左银辉2009渤海盆地辽东湾地区古近系烃源岩成熟演化模拟

第23卷　第4期2009年8月

现　代　地　质

GEOSCIENCE

Vol123　No14

Aug12009

渤海盆地辽东湾地区古近系烃源岩成熟演化模拟

左银辉

1,2

,邱楠生

1,2

,李建平,郭永华,李翠翠

331,2

,常　健

1,2

(11中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京　102249;21中国石油大学盆地与油藏研究中心,北京　102249;

31中国海油天津分公司,天津塘沽　300452)

摘要:古近系是辽东湾地区的主力烃源岩层系,包括孔店组(Ek)—沙河街组四段(Es4)、沙河街组三段(Es3)、沙河街组一、二段(Es1-2)、东营组三段(Ed3)4套烃源岩,它们主要分布在该地区的3个凹陷(辽西、辽中和辽东)的各个次洼中。在沉积和构造发育史的基础上,。对辽中凹陷各洼陷:在东营组沉积末期,

Es-Ek烃源岩普遍进入生油门限,现今,基本上处于高—;,Es

4

3

1-2

烃源岩普遍进

入生油门限,Ed,,31-。同时,

利用Basinview,表明在盆地演化过程中同一套烃源岩在辽东。研究成果可以为该地区深凹区的烃源岩预、生、排烃量等提供重要参数,这对指导该地区的油气资源勘探具有重要意义。关键词:辽东湾地区;古近系;烃源岩;成熟度;镜质体反射率

中图分类号:TE12211　　　　文献标志码:A　　　　文章编号:1000-8527(2009)04-0746-09

SimulationofMaturityEvolutionofPaleogeneSourceRocks

inLiaodongBay,BohaiBasin

ZUOYin2hui,QIUNan2sheng,LIJian2ping,GUOYong2hua,LICui2cui,CHANGJian

(11StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing　102249,China;

1,2

1,2

3

3

1,2

1,2

21ResearchCenterforBasinandReservoir,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing　102249,China;

31TianjinCompany,CNOOC,Tanggu,Tianjin　300452,China)

Abstract:ThemainsourcerocksisPaleogene,includingKongdianFormation(Ek)2Member4ofShahejieFor2

431-2

mation(Es),Member3ofShahejieFormation(Es),Member1-2ofShahejieFormation(Es)andMem23

ber3ofDongyingFormation(Ed)inLiaodongBay,BohaiBasin1Theyaremainlydistributedinseveralsub2

sagsinthreesags(Liaoxi,LiaozhongandLiaodong)intheregion1Basedonthedepositionalandtectonicde2velopmenthistory,withcombinationofgeochemicalandthermalparameters,etc1,maturityevolutionofsourcerockismodeled1Theresultsoftypicalwellsshowthatitexhibitsanobviousdifferenceamongsub2sagsinLiao2zhongsag1ThematurityevolutionhistorymodeledbyBasinviewsoftwarealsoshowsthattherearedifferenttimestoreachthresholdsofoilgenerationandoilgenerationpeakandgasgenerationphasesforthesamesetofsourcerockindifferentsags:Es-EksourcerocksenteredthresholdofoilgenerationduringtheendofDongyingFor2mationdepositionperiodgenerallyandtheyareuptohigh2overmaturityphasenow;Es、Esly,EsandEs

3

1-2

3

1-2

4

andpartofEd

3

sourcerocksenteredthresholdofoilgenerationduringtheendofGuantaoFormationdepositionperiodgeneral2

sourcerocksareuptooilgenerationpeakphaseinpartofLiaozhongsagnow1Theresultsof

thispapercanprovideimportantparametersinpredictionandevaluationofsourcerock,calculationofvolumeofsourcerock,andtheamountofhydrocarbongenerationandexpulsion,thusithasaguidingsignificanceforpe2

收稿日期:2009201205;改回日期:2009203207;责任编辑:孙义梅。　　基金项目:国家自然科学基金项目(U0633003);中国海油天津分公司重大项目(SC06TJ-TQL-004)。　　作者简介:左银辉,男,博士研究生,1980年出生,石油地质学专业,主要从事沉积盆地构造—热演化和油气成藏机理方面的研

