试用数学地质法研究陕甘宁盆地上古生界煤系地层热演化

本文据煤层中所测的镜质体反射率(R_o)代表煤系热演化地温指数的论点、煤热模拟试验过程中热演化指标(R_o)随温度成函数递变的规律,研究煤系地层在不同地史过程中的R_o值与其影响因素的内在联系。 陕甘宁盆地上古生界煤系地层分布面积达二十三万平方公里。据现有资料,笔者整理了井下及地面123个煤样的R_o数据及二十一口井R_o值纵向变化资料,利用四口深井井温曲线及部分中、深试油井井温曲线作参照对比,结合区域构造及地质发展历史对上古生界煤系地层中R_o值及主要影响因素之间的关系、用数学地质的方法进行了赏试性的联系。从而应用于油气勘探。      

镜质体反射率剖面反演中的不确定性分析——以鄂西渝东茶园1井为例

由于镜质体反射率与地层温度史之间的高度非线性关系,镜质体反射率剖面反演中存在着不确定性;同时输入参数的误差会进一步导致反演结果的不确定性。反演的不确定性可以借助马尔科夫链—蒙特卡洛(MCMC)方法进行描述和分析。对于鄂西渝东茶园1井,反演结果不确定性表现为:(1)镜质体反射率剖面只能对地层经历最高古温度时的地温梯度及相应的剥蚀量进行有效的约束;(2)对于可接受的反演结果,剥蚀量和古热流之间存在负相关关系;(3)岩石骨架热导率、古地表温度和孔隙度—深度关系等输入参数的误差增加了反演结果的不确定性。反演结果表明,中新生代以来鄂西渝东热流下降约20%,从145 Ma时的(57±4.7)mW/m2到现今的45 mW/m2,相应的剥蚀量约为(3.4±0.4)km。      

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辽河盆地是渤海湾盆地的北部分支,其地温场具有独特的演化规律。文章以辽河盆地东部凹陷牛居—青龙台地区、滩海太阳岛、葵花岛和龙王庙地区为例,利用试油测温、流体包裹体均一化温度、磷灰石裂变径迹及镜质体反射率资料研究了工区的古、今地温场的变化特点。研究表明,工区现今平均地温梯度在3.1~3.3℃/100 m;牛居—青龙台地区沙一末期、东营末期和现今地温梯度分别为5.6℃/100 m、3.6~4.52℃/100 m和3.15~3.43℃/100 m。滩海地区东营末期最大可达6.7℃/100 m,现今地温梯度一般在3.18~3.40℃/100 m左右。这种早期高地温、后期低地温的演化,使得烃源岩生烃时间早、延续时间长,有利于油气藏的形成。镜质体反射率资料推算出的古地温表明牛居—青龙台地区的沙三段烃源岩已经达到成熟—高成熟阶段。     

塔里木盆地库车坳陷中生界烃源岩有机质成熟度

对库车坳陷主要探井和１３个露头剖面近１６０个中生界源岩样品镜质体反射率进行了实测分析,并利用地震测线人工井模拟计算镜质体反射率,初步明确了库车坳陷三叠—侏罗系源岩有机质成熟度的分布规律。依南２井三叠系—侏罗系源岩实测镜质体反射率为１０３％～１４３％,阳１井中、下侏罗统实测镜质体反射率为０９５％～１１０％各个露头剖面镜质体反射率存在很大差异,露头剖面成熟度区域上总体呈现西部高（Ｒｏ高达１８１％～１８３％）东部低（Ｒｏ在０５６％～０７９％）,中部介于东西部之间,北部低（Ｒｏ在０５７％～０６８％）南部高的特点。在逆冲带,由于近晚期逆冲断层将深部烃源层推到浅部或地表,即使埋深很浅,实测镜质体反射率仍较高     

EASY%Ro模型在我国西部中生代盆地热史研究中的应用

有机质的成熟度主要是由其经历的热历史所决定的,基于二者之间的对应关系,不仅可以通过热史对成熟度进行研究和模拟,而且科研生产中更经常,更需要做的一作是根据有机质的成熟度来反演其所经历的热史。     

