倫坡拉盆地熱演化史及有利區帶預測

耿 濤，毛小平，王昊宸，范曉杰，吳沖龍

（1.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083；2.中國地質大學（武漢）計算機學院，武漢 430074）

0 引言

倫坡拉盆地作為陸相古近系盆地，是青藏高原目前獲得工業油氣流的盆地之一，油氣資源豐富［1-2］。盆地熱演化史對油氣的生成、運移和聚集成藏起著重要的控制作用［3-5］。眾多學者對盆地熱演化史進行了深入研究，尤其是在以（U-Th）/He 和裂變徑跡為代表的古溫標定年和Sweeney 等［6］提出的Easy%Ro模型對于古地溫的恢復，以及地球動力學模型、構造熱事件、油氣成藏期次等方面均取得了許多研究成果［7-10］。經過對倫坡拉盆地20 多年的科學研究，已經積累了大量有關地層定年、地溫和鏡質體反射率等方面的數據［11］。盆地熱演化史在油氣成藏研究和有利區帶劃分方面均起到了重要的作用［12-13］。

倫坡拉盆地發育的牛堡組二段中亞段烴源巖厚度大，展布面積廣，為優質的烴源巖層［14］。在倫坡拉盆地北部勘探到的工業油氣藏，由于其受構造作用破壞較強，加之對盆地熱演化史對控制油氣成藏方面認識不足，導致在后期的勘探過程中并沒有取得較大突破，嚴重制約了勘探開發的進程。因此，本次研究擬通過盆地模擬技術，對倫坡拉盆地牛堡組二段中亞段的烴源巖進行熱演化史模擬，以及三維油氣運聚模擬，分析油氣運聚趨勢，劃分有利的油氣聚集區帶，以期為下一步的油氣勘探提供依據。

1 區域地質

青藏高原發育許多的含油氣盆地，其中倫坡拉盆地位于青藏高原中部，東西長約110 km，南北寬約30 km，面積約3 640 km2［15］。該盆地發育于班公湖—怒江斷裂帶之上，是一個具有走滑特征的斷坳盆地［16］。盆地內沉積了始新統牛堡組和漸新統丁青湖組等2 套陸相含油氣碎屑巖系。

自始新世以來，倫坡拉盆地逐漸演化為現今“南北分帶、東西分塊”的構造格局［17］。倫坡拉盆地具有典型熱盆特征，現今地溫場具有高熱流、高地溫梯度特征［18］。盆地主要發育4 類構造變形樣式:張扭橫向調節構造變形、沖斷壓陷構造變形、推擠褶隆構造變形和壓扭隆起構造變形［19］。蔣日阿錯凹陷和江加錯凹陷均是盆地內主要的沉積中心（圖1），沉積有連續的且較厚的牛堡組地層。倫坡拉盆地的發育主要經歷了2 個構造演化階段:始新世時期的構造演化階段（以斷陷沉積為主）和漸新世時期的構造演化階段（以坳陷沉積為主）。

圖1 研究區位置及主要沉積中心Fig.1 Location and main sedimentary centers of the study area

根據劉一茗等［20］、顧憶等［21］研究成果，倫坡拉盆地古近系始新統發育有3 套烴源巖，蔣日阿錯凹陷優質烴源巖厚度最厚，江加錯凹陷次之，爬錯凹陷最薄。在盆地大部分地區牛堡組二段中亞段烴源巖的成熟度大于0.5%，均已達到了初始生油條件，具有良好的生烴潛力。

2 成藏條件

倫坡拉盆地內發育的烴源巖主要為淺湖—半深湖沉積，其中牛堡組二段中亞段的烴源巖呈現出厚度較厚，連續性強，分布面積廣的特點。烴源巖的巖性主要為暗色泥巖，在蔣日阿錯凹陷和江加錯凹陷均具有較好的連續性，其厚度呈現出自西向東逐漸減薄的趨勢。單層烴源巖的厚度為30 m 左右，厚度適中。牛堡組二段中亞段烴源巖總有機碳的質量分數平均為0.9%，有機質類型為Ⅱ型干酪根，有機質成熟度主要處于成熟階段，平均為1%。總之，該套烴源巖為好—較好烴源巖類別，且正處于生油階段，是油氣成藏的前提條件。

盆地南北兩側主要發育扇三角洲沉積；盆地中部主要發育淺湖—半深湖沉積，物源從盆地的南北2 個方向供給。盆地北部逆沖推覆帶和南部沖斷隆起帶下部發育的巖性整體粒度較粗，且以礫巖、砂巖為主，儲層物性較好。

