准噶尔盆地盆1井西凹陷二叠...烃源岩生烃演化史及成藏模式_韩杨.pdf

东北石油大学学报第 卷第期 年月 收稿日期：；编辑：陆雅玲基金项目：中国石油天然气股份有限公司前瞻性基础性重大科技项目（）作者简介：韩杨（），男，硕士，工程师，主要从事油气成藏与资源评价方面的研究。准噶尔盆地盆井西凹陷二叠系烃源岩生烃演化史及成藏模式韩杨，杨海波，郭文建，蒋文龙，王韬，任海姣（中国石油新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 ）摘要：准噶尔盆地盆井西凹陷二叠系烃源岩热演化阶段及油气成藏过程认识不清。根据取心、测录井及地球化学等资料，采用盆地模拟和生烃热模拟实验方法，恢复二叠系烃源岩热演化史、生烃史，确定不同生烃阶段与构造演化的匹配关系，分析烃源岩生烃演化对油气成藏的影响，建立两期生烃、两期调整的油气成藏模式。结果表明：二叠系风城组、下乌尔禾组烃源岩整体在侏罗纪开始成熟，分别于早白垩世、古近纪末期进入高成熟生气阶段，现今多为高成熟过成熟阶段。二叠系烃源灶位于凹陷中心及前哨次凹，风城组、下乌尔禾组烃源岩生烃强度最高分别为 、。两套烃源岩错峰生烃为研究区奠定持续供烃背景，与构造调整、多套储层共同控制研究区油气纵向立体成藏，早期生成的油气多向石西莫北凸起等环凹高部位运聚成藏，晚期形成的高熟天然气在近源的前哨井区聚集成藏，油气的多期充注及调整在研究区内形成类油气藏 早期新生古储油气藏、中期次生调整油气藏、晚期中浅层高熟气藏和源内非常规油气藏，前哨地区、石西莫北凸起具有良好的油气勘探潜力。该结果为盆井西凹陷油气勘探提供支撑。关键词：烃源岩；热演化史；生烃史；成藏模式；二叠系；盆井西凹陷；准噶尔盆地中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言盆井西凹陷位于准噶尔盆地腹部，探明石油储量为 ，天然气储量为 ，其中 、等井获高产油气，为准噶尔盆地油气发现的重要接替领域。二叠系烃源岩是盆井西凹陷最主要的油气来源，大多数研究集中于邻区玛湖凹陷的风城组烃源岩品质类型评价。王小军等将玛湖凹陷风城组岩性划分为类：泥质岩、泥质白云岩、凝灰岩和混积岩，其中泥质白云岩和混积岩中烃源岩最发育，为中等好的烃源岩，有机质类型以型为主；根据岩石热解实验和镜质体反射率实验，李晓慧等认为玛湖凹陷风城组烃源岩总体处于低成熟成熟阶段，风城组二段（风二段）和风城组三段（风三段）的生烃能力好于风城组一段（风一段）的；根据烃源岩评价、生物标志化合物分析，王绪龙等、陈建平等认为，盆井西凹陷腹部地区存在下二叠统风城组、中二叠统下乌尔禾组两套烃源岩，烃源岩演化达到成熟过成熟阶段；根据风城组烃源岩的典型生物标志化合物判识参数，蒋文龙等分析不同成熟度阶段的生物标志化合物演化特征，认为风城组生物标志化合物参数 胡萝卜烷达到高成熟阶段时，绝对含量迅速降低，不适用于风城组高成熟原油的判别，分析正构烷烃单体 分布特征，证实盆井西凹陷存在风城组高成熟油气。在生烃潜力方面，曹剑等分析玛湖凹陷风城组有机岩石学特征、地球化学特征和成烃演化特征，认为风城组成烃演化具有早期、长期、持续生烃的特征；刘得光等、白雨等进行玛湖地区北部风城组烃源岩样品黄金管高压釜热模拟实验，认为液态烃产率在 之间，气态烃产率在 之间，风城组生油岩生烃模式为持续生油、油多气少、转化率高、油质逐渐变轻，存在一个生油高峰的特征。有关二叠系烃源岩的研究主要集中于玛湖凹陷北部，以风城组为主，但研究区紧邻玛湖凹陷南部，烃源岩生烃能力是否在不同地区存在差异性，需要补充新的生烃模拟实验进行对比分析。盆井西凹陷油气成藏受多套烃源岩、多期构造运动的影响，其中烃源岩、储层和构造运动的耦合形成有利的配置条件。根据沉积相、镜下岩性分析，孙靖等、张仲培等 认为盆井西凹陷主要发育石炭系古凸起、上二叠统上乌尔禾组、下三叠统百口泉组、中下侏罗统三工河组和八道湾组套有利储层，受通源断裂的影响，纵向可多层系立体成藏；在沉积过程和储层条件方面，潘建国等、钱海涛等 揭示研究区二叠系具有良好的储盖条件；根据油气运移过程输导体系刻画和流体包裹体实验，陈棡等、刘刚等 分析侏罗系油气运聚及调整期次，形成三类输导体系和四类成藏区；基于盆地模拟方法，采用逾渗模型计算侏罗系油气运聚过程，郭秋麟等 认为侏罗系油气分布个有利区。