伦坡拉盆地作为陆相古近系盆地, 是青藏高原目前获得工业油气流的盆地之一, 油气资源丰富^[1-2]。盆地热演化史对油气的生成、运移和聚集成藏起着重要的控制作用^[3-5]。众多学者对盆地热演化史进行了深入研究, 尤其是在以(U-Th) /He和裂变径迹为代表的古温标定年和Sweeney等^[6]提出的Easy% R_o模型对于古地温的恢复, 以及地球动力学模型、构造热事件、油气成藏期次等方面均取得了许多研究成果^[7-10]。经过对伦坡拉盆地20多年的科学研究, 已经积累了大量有关地层定年、地温和镜质体反射率等方面的数据^[11]。盆地热演化史在油气成藏研究和有利区带划分方面均起到了重要的作用^[12-13]。

伦坡拉盆地发育的牛堡组二段中亚段烃源岩厚度大, 展布面积广, 为优质的烃源岩层^[14]。在伦坡拉盆地北部勘探到的工业油气藏, 由于其受构造作用破坏较强, 加之对盆地热演化史对控制油气成藏方面认识不足, 导致在后期的勘探过程中并没有取得较大突破, 严重制约了勘探开发的进程。因此, 本次研究拟通过盆地模拟技术, 对伦坡拉盆地牛堡组二段中亚段的烃源岩进行热演化史模拟, 以及三维油气运聚模拟, 分析油气运聚趋势, 划分有利的油气聚集区带, 以期为下一步的油气勘探提供依据。

青藏高原发育许多的含油气盆地, 其中伦坡拉盆地位于青藏高原中部, 东西长约110 km, 南北宽约30 km, 面积约3 640 km^{2 [15]}。该盆地发育于班公湖—怒江断裂带之上, 是一个具有走滑特征的断坳盆地^[16]。盆地内沉积了始新统牛堡组和渐新统丁青湖组等2套陆相含油气碎屑岩系。

自始新世以来, 伦坡拉盆地逐渐演化为现今“南北分带、东西分块”的构造格局^[17]。伦坡拉盆地具有典型热盆特征, 现今地温场具有高热流、高地温梯度特征^[18]。盆地主要发育4类构造变形样式：张扭横向调节构造变形、冲断压陷构造变形、推挤褶隆构造变形和压扭隆起构造变形^[19]。蒋日阿错凹陷和江加错凹陷均是盆地内主要的沉积中心(图 1), 沉积有连续的且较厚的牛堡组地层。伦坡拉盆地的发育主要经历了2个构造演化阶段：始新世时期的构造演化阶段(以断陷沉积为主)和渐新世时期的构造演化阶段(以坳陷沉积为主)。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 研究区位置及主要沉积中心 Fig. 1 Location and main sedimentary centers of the study area

根据刘一茗等^[20]、顾忆等^[21]研究成果, 伦坡拉盆地古近系始新统发育有3套烃源岩, 蒋日阿错凹陷优质烃源岩厚度最厚, 江加错凹陷次之, 爬错凹陷最薄。在盆地大部分地区牛堡组二段中亚段烃源岩的成熟度大于0.5%, 均已达到了初始生油条件, 具有良好的生烃潜力。

伦坡拉盆地内发育的烃源岩主要为浅湖—半深湖沉积, 其中牛堡组二段中亚段的烃源岩呈现出厚度较厚, 连续性强, 分布面积广的特点。烃源岩的岩性主要为暗色泥岩, 在蒋日阿错凹陷和江加错凹陷均具有较好的连续性, 其厚度呈现出自西向东逐渐减薄的趋势。单层烃源岩的厚度为30 m左右, 厚度适中。牛堡组二段中亚段烃源岩总有机碳的质量分数平均为0.9%, 有机质类型为Ⅱ型干酪根, 有机质成熟度主要处于成熟阶段, 平均为1%。总之, 该套烃源岩为好—较好烃源岩类别, 且正处于生油阶段, 是油气成藏的前提条件。

盆地南北两侧主要发育扇三角洲沉积；盆地中部主要发育浅湖—半深湖沉积, 物源从盆地的南北2个方向供给。盆地北部逆冲推覆带和南部冲断隆起带下部发育的岩性整体粒度较粗, 且以砾岩、砂岩为主, 储层物性较好。

在成藏期活动的深大断裂是油气垂向运移的主要通道^[22]。盆地内构造活动主要发育有东西走向的逆断层和南北走向的正断层。盆地北部的逆冲推覆作用和南部的差异隆起形成的大量断层和微裂缝, 以及在盆地中部发育的南北正断层, 都可作为油气运移的输导体系。

