田 刚，宋立军

(西安石油大学 地球科学与工程学院，西安 710065)



鄂尔多斯盆地中元古界烃源岩热演化史模拟

田 刚，宋立军

(西安石油大学 地球科学与工程学院，西安 710065)

鄂尔多斯盆地中元古界是中国石油长庆油田天然气增储上产的潜在层系，然而长期以来对其内烃源岩热演化史一直缺乏深入研究。以PetroMod盆地模拟软件为工具，在对区内各构造单元岩性、剥蚀厚度、古大地热流值等模拟参数分析的基础上，以实测镜质体反射率(Ro)作为约束，对区内各构造单元中元古界进行热史模拟，分析不同构造单元烃源岩热演化的差异性，并结合含油气系统分析，对有利的勘探区进行了预测。结果表明:(1)盆地中元古代拗拉槽及周缘中元古界烃源岩进入生烃门限时间明显较早；除西缘冲断带中北部之外，其他拗拉槽及周缘处烃源岩各阶段成熟时间也早于其他地区，现今处于生干气阶段；除伊盟隆起地区长城系烃源岩成熟期次都较晚、现今仍处于生湿气阶段外，其他地区基本上于晚二叠世晚期进入生烃门限，现今处于生干气阶段；蓟县系烃源岩于晚二叠世晚期—中三叠世早期先后进入生烃门限，随后受盆地沉积中心不断向西迁移和天环向斜北部、渭北隆起西部早白垩世岩浆岩的侵入影响，烃源岩成熟加快，早白垩世先后进入生干气阶段。(2)渭北隆起中部、天环向斜南部、伊陕斜坡西北部、伊盟隆起中部为有利勘探区，是下一步开展研究的重点区域。

热史模拟；镜质体反射率；生烃门限； 有利勘探区；中元古界；鄂尔多斯盆地

近年来，随着在鄂尔多斯周缘甘肃平凉、华亭和崇信等地露头处蓟县系古油藏沥青[1]、苏峪口长城系(有机碳含量达3.00%)[2]和甘陕裂陷槽(桃59井有机碳含量为0.21%～5.50%)[3]优质烃源岩，以及伊盟隆起杭锦旗地区锦13井和锦3井中元古界天然气的发现[4]，表明鄂尔多斯盆地中新元古界具有油气形成的条件，也表明该地区中元古界可能成为未来天然气勘探的新领域。但时至今日，鄂尔多斯盆地中元古界烃源岩热演化程度、过程及其与油气的关系尚不明确，严重制约了油气资源评价和勘探。本次研究选用PetroMod盆地模拟软件，在恢复盆地埋藏史的基础上，采用EASY%Ro模型[5-6]，分析不同构造单元中元古界烃源岩成熟度演化的历史，预测有利勘探区，以期为该地区油气勘探及分析油气成藏条件提供参考。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北板块西部，为一典型的克拉通边缘叠合盆地；可划分为伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环向斜、西缘冲断带等6个一级构造单元(图1)；经历了吕梁、晋宁、加里东、海西、印支、燕山及喜马拉雅等多期构造运动旋回演化[7-8]。

图1 鄂尔多斯盆地中元古界分布Fig.1 Distribution of the Mesoproterozoic in the Ordos Basin

中元古代早期，鄂尔多斯盆地结晶基底破裂，在盆地北缘地区形成兴蒙大洋裂谷，南缘形成秦祁大洋裂谷，西南部相继形成晋陕、晋豫陕拗拉槽，其内沉积了巨厚的长城系滨海相碎屑岩。蓟县纪，盆内裂谷先后进入拗陷阶段，区域沉积了蓟县系浅海陆棚相碳酸盐岩[9]。青白口纪，鄂尔多斯盆地整体抬升，整体处于隆起剥蚀状态，区域缺失青白口系。震旦纪，受泛大陆解体的影响，盆地西南部裂陷，发育了以冰川碎屑为主的震旦系。鄂尔多斯盆地中元古代整体为一向西南倾斜的大型台缘斜坡；之后盆地先后经历了早古生代差异升降、晚古生代碰撞边缘、中生代内陆拗陷和新生代周缘断陷等演化阶段，依次沉积了下古生界浅海相碳酸盐岩、上古生界滨海平原相碎屑岩、中生界内陆湖泊相碎屑岩、新生界风成黄土相碎屑岩，形成了现今盆地东西高、西陡东缓和北高南低的地貌。

