伦坡拉盆地始新统牛堡组烃源岩成熟史

潘　磊，曹　强，刘一茗，李一腾，汪　岩，李智泉

(1.中国石化 勘探分公司，成都　610041； 2.中国地质大学(武汉) 资源学院，武汉　430074)



伦坡拉盆地始新统牛堡组烃源岩成熟史

潘磊1，曹强2，刘一茗2，李一腾2，汪岩2，李智泉2

(1.中国石化 勘探分公司，成都610041； 2.中国地质大学(武汉) 资源学院，武汉430074)

摘要：伦坡拉盆地自下而上发育始新统牛堡组牛二中亚段、牛二上亚段及牛三下亚段3套烃源岩。基于钻井测试资料、地震资料及含烃流体包裹体测试分析，利用盆地模拟技术对伦坡拉盆地热史及牛堡组3套烃源岩的成熟史进行了系统分析。研究表明，伦坡拉盆地自始新统牛三段沉积以来直至渐新统丁青湖组三段沉积末期，古地温梯度总体表现为持续降低，变化介于6.67～4 ℃/hm，为典型热盆特征，古地温梯度升高与区域构造隆升作用具有明显的相关性。牛二中及牛二上亚段的2套烃源岩成熟较早且热演化程度高，分别于中—晚始新世(距今约46.4～37.5 Ma)及早渐新世(距今约36.6～33.5 Ma)进入生油门限，现今主体皆位于成熟生油阶段(Ro=0.7%～1.3%)，是该区主力烃源岩。西部蒋日阿错洼陷牛二中及牛二上亚段主力烃源岩现今热演化程度最高，生供烃条件较中—东部江加错、爬错洼陷更为优越。

关键词：热史；成熟史；烃源岩；牛堡组；始新统；伦坡拉盆地

伦坡拉盆地位于青藏高原北部腹地，大地构造上位于班公湖—怒江大断裂带中段，呈狭长状沿班公湖—怒江大断裂近东西向展布，南北分别以玛拉炯—蓬错断裂与班公湖—怒江大断裂为界，分布范围大致为N31°50′-N32°05′，E89°30′-E91°40′。盆地的东西长约220 km，南北宽15～20 km，面积约为0.36×104km2[1]，油气勘探目的层系为始新统牛堡组的陆相碎屑岩，是西藏地区众多新生代陆相盆地中勘探程度最高、已知油气地质条件较好并获得工业油气流的一个盆地[2]。前人研究[3-4]普遍认为，伦坡拉盆地具有典型热盆的特点，现今地温场具有高热流、高地温梯度特征，今地温梯度多为5.0～7.0 ℃/hm，高地温中心区主体位于中央凹陷带蒋日阿错洼陷及爬错洼陷；古地温梯度则低于今地温梯度，但仍为异常高特征，普遍高于5.5 ℃/hm。主力源岩牛堡组二段地温演化为四段式特征：“迅速增温—稳定调整—增温—降温”，古地温梯度且高地温场延续时间长，有利于伦坡拉盆地烃源岩成熟演化与烃类生成[3]。青藏高原隆升导致其地表温度快速降低，独特地温场演化特征则导致了盆地内牛堡组烃源岩成熟快、生烃门限浅，有利于油气生成和排运[5]。

受勘探历史、程度及资料等的限制，目前研究区在牛堡组烃源岩热成熟演化方面尚存在薄弱之处，已有研究主要集中于现今温度场特征和古温度场演化的研究，烃源岩热演化史研究缺乏代表性、整体性和宏观性，不同凹陷、不同层段烃源岩热成熟演化历史的动态模拟重建及其差异性分析有待进一步加强。此外，前人对于伦坡拉盆地古温度场的研究成果主要基于盆地模拟计算结果，需要结合其他方法进一步论证认识的可靠性。本文应用BasinMod软件重建伦坡拉盆地中央凹陷带不同次洼烃源岩热成熟演化历史，其中结合含烃流体包裹体测温数据估算了主成藏期的古地温梯度，用于约束盆模法恢复的古地温梯度演化史，系统分析了牛堡组烃源岩热成熟演化规律，不仅有助于本区主力烃源岩层系的确定，而且可为后续生排烃史的恢复及其与构造圈闭定型期的时间配置关系研究奠定基础。

