白音查干凹陷中、新生代热史研究

高 霞　左银辉　常俊合　李新军

(1. 四川省宇环气象电子工程科技有限公司， 成都 610041；2. 中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院， 河南 濮阳 457001；3. 成都理工大学能源学院， 成都 610059)



白音查干凹陷中、新生代热史研究

高 霞1,2左银辉3常俊合2李新军2

(1. 四川省宇环气象电子工程科技有限公司， 成都 610041；2. 中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院， 河南 濮阳 457001；3. 成都理工大学能源学院， 成都 610059)

摘要：白音查干凹陷位于内蒙古二连盆地西缘，是二连盆地的重要生油凹陷之一。利用35口井144个镜质体反射率数据恢复了该地区的中、新生代热史。结果显示中、新生代热史具有“一升一降”的特征。该凹陷地温梯度从早白垩世阿尔善组沉积早期的40.0～42.1 ℃�km，逐渐上升至赛罕塔拉组沉积末期的49.9～56.4 ℃�km，自晚白垩世二连达布苏组开始逐渐下降，目前为32.0～35.4 ℃�km。

关键词：白音查干凹陷； 热史； 中、新生代； 地温梯度； 盆地模拟

沉积盆地的地温在油气生成、盆地演化过程中起着重要的作用。盆地热史研究不仅是烃源岩成熟度演化、生排烃史及油气资源潜力评价的基础，而且还可为盆地成因动力学和构造热演化等基础问题的探讨提供依据。

白音查干凹陷位于内蒙古二连盆地西缘，是二连盆地的一个重要生油凹陷。该凹陷于20世纪80年代初发现油气显示，1994年发现工业油气流。目前已经钻探150余口井，勘探取得了较大的进展，先后建成了达尔其、桑合、锡林好来3个500万t级油田。目前该凹陷已经发现三级地质储量 8 000多万t，年产石油接近10万t，其具备较大的生油潜力和良好的油气勘探前景。但是白音查干凹陷的热史研究相当薄弱，仅处于定性阶段，影响正确认识白音查干凹陷生排烃史、成藏期次及资源潜力等，制约着勘探的进程。近年来，随着白音查干凹陷油气勘探的发展、钻井数量的增加，研究人员获得了大量的镜质体反射率数据。本次研究利用镜质体反射率对白音查干凹陷中、新生代热史进行恢复，为下一步资源评价提供依据。

1地质概况

白音查干凹陷是内蒙古二连盆地川井坳陷的一个次级构造单元，大致位于东经107°30′ — 109°10″、北纬41°50′ — 42°30′，呈NEE向展布，东西长约150 km，南北宽15～28 km，面积约3 200 km2，是发育在海西褶皱基底之上的中生代断陷盆地。根据基底起伏、断裂系统解释最新成果及构造演化特征，白音查干凹陷被划分为9个次级构造单位，分别为塔拉断裂带、西部洼陷带、白音翁特构造带、南部斜坡带、北部斜坡带、毛呼低凸起带、嘎顺斜坡带、东部洼陷带和东部超覆带(图1)。