中新元古界分布在鄂尔多斯西部和南部，东北部缺失，整体具有自西南向东北逐渐减薄的趋势[10]；受早期陆内裂谷影响，不同沉积区厚度变化明显，沿北东方向呈明显的隆坳相间分布格局。中元古界作为鄂尔多斯盆地第一套沉积盖层，上覆于吕梁期结晶基底之上，主体部位被寒武系碎屑岩覆盖，部分地区与上古生界煤系地层直接接触。

2 热演化史模拟方法

沉积盆地热演化史重建一般有3种方法：地球化学法、地球热力学法和综合法，其中综合法相对合理[11]。根据不同演化阶段的地质背景，结合热演化史模拟，对旬探1井、天深1井热流值进行了计算，并以现今实测Ro作为标定值(图2)得出：中新元古代大地热流值为59～63 mW/m2，早古生代为58～62 mW/m2，晚古生代石炭—二叠纪为60～64 mW/m2，中生代三叠纪为65～68 mW/m2，侏罗纪—早白垩世晚期为75～92 mW/m2，现今为62.67 mW/m2；获得的热流值演化趋势与地温梯度演化趋势一致[12-16]，即早古生代地温梯度为24～26 ℃/km，晚古生代为22～24 ℃/km，早白垩世晚期为38～43 ℃/km，现今为29 ℃/km。

3 模型参数分析

3.1 岩性特征

地层岩性组成及其参数的正确选取，是合理进行地层压实校正和客观恢复沉降埋藏史的关键。

图2 鄂尔多斯盆地镜质体反射率与模拟结果对比Fig.2 Comparison between modeled and tested Ro values in the Ordos Basin

研究中利用典型井测井曲线和分层厚度资料，计算了各地层的岩性及其含量百分比。混合岩性则通过PetroMod软件岩性混合器将多种标准岩性按不同的比例混合得到，而混合岩性的压实系数、初始孔隙度、热导率等数据则依据系统默认。

3.2 剥蚀厚度

鄂尔多斯盆地在地质历史时期经历了多期构造运动，其中三叠纪末期、中侏罗世、侏罗纪末期和早白垩世末期发生了4次抬升剥蚀事件，前三期的抬升剥蚀量微弱，以白垩纪时期剥蚀较为强烈。参考前人[17-21]关于鄂尔多斯盆地中生代地层剥蚀厚度估算成果，确定热参数，以实测镜质体反射率(Ro)作为约束，反演计算、综合确定各井剥蚀量(表1)。

3.3 边界条件参数分析

合理预测古水深可以提高地层埋藏史和地温场的模拟精度[22]。鄂尔多斯盆地各时期的古水深主要依据该时期的沉积相和现代沉积水深综合预测，建立古水深与沉积相的对应标准(表2)。

表1 鄂尔多斯盆地钻井剥蚀量

表2 鄂尔多斯盆地各时期古水深

利用PetroMod软件中以时间和纬度为坐标的全球平均地表温度模板(SWIT)，结合鄂尔多斯盆地古今区域地理位置(东亚地区北纬35°～44°)，综合预测了鄂尔多斯盆地古地表温度，中元古代长城纪为23.48 ℃、蓟县纪为21.48 ℃，震旦纪为23.48 ℃，寒武—奥陶纪为21.48 ℃，石炭纪为20.99 ℃，二叠纪为17.09 ℃，三叠纪为20.27 ℃，侏罗纪为18.82 ℃，白垩纪为24.30 ℃，第四纪为14.05 ℃。

