应用生烃动力学法研究川东上二叠统烃源岩生烃史

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第３８卷第４期
吉林大学学报（地球科学版）
Ｖ０１．３８
Ｎｏ．４
２００８年７月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｊｕｌｙ２００８
应用生烃动力学法研究川东上二叠统烃源岩生烃史
徐立恒１，陈践发１，卢双舫２，马广宇１，李吉君２
１．中国石油大学资源信息学院，北京
１０２２４９
２．大庆石油学院地球科学学院，黑龙江大庆１６３３１８
摘要：现今川东上二叠统烃源岩生烃史研究具有局限性。首先，没有对上二叠统Ｉ一Ⅱ。型灰岩生油、
Ⅲ型泥岩的生气史分开评价；其次，海相镜质组反射率通过拟合公式换算成镜质体反射率评价烃源岩成熟
度具有局限性。针对上述不足，笔者通过热模拟实验，利用化学动力学方法，标定出两类源岩生油、生气的动力学参数，并结合川东地区的埋藏史及热史，模拟出源岩有机质的成烃转化率曲线。研究表明：上二叠
统灰岩、泥岩有机质在距今２００Ｍａ和１９０Ｍａ分别进入了生油、生气门限，而在距今１７０Ｍａ和１４０Ｍａ生烃结束。
关键词：川东；烃源岩；生烃史；镜质体；生烃动力学中图分类号：Ｐ６１８．１３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—５８８８（２００８）０４—０５９４—０６
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ。ＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＨｉｓｔｏｒｙｏｆＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎＳｏｕｒｃｅＲｏｃｋｉｎ
ＵｐｐｅｒＰｅｒｍａｉｎＥ．ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎｗｉｔｈＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ’ＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＫｉｎｅｔｉｃｓ
ＸＵＬｉ—ｈｅｎ９１，ＣＨＥＮＪｉａｎ－ｆａｌ，ＬＵＳｈｕａｎｇ—ｆａｎ９２，ＭＡＧｕａｎｇ—ｙｕｌ，ＬＩＪｉ－ｊｕｎ２
１．Ｆａｃｕｌｔｙ
ｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｃｈｉｎａ
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０２２４９，Ｃｈｉｎａ
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄａｑｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ
１６３３１８，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｈｅＥａｓｔｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ－ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅＵｐｐｅｒＰｅｒｍｉａｎ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥａｓｔｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ；ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓｏｕｒｃｅ
ｒｏｃｋ；ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ—ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｈｉｓｔｏｒｙ；ｖｉｔ—
ｒｉｎｉｔｅ；ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ—ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｋｉｎｅｔｉｃｓ
收稿日期：２００７—０９—２９
基金项目：中石化资助项目（Ｇ０８００－－０６一ＺＳ一１３８）
作者简介：徐立恒（１９８０－－），男，黑龙江七台河人，博士研究生，主要从事地球化学及油气藏研究，Ｅ—ｍａｉｌ：ｄａｑｉｎｇ—ｄａｒｕｏ
＠ｓｉｎａ，ｔｏｍ．ｃａ。
万　
方数据
第４期徐立恒，等：应用生烃动力学法研究川东上二叠统烃源岩生烃史
５９５
０
引言
生烃动力学是指用化学动力学的手段来研究地
但这毕竟是经验公式，在一个地区的适用性并不代表其有通用性，尤其不适用于表征成熟度过高的源岩，更何况镜质体反射率受到多种因素控制，如有机质类型、压力、变质作用等，不只是成熟度一个因素，所以用镜质体来表征有机质成熟度本身就有其局限性［１０１，特别是在多类型、高成熟烃源岩的运用上就更得谨慎。
质条件下低温长时间的慢速反应过程。化学反应动力学作为一门独立的学科只有１００多年的历史，而关于油页岩和煤的热解动力学模型的研究始于２０世纪２０年代。此后的一些研究都提出了不同的研究模型，但直到２０世纪６０年代末，才应用于某些盆地的生烃率和生烃量的计算研究。此后生烃动力学模型不断完善并与迅速发展的计算机技术相结合，逐渐发展成为烃源岩研究的一种重要手段，并普遍应用于烃源岩评价、有机质成熟度、干酪根、沥青质及原油等的裂解生烃研究。
川东地区是指构造上位于大巴山断裂、七曜山
断裂及华莹山断裂之间区域。经过多年的勘探，在长兴一飞仙关组发现黄龙、天东、铁山、普光、渡口河、罗家塞、铁山坡、毛坝、坂东等大、中型气田，展示
了该区良好的勘探前景［１。２］。
据前人的天然气成分分析及固体沥青与烃源对比得出长兴一飞仙关组天然气成因类型以原油裂解气为主，部分气藏为腐殖型干酪根降解气，主要气源为上二叠统，油气运移以垂向为主［３－ｓ］。然而，上二叠统烃源岩较复杂，具有多种类型，即具有以腐泥型干酪根（Ｉ一Ⅱ。型）为主的海相碳酸盐岩，厚４０～
３００
ｍ，ＴＯＣ的质量分数为０．５％～１．５％，Ｒ。为
１．８％～２．２％，主要分布在川东的东北部碳酸盐岩深缓坡相区和海槽相区。也有以腐殖型干酪根（Ｉ］Ｉ型）为主的滨岸煤系泥岩，厚１０～１５０ｍ，ＴＯＣ的质量分数为０．５％～６％，Ｒ。为１．９％～２．６％，主要分布在川东的西南部海陆交互区（图１）。前者有利于生油，油进入圈团后裂解成气；而后者利于直接生气。前人在源岩成烃史的研究方面，还没有对二者进行分开评价［６川ｊ。
由于镜质组显微组分来源于高等植物的木质纤维组织，前志留系以及海相碳酸盐岩均缺乏镜质组组分，这就造成无法利用常规的镜质体反射法来确定志留系以前烃源岩的热演化程度。但是在这些海相岩石中，显微镜下经常可以观测到相当数量的光学性质和形态酷似镜质组分的显微颗粒，称为“海相镜质组”或“镜状体”，并且建立了海相镜质组反射率与镜质组反射率之间的折算关系，ＶＲ。（镜质组反射率）一Ｏ．５３３ＶＬＲ。（海相镜质组反射率）＋０．６６７，以表征下古生界或海相碳酸盐岩的有机质成熟度［８刮。
万　
方数据针对前人这两点不足，本次研究在模拟实验的基础上，建立动力学模型，通过计算机模拟分别求取二者的动力学参数，再结合川东的埋藏史和热史，把求得参数运用在上二叠统的灰岩与泥岩的生烃史中，最终得出各个地质时期两类烃源岩成油、成气转化率曲线。
图１
川东地区长兴～飞仙关组烃源岩分布及主要含气构造位置图（据文献［３］修改）
Ｆｉｇ．１
ＬｏｃａｔｉｏｎｍａｐｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎＳｏｌｌｒｃ蟹ｒｏｃｋａｎｄｇａｓｂｅａｒｉｎｇ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
Ｉ．地名｝２．含气构造；３．烃源岩分布带；４．构造边界
１
样品与实验
１．１
样品
在选取样品时，面临着一个问题，由于现今川东地区上二叠统源岩处于过成熟阶段，有机质被消耗殆尽，不适于用来模拟生烃过程，所以本次研究选取了岩性及干酪根类型与研究区相匹配的三塘湖盆地二叠系的灰岩及松辽沙河子组的泥岩样品，地化参数如表１所示。可以看出两个样品处于未成熟、低成熟阶段，适合做热模拟实验。