伦坡拉盆地中部发育的牛堡组二段及牛堡组三段均为直接盖层, 同时在其之上发育的渐新世丁青湖组又是良好的区域盖层, 后者厚度为1 000 m以上, 其岩性以泥岩为主。伦坡拉盆地牛堡组成藏组合方式主要有2种：牛堡组二段以自生自储型为主、牛堡组三段以下生上储型为主。

伦坡拉盆地为湖相沉积, 在整个盆地中牛堡组二段和牛堡组三段沉积期主要发育有湖泊相、扇三角洲相和湖底扇相等沉积类型。位于蒋日阿错凹陷东部的W1井, 其牛堡组二段岩性主要为灰色泥岩、粉砂岩、白云质泥岩夹深灰色页岩；牛堡组三段岩性主要为砂砾岩、白云质砂岩。位于爬错凹陷西部的W2井, 其牛堡组二段岩性主要为紫红色泥岩、细砂岩、粉砂岩、粗碎屑岩；牛三段岩性主要为灰色泥质白云岩、泥质粉砂岩。

通过岩心观察发现, 在W1井牛堡组三段下亚段底部和W2井牛堡组二段中亚段中部发育的岩性主要为砾岩和砂岩, 夹暗色泥岩, 具有块状层理, 厚层状, 底部发育冲刷面等。砾石成分复杂, 为圆—极圆, 扁球—球状, 显示出长途搬运的特征, 但分选较差, 又显示出快速堆积特征, 符合湖底扇沉积特点(图 2)。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 伦坡拉盆地W1和W2井岩心照片 (a)砾岩，W1井，1 806.4 m，牛堡组三段下亚段；(b)砾岩，W1井，1 808.1 m，牛堡组三段下亚段；(c)砂岩，W1井，1 813.7 m，牛堡组三段下亚段；(d)砂砾岩，W2井，1 784.8 m，牛堡组二段中亚段 Fig. 2 Core photographs of wells W1 and W2 in Lunpola Basin

深水浊积岩是目前油气勘探的新方向^[23], 从W1和W2井所处的沉积相来看, 江加错凹陷东部W1井牛堡组三段下亚段底部与爬错凹陷西部W2井牛堡组二段中亚段中部厚层的浊积扇体, 以及其他浊积砂体都是形成岩性圈闭的有利条件。牛堡组二段为浅湖沉积, 较牛堡组一段沉积物粒度变细, 水体加深, 气候更为湿润, 但是仍处于半干旱的气候条件, 含白云质较多, 烃源岩条件一般, 而向盆地的中心和北部烃源岩条件则变好。如果岩性圈闭在油气优势运聚的路径上, 则有利于形成隐蔽油气藏(图 3)。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 W1和W2井单井沉积相 Fig. 3 Sedimentary facies of single well of wells W1 and W2

热演化史模拟采用地球化学和地球动力学相结合的方法, 已知现今成熟度和现今地温梯度, 反推各历史时期的温度。采用的模型为Easy% R_o模型, 通过给定地层年代、厚度、岩性和相应的地球化学参数, 在温度和压力约束条件下, 反演地质时期对应的R_o值, 并通过实测R_o数据对给定的参数进行校正, 最终使模拟值和实测R_o值相吻合。

选取位于蒋日阿错凹陷东部的W1井、爬错凹陷西部的W2井, 并对这2口井进行热演化史模拟, 进而推测伦坡拉盆地牛堡组二段中亚段烃源岩的热演化史(图 4)。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 伦坡拉盆地W1和W2井实测Ro与模拟结果对比 E3d3为渐新统丁青湖组三段；E3d2为渐新统丁青湖组二段；E3d1为渐新统丁青湖组一段；E2n3-3为始新统牛堡组三段上亚段；E2n3-2为始新统牛堡组三段中亚段；E2n3-1为始新统牛堡组三段下亚段；E2n2-3为始新统牛堡组二段上亚段；E2n2-2为始新统牛堡组二段中亚段；E2n2-1为始新统牛堡组二段下亚段；E2n1为始新统牛堡组一段 Fig. 4 Comparison between measured Ro and simulated results of wells W1 and W2 in Lunpola Basin

