塔西南坳陷二叠系烃源岩热演化及生烃史模拟

郑涛 （长江大学工程技术学院石油资源系，湖北 荆州434020）

徐耀辉 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学），湖北 武汉430100）

王进 （中石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安710018）

塔里木盆地的优质烃源岩主要发育于下古生界海相的寒武系－奥陶系、上古生界海陆交互相的石炭系－二叠系和中生界陆相的三叠系－侏罗系。在平面上，中、下寒武统烃源分布在盆地的东部和西部；上寒武统－下奥陶统烃源岩分布于满东 （满参1井以东）地区；中－上奥陶统烃源岩分布于盆地中西部台缘斜坡相和陆源海湾相；石炭系－二叠系仅分布于麦盖提斜坡和塔西南坳陷；三叠系源岩分布于库车凹陷及塔北隆起的哈拉哈塘凹陷－轮南低隆－草湖凹陷；侏罗系分布于库车坳陷、塔西南坳陷2个前陆坳陷和塔东地区。二叠系烃源岩是塔西南地区重要的烃源岩层系，且油气源对比表明柯克亚油气田凝析油与天然气都有二叠系烃源岩的贡献［1］。在塔西南地质资料分析基础上，笔者采用IES Petromod盆地模拟软件对二叠系烃源岩热演化史与生烃史进行了模拟研究。

图1 塔西南坳陷二叠系烃源岩等厚图

1 二叠系烃源岩分布特征

二叠系烃源岩主要发育在下二叠统，主要为湖相泥质烃源岩，厚度较大，在塔西南坳陷广泛分布，已有地震、钻井及露头资料表明其在和田－叶城坳陷最厚大于300m，向东北方向逐渐变薄 （图1）。

下二叠统烃源岩总有机碳含量w（TOC）较高，很多样品w（TOC）大于1．0%，总体为中等－好烃源岩，Ⅱ型有机质。

2 盆地模拟基础资料的选取

2．1 沉积－埋藏史参数选取

沉积物在埋藏、成岩过程中，其孔隙度、厚度、结构等的变化对于油气藏的形成是至关重要的，利用沉积史和构造史的恢复，可以揭示今天的油气藏或含油气区的地质特征在地史过程中的演化。

沉积－埋藏史主要参数包括：地层沉积厚度／埋藏深度、剥蚀厚度、时间、岩性、孔隙度－深度关系曲线等。沉积相及岩性分布、埋藏史地层厚度等资料根据近3年研究成果［2～8］①康志宏，钱一雄，高志前，等．塔里木盆地西南坳陷油气资源战略选区调查与评价．国土资源部油气资源战略研究中心，2010．，部分借鉴了新一轮资评的资料。Petromod软件中的模型可以很好地模拟塔西南前陆地区第三系及第四系地层的高速沉积过程。

图2 塔西南地区地层温度与深度关系图

2．2 热演化史参数选取

Petromod热史模拟中主要参数包括现今地层温度、岩石热导率、大地热流值、古水深、古地表温度、古大地热流值等。

2．2．1 现今地温场特征

现今地温场主要依据钻孔实测温度数据，塔西南地区实测地层温度与深度关系见图2。平面上，现今地温梯度表现出较低的地温梯度特征。

盆地的热流分布特征与盆地的性质和其自古生代以来的构造演化是一致的［9］。塔里木盆地的大地热流值多在40～50mW／m2；其中以盆地中部为最高，可达65～72．3mW／m2；北部多在40～45mW／m2；西部边缘及西南部热流值偏低，分别为35～40mw／m2和30～35mW／m2；盆地的平均热流值为44．05mW／m2。不同时代地层的岩石热导率也差异较大。塔里木盆地不同时代地层的岩石热导率分别为：古近系－中新统为1．8～2．96W／（m·K）；白垩系为1．97W／（m·K）；侏罗系为1．7W／ （m·K）；三叠系为1．88W／ （m·K）；二叠系为1．8～2．2W／ （m·K）；石炭系为2．36～2．7W／ （m·K）；泥盆系为2．82W／ （m·K）；志留系为2．57W／ （m·K）；寒武系－奥陶系为3．28W／（m·K）。古水深值则根据Watts［10］和Steckler等［11］对地质历史时期全球性海平面变化及古水深值所作的初步估计。

2．2．2 异常热事件及热流演化历史

异常热事件会改变地温场特征，极大地影响地层热演化历史。早二叠世火山岩的发育遍及整个塔里木盆地［12］，是盆地形成以后最强烈的一次火山活动，对盆地的油气生成与演化具有很大的影响，早二叠世大规模的火山作用改变了当时的地温场，促进了盆地生油岩的演化。

