彭金寧，羅開(kāi)平，劉光祥，楊 帆，楊 俊，潘文蕾

(中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126)

1 地質(zhì)概況

烴源巖成熟度、生油氣過(guò)程受沉積盆地的熱史控制。因此，盆地?zé)嵫莼吩跓N源巖生(排)烴史、油氣成藏過(guò)程、資源規(guī)模等方面具有重要的地位[1-5]。當(dāng)前，沉積盆地?zé)崾费芯糠椒ê芏啵饕泄艤貥?biāo)法和地球動(dòng)力學(xué)法2大類(lèi)[6-14]。受構(gòu)造—熱體制的制約，四川盆地經(jīng)歷了揚(yáng)子、加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅6個(gè)旋回的演化，形成了克拉通內(nèi)拗陷、陸內(nèi)裂陷與拗陷盆地、類(lèi)前陸盆地等幾期不同類(lèi)型盆地的迭加與改造[15-18]，從而構(gòu)建了上震旦—下志留統(tǒng)、泥盆系—中、下三疊統(tǒng)和陸相領(lǐng)域3套含油氣系統(tǒng)。

對(duì)于四川盆地?zé)崾芳把莼卣鳎煌瑢W(xué)者運(yùn)用不同方法進(jìn)行了多次探索與研究[19-31]，但多見(jiàn)于各個(gè)地區(qū)單剖面縱向上熱歷史分析，橫向上各歷史時(shí)期的熱場(chǎng)分布、演化及主控因素等鮮見(jiàn)研究與探討。然而不同歷史時(shí)期發(fā)育不同的盆地原型與結(jié)構(gòu)及幾期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的迭加，必然決定了地溫場(chǎng)橫向差異的存在，如研究區(qū)晚古生代二疊紀(jì)為陸內(nèi)裂陷與拗陷盆地的并列與迭加，龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造帶、米倉(cāng)山—大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶、雪峰山基底拆離推覆體及其前緣蓋層滑脫褶皺變形帶形成時(shí)序和變形強(qiáng)度均存在差異。本文通過(guò)各區(qū)典型剖面熱史分析，探討了四川盆地?zé)嵫莼惓３梢?，分析了不同地史時(shí)期熱場(chǎng)分布及其主控因素，以期對(duì)四川盆地?zé)N源巖熱演化及油氣成藏研究提供參考。

2 典型剖面熱史分析

筆者及其研究團(tuán)隊(duì)先后在四川盆地及鄰區(qū)建立了系統(tǒng)的Ro-H熱演化剖面12條(表1)。

2.1 典型剖面鏡質(zhì)體反射率(Ro)與深度(H)特點(diǎn)

2.1.1 川東區(qū)新場(chǎng)2井

新場(chǎng)2井位于鄂西渝東區(qū)北部，共計(jì)選送鏡質(zhì)體反射率測(cè)試樣品24件，其中3個(gè)樣品因鏡質(zhì)體或?yàn)r青體顆粒細(xì)小，不滿(mǎn)足測(cè)試條件，未能獲得有效數(shù)據(jù)。

由Ro-H剖面(圖1)可見(jiàn)，有機(jī)質(zhì)演化程度隨深度的變化可明顯分為2段：第一段為下侏羅統(tǒng)—嘉四段，Ro與H呈直線相關(guān)，相關(guān)式為H=2 625.5Ro-3 290.9，相關(guān)系數(shù)為0.898 5。Ro由1.34%增至2.04%，有機(jī)質(zhì)主體處于高成熟演化階段。平均鏡質(zhì)體反射率變化梯度(ΔRo)為0.3809%km-1，反映地溫梯度相對(duì)較低。按照Ro-ΔRo模版，地溫梯度為2.52 ℃/hm，據(jù)最高古地溫法，地溫梯度為2.41 ℃/hm。第二段為嘉三段—二疊系，Ro隨深度變化曲線總體呈“C”形，明顯有別于一般Ro-H變化曲線，呈異常變化。據(jù)Ro隨深度變化特征，第二段可進(jìn)一步分為3段：(1)Ro不變段，為嘉三段—嘉一段；(2)Ro反向變化段，Ro隨深度增加呈逐漸減小的變化趨勢(shì)，由飛仙關(guān)—長(zhǎng)興組構(gòu)成，ΔRo=-0.28% km-1；(3)Ro正向變化段，Ro隨深度的增加基本呈線性增加，由吳家坪組—棲霞組構(gòu)成，Ro由2.04%增至2.11%，有機(jī)質(zhì)處于過(guò)成熟演化早期階段，以產(chǎn)干氣為主。