1区域地质背景

伦坡拉盆地是一个具有走滑特征的断陷盆地，形似豆荚状，中间低、南北两侧高，具有南北分带、东西分块的构造特点。推测其原型盆地是受北东向构造制约的拗陷性质湖盆，后在陆内汇聚作用的构造背景下经过强烈改造作用控制形成现今残留盆地[6]。从现今构造单元划分看，伦坡拉盆地自北向南可以划分为北部逆冲带、中央凹陷带、南部冲断隆起带3个构造带(图1)。盆地北缘表现为由北向南逆冲，地层主要由牛堡组组成，且产状较陡，岩性较粗；盆地南缘表现为向南尖灭或超覆，地层主要由牛堡组及丁青湖组组成，且区域地层产状向北倾[7]；中部为中央凹陷带，南北分别以伦坡拉—长山正断层及红星梁正断层为边界，从西至东，可细分为蒋日阿错、江加错及爬错3个洼陷，中央凹陷带分布宽，且沉积厚度大，烃源岩较为发育，地层主要由牛堡组及丁青湖组组成，且平缓展布[8]。从构造演化特征上看，伦坡拉盆地经历了拉张—断陷—挤压—隆起等多个阶段，特别是晚期由于喜马拉雅运动影响导致盆地持续挤压隆升，遭受了严重的破坏与剥蚀。从沉积充填特征来看，区内第三系地层最大沉积厚度超过4 000m[6]，自下而上依次为是始新统牛堡组(E2n)、渐新统丁青湖组(E3d)、中新统(Ng)及第四系(Q)，其中牛堡组和丁青湖组各可细分为3个亚段[9-10]。伦坡拉盆地烃源岩主要为主断陷期形成的半深湖相牛堡组二、三段和丁青湖组一段地层[11]，烃源岩母质来源以细菌和藻类等低等水生生物输入为主，亦有高等植物输入贡献，主要形成于具较高的盐度且缺氧还原的湖相环境[12]。

图1　伦坡拉盆地构造区划及二维模拟测网分布

2成熟史模拟方法

本次采用美国Platte River公司研制的BasinMod数值模拟软件，基于钻井、测井、地震与有机地化分析等资料，完成伦坡拉盆地中央凹陷带9口单井(包括3口虚拟井)及3条近南北向主测线的热成熟史模拟，包括：西部蒋日阿错洼陷选取了西伦1井、西伦3井、虚拟1井及LN-52.5测线，中部江加错洼陷选取了西伦2井、旺1井、虚拟2井及LN-72测线，东部爬错洼陷选取了藏1井、旺2井、虚拟3井及LN-84测线(图1)。选取的虚拟井及测线都过主要生烃洼陷中心，以现有模拟探井的实测镜质体反射率数据，作为热史及成熟度演化的收敛点进行模拟结果的检验与校正。最终，对比分析不同洼陷中3套主要烃源岩系热成熟演化历史的差异性，从热演化程度的角度确定伦坡拉盆地主力烃源岩的层系分布。

2.1模型选取

合理并正确选择符合研究区地质背景的数学模型尤为重要，其关系到最终模拟结果的可靠程度。本次研究中不同模块所计算模型及验证方法说明如下：(1)埋藏史中孔隙度及渗透率计算分别采用联合流体流动压实模型[14]和改进的Kozeny-Carman模型[15]，模拟结果以实测孔隙度数据进行约束修正；(2)盆地热流演化计算选取瞬时热流模型[16]，模拟结果以实测地温数据(包括DST和试油温度数据)进行对比验证；(3)有机质成熟度计算采用Easy %Ro模型[17]，模拟结果以实测镜质体反射率数据进行对比验证。

