塔東南民豐凹陷熱演化史與油氣關系

田　濤，楊　甫1，劉　飛1

(1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710021；2.陜西省煤田地質有限公司，陜西 西安 710021)

塔東南民豐凹陷熱演化史與油氣關系

田濤,2，楊甫1,2，劉飛1,2

(1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710021；2.陜西省煤田地質有限公司，陜西 西安 710021)

摘要：民豐凹陷位于塔里木盆地東南部，低程度的烴源巖熱史研究制約著該區的油氣資源評價和勘探。通過對研究區僅有的兩口探井(民參1井、民參2井)進行熱演化史模擬，探討石炭系、侏羅系烴源巖熱演化程度、過程及其與油氣的關系。模擬結果表明：①受構造活動、火山活動等局部熱事件影響，民豐凹陷C-P期古地溫梯度為3.5 ℃/100 m，中新生代古地溫梯度為2.7～3.2 ℃/100 m，高于盆地周緣其他地區；②民豐凹陷烴源巖在古近紀晚期—新近紀早期(41.3～21.7 Ma)至中新世末期(7.0 Ma)達到大量生烴條件，與新生代以來的快速沉降共同表明，民豐凹陷具有晚期成藏特征，鉆井油氣顯示較差，可能與優質烴源巖規模小、生聚烴時間較短等因素有一定聯系。

關鍵詞：塔東南；民豐凹陷；熱演化史；烴源巖；油氣成藏

含油氣盆地蘊藏著豐富的石油、天然氣、地熱等資源，盆地熱演化史與油氣生成、運移、聚集等方面密切相關，不僅制約和影響著油氣的生成、運移和聚集，而且對盆地油氣資源評價及有利生油區預測具有重要的指導意義[1-4]。塔里木盆地是經長時間發育形成的大型疊合復合盆地，是中國最重要的油氣資源富集地之一[5-6]。塔東南地區研究程度薄弱，為塔里木盆地油氣勘探新領域[5]。許懷智等[6-7]將塔東南地區整體劃分為一個一級構造單元，即塔東南隆起。民豐凹陷位于該隆起西部，北以車爾臣斷裂為界，南以阿爾金斷裂為界，呈NEE條帶狀展布(圖1)。民豐凹陷作為塔東南地區主要的凹陷之一，發育石炭系、侏羅系兩套烴源巖。區內民參1井、民參2井兩口探井，均未見油氣顯示，僅在民參1井石炭系烴源巖獲取氣測異常。塔東南地區民豐凹陷源巖熱演化程度、過程及其與油氣的關系尚不明確，制約著該區油氣資源評價和勘探。因此，加強塔東南地區民豐凹陷烴源巖熱演化史研究，探討熱演化史與油氣生成的關系，對指導該地區油氣勘探及分析油氣成藏條件具有重要意義。本研究基于鏡質體反射率(Ro)的模擬方法，建立熱演化模型，討論塔東南民豐凹陷烴源巖成熟演化、局部熱異常以及未見良好油氣顯示的可能原因。

(a)構造單元劃分；(b)地質剖面(A-B)

1沉積-構造演化背景

石炭紀前，塔東南地區受加里東運動的改造及影響，形成塔里木盆地一級構造單元，即塔東南隆起。此時，塔東南地區全面隆升為陸，不利于沉積。早石炭紀由于塔里木盆地南緣古特提斯洋的生成與擴張，盆地南緣由擠壓構造環境轉為伸展拉張構造環境[8-9]，受此影響塔東南大部分地區發生裂陷，開始了裂谷盆地發展階段。因此，作為中新生代斷陷盆地，可將石炭紀作為民豐凹陷演化的開端。