究。Email:zuoyinhui@tom1com。

　第3期左银辉等:渤海盆地辽东湾地区古近系烃源岩成熟演化模拟747

troleumexplorationinthisregion1

Keywords:LiaodongBay;Paleogene;sourcerock;maturity;vitrinitereflectance

岩层系的成熟演化及其在空间的展布特征,为该0　引　言地区深凹区的烃源岩预测与评价和计算烃源岩体

辽东湾地区位于渤海盆地东北部海域,呈北积、生、排烃量等提供重要参数。这些参数对该东向长条形展布,其东西两侧分别与胶辽隆起、区的油气资源进一步勘探有重要意义。燕山褶皱带相邻,南北分别与渤中坳陷、下辽河断陷盆地相接。到目前为止,对辽东湾地区的烃源岩成熟度的研究仅局限于有钻井的地区,对于没有或钻井很少的凹陷区研究程度相当低。本文在沉积埋深和构造发育史的基础上,学参数和热史等资料,史,同时利用w软件模拟研究区主要烃源

1　地质概况

,,自西、辽西凸起、,包括10个洼①

陷(图1)。其中辽中凹陷面积最广、古近系厚度最大、埋藏最深,是3个凹陷中规模最大的(

图

图1　渤海盆地辽东湾地区构造单元划分和典型井位分布图①

Fig11　SketchmapoftectonicunitdivisionofLiaodongBay,BohaiBasinanddistributionmapoftypicalwellposition

①

①汤良杰,漆家福1渤海湾地区构造成因演化与潜山分布1中国石油大学(北京)与中海石油天津分公司(内部报告).20081

748现　代　地　质2009年　

图2　辽东湾地区构造剖面图①(剖面位置见图1)

Fig12　ThestructuralsectionmapofLiaodongBay,BohaiBasin

①

2);辽西凹陷次之,辽东凹陷规模最小。辽东湾地

流区,而且辽东比辽西低,辽西热流平均为60

2

2

区新生代经历了古近纪裂陷沉降阶段和新近纪—mW/m,/m,与地温梯度第四纪后裂陷沉降阶段

[1-4]

。古近纪的裂陷沉降

[1-4]

[12]

阶段可进一步划分为3个阶段),。研究结果表明:渤海盆地现今背景热

晚期—(38～3218流值为6316mW/m2,在馆陶组沉积前盆地曾经历Ma)、渐新期走滑拉分与再次裂陷阶段较高热流(70～90mW/m2)阶段[13]。最近,依据(3218～2416Ma)。辽东湾地区古近系自下而上包RO模拟得到的辽东湾地区的地温梯度表明:在沙括孔店组、沙河街组和东营组,其中沙河街组分为4段,东营组分为3段(图2),发育4套烃源岩:

43

孔店组(Ek)—沙四段(Es)、沙三段(Es)、沙一、二段(Es

1-2

河街组沉积时期地温梯度较高,但下降较快,由平均418℃/100m下降到411℃/100m;东营组沉积末期地温梯度下降到317℃/100m;馆陶组沉积末期下降到314℃/100m,至现今的311℃/100m。

③

)和东三段(Ed)。孔店组为水下

3

扇、扇三角洲、湖泊沉积,岩性以泥岩与碳酸盐岩互层为主;沙河街组主要为扇三角洲、冲积扇、水下扇、湖泊及碳酸盐台地沉积,其下部为灰色灰岩、云岩与膏岩互层,中部为深灰、灰褐色泥岩夹中—粗砂岩,上部为生物碎屑灰岩;东营组主要为三角洲、河流和湖泊沉积,其中下部为灰色泥岩夹砂岩,上部为杂色泥岩与砂岩互层

依据现有的研究成果

3

[5-9]

2　方法和原理

211　烃源岩成熟度研究方法和原理

烃源岩成熟度的研究,传统的研究方法以地质学及地球化学方法为主,研究内容往往局限于烃源岩目前所达到的成熟度等静态特征。目前,对辽东湾地区的烃源岩成熟度的研究仅局限于有钻井的凸起区,在勘探中还要考虑钻井成本和钻井技术等方面的问题,导致钻遇埋藏较深的烃源岩的井很少,甚至没有,这样很难依靠传统的方法来研究凹

。

②③

,古近系各套烃源岩

4

在研究区各凹陷的分布存在差异。Es-Ek烃源岩和Es烃源岩在辽西凹陷和辽中凹陷发育,辽东凹陷不发育,其中Es-Ek烃源岩在辽中凹陷分布最

34

广,厚度最大,Es烃源岩在辽西的厚度最大。陷区和埋藏较深的烃源岩成熟度,必须采用新的方1-23

Es烃源岩和Ed烃源岩在3个凹陷普遍发育,其法。近年来,随着石油地质理论的不断发展和计算中Es烃源岩厚度较薄,Ed烃源岩较厚,且辽中凹陷厚度最大(图2)。

盆地热史是研究烃源岩成熟演化的基础。前人对辽东湾地区及周缘地区的现今热状况和热史进行了研究

[10-13]

