白音查干凹陷中、新生代熱史研究

高 霞　左銀輝　常俊合　李新軍

(1. 四川省宇環(huán)氣象電子工程科技有限公司， 成都 610041；2. 中國(guó)石化中原油田分公司勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院， 河南 濮陽(yáng) 457001；3. 成都理工大學(xué)能源學(xué)院， 成都 610059)

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白音查干凹陷中、新生代熱史研究

高 霞1,2左銀輝3常俊合2李新軍2

(1. 四川省宇環(huán)氣象電子工程科技有限公司， 成都 610041；2. 中國(guó)石化中原油田分公司勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院， 河南 濮陽(yáng) 457001；3. 成都理工大學(xué)能源學(xué)院， 成都 610059)

摘要：白音查干凹陷位于內(nèi)蒙古二連盆地西緣，是二連盆地的重要生油凹陷之一。利用35口井144個(gè)鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)恢復(fù)了該地區(qū)的中、新生代熱史。結(jié)果顯示中、新生代熱史具有“一升一降”的特征。該凹陷地溫梯度從早白堊世阿爾善組沉積早期的40.0～42.1 ℃?km，逐漸上升至賽罕塔拉組沉積末期的49.9～56.4 ℃?km，自晚白堊世二連達(dá)布蘇組開(kāi)始逐漸下降，目前為32.0～35.4 ℃?km。

關(guān)鍵詞：白音查干凹陷； 熱史； 中、新生代； 地溫梯度； 盆地模擬

沉積盆地的地溫在油氣生成、盆地演化過(guò)程中起著重要的作用。盆地?zé)崾费芯坎粌H是烴源巖成熟度演化、生排烴史及油氣資源潛力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，而且還可為盆地成因動(dòng)力學(xué)和構(gòu)造熱演化等基礎(chǔ)問(wèn)題的探討提供依據(jù)。

白音查干凹陷位于內(nèi)蒙古二連盆地西緣，是二連盆地的一個(gè)重要生油凹陷。該凹陷于20世紀(jì)80年代初發(fā)現(xiàn)油氣顯示，1994年發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流。目前已經(jīng)鉆探150余口井，勘探取得了較大的進(jìn)展，先后建成了達(dá)爾其、桑合、錫林好來(lái)3個(gè)500萬(wàn)t級(jí)油田。目前該凹陷已經(jīng)發(fā)現(xiàn)三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量 8 000多萬(wàn)t，年產(chǎn)石油接近10萬(wàn)t，其具備較大的生油潛力和良好的油氣勘探前景。但是白音查干凹陷的熱史研究相當(dāng)薄弱，僅處于定性階段，影響正確認(rèn)識(shí)白音查干凹陷生排烴史、成藏期次及資源潛力等，制約著勘探的進(jìn)程。近年來(lái)，隨著白音查干凹陷油氣勘探的發(fā)展、鉆井?dāng)?shù)量的增加，研究人員獲得了大量的鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)。本次研究利用鏡質(zhì)體反射率對(duì)白音查干凹陷中、新生代熱史進(jìn)行恢復(fù)，為下一步資源評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1地質(zhì)概況

白音查干凹陷是內(nèi)蒙古二連盆地川井坳陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，大致位于東經(jīng)107°30′ — 109°10″、北緯41°50′ — 42°30′，呈NEE向展布，東西長(zhǎng)約150 km，南北寬15～28 km，面積約3 200 km2，是發(fā)育在海西褶皺基底之上的中生代斷陷盆地。根據(jù)基底起伏、斷裂系統(tǒng)解釋最新成果及構(gòu)造演化特征，白音查干凹陷被劃分為9個(gè)次級(jí)構(gòu)造單位，分別為塔拉斷裂帶、西部洼陷帶、白音翁特構(gòu)造帶、南部斜坡帶、北部斜坡帶、毛呼低凸起帶、嘎順斜坡帶、東部洼陷帶和東部超覆帶(圖1)。

