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烃源岩生烃动力学研究的关键在于生烃热模拟试验、动力学参数获取以及地质条件下的外推应用。通过生烃热模拟试验获取生烃率随温度或时间的变化是应用化学动力学模型计算烃源岩生烃动力学参数的基础。试验中使用的样品通常是处于未熟至低熟阶段的全岩或纯干酪根样品[1-3]。少数研究表明,不同类型的样品对于动力学模拟结果的影响可能不大[1,4-5]。模拟试验的加热方式主要有恒温和恒速升温2种,其中恒速升温应用更加广泛[3,6-9]。加热体系则主要包括开放体系和封闭体系2种,前者如岩石热解仪和热解气相色谱仪,后者如高压釜和小体积密封模拟装置(MSSV)等[10-11]。开放体系常用于模拟有机质的初次裂解生烃,而封闭体系则常用于模拟原油和天然气的二次裂解反应[11]。动力学参数的获取涉及化学动力学模型的选择,包括总包一级反应模型、串联一级反应模型和平行一级反应模型等[12-14]。总包一级反应模型将干酪根的热解过程假定为一个简单反应;串联一级反应模型(Friedman模型)假设干酪根热解过程由一系列串联反应组成;平行一级反应模型则是假定干酪根热解为多个平行进行的反应[13-15]。动力学参数的地质外推应用是生烃动力学研究的最终目的,也是检验参数有效性与可靠性的关键手段。尽管当前地质外推应用还面临试验加热速率远高于地质实际升温速率和模拟试验产物与地下原油组成差异等挑战[16],但大量研究已证实,基于试验室条件下生烃模拟数据计算的动力学参数,在生烃时间厘定、生烃转化率和生烃量计算等地质应用中具有显著的有效性[6-7,9,12]。文昌B和文昌C凹陷文昌组是珠三坳陷当前最具潜力的原油勘探领域。文昌B凹陷自20世纪80年代起已陆续发现文昌19-X、文昌13-X等多个油田,多口钻井揭示文昌组中发育的优质湖相烃源岩;文昌C凹陷钻探井也发现丰富的油气显示,并证实文昌组富含优质湖相烃源岩[17-19]。然而文昌B凹陷已发现的油田分布较为局限,文昌C凹陷至今未能获得商业性勘探突破。这2个凹陷的勘探和研究程度尚浅,主力烃源岩的生烃潜力仍未明确,阻碍对勘探前景和优势勘探靶区的有效评价。近年来,生烃动力学研究已成为定量评价烃源岩生烃潜力最有效的方法之一。前人研究表明,不同岩性、母质类型的烃源岩,其生烃动力学参数一般存在显著差异,即便是相同的有机质类型,在不同地区的烃源岩也可能展现出不同的生烃动力学参数[9],因此针对研究区的烃源岩进行专门的生烃动力学研究显得尤为重要。珠江口盆地关于烃源岩生烃动力学的研究相对匮乏[20],针对珠三坳陷的相关研究则更加罕见[21]。笔者在文昌B和文昌C凹陷的文昌组烃源岩有机质丰度、类型、成熟度分析与评价的基础上,选取代表性烃源岩样品,开展开放体系下的热解生烃模拟试验及生烃动力学研究。同时结合凹陷的埋藏史与热史等基础地质资料,进行生烃潜力的定量评价。
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1 地质背景
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珠三坳陷位于珠江口盆地西部,面积约为1.1×104 km2,西北部为海南隆起,东南部为神狐隆起,包含阳春凹陷、阳春凸起、阳江凹陷、阳江低凸起、琼海凹陷、琼海凸起、文昌A凹陷、文昌B凹陷及文昌C凹陷9个次级构造单元(图1)。珠三坳陷是南海北部大陆架上第三纪发育起来的裂谷型盆地,其形成与演化可分为古新世—早渐新世的裂陷期和晚渐新世及以后的坳陷期,分别发育陆相湖盆与海相2大沉积体系[23]。古新世—早渐新世陆相湖盆的发育可大致划分为3个阶段,包括古新世山间湖盆阶段、始新世湖盆鼎盛阶段和早渐新世湖盆萎缩阶段,分别对应古湖泊的形成、繁盛和消亡期[23]。古新世神狐组沉积时期,早期断裂活动形成的系列半地堑湖泊接受坡积、冲积相为主的粗碎屑充填沉积,形成以粗屑砂岩为主的沉积序列;始新世文昌组沉积时期,盆地快速、稳定沉降形成面积大、水体深的古湖盆,沉积以暗色泥岩为主的湖相烃源岩;早渐新世恩平组沉积时期,盆地沉降速率减缓,湖相沉积之外还发育较大面积的平原河流相、沼泽相沉积,形成煤系、湖相2类烃源岩;珠海组沉积时期盆地遭受海侵,以海陆过渡相、滨浅海相沉积为主。盆地进入裂后坳陷时期,沉积巨厚的晚第三系珠江组、韩江组等开阔海相的砂泥岩地层(图1)。文昌组和恩平组包含坳陷内最为重要的2套烃源岩[17,20]。钻井及地球物理资料表明,文昌系列凹陷均广泛沉积文昌组地层。文昌组二段、三段沉积时期对应珠三坳陷古湖泊发展的鼎盛时期,发育以湖泊藻类母质和藻类、高等植物混源母质为主的半深湖相烃源岩[24];恩平组沉积时期文昌C凹陷处于珠三南断裂西段北支的上升盘,基本未接受沉积[25],文昌A与B凹陷则均有沉积。该时期对应古湖泊发展的萎缩时期,沉积中心迁移至文昌A凹陷,发育以陆源高等植物母质为主的湖相、煤系2类烃源岩,是文昌A凹陷已发现油气藏的主要来源。