2.2关键参数赋值过程

烃源岩热成熟史模拟涉及参数众多，参数选取的有效性及准确性直接制约模拟的精度。本文主要介绍对伦坡拉盆地热成熟演化具重要影响的几种关键参数的赋值。

2.2.1地层剥蚀厚度

地层剥蚀厚度是一维埋藏史、二维地层格架建立的关键参数之一。伦坡拉盆地曾经历2期强烈的构造运动，形成了Tg和T52个重要的不整合面，但对盆地油气起重要作用的是牛堡组与丁青湖组之间的T5面。T5面属于局部不整合面，主要发育于盆地南部和西部地区，而至盆地沉积中心则逐渐过渡为整合接触。本次研究利用地质对比法结合单井泥岩声波时差法，综合恢复估算牛三段顶面不整合剥蚀厚度值，剥蚀量较大区域主要分布在北部逆冲带及南部冲断隆起带附近，剥蚀厚度一般为400～600 m，中央凹陷带整体剥蚀程度较低，普遍为100～200 m，具有中心小、四周大的特点。

2.2.2岩性及烃源岩属性

2.2.3边界条件

边界条件参数主要包括古热流(HF)、古沉积—水界面温度(SWIT)和古水深(PWD)，其中古热流参数最为关键，对模拟结果的影响程度最大。依据雷清亮等[7]和艾华国等[9]对伦坡拉盆地构造演化史的研究，伦坡拉盆地自始新世以来大致可分为断陷期、拗陷期和构造抬升期。本次研究结合伦坡拉盆地断陷期、拗陷期与热流值变化的对应关系，并采用BasinMod提供的瞬态热流模型计算伦坡拉盆地新生代地层底面热流。由于伦坡拉盆地中央凹陷带由西向东可分为3个洼陷，不同洼陷边界条件不可能完全相同，因而本次模拟定义了不同的趋势值，采用插值的方法使边界条件的设置更为合理(图2)。其中，现今热流值的确定主要基于区内10口钻井DST实测地温和砂泥岩含量资料，借用一般岩石骨架热导率数据，求得伦坡拉盆地现今平均热流值为69.86 mW/m2，且各洼陷的现今热流值以蒋日阿错最高(77 mW/m2)，江加错次之(70.27 mW/m2)，爬错最低(66.75 mW/m2)(表2)。

表1　伦坡拉盆地不同沉积相岩性组成及烃源岩属性统计

注：表中分式的意义为(最小值～最大值)/平均值(样品数)。

由于伦坡拉盆地主要为陆相沉积，不同沉积环境水深变化不大且整体偏小(0～30 m)，古水深参数主要参考了伦坡拉盆地古生物相带和地层充填序列等资料进行估算的成果，半深湖、滨浅湖、三角洲体系和河流—冲积平原水深分别定义为20～30，10，0～5 m。古沉积—水界面温度参数主要采用软件默认方案。

3模拟结果与讨论

3.1模拟精度检验

单井Ro模拟误差统计表明，模拟Ro与实测Ro二者间最大相对误差〔100×(实测值-模拟值)/实测值〕为18.89%，最小相对误差为0，近80%的Ro预测结果模拟误差低于10%(表3)。

图2　拟定的伦坡拉盆地中央凹陷不同地区热流变化趋势线

洼陷代表井现今热流/(mW·m-2)单井值平均值蒋日阿错江加错爬错西伦1井79.00西伦3井75.00旺1井69.00西伦2井68.03西伦8井73.80藏1井64.12西伦4井62.88西伦5井70.00西伦6井70.00西伦7井66.7677.0070.2766.75

3.2热史及成熟史演化特征

热史模拟中不同岩性岩石热导率数据采用软件默认赋值，模拟结果以实测地温值为校正依据，采用前述拟定的伦坡拉盆地中央凹陷不同地区热流变化趋势方案(图2)，以江加错洼陷旺1井古地温梯度演化史为例，综合分析伦坡拉盆地热史演化规律。模拟结果显示(图3)，伦坡拉盆地自牛三段沉积以来直至丁三段沉积末期，古地温梯度总体表现为持续降低的规律，由6.67 ℃/hm降至4 ℃/hm，期间仅于牛三段沉积末期构造抬升剥蚀期(36～35 Ma)古温梯度，分别为4.35℃/hm和4.17℃/hm，与盆模法计算的同期古地温梯度4.21 ℃/hm和4 ℃/hm较为接近，亦验证了本次盆模法计算结果的可靠性。

