四川盆地陆相烃源岩成熟史及生排烃史

冯动军*，肖开华

四川盆地陆相烃源岩成熟史及生排烃史

冯动军1，2*，肖开华1，2

1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 海淀 100083 2.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 海淀 100083

为了综合评价四川盆地陆相烃源岩，应用含油气盆地数值模拟技术，定量恢复了研究区主要烃源岩层系的成熟和生排烃史。首先，分别建立了盆地的热力学、生烃动力学模式、机制及相关地质模型，其次，选取古热流值、沉积水表面温度、古水深作为模拟参数，对四川盆地重点研究区20多口井进行了模拟。研究表明：四川盆地陆相系烃源岩具有3个生烃高峰期和两个排烃高峰期，成熟及生烃史总体表现为“分区演化、差异成熟、西早东晚”。层位上须三、须五段生、排烃量较大，其次为下侏罗统和须一段，总的排烃效率以须一段和须五段较高。平面上川西地区生烃量最大，其次为川北—川东北地区和川中地区。研究认为：以须家河组和中、下侏罗统为烃源岩的油气系统分别是川西地区和川北—川东北地区油气勘探的主要目标。

四川盆地；须家河组；侏罗统；烃源岩；成熟史；生烃史；排烃史

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20150323.1547.001.html

冯动军，肖开华.四川盆地陆相烃源岩成熟史及生排烃史［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2015，37（2）：57-64.

Feng Dongjun，Xiao Kaihua.Mature and Hydrocarbon Generation-expulsion Histories of Terrestrial Faces Source Rock in Sichuan Basin［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：57-64.

引言

烃源岩热演化史模拟是在埋藏史模拟的基础之上，进行热史、成熟史、生、排烃史模拟。通过对烃源岩热演化史的模拟，可以明确研究区的热背景、有机质成熟演化史及油气生成与排出的动态过程，为油气成藏条件的时空配置及油气资源评价等提供依据［1-2］。针对四川盆地，重点选取川西、川北—川东北和川东南3个地区的重点井作为一维模拟对象，对四川盆地陆相主力烃源岩成熟史、生、排烃史进行模拟研究，并最终计算出各主力烃源岩的生排烃量，以期为四川盆地陆相油气勘探提供有力的依据。

1　地质概况

四川盆地位于上扬子克拉通西北缘，是扬子板块的一部分［3］，印支期已具盆地雏形，后经喜马拉雅运动全面褶皱形成现今构造面貌。盆地具明显菱形边框，轮廓清晰，与周边不同构造区易于区分。根据盆地内的区域构造特征及油气分布特点，可划分出6个次一级构造带，即川西低陡构造带、川北—川东北低平构造带、川东高陡构造带、川东南低陡构造带、川南低缓构造带和川中低平构造带（图1）。盆地具多旋回沉积特征［4］，震旦纪—中三叠世为海相沉积。中三叠世末发生的印支运动导致盆地由海盆逐渐转变为陆盆，整个四川盆地堆积了上三叠统须家河组至古近系巨厚的陆相地层［5］。总厚逾万米，总体特征是西厚东薄，北厚南薄。

图1　四川盆地构造区划Fig.1　Tectonic compartment in Sichuan Basin

根据前人研究成果，四川盆地陆相发育上三叠统须家河组一段（川西地区为马鞍塘—小塘子组）（T3x1）、三段（T3x3）、五段（T3x5）、下侏罗统自流井组（白田坝组）（J1）和中侏罗统千佛崖组（J2q）5套主力烃源岩［6］。上三叠统主要为一套陆相含煤建造［79］，暗色泥质岩和所夹煤层是主要的烃源岩，总体表现为西厚东薄，主要发育于龙门山前的川西拗陷中段。中、下侏罗统烃源岩展布具有东厚西薄、北厚南薄的特征，主要发育在川东北地区阆中—达县一带。

550块野外剖面及钻井样品分析测试表明，上三叠统烃源岩有机质丰度高，除川东南地区外，其他地区多大于1.5%，川西的金堂—中江—射洪及川东北的苍溪—大竹一带都大于2.5%。干酪根镜检及C29谷甾烷相对含量表明，有机质类型主要为II2∼III型干酪根。实测镜质体反射率Ro值一般分布在1%∼2%，处于成熟—高成熟演化阶段，川西地区演化最高，拗陷中心达2%以上，已达高成熟—过成熟演化阶段；中、下侏罗统有机质丰度普遍低于上三叠统，一般小于0.5%，川东北平均值较高在1%以上。干酪根镜检及C29谷甾烷相对含量表明，有机质类型主要为II1∼III型干酪根。实测镜质体反射率下侏罗统Ro值一般分布在0.9%∼1.4%，为成熟—高成熟演化阶段，通江—开县一带热演化程度相对较高，已达到凝析油和湿气阶段。中侏罗统Ro值多在0.8%∼1.3%，也已达成熟阶段，通江—南江—巴中一带热演化程度相对较高，已达到凝析油和湿气阶段。