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图1 珠三坳陷区域构造、热解模拟试验样品采集井及地层柱状图(据文献[22],有修改)
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Fig.1 Regional structure of Zhu Ⅲ Depression, sampling wells for pyrolysis simulation experiments, and stratigraphic column(After citation[22], modified)
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2 样品与试验
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珠三坳陷内钻遇文昌组地层的钻井十分有限。文昌组烃源岩样品采集自文昌B与文昌C凹陷,共65件,以钻井岩屑为主,岩性为灰色—黑色泥岩;恩平组烃源岩作为对比,样品采集自文昌B凹陷钻井岩心岩屑,共107件,岩性为灰色泥岩、粉砂质泥岩。样品经蒸馏水洗净晾干后粉碎至150 μm,分别进行有机碳含量与岩石热解分析;对代表性样品进行干酪根提纯分离后进行干酪根元素与显微组分镜检分析。热解生烃模拟试验仪器采用法国万奇公司生产的岩石热解仪(Rock-Eval7),每个样品粉碎混合均匀后称取3个平行样,分别采用不同的升温速率(1、5、25℃/min)进行热解,起始温度设置为300℃并恒温3 min,之后以不同的升温速率升温至600℃。动力学参数的计算应用美国Lawrence Livermore国家实验室开发的Kinetics软件,采用平行一级反应模型计算样品的生烃动力学参数(活化能E、指前因子A),并假定所有平行反应具有相同的指前因子A,活化能E服从离散分布。
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3 烃源岩有机地球化学特征
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3.1 有机质丰度
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珠三坳陷古近系湖相烃源岩包含文昌组、恩平组2套,主要发育于半深湖和滨浅湖2种沉积亚相。坳陷内钻揭文昌组烃源岩的钻井十分有限,尤其是文昌组二段烃源岩。基于研究样品,文二段烃源岩有机碳含量w(TOC)介于1.31%~5.05%,平均为2.91%,生烃潜量S1+S2介于6.23~45.2 mg/g,平均为17.5 mg/g,是坳陷内丰度最高的一套烃源岩。文一段烃源岩丰度整体上远低于文二段,w(TOC)介于0.08%~0.74%,平均为0.39%, S1+S2介于0.11~2.45 mg/g,平均为0.81 mg/g。按照前人不同品质烃源岩的划分标准[26-27],文二段烃源岩品质最好,属于好—优质烃源岩,文一段整体品质差,仅个别样品可达好烃源岩(图2(a))。恩平组一段烃源岩w(TOC)介于0.24%~2.01%,平均为0.86%, S1+S2介于0.20~8.16 mg/g,平均为2.32 mg/g,恩二段w(TOC)介于0.08%~1.35%,平均为0.63%,S1+S2介于0.12~3.77 mg/g,平均为1.36 mg/g,恩一段整体上丰度略高于恩二段。恩一段烃源岩主体属于中等—好烃源岩,恩二段仅少数样品可达好烃源岩(图2(a))。
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3.2 有机质类型