表3　伦坡拉盆地热史及成熟史模拟精度评价

图3　伦坡拉盆地江加错洼陷旺1井古地温梯度演化史

层位洼陷井名时间/Ma生油阶段Ro=1.0%湿气阶段现今成熟度/Ro/%牛堡组三段下亚段牛堡组二段上亚段牛堡组二段中亚段蒋日阿措江加错爬错蒋日阿措江加错爬错蒋日阿措江加错爬错西伦1井18.5--0.47西伦3井26.1--0.48虚拟4井34.5--0.54旺1井31.2--0.73西伦2井31.3--0.69虚拟5井32.6--0.66藏1井31.7--0.69旺2井28.0--0.62虚拟6井29.4--0.65西伦1井19.5--0.59西伦3井36.0--0.60虚拟4井36.6--0.66旺1井33.3--0.77西伦2井32.5--0.74虚拟5井33.8--0.83藏1井33.5--0.73旺2井29.0--0.65虚拟6井30.9--0.68西伦1井43.9--0.74西伦3井46.0--0.90虚拟4井46.420-1.10旺1井36.617-1.05西伦2井36.1--0.86虚拟5井37.59-1.06藏1井38.0--0.89旺2井31.0--0.92虚拟6井34.210-1.03

注：“-”表示未进入该阶段。地温梯度有短暂升高(5.09～5.33℃/hm)。之后，丁三段沉积末期构造抬升剥蚀期至今(23～0 Ma)，对应于喜马拉雅运动以来伦坡拉盆地的整体长期挤压—抬升阶段，使之遭受了严重的破坏与剥蚀，此阶段古地温梯度表现为持续的升高特征，从4 ℃/hm升高至5.4 ℃/hm。总体上伦坡拉盆地自成盆期以来至今古地温梯度一直处于较高的水平，表现为热盆的特征。此外，结合含烃流体包裹体测试分析成果，估算了旺1井主成藏期(25.5～20 Ma)内距今约25.3 Ma及23.3 Ma 2个时期的古地

图4　伦坡拉盆地不同生烃洼陷代表井成熟史

成熟史模拟结果显示(表4和图4，5)：(1)牛二中亚段烃源岩埋深最大，进入生油窗最早，各生烃洼陷中心部位普遍于中—晚始新世(距今约46.4～37.5 Ma)开始成熟，于早—中中新世(距今约20～9 Ma)进入生烃高峰，现今仍处于生油窗内(Ro多介于1.03%～1.1%)；(2)深洼处牛二上亚段烃源岩大致于早渐新世(距今约36.6～33.5 Ma)开始生油，于晚渐新世—早中新世(距今约25～19 Ma)进入主生油带(Ro=0.7%～1.0%)，之后成熟度由于晚期构造抬升作用一直无明显增大，现今Ro主体位于0.73%～0.83%；(3)牛三下亚段烃源岩进入生油窗最晚，大致于早—中渐新世(距今约34.5～31.7 Ma)开始成熟，之后仅有中部江加错洼陷中心处牛三下亚段烃源岩于早中新世(距今约20～12 Ma)进入主生油带(Ro=0.7%～0.73%)，演化至今盆地主体上成熟度不高，仍处于早期生油阶段(Ro=0.5%～0.7%)。