1-2

3

机技术的广泛应用,人们逐渐认识到,定量研究烃源岩在地质时期的演化过程具有非常重要的意义。盆地模拟的方法及先进的盆模软件可以定量模拟烃源岩的成熟演化及空间的展布特征,美国PRA公司开发的Basinmod系列盆模软件(包括Basin2mod1D和Basinview等子软件)是现今比较先进的

,王良书等人研究了辽东湾地区

的现今大地热流分布特征,认为辽东湾地区为低热

②辛仁臣1渤海湾地区古近系层序地层及隐蔽圈闭分布预测1中国石油大学(北京)与中海石油天津分公司(内部报告)120081

③邱楠生,姜振学1渤海盆地优质烃源岩分布预测与油气资源定量评价1中国石油大学(北京)与中海石油天津分公司(内部报告).20081

　第3期左银辉等:渤海盆地辽东湾地区古近系烃源岩成熟演化模拟749

盆模软件之一。本文利用Basinmod1D软件模拟辽中凹陷主要洼陷的3口人工井的烃源岩演化历史,并利用Basinview软件模拟辽东湾地区古近系4套烃源岩的成熟演化历史,镜质组反射率化学动力学

[14-15]

模型选用LLNL模型。

利用Basinview软件模拟烃源岩成熟演化历史,需要各层系的地层等厚图、埋藏深度图、烃源岩地球化学参数、地表温度、热史和岩性等基本参数资料

。212　基本参数

地表气温不变。

3　典型井烃源岩模拟

在地震剖面上,沙一段和沙二段的分界线很难确定,本文把这两段合为一套烃源岩。因此,研究中模拟了Es-Ek、Es、Es、Ed4套烃源

岩沉积以来至今的成熟演化史。成熟度演化阶段划分按照RO<015%为未成熟阶段,015%<RO<017%为低成熟阶段,017%<RO<110%为中成

4

3

1-2

3

熟阶段,110%<RO<113%为高成熟阶段,RO>11,1<RO<113%为生油

基本参数包括基本地质参数、烃源岩地球化

学参数和热参数。前者包括各层系的地层等厚图埋藏深度图、岩性等,Basinmod1D软件,模拟了(图3)。模拟认为,辽中凹陷不同洼陷各烃源岩层采用已有的研究成果书等的数据

[12]

①②③

,岩石物性数据采用王良系的成熟演化历史存在差异。在辽中北洼陷,Es

4

,压实系数和初始孔隙度数据则采-Ek烃源岩底部,31Ma进入生油门限,2415～10Ma为生油高峰期,从10Ma至今处于生气阶段;Es烃源岩底部,30Ma进入生油门限,从7Ma至

1-2

3

用辽东湾地区各井区的实测数据,利用Sclater和Christie的方法进行回归得到初始孔隙度和压实系数

[16]

。现今地表热流值和地层分层采用钻孔实际今处于生油高峰期;Es烃源岩底部,2915Ma进

3

测量值,各地层底界年龄数据为:平原组(Qp)210入生油门限,从515Ma至今处于生油高峰期;EdMa,明化镇组(Nm)12Ma,馆陶组(Ng)2416Ma,烃源岩底部,2815Ma进入生油门限,现今处于中

12

东一段(Ed)2714Ma,东二段(Ed)3013Ma,东三段成熟阶段,其顶部1715Ma进入生油门限,现今仍(Ed3)3218Ma,沙一、二段(Es1-2)38Ma,沙三段处于低成熟阶段(图3(a))。在辽中中1洼陷,Es4

4

(Es3)42Ma,沙四段—孔店组(Es-Ek)65Ma。模拟

-Ek烃源岩底部,40Ma进入生油门限,28～2415Ma为生油高峰期,从2415Ma至今处于生气阶段;

过程中研究区地表气温设定为15℃,并设地史上的

图3　辽中凹陷主要洼陷烃源岩演化模拟结果(井位见图1)

Fig13　ThePaleogenesourcerockssimulationresultsinmainsub2sagsofLiaozhongsag

750

3

现　代　地　质

①②

3

2009年　

Es烃源岩底部,3115Ma进入生油门限,从1115素之一。根据已有的研究成果,Ed烃源岩在辽

烃源岩底部,2815

3

Ma进入生油门限,现今仍处于中成熟阶段;Ed烃源岩底部,27Ma进入生油门限,现今处于中成熟阶段,其顶部现今处于低成熟阶段(图3(b))。在辽中南洼陷,4套烃源岩的底部分别在27Ma、25