圖1 鄂西渝東區(qū)北部新場(chǎng)2井Ro-H相關(guān)性Fig.1 Ro-H correlation of well Xinchang 2 in the north of West Hubei and East Chongqing

川東區(qū)黃金1井、石柱馬武剖面鏡質(zhì)體反射率隨深度的變化在大致相近的層位也出現(xiàn)了與新場(chǎng)2井相似的變化特點(diǎn)。四川盆地外圍的恩施剖面在二疊系呈突變帶、咸豐剖面在深部Ro基本不隨埋深而變，可能為熱液流體作用所致。

2.1.2 川北區(qū)河壩1井

河壩1井位于通南巴構(gòu)造帶河壩場(chǎng)構(gòu)造，選送鏡質(zhì)體反射率測(cè)試樣品33件，從須家河組(3 000 m)至志留系(6 128 m)，控制地層厚度3 128 m。

表1 四川盆地及鄰區(qū)重點(diǎn)井(剖面)Ro樣品數(shù)及控制地層Table 1 Ro sample numbers and controlled formations of key wells(sections) in the Sichuan Basin and its adjacent area

由Ro-H剖面(圖2)可見(jiàn)，Ro值總體較新場(chǎng)2井高，但Ro隨井深的變化特點(diǎn)與其相似，也可明顯分為2段：第一段為須家河組—雷口坡組下部(3 851 m)，Ro與H呈線性相關(guān)，相關(guān)式為H=1 260.4Ro+158.95，相關(guān)系數(shù)為0.980 8，ΔRo變化較大，達(dá)0.793 4% km-1，具高熱場(chǎng)特點(diǎn)，地溫梯度達(dá)3.5 ℃/hm，按最高古地溫法估算，地溫梯度為3.27 ℃/hm。第二段為雷口坡組下部—志留系頂部，Ro隨深度的增加先呈逐漸減小變化趨勢(shì)，至嘉陵江組底部達(dá)極小值(1.59%)，之后隨深度的增加，Ro逐漸增高，Ro-H曲線總體也呈“C”字形。處于同一分區(qū)的通江諾水河剖面Ro-H曲線與河壩1井相似。

2.1.3 川中區(qū)川石55井

川石55井位于川中隆起石龍場(chǎng)構(gòu)造，鏡質(zhì)體反射率測(cè)值樣品28個(gè)，從最上部中侏羅統(tǒng)涼山組底部(2 855 m)至雷口坡組頂部(4 136 m)，控制地層厚度1 281 m。

鏡質(zhì)體反射率隨深度的變化(圖3)呈線性相關(guān)，相關(guān)式為H=36.23Ro-12.527，相關(guān)系數(shù)為0.971 4，ΔRo為0.276 0% km-1，屬低地溫場(chǎng)作用的結(jié)果。據(jù)Ro-ΔRo法估算，地溫梯度為2.35 ℃/hm，按最高古地溫法估算，地溫梯度為2.22 ℃/hm。

2.1.4 川西區(qū)川科1井

川科1井位于孝泉—豐谷構(gòu)造上，小塘子—嘉陵江組(5484～7453m)共選送Ro測(cè)試樣32件。

圖2 川北通南巴構(gòu)造帶河壩場(chǎng)構(gòu)造河壩1井Ro-H相關(guān)性Fig.2 Ro-H correlation of well Heba 1 in Hebachang, Tongnanba tectonic belt,northern Sichuan Basin

圖3 川中隆起石龍場(chǎng)構(gòu)造川石55井Ro-H相關(guān)性Fig.3 Ro-H correlation of well Chuanshi 55 in Longshichang tectonic belt,central Sichuan Basin

圖4 川西孝泉—豐谷構(gòu)造川科1井Ro-H相關(guān)性Fig.4 Ro-H correlation of well Chuanke 1 in Xiaoquan-Fenggu tectonic belt,western Sichuan Basin

