濟源凹陷中生界烴源巖熱演化研究

劉建，陳哲，金成林，倪倩，徐瑩，鄧曉暉

(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學) 長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

1 地質概況

濟源凹陷位于南華北盆地西北緣，濟源-黃口坳陷帶西端，是在華北古生界地臺基礎上發育起來的中新生代疊合盆地，東西長80km，南北寬35km，面積約2800km2[1]。濟源凹陷中生代以來經歷了復雜的構造演化，燕山至喜山運動先后經歷了拗陷-裂陷-拗陷3個演化階段，形成了“兩凹夾一隆”的構造格局，“兩凹”指濟源凹陷南部的溫縣次凹和北部的沁陽次凹，“一隆”指2個次凹之間近東西向展布的石莊-后鄧-徐堡一帶的中央隆起帶。受燕山和喜山運動的影響，該區主要發生3次大的抬升剝蝕事件，分別以中-晚侏羅世、早白堊世末、漸新世末為對應的3次構造抬升運動形成的不整合面。

濟源凹陷地層發育較全，從太古界到第四系均有分布，基底為太古界和下元古界，古生界、中生界和新生界的巨厚地層構成凹陷的沉積蓋層。其中上三疊統譚莊組(T3t)和下侏羅統鞍腰組(J1q)均是在淺湖-半深湖亞相沉積的以暗色泥巖為主的地層，根據有機質豐度、類型等地化指標的評價[2]，這2套烴源巖干酪根類型均以Ⅱ1、Ⅱ2型為主[3]，豐度處于中等-好級別，是濟源凹陷中生界主要的烴源巖層位。

2 熱史恢復

2.1 熱史恢復的方法

沉積盆地熱史恢復是以研究盆地熱流史和地溫史為目標，以盆地沉積、構造演化史為依據，以古溫標反演計算為手段的模擬方法。古溫標反演法是利用古溫標記錄的熱史信息反演計算得到古地溫、古地溫梯度和古熱流，從而來重建盆地熱史的方法[4]，常用的古溫標包括鏡質體反射率(Ro)、磷灰石和鋯石裂變徑跡(FT)、包裹體測溫和黏土礦物等[5]。在古溫標反演的基礎上常用的方法又分為3種：隨機反演法、古地溫梯度法和古熱流法[6]。

古熱流法是以影響地層溫度史的因素是已知的并且是可以定量描述的為出發點，以構造層為單位，空間上從上至下，時間上將今溯古，逐層(段)反演，其目的是為了使各個構造之間和各樣品之間的反演結果相互制約，來減少熱史反演的不確定性和多解性[6]。

古熱流法在一定程度上克服了隨機反演法和古地溫梯度法的缺點，利用該方法恢復盆地的熱史相對來說更為真實可靠。筆者選用古熱流法，利用“沉積盆地熱史恢復模擬系統(Thermodel for Windows)”軟件，以濟參1井為例對濟源凹陷進行熱史恢復。

2.2 熱史恢復結果

圖1 濟源凹陷濟參1井熱史恢復結果

濟參1井位于濟源凹陷中央隆起帶東南部位，完鉆井深5316.63m，完鉆層位為中三疊統油房莊組，鉆井揭示的地層從下往上有中三疊統油房莊組、上三疊統、中下侏羅統、下白堊統韓莊組、古近系、新近系和第四系。根據濟源凹陷沉積構造演化特征和現有基礎數據等條件，以濟參1井為例利用古熱流法對濟源凹陷的熱史和不整合面地層的剝蝕量進行了恢復。濟參1井熱史反演結果(見圖1)表明，中央隆起帶東南部熱流值從古至今整體變化為先上升后下降的趨勢，熱流值的變化與該區的3次抬升剝蝕事件有關，濟源凹陷古生代基底熱流值較低，中侏羅世末期燕山運動早期的地層抬升使該區域抬升剝蝕，剝蝕量為2390m左右，同時熱流值開始升高，中、晚侏羅世(154Ma)為69.61mW/m2，到燕山運動晚期即早白堊世末(96Ma)，熱流值上升到83.99mW/m2達到最大值，對應抬升剝蝕事件的剝蝕量為1500m左右，其后盆地進入裂陷沉降階段，熱流值開始降低，到漸新世末(23Ma)下降到45.31mW/m2，同時喜山Ⅱ幕的構造抬升使古近系頂面又遭受抬升剝蝕大約600m，隨后盆地進入坳陷階段，地層穩定沉降，熱流值趨于平穩，現今為45.31mW/m2。