在成藏期活動的深大斷裂是油氣垂向運移的主要通道［22］。盆地內構造活動主要發育有東西走向的逆斷層和南北走向的正斷層。盆地北部的逆沖推覆作用和南部的差異隆起形成的大量斷層和微裂縫，以及在盆地中部發育的南北正斷層，都可作為油氣運移的輸導體系。

倫坡拉盆地中部發育的牛堡組二段及牛堡組三段均為直接蓋層，同時在其之上發育的漸新世丁青湖組又是良好的區域蓋層，后者厚度為1 000 m以上，其巖性以泥巖為主。倫坡拉盆地牛堡組成藏組合方式主要有2 種:牛堡組二段以自生自儲型為主、牛堡組三段以下生上儲型為主。

3 W1 和W2 井單井沉積相

倫坡拉盆地為湖相沉積，在整個盆地中牛堡組二段和牛堡組三段沉積期主要發育有湖泊相、扇三角洲相和湖底扇相等沉積類型。位于蔣日阿錯凹陷東部的W1 井，其牛堡組二段巖性主要為灰色泥巖、粉砂巖、白云質泥巖夾深灰色頁巖；牛堡組三段巖性主要為砂礫巖、白云質砂巖。位于爬錯凹陷西部的W2 井，其牛堡組二段巖性主要為紫紅色泥巖、細砂巖、粉砂巖、粗碎屑巖；牛三段巖性主要為灰色泥質白云巖、泥質粉砂巖。

通過巖心觀察發現，在W1 井牛堡組三段下亞段底部和W2 井牛堡組二段中亞段中部發育的巖性主要為礫巖和砂巖，夾暗色泥巖，具有塊狀層理，厚層狀，底部發育沖刷面等。礫石成分復雜，為圓—極圓，扁球—球狀，顯示出長途搬運的特征，但分選較差，又顯示出快速堆積特征，符合湖底扇沉積特點（圖2）。

圖2 倫坡拉盆地W1 和W2 井巖心照片（a）礫巖，W1 井，1 806.4 m，牛堡組三段下亞段；（b）礫巖，W1 井，1 808.1 m，牛堡組三段下亞段；（c）砂巖，W1 井，1 813.7 m，牛堡組三段下亞段；（d）砂礫巖，W2 井，1 784.8 m，牛堡組二段中亞段Fig.2 Core photographs of wells W1 and W2 in Lunpola Basin

深水濁積巖是目前油氣勘探的新方向［23］，從W1和W2 井所處的沉積相來看，江加錯凹陷東部W1井牛堡組三段下亞段底部與爬錯凹陷西部W2 井牛堡組二段中亞段中部厚層的濁積扇體，以及其他濁積砂體都是形成巖性圈閉的有利條件。牛堡組二段為淺湖沉積，較牛堡組一段沉積物粒度變細，水體加深，氣候更為濕潤，但是仍處于半干旱的氣候條件，含白云質較多，烴源巖條件一般，而向盆地的中心和北部烴源巖條件則變好。如果巖性圈閉在油氣優勢運聚的路徑上，則有利于形成隱蔽油氣藏（圖3）。

圖3 W1 和W2 井單井沉積相Fig.3 Sedimentary facies of single well of wells W1 and W2

4 熱演化史模擬

4.1 模擬參數的選取

熱演化史模擬采用地球化學和地球動力學相結合的方法，已知現今成熟度和現今地溫梯度，反推各歷史時期的溫度。采用的模型為Easy%Ro模型，通過給定地層年代、厚度、巖性和相應的地球化學參數，在溫度和壓力約束條件下，反演地質時期對應的Ro值，并通過實測Ro數據對給定的參數進行校正，最終使模擬值和實測Ro值相吻合。

圖4 倫坡拉盆地W1 和W2 井實測Ro與模擬結果對比E3d3 為漸新統丁青湖組三段；E3d2 為漸新統丁青湖組二段；E3d1 為漸新統丁青湖組一段；E2n3-3 為始新統牛堡組三段上亞段；E2n3-2 為始新統牛堡組三段中亞段；E2n3-1 為始新統牛堡組三段下亞段；E2n2-3 為始新統牛堡組二段上亞段；E2n2-2 為始新統牛堡組二段中亞段；E2n2-1 為始新統牛堡組二段下亞段；E2n1 為始新統牛堡組一段Fig.4 Comparison between measured Roand simulated results of wells W1 and W2 in Lunpola Basin