Ro隨埋深的增加而增加(圖4)，但在井深5 539～5 626 m井段Ro值(Ro為2.53%～2.89%，平均2.72%)明顯高于上、下層位，呈異常點(diǎn)群分布，指示可能存在異常熱力作用，其成因有待深入研究。在井深6 711～6 801 m井段(90 m)Ro變化幅度高達(dá)4.67% km-1，屬典型的異常熱力作用所致。如果剔除剖面上的異常點(diǎn)群，Ro-H存在較好的對(duì)數(shù)相關(guān)關(guān)系(H=-4 444.8lnRo-2 454)，相關(guān)系數(shù)為0.963 2。平均鏡質(zhì)體反射率變化梯度為0.435 2% km-1，具低地溫場(chǎng)背景，地溫梯度為2.34 ℃/hm，與川石55井的相近。

2.2 熱演化異常成因分析

新場(chǎng)2井、河壩1井、石柱馬武、黃金1井、通江諾水河剖面有機(jī)質(zhì)熱演化程度隨埋深的變化在上組合普遍出現(xiàn)“倒置”，呈“負(fù)”異?，F(xiàn)象，普光2、4井Tmax在海相層系也呈負(fù)向變化；此外，新場(chǎng)2井甾、萜烷參數(shù)的躍變與鏡質(zhì)體反射率的突變相對(duì)應(yīng)(圖5)，這些現(xiàn)象說(shuō)明上述“倒置”并非偶然，也非測(cè)試誤差所致，而是客觀實(shí)際。

一般而言，有機(jī)質(zhì)成熟度隨埋深的增加而增高。何以導(dǎo)致上述剖面有機(jī)質(zhì)演化的“負(fù)”異常？鏡質(zhì)體反射率為公認(rèn)的衡量有機(jī)質(zhì)熱演化程度的標(biāo)尺，但其應(yīng)用仍存在一定的局限性[32-34]，這主要是因?yàn)殓R質(zhì)體反射率往往受不同機(jī)制的抑制。通常認(rèn)為，鏡質(zhì)體的富氫程度決定了鏡質(zhì)體反射率的抑制，而鏡質(zhì)體的富氫程度由多因素控制，如母質(zhì)類(lèi)型、富氫類(lèi)脂物及細(xì)菌對(duì)有機(jī)質(zhì)選擇性改造等。而本文研究的二疊系、三疊系鏡質(zhì)體反射率主要測(cè)自其中的正常鏡質(zhì)體，因此，鏡質(zhì)體的富氫程度引起的鏡質(zhì)體反射率測(cè)值偏低并不是導(dǎo)致本研究剖面Ro倒置的緣由。

近年來(lái)，越來(lái)越多的專(zhuān)家、學(xué)者認(rèn)為超壓體對(duì)有機(jī)質(zhì)熟化和生烴進(jìn)程有抑制作用。一部分學(xué)者[35-36]對(duì)鶯—瓊盆地LD3011、YA1911、YA35-1-1等鉆井鏡質(zhì)體反射率剖面研究表明，鏡質(zhì)體反射率的變化在常壓帶是正常的，隨埋深的增加而增加；但在超壓體內(nèi)，鏡質(zhì)體反射率隨深度的增加變化不大。由此表明，超壓對(duì)于干酪根的轉(zhuǎn)化起抑制作用。

CARR[37]闡述了超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)成熟作用抑制的機(jī)理，研究認(rèn)為，在超壓帶內(nèi)，若超壓對(duì)鏡質(zhì)體反射率的抑制作用足以消除溫度對(duì)鏡質(zhì)體反射率的促進(jìn)作用，則在超壓帶內(nèi)，鏡質(zhì)體反射率不會(huì)隨埋深的增加而增加(或增加速率極小)，但在靜水壓力帶內(nèi)，鏡質(zhì)體因受熱力作用，其鏡質(zhì)體反射率隨深度的增加而增加(增加速率較超壓帶內(nèi)高得多)，鏡質(zhì)體反射率增加速率的差異在超壓帶內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)異常低值區(qū)。郝芳等[38]研究認(rèn)為，超壓對(duì)不同熱演化反應(yīng)具差異抑制作用，包括3方面：一是不同干酪根組分的差異成熟和差異生烴作用；二是干酪根和可溶有機(jī)質(zhì)的差異演化；三是熱穩(wěn)定性不同的烴類(lèi)的差異演化。