结合每口井的录井资料、测井曲线、地震资料以及前人研究成果对地层进行分层, 对于预探井没有打到层位的, 皆由经过W1井、W2井的二维地震测线来进行解释。伦坡拉盆地牛堡组一段的厚度为280~400 m, 牛堡组二段的厚度为600~880 m, 牛堡组三段的厚度为450~700 m (表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 伦坡拉盆地W1和W2井地层厚度 Table 1 Formation thickness of wells W1 and W2 in Lunpola Basin 井名 层位/m E3d3 E3d2 E3d1 E2n3-3 E2n3-2 E2n3-1 E2n2-3 E2n2-2 E2n2-1 E2n1 W1 440 344 326 219 344 139 145 354 99 W2 461 314 316 167 253 25 126 395 358 285

下载CSV 表 1 伦坡拉盆地W1和W2井地层厚度 Table 1 Formation thickness of wells W1 and W2 in Lunpola Basin

根据录井资料和测井资料, 分别定义各层岩性。对于有取样点的层段, 结合岩心薄片对岩性进行命名和校正, 而其岩石压实系数和导热系数, 则采用软件默认值。

新生代以来, 受喜山运动的影响, 伦坡拉盆地主要经历了2次较大的抬升剥蚀, 分别发生在始新世末期和渐新世末期。牛堡组三段顶部与丁青湖组呈部分微角度不整合或整合接触^[24]。根据声波时差测井来估算地层的剥蚀厚度, 同时用实测R_o为约束条件来进行反演, 恢复其剥蚀量(表 2)。经过计算, W1井丁青湖三段的剥蚀厚度为186 m, 牛堡组三段上亚段的剥蚀厚度为1 000 m；W2井丁青湖三段的剥蚀厚度为461 m, 牛堡组三段上亚段剥蚀厚度为900 m。

表 2(Table 2)

表 2 伦坡拉盆地W1和W2井实测镜质体反射率 Table 2 Measured vitrinite reflectivity of wells W1 and W2 in Lumpola Basin 井名 层位 埋深/m 镜质体反射率/ % W1 E2n3-1 1 752.8 0.80 W1 E2n3-1 1 757.8 0.77 W1 E2n2-3 1 850.7 0.76 W1 E2n2-3 1 856.2 0.81 W1 E2n2-3 1 857.1 0.92 W2 E2n2-2 1 862.5 0.87 W2 E2n2-2 1 863.3 0.85 W2 E2n2-2 1 864.4 0.89

下载CSV 表 2 伦坡拉盆地W1和W2井实测镜质体反射率 Table 2 Measured vitrinite reflectivity of wells W1 and W2 in Lumpola Basin

古水深的恢复主要是根据沉积相来确定。伦坡拉盆地在牛一段为断陷阶段, 主要为冲积平原、河流沉积, 古水深为0~10 m；牛二段为断陷至坳陷阶段, 主要为滨浅湖、半深湖沉积, 古水深为20~ 50 m；牛三段为坳陷至萎缩咸化阶段, 主要为滨浅湖、云坪沉积, 古水深为0~20 m。伦坡拉盆地在丁一段为滨浅湖沉积, 古水深为10~20 m；丁二段为半深湖—深湖沉积, 古水深为20~80 m；丁三段为半深湖—浅湖沉积, 古水深为20~50 m。

地表温度分为现今温度和古地表温度。青藏高原的隆起主要发生在更新世以后, 而伦坡拉盆地所处的青藏高原随海拔高程的变化对温度产生较大的影响, 盆地现今温度取值5 ℃, 古地温的模拟用Wygrala模型模拟计算^[25-26]。区域性的抬升和相关快速剥蚀导致古气候的干旱^[27]。伦坡拉盆地牛堡组的地温梯度为(5.0~5.5) ℃/ (100 m), 丁青湖组的地温梯度为(5~6) ℃/ (100 m).

古热流的标定采用Easy% R_o模型模拟计算, 将牛堡组沉积期热流值赋值为75~110 mW/m², 丁青湖组沉积期热流值赋值为85~120 mW/m², 现今的热流值为110 mW/m², 古热流的演化呈现出逐渐升高的趋势。

单井热演化史模拟结果表明：W1井牛堡组二段中亚段烃源岩在渐新世中期(距今32.5 Ma)开始进入早期生油阶段, 中新世初期(距今21.8 Ma)开始进入中期生油阶段, 现今仍处于生油阶段；W2井牛堡组二段中亚段烃源在渐新世末期(距今26.3 Ma)开始进入早期生油阶段(R_o为0.5%), 中新世早期(距今21 Ma)开始进入中期生油阶段(R_o为0.7%~ 1.0%), 现今大部分仍处于中期生油阶段^[28](图 5)。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 伦坡拉盆地牛堡组二段中亚段烃源岩单井热演化史 Fig. 5 Thermal evolution history of source rocks of the middle submember of the second member of Niubao Formation in Lunpola Basin