2　模型建立及参数设置

2.1热力学及生烃动力学模型

热史是成熟度和动力学模拟的关键［10］，本次模拟应用稳态的常数热流模型，成熟史模拟采用Sweeney的Easy%Ro化学动力学一级反应模型计算烃源岩层的Ro演化史［11］，其特点是适用于Ro大于0.9%的中—高演化程度的盆地［12-14］；生烃史模拟采用Kerogen油气双组分模型，其特点是干酪根类型越好，生烃潜力越大。

2.2地质模型建立

此次模拟的层系是四川盆地上三叠统到第四系所有陆相地层，模拟地层年代采用中国年代地层表中的年龄，次一级的年代采用内插方法取得。模拟地层厚度、烃源岩厚度、砂泥比及分层数据通过钻井资料获得，建立单井岩性模型剖面数据文件［15］。四川盆地总体发生4次抬升剥蚀，分别为晚三叠纪末、侏罗纪末—白垩纪早、白垩纪末和新近纪早—现今，地层剥蚀量主要是参考前人的研究成果。地质模型中的岩性设置主要将综合录井资料单井纯岩性统计输入，由岩性混合器模块自动生成混合岩性，混合岩性的孔隙度、密度、热导率、热容等物性参数则通过纯岩性参数的算术平均或几何平均计算生成。同时为了模拟的需要，根据纯岩性的压实模型来构建混合岩性的压实模型。

2.3边界参数设置

进行热史和成熟史模拟的主要依据之一是古热流（HF），选取合理的热流值对盆地模拟的结果起到决定性作用。本区热流值的选取主要是根据前人研究成果给出预测值，通过一维模拟的地温曲线、成熟度曲线与实测值的吻合关系进行参数调整，最终确定热史模型的古热流值。

沉积水表面温度的预测是根据古气温与区域古水深综合计算得到，四川盆地的古气温主要利用全球统一沉积水表面温度-时间模板，同时结合四川盆地现今区域地理位置，通过软件综合预测获得。

古水深（PWD）的预测是准确模拟地层埋藏史和地温场的关键，四川盆地各时期的古水深主要通过沉积相与现今沉积水深建立对应关系，借助软件进行综合预测。

3　模拟结果分析

根据盆地模拟结果，认为四川盆地陆相烃源岩具有3个生烃高峰期和两个排烃高峰期，总体表现为西早东晚。生烃高峰期分别在晚侏罗世末期（约146 Ma）、早白垩世早期（约138 Ma）和晚白垩世中期（约75 Ma），排烃高峰期在早白垩世早期（约138 Ma）和晚白垩世中期（约75 Ma）（图2）。重点选取川西代表井川合100、川北—川东北代表井川涪82和川东南代表井阳深1，运用PetroMod盆地模拟软件对这3个地区陆相主力烃源岩进行成熟史、生烃史及排烃史模拟分析。

3.1成熟及生烃史

图2　四川盆地陆相主力烃源岩生、排烃期次Fig.2　Period of hydrocarbon generation and expulsion of main continental source rock in Sichuan Basin

图3　四川盆地重点研究区成熟及埋藏史Fig.3　Mature and burial history in major study area in Sichuan Basin

3个地区的成熟及埋藏史表明，四川盆地受印支晚期、燕山中期、燕山晚期及喜马拉雅期构造运动影响发生了4次大的构造抬升运动，总体呈现为沉降趋势，各区隆升幅度最大时期略有不同，代表了盆地内各地区不同的地质历史［16］，埋深最大时期均发生在新近纪早期（图3a，图3b，图3c）。盆地模拟结果表明，不同地区不同烃源岩层各自有不同的生烃高峰期。以川合100井为代表的川西地区，总体上呈现为沉降趋势，最大埋深在新近纪早期，新近纪中期隆升幅度最大。T3x1和T3x3烃源岩在三叠纪晚期Ro就达到0.5%，开始成熟生烃，至侏罗纪末期和白垩纪早期，进入高成熟阶段，达生气高峰，与前人研究认为川西上三叠统生烃高峰期在晚侏罗世［1719］是一致的，白垩纪早、中期进入过成熟阶段。T3x5—J2q烃源岩在侏罗纪晚期至白垩纪早期Ro达到0.5%，开始成熟生烃，至白垩纪中期进入高成熟阶段，达生气高峰，T3x5烃源岩在新近纪初进入过成熟阶段，J1、J2烃源岩至今尚未达到过成熟阶段。平面上总体表现为生烃西早东晚。

