劉 鴿

(中國石化勝利油田物探研究院，山東 東營 257100)

東營凹陷是一個油氣資源豐富的油氣產(chǎn)區(qū)。隨著中淺層勘探程度的不斷增加，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的油氣越來越難。拓展勘探空間、提高勘探發(fā)現(xiàn)成為油田勘探工作的重要攻關(guān)內(nèi)容，向深層進(jìn)軍也成為大勢所趨，因此對烴源巖的認(rèn)識尤其重要?？椎杲M在東營凹陷分布范圍較廣，埋深大，厚度最大超過幾千米，受限于鉆井密度和演化程度，鉆井揭示的孔店組烴源巖有機(jī)碳含量相對較低，烴源巖品質(zhì)以中等到差為主[1]。由于孔店組沉積時期，地層分布不均，厚度差異大，不同井位都有較厚的泥巖發(fā)育，有理由相信在有利的沉積部位會發(fā)育有品質(zhì)優(yōu)良的烴源巖，鄰區(qū)黃驊坳陷、冀中坳陷和昌濰坳陷等地孔店組烴源巖的發(fā)育也表明在東營凹陷具有發(fā)育孔店組烴源巖的可能。烴源巖生排烴過程的研究是認(rèn)識這套烴源巖的重要內(nèi)容，也是進(jìn)行油氣成藏過程分析的基礎(chǔ)，有限的取心資料限制了實驗分析研究烴源巖生排烴特征的開展，而借助于盆地模擬技術(shù)則可以有效的實現(xiàn)這一目的。盆地模擬是含油氣盆地研究中的一個重要手段，基于基本的石油地質(zhì)原理，盆地模擬可以定量恢復(fù)盆地埋藏史、烴源巖生烴史、油氣運聚史，其中埋藏史和烴源巖生烴史研究最為成熟，結(jié)果最為可靠[2]。本文通過選擇具有代表性的鉆至孔二段的井，合理的設(shè)置模擬參數(shù)，開展單井模擬，實現(xiàn)了孔二段烴源巖生烴史特征的研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東營凹陷是濟(jì)陽坳陷內(nèi)最大的一個次級負(fù)向構(gòu)造單元，北部為陳家莊凸起，南部緊鄰魯西隆起和廣饒凸起，面積約為 5850 km2(圖1)。古近系發(fā)育了孔店組、沙河街組和東營組三套地層，主要的烴源巖發(fā)育在沙四段和沙三段，孔二段被認(rèn)為是一套潛在發(fā)育的烴源巖[3]。孔店組沉積時期屬于盆地斷陷作用的初始期，構(gòu)造活動強(qiáng)烈，孔店組自下而上分為孔三、孔二、孔一三個段，其中孔二段主要發(fā)育了灰色、深灰色泥巖夾砂巖、含礫砂巖、油頁巖、碳質(zhì)泥巖。凹陷在古近系發(fā)育了湖泊-三角洲為主的沉積體系，孔店組和東營組沉積之后，發(fā)生了構(gòu)造抬升和剝蝕[4]。東營凹陷油氣資源豐富、勘探程度高，自下而上在古生界、中生界和新生界多套地層中都有油氣發(fā)現(xiàn)。一般認(rèn)為研究區(qū)沙河街組烴源巖經(jīng)歷了2期生排烴，對應(yīng)了2期油氣運聚成藏，分別為東營期和明化鎮(zhèn)至現(xiàn)今。

2 盆地模擬參數(shù)

盆地模擬是建立地質(zhì)模型，合理設(shè)置相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，利用軟件算法獲得模擬結(jié)果，最終獲得相關(guān)地質(zhì)認(rèn)識的過程。軟件模擬的基本流程是建立合理地層格架、有效的設(shè)置模擬的邊界條件和烴源巖參數(shù)，通過軟件算法完成模擬。相關(guān)參數(shù)的設(shè)置是完成模擬的基礎(chǔ)，也是決定模擬結(jié)果可靠程度的關(guān)鍵因素。

2.1 地層基礎(chǔ)參數(shù)

