济源凹陷中生界烃源岩热演化研究

刘建，陈哲，金成林，倪倩，徐莹，邓晓晖

(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100)

1 地质概况

济源凹陷位于南华北盆地西北缘，济源-黄口坳陷带西端，是在华北古生界地台基础上发育起来的中新生代叠合盆地，东西长80km，南北宽35km，面积约2800km2[1]。济源凹陷中生代以来经历了复杂的构造演化，燕山至喜山运动先后经历了拗陷-裂陷-拗陷3个演化阶段，形成了“两凹夹一隆”的构造格局，“两凹”指济源凹陷南部的温县次凹和北部的沁阳次凹，“一隆”指2个次凹之间近东西向展布的石庄-后邓-徐堡一带的中央隆起带。受燕山和喜山运动的影响，该区主要发生3次大的抬升剥蚀事件，分别以中-晚侏罗世、早白垩世末、渐新世末为对应的3次构造抬升运动形成的不整合面。

济源凹陷地层发育较全，从太古界到第四系均有分布，基底为太古界和下元古界，古生界、中生界和新生界的巨厚地层构成凹陷的沉积盖层。其中上三叠统谭庄组(T3t)和下侏罗统鞍腰组(J1q)均是在浅湖-半深湖亚相沉积的以暗色泥岩为主的地层，根据有机质丰度、类型等地化指标的评价[2]，这2套烃源岩干酪根类型均以Ⅱ1、Ⅱ2型为主[3]，丰度处于中等-好级别，是济源凹陷中生界主要的烃源岩层位。

2 热史恢复

2.1 热史恢复的方法

沉积盆地热史恢复是以研究盆地热流史和地温史为目标，以盆地沉积、构造演化史为依据，以古温标反演计算为手段的模拟方法。古温标反演法是利用古温标记录的热史信息反演计算得到古地温、古地温梯度和古热流，从而来重建盆地热史的方法[4]，常用的古温标包括镜质体反射率(Ro)、磷灰石和锆石裂变径迹(FT)、包裹体测温和黏土矿物等[5]。在古温标反演的基础上常用的方法又分为3种：随机反演法、古地温梯度法和古热流法[6]。

古热流法是以影响地层温度史的因素是已知的并且是可以定量描述的为出发点，以构造层为单位，空间上从上至下，时间上将今溯古，逐层(段)反演，其目的是为了使各个构造之间和各样品之间的反演结果相互制约，来减少热史反演的不确定性和多解性[6]。

古热流法在一定程度上克服了随机反演法和古地温梯度法的缺点，利用该方法恢复盆地的热史相对来说更为真实可靠。笔者选用古热流法，利用“沉积盆地热史恢复模拟系统(Thermodel for Windows)”软件，以济参1井为例对济源凹陷进行热史恢复。

2.2 热史恢复结果

图1 济源凹陷济参1井热史恢复结果

济参1井位于济源凹陷中央隆起带东南部位，完钻井深5316.63m，完钻层位为中三叠统油房庄组，钻井揭示的地层从下往上有中三叠统油房庄组、上三叠统、中下侏罗统、下白垩统韩庄组、古近系、新近系和第四系。根据济源凹陷沉积构造演化特征和现有基础数据等条件，以济参1井为例利用古热流法对济源凹陷的热史和不整合面地层的剥蚀量进行了恢复。济参1井热史反演结果(见图1)表明，中央隆起带东南部热流值从古至今整体变化为先上升后下降的趋势，热流值的变化与该区的3次抬升剥蚀事件有关，济源凹陷古生代基底热流值较低，中侏罗世末期燕山运动早期的地层抬升使该区域抬升剥蚀，剥蚀量为2390m左右，同时热流值开始升高，中、晚侏罗世(154Ma)为69.61mW/m2，到燕山运动晚期即早白垩世末(96Ma)，热流值上升到83.99mW/m2达到最大值，对应抬升剥蚀事件的剥蚀量为1500m左右，其后盆地进入裂陷沉降阶段，热流值开始降低，到渐新世末(23Ma)下降到45.31mW/m2，同时喜山Ⅱ幕的构造抬升使古近系顶面又遭受抬升剥蚀大约600m，随后盆地进入坳陷阶段，地层稳定沉降，热流值趋于平稳，现今为45.31mW/m2。