以川涪82井为代表的川北—川东北地区总体呈现沉降的趋势，最大埋深在新近纪早期。T3—J1、J2烃源岩在侏罗纪中期Ro达到0.5%，开始成熟生烃，至侏罗纪中晚期进入高成熟阶段，生烃高峰期在侏罗纪晚期，T3x和J1烃源岩在侏罗纪晚期进入过成熟阶段，中侏罗统千佛崖组烃源岩在侏罗纪末至白垩纪初进入过成熟阶段。

以阳深1井为代表的川东南地区发生了3次大的隆升，最大埋深为新近纪早期。T3—J1、J2烃源岩在侏罗纪中晚期Ro达到0.5%，开始成熟生烃，T3x和J1烃源岩在侏罗纪末期—白垩纪早期进入高成熟阶段，J2q烃源岩在新近纪早期才进入高成熟阶段，生烃高峰期在侏罗纪晚期至白垩纪早期，T3x烃源岩在白垩纪早期进入过成熟阶段，J1、J2烃源岩至今尚未进入过成熟阶段。

从成熟及生烃史来看，四川盆地3个重点研究区陆相烃源岩总体表现为分区演化，差异成熟，开始生烃的时间从早到晚依次是川西、川北—川东北和川东南地区，生烃高峰期集中在侏罗纪中晚期—白垩纪早期，目前3个地区除川西和川东南J1、J2尚未进入过成熟阶段外，其他地区烃源岩均进入过成熟阶段。

3.2排烃史

从川西地区川合100井累积排烃强度图（图4a）上可以看出，T3x累积排烃强度大于J1、J2，是川西地区主要排烃层位，累积排烃强度最大为T3x5烃源岩，达5.90×106t/km2。最小为J2q，仅有约0.15×106t/km2。T3x烃源岩在侏罗纪中期开始排烃，排烃高峰期在侏罗纪晚期至白垩纪晚期，与前人研究结果基本相同［20］，之后是缓慢排烃期。J1、J2烃源岩在白垩纪早期开始排烃，排烃高峰期在白垩纪中期，之后为缓慢排烃期。

川北—川东北地区川涪82井累积排烃强度图（图4b）表明其累积排烃强度小于川西地区，从层系上来看，J1、J2大于T3x，是川东北地区主要的排烃层位。累积排烃强度最大为J1烃源岩，达3.70×106t/km2，最小为T3x3，为0.40×106t/km2。5套烃源岩均在侏罗纪中晚期开始排烃，排烃高峰期在侏罗纪晚期至白垩纪早期，之后为缓慢排烃阶段。

川东南地区阳深1井累积排烃强度图（图4c）表明其累积排烃强度要小于川西和川东北地区，从层系上来看 T3x大于 J1、J2，是川东南地区主要排烃层位。累积排烃强度最大为T3x3烃源岩，为0.43×106t/km2，最小为J2烃源岩，仅为0.02×106t/km2。T3x3和T3x5在侏罗纪晚期开始排烃，排烃高峰期在侏罗纪晚期至白垩纪早期，之后为缓慢排烃阶段。J1、J2烃源岩侏罗纪末期开始排烃，排烃高峰期在侏罗纪末期至白垩纪早期，之后为缓慢排烃阶段。

从排烃史来看，川西和川东南地区主要排烃层位是T3x，川北—川东北地区主要排烃层位是J1、J2，3个地区进入排烃高峰的时间均在侏罗纪晚期，川西地区排烃高峰期时间跨度较长，在侏罗纪晚期至白垩纪晚期，川北—川东北和川东南地区时间跨度较短，在侏罗纪晚期至白垩纪早期。

3.3生排烃量分析

依据盆地划分出的6个次一级构造带（图1）作为模拟区块进行盆地模拟，根据模拟结果对四川盆地不同地区、不同层段的生烃量和排烃量进行了统计（表1），结果表明，T3x1、T3x3和T3x5以生、排气为主，J1、J2以生、排油为主。

从层位上来看，T3x3和T3x5总的生、排烃量较大，其次为J1和T3x1，J2q有机质演化程度较低，因此生、排烃量最小。总的排烃效率T3x1和T3x3较高，分别为87.7%和84.7%，其次是T3x5和J1，分别为78.0%和73.8%，最差的是J2q，排烃效率仅为43.7%。

从平面上看，川西地区生烃量较大，主要来自T3x1、T3x3和T3x5，其次为川北—川东北地区和川中地区，主要来自J1和T3x5，川东、川东南及川南地区生烃量较小，主要来自T3x3、T3x5和J1（表2）。