3.4 烃源岩成熟度模型选取和评价标准

由于EASY%Ro模型对中、高演化程度地层的模拟较为客观与精确[23-24]，因此本次采用众多平行的化学动力学一级反应模型——EASY%Ro模型对有机质成熟度史进行了模拟。本次模拟采用的有机质成熟度划分标准是：Ro小于0.5%为未成熟阶段，0.5%～0.7%为低成熟阶段，0.7%～1.0%为成熟阶段，1.0%～1.3%为晚成熟阶段，1.3%～2.0%为生湿气阶段，2.0%～4.0%为生干气阶段，4.0%～5.0%为过成熟阶段。

4 模拟结果分析

通过确认上述参数的可行性，以PetroMod软件为工具，分别对天环向斜南部镇探1井、天环向斜北部天深1井、伊陕斜坡中部城川1井、伊陕斜坡西南部庆深1井、伊陕斜坡东部宜探1井、渭北隆起中部旬探1井、渭北隆起西部灵1井、西缘冲断带中北部任3井、伊盟隆起中部鄂2井等9口单井(图1)进行中元古界烃源岩热史模拟。以天环向斜为例：

(1)镇探1井代表天环向斜南部，该井模拟结果(图3)表明：该井蓟县系烃源岩在中三叠世早期Ro值达到0.5%，进入生烃门限；晚三叠世中期达到0.7%，进入成熟阶段；早侏罗世中期达到1.0%，进入晚成熟阶段；晚侏罗世晚期达到1.3%，进入生湿气阶段；早白垩世晚期达到2.0%，进入生干气阶段。

图3 鄂尔多斯盆地天环向斜镇探1井中元古界烃源岩有机质成熟度史Fig.3 Maturity history of source rocks in the Mesoproterozoic in ZT1 well, Tianhuan syncline, Ordos Basin

图4 鄂尔多斯盆地天环向斜天深1井中元古界烃源岩有机质成熟度史Fig.4 Maturity history of source rocks in the Mesoproterozoic in TS1 well, Tianhuan syncline, Ordos Basin

(2)天深1井代表天环向斜北部，该井模拟结果(图4)表明：该井蓟县系烃源岩在早三叠世中期Ro值达到0.5%，进入生烃门限；晚三叠世晚期达到0.7%，进入成熟阶段；早白垩世早期达到1.0%，进入晚成熟阶段；早白垩世中期达到1.3%，进入生湿气阶段；随后过了3～4 Ma，达到2.0%，进入生干气阶段。长城系烃源岩于晚二叠世晚期Ro值达到0.5%，进入生烃门限；晚三叠世早期进入主生烃窗；晚侏罗世中期进入晚成熟阶段；早白垩世早期进入生湿气阶段；随后过了3～4 Ma，进入生干气阶段；现今Ro值为2.6%，仍处于生干气阶段。

晚白垩世，鄂尔多斯盆地地层整体抬升，遭受剥蚀，蓟县系烃源岩成熟度变化不大，现今北部Ro值最大为2.4%，现今南部Ro值最大为2.7%，都处于生干气演化阶段。

5 讨论

对上述9口单井烃源岩成熟度演化史模拟结果统计分析(表3，4)发现，各构造单元蓟县系和长城系烃源岩进入各阶段门限的时间存在差异。

表3 鄂尔多斯盆地各构造单元蓟县系烃源岩成熟度史对比

表4 鄂尔多斯盆地各构造单元长城系烃源岩成熟度史对比

(1)西缘冲断带中北部和渭北隆起中部蓟县系烃源岩进入生烃门限较早，分别于中奥陶世中期和早奥陶世中期开始生油。由于这2个地区分别位于甘陕裂陷槽和晋陕裂陷槽周缘，寒武系沉积较厚，致使两区在早奥陶世先后进入生烃门限。其他地区由于寒武纪和早中奥陶世埋藏浅，未进入生烃门限。晚奥陶世，由于盆地碰撞抬升，遭受剥蚀，缺失志留系—下石炭统，以致它们进入生烃门限的时间明显晚于这2个地区。现今除西缘冲断带中北部受晚三叠世—早白垩世逆冲隆升的影响而处于生湿气阶段外，其他地区蓟县系烃源岩都处于生干气阶段。