3 烃源岩成熟史和生烃期次

图2 济源凹陷济参1井烃源岩成熟史

烃源岩成熟史，即烃源岩在地质历史不同阶段的成熟度状况，它由地层温度史决定，而地层温度史取决于地层埋藏史和盆地热流史，在地层埋藏史和盆地热流史恢复的基础上，就可以计算地层温度史，从而正演出烃源岩的成熟史[7]。根据热史和剥蚀量恢复结果，采用Sweeney 和 Burham有机质成熟模型[8]正演计算出济源凹陷济参1井烃源岩成熟史(见图2)。

济源凹陷中生界主要发育上三叠统谭庄组和下侏罗统鞍腰组两套烃源层[9]，济参1井谭庄组烃源岩在165Ma(中侏罗世)Ro达到0.5%，进入生烃门限，随着地层埋深的增加，在163Ma时烃源岩进入成熟早期阶段，157Ma(中侏罗世末)达到生烃高峰，156Ma受燕山运动影响，地层抬升，生烃停滞；在115Ma(早白垩世)时二次生烃，且演化进入成熟晚期阶段，105Ma达到生烃高峰，烃源岩演化进入高成熟阶段，96Ma(早白垩世末)时因地层抬升生烃中断，现今仍处于高成熟阶段。

图3 济源凹陷济参1井烃源岩生烃期次

济参1井鞍腰组烃源岩在163Ma(中侏罗世)Ro达到0.5%，达到生烃门限，随着地层埋深的增加，在158Ma(中侏罗世末)时烃源岩演化进入成熟早期阶段，157Ma达到生烃高峰，156Ma受燕山运动影响，地层抬升，生烃停滞；在115Ma时二次生烃，110Ma演化进入成熟晚期阶段，105Ma(早白垩世)达到二次生烃高峰且演化进入高成熟阶段，96Ma(早白垩世末)时因地层抬升生烃中断，现今也处于高成熟阶段。

为了更好的表现烃源岩的生烃过程，可以用相对产烃率和累计产烃率来表示烃源岩的生烃期次(见图3)。济源凹陷济参1井谭庄组和鞍腰组烃源岩都有2个生烃期，第1次生烃时期处于165～156Ma(中侏罗世末)，第2次生烃时期在115～96Ma(早白垩世)，从累计产烃率来看，谭庄组烃源岩第1次生烃强度大，第2次产烃量很少，鞍腰组烃源岩也以第1次生烃为主。

4 结论

1)济源凹陷中央隆起带东南部热流值从古到今整体变化为先升后降的趋势，中、晚侏罗世(154Ma)为69.61mW/m2，剥蚀量为2390m左右；燕山期早白垩世末(96Ma)达到最大值83.99mW/m2，剥蚀厚度1500米左右；渐新世末(23Ma)下降到45.31mW/m2，渐新世顶部剥蚀约600m，随后热流值趋于平稳。

2)济源凹陷中生界主要有上三叠统谭庄组和下侏罗统鞍腰组2套烃源岩，它们的成熟史大致相同：163～158Ma达到成熟早期阶段，157Ma达到生烃高峰，115Ma时二次生烃，现今都处于高成熟阶段。

[参考文献]

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[2] 齐兴宇，王劲松，卜翠萍，等.济源凹陷油气成藏主控因素与含油气远景分析[J].石油地质，2009(6)：13-19.

[3] 肖家乐，冯有利，郭景会.济源盆地三叠系烃源岩生烃潜力分析[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2009，28(3)：294-298.

[4] 胡圣标，汪集旸.沉积盆地热体制研究的基本原理和进展[J].地学前缘，1995，2(3-4)：171-179.

[5] 邱楠生，胡圣标，何丽娟.沉积盆地热体制研究的理论与应用[M].北京：石油工业出版社，2004，38-48.

[6] 胡圣标，张容燕.油气盆地热史恢复方法[J].勘探家，1998，3(4)：52-54.

[7] 林小云，刘俊，陈倩岚，等.谭庄-沈丘凹陷二叠系烃源岩热史模拟——以周16井为例[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2010，32(2)：16-20.

[8] Sweeney J J，Burham A K.Evaluation of simple model of vitrinite reflectance based on chemical kinetics[J].AAPG Bulletin，1990，74(10)：1559-1570.

[9] 赵伟卫，金强，王伟峰.河南济源凹陷邓2井油藏成因分析[J].高校地质学报，2003，9(1)：113-122.