一般来讲，岩石圈内的构造过程、热过程引起的热异常，如岩石圈拉张、火山喷发或岩浆侵入引起的热异常等，当构造热过程结束后，由于热扩散作用，热异常就不明显了。研究表明，塔里木盆地岩石圈的热松弛时间约62Ma［13］。新生代期间，塔里木盆地范围无岩浆作用，最突出的构造过程是受近南北方向的挤压，南面昆仑山，北面的天山强烈的上升，形成地貌上的塔里木盆地［14］。

该次研究热史模型是在烃源岩构造埋藏史分析的基础上，采用EASY%Ro化学动力学模型，通过实测镜质体反射率与计算数据相拟合 （图3）②王铁冠，李美俊．塔西南地区油源与成藏地球化学研究．中国石化西北油田分公司，2011．，直到模拟值与实测值相符合，使重建的地层埋藏史和地温史符合地质实际。

图3 BT4井沉积埋藏与热演化历史单井模拟

2．3 生烃史参数的选取

Petromod采用遵循Arrhenius方程的生烃化学反应动力学来计算生烃史。由于塔里木盆地古生界地层整体热演化程度较高，缺乏适合于生烃热模拟用的低成熟烃源岩样品。因此，研究对比其他研究程度较高地区资料，根据烃源岩有机相特征，选取世界上比较受认可的动力学参数以获得比较可靠的结果。根据有机质类型特征采用了结合有机相特征的动力学参数系列［15］，二叠系烃源岩为Ⅱ型有机质，笔者采用采用有机相B（Ⅱ）的动力学参数。

3 烃源岩热演化史与生烃史

在上述研究的基础上采用Petromod盆地模拟软件对烃源岩热演化史与生烃史进行了模拟计算。

3．1 二叠系烃源岩热演化史

二叠系烃源岩在三叠纪末期至侏罗纪开始进入成熟早期阶段，山前凹陷大部分地区镜质体反射率Ro在0．6%～0．8%，其中喀什凹陷西部成熟度较高，处于成熟晚期阶段，Ro在0．8%～1．0%。但从侏罗纪开始到新近纪，因构造抬升，地层沉积厚度较小及地温梯度降低的影响，二叠系烃源岩热演化基本停滞；到新近纪，二叠系烃源岩再次进入快速演化阶段，整个塔西南坳陷进入成熟－高成熟阶段，其中叶城凹陷演化成度最高，凹陷中心Ro＞2．0%，达到干气阶段 （图4）。

3．2 二叠系烃源岩生烃史

与热演化程度相对应，二叠系烃源岩在三叠纪开始 （248Ma）生油，但其范围相对较小，基本限于叶城凹陷内；到三叠纪末期 （208Ma），二叠系烃源岩开始大量生油，最大生油强度超过2×106t／km2；从侏罗纪开始直到新近纪这段时间，受埋藏深度变化小及地温梯度降低等诸因素的影响，二叠烃源岩生油基本终止；一直到新近纪以来，开始随着塔西南地区进入前陆盆地演化阶段，新近系及第四系地层的快速沉积，二叠系烃源岩再度活化，生油范围扩大，最大生油强度达到了3×106t／km2（图5）。二叠系烃源岩在新近纪开始进入大量生气阶段，叶城凹陷最大生气强度可达11．05×108m3／km2，喀什凹陷生气强度较小，最大只有1．10×108m3／km2。

图4 二叠系烃源岩三叠纪末期 （a）、现今 （b）成熟度

图5 二叠系烃源岩三叠纪末期 （a）、现今 （b）生油强度图

3．3 塔西南二叠系烃源岩油气生排过程重建

烃源岩的生排烃史是油气成藏过程重建的最重要的一种方法。通过对塔西南地区二叠系烃源岩生排烃史分析，二叠系烃源岩在三叠纪末开始大规模生成并排出油气，从侏罗纪开始直到新近纪生油气中止，直到新近纪才再次开始有二叠系烃源岩大规模的油气生成和排出，尤其是新近纪以来，为主要排烃期 （表1）。

表1 塔西南地区二叠系烃源岩累计生、排油量

4 结论

1）二叠系烃源岩是塔西南地区重要的烃源岩层系。二叠系烃源岩在三叠纪末期至侏罗纪开始进入成熟早期阶段，侏罗纪到新近纪时期基本维持着三叠纪末期的热演化水平；新近纪以来，二叠系烃源岩快速演化，喀什凹陷－叶城凹陷进入成熟－高过成熟阶段，麦盖提斜坡靠近凹陷附近地区也达到成熟早期阶段。

2）二叠系烃源岩在三叠纪开始生油，到三叠纪末期 （208Ma）最大生油强度超过2×106t／km2；侏罗纪开始直到新近纪，二叠系烃源岩生油基本终止；新近纪以来，再次开始有二叠系烃源岩大规模的油气生成和排出。

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