3

Ma、20Ma和10Ma进入生油门限,Ed顶部在3Ma进入生油门限,现今,4套烃源岩仍处于低—中成熟阶段(图3(c))

。Ma至今处于生油高峰期;Es

1-2

4　烃源岩平面演化模拟

411　烃源岩埋深特征

中凹陷埋藏最深,在辽中北洼陷超过5000m,辽

中中1洼陷超过3000m,辽中中2洼陷超过3500m;该套烃源岩在辽东凹陷北部埋藏为1000m左右,在南部埋藏为2000～3000m;在辽西凹陷,从东至西埋藏深度逐渐减小,在辽西南洼陷埋藏最深,超过3500m,其次为辽西北洼陷,达到2800

1-2

m(图4(a))。Es烃源岩在辽中凹陷埋藏最深,普遍在3000～4000m,在辽中北洼陷埋藏达到5400m,辽中中1洼陷超过3500m,辽中中2洼4m;1000,m;在辽西凹陷,3300m和3800

图4　辽东湾地区烃源岩在主要地质时期的埋藏深度图

Fig14　TheburieddepthmapsofsourcerocksduringmaingeologicalperiodinLiaodongBay

　第3期

3

左银辉等:渤海盆地辽东湾地区古近系烃源岩成熟演化模拟751

m(图4(b))。Es烃源岩在辽中凹陷埋藏最深,其

深洼的轴向呈北东—南西向,辽中北洼陷埋藏最深,达到了6300m,辽中中1洼陷和辽中中2洼陷也接近5000m,辽中南洼陷为3000m;辽东凹陷北部埋藏为1000～1800m,南部埋藏为2000～3400m;辽西北洼陷埋藏为3800m,辽西中1洼陷为3300m,辽西中2洼陷为3800m,

辽西南洼

4

陷为4400m(图4(c))。Es-Ek烃源岩在辽中凹陷埋藏最深,辽中北洼陷埋藏达到7200m,辽中中1洼陷为5400m,辽中中2洼陷为5900m,辽中南洼陷为3400m;辽东凹陷北部埋藏为1000～1800m,南部埋藏为2000～3700m;辽西凹陷的4个次洼埋藏相当,都达到了4(4(d4

412　沙四段—孔店组(Es-Ek)烃源岩演化

沙河街组沉积末期(3218Ma),该套烃源岩在

辽西中2洼陷、辽西中1洼陷和辽西北洼陷进入生油门限,前两个洼陷局部地区达到中成熟;辽中凹陷约一半的烃源岩进入生油门限;辽东凹陷处于未成熟阶段(图5(a))。东营组沉积末期(2416Ma),辽西凹陷大部分地区进入生油门限,在其4个洼陷都已经达到中成熟;辽中凹陷进入生油门限,且大部分烃源岩达到中成熟,在辽中北洼陷、辽中中1洼陷和辽中中2洼陷的烃源岩已经达到,113%,开((12Ma),辽

图5　辽东湾地区沙四段—孔店组烃源岩成熟演化模拟结果

Fig15　ThesourcerockevolutionalmodelingresultsofKongdianFormation2Member4ofShahejieFormationinLiaodongBay

752现　代　地　质2009年　

西凹陷的深洼区达到高成熟;辽中凹陷的中—北部

地区处于生油高峰期,且在辽中北洼陷的成熟度超过113%,开始生气;辽东凹陷类似前一时期(图5(c))。现今,辽西南洼陷开始生气;辽中凹陷达到生气阶段的烃源岩范围比前一时期扩大,且从南至北都有烃源岩达到生气阶段;辽东凹陷的南部地区也达到中成熟阶段(图5(d))

。

3

413　沙三段(Es)烃源岩演化

东营组沉积末期(2416Ma),该套烃源岩在辽中凹陷大部分地区以及辽西北洼陷、辽西南洼陷进入生油门限,辽中北洼陷达到中—高成熟(图6(a))。在馆陶组沉积末期(12Ma),在辽西北洼

陷、辽西中1洼陷以及辽东凹陷南部地区也进入生油门限,辽中北洼陷有小部分烃源岩成熟度超过113%,开始生气(图6(b))。现今,在辽西中1洼陷、辽西中2洼陷也进入生油门限,辽中凹陷和辽东洼陷南部普遍达到中成熟,在辽中北洼陷处于高—过成熟阶段,辽中中2洼陷和辽中南洼陷处于生油高峰期(图6(c))。

