(T20)剝蝕厚度Fig.4 Erosion thickness of horizon T20 in Lishui Sag

2.3 邊界條件

邊界條件是指基底熱流為下邊界、古地表（陸地）或海底（海上）溫度為上邊界的溫度條件。本次盆地模擬首先定義出每個地質(zhì)歷史時期沉積盆地的熱邊界條件，下邊界盆地基底的熱流值由巖石圈模型得到，其大小和分布受地殼和地幔的平均熱導(dǎo)率和厚度變化控制；不同地質(zhì)歷史時期的上邊界條件用古地表溫度或古水面溫度加水深校正得到[11]，本文參照Wygrala 海平面全球平均溫度數(shù)據(jù)[26]，按現(xiàn)今北半球東亞北緯27°設(shè)定地質(zhì)歷史的水面溫度。

合理預(yù)測古水深以提高地層埋藏史和地溫場的模擬精度[27]。由于本地區(qū)古生物資料較少，古水深主要依靠古構(gòu)造結(jié)合沉積相來判斷。麗水凹陷現(xiàn)今水深圖根據(jù)地震資料解釋的海底深度取得。

2.4 單井熱演化模擬標(biāo)定及結(jié)果

目前常見的地溫資料有DST（鉆桿測試）數(shù)據(jù)、BHT（測井井底溫度）數(shù)據(jù)和測井溫壓連續(xù)測量數(shù)據(jù)。DST 測試時一般的靜井時間長，其測溫數(shù)據(jù)被認(rèn)為是最接近實際地層溫度的數(shù)據(jù)。但是海域求取DST 數(shù)據(jù)成本較高，只有少數(shù)有良好油氣顯示的地層進行過DST 測試，而且有的DST 測試還沒有測溫。目前麗水凹陷幾乎所有鉆井均具有BHT 數(shù)據(jù)，但由于BHT 數(shù)據(jù)在測量時井液循環(huán)停止的時間很短，大多只有幾小時，溫度難以恢復(fù)到實際地層溫度，所以測量溫度遠(yuǎn)低于實際地層溫度。測井溫壓連續(xù)測量數(shù)據(jù)也存在井液循環(huán)停止時間短而導(dǎo)致測量溫度偏低的問題。

目前麗水凹陷具有DST 溫度資料的鉆井僅6 口，而具有BHT 數(shù)據(jù)的鉆井有13 口，其中2 口既有DST 數(shù)據(jù)又有BHT 數(shù)據(jù)。本文采用Waples 法[28-29]校正了LS6、LS9 兩口井的BHT 溫度，校正結(jié)果分別與其DST 數(shù)據(jù)對比（圖5），可靠性較高，說明該校正方法在麗水凹陷是適用的。通過對13 口鉆井BHT 數(shù)據(jù)的恢復(fù)，麗水凹陷具有溫度資料的鉆井達到17 口，大大豐富了該區(qū)的地溫場研究資料，提高了地溫場研究的質(zhì)量和可靠程度。

圖5 麗水凹陷鉆井DST 測溫與BHT 校正數(shù)據(jù)對比圖(左：LS6,右：LS9)Fig.5 Contrast of DST temperature and BHT calibration data in Lishui Sag （Left: LS6, Right: LS9）

在上述巖石圈模型建立的基礎(chǔ)上，本文首先模擬盆地基底熱流，再進行正演熱模擬計算地溫及Ro，以鉆井實測的13 口校正后BHT 井底溫度、6 口DST 測試溫度數(shù)據(jù)與16 口井Ro 測定值對模擬計算結(jié)果進行約束及校正。應(yīng)用美國Zetaware 公司的Genesis 盆地模擬軟件，建立麗水凹陷各單井地史、熱史模型（圖6），模擬計算各單井從盆地基底到海底的地溫變化曲線（圖7）。其中沉積層熱屬性參數(shù)根據(jù)單一巖性參數(shù)（表3），以實鉆井該層砂、泥巖百分含量配比計算得到。

圖6 LS5 井埋藏史及熱史模擬標(biāo)定Fig.6 Burial history and simulated calibration of thermal history of LS5

表 3 麗水凹陷巖石密度和熱屬性參數(shù)Table 3 Density and thermal properties of rocks encountered in Lishui Sag

圖7 麗水凹陷鉆井地溫模擬曲線圖（數(shù)據(jù)點為實測數(shù)據(jù)）Fig.7 Modeling temperature curves of the wells in Lishui Sag（Data points are measured data）

通過對麗水凹陷19 口探井的一維熱模擬，發(fā)現(xiàn)各井的地溫梯度明顯不同，同一深度的地溫相差可達40 ℃（圖7）。平均地溫梯度最大約達3.7 ℃/100 m，最小則約為2.6 ℃/100 m（表4）。總體上靠近凹陷中心探井的地溫梯度相對較低，凹陷周邊及凸起區(qū)探井的地溫梯度相對較高。由于麗水凹陷長期處于熱沉降期的裂谷盆地中，其軟流圈已漸漸恢復(fù)到原始狀態(tài)，深部傳導(dǎo)的熱流量與隆起區(qū)的相近，但凹陷中心原始地殼由于裂谷期的拉張減薄，現(xiàn)今地殼的放射性生熱量減小?？傮w上凹陷中心的熱流小于凹陷周邊及凸起區(qū)的熱流，因此靠近凹陷中心探井的地溫梯度相對凹陷周邊及凸起位置的地溫梯度要低。