５９６
吉林大学学报（地球科学版）
第３８卷
表１
三塘湖、松辽样品的基本地球化学资料
Ｔａｂｌｅ１
ＢａｓｉｃｄａｔｕｍｏｆｇｅｏｌｏｇｙａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｆｒｏｍｒｏｃｋｓｐｅｃｉｍｅｎｏｆＳａｎｔａｎｇｈｕａｎｄＳｏｎｇｌｉａｏ
注：样品由中科院广州地球化学所分析，，Ｈ、Ｉｏ、ＨＣ单位为ｍｇ／（ｇ・ＴＯＣ）。
１．２
实验
的动力学向题，提出一些模型，且在国外得到了一定
该实验所用仪器为Ｒｏｃｋ—Ｅｖａｌ一Ⅱ型热解仪。程度的推广和应用。但是，在国内真正成功的利用采用恒速升温法，加热温度从２００℃起，分别以该方法计算生油气量，特别是来定量评价生油气史１０℃／ｍｉｎ，２０℃／ｒａｉｎ，４０℃／ｒａｉｎ的升温速率升温至的报导还不多见，仅卢双舫比较系统地做过这方面
６００℃，实时记录产物量与加热温度（时间）的关系。工作‘１６］。
在与上述实验相同的加温范围和升温速率的条件本次综合前人模型的优点，采用相同指前因子下，分温度段收集热解产物并进行热解一气相色谱分的有限个平行一级反应模型：
析。从气相色谱图上定出各温度段气体（Ｃ，一Ｃ。）和设干酪根（ＫＥＯ）成烃过程由一个系列（ＮＯ个）液体（Ｃ。＋）组分的相对含量。结合前一实验结果可平行一级反应构成，每个反应对应的活化能为ＥＱ，得出产油率、产气率一温度曲线，如图２（实验值）所指前因子Ａ＠，并设对应每一个反应的干酪根的原示，供标定成油、气的动力学参数之用。从图中可以始潜量为ＸＱ。，ｉ＝１，２，…，Ｎ０，即
看出不同的升温速率条件下各类组分的产率变化趋势是相似的，但升温速率较小的条件下比在升温速ＫＥ０】（Ｘ０１０一一０１（翮１），
Ｋ０１
ＫＯｆ
率较大条件下产率高，也就是说快速升温比慢速升ＫＥＯ。（Ｘ（）∞一—ｏ。（ＸＯ；），
温的曲线相对滞后，这反映了化学反应过程中温度ＫＯＮ０
与时间的互补关系。
ＫＥＯ啪（ＸＯ鼢一—ｏｍ（Ｘ０ｍ）。
至时间ｔ时，第ｉ个反应的生烃量为ＸＯｉ，则有
模型介绍及参数求取
—ｄＸ广Ｏ，一Ｋ０。（ＸＯ。一翮ｉ），
（１）
化学动力学法也是动态描述生烃史的有效方
法。国外Ｂｒａｕｎ［１¨、Ａｌｌｒｅｄ［１２｜、Ｂｅｈａｒ［１３１、Ｔｉｓｓｏｔ［１
（２）
４‘、

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