晚石炭世塔東南隆起受到南天山洋由東至西剪刀式閉合陸陸碰撞造山的影響，致使民豐地區處于擠壓狀態，從西向東發生海侵，發育開闊臺地沉積相。在晚海西-印支期運動影響下，塔東南地區持續隆起，石炭系、二疊系普遍遭受剝蝕，僅在民豐地區殘留上石炭統和下二疊統。三疊紀因持續隆升，不利于沉積，民豐凹陷普遍缺失三疊系[8-9]。至此，民豐凹陷沉積-構造格局初步形成。

侏羅紀早期，塔東南地區開始進入斷陷發育期，沉積物快速沉降，具有填平補齊并向四周超覆的特征。晚侏羅世，塔東南地區再次大規模隆升，但凹陷東西部隆升相對幅度不同，西部抬升幅度大于東部地區，造成西高東低的構造格局。民豐地區處于塔東南隆起西部，抬升幅度強烈，侏羅系剝蝕厚度更大[8]。白堊紀民豐地區處于中部隆起帶上未接受沉積，因而缺失白堊系。

新生代以來，民豐凹陷發生快速強烈沉降，新生界沉積厚度最厚可達4 200 m，形成民豐凹陷現今的沉積-構造格局。鉆井地層揭示：民參1井從上到下鉆遇第四系(200 m)、新近系(3 184.5 m)、古近系(312.5 m)、下二疊統(50.5 m)、上石炭統(102.5 m)；民參2井從上到下鉆遇新生界(4 171.0 m)、中侏羅統楊葉組(191.0 m)、下二疊統(386.0 m)、上石炭統卡拉烏依組、阿孜干組、塔哈奇組，總厚316.0 m(圖2)。其中，上石炭統和中侏羅統楊葉組為該區烴源巖主要發育層位。

圖2　民參1井、民參2井地層柱狀圖

2熱演化史分析

民參1井位于民豐凹陷西部，主要發育石炭系烴源巖，民參2井位于凹陷東部，是侏羅系烴源巖主要發育區。選取民參1井、民參2井分別代表民豐凹陷西部和東部地區，進行單井熱演化史模擬，探討民豐凹陷烴源巖成熟度演化。

2.1熱演化程度

大地熱流值、地溫梯度是影響烴源巖熱演化程度的重要參數，對油氣資源評價具有重要意義。如圖3所示，塔里木盆地熱史研究主要集中在塔中、塔北、塔西北地區，對塔東南和田-于田-民豐一帶的研究程度明顯不足[10-11]。塔中地區是盆地中高熱流密度區，大地熱流可達到72.3 mW/m2，向盆地周緣呈輻射狀減小。王良書等[10]根據盆內熱平衡理論分析認為，塔里木盆地邊緣凹陷新生代的快速沉降速率遠超過100 m/Ma這一界限，打破了盆內熱平衡系統，地溫梯度受到沉積作用的影響，致使邊緣凹陷區大地熱流值低，推測塔東南民豐凹陷地區大地熱流僅為35～40 mW/m2左右。賈承造等[12]認為塔里木盆地C-P期古地溫梯度為3.2 ℃/100 m，中新生代古地溫梯度為2.0 ℃/100 m，具有“冷盆”特征。

注：“?”表示該區地熱相關研究程度弱

民參1井北部的洛浦阿奇克剖面上石炭統烴源巖有機化學特征表明，石炭系塔哈奇組烴源巖有機質Ro約0.7%～1.0%[7]，已進入成熟階段。中侏羅統楊葉組烴源巖整體熱演化程度較低，有機質Ro為0.49%～0.71%[13]，熱演化基本處于未熟-低熟階段。民豐凹陷南部普魯剖面楊葉組Ro為0.62%，處于低熟-成熟階段。姜正龍等[14]推測凹陷內部民參2井楊葉組埋深較大，應處于成熟-高成熟階段。

