東營凹陷孔二段烴源巖生烴模擬研究

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區。隨著中淺層勘探程度的不斷增加，發現大規模的油氣越來越難。拓展勘探空間、提高勘探發現成為油田勘探工作的重要攻關內容，向深層進軍也成為大勢所趨，因此對烴源巖的認識尤其重要。孔店組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碳含量相對較低，烴源巖品質以中等到差為主[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育，有理由相信在有利的沉積部位會發育有品質優良的烴源巖，鄰區黃驊坳陷、冀中坳陷和昌濰坳陷等地孔店組烴源巖的發育也表明在東營凹陷具有發育孔店組烴源巖的可能。烴源巖生排烴過程的研究是認識這套烴源巖的重要內容，也是進行油氣成藏過程分析的基礎，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則可以有效的實現這一目的。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原理，盆地模擬可以定量恢復盆地埋藏史、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，合理的設置模擬參數，開展單井模擬，實現了孔二段烴源巖生烴史特征的研究。

1 區域地質概況

東營凹陷是濟陽坳陷內最大的一個次級負向構造單元，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)。古近系發育了孔店組、沙河街組和東營組三套地層，主要的烴源巖發育在沙四段和沙三段，孔二段被認為是一套潛在發育的烴源巖[3]。孔店組沉積時期屬于盆地斷陷作用的初始期，構造活動強烈，孔店組自下而上分為孔三、孔二、孔一三個段，其中孔二段主要發育了灰色、深灰色泥巖夾砂巖、含礫砂巖、油頁巖、碳質泥巖。凹陷在古近系發育了湖泊-三角洲為主的沉積體系，孔店組和東營組沉積之后，發生了構造抬升和剝蝕[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現。一般認為研究區沙河街組烴源巖經歷了2期生排烴，對應了2期油氣運聚成藏，分別為東營期和明化鎮至現今。

2 盆地模擬參數

盆地模擬是建立地質模型，合理設置相關地質參數，利用軟件算法獲得模擬結果，最終獲得相關地質認識的過程。軟件模擬的基本流程是建立合理地層格架、有效的設置模擬的邊界條件和烴源巖參數，通過軟件算法完成模擬。相關參數的設置是完成模擬的基礎，也是決定模擬結果可靠程度的關鍵因素。

2.1 地層基礎參數

地層格架的合理設置是盆地模擬結果準確性的關鍵因素，一方面依賴于現今地層的準確劃分和巖性設置，另一方面要求剝蝕厚度和時間的準確厘定。本次模擬選擇2口典型井位于凹陷的不同位置，結合錄井資料、測井資料和分層數據，確定各層的厚度、不同巖性的百分比，采用軟件內置的混合巖性計算方法，實現不同層位巖性的設置。在此基礎上，可以實現對應的巖石物理參數、熱力學參數等的定義。研究區在孔店組沉積期后和東營組沉積期后經歷了2次構造抬升和剝蝕事件，并在空間上產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期構造剝蝕作用的影響，而SHK1井僅受到1期構造剝蝕作用的影響。根據具體井位，讀取了對應井段的剝蝕厚度，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)，其模擬結果也可以有效的反應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。前人在東營凹陷進行了大量的盆地基礎特征研究，在研究區的相鄰地區也有盆地模擬工作開展過。結合前人的研究成果[5-6]，確定了本次模擬各關鍵地史節點的相關參數值(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 烴源巖基礎參數

孔二段在東營凹陷厚度較大，最高可達 800 m 以上，暗色泥巖厚度一般在100～400 m。由于埋深差異大，鏡質體反射率最低在0.5%左右，最高可達4.0%以上。孔二段沉積時期具有“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，也影響了其有機碳含量(TOC)的有效判斷。考慮到孔二段沉積背景以及鄰區烴源巖發育的特征，認為該段在研究區合適的區帶可以發育好烴源巖。根據實測的TOC，結合TOC的恢復系數，將烴源巖原始TOC定為2%～3%，氫指數(HI)定義為 500 mg(HC/TOC)。結合烴源巖發育地質背景，烴源巖有機質生烴模型選擇軟件內置的Tissot_in_Waples(1992)_TII_Crack模型。

3 模擬結果分析

在建立了地質格架、確定了模擬的邊界條件和烴源巖基本參數的基礎上，通過PetroMod軟件對2口鉆至孔二段的典型井進行了盆地模擬，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，表明了模擬結果具有較高的準確性。由于2口井在凹陷中所處的位置不同，經歷的構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 左右就進入生烴門限(Ro達到0.55%)，到52Ma時，其底界Ro已經達到1.0%，50 Ma 時底界Ro在1.2%以上，48 Ma 時底界Ro達到2.0%以上。整體來看，該井孔二段烴源巖在很早就進入生烴門限，并在很短時間內達到高演化程度。W46井熱演化呈現出不同的過程，孔二段底界在 45 Ma 進入生烴門限，41 Ma 時Ro達到0.7%，開始進入大量生烴階段，直到 35 Ma 左右Ro才達到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行分析，可以進一步了解孔二段烴源巖生烴史。從Ro演化史已經得知，2口井經歷了不同的埋深和熱演化過程，進而也導致它們的生烴過程存在明顯的差異。從模擬結果來看，2口井孔二段均在很早的時候就達到了生烴高峰，SHK1從埋藏開始，在很短時間內就開始生烴，生烴速率在短期內迅速增大，并且在 50 Ma 左右達到生烴高峰；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 左右達到生烴高峰(圖3)。

圖2 東營凹陷SHK1井(上)和W46井(下)Ro模擬結果圖

圖3 東營凹陷SHK1井和W46井孔二段生烴速率模擬結果

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排烴時間，且略早于成藏時間，因而可以認為 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，對巖性的設置也難以達到實際的狀態。加之，邊界條件的求取過程中在所難免的會有誤差，最終的模擬結果可能與實際地質演化過程存在偏差。但無論如何，本研究都通過合理的地質模型建立和模擬分析，實現了孔二段烴源巖生烴特征的分析，對于進一步認識該套烴源巖生烴演化過程、指導油氣勘探具有積極意義。

4 結論

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 進入生烴門限，湖盆邊緣的W46井在 45 Ma 左右進入生烴門限，可以認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 左右達到生烴高峰，W46井在 38 Ma 左右達到生烴高峰。整體來看，孔店組烴源巖具有達到生烴高峰時間早、持續時間久的特征，對于研究區早期成藏，尤其是深部地層的早期成藏具有積極意義。