目前，研究区油气成藏方面的研究多为层序地层、沉积相、储层成岩作用等，缺少烃源岩热演化、生烃潜力及其对油气成藏影响方面的研究。由于准噶尔盆地具有多期构造背景，烃源岩生烃期次与构造活动是否匹配是油气成藏的关键因素。基于盆井西凹陷勘探现状、测井资料、沉积相分析及烃源岩地球化学数据，进行二叠系烃源岩空间展布特征预测及品质类型评价。在确定地史、热演化史参数的基础上，采用盆地模拟方法，恢复烃源岩热演化史，补充生烃热模拟实验，计算烃源岩生烃史及生烃潜量，分析烃源岩生烃演化与构造演化的匹配关系，建立油气成藏模式，为盆井西凹陷油气勘探及资源有利区选取提供支撑。地质概况构造位置盆井西凹陷位于准噶尔盆地腹部（见图（），西起达巴松凸起，南接沙湾凹陷、莫索湾凸起，东北部至石西莫北凸起，凹陷面积为 ，其中石炭系二叠系纵向多层发现油气，是油气发现的重要领域。受海西运动、印支运动、燕山运动和喜山运动的影响，研究区经历中晚古生代前陆盆地阶段、晚古生代古近纪陆内坳陷盆地阶段与新近纪以来的再生前陆盆地阶段。上二叠统以来，盆内主体为相对稳定的坳陷型湖盆，构造活动整体相对稳定，盆井西凹陷主要受燕山运动的影响，中侏罗世头屯河组至晚侏罗世沉积期（），燕山运动导致盆地腹部整体抬升，形成车莫古隆起，研究区遭受抬升剥蚀作用。新近纪以来，盆地南部北天山山前急剧沉降，发生南北向的地层掀斜作用，形成现今地质结构。图准噶尔盆地盆井西凹陷构造单元及地层综合柱状图 储层特征盆井西凹陷及其周缘地区自下而上发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第期韩杨等：准噶尔盆地盆井西凹陷二叠系烃源岩生烃演化史及成藏模式第四系，其中石炭系顶面、中上二叠统、二叠系与三叠系、三叠系与侏罗系、侏罗系与白垩系之间为不整合接触。目的层二叠系发育风城组和下乌尔禾组两套烃源岩（见图（），是盆井西凹陷及周缘地区最主要的供烃来源。凹陷区下二叠统风城组主要为前三角洲滨浅湖相，中二叠统下乌尔禾组主要为三角州前缘前三角洲相；凸起区风城组、下乌尔禾组以三角洲平原三角洲前缘为主，烃源岩不发育。研究区发育套储盖组合，分别是储层与下乌尔禾组泥岩盖层、储层与上三叠统白碱滩组区域盖层、储层与上白垩统吐谷鲁群区域盖层。其中，石炭系古凸起火山岩储层、上二叠统上乌尔禾组下三叠统百口泉组砂砾岩储层，以及下侏罗统八道湾组中侏罗统西山窑组砂岩储层是目前勘探发现最有利的储集层系，优质的储盖配置关系为油气成藏奠定良好的基础。烃源岩热演化史潜力评价盆井西凹陷二叠系烃源岩主要包括中二叠统下乌尔禾组（）烃源岩和下二叠统风城组（）烃源岩。采集盆井西凹陷及邻区玛湖凹陷 口井烃源岩样品，进行岩石热解实验，样品分析测试在新疆油田公司实验检测研究院由 热解仪完成，实验遵循 岩石热解分析。利用岩石热解实验可以判断有机质的类型和成熟度，分析沉积物的生烃潜力。该方法将少量样品（约为 ）置于热解炉，加热到预先设置的温度，通过惰性气体（氦气）吹洗，将样品在高温下挥发和裂解的烃类气体与残渣分离；通过氢火焰离子化检测器定量分析样品中的总有机碳质量分数、游离烃，以及不可溶有机质在裂解过程中挥发的含氢化合物和含氧化合物含量。根据湖相烃源岩评价标准，风城组总有机碳质量分数为 ，平均为，生烃潜量为 ，平均为 ，有机质类型多为型干酪根，为中等好的烃源岩。下乌尔禾组总有机碳质量分数为 ，平均为，生烃潜量为 ，平均为 ，有机质类型多为型干酪根，为差中等的烃源岩（见图）。目前，仅对研究区 井进行镜质体反射率实验，测得 处镜质体反射率，为成熟高成熟阶段，凹陷区热解峰温 为 ，为高成熟过成熟阶段。图准噶尔盆地盆井西凹陷中下二叠统烃源岩评价图版 根据岩性分析与沉积相确定烃源岩厚度（见图）。根据烃源岩评价结果，将总有机碳质量分数（）、生烃潜量（）作为盆井西凹陷有效烃源岩的下限标准。