最大生烃潜力的模拟是热演化史模拟中必不可少的部分^[29]。根据盆地的生油气特点, 选取的动力学模型为Tissot-in-Waples(1992) _TIII_Crack, 其中TOC按实测的结果取平均值。模拟结果表明, 研究区的2口井均处于生烃阶段。燕山运动末期, 中生界发生强烈的褶皱变形, 继而隆起遭受剥蚀^[30]。始新世初期, 盆地开始快速沉积形成湖泊, 使烃源岩快速演化。始新世末期, 发生了一次明显的构造抬升运动, 牛堡组三段的地层遭受抬升剥蚀。渐新世初期, 烃源岩达到生烃门限, 并开始大量生烃, 整个渐新世时期为主要的生烃阶段。

油气一般从凹陷最底部沿输导层向上运移, 基于油气随着压力变化的特点, 对经过W1和W2井及这2口井附近的南北向与东西向二维地震测线进行解释, 建立二维地层格架, 并结合单井中所采集的地质和地球化学数据, 对牛堡组二段中亚段油气进行二维油气运聚模拟。

伦坡拉盆地的烃源岩丰富, 成熟度适中且展布范围广, 勘探潜力较大^[31]。油气运移和聚集是油气成藏的两大前提条件。油气运移一般依靠活动性断裂带, 并沿断裂带进行侧向运移或向油气低势区进行横向运移。油气聚集需要有较好的储层和盖层, 伦坡拉盆地牛堡组二段中亚段上覆岩层为砂泥岩互层, 其中有厚层砂岩作为储集层, 泥岩则可作为良好的盖层。

为了研究牛堡组二段中亚段烃源岩的油气运聚特征, 以探求可能存在的有利油气聚集区, 选取经过W1井的南北向地震测线LN-2013-72及W1井西侧的南北向地震测线LN-2013-47, 进行油气运聚模拟分析(图 6)。选取经过W1井和W2井的东西向地震测线LE-2013-44.5及经过XL4井和Z1井的东西向地震测线LN-2013-48, 进行油气运聚模拟分析(图 7)。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 LN-2013-72(a)和LN-2013-47(b)现今油藏剖面示意图 Fig. 6 Present oil reservoir section of LN-2013-72(a)and LN-2013-47(b)

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 LE-2013-48(a)和LE-2013-44.5(b)现今油藏剖面示意图 Fig. 7 Present oil reservoir section of LE-2013-48(a)and LE-2013-44.5(b)

蒋日阿错地区的油气运移以垂向运移为主, 断裂作为主要的运移通道, 向上覆地层运移, 并伴有横向运移, 符合近源聚集、中深层原地成藏的富集规律^[32], 因此, 蒋日阿错凹陷西南部有可能形成有利的油气聚集区。

江加错凹陷构造受到来自东部双构造层的强烈变形, 导致中部牛堡组二段烃源岩生成的油气在断裂带两侧进行侧向运移, 走滑断裂作为主要通道, 沿着南部和北部油气低势区, 在北部逆冲推覆带、南部冲断隆起带与凹陷边缘有可能形成有利的油气聚集区。

爬错凹陷的油气一部分沿着断裂带垂向运移, 另一部分向江加错凹陷横向运移。爬错凹陷西部牛堡组三段下亚段存在浊积砂体, 可形成良好的储集层, 油气在爬错凹陷西部进行大范围运移, 并成为主要的运移通道, 因此爬错凹陷西部可能存在有利的油气聚集带。疏导体系在控制油气成藏中具有重要的作用^[33], 位于爬错凹陷东部地区受到多期次的强烈挤压, 形成了多条深层断裂, 结合实测TOC和地震剖面, 该区不具备形成有效烃源岩的条件。

采用TSM软件中三维模拟模块, 基于前期对二维地震剖面数据的解释和地球化学与地球动力学方法, 采集输导层、储集层和封盖层的全部物性参数, 并了解其在三维时空的动态演化过程, 采用流线法和神经网络法, 对关键时期含油气系统中的油气进行三维油气运移、聚集模拟。