石油保存下限的化学动力学研究

利用国内外业已报道的有机质成油和油裂解成气的化学动力学模型，计算了不同类型的有机质在地史条件下的净成油剖面（有机质成油－油成气耗油），由此评价了液态油保存的深度下限；结合镜质体成烃的化学动力学模型所计算的镜质体反射率与深度的关系，评价了不同地热梯度条件下液态油保存的理论上的成熟度（Ro值）下限。图2表1参22（卢双舫摘）     

南襄盆地泌阳凹陷烃源岩成熟度厘定及其意义

利用FAMM技术对取自南襄盆地泌阳凹陷15口钻井的19件核桃园组湖相烃源岩样品进行了成熟度厘定。结果显示,烃源岩的镜质体反射率(R_o)抑制程度显著,抑制校正值介于0.08%~0.39%,有机质类型越好,镜质体反射率抑制程度越高。19件烃源岩样品的成熟度均已处于生油窗内(等效镜质体反射率值介于0.58%~1.29%),而非镜质体反射率结果所反映的处于0.38%~1.05%。根据4个钻井不同深度段烃源岩的成熟度确定古地温梯度为36~45℃/km,成烃门限深度为1 800~1 400 m。核桃园组烃源岩成熟度的正确厘定,为合理评价泌阳凹陷石油资源潜力奠定了基础。      

查干凹陷现今地温场研究及其油气地质意义

查干凹陷是银-额盆地最具油气勘探潜力的凹陷,文中应用9口井的测温资料,计算了查干凹陷的地温梯度、大地热流,分析了查干凹陷地温梯度平面分布特征。研究结果表明:查干凹陷具有稳定区域的中等地温型地温场特征,其平均地温梯度为3.36°C/100 m,平均估算大地热流为54.04 mW/m2;凹陷地温梯度的分布呈现毛敦次凸最高,东部次凹次之,西部次凹最低的特征;其分布与基底埋深相关,还与查干凹陷区巨厚沉积盖层和凹陷四周凸起之间产生的"热折射"效应作用有关。另外,查干凹陷烃源岩的成熟度受古地温影响。研究成果为查干凹陷及银-额盆地其他凹陷的烃源岩生烃评价提供了地温资料。     

珠江口盆地南部热演化事件与高地温梯度的成岩响应及其对油气勘探的启示

32.0~16.0 Ma、特别是23.8 Ma以来的构造运动导致南海扩张、岩石圈拉伸减薄,地幔物质和深部热液流体异常活跃,热流背景明显增高,这不仅制约着珠江口盆地南部的沉积环境与沉积作用,同时也对深层砂岩储层的成岩演化过程有着深远的影响。基于显微薄片、镜质组反射率、黏土矿物X射线衍射、流体包裹体、扫描电镜和同位素地球化学等分析手段,结合地温梯度、区域构造背景、储层物性以及CO₂气藏成因等研究成果,揭示了珠江口盆地南部白云凹陷受热演化事件和高地温梯度背景影响的岩石学证据和地质记录,分析了热演化事件和高地温梯度的成岩响应及其对储层成岩演化过程的影响,对比了高、低地温梯度区古近系砂岩储层的成岩作用特征和成岩-孔隙演化过程的差异。高地温梯度区储层的成岩作用与成岩-孔隙演化具有一定的特殊性,深部热流体参与了储层的成岩演化过程,表现出异常热成岩演化,热压实作用总体较强,储层的孔渗性降低明显。高地温梯度区或异常热流区的烃源岩在埋藏较浅处即可达到排烃门限,储层在浅埋藏条件下即可达到较深的成岩作用阶段,易溶矿物更易发生溶蚀而形成次生孔隙发育带。因此,对于热流背景差异明显的地区,应根据热流背景、热演化事件和热异常的不同开展储层分析,以便更准确地预测有利的储集地带和油气聚集区,规避勘探风险。     