(2)渭北隆起西部蓟县系烃源岩于晚二叠世晚期进入生烃门限，其次是天环向斜北部于早三叠世中期进入生烃门限。由于伊陕斜坡西南部和天环向斜南部位于庆阳古隆起之上，2个地区进入生烃门限时间明显晚于前面提到的两者。

(3)西缘断褶带的中北部和渭北隆起中部蓟县系烃源岩都于晚二叠世晚期进入成熟阶段。受盆地沉积中心不断向西迁移影响，渭北隆起西部、天环向斜北部、伊陕斜坡西南部、天环向斜南部先后进入生烃阶段，而伊陕斜坡西南部、渭北隆起西部、天环向斜南部、天环向斜北部依次进入生油成熟门限。

(4)晚三叠世盆地西、南缘强烈逆冲隆升，以致西缘冲断带中北部蓟县系烃源岩抬升剥蚀，现今仍处于生湿气阶段。对比天环向斜南部和北部以及渭北隆起西部蓟县系烃源岩进入成熟阶段之后的演化时间，天环向斜北部和渭北隆起西部烃源岩早于天环向斜南部进入生干气阶段，这与岩浆岩侵入有关。任战利等[12-14]发现天深1井附近的李1井、李华1井等存在热液矿化现象，以及在灵1井西部龙1井、龙2井三叠系钻遇厚度达150 m以上的中闪长玢岩，证实了这2个地区烃源岩成熟异常与岩浆活动有关。

(5)通过对比各构造单元进入长城系生烃门限的时间发现，伊盟隆起由于长期处于隆起区，以致于下伏烃源岩成熟史各时期时间都晚于其他地区，其中伊盟隆起中部现今仍处于生湿气阶段。位于盆地内部拗拉槽及周缘的长城系烃源岩成熟较早，其他地区基本上于晚二叠世晚期进入生烃门限，现今处于生干气阶段。

6 有利勘探区预测

(1)位于盆地拗拉槽及周缘的中元古界烃源岩进入生烃门限的时间明显早于盆地其他地区，其中渭北隆起中部地区中元古界烃源岩在开始生油后，后续地层沉降相对完整，形成了以上覆寒武系泥页岩为区域性盖层、长城系碎屑岩和蓟县系顶部风化壳为有效储层的中元古界自生自储的成藏组合，且现今仍处于生干气阶段，预测为有利勘探区。

(2)天环向斜南部、伊陕斜坡西北部位于庆阳古隆起之上，蓟县系烃源岩进入生烃门限相对较晚，当烃源岩进入主要生油期时，受沉积中心向西迁移影响，这2个地区大量接受沉积，烃源岩成熟加快。伊陕斜坡西北部形成以上覆寒武系毛庄组泥页岩为盖层、蓟县系顶部风化壳和震旦系碎屑岩为有效储层的蓟县系自生自储的成藏组合；而天环向斜南部蓟县系烃源岩除自生自储成藏组合外，也形成了以上覆上石盒子组为区域性盖层、上古生界煤系为主要烃源岩、蓟县系顶部风化壳和震旦系碎屑岩为有效储层的上生下储成藏组合，且现今仍处于生干气阶段，预测这2个为有利的勘探区。

(3)伊盟隆起中部长城系烃源岩进入生烃门限时间最晚，即晚三叠世早期，现今处于生湿气阶段，且上古生界煤系烃源岩直接覆盖于长城系碎屑岩之上，形成以上石盒子组为区域性盖层、下伏太原组—山西组为主要烃源岩、长城系砂砾岩为储层的上生下储成藏组合，预测为有利勘探区。