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岩石热解参数、干酪根元素组成、干酪根显微组分是当前最为广泛应用且有效的判断有机质类型的方法。图2(b)为珠三坳陷古近系烃源岩最高热解峰温(Tmax)与氢指数( IH)有机质类型判识图版。文二段烃源岩Tmax介于428~453℃,平均为441℃,IH介于332.3~962.7 mg/g,平均为537.0 mg/g,属于Ⅱ1-Ⅰ型有机质类型范畴(图2(b));文一段烃源岩Tmax介于435~452℃,平均为443℃,IH介于35.0~410.7 mg/g,平均为137.5 mg/g,有机质类型属ⅡI–Ⅱ2型;恩一段烃源岩Tmax介于423~452℃,平均为438℃,IH介于22.2~433.8 mg/g,平均为176.3 mg/g,恩二段烃源岩Tmax介于426~465℃,平均为441℃,IH介于4.8~554.1 mg/g,平均为146.6 mg/g,两者有机质类型均显示十分宽泛的分布范围(Ⅲ–Ⅱ1型)(图2)。不同类型干酪根的碳、氢元素组成同样存在较大差异,其w(H)/w(C)、w(O)/w(C)通常用作有机质类型判识的手段。不同层段烃源岩代表性样品干酪根的w(H)/w(C)-w(O)/w(C)相关图指示与Tmaxx-IH相似的有机质类型特征,文二段烃源岩有机质类型好于文一段及恩一、二段烃源岩(图2(c))。不同类型干酪根各显微组分组(腐泥组、壳质组、镜质组、惰质组)的相对含量存在较明显的差异,通常以基于显微组分组相对含量计算得到的类型指数(w(TI))划分干酪根有机质类型[28]。文二段烃源岩干酪根显微组分腐泥组与壳质组具有显著的含量优势,w(TI)介于30.6~87.7,平均为53.8,以Ⅱ1-Ⅰ型有机质为主;文一段烃源岩多数以镜质组和惰质组为主,类型指数介于-32.8~24.6,平均为-18.9,指示Ⅱ2-Ⅲ型有机质;恩一、二段烃源岩各显微组分组占比分布宽泛,前者类型指数介于-37.0~37.7,平均为-3.7,后者类型指数介于-100.1~0.40,平均为-23.7,均指示以Ⅱ2-Ⅲ型有机质为主,恩一段少数样品显示Ⅱ1型特征。
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3.3 有机质成熟度
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岩石热解参数Tmax可用于有机质演化程度的快速有效评价。对于湖相烃源岩,前人多将Tmax< 435℃对应于未熟阶段(镜质体反射率Ro < 0.5%)、435℃ <Tmax <455℃对应成熟阶段(0.5%<Ro<1.3%)、Tmax>455℃对应高熟—过熟阶段(Ro>1.3%)[29]。Tmax参数用于评价烃源岩演化程度的有效性受限于样品的有机质丰度,热解烃含量S2参数过低的情况下可能失效。基于当前样品,文昌B凹陷文昌组烃源岩Tmax介于428~453℃,仅个别样品Tmax低于435℃,指示成熟阶段。样品实测Ro介于0.63%~0.75%。文昌C凹陷文昌组烃源岩演化程度低于B凹陷,其Tmax介于428~435℃,绝大多数样品Tmax低于435℃,指示未熟阶段,其样品实测Ro介于0.45%~0.50%。两凹陷文昌组烃源岩样品采集井均位于凹陷边缘,向凹陷深处文昌组烃源岩演化程度增加。文昌B凹陷恩平组烃源岩Tmax介于429~456℃,约40%的样品Tmax小于435℃,指示未熟—成熟阶段,其样品实测Ro介于0.38%~0.97%。
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图2 研究区烃源岩有机碳与热解烃总量、热解最高峰温与氢指数、w(O)/w(C)与w(H)/w(C) 相关图及显微组分相对含量三角图
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Fig.2 Crossplots of TOC versus S1+S2, Tmax versus IH, w(O)/w(C)versus w(H)/w(C)ratios and triangular diagram of relative content of macerals for study area
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4 生烃动力学特征与地质意义
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4.1 热解模拟试验