3 烴源巖成熟史和生烴期次

圖2 濟源凹陷濟參1井烴源巖成熟史

烴源巖成熟史，即烴源巖在地質歷史不同階段的成熟度狀況，它由地層溫度史決定，而地層溫度史取決于地層埋藏史和盆地熱流史，在地層埋藏史和盆地熱流史恢復的基礎上，就可以計算地層溫度史，從而正演出烴源巖的成熟史[7]。根據熱史和剝蝕量恢復結果，采用Sweeney 和 Burham有機質成熟模型[8]正演計算出濟源凹陷濟參1井烴源巖成熟史(見圖2)。

濟源凹陷中生界主要發育上三疊統譚莊組和下侏羅統鞍腰組兩套烴源層[9]，濟參1井譚莊組烴源巖在165Ma(中侏羅世)Ro達到0.5%，進入生烴門限，隨著地層埋深的增加，在163Ma時烴源巖進入成熟早期階段，157Ma(中侏羅世末)達到生烴高峰，156Ma受燕山運動影響，地層抬升，生烴停滯；在115Ma(早白堊世)時二次生烴，且演化進入成熟晚期階段，105Ma達到生烴高峰，烴源巖演化進入高成熟階段，96Ma(早白堊世末)時因地層抬升生烴中斷，現今仍處于高成熟階段。

圖3 濟源凹陷濟參1井烴源巖生烴期次

濟參1井鞍腰組烴源巖在163Ma(中侏羅世)Ro達到0.5%，達到生烴門限，隨著地層埋深的增加，在158Ma(中侏羅世末)時烴源巖演化進入成熟早期階段，157Ma達到生烴高峰，156Ma受燕山運動影響，地層抬升，生烴停滯；在115Ma時二次生烴，110Ma演化進入成熟晚期階段，105Ma(早白堊世)達到二次生烴高峰且演化進入高成熟階段，96Ma(早白堊世末)時因地層抬升生烴中斷，現今也處于高成熟階段。

為了更好的表現烴源巖的生烴過程，可以用相對產烴率和累計產烴率來表示烴源巖的生烴期次(見圖3)。濟源凹陷濟參1井譚莊組和鞍腰組烴源巖都有2個生烴期，第1次生烴時期處于165～156Ma(中侏羅世末)，第2次生烴時期在115～96Ma(早白堊世)，從累計產烴率來看，譚莊組烴源巖第1次生烴強度大，第2次產烴量很少，鞍腰組烴源巖也以第1次生烴為主。

4 結論

1)濟源凹陷中央隆起帶東南部熱流值從古到今整體變化為先升后降的趨勢，中、晚侏羅世(154Ma)為69.61mW/m2，剝蝕量為2390m左右；燕山期早白堊世末(96Ma)達到最大值83.99mW/m2，剝蝕厚度1500米左右；漸新世末(23Ma)下降到45.31mW/m2，漸新世頂部剝蝕約600m，隨后熱流值趨于平穩。

2)濟源凹陷中生界主要有上三疊統譚莊組和下侏羅統鞍腰組2套烴源巖，它們的成熟史大致相同：163～158Ma達到成熟早期階段，157Ma達到生烴高峰，115Ma時二次生烴，現今都處于高成熟階段。

[參考文獻]

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[7] 林小云，劉俊，陳倩嵐，等.譚莊-沈丘凹陷二疊系烴源巖熱史模擬——以周16井為例[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，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] 趙偉衛，金強，王偉峰.河南濟源凹陷鄧2井油藏成因分析[J].高校地質學報，2003，9(1)：113-122.