地層包括早白堊世阿爾善組、騰格爾組、都紅木組、賽罕塔拉組、晚白堊世的二連達(dá)布蘇組和新生界，其中阿爾善組、騰格爾組為主力烴源巖層系。阿爾善組總有機(jī)碳含量為0.45%～1.62%，平均為1.13%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量含量為0.001 4%～0.138 9%，平均為0.040 9%；每克有機(jī)物的生烴潛量為0.13～4.69 mg，平均為2.55 mg，干酪根類(lèi)型以Ⅱ型為主。騰格爾組烴源巖總有機(jī)碳含量在0.42%～5.50%，平均為1.77%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量含量為0.001 7%～5.067 3%，平均為0.225 7%；每克的生烴潛量為0.04～13.27 mg，平均為3.40 mg，干酪根類(lèi)型以Ⅱ型為主。受燕山和喜山等造山運(yùn)動(dòng)的影響，白音查干凹陷自白堊紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了3期主要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1-2]：(1)阿爾善組 — 都一段沉積時(shí)期。該時(shí)期為斷陷期，斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈。阿爾善組早期沉積了一套河流 — 濱湖相的雜色砂礫巖粗碎屑地層，中晚期以淺湖 — 半深湖相沉積為主，發(fā)育一套湖相沉積，巖性主體為暗色泥巖夾砂巖，為該凹陷主要的烴源巖層；騰格爾組為凹陷強(qiáng)烈斷陷期，主要沉積了一套淺湖 — 深湖亞相的灰色、深灰色泥巖、白云質(zhì)泥巖間夾砂礫巖地層，為該凹陷主要的烴源巖層和儲(chǔ)集層；都一段沉積了一套廣泛分布的半深湖 — 深湖亞相的暗色泥巖地層，是該凹陷的第3套烴源巖。(2)都二段 — 賽罕塔拉組沉積時(shí)期。該時(shí)期為斷坳期，斷層活動(dòng)相對(duì)變?nèi)?，湖盆變大，發(fā)育巨厚暗色泥巖沉積，為良好的區(qū)域蓋層。(3)坳陷抬升期。從晚白堊世二連達(dá)布蘇沉積至今，發(fā)育一套河流相為主的沉積，地層厚度相對(duì)較薄。

圖1　白音查干凹陷構(gòu)造分區(qū)圖

2熱史恢復(fù)方法及基本參數(shù)

2.1方法與原理

關(guān)于熱史恢復(fù)的方法總體上可以分為2類(lèi)：(1)利用古溫標(biāo)恢復(fù)盆地尺度的熱史[3-6]；(2)利用地球動(dòng)力學(xué)模型恢復(fù)巖石圈尺度的熱史[7-8]。目前，比較成熟的古溫標(biāo)主要包括礦物裂變徑跡和有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率等。本次采用古溫標(biāo)方法對(duì)白音查干凹陷的熱史進(jìn)行恢復(fù)。

2.2基本參數(shù)

熱史模擬計(jì)算需要的參數(shù)包括古溫標(biāo)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。

(1)古溫標(biāo)數(shù)據(jù)。白音查干凹陷共測(cè)試了35口井的144個(gè)鏡質(zhì)體反射率(圖2)，選擇其中5口具有代表性的井進(jìn)行熱史恢復(fù)。在模擬中，鏡質(zhì)體反射率模擬熱史采用Easy % R{sub 0}模型[9]。

(2)基礎(chǔ)地質(zhì)參數(shù)。模擬計(jì)算中的參數(shù)包括地表溫度、巖石熱物理參數(shù)、地層分層和巖性等。模擬中，巖石熱物理參數(shù)采用相鄰凹陷及查干凹陷已有的研究成果[10]；巖性參數(shù)主要包括巖石的孔隙度、滲透率、砂泥巖的壓實(shí)曲線等，這些參數(shù)采用該地區(qū)的實(shí)測(cè)值；此外，還包括壓實(shí)系數(shù)和初始孔隙度等數(shù)據(jù)，則依據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)利用Sclater和Christie的方法[11]進(jìn)行回歸得到；地表溫度取白音查干凹陷年平均溫度(9 ℃)，并假設(shè)其在地質(zhì)歷史時(shí)期不變。