综合 口实钻井资料，以及二叠系岩性与不同沉积相带烃源岩品质类型评价结果，确定不同沉积相带有效烃源岩厚度占地层厚度比，其中风城组有效烃源岩厚度在半深湖深湖相占，在滨浅湖相占，在前三角洲相占，在三角洲前缘相占；下乌尔禾组有效烃源岩在半深湖深湖相占，在滨浅湖相占，在前三角洲相占，在三角洲前缘相占。东北石油大学学报第 卷 年分析盆井西凹陷中下二叠统有效烃源岩厚度与展布特征（见图）。下乌尔禾组烃源岩厚度在 之间，平均为 ，凹陷中心厚度最大为 ；风城组烃源岩厚度多在 之间，平均为 ，凹陷中心厚度最大为 。同时，中下二叠统烃源岩在 井区发育一处有效源岩的次级凹槽，风城组烃源岩厚度最大为，有一定生烃潜力。图准噶尔盆地盆井西凹陷 井烃源岩地球化学剖面 图准噶尔盆地盆井西凹陷中下二叠统烃源岩厚度 埋藏史恢复采用 盆地模拟系统，完成研究区埋藏史、热演化史和生烃史的恢复。该系统能够模拟整个地质时期的油气系统，包括源岩成熟和油气生成等，系统模型（、或）可以覆盖多个尺度，提供构造演化、温度和生烃史的完整记录。埋藏史恢复的关键参数包括地层距现今形成时间、地层厚度、岩性（单井岩性，主要为各类岩性比）等。其中，地层厚度主要根据钻井分层数据获得；地层年龄根据标准地层年龄表获得；岩性数据按照各个层段的岩性采用混合岩性的方法进行处理，根据录井资料确定不同层位的岩性第期韩杨等：准噶尔盆地盆井西凹陷二叠系烃源岩生烃演化史及成藏模式（见表），采用混合岩性模块设置岩石物性参数，计算岩石热导率和孔隙压实曲线。表准噶尔盆地盆井西凹陷岩性参数 沉积相混合岩性比镜下图片岩石热导率曲线压实曲线半深湖深湖泥岩：砂岩：云岩：盐岩：滨浅湖泥岩：粉砂岩：云岩：前三角洲泥岩：粉砂岩：云岩：三角洲前缘泥岩：粉砂岩：砂岩：剥蚀厚度是埋藏史恢复的基本参数。晚侏罗世，燕山幕构造运动在盆井西凹陷周缘普遍抬升剥图准噶尔盆地盆井西凹陷晚侏罗系剥蚀厚度 蚀，导致热演化停滞，是影响最大的一次抬升。研究区勘探程度低，地震反射特征是构造解释的主要依据。侏罗系与白垩系之间存在广泛的角度不整合和平行不整合接触，凹陷由内向外剥蚀程度不断增强，背斜部位顶部有不同程度削蚀。采用趋势厚度法，对研究区侏罗系剥蚀厚度进行恢复和约束。利用剥蚀地层和未剥蚀地层在横向变化趋势上的相关关系，以邻层作为参考层，厘定剥蚀量在侧向上的变化规律并进行估算。结合盆地腹部车莫古隆起的镜质体反射率和声波时差法计算结果，进一步约束剥蚀量分布特征。盆井西凹陷深部剥蚀厚度多为 ，高部位剥蚀厚度逐渐增大，石西凸起处可达 （见图）。东北石油大学学报第 卷 年热演化史恢复盆地热演化史恢复需要古地温温标及现今地温特征参数。根据全国大地热流汇编统计，盆井西凹陷二叠系大地热流在 之间，平均为（），在热演化史模拟过程中，大地热流作为重要的边界条件，使烃源岩模拟结果贴近实际数据。此外，多根据沉积历史划分古水深，深湖相沉积体系古水深为；滨浅湖半深湖相沉积体系古水深为 ；河流三角洲湖泊相沉积体系古水深多为 。实际研究中，测井测温较真实地温偏低，将口实钻井井温数据作为现今温标与深度进行拟合（结果见图（），其中，为温度，为深度），现今地温梯度为 ；将镜质体反射率作为古温标（见图（）与深度进行拟合，采用 模型 进行计算，拟合效果很好，说明热演化史模型适合于盆井西凹陷烃源岩热演化史模拟。结合埋藏史、热演化史关键参数，恢复盆井西凹陷埋藏热演化史（见图（）。图准噶尔盆地盆井西凹陷热史恢复参数拟合特征 烃源岩热演化史为了揭示盆井西凹陷烃源岩的热演化史，开展典型单井和剖面（见图中 剖面）的热演化史模拟，在凹陷区风城组最大埋深处设置一口模拟井（井）。同时，以单井实验数据约束进行三维盆地模拟。烃源岩热演化史表明，中下二叠统烃源岩达到高成熟过成熟阶段，以生湿气干气为主。不同构造带烃源岩受构造样式和埋深差异的影响，存在热演化阶段的差异，盆地边缘构造带的成熟期远晚于凹陷带的，在一定程度上也影响油气分布（见图）。平面热演化特征反映不同时期、不同构造单元中下二叠统烃源岩的成熟特征。晚侏罗世末期，下乌尔