2.2熱演化史模擬

本次模擬建立在埋藏史模型基礎上，以現今地溫、民參1井和民參2井有機質Ro測試結果為校驗與約束條件，利用BasinMod熱史模擬軟件賦值一定的古地溫信息，基于EASY%Ro模型[15-16]計算某一地層的理論Ro值。通過對比實測Ro值與理論Ro值的擬合程度，判斷模型是否合理。若擬合較好，則可以認為給定的古地溫信息可以反映地層實際經歷的溫度史；若擬合效果較差，則要不斷修改古地溫信息，重復以上步驟，直至兩者擬合較好，建立合理的熱史模型。由于盆地的類型、沉降史、構造運動等均會對地溫場演化有較大影響，在熱史模擬時不能盲目設定古地溫信息，而要對研究區的沉積-構造演化、前人對地溫場的研究成果等進行分析判斷。模擬結果表明(圖4)，研究區侏羅系烴源巖熱演化程度為低熟-成熟階段，石炭系已達到中-高成熟階段，現今達到最高地溫(約140～160 ℃)。擬合的C-P期古地溫梯度為3.5 ℃/100 m，中新生代古地溫梯度為2.7～3.2 ℃/100 m，高于盆地周緣其他地區。以民參1井為例，倘若以C-P期古地溫梯度3.2 ℃/100 m，中新生代2.0 ℃/100 m[12]進行熱史模擬，尚不足以使民參1井石炭系烴源巖熱演化達到有機質Ro為0.7%～1.0%的程度(圖4(b))。因此，以本次古地溫梯度擬合結果為參考，應會更適合民豐凹陷烴源巖評價。

2.3熱演化與油氣關系

古地溫是控制油氣生成和演化的主要因素，利用熱演化史模擬民豐凹陷古地溫演化，可以進一步探討熱演化與烴源巖成熟度的關系。民參1井區域侏羅系烴源巖在侏羅世達到最高古地溫60 ℃左右，尚未進入生烴階段便被剝蝕殆盡，對后期油氣成藏貢獻較小。石炭系烴源巖在中新世中期(約10 Ma)古地溫93 ℃，有機質Ro為0.5%，進入生烴門限，門限深度約2 520 m。隨著新生代快速的沉降埋深，地溫快速升高，致使該套烴源巖在中新世末期(約7.0 Ma)古地溫達116 ℃，有機質Ro達0.7%，熱演化程度為中等成熟階段，開始大量生烴(圖4(a))。民參2井區域中侏羅統楊葉組泥巖為主力烴源巖，該套烴源巖在古近紀晚期(約41.3 Ma)古地溫為86.0 ℃，進入生烴門限，門限深度約1 934.4 m；新近紀早期(約21.7 Ma)熱演化程度達到中等成熟，對應古地溫為114.5 ℃。民參2井上石炭統沉積的一套海相生物灰巖，在晚二疊世末期(約256.6 Ma)古地溫80 ℃，進入生烴門限，古近紀晚期(約38.1 Ma)古地溫114 ℃，進入中等成熟階段(圖5(a))。民豐凹陷烴源巖在古近紀晚期-新近紀早期(41.3～21.7 Ma)甚至中新世末期(7.0 Ma)才達到大量生烴條件，與新生代以來的快速沉降共同表明民豐凹陷具有晚期成藏的特征。

圖4　民參1井熱史模擬結果

圖5　民參2井熱史模擬結果

3討論

3.1民豐凹陷局部地熱情況

民參1井、民參2井的熱演化史模擬表明，Ro擬合的C-P期古地溫梯度為3.5 ℃/100 m，中新生代古地溫梯度為2.7～3.2 ℃/100 m，高于前人宏觀推測。造成這一現象的原因，可能與民豐凹陷普遍存在局部熱事件有關。民參1井處在車爾臣斷裂附近且其南部巴西康蘇拉克附近有第四紀火山活動[17]，構造運動產生的剪切熱以及火山活動產生的熱量滲透促進了該區域烴源巖的熱演化；民參2井臨近的普魯煤礦、巴西康蘇拉克剖面石炭系烴源巖有機質Ro演化程度均超過1.0%，甚至達到3.0%，受到異常熱作用。