1-2

414　沙一、二段(Es)烃源岩演化

东营组沉积末期(2416Ma),辽西凹陷的南、北洼陷都进入生油门限;辽中凹陷中—北部地区进,;辽(a))。馆陶组沉积

图6　辽东湾地区沙三段烃源岩成熟演化模拟结果

Fig16　ThesourcerockevolutionalmodelingresultsofMember3ofShahejieFormationinLiaodongBay

　第3期左银辉等:渤海盆地辽东湾地区古近系烃源岩成熟演化模拟753

末期(12Ma),辽西凹陷烃源岩的成熟度分布与前

一时期相似;辽中凹陷大部分地区进入生油门限,在辽中北洼陷地区达到中—高成熟,在辽中中2洼陷也进入了中成熟阶段;辽东凹陷南部开始进入生油门限(图7(b))。现今,辽西南、北洼陷部分烃源岩达到中成熟;辽中凹陷普遍达到中成熟,辽中北洼陷处于生气阶段;辽东凹陷南部达到中成熟(图7(c))。

3

415　东三段(Ed)烃源岩演化

东营组沉积末期(2416Ma),该套烃源岩处于。(12Ma),

该套烃源

图7　辽东湾地区沙一、二段烃源岩成熟演化模拟结果

Fig17　ThesourcerockevolutionalmodelingresultsofMember

1-2ofShahejieFormationinLiaodongBay

图8　辽东湾地区东三段烃源岩演化模拟结果

Fig18　ThesourcerockevolutionalmodelingresultsofMem2

ber3ofDongyingFormationinLiaodongBay

754现　代　地　质

3

3

2009年　

岩只在局部地区进入生油门限(图8(a))。现今,

辽西北洼陷进入生油门限,辽西南洼陷部分达到中成熟;辽中北洼陷和辽中南洼陷以及辽东凹陷南部的部分烃源岩已经达到中成熟(图8(b))。

本文中人工井模拟的烃源岩成熟度反映的是从烃源岩层底部到顶部的一系列数值,而平面模拟的结果为该套烃源岩成熟度的平均值。表1为烃源岩成熟度的实测值与盆地模拟结果对比结果,表明实测镜质体反射率和模拟结果吻合很好,可见本文利用Basinview软件模拟研究区的烃源岩成熟演化历史是可行的。

表1　辽东湾地区烃源岩实测镜质体反射率与模拟结果Table1　Correlationbetweenmeaite2

tancesmii井名

烃源岩层

Ed3

LD16-3-1

Es1-2Es3Ed

JX1-1-1

3

源岩演化与Es烃源岩相似。Ed烃源岩在馆陶组沉积末期(12Ma),只在局部地区达到生油门限。

(3)利用动力学方法模拟盆地主要烃源岩的成熟演化历史,可以为预测与评价深洼地区的烃源岩提供重要的热演化参数。结合有效烃源岩厚度分布图还可以确定在地质历史时期达到不同演化程度的烃源岩体积。结合烃源岩地球化学特征可以计算各烃源岩层的生、排烃量以及油气资源量,研究主要生烃凹陷/洼陷的烃源岩灶演化规律(迁移特征)。参考文献:

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o模拟值

/%01500151016201520161017701570165

最小值最大值平均值

01490152015201440152016201460166

01510152017001580159017901650167

01500152016101510157017601570166

备注图8图7图6图8图7图6图8图6

闭性[J].现代地质,2004,18(2):157-162.

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Es1-2Es3

JZ23-1-1

Ed3Es3

5　结　论

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及其沉积特征[J].沉积学报,1996,14(4):114-121.

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演化历史及演化程度存在差异。现今,Es-Ek烃

源岩演化程度最高,在辽中北洼陷底部及辽中中1

3

洼陷底部达到生气阶段;Es烃源岩次之,在辽中中1洼陷底部和辽中北洼陷处于生气高峰期;1-23Es烃源岩只在辽中北洼陷处于生油高峰期;Ed烃源岩演化程度最低,在3个洼陷中都处于低—中成熟阶段。

(2)在盆地演化过程中,同一套烃源岩在辽东湾地区不同凹陷进入生油门限和达到生油高峰及

4

生气阶段的时间上存在差异。Es-Ek烃源岩在东营组沉积末期(2416Ma),普遍进入生油门限,在馆陶组沉积末期(12Ma),辽中凹陷的中—北部地区及辽西凹陷的深洼区处于生油高峰期,现今,辽

3

中凹陷大部分烃源岩处于生气阶段。Es烃源岩在东营组沉积末期(2416Ma),辽中凹陷大部分地区以及辽西北洼陷、辽西南洼陷进入生油门限,现

1-2

今,辽中凹陷部分地区达到生油高峰期。Es烃

4

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i3xe.html