黄骅坳陷歧口凹陷热史和油气成藏史

利用镜质体反射率数据模拟计算了歧口凹陷24口井的热历史,模拟结果表明,沙河街时期的地温梯度高,每百米大约为5.0～5.6℃,东营时期每百米大约为4.5～5.0℃,馆陶时期每百米大约为3.5～4.5℃,现今的地温梯度每百米大约为3.1～3.2℃。利用包裹体均一温度和恢复样品的埋藏史、源岩的热演化史及生烃史,确定该区有两期油气充注期:第一期发生在东营末期;第二期为馆陶末期至现今。歧口凹陷的油气充注以第二期为主。利用PRA二维模拟软件对地质剖面进行油气运聚模拟,也得出歧口凹陷有两次油气聚集高峰,第一次为东营末期;第二次为馆陶末期至现今。     

济阳坳陷惠民凹陷热演化史分析

根据镜质体反射率数据和磷灰石裂变径迹数据对济阳坳陷惠民凹陷进行热演化模拟，分析了该区新生代的热演化状况。研究表明，惠民凹陷在地质演化过程中古地温是逐渐降低的，孔店组沉积末期到沙河街沉积末期地温梯度下降较快，孔店组沉积末期为4.4 ℃/100m左右，而到沙河街组沉积末期则降为3.7 ℃/100m左右，此后其地温梯度缓慢降低至现今的3.2 ℃/100m左右。同时，惠民凹陷内部构造的热演化亦存在一定差异，位于凹陷中部靠近临商断裂带的盘深3井的古地温梯度最高，其次为临82井；而位于凹陷东北部阳信洼陷的阳8井的古地温梯度最低。惠民凹陷的这种古地温演化特征是由该凹陷的构造运动演变决定的，并且和该凹陷新生代的断裂活动密切相关。     

镜质体反射率作为成熟度指标的探讨

本通过对源岩样品镜质体反射率的测定分析表明，未抽提源岩的Ｒ０值与已抽提源岩的Ｒ０值存在差异，并随成熟度增加这种差异逐渐增大；不同类型但经历了相同的演化程度之后的源岩Ｒ０值不同；相同样品不同气体反应压力下，其Ｒ０值不同。     

库车前陆盆地古近系岩盐对烃源岩生气高峰期的迟缓作用及其意义

岩盐热导率是砂泥岩的2~3倍,高热导率使盐下地层热量快速向上传递而降温、盐上地层热量快速增加而升温。库车前陆盆地三叠系—侏罗系烃源岩主要发育区被厚度超过1 500m的古近系—新近系膏盐岩覆盖,中间相隔白垩系砂、泥岩。地层温度实测数据统计表明,紧邻古近系膏盐岩的地层温度出现明显跳跃,膏盐岩及盐上构造层的地温梯度大于盐下构造层白垩系的地温梯度。膏盐岩不发育的地区具有单一的地温梯度。深部烃源岩热演化史数值模拟表明,随膏盐岩厚度增大,盐下深层侏罗系烃源岩地层温度和热演化程度均降低,1 500m膏盐岩可使侏罗系烃源岩地层温度和R_O值分别降低15℃、0.35%;受岩盐的影响,深部三叠系—侏罗系烃源岩生气高峰期延迟至库车中晚期—第四纪,生气中心位于克拉苏构造带,与晚期盐下大规模构造圈闭的有效期相匹配,有利于盐下大气田的形成。烃源岩热演化史模拟结果与现今发现的天然气成熟度分布也十分吻合。     