選取位于蔣日阿錯凹陷東部的W1 井、爬錯凹陷西部的W2 井，并對這2 口井進行熱演化史模擬，進而推測倫坡拉盆地牛堡組二段中亞段烴源巖的熱演化史（圖4）。

結合每口井的錄井資料、測井曲線、地震資料以及前人研究成果對地層進行分層，對于預探井沒有打到層位的，皆由經過W1 井、W2 井的二維地震測線來進行解釋。倫坡拉盆地牛堡組一段的厚度為280～400 m，牛堡組二段的厚度為600～880 m，牛堡組三段的厚度為450～700 m（表1）。

表1 倫坡拉盆地W1 和W2 井地層厚度Table 1 Formation thickness of wells W1 and W2 in Lunpola Basin

根據錄井資料和測井資料，分別定義各層巖性。對于有取樣點的層段，結合巖心薄片對巖性進行命名和校正，而其巖石壓實系數和導熱系數，則采用軟件默認值。

新生代以來，受喜山運動的影響，倫坡拉盆地主要經歷了2 次較大的抬升剝蝕，分別發生在始新世末期和漸新世末期。牛堡組三段頂部與丁青湖組呈部分微角度不整合或整合接觸［24］。根據聲波時差測井來估算地層的剝蝕厚度，同時用實測Ro為約束條件來進行反演，恢復其剝蝕量（表2）。經過計算，W1 井丁青湖三段的剝蝕厚度為186 m，牛堡組三段上亞段的剝蝕厚度為1 000 m；W2 井丁青湖三段的剝蝕厚度為461 m，牛堡組三段上亞段剝蝕厚度為900 m。

表2 倫坡拉盆地W1 和W2 井實測鏡質體反射率Table 2 Measured vitrinite reflectivity of wells W1 and W2 in Lumpola Basin

古水深的恢復主要是根據沉積相來確定。倫坡拉盆地在牛一段為斷陷階段，主要為沖積平原、河流沉積，古水深為0～10 m；牛二段為斷陷至坳陷階段，主要為濱淺湖、半深湖沉積，古水深為20～50 m；牛三段為坳陷至萎縮咸化階段，主要為濱淺湖、云坪沉積，古水深為0～20 m。倫坡拉盆地在丁一段為濱淺湖沉積，古水深為10～20 m；丁二段為半深湖—深湖沉積，古水深為20～80 m；丁三段為半深湖—淺湖沉積，古水深為20～50 m。

地表溫度分為現今溫度和古地表溫度。青藏高原的隆起主要發生在更新世以后，而倫坡拉盆地所處的青藏高原隨海拔高程的變化對溫度產生較大的影響，盆地現今溫度取值5 ℃，古地溫的模擬用Wygrala 模型模擬計算［25-26］。區域性的抬升和相關快速剝蝕導致古氣候的干旱［27］。倫坡拉盆地牛堡組的地溫梯度為（5.0～5.5）℃/（100 m），丁青湖組的地溫梯度為（5～6）℃/（100 m）.

古熱流的標定采用Easy%Ro模型模擬計算，將牛堡組沉積期熱流值賦值為75～110 mW/m2，丁青湖組沉積期熱流值賦值為85～120 mW/m2，現今的熱流值為110 mW/m2，古熱流的演化呈現出逐漸升高的趨勢。

4.2 熱演化史模擬結果分析

單井熱演化史模擬結果表明:W1 井牛堡組二段中亞段烴源巖在漸新世中期（距今32.5 Ma）開始進入早期生油階段，中新世初期（距今21.8 Ma）開始進入中期生油階段，現今仍處于生油階段；W2 井牛堡組二段中亞段烴源在漸新世末期（距今26.3 Ma）開始進入早期生油階段（Ro為0.5%），中新世早期（距今21 Ma）開始進入中期生油階段（Ro為0.7%～1.0%），現今大部分仍處于中期生油階段［28］（圖5）。

圖5 倫坡拉盆地牛堡組二段中亞段烴源巖單井熱演化史Fig.5 Thermal evolution history of source rocks of the middle submember of the second member of Niubao Formation in Lunpola Basin

