宗奕 鄒華耀 于開平

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

遼東灣地區(qū)古近系烴源巖熱演化模擬

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

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。

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)。

圖1 遼東灣地區(qū)井位和測(cè)線位置圖

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[3]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50～75 mW/m2,背景熱流值達(dá)63.6 mW/m2,而古近紀(jì)沙河街期和東營(yíng)期(距今25～50 Ma),盆地古熱流值為70～90 mW/m2。渤海地區(qū)平均地溫梯度現(xiàn)今為3.3℃/100 m,其中凹陷區(qū)為2.5～3.5℃/100 m,凸起區(qū)為3.0～4.5℃/100 m。

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。

圖2 JX1-1-1井模擬地溫和R o值與實(shí)測(cè)值對(duì)比關(guān)系圖

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%Ro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2 500 m(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%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?？梢?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)。

圖3 LZ281測(cè)線熱演化模擬圖

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12 M a、5.1 M a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。

圖4 沙一、二段頂界烴源巖成熟度等值線(a)、沙三段頂界烴源巖成熟度等值線(b)圖

表1 遼東灣地區(qū)烴源巖平面演化程度表

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,分隔性強(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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Thermal evolution simulation of the Paleogene source rocks in the L iaodong Bay area

Zong Yi1,Zou Huayao2,Yu Kaiping3
(1.Facu lty of Earth Resources,China University of Geosciences,W uhan,H ubei 430074,China;2.School of Resources and Inform ation,China University of Petroleum,Beijing 100029,China;3.CNOOC Research Center,Beijing 100027,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 7,pp.21-24,7/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

To understand the thermal evolution history of source rocks is impo rtant to the exp loration in the Liaodong Bay area, no rtheast Bohai Sea.Based on the reconstruction of thermal evolution histo ry and burial histo ry in the study area through basin modeling,the evolution of source rocks is mapped through analyzing the maturity histo ry of the source rocks on 10 sections w ith the EASY%Romodel.The evolutionary characteristicsof source rocks in the Liaozhong sag and the Liaoxi sag are summarized.The follow ing conclusions are obtained.(1)For the Liaozhong sag,the maturity in the no rthern structural low is significantly higher than that in the southern structural low.(2)For the Liaoxi sag,the maturity is basically the same in the no rthern,southern and central structural low s.(3)The Liaozhong sag has a higher maturity than the Liaoxi sag.(4)A t p resent,the source rocks in the third and the lower firstmembersof the Paleogene Shahejie Fo rmation in deep Liaozhong sag are highly mature,w hile those along the edge of the sag are w ithin oil w indow.In contrast,themajo r source rocks in the Liaoxi sag are at peak hydrocarbon generation.

burial histo ry,source rock,thermal evolution,maturity,basin modeling,vitrinite reflectance,Liaodong Bay

宗奕,女,1981年生,博士研究生;主要從事于油氣成藏方面的研究工作。地址:(430074)湖北省武漢市中國(guó)地質(zhì)大學(xué)主樓730室。電話:(027)67883077。E-mail:zongyi1981@126.com

宗奕等.遼東灣地區(qū)古近系烴源巖熱演化模擬.天然氣工業(yè),2010,30(7):21-24.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.005

(修改回稿日期 2010-03-25 編輯 羅冬梅)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.005

Zong Yi,born in 1981,is studying fo r a Ph.D degree w ith research interests in hydrocarbon pooling.

Add:Room 730,M ain Building,China University of Geosciences,W uhan,Hubei 430074,P.R.China

Tel:+86-27-6788 3077E-mail:zongyi1981@126.com