四川盆地北部上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖生烴史研究

四川盆地北部上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖生烴史研究

四川盆地北部元水庫-通南巴構造帶的三疊紀徐家河氣藏儲層為徐二、徐四分湖-三角洲相砂巖。性質特征類似于四川西部和四川中部的徐家河氣藏。間隙度一般小于10%，滲透率小于0.1d，是致密砂巖的儲層。近年來,致密砂巖氣藏成藏機理及主控因素研究取得了重要進展,但依然存在一些亟待研究解決的問題,其中最為關鍵的就是天然氣的充注期與儲層致密期的關系。對于此問題的解決,詳細的烴源巖生排烴史、儲層成巖史研究是關鍵。筆者主要基于近年來煤系烴源巖生排烴特征研究的最新進展和盆地模擬技術,對四川盆地北部須家河組烴源巖生烴史開展詳細研究,以期為準確認識天然氣成藏過程,查明天然氣分布主控因素奠定基礎。1煤系富里安酸巖的主體成分四川盆地北部上三疊統(tǒng)須家河組氣藏烴源巖為須一、須三、須五段湖泊—三角洲相含煤泥巖、碳質泥巖、泥質粉砂巖以及薄煤層(圖1)。這套烴源巖在四川盆地須家河組廣泛分布,主要沉積在湖沼型滯水泥炭沼澤和草沼—低位泥炭沼澤環(huán)境中,烴源巖有機顯微組分主要為鏡質體和半鏡質體,干酪根主要為腐殖型。前人研究成果表明,煤系烴源巖在Ro大于0.6%時開始生烴,生氣高峰位于Ro介于0.8%~0.9%區(qū)間。劉徳漢、鐘寧寧等認為,煤系有機質在“生油窗”階段會耗去其總生烴潛力的大部分,剩余的生烴潛力遠不如前面的階段。Higgs通過實驗也證明,包括煤在內的陸源有機質在“生油窗”開始大量生成天然氣,而Ro值達1.0%的陸源有機質生氣量最大,達到生氣高峰。趙長毅、程克明對我國煤系地層不同顯微組分生烴史研究表明,鏡質體主生氣期在Ro介于0.7%~1.0%,木栓質體主生氣期在Ro介于0.7%~1.3%。綜合前人研究成果,結合該區(qū)烴源巖地球化學特征,筆者取Ro=0.6%為須家河組烴源巖成熟生氣開始期,Ro=0.7%時開始大量生氣,Ro=1.0%時達到生氣高峰期。2建立盆地模擬地質模型和參數(shù)選擇2.1地表不整合面剝蝕厚度恢復筆者模擬層系為上三疊統(tǒng)須家河組—第四系,地層厚度及頂?shù)茁裆钪饕獏⒖笺@井資料獲得。年代地層格架主要根據(jù)中國年代地層表并結合近年來四川盆地年代地層研究成果綜合確定。地層巖性為將單井綜合錄井資料巖性統(tǒng)計結果輸入IES軟件之后,由IES軟件巖性混合器模塊自動生成混合巖性,并構建相應的壓實模型以滿足模擬需要。剝蝕厚度恢復及剝蝕時間的確定是盆地模擬工作中非常重要的一部分。元壩—通南巴地區(qū)陸相地層可能存在的不整合面有:上三疊統(tǒng)須家河組須三段/須四段不整合面、須五段/下侏羅統(tǒng)自流井組不整合面、下侏羅統(tǒng)/中侏羅統(tǒng)不整合面、侏羅系/白堊系不整合面、地表(白堊系頂部)不整合面。對沉積埋藏史恢復而言,影響最主要的是剝蝕厚度較大的地表不整合面和須五段/下侏羅統(tǒng)自流井組不整合面,其余不整合面為次級不整合面,剝蝕厚度較小。地表不整合面剝蝕厚度采用鉆井實測鏡質體反射率進行恢復。通過對區(qū)內模擬井實測鏡質體反射剖面的分析(圖2),同時考慮原始沉積環(huán)境差異,通南巴地區(qū)處于前陸坳陷區(qū),元壩地區(qū)為穩(wěn)定區(qū),其沉積地層厚度分別減少,結果表明地表剝蝕厚度元壩地區(qū)在1500m左右,通南巴地區(qū)在2500m左右。