最大生烴潛力的模擬是熱演化史模擬中必不可少的部分［29］。根據盆地的生油氣特點，選取的動力學模型為Tissot-in-Waples（1992）_TIII_Crack，其中TOC 按實測的結果取平均值。模擬結果表明，研究區的2 口井均處于生烴階段。燕山運動末期，中生界發生強烈的褶皺變形，繼而隆起遭受剝蝕［30］。始新世初期，盆地開始快速沉積形成湖泊，使烴源巖快速演化。始新世末期，發生了一次明顯的構造抬升運動，牛堡組三段的地層遭受抬升剝蝕。漸新世初期，烴源巖達到生烴門限，并開始大量生烴，整個漸新世時期為主要的生烴階段。

5 油氣運聚模擬及分析

5.1 剖面運聚分析

油氣一般從凹陷最底部沿輸導層向上運移，基于油氣隨著壓力變化的特點，對經過W1 和W2 井及這2 口井附近的南北向與東西向二維地震測線進行解釋，建立二維地層格架，并結合單井中所采集的地質和地球化學數據，對牛堡組二段中亞段油氣進行二維油氣運聚模擬。

倫坡拉盆地的烴源巖豐富，成熟度適中且展布范圍廣，勘探潛力較大［31］。油氣運移和聚集是油氣成藏的兩大前提條件。油氣運移一般依靠活動性斷裂帶，并沿斷裂帶進行側向運移或向油氣低勢區進行橫向運移。油氣聚集需要有較好的儲層和蓋層，倫坡拉盆地牛堡組二段中亞段上覆巖層為砂泥巖互層，其中有厚層砂巖作為儲集層，泥巖則可作為良好的蓋層。

為了研究牛堡組二段中亞段烴源巖的油氣運聚特征，以探求可能存在的有利油氣聚集區，選取經過W1 井的南北向地震測線LN-2013-72 及W1井西側的南北向地震測線LN-2013-47，進行油氣運聚模擬分析（圖6）。選取經過W1 井和W2 井的東西向地震測線LE-2013-44.5 及經過XL4 井和Z1井的東西向地震測線LN-2013-48，進行油氣運聚模擬分析（圖7）。

圖6 LN-2013-72（a）和LN-2013-47（b）現今油藏剖面示意圖Fig.6 Present oil reservoir section of LN-2013-72（a）and LN-2013-47（b）

蔣日阿錯地區的油氣運移以垂向運移為主，斷裂作為主要的運移通道，向上覆地層運移，并伴有橫向運移，符合近源聚集、中深層原地成藏的富集規律［32］，因此，蔣日阿錯凹陷西南部有可能形成有利的油氣聚集區。

江加錯凹陷構造受到來自東部雙構造層的強烈變形，導致中部牛堡組二段烴源巖生成的油氣在斷裂帶兩側進行側向運移，走滑斷裂作為主要通道，沿著南部和北部油氣低勢區，在北部逆沖推覆帶、南部沖斷隆起帶與凹陷邊緣有可能形成有利的油氣聚集區。

圖7 LE-2013-48（a）和LE-2013-44.5（b）現今油藏剖面示意圖Fig.7 Present oil reservoir section of LE-2013-48（a）and LE-2013-44.5（b）

爬錯凹陷的油氣一部分沿著斷裂帶垂向運移，另一部分向江加錯凹陷橫向運移。爬錯凹陷西部牛堡組三段下亞段存在濁積砂體，可形成良好的儲集層，油氣在爬錯凹陷西部進行大范圍運移，并成為主要的運移通道，因此爬錯凹陷西部可能存在有利的油氣聚集帶。疏導體系在控制油氣成藏中具有重要的作用［33］，位于爬錯凹陷東部地區受到多期次的強烈擠壓，形成了多條深層斷裂，結合實測TOC和地震剖面，該區不具備形成有效烴源巖的條件。

5.2 三維流線模擬

采用TSM 軟件中三維模擬模塊，基于前期對二維地震剖面數據的解釋和地球化學與地球動力學方法，采集輸導層、儲集層和封蓋層的全部物性參數，并了解其在三維時空的動態演化過程，采用流線法和神經網絡法，對關鍵時期含油氣系統中的油氣進行三維油氣運移、聚集模擬。