3.2探井未見良好油氣顯示的可能原因

民參1井、民參2井均未見到較好的油氣顯示，導致對民豐凹陷勘探信心不足。分析原因可能包括以下幾個方面：①塔東南地區烴源巖熱演化程度整體較低；②民參1井臨近車爾臣斷裂，油氣沿優勢通道運移逸散；③有機質豐度、規模以及合適的熱演化程度共同控制了烴源巖生烴，民豐凹陷侏羅系烴源巖分布薄且局部缺失，熱演化程度較低，石炭系生物灰巖雖達到中-高成熟，但有機質豐度和生烴潛力相對較低；④民豐凹陷烴源巖在古近紀晚期甚至中新世末期才開始達到中等成熟階段，生烴聚烴時間較短，油氣尚未大量聚集。

4結論

1)民豐凹陷單井熱史模擬表明，受構造活動、火山活動等局部熱事件影響，民參1井、民參2井擬合結果顯示C-P期古地溫梯度為3.5 ℃/100 m，中新生代古地溫梯度為2.7～3.2 ℃/100 m，高于盆地周緣其他地區，現今石炭系最高地層溫度可達140～160 ℃。

2)民豐凹陷烴源巖在古近紀晚期-新近紀早期(41.3～21.7 Ma)甚至中新世末期(7.0 Ma)才滿足大量生烴條件，與新生代以來的快速沉降共同表明，民豐凹陷具有晚期成藏的特征。鉆井油氣顯示較差，可能與優質烴源巖規模小、生聚烴時間較短等因素有一定聯系。下一步應對民豐凹陷重點開展摸清高豐度、大規模優質烴源巖分布勘探工作。

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(責任編輯：高麗華)

Relations Between Geothermal History and Hydrocarbon in Minfeng Depression,Southeast Tarim Basin

TIAN Tao1,2,YANG Fu1,2,LIU Fei1,2

(1.Key Lab of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization,Ministry of Land and Resources,Xi’an,Shaanxi 710021,China；2.Shaanxi Coal Geology Group Co.Ltd,Xi’an,Shaanxi 710021,China)

Abstract:The low exploration degree of geothermal history of source rocks in Minfeng depression,located in the southeast of Tarim basin,restricted the assessment of petroleum resources and exploration in this area.Taking the only two exploration wells(Mincan Well 1 and Mincan Well 2)in Minfeng depression as examples to simulate the geothermal history,this paper discussed the maturity level and process of Carboniferous and Jurassic source rocks evolution and probed their relationship with hydrocarbon accumulation.The results of simulation show that:①Inf-luenced by partial thermal events such as tectonic and volcanic activities,the paleogeothermal gradients during the C-P and Meso-cenozoic period are 3.5 ℃/100 m and 2.7-3.2 ℃/100 m respectively in Minfeng depression,higher than that in the other areas of the basin margin.②The hydrocarbon generation conditions of source rocks in Minfeng depression,which appeared in Late Paleogeneto Early Neogene(41.3-21.7 Ma)and the end of Miocene(7.0 Ma),and the rapid subsidence during the Cenozoic show that Minfeng depression has the feature of late hydrocarbon accumulation and that the poor oil and gas shows are likely to have certain relations with the small scale and short hydrocarbon accumulating time of high quality source rocks.

Key words:southeast Tarim basin;minfeng depression;geothermal history;source rocks;hydrocarbon accumulation

收稿日期：2015-09-28

基金項目：國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室自主研究項目(ZZ2015-2)

作者簡介：田濤(1987—)，男，山東棗莊人，工程師，博士，主要從事沉積盆地、非常規油氣地質方面的研究工作. E-mail:tiantao870211@163.com

中圖分類號：P618.13

文獻標志碼：A

文章編號：1672-3767(2016)01-0012-07