地层包括早白垩世阿尔善组、腾格尔组、都红木组、赛罕塔拉组、晚白垩世的二连达布苏组和新生界，其中阿尔善组、腾格尔组为主力烃源岩层系。阿尔善组总有机碳含量为0.45%～1.62%，平均为1.13%；氯仿沥青“A”质量含量为0.001 4%～0.138 9%，平均为0.040 9%；每克有机物的生烃潜量为0.13～4.69 mg，平均为2.55 mg，干酪根类型以Ⅱ型为主。腾格尔组烃源岩总有机碳含量在0.42%～5.50%，平均为1.77%；氯仿沥青“A”质量含量为0.001 7%～5.067 3%，平均为0.225 7%；每克的生烃潜量为0.04～13.27 mg，平均为3.40 mg，干酪根类型以Ⅱ型为主。受燕山和喜山等造山运动的影响，白音查干凹陷自白垩纪以来经历了3期主要的构造运动[1-2]：(1)阿尔善组 — 都一段沉积时期。该时期为断陷期，断裂活动强烈。阿尔善组早期沉积了一套河流 — 滨湖相的杂色砂砾岩粗碎屑地层，中晚期以浅湖 — 半深湖相沉积为主，发育一套湖相沉积，岩性主体为暗色泥岩夹砂岩，为该凹陷主要的烃源岩层；腾格尔组为凹陷强烈断陷期，主要沉积了一套浅湖 — 深湖亚相的灰色、深灰色泥岩、白云质泥岩间夹砂砾岩地层，为该凹陷主要的烃源岩层和储集层；都一段沉积了一套广泛分布的半深湖 — 深湖亚相的暗色泥岩地层，是该凹陷的第3套烃源岩。(2)都二段 — 赛罕塔拉组沉积时期。该时期为断坳期，断层活动相对变弱，湖盆变大，发育巨厚暗色泥岩沉积，为良好的区域盖层。(3)坳陷抬升期。从晚白垩世二连达布苏沉积至今，发育一套河流相为主的沉积，地层厚度相对较薄。

图1　白音查干凹陷构造分区图

2热史恢复方法及基本参数

2.1方法与原理

关于热史恢复的方法总体上可以分为2类：(1)利用古温标恢复盆地尺度的热史[3-6]；(2)利用地球动力学模型恢复岩石圈尺度的热史[7-8]。目前，比较成熟的古温标主要包括矿物裂变径迹和有机质镜质体反射率等。本次采用古温标方法对白音查干凹陷的热史进行恢复。

2.2基本参数

热史模拟计算需要的参数包括古温标数据和基础地质数据。

(1)古温标数据。白音查干凹陷共测试了35口井的144个镜质体反射率(图2)，选择其中5口具有代表性的井进行热史恢复。在模拟中，镜质体反射率模拟热史采用Easy % R{sub 0}模型[9]。

(2)基础地质参数。模拟计算中的参数包括地表温度、岩石热物理参数、地层分层和岩性等。模拟中，岩石热物理参数采用相邻凹陷及查干凹陷已有的研究成果[10]；岩性参数主要包括岩石的孔隙度、渗透率、砂泥岩的压实曲线等，这些参数采用该地区的实测值；此外，还包括压实系数和初始孔隙度等数据，则依据实际数据利用Sclater和Christie的方法[11]进行回归得到；地表温度取白音查干凹陷年平均温度(9 ℃)，并假设其在地质历史时期不变。

图2　白音查干凹陷镜质体反射率与深度的关系

3热史恢复结果

利用PRA公司的Basinmod 1D盆地模拟软件对5口井的埋藏史、热史和生烃史进行了模拟。图3是BC1井的埋藏史和热史的模拟结果，井位见图1。模拟结果显示白音查干凹陷经历了都一段末期和赛罕塔拉组末期明显的抬升剥蚀，并且在赛罕塔拉组沉积时期温度达到最大，超过180 ℃。热史模拟结果显示早白垩世阿尔善组沉积时期的地温梯度为40.0 ℃km，表现为中温型地温场特征；从都一段沉积时期开始地温梯度总体表现为逐渐升高的趋势，到赛罕塔拉组沉积末期地温梯度达到最大，为56.4 ℃km；自晚白垩世二连达布苏组沉积至今地温梯度逐渐降低，现今仅为35.4 ℃km。由于都一段沉积时期，沉积厚度达到1 293 m，而快速沉积的新沉积物较小的岩石热导率造成地温梯度出现了1次异常。