酒西坳陷青南次凹烃源岩的热演化及生烃史

应用可溶有机质演化、岩石热解、生物标志物参数和镜质体反射率等方法对酒西坳陷青南次凹下白垩统烃源岩热演化史的研究表明:次凹的生油门限深度为4000～4100m,中沟组绝大部分现处于未成熟阶段,中沟组底部和下沟组上部处于低成熟阶段,下沟组下部和赤金堡组上部处于生烃的成熟阶段,赤金堡组下部则处于湿气-凝析油阶段。应用EasyRo(%)数值模拟软件对青南次凹地热史的研究表明,白垩纪与第三纪的古地温梯度分别为30℃/km和29℃/km。烃源岩生烃史具有如下特点:(1)青南次凹下白垩统烃源岩不存在二次生烃作用,其主要生油阶段为晚第三纪-第四纪;(2)下沟组下部和赤金堡组上部的烃源岩经历了油气大量生成的成熟阶段,是油气生成的主力烃源岩;(3)下沟组上部和中沟组的烃源岩层,有机质的热演化程度较低,对生烃的贡献不大;(4)赤金堡组底部的岩层热演化程度较高,但由于是一套较粗的碎屑岩,有机质丰度较低,生烃能力比较有限。     

济阳坳陷沾化凹陷东部热史模拟研究

根据区内钻井测温和镜质体反射率(Ro)资料,采用岩石圈和盆地尺度相结合的分段线性热演化模型,对该区的热史进行了恢复。结果表明:(1)该区自古新世以来,热流的演化形态近似于“马鞍型”,中间有二次回升,但回升的幅度逐渐变小;古新世早期的大地热流值为83.6mW/m2,相当于现代活动裂谷的热流值,今大地热流值为63mw/m2,接近全球大地热流的平均值。(2)该区主力烃源岩经历了持续的受热过程,现今仍处于“生油窗口”内,在深度上具有较大的油气赋存空间,热演化背景十分理想。上述模拟结果可以用渤海湾盆地的裂谷演化模式进行较好的解释,并对胜利油田沾化凹陷的油气勘探工作具有一定的指导作用。      

鄂尔多斯盆地的地热场特征与有机质成熟史

根据现个地温梯度及镜质体反射率测定结果,反演了鄂尔多斯盆地现今大地热流分布,在综合研究盆地古、今地热场特征的基础上,对地热场的影响因素进行了统计分析,并指出了主要影响因素的特点.结合构造—沉积演化史,探讨了盆地不同阶段、不同地区的有机质成熟史.      

超压地层中镜质组反射率的计算

已有的研究表明,超压可以抑制镜质组的热演化、增加反应活化能。在EASY%R0模型的基础上,通过超压调节化学动力学反应活化能,建立了超压条件下镜质组热演化的化学动力学模型Pa％R0,并根据黄骅坳陷歧北洼陷受超压抑制和未受超压抑制的R0实测资料,确定了有关模拟参数。歧北洼陷港深48井明显超压(压力系数1．2～1．6),用Pa％R0模型所预测的有机质成熟度和生烃时间与用EASY%R0模型预测的明显不同,超压对R0的抑制可达0．1％～0．3％,可使烃源岩进入生油门限的时间推迟1～4．4Ma。图2参34     

中扬子地区当阳复向斜中生代以来的构造抬升和热史重建

综合运用锆石及磷灰石裂变径迹、镜质体反射率资料以及盆地模拟技术对中扬子地区当阳复向斜中生代以来的构造抬升和古地温演化进行了研究和重建。砂岩样品的锆石和磷灰石裂变径迹表观年龄分别为107～126 Ma和9.8～54 Ma,分别反映早白垩世燕山期、始新世至中新世喜马拉雅期的两次重要构造抬升及剥蚀冷却事件。侏罗系与白垩系、古近系与新近系之间的不整合面上、下镜质体反射率错开现象以及现今地表镜质体反射率异常偏高,也证实了两次抬升剥蚀冷却事件的存在。研究表明,区内当深3井和建阳1井的上三叠统-下侏罗统在早白垩世早期（约137 Ma）达到最大古地温190～210℃,造成锆石裂变径迹退火,至早白垩世末 晚白垩世初（约97 Ma）剥蚀冷却至近地表20～40℃;晚白垩世至古近纪沉积使该套地层又一次埋深增温至140～165℃,造成磷灰石裂变径迹完全退火;喜马拉雅期再次构造抬升及剥蚀冷却至现今70～90℃。研究区古近系经历的最高古地温为100～120℃和现今40～50℃。研究区中生代古热流相对稳定,热流值相对较低为53.5 mW/m²;晚白垩世古热流逐渐增大,古近纪达到最高59 mW/m²;其古地温梯度分别为中生代36.3～43.0 ℃/km和新生代30.2～37.8℃/km,现今降低至28.9℃/km。早白垩世和始新世至中新世的最大剥蚀厚度分别约为4800 m和2400 m,由此可认为,当阳复向斜应该存在较大厚度的侏罗系,最大厚度可能达5000 m。     