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基于烃源岩样品有机质丰度与类型的综合评价,针对文二段烃源岩的6件样品进行热解生烃模拟试验及生烃动力学研究。样品分别采集自文昌B凹陷的W1井和文昌C凹陷的W2井(图1),表1详细列出这些样品的深度、丰度、类型与成熟度等信息。在热解生烃模拟试验及生烃动力学研究中,不同的热解升温速率对动力学参数的影响不容忽视。升温速率的设定当前多介于0.1~50℃/min[30],但不同学者采用的升温速率组合多有差异,例如以较低升温速率为主的0.1、0.7和5℃/min的组合[31-32],或以中高升温速率为主的5、15、25℃/min的组合[30],以及兼顾的1、4、15、50℃/min的升温速率组合[33]。已有多项研究证实,依据不同的升温速率组合所获得的生烃动力学参数存在差异[30],但哪种组合的动力学参数更贴近实际地质情况则尚无定论[3,9,34]。
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在样品热解过程中,样品温度的精确测定是岩石热解仪用于生烃动力学研究的关键。早期型号的岩石热解仪热电耦位于热解炉内,当前型号的岩石热解仪(Rock-Eval7)热电耦位于进样杆内,两者均不能直接测定坩埚中样品的实际温度,而是分别由热解炉温、坩埚温度近似代替样品温度。因此过高的升温速率会导致样品实际温度与仪器测定温度的差异增大[2],例如50℃/min的升温速率可能导致样品实际温度比仪器测定温度低2.2℃[30]。较快的升温速率还可能导致分析过程中样品温度不均匀,因此对于生烃动力学的研究,采用相对较小的升温速率(小于等于25℃/min)较为有利[9,35]。然而过小的热解升温速率在热解过程中可能会导致二次反应,而且过低的热解烃产率也不利于动力学参数的计算[34]。Peters等[9]研究发现,不同的升温速率组合中,最大升温速率与最小升温速率的比值(Rr)对动力学参数的影响很大:当Rr > 16时,动力学参数数值的分布集中,即相较于平均值的偏离度小;当Rr < 16时,动力学参数数值分布离散,相较于平均值的偏离度大;据此他们推荐进行3组以上不同升温速率的热解模拟试验,且最大升温速率与最小升温速率的比值要大于等于20。综合考量,以1、5、25℃/min的升温速率开展热解生烃模拟试验。图3展示不同升温速率条件下热解试验的结果:随着升温速率的降低,烃源岩热解烃产量明显减小;不同品质烃源岩各升温速率下的热解烃产量差异同样显著,丰度更高、类型更好的烃源岩显示更高的热解烃产量。
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图3 模拟试验样品不同升温速率下热解结果
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Fig.3 Pyrolysis results of simulation experiment samples at different heating rates
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4.2 生烃动力学特征
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动力学模拟的关键首先在于选择合适的动力学模型。 在烃源岩生烃过程的动力学模拟中,多种反应模型已被应用,包括总包反应、串联反应、连串反应、平行反应等[12-13,33-36]。 广泛的应用实例表明,假定活化能离散分布的平行反应模型最能有效地描述烃源岩有机质初次裂解生烃的动力学过程[13]。 该模型假定烃源岩生烃的一系列平行一级反应具有相同的频率因子 A,各反应的差异主要体现在活化能的离散分布上[13]。 国内多位学者已成功地将这一模型应用于烃源岩生烃动力学参数的计算,证明其实际应用的有效性。 Kinetics 是由美国 Lawrence Livermore 国家实验室开发的一款专业软件,用于动力学研究。 该软件内置多种动力学模型的数学公式,并提供优选模型的方法,极大的简化烃源岩生烃动力学参数的计算过程。 通过使用多组不同升温速率的热解试验数据来计算动力学参数,可以有效避免因单一升温速率差异导致的参数偏差[37]。 通常情况下,包含低、中、高不同升温速率的广泛组合更能准确反映生烃过程中时间和温度的相互补偿效应[9,33]。 采用 1、5、25℃ / min 的升温速率组合热解数据进行动力学参数的计算,并选择活化能离散分布的平行反应模型作为动力学模型。 这一选择基于其广泛的应用和有效性,确保研究结果的准确性和可靠性。