對牛堡組二段中亞段的烴源巖各個關鍵時期進行油氣運聚模擬。結果表明，在不同的時間，油氣運聚的范圍、方向和流線的密度都存在明顯差異。

在始新世中后期，牛堡組二段中亞段的烴源巖開始進入低成熟階段，少量生烴，發生油氣運移的地區主要在蔣日阿錯凹陷和江加錯凹陷西部，并向蔣日阿錯凹陷中部的低隆起區和凹陷的周緣隆起區運移，油氣匯聚的路線較發散。始新世末期，在繼承了原先的優勢運移路徑的同時，油氣的運移距離更遠，但是油氣的運移方向并沒有發生很大改變。在漸新世初期，進入大量的生烴階段，整個江加錯凹陷和爬錯凹陷的西北部也都發生了油氣的運移，爬錯凹陷生成的油氣一部分向凹陷的西南方向運移，另一部分向西北方向運移，與江加錯凹陷生成的油氣混合，油氣的匯聚流線更加密集。在漸新世中期，液態烴的運移強度加大，蔣日阿錯凹陷的西北部、江加錯凹陷北部的逆沖推覆帶成為了主要的指向區，但是運移的方向總體沒有發生較大的變化。在漸新世末期，隨著盆地南部沖斷隆起的不斷抬升，油氣向盆地南部運聚的趨勢也在不斷增強，同時油氣穿過逆沖推覆帶向北運移的距離更遠，爬錯凹陷發生大規模運移，該凹陷內的液態烴主要向東南方向運移，油氣匯聚流線范圍更大、更密集，運移路徑更長（圖8）。

圖8 倫坡拉盆地牛堡組二段中亞段烴源巖5 個關鍵時期的油氣匯聚流線分布Fig.8 Distribution of oil and gas convergence streamlines in five key periods of source rocks in the middle submember of the second member of Niubao Formation in Lunpola Basin

6 油氣聚集帶預測

牛堡組的烴源巖主要分布在倫坡拉盆地的中央凹陷區以及北部的逆沖推覆帶，油氣運移的最大范圍包含了除爬錯凹陷東南部的斜坡帶和蔣日阿錯凹陷以西隆起區以外的廣大地區。

根據油藏的位置和油藏類型，結合地震、測井、地球化學和巖心等資料，找出在油氣運移路徑上存在的構造圈閉，以及在W2 井周圍存在的巖性圈閉，利用盆地模擬技術，在油氣最大的運聚范圍內對有利油氣聚集區帶做出預測。

來自蔣日阿錯凹陷生成的液態烴向西北方向和西南方向運移，進入到北部的逆沖推覆帶和南部的沖斷隆起斷裂帶。同時，東邊的江加錯凹陷生成的液態烴，一部分向盆地北部進入推覆帶，另一部分向南進入到倫坡日一帶的沖斷隆起區。在漸新世早期，來自爬錯凹陷的液態烴，一部分向西北運移，與江加錯凹陷的液態烴混合后，繼續向北進行運移，另一部分向南進入到長山一帶的古隆起區。

最終推測出爬錯凹陷東部、低鄂總地區、其洼孝低以東地區、中央逆沖推覆帶中段、車布里地區、鄂加卒—車布里地區、鄂加卒以西地區、蔣日阿錯凹陷的西南部、南部沖斷隆起帶西段、倫坡日—長山一帶等10 個有利的液態烴聚集帶（圖9）。

圖9 倫坡拉盆牛堡組二段中亞段有利液態烴聚帶預測Fig.9 Prediction of favorable liquid hydrocarbon accumulation zones in the middle submember of the second member of Niubao Formation in Lumpur Basin

7 結論

（1）選取W1 和W2 井進行熱演化史模擬，漸新世早期，牛堡組二段中亞段烴源巖開始進入生烴門限，整個漸新世時期均為主要的生烴階段。

（2）倫坡拉盆地油氣運聚主要呈現西早東晚的趨勢。始新世末期，油氣運聚主要發生在蔣日阿錯凹陷和江加錯凹陷，油氣向盆內的高隆起區及周緣運移。漸新世早期之后，整個倫坡拉盆地都在發生大規模的油氣運移，油氣主要向南北2 個方向運移，向北進入到北部逆沖推覆帶，向南進入到南部沖斷隆起帶。

（3）分析油氣運聚的趨勢，結合沉積和構造上的地質認識，并與已經探明的油氣藏相互驗證，共劃定出10 個有利油氣聚集帶。其中，在爬錯凹陷西北部存在的巖性圈閉形成的有利油氣聚集帶，橫向展布好，圈閉面積大，且位于油氣優勢運移的路徑上，是最有利的油氣勘探區帶。