須家河組頂部剝蝕厚度較小,無法利用聲波時差法和鏡質體反射率法恢復,筆者主要采用地層對比法恢復,元壩、通南巴地區(qū)剝蝕厚度基本一致,介于100~150m,視具體情況不同井略有差異。2.2kerogen油氣雙組分模型熱史、生烴史模擬分別采用IES給定的穩(wěn)態(tài)常數(shù)熱流模型和Kerogen油氣雙組分模型;成熟史模擬采用Sweeney等建立的Easy%Ro化學動力學一級反應模型,并用鉆井實測鏡質體反射率數(shù)據(jù)進行標定。2.3模擬參數(shù)的選擇2.3.1古代水深參數(shù)四川盆地北部元壩—通南巴地區(qū)不同時期古水深參數(shù)主要根據(jù)不同時期沉積相結合現(xiàn)代沉積水深特征建立古水深與沉積相對應標準而求取。2.3.2溫度—沉積水界面溫度參數(shù)元壩—通南巴地區(qū)古地溫值由IES提供的全球統(tǒng)一的沉積水界面溫度—時間模塊結合現(xiàn)今地理位置預測獲取。古沉積水界面平均溫度(距今213Ma,須家河組沉積期初)應高于現(xiàn)今,取20℃,現(xiàn)今取16℃。2.3.3晚三疊世須家河組熱流值元壩—通南巴地區(qū)古熱流值的選取主要參考前人研究成果,晚三疊世須家河組沉積期初(距今213Ma)熱流值取60~65mW/m2,之后逐漸降低,現(xiàn)今熱流值取35~40mW/m2。3模擬生烴史與氣藏天然氣充注歷史對比對區(qū)內17口鉆井的模擬結果顯示,元壩地區(qū)須家河組烴源巖經(jīng)歷了5個構造演化階段:原始沉積、抬升剝蝕、沉降—快速沉降、抬升剝蝕、沉降和大幅抬升剝蝕;通南巴地區(qū)須家河組烴源巖則主要經(jīng)歷了3個構造演化階段:原始沉積、抬升剝蝕、沉降—快速沉降、大幅抬升剝蝕。生氣階段發(fā)生在快速沉降階段,總體表現(xiàn)為快速生氣的特點,生氣時間元壩地區(qū)早于通南巴地區(qū)(圖3、4)。元壩地區(qū)須家河組烴源巖在中侏羅世中期(距今170Ma左右)Ro達到0.6%,開始生氣,中侏羅世晚期(距今160Ma左右)Ro達到0.7%,開始大量生氣,晚侏羅世(距今150Ma左右)Ro達到1.0%,達到生氣高峰,此后隨著埋深進一步增大,早白堊世末期達到最大埋深,Ro介于2.0%~2.2%,烴源巖進入高—過成熟階段。晚白堊世(距今約110Ma)盆地北部整體大幅度抬升,地溫降低,烴源巖逐漸停止生烴(圖3)。通南巴地區(qū)須家河組烴源巖在中侏羅世晚期(距今165Ma左右)Ro達到0.6%,開始生氣,晚侏羅世(距今155Ma左右)Ro達到0.7%,開始大量生氣,早白堊世(距今140Ma左右)Ro達到1.0%,進入生氣高峰,早白堊世末期達到最大埋深,Ro介于1.8%~2.0%,烴源巖進入高—過成熟階段。晚白堊世(距今約110Ma),四川盆地北部整體大幅度抬升,烴源巖逐漸停止生烴(圖4)。模擬生烴史與氣藏天然氣充注歷史具有很好的一致性。利用儲層流體包裹體資料確定的須家河組氣藏天然氣充注歷史表明,天然氣在中侏羅世中期開始充注,主充注期在晚侏羅世—早白堊世(圖5),說明模擬結果具有較高可靠性。4中、晚侏羅世中期烴源巖及構造環(huán)境1)四川盆地北部須家河組烴源巖生氣階段發(fā)生在快速沉降階段,總體表現(xiàn)為快速生氣的特點,生氣時間元壩地區(qū)略早于通南巴地區(qū)。2)中侏羅世中期烴源巖Ro達0