地層格架的合理設(shè)置是盆地模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，一方面依賴于現(xiàn)今地層的準(zhǔn)確劃分和巖性設(shè)置，另一方面要求剝蝕厚度和時間的準(zhǔn)確厘定。本次模擬選擇2口典型井位于凹陷的不同位置，結(jié)合錄井資料、測井資料和分層數(shù)據(jù)，確定各層的厚度、不同巖性的百分比，采用軟件內(nèi)置的混合巖性計算方法，實現(xiàn)不同層位巖性的設(shè)置。在此基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)對應(yīng)的巖石物理參數(shù)、熱力學(xué)參數(shù)等的定義。研究區(qū)在孔店組沉積期后和東營組沉積期后經(jīng)歷了2次構(gòu)造抬升和剝蝕事件，并在空間上產(chǎn)生了不同的剝蝕厚度。前人通過等效厚度法等方式，確定了兩期剝蝕厚度在平面上的分布特征。其中，W46井受2期構(gòu)造剝蝕作用的影響，而SHK1井僅受到1期構(gòu)造剝蝕作用的影響。根據(jù)具體井位，讀取了對應(yīng)井段的剝蝕厚度，表1展示了用以盆地模擬的2口井基本地層信息。2口井由于所處位置的不同，其孔二段埋深差異大，其中W46井孔二段在 4500 m 左右，而SHK1井孔二段埋深達(dá)到了 7000 m，2口井分別位于孔二段沉積時期的湖盆邊緣和中心(位置見圖1)，其模擬結(jié)果也可以有效的反應(yīng)烴源巖的整體成熟演化特征。

表1 東營凹陷鉆至孔二段典型井基本地層信息

2.2 邊界條件

模擬過程中的邊界條件定義了沉積層熱演化過程中的基本能量條件，特別是對烴源巖的成熟演化過程具有重要的控制作用，直接影響了烴源巖隨時間變化的成熟特征。模擬過程的邊界條件包括熱流、古水深和沉積水表面溫度。前人在東營凹陷進(jìn)行了大量的盆地基礎(chǔ)特征研究，在研究區(qū)的相鄰地區(qū)也有盆地模擬工作開展過。結(jié)合前人的研究成果[5-6]，確定了本次模擬各關(guān)鍵地史節(jié)點的相關(guān)參數(shù)值(表2)。

表2 東營凹陷各模擬時期古水深、沉積水表面溫度及熱流值

2.3 烴源巖基礎(chǔ)參數(shù)

孔二段在東營凹陷厚度較大，最高可達(dá) 800 m 以上，暗色泥巖厚度一般在100～400 m。由于埋深差異大，鏡質(zhì)體反射率最低在0.5%左右，最高可達(dá)4.0%以上?？锥纬练e時期具有“湖小水深”的特點，邊部揭示的孔二段由于所處的相帶不理想，其烴源巖品質(zhì)也較差，而深部揭示的烴源巖則由于成熟度太高，也影響了其有機(jī)碳含量(TOC)的有效判斷?？紤]到孔二段沉積背景以及鄰區(qū)烴源巖發(fā)育的特征，認(rèn)為該段在研究區(qū)合適的區(qū)帶可以發(fā)育好烴源巖。根據(jù)實測的TOC，結(jié)合TOC的恢復(fù)系數(shù)，將烴源巖原始TOC定為2%～3%，氫指數(shù)(HI)定義為 500 mg(HC/TOC)。結(jié)合烴源巖發(fā)育地質(zhì)背景，烴源巖有機(jī)質(zhì)生烴模型選擇軟件內(nèi)置的Tissot_in_Waples(1992)_TII_Crack模型。

3 模擬結(jié)果分析

在建立了地質(zhì)格架、確定了模擬的邊界條件和烴源巖基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過PetroMod軟件對2口鉆至孔二段的典型井進(jìn)行了盆地模擬，獲得了2口井的埋藏史和熱演化史等。