區(qū)內(nèi)多口鉆井現(xiàn)今均存在超壓現(xiàn)象，如川涪82井(T1f2—J1壓力系數(shù)1.3～1.64)、川岳83井(T1j3-5壓力系數(shù)1.35～1.38)、川岳84井(T1f—P1m壓力系數(shù)1.58～1.97)、川付85井(P2ch—P2l壓力系數(shù)1.63～2.17)等，而且壓力系數(shù)大于1.5的主要為飛仙關(guān)組及以下層位。馬啟富[39]指出，快速沉積產(chǎn)生的超壓一般發(fā)生在新地層中(流體排泄不暢產(chǎn)生欠壓實(shí))，老地層內(nèi)超壓的形成一般歸因于烴類(lèi)的生成和后期構(gòu)造隆升作用。研究剖面有機(jī)碳含量垂向變化特征表明，Ro低值段正好與有機(jī)碳含量高值段相對(duì)應(yīng)，如新場(chǎng)2井(圖5)。

河壩1井二疊系演化程度高達(dá)2.8%～3.2%，但其氯仿瀝青“A”仍較高，高者可達(dá)近1 000×10-6，這在以往的研究中罕見(jiàn)；此外，殘余有機(jī)碳(TOC)與氯仿瀝青“A”相關(guān)性差，尤其是TOC小于1.0%的部分，TOC變化不大，但氯仿瀝青“A”變化幅度較大，分布于(120～890)×10-6之間，相關(guān)性不明顯(圖6a)；中下三疊統(tǒng)也具類(lèi)似的現(xiàn)象(圖6b)。高演化程度卻具高含量的可溶有機(jī)質(zhì)，可能是超壓對(duì)烴類(lèi)裂解抑制所致。

因此，筆者認(rèn)為Ro“負(fù)”異?？赡芘c烴源巖生烴作用產(chǎn)生超壓并對(duì)鏡質(zhì)體反射率和烴類(lèi)裂解的抑制相關(guān)。

圖5 鄂西渝東區(qū)新場(chǎng)2井深度與TOC、Ro、甾萜烷特征參數(shù)相關(guān)性Fig.5 Depth vs.TOC content,Ro and steroid characteristic parameters of well Xinchang 2,West Hubei and East Chongqing

圖6 川北河壩1井二疊系和中下三疊統(tǒng)TOC與氯仿瀝青“A”的相關(guān)性Fig.6 Correlation between TOC content and chloroform asphalt “A” in Permian and Middle-Lower Triassic,well Heba 1,northern Sichuan Basin

3 熱場(chǎng)分布與演化

3.1 熱場(chǎng)分布

求取古地溫梯度主要有3種方法：一是借助于“沉積盆地?zé)崾坊謴?fù)模擬系統(tǒng)”中的熱史Ro反演模塊；二是采用高喜龍等[40]提出的鏡質(zhì)體反射率梯度法；三是采用BARKER[41]最高古地溫法。在上述熱演化剖面建立的基礎(chǔ)上，采用3種方法分別求取了四川盆地晚古生代—中三疊世、晚三疊世—侏羅紀(jì)及現(xiàn)今的古地溫梯度圖(圖7)。

從古地溫梯度圖上可以看出，晚古生代—中三疊世地溫梯度在四川盆地主體小于3.0 ℃/hm，在盆地北部相對(duì)較高，地溫梯度分布于3.0～>3.5 ℃/hm，呈北西向展布；盆地東緣也相對(duì)較高，地溫梯度大于3.0 ℃/hm，呈NNE向展布；晚三疊世—侏羅紀(jì)地溫梯度的分布具有盆地周緣沖斷活動(dòng)帶高、盆地內(nèi)部低的特點(diǎn)，邊緣地區(qū)地溫梯度一般大于3.5 ℃/hm，盆地內(nèi)部地溫梯度小于2.5 ℃/hm，呈低地溫場(chǎng)背景。而現(xiàn)今熱場(chǎng)的分布較中生代發(fā)生了巨變，總體呈現(xiàn)周緣低、中部相對(duì)較高的特點(diǎn)(圖8)，地溫梯度分布于2.0～2.5 ℃/hm。