表 4 麗水凹陷熱流值及相關(guān)參數(shù)Table 4 Heat flow values and related parameters in Lishui Sag

3 麗水凹陷熱演化史及現(xiàn)今地溫場特征

裂谷盆地的形成過程中伴隨著巖石圈的減薄、盆地的沉降和軟流圈的上隆作用，而且它們之間還具有定量關(guān)系[11-13]。盆地形成過程中軟流圈頂界深度的變化直接決定著盆地的熱流量和地溫場的分布特征。盆地裂陷階段，軟流圈上隆、盆地沉降，軟流圈頂界深度與地層深度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，地層深度間接反映著盆地的熱流量和地溫場的分布特征。

圖8 麗水凹陷鉆井月桂峰組底界溫度與T100 埋深關(guān)系圖Fig.8 Diagram of the relationship between the bottom temperature of Yueguifeng Formation from wells and the buried depth of T100 in Lishui Sag

針對麗水凹陷鉆井資料少的特點，利用地溫與地層深度的相關(guān)性，以各井所在位置月桂峰組底的溫度和麗水凹陷月桂峰組底界T100 作相關(guān)圖，發(fā)現(xiàn)二者呈線性正相關(guān)關(guān)系（圖8）。把鉆井熱史研究結(jié)果外推到無井區(qū)域，建立東海麗水凹陷的區(qū)域地溫場，把其相關(guān)關(guān)系應(yīng)用到T100 深度圖上，可以得到麗水凹陷的T100 溫度圖（圖9），并繪制出麗水凹陷的平均地溫梯度分布圖（圖10）。從麗水凹陷平均地溫梯度的平面分布來看（圖10），現(xiàn)今凹陷邊緣地溫梯度較高，凹陷中部的地溫梯度較低。其中麗水凹陷西次凹、東次凹地溫梯度相對較低，最低地溫梯度不到2.7 ℃/100 m。

圖9 麗水凹陷T100 地溫分布圖Fig.9 Geothermal distribution of T100 in Lishui Sag

圖10 麗水凹陷平均地溫梯度分布Fig.10 Average geothermal gradient in Lishui Sag

19 口井的一維模擬結(jié)果表明，各井的基底熱流各不相同，最大值不超過65 mW/m2，最小值不低于40 mW/m2（表4，圖11）。把上述鉆井基底熱流與基底埋深的關(guān)系應(yīng)用到Tg 深度圖上，可以得到麗水凹陷的基底熱流分布圖（圖12）?？傮w上凹陷中心的基底熱流值相對較低，凹陷周邊及凸起位置熱流較高。分析表明沉積基底的熱流一方面與所在地區(qū)的軟流圈深度、地殼厚度有關(guān)。軟流圈深度越淺，巖石圈的宏觀平均地溫梯度就越大，從地球深部輸出的熱流量就越大。地殼厚度越大，上地殼的放射性生熱量就越大。另一方面與盆地沉積物的厚度大小和沉積物的熱導(dǎo)率有關(guān)，如果盆地沉積物總體熱導(dǎo)率較大，那么該區(qū)的熱流量較大，否則熱流量小。麗水凹陷長期處于熱沉降期的裂谷盆地中，其軟流圈已漸漸恢復(fù)到原始狀態(tài)，深部傳導(dǎo)的熱流量與隆起區(qū)的相近，但凹陷中心原始地殼由于裂谷期的拉張減薄，現(xiàn)今地殼的放射性生熱量減小，而且由于基底熱導(dǎo)率一般比沉積層高，沉積層的熱披覆效應(yīng)不利于熱傳輸，導(dǎo)致熱更易流向低阻的基底高區(qū)。因此總體上凹陷中心的基底熱流小于凹陷周邊及凸起區(qū)的熱流。

4 有機質(zhì)成熟度分布特征

圖11 麗水凹陷鉆井基底熱流值Fig.11 Heat flow of wells in Lishui Sag

圖12 麗水凹陷基底熱流值分布圖Fig.12 Distribution of heat flow in Lishui Sag

烴源巖有機質(zhì)的熱演化過程直接受盆地在整個地質(zhì)歷史時期地溫場的控制，而不同時期的地溫場又受控于盆地的沉積充填與深部巖石圈結(jié)構(gòu)。因此，本文以現(xiàn)今地溫和鏡質(zhì)體反射率作為約束條件，通過恢復(fù)盆地各個時期的沉積埋藏史、沉降史、巖石圈結(jié)構(gòu)的變化過程，模擬分析盆地的地溫演化和烴源巖有機質(zhì)成熟歷史[30]。