THE CAUSE AND MECHANISM OF VITRINITE REFLECTANCE ANOMALIES

The unexpected phenomena that measured vitrinite reflectance (Ro) values are lower (suppression) or higher (enhancement) than expected values at a given regional rank are defined as vitrinite reflectance anomalies. Such phenomena have been found in many basins in China, both in coal seams and in oil source rocks, and representative examples are presented in this paper. The cause and mechanism of vitrinite reflectance anomalies have been investigated by comparing the hydrogen contents and chemical structure of vitrinite macerals from immature Type I, Type II and Type III kerogens, and by studying the effects of early diagenetic oxidation on the thermostability of humic organic matter (OM). The results demonstrate: (1) depending on the anoxic or oxic nature of the depositional conditions, that lignocellulosic tissues can form a series of vitrinite macerals with different initial hydrogen contents and slightly different initial reflectivities; (2) that vitrinite macerals with different initial hydrogen contents have different reaction kinetics, with hydrogen-poor, oxygen-rich vitrinite maturing at an enhanced rate compared to vitrinite with a higher hydrogen content and a lower oxygen content; (3) that variations in the hydrogen content and the thermostability of vitrinite macerals are the main causes of Ro suppression and enhancement.     

THERMAL MATURITY AND HYDROCARBON GENERATION IN ROCKS FROM THE SEDIMENTARY BASINS OF MADAGASCAR

Oil exploration in Madagascar has been concentrated on the Morondava Basin in the SW of the island, which is well-known for its large deposits of tar sand and heavy oil at Bemolanga and Tsimiroro. Petroleum shows have frequently been encountered in exploration wells, but source-rock identification has remained inconclusive. Thus, the present study of a wildcat was originally related mostly to geochemical prospect appraisal. Due to the inform oraganic matter type and wide range of thermal evolution stages sampled, the case history has more general implications, however, as regards relationships between thermal maturation and hydrocarbon generation. Evaluation of eleven rock samples taken at depths of between 1,100 and 2,500m by Rock-Eval, solvent extraction and vitrinite reflectance (Rr) methods revealed only poor source rocks for oil with marginal through to post-mature Type III kerogens (Rr between 0.5% and 1.4%) Discrepancies in yield profiles of total C15+ -hydorcarbons peaking at higher R_r in the Morondava and Dauala Basin (Cameroon) wells than in a Deep Basin (West Canada) well are tentatively attributed to their different geothermal histories. However, yield trends of specific saturated and aromatic hydrocarbon families, as determined by capillary gas chromatography, did not testify to the suspected effect of geothermal rate variations on generation curves, which hence remain unproven. Based on systematic changes with depth in the distribution of methylated di- and tri-aromatics, the interpretration of maturation levels with respect to hydrocarbon generation was refined. When converted to vitrinite reflectance equivlents (Rc), molecular parameters such as the Trimithylnaphthalene Ration (TNR 1) and the Methylphenanthrene Index (MPI I) were able to disclose gradual marurity changes. In contrast to the large Morondava Basin, the smaller Majunga Basin in NW Madagascare has been the site of little explortion activity until recently. Based on organic-geochemical analysis of seven rock samples from two exploration wells by the above-mentioned methods, it was found that good source rocks for oil are absent. Some of the samples may have a considerable gas generation potential, which at best has been partially reasised. Certainly, maturities inadequate for substantial gas generation are indicated by aromatic parameters.