3.2 熱史演化特征分析

中二疊世晚期，上揚(yáng)子地區(qū)受到西部特提斯的拉張作用影響，也經(jīng)受區(qū)域性拉張作用，形成了一系列斷陷，這種盆地原型與結(jié)構(gòu)不僅控制了二疊系烴源巖的展布，而且這種熱體制也改變了四川盆地早期統(tǒng)一的低熱場(chǎng)，導(dǎo)致了斷陷內(nèi)熱流值不斷升高，至晚二疊世達(dá)古熱流最大值。

圖7 四川盆地及鄰區(qū)晚古生代—侏羅紀(jì)地溫梯度分布Fig.7 Geothermal gradient from Late Paleozoic to Jurassic in the Sichuan Basin and its adjacent area

圖8 四川盆地及鄰區(qū)現(xiàn)今地溫梯度分布據(jù)袁玉松等[42]修編。Fig.8 Present geothermal gradient in the Sichuan Basin and its adjacent area

中三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是揚(yáng)子地區(qū)最大、最有影響的一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。它使得整個(gè)南方結(jié)束海相沉積，同時(shí)也使得雪峰—江南隆起在內(nèi)的華南地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺和廣泛的巖漿活動(dòng)，并使得中三疊統(tǒng)幾乎被剝蝕殆盡；而在四川盆地，印支運(yùn)動(dòng)主要以隆升運(yùn)動(dòng)為主，并形成了瀘州—開(kāi)江古隆起。

早燕山期，雪峰山自南東向北西的基底拆離及以蓋層滑脫方式的遞進(jìn)推覆作用，四川盆地在周緣持續(xù)擠壓應(yīng)力作用下，形成了川西、川北等一系列前淵帶。在構(gòu)造活動(dòng)帶，因深大斷裂的溝通，總體表現(xiàn)為高熱場(chǎng)背景，平均地溫梯度在3.5 ℃/hm以上，而在前陸穩(wěn)定區(qū)(川中地區(qū))，地溫梯度則相對(duì)較低。地溫場(chǎng)的這種分布特征與庫(kù)車(chē)前陸盆地地溫場(chǎng)的分布相似[43-44 ]。

晚燕山—早喜馬拉雅期，盆地東部開(kāi)始隆升剝蝕，盆地逐漸向西萎縮，周緣沖斷作用趨于平靜，高熱場(chǎng)開(kāi)始降溫，至喜馬拉雅晚期的快速隆升及降溫作用，形成了今地溫場(chǎng)分布面貌。由于盆地周緣隆升幅度大，剝蝕作用強(qiáng)烈，老地層(成巖演化程度高，熱導(dǎo)率高)廣泛出露，而盆地內(nèi)剝蝕作用相對(duì)較弱，形成了盆地周緣熱流值低、盆地中部相對(duì)較高的熱場(chǎng)分布面貌。

4 結(jié)論

(1)四川盆地縱向有機(jī)質(zhì)演化的“負(fù)”異常，可能與烴源巖生烴作用產(chǎn)生超壓并對(duì)鏡質(zhì)體反射率和烴類(lèi)裂解的抑制相關(guān)。

(2)四川盆地?zé)釄?chǎng)演化，縱向、平面展布上整體受歷史時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及盆地性質(zhì)的影響：晚古生代—中三疊世，熱場(chǎng)在盆地北部及東緣相對(duì)較高，地溫梯度大于3.0 ℃/hm；晚三疊世—侏羅紀(jì)，熱場(chǎng)呈盆地周緣沖斷活動(dòng)帶高、盆地內(nèi)部低的特點(diǎn)，邊緣地區(qū)地溫梯度大于3.5 ℃/hm，盆地內(nèi)部地溫梯度小于2.5 ℃/hm，呈低地溫場(chǎng)背景；現(xiàn)今熱場(chǎng)的分布總體呈周緣低、中部相對(duì)較高的特點(diǎn)。