对牛堡组二段中亚段的烃源岩各个关键时期进行油气运聚模拟。结果表明, 在不同的时间, 油气运聚的范围、方向和流线的密度都存在明显差异。

在始新世中后期, 牛堡组二段中亚段的烃源岩开始进入低成熟阶段, 少量生烃, 发生油气运移的地区主要在蒋日阿错凹陷和江加错凹陷西部, 并向蒋日阿错凹陷中部的低隆起区和凹陷的周缘隆起区运移, 油气汇聚的路线较发散。始新世末期, 在继承了原先的优势运移路径的同时, 油气的运移距离更远, 但是油气的运移方向并没有发生很大改变。在渐新世初期, 进入大量的生烃阶段, 整个江加错凹陷和爬错凹陷的西北部也都发生了油气的运移, 爬错凹陷生成的油气一部分向凹陷的西南方向运移, 另一部分向西北方向运移, 与江加错凹陷生成的油气混合, 油气的汇聚流线更加密集。在渐新世中期, 液态烃的运移强度加大, 蒋日阿错凹陷的西北部、江加错凹陷北部的逆冲推覆带成为了主要的指向区, 但是运移的方向总体没有发生较大的变化。在渐新世末期, 随着盆地南部冲断隆起的不断抬升, 油气向盆地南部运聚的趋势也在不断增强, 同时油气穿过逆冲推覆带向北运移的距离更远, 爬错凹陷发生大规模运移, 该凹陷内的液态烃主要向东南方向运移, 油气汇聚流线范围更大、更密集, 运移路径更长(图 8)。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 伦坡拉盆地牛堡组二段中亚段烃源岩5个关键时期的油气汇聚流线分布 Fig. 8 Distribution of oil and gas convergence streamlines in five key periods of source rocks in the middle submember of the second member of Niubao Formation in Lunpola Basin

牛堡组的烃源岩主要分布在伦坡拉盆地的中央凹陷区以及北部的逆冲推覆带, 油气运移的最大范围包含了除爬错凹陷东南部的斜坡带和蒋日阿错凹陷以西隆起区以外的广大地区。

根据油藏的位置和油藏类型, 结合地震、测井、地球化学和岩心等资料, 找出在油气运移路径上存在的构造圈闭, 以及在W2井周围存在的岩性圈闭, 利用盆地模拟技术, 在油气最大的运聚范围内对有利油气聚集区带做出预测。

来自蒋日阿错凹陷生成的液态烃向西北方向和西南方向运移, 进入到北部的逆冲推覆带和南部的冲断隆起断裂带。同时, 东边的江加错凹陷生成的液态烃, 一部分向盆地北部进入推覆带, 另一部分向南进入到伦坡日一带的冲断隆起区。在渐新世早期, 来自爬错凹陷的液态烃, 一部分向西北运移, 与江加错凹陷的液态烃混合后, 继续向北进行运移, 另一部分向南进入到长山一带的古隆起区。

最终推测出爬错凹陷东部、低鄂总地区、其洼孝低以东地区、中央逆冲推覆带中段、车布里地区、鄂加卒—车布里地区、鄂加卒以西地区、蒋日阿错凹陷的西南部、南部冲断隆起带西段、伦坡日—长山一带等10个有利的液态烃聚集带(图 9)。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 伦坡拉盆牛堡组二段中亚段有利液态烃聚带预测 Fig. 9 Prediction of favorable liquid hydrocarbon accumulation zones in the middle submember of the second member of Niubao Formation in Lumpur Basin

(1) 选取W1和W2井进行热演化史模拟, 渐新世早期, 牛堡组二段中亚段烃源岩开始进入生烃门限, 整个渐新世时期均为主要的生烃阶段。

(2) 伦坡拉盆地油气运聚主要呈现西早东晚的趋势。始新世末期, 油气运聚主要发生在蒋日阿错凹陷和江加错凹陷, 油气向盆内的高隆起区及周缘运移。渐新世早期之后, 整个伦坡拉盆地都在发生大规模的油气运移, 油气主要向南北2个方向运移, 向北进入到北部逆冲推覆带, 向南进入到南部冲断隆起带。

(3) 分析油气运聚的趋势, 结合沉积和构造上的地质认识, 并与已经探明的油气藏相互验证, 共划定出10个有利油气聚集带。其中, 在爬错凹陷西北部存在的岩性圈闭形成的有利油气聚集带, 横向展布好, 圈闭面积大, 且位于油气优势运移的路径上, 是最有利的油气勘探区带。