图4　四川盆地重点井排烃强度Fig.4　Hydrocarbon expulsion intensity of major wells in Sichuan Basin

表1　四川盆地陆相主力烃源岩层生排烃量统计Tab.1　Statistics of amount of hydrocarbon generation and expulsion in main continental source rock in Sichuan Basin

表2　四川盆地陆相不同地区不同烃源岩层生烃量统计Tab.2　Statistics of hydrocarbon generation and expulsion amount in different regions and different contienential source rock in Sichuan Basin

4　结　论

（1）四川盆地陆相主要发育上三叠统须家河组一段（川西地区为马鞍塘—小塘子组）、须三段、须五段、下侏罗统自流井组（白田坝组）和中侏罗统千佛崖组5套主力烃源岩系。上三叠统烃源岩以川西地区最为发育，有机质类型主要为II2∼III型，处于高成熟—过成熟演化阶段。中、下侏罗统烃源岩主要发育在川东北地区，有机质类型主要为II1∼III型，处于成熟—高成熟演化阶段。

（2）四川盆地陆相烃源岩总体表现为分区演化，差异成熟，生烃期西早东晚。具有3个生烃高峰期和两个排烃高峰期。生烃高峰期分别在晚侏罗世末期（146 Ma）、早白垩世早期（138 Ma）和晚白垩世中期（75 Ma），排烃高峰期在早白垩世早期（138 Ma）和晚白垩世中期（75 Ma）。川西地区生烃高峰期在侏罗纪晚期—白垩纪中期，排烃高峰期在侏罗纪晚期—白垩纪晚期；川北—川东北地区生烃高峰期在侏罗纪晚期，排烃高峰期在侏罗纪晚期—白垩纪早期；川东南地区生、排烃高峰期均在侏罗纪晚期—白垩纪早期。

（3）生排烃量分析结果表明，四川盆地T3x3和T3x5总的生烃量最大，其次为J1。从平面上看，川西地区生烃量较大，主要来自T3x1、T3x3和T3x5，其次为川北—川东北地区和川中地区，主要来自J1和T3x5。T3x3和T3x5排烃量较大，其次为T3x1和J1，总的排烃效率T3x1和T3x3较高。

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冯动军，1976年生，男，汉族，河南淮阳人，工程师，博士研究生，主要从事油气地质综合研究。E-mail：fengdj.syky@sinopec.com

肖开华，1963年生，男，汉族，湖北钟祥人，高级工程师，硕士，主要从事石油与天然气地质综合研究。E-mail：xiaokh.syky@sinopec.com

编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Mature and Hydrocarbon Generation-expulsion Histories of Terrestrial Faces Source Rock in Sichuan Basin

Feng Dongjun1，2*，Xiao Kaihua1，2
1.School of Earth and Resources，China University of Geoscience（Beijing），Haidian，Beijing 100083，China 2.Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Haidian，Beijing 100083，China

InordertoevaluateterrestrialfacessourcerockinSichuanBasin，wequantitativelyrecoveredthematureandhydrocarbon generation-expulsion histories of the main hydrocarbon source in research area by the numerical simulation technology of oil and gas bearing basin.First，we established the thermodynamic，hydrocarvon-generation dynamic model，mechanism and geologic model of the basin.Then，we simulated more than 20 wells in the important areas of the basin with ancient heat flow，sediment water interface and paleobathymetric data being input parameters.The results show that terrestrial faces source rock in Sichuan Basin have three hydrocarbon-generation peaks and two hydrocarbon-expulsion peaks.The character of mature and hydrocarbon-generation histories can be summarized as subregion evolution，diversity maturation and west earlier than east.The quantity of hydrocarbon generation-expulsion in Segment 3 and 5 Xujiahe Formation is that in lower Jurassic and 3 segment Xujiahe Formation.Total hydrocarbon-expulsion efficiency in 1 and 5 segment Xujiahe Formation is higher than that of others.The quantity of hydrocarbon-generation in western Sichuan is the biggest in Sichuan Basin，followed by that in northern-northeastern and middle Sichuan.The conclusion is that the areas of hydrocarbon source rock for oil and gas system in Xujiahe Formation and in middle-lower Jurassic are major targets in gas exploration in western Sichuan region and northern-northeastern Sichuan Basin.

Sichuan Basin；Xujiahe Formation；Jurassic；hydrocarbon source rock；mature history；hydrocarbon-generation history；hydrocarbon-expulsion history

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.04.23.04

1674-5086（2015）02-0057-08

TE122

A

2013-04-23网络出版时间：2015-03-23

冯动军，E-mail：fengdj.syky@sinopec.com

国家重大专项（2008ZX05002-004-005）。