3.1 烴源巖成熟演化史

從單井的烴源巖成熟度模擬結(jié)果圖(圖2)來看，SHK1井孔二段中的Ro(在4.03%～4.49%)和W46井孔二段的Ro(在1.01%～1.22%)，與實測的Ro相差不大，表明了模擬結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。由于2口井在凹陷中所處的位置不同，經(jīng)歷的構(gòu)造演化過程存在差異，可以清晰的看出它們的埋藏史和熱演化史存在不同的特征。SHK1井在 25 Ma 年以前是一個持續(xù)埋深的過程，Ro隨著埋深增加具有不斷增加的特征，孔二段底界在 55 Ma 左右就進(jìn)入生烴門限(Ro達(dá)到0.55%)，到52Ma時，其底界Ro已經(jīng)達(dá)到1.0%，50 Ma 時底界Ro在1.2%以上，48 Ma 時底界Ro達(dá)到2.0%以上。整體來看，該井孔二段烴源巖在很早就進(jìn)入生烴門限，并在很短時間內(nèi)達(dá)到高演化程度。W46井熱演化呈現(xiàn)出不同的過程，孔二段底界在 45 Ma 進(jìn)入生烴門限，41 Ma 時Ro達(dá)到0.7%，開始進(jìn)入大量生烴階段，直到 35 Ma 左右Ro才達(dá)到1.0%，之后地層緩慢沉積，Ro緩慢增加，至今也僅在1.2%左右(圖2)。

3.2 烴源巖生烴史

通過對2口井孔二段生烴速率演化過程進(jìn)行分析，可以進(jìn)一步了解孔二段烴源巖生烴史。從Ro演化史已經(jīng)得知，2口井經(jīng)歷了不同的埋深和熱演化過程，進(jìn)而也導(dǎo)致它們的生烴過程存在明顯的差異。從模擬結(jié)果來看，2口井孔二段均在很早的時候就達(dá)到了生烴高峰，SHK1從埋藏開始，在很短時間內(nèi)就開始生烴，生烴速率在短期內(nèi)迅速增大，并且在 50 Ma 左右達(dá)到生烴高峰；W46井生烴過程相對滯后，沉積初始時候，生烴速率增加緩慢，從 43 Ma 開始，生烴速率迅速增加，并且在 38 Ma 左右達(dá)到生烴高峰(圖3)。

圖2 東營凹陷SHK1井(上)和W46井(下)Ro模擬結(jié)果圖

圖3 東營凹陷SHK1井和W46井孔二段生烴速率模擬結(jié)果

SHK1井和W46井分別位于孔二段沉積時期的沉積中心和沉積邊緣，2口井的生烴過程基本可以限定該層段的生烴過程。另一方面，烴源巖大量生烴的時間也往往對應(yīng)排烴時間，且略早于成藏時間，因而可以認(rèn)為 50 Ma 至 38 Ma 年是孔二段烴源巖生成的油氣運聚成藏的時間。需要注意的是，由于2口井均未鉆穿孔二段，對其底界沉積時間的確定可能存在部分誤差；另一方面，對巖性的設(shè)置也難以達(dá)到實際的狀態(tài)。加之，邊界條件的求取過程中在所難免的會有誤差，最終的模擬結(jié)果可能與實際地質(zhì)演化過程存在偏差。但無論如何，本研究都通過合理的地質(zhì)模型建立和模擬分析，實現(xiàn)了孔二段烴源巖生烴特征的分析，對于進(jìn)一步認(rèn)識該套烴源巖生烴演化過程、指導(dǎo)油氣勘探具有積極意義。

4 結(jié)論

1)模擬所選的2口井分別屬于湖盆邊緣和中心，其成熟特征反映了該套烴源巖整體的演化過程。湖盆中心的SHK1井在 55 Ma 進(jìn)入生烴門限，湖盆邊緣的W46井在 45 Ma 左右進(jìn)入生烴門限，可以認(rèn)為這套烴源巖整體在55～45 Ma 之間開始生烴。

2)生烴速率的分析表明，SHK1在 50 Ma 左右達(dá)到生烴高峰，W46井在 38 Ma 左右達(dá)到生烴高峰。整體來看，孔店組烴源巖具有達(dá)到生烴高峰時間早、持續(xù)時間久的特征，對于研究區(qū)早期成藏，尤其是深部地層的早期成藏具有積極意義。