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以样品编号 3 为例,图 4 展示在不同升温速率条件下,热解反应速率和转化率的实测数据与计算数据拟合曲线的对比效果(图中点代表实测数据,曲线代表拟合数据)。 这两者之间的高度匹配表明平行一级反应模型的合理性[1,33]。 随着热解温度的升高,生烃转化率逐渐增大,并且在相同的热解温度下,随着升温速率降低,生烃转化率升高,这反映时间对生烃的影响效应[36]。 应用 Kinetics 软件分别获得文昌 B 与文昌 C 凹陷文二段烃源岩不同样品的生烃动力学参数(表 2)。 各凹陷内不同样品的生烃动力学参数显示出较高的一致性,然而凹陷之间差异却十分明显。 文昌 B 凹陷的文二段烃源岩不同样品的指前因子 A 十分接近,活化能 E 分布在 179. 91~259. 41 kJ/ mol,其中主活化能集中在 213. 38~217. 57 kJ/ mol; 文昌 C 凹陷的文二段烃源岩不同样品的指前因子 A 比较接近,活化能 E 范围为 188. 28~297. 06 kJ/ mol,主活化能位于 225. 94~234. 30 kJ/ mol(表 2)。相较于文昌 C 凹陷,文昌 B 凹陷文二段烃源岩的活化能分布更为集中,主活化能数值更小。 烃源岩母质类型差异是造成生烃动力学参数差异的最主要原因,不同类型的干酪根组成及化学结构不同,导致动力学参数存在差异[36,38]。 从Ⅰ型到Ⅲ型干酪根,活化能分布范围由窄变宽,主活化能占比逐渐降低、数值逐渐增大[38]。 用于生烃动力学研究的烃源岩样品中,文昌 B 凹陷的样品具有更高的平均氢指数值,反映出母质中更高的藻类有机质输入,因此具有分布更为集中、主活化能更小的动力学参数特征。 在沉积盆地中,即使是同一层位的烃源岩,在不同区域和深度也可能展现出截然不同的生烃动力学特征,而通过综合多个样品的平均值来计算动力学参数是提高这些参数准确性和代表性的有效方法[9]。 计算文昌 B 和文昌 C 凹陷不同样品动力学参数的平均值,以此作为各自凹陷中文二段烃源岩的典型动力学参数(图 5)。
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图4 不同升温速率热解反应速率、转化率与热解温度相关图
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Fig.4 Normalized reaction rates and conversion rates of hydrocarbon generation under different heating rates, plotted against pyrolysis temperature
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注:括号内为活化能占比,%。
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目前如何系统地检验动力学参数的可靠性尚没有统一的研究方法。将实际样品的有机质成熟度与通过动力学参数计算的生烃转化率进行对比是一种有效验证方法[34]。通过比较烃源岩实测镜质组反射率Ro与动力学参数计算的生烃转化率来检验动力学参数的可信度。前人多将转化率10%作为生油窗的上限[38],将10%~25%、25%~65%以及65%~90%分别定义为早期生烃阶段、主力生烃阶段以及晚期生烃阶段[20,39]。文昌B凹陷W1井热解模拟试验样品的实测Ro介于0.70%~0.73%,属于成熟阶段早期,而由生烃动力学参数基于凹陷热演化史计算的生烃转化率约为32%,属于主力生烃阶段早期,两者呈现很好的对应关系;文昌C凹陷W2井热解模拟试验样品的实测Ro介于0.45%~0.52%,与基于生烃动力学参数和凹陷热演化史计算的生烃转化率(小于5%)也呈现很好的对应关系。由此表明获得的烃源岩生烃动力学参数是可信的。
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图5 文昌B与文昌C凹陷文二段烃源岩指前因子与活化能分布特征
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Fig.5 Distribution characteristics of pre-exponential factor and activation energy for Wen-2 hydrocarbon source rocks in Wenchang B and Wenchang C sags
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4.3 生烃动力学的地质意义