图5　伦坡拉盆地江加错洼陷代表测线LN-72成熟史

就区域上不同生烃洼陷内同一套烃源岩的成熟度差异而言：(1)牛二中亚段，西部蒋日阿错洼陷进入生油门限早于中—东部江加错、爬错洼陷，现今深洼内处于生油晚期(Ro=1.0%～1.3%)；(2)牛二上亚段，西部蒋日阿错洼陷进入生油门限早于中—东部江加错、爬错洼陷，现今成熟度中部最高，皆进入生油主带(Ro=0.7%～1.0%)；(3)牛三下亚段烃源岩普遍于早—中渐新世进入生油门限，现今成熟度中部爬错洼陷最高，主体位于早期生油阶段(Ro=0.5%～0.7%)。

4结论

(1) 伦坡拉盆地自始新统牛三段沉积以来直至渐新统丁三段沉积末期，古地温梯度总体表现为持续降低，期间受到始新世末及渐新世末2次区域构造隆升作用影响，古地温梯度有明显增加，表明古地温梯度升高与构造抬升运动具有明显的相关性，古地温梯度变化介于6.67～4 ℃/hm，为热盆特征。

(2)盆地内牛二中及牛二上亚段2套烃源岩成熟早，且区域上皆位于主生油带内(Ro=0.7%～1.0%)，应是主要的生供烃层系。而牛三下亚段烃源岩进入生油门限晚且热演化程度较低(Ro=0.5%～0.7%)，现今主体仍位于早期低熟生油阶段，作为主力供烃层系的可能性较低。

(3) 盆地西部蒋日阿错洼陷生供烃条件较中—东部江加错、爬错洼陷更为优越。具体表现为西部蒋日阿错洼陷牛二中及牛二上亚段2套主力源岩进入生油门限均早于中—东部江加错、爬错洼陷，且现今热演化程度最高，应是主要的生供烃洼陷。

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(编辑徐文明)

Maturity history of source rocks in the Eocene Niubao Formation, Lunpola Basin

Pan Lei1, Cao Qiang2, Liu Yiming2, Li Yiteng2, Wang Yan2, Li Zhiquan2

(1.SINOPECExplorationCompany,Chengdu,Sichuan610041,China;2.FacultyofResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China)

Abstract:Three sets of source rocks developed upwards in the Eocene Niubao Formation in the Lunpola Basin, i.e., the middle part of the second member of Niubao Formation ), the upper part of the second member of Niubao Formation ), and the lower part of the third member of Niubao Formation ). Based on drilling, seismic and hydrocarbon fluid inclusion analyses, the thermal evolution history of the basin and the maturity history of source rocks in the Niubao Formation were systematically analyzed with basin simulation technology. From the E2n3 to the third member of the Oligocene Dingqinghu Formation, the paleogeothermal gradient in the Lunpola Basin consistently decreases from 66.7 to 40 °C/km, showing the characteristics of a typical heating basin. The growth of paleogeothermal gradient is clearly related to regional tectonic uplifting. The source rocks in the and became mature early and have a higher maturity. They entered oil generation thresholds during the middle-late Eocene (46.4-37.5 Ma) and early Oligocene (36.6-33.5 Ma), respectively. At present, they are mature and generating oil (Ro=0.7%-1.3%), and serve as the main source rock in the study area. At present, the thermal evolution extent of and hydrocarbon source rocks in the Jiangriacuo Sag in the west is the highest, and its hydrocarbon forming and supplying ability is superior to the Jiangjiangcuo and Pacuo sags in the center and east.

Keywords:thermal history; maturity history; source rock; Nibao Formation; Eocene; Lunpola Basin

文章编号：1001-6112(2016)03-0382-07

doi：10.11781/sysydz201603382

收稿日期：2016-01-25；

修订日期：2016-04-05。

作者简介：潘磊(1984—)，男，工程师，从事石油地质综合研究工作。E-mail:panl.ktnf@sinopec.com。通讯作者：曹强(1983—)，男，博士，讲师，从事油气地化及成藏方面研究。E-mail:qcao@cug.edu.cn。

基金项目：中国石化重大勘探导向项目“西藏中石化探区油气勘探潜力评价与勘探部署建议”和中国石化勘探分公司横向协作项目(G0800-14-KK-169)资助。

中图分类号：TE122.1

文献标识码：A