7 结论

(1)盆地中元古代拗拉槽及周缘中元古界烃源岩进入生烃门限时间明显早于盆地其他地区。除西缘冲断带中北部后期受逆冲隆升的影响，现今处于生湿气阶段之外，其他拗拉槽及周缘处烃源岩各阶段成熟时间也早于其他地区，现今处于生干气阶段。

(2)对于其他地区长城系烃源岩而言，除伊盟隆起地区成熟期次都晚于其他地区，现今仍处于生湿气阶段外，其他地区基本上于晚二叠世晚期进入生烃门限，现今处于生干气阶段。

(3)对于其他地区蓟县系烃源岩而言，晚二叠世晚期至中三叠世早期先后进入生烃门限；晚三叠世至晚侏罗世，盆地沉积中心不断向西迁移，以致盆地西南部烃源岩成熟明显加快；在早白垩世早期，天环向斜北部和渭北隆起西部受岩浆岩侵入影响，烃源岩成熟也加快，于早白垩世先后进入生干气阶段。

(4)在明确了各构造单元中元古界烃源岩成熟期次和不同构造单元烃源岩热演化的差异性的基础上，以含油气系统分析为依据，提出了盆地渭北隆起中部地区、天环向斜南部、伊陕斜坡西北部、伊盟隆起中部为有利的勘探区带，是下一步开展研究的重点区域。

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(编辑 韩 彧)

Thermal evolution modeling of Mesoproterozoic source rocks in the Ordos Basin

Tian Gang, Song Lijun

(GeosciencesandEngineeringFaculty,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China)

The Mesoproterozoic is a potential stratum of gas accumulation and production of the Changqing oil field in the Ordos Basin. However, few recent studies have been made on the thermal evolution history of source rocks.Applying the PetroMod basin modeling software, the thermal evolution histories of the Proterozoic source rocks in each tectonic unit of the study area were simulated taking measuredRovalues as calibration and based on the analyses of lithology, erosion thickness restoration and ancient heat flow. The differences of thermal evolution of source rocks in different tectonic units were discussed. Some favorable exploration areas were predicted combining with oil and gas system analyses. The results show that: (1)The hydrocarbon generation threshold of Mesoproterozoic aulacogens and peripheral source rocks is much earlier than others. The maturation stage of other aulacogens and peripheral source rocks is also earlier than others except for the mid-northern part of the western margin thrust belt, and it is in a stage of dry gas generation at present. The source rocks in the Changcheng System reached the hydrocarbon generation threshold at the end of the Late Permian and are generating dry gas now, except for those in the Yimeng uplift, which became mature late and are still generating wet gas. The source rocks in the Jixian System reached the hydrocarbon generation threshold from the end of the Late Permian to the beginning of the Middle Triassic, became mature as the basin depositional center migrated continuously to the west and influenced by intrusions in the northern Tianhuan syncline and western Weibei uplift, and finally entered the dry gas stage in the early Cretaceous. (2)The central area of the Weibei uplift, southern Tianhuan syncline, northwestern Yishan slope,and the central part of the Yimeng uplift in the Ordos Basin are favorable exploration areas.

thermal history simulation;vitrinite reflectance; hydrocarbon generation threshold; favorable exploration zone; Mesoproterozoic; Ordos Basin

1001-6112(2017)04-0520-07

10.11781/sysydz201704520

2016-12-23；

2017-05-03。

田刚(1991—)，男，硕士，从事含油气盆地分析研究。E-mail:691561570@qq.com。

宋立军(1977—)，男，副教授，从事盆地分析及构造地质教学与研究。E-mail:8210954@qq.com。

构造地质与油气资源教育部重点实验室基金项目(TRR-2012-20)资助。

TE122.1

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