圖2　白音查干凹陷鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系

3熱史恢復(fù)結(jié)果

利用PRA公司的Basinmod 1D盆地模擬軟件對(duì)5口井的埋藏史、熱史和生烴史進(jìn)行了模擬。圖3是BC1井的埋藏史和熱史的模擬結(jié)果，井位見(jiàn)圖1。模擬結(jié)果顯示白音查干凹陷經(jīng)歷了都一段末期和賽罕塔拉組末期明顯的抬升剝蝕，并且在賽罕塔拉組沉積時(shí)期溫度達(dá)到最大，超過(guò)180 ℃。熱史模擬結(jié)果顯示早白堊世阿爾善組沉積時(shí)期的地溫梯度為40.0 ℃km，表現(xiàn)為中溫型地溫場(chǎng)特征；從都一段沉積時(shí)期開(kāi)始地溫梯度總體表現(xiàn)為逐漸升高的趨勢(shì)，到賽罕塔拉組沉積末期地溫梯度達(dá)到最大，為56.4 ℃km；自晚白堊世二連達(dá)布蘇組沉積至今地溫梯度逐漸降低，現(xiàn)今僅為35.4 ℃km。由于都一段沉積時(shí)期，沉積厚度達(dá)到1 293 m，而快速沉積的新沉積物較小的巖石熱導(dǎo)率造成地溫梯度出現(xiàn)了1次異常。

圖3　白音查干凹陷BC1井埋藏史、熱史及生烴史

白音查干凹陷5口井的熱史演化趨勢(shì)具有一致性，表現(xiàn)出“一升一降”的特點(diǎn)：阿爾善組沉積初期地溫梯度為40.0～42.1 ℃km，表現(xiàn)為中溫型地溫場(chǎng)特征；隨后地溫梯度逐漸升高至賽罕塔拉組沉積晚期的49.9～56.4 ℃km；從二連達(dá)布蘇組沉積至今，地溫梯度逐漸下降，現(xiàn)今地溫梯度僅為32.0～35.4 ℃km(圖4)。

圖4　白音查干凹陷熱史恢復(fù)結(jié)果

4結(jié)語(yǔ)

白音查干凹陷早白堊世較高的地?zé)釥顟B(tài)與中國(guó)北方斷陷盆地早白堊世具有一致性，如海拉爾盆地早白堊世地溫梯度為35.0～58.0 ℃km[12]，查干凹陷早白堊世地溫梯度為50.0～58.0 ℃km[13]，酒泉盆地群早白堊世地溫梯度為37.5～45.0 ℃km[14]。從區(qū)域上看，這種熱狀態(tài)與庫(kù)拉 — 太平洋板塊向歐亞板塊俯沖密切相關(guān)。在太平洋板塊到達(dá)深部地幔后，地幔物質(zhì)黏度降低、活動(dòng)性增強(qiáng)，同時(shí)在庫(kù)拉 — 太平洋板塊與歐亞板塊東緣產(chǎn)生相對(duì)左旋拉張走滑斷裂，為黏度降低的地幔物質(zhì)上涌提供了通道，大量的熱量向巖石圈淺部匯聚而形成早白堊世的高地?zé)岜尘?；晚白堊世以?lái)，二連盆地處于熱沉降作用階段，地溫梯度逐漸降低。從凹陷內(nèi)部構(gòu)造演化看，早白堊世阿爾善組沉積時(shí)期，該凹陷開(kāi)始裂陷，騰格爾組和都一段沉積時(shí)期受燕山Ⅲ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，裂陷作用增強(qiáng)，地殼減薄，地球深部的能量更易向地表釋放，使得該時(shí)期地溫梯度快速增加；到早白堊世晚期賽罕塔拉組沉積時(shí)期，垂直升降運(yùn)動(dòng)造成賽罕塔拉組760～1 110 m的剝蝕，此時(shí)巖石圈減薄，地球深部大量熱量向地表釋放，同樣造成該時(shí)期地溫梯度快速增加；晚白堊世至今白音查干凹陷受燕山Ⅳ幕和喜山運(yùn)動(dòng)的影響，進(jìn)入熱沉降時(shí)期，地溫梯度逐漸降低。

白音查干凹陷中、新生代熱史的研究將為該地區(qū)的烴源巖生排烴史、運(yùn)聚史及資源評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)，對(duì)油氣的進(jìn)一步勘探?jīng)Q策具有指導(dǎo)意義。

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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

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“查干凹陷構(gòu)造-熱演化研究”(41402219)

作者簡(jiǎn)介：高霞(1983 — ),女,新疆哈密人,碩士,工程師,研究方向?yàn)槌练e盆地構(gòu)造-熱演化及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

通信作者：左銀輝(1980 — ),男,副教授,研究方向?yàn)槌练e盆地構(gòu)造-熱演化及油氣資源評(píng)價(jià)。

中圖分類(lèi)號(hào)：P618

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1980(2016)03-0001-04