图3　白音查干凹陷BC1井埋藏史、热史及生烃史

白音查干凹陷5口井的热史演化趋势具有一致性，表现出“一升一降”的特点：阿尔善组沉积初期地温梯度为40.0～42.1 ℃km，表现为中温型地温场特征；随后地温梯度逐渐升高至赛罕塔拉组沉积晚期的49.9～56.4 ℃km；从二连达布苏组沉积至今，地温梯度逐渐下降，现今地温梯度仅为32.0～35.4 ℃km(图4)。

图4　白音查干凹陷热史恢复结果

4结语

白音查干凹陷早白垩世较高的地热状态与中国北方断陷盆地早白垩世具有一致性，如海拉尔盆地早白垩世地温梯度为35.0～58.0 ℃km[12]，查干凹陷早白垩世地温梯度为50.0～58.0 ℃km[13]，酒泉盆地群早白垩世地温梯度为37.5～45.0 ℃km[14]。从区域上看，这种热状态与库拉 — 太平洋板块向欧亚板块俯冲密切相关。在太平洋板块到达深部地幔后，地幔物质黏度降低、活动性增强，同时在库拉 — 太平洋板块与欧亚板块东缘产生相对左旋拉张走滑断裂，为黏度降低的地幔物质上涌提供了通道，大量的热量向岩石圈浅部汇聚而形成早白垩世的高地热背景；晚白垩世以来，二连盆地处于热沉降作用阶段，地温梯度逐渐降低。从凹陷内部构造演化看，早白垩世阿尔善组沉积时期，该凹陷开始裂陷，腾格尔组和都一段沉积时期受燕山Ⅲ幕构造运动的影响，裂陷作用增强，地壳减薄，地球深部的能量更易向地表释放，使得该时期地温梯度快速增加；到早白垩世晚期赛罕塔拉组沉积时期，垂直升降运动造成赛罕塔拉组760～1 110 m的剥蚀，此时岩石圈减薄，地球深部大量热量向地表释放，同样造成该时期地温梯度快速增加；晚白垩世至今白音查干凹陷受燕山Ⅳ幕和喜山运动的影响，进入热沉降时期，地温梯度逐渐降低。

白音查干凹陷中、新生代热史的研究将为该地区的烃源岩生排烃史、运聚史及资源评价提供基础，对油气的进一步勘探决策具有指导意义。

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Mesozoic and Cenozoic Thermal History of the Baiyinchagan Sag,Erlian Basin, Northern China

GAOXia1,2ZUOYinhui3CHANGJunhe2LIXinjun2

(1. Yuhuan Meteorological Electronic Engineering Technology Co. Ltd., Sichuan Province,Chengdu 610041, China; 2. Research Institute of Exploration and Development,Zhongyuan Oilfield, SINOPEC, Puyang Henan 457001, China;3. College of Energy Resources, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Abstract:The Baiyinchagan sag is located in the west of Erlian basin in Inner Mongolia of China, which is an important hydrocarbon generation sag. In the paper, the Mesozoic and Cenozoic thermal history was reconstructed based on 144 vitrinite reflectance data from 35 wells. The results show that the Mesozoic and Cenozoic thermal history exhibits a general trend of “one increase and one decrease”. The geothermal gradient of Baiyinchagan sag increased from 40.0～42.1 ℃km during the early Cretaceous Aershan formation depositional period to 49.9～56.4 ℃km at the end of Saihantala formation depositional period. Then the geothermal gradient began to decrease from the late Cretaceous Erliandabusu formation depositional period to the present with geothermal gradient values of 32.0～35.4 ℃km.

Key words:Baiyinchagan sag; thermal history; Mesozoic and Cenozoic; geothermal gradient; basin modeling

收稿日期：2015-12-08

基金项目：国家自然科学基金项目“查干凹陷构造-热演化研究”(41402219)

作者简介：高霞(1983 — ),女,新疆哈密人,硕士,工程师,研究方向为沉积盆地构造-热演化及储层评价。

通信作者：左银辉(1980 — ),男,副教授,研究方向为沉积盆地构造-热演化及油气资源评价。

中图分类号：P618

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)03-0001-04