利用19 口探井的一維熱模擬結(jié)果和烴源巖層在各時期古深度圖的相關(guān)關(guān)系，制作了各時期烴源巖的地溫場分布圖，然后在地質(zhì)歷史過程中，模擬計算出麗水凹陷烴源巖在三維空間的熱演化程度。模擬結(jié)果表明，古新統(tǒng)下段月桂峰組底界烴源巖大部分都已成熟，在凹陷中心特別是西次凹，已經(jīng)達到過成熟。月桂峰組頂界（靈峰組底界）烴源巖大部分處于低熟—成熟階段，在西次凹中心處于高成熟—過成熟狀態(tài)。靈峰組頂界烴源巖處于未熟—低熟狀態(tài)，僅在西次凹沉積中心，少部分烴源巖成熟（圖13，圖14，圖15）。從現(xiàn)今烴源巖的成熟狀態(tài)來看，古新統(tǒng)下段月桂峰組烴源巖應(yīng)是麗水凹陷的主力烴源巖。

5 討論

圖14 麗水凹陷月桂峰組頂界成熟度圖Fig.14 Maturity of source rocks at the top of Yueguifeng Formation in Lishui Sag

圖13 麗水凹陷月桂峰組底界成熟度圖Fig.13 Maturity of source rocks at the bottom of Yueguifeng Formation in Lishui Sag

圖15 麗水凹陷靈峰組頂界成熟度圖Fig.15 Maturity of source rocks at the top of Lingfeng Formation in Lishui Sag

前期麗水凹陷的熱演化研究較少，李寧通過可溶有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率、巖石熱解參數(shù)、生物標(biāo)志物特征及鏡質(zhì)體反射率等地球化學(xué)參數(shù)僅對麗水西次凹X 井進行了古近系烴源巖熱演化特征研究，指出了西次凹靈峰組上段為低熟—成熟，靈峰組下段處于成熟演化階段。本文研究發(fā)現(xiàn)麗水凹陷西次凹靈峰組上段烴源巖大部分處于低熟—成熟階段，但局部有高成熟度烴源巖。同樣西次凹靈峰組下段烴源巖大部分處于成熟—高成熟階段，次洼中心局部過成熟；除此之外，近年來麗水的勘探研究過程中對于東次洼與南次洼的烴源巖成熟度有較多的爭議，本文通過系統(tǒng)的熱演化研究落實了東次洼與南次洼烴源巖熱演化特征。麗水凹陷東次洼靈峰組上段烴源巖大部分處于低熟—成熟階段，靈峰組下段烴源巖大部分處于成熟階段，月桂峰組烴源巖大部分處于成熟—高成熟階段；麗水凹陷南次洼靈峰組上段烴源巖大部分處于未熟—低熟階段，靈峰組下段烴源巖大部分處于低熟—成熟階段，月桂峰組烴源巖大部分處于低熟—成熟階段，洼陷中央有高成熟烴源巖。

本次研究表明月桂峰組烴源巖大部分都已成熟，可以成為麗水凹陷可靠的油氣來源，但截至目前麗水凹陷少有商業(yè)規(guī)模的油氣田被發(fā)現(xiàn)。針對麗水凹陷的綜合地質(zhì)研究推測因為主生烴期（56 Ma）與斷裂輸導(dǎo)體主要發(fā)育期（37 Ma）匹配關(guān)系不明，加之油氣砂巖輸導(dǎo)體特征與圈閉有效性研究未完全明確是導(dǎo)致目前少有大型油氣田被發(fā)現(xiàn)的主要原因。本文綜合研究表明麗水凹陷西次凹的中北部烴源巖厚度大，月桂峰組烴源巖成熟度高，生烴強度大，下一步應(yīng)加強西次凹中北部成藏主控因素研究，以期有更多規(guī)?；蜌馓锏陌l(fā)現(xiàn)。

6 結(jié)論

（1）研究區(qū)鉆井BHT（測井井底溫度）數(shù)據(jù)不能直接用于盆地地溫場的研究，需要選用合理方法進行校正后才能使用。Waples 方法適用于麗水凹陷BHT 數(shù)據(jù)的校正。

（2）麗水凹陷各井所在位置月桂峰組底的溫度和麗水凹陷月桂峰組底界T100 呈線性正相關(guān)關(guān)系?，F(xiàn)今凹陷邊緣地溫梯度較高，凹陷中部的地溫梯度較低。其中麗水凹陷西次凹、東次凹地溫梯度相對較低，最低地溫梯度還不到2.7 ℃/100 m。

（3）古新統(tǒng)下段月桂峰組底界烴源巖大部分都已成熟，月桂峰組頂界（靈峰組底界）烴源巖大部分處于低熟—成熟階段，靈峰組頂界烴源巖處于未熟—低熟狀態(tài)，僅在西次凹沉積中心，少部分烴源巖成熟。