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通过将试验条件下获得的生烃动力学参数与通用地质升温速率(例如1℃/Ma、3℃/Ma、5℃/Ma)相结合,可以揭示烃源岩生烃速率、转化率与地质温度的复杂关系。图6展示在3℃/Ma的地质升温速率条件下,文昌B与文昌C凹陷文二段烃源岩的生烃速率及转化率与地质温度之间的关系,揭示这2个凹陷中文二段烃源岩独特的生烃特征。首先在生烃速率方面,文昌B凹陷的文二段烃源岩表现出显著高于文昌C凹陷的最大生烃速率。当前数据显示,文昌C凹陷文二段烃源岩的最大生烃速率仅为文昌B凹陷的73.8%(图6);文昌B凹陷的文二段烃源岩达到最大生烃速率所需要的地质温度小于文昌C凹陷,前者为139.7℃,而后者为146.9℃,即文昌B凹陷文二段烃源岩在更早的地质时期进入生烃高峰阶段。其次在转化率方面,以10%~90%作为生烃窗阶段,25%~65%作为主力生烃阶段[20,37]。文昌B凹陷文二段烃源岩的生烃窗对应温度区间为109.1~166.7℃,主力生烃阶段对应温度区间约为130.2~144.5℃;文昌C凹陷文二段烃源岩对应生烃窗温度区间为119.9~175.7℃,主力生烃阶段为135.2~154.1℃。由此可见,在相同的热演化条件下,文昌B凹陷与文昌C凹陷的文二段烃源岩展现出显著不同的生烃演化模式。文昌B凹陷的文二段烃源岩不仅生烃启动得更早,而且达到生烃高峰的时间也更为提前,其最大生烃速率显著高于文昌C凹陷。而文昌C凹陷的文二段烃源岩生烃启动和达到高峰的时间均较晚,且其最大生烃速率较低。尽管文昌B凹陷的文二段烃源岩整体生烃持续时间较长,但其主力生烃阶段相对较短,这表明文昌B凹陷的烃源岩在较短时间内达到较高的生烃效率。
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图6 文昌B与文昌C凹陷文二段烃源岩生烃速率及转化率与地质温度关系
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Fig.6 Hydrocarbon generation rate and conversion rate of Wen-2 hydrocarbon source rocks in Wenchang B and Wenchang C sags in relation to geological temperature
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通过试验条件下获得的生烃动力学参数与研究区实际地质热演化史相结合,可以精确计算烃源岩当前的生烃转化率。通过使用实钻井岩屑样品实测Ro进行校准,厘定文昌B和文昌C凹陷实钻井以及不同虚拟井的埋藏史和热演化史(图7)。结合生烃动力学参数分别对实钻井和不同虚拟井文二段烃源岩当前的生烃转化率进行模拟,并分别绘制顶底面的生烃转化率等值线图(图8)。从生烃转化率模拟结果分析,文昌B凹陷的文二段烃源岩现今生烃转化率显著高于文昌C凹陷。文昌B凹陷东次洼的文二段烃源岩生烃转化率普遍超过90%,表明生烃过程已接近尾声,仅在洼陷周边的构造高部位仍处于生烃阶段;西次洼的文二段烃源岩生烃转化率普遍超过30%,表明处于主力生烃阶段。而文昌C凹陷的文二段烃源岩生烃转化率普遍小于10%,仅在中心埋藏最深的部位进入早期生烃阶段。
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图7 文昌B凹陷W1井和文昌C凹陷W2井埋藏史与热史图
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Fig.7 Burial and thermal history plots for well W1 in Wenchang B sag and well W2 in Wenchang C sag
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导致这种生烃转化率显著差异的原因之一在于两凹陷内文二段烃源岩的埋藏深度差异,根源在于构造演化历史的不同。在神狐组至文二段沉积时期,文昌B与文昌C凹陷属于统一的凹陷格局,由于文一段沉积时期珠三南断裂西段北支的发育,统一的凹陷格局开始分离为文昌B和文昌C 2个独立凹陷。文一段沉积中后期,由于受到挤压应力的作用,文昌B凹陷发生构造反转,而文昌C凹陷遭受抬升剥蚀[25]。恩平组至珠海组沉积时期,珠三南断裂西段北支的强烈活动导致文昌B凹陷接受巨厚沉积,使得文二段烃源岩埋藏深度更深,意味着该区域的烃源岩经历更长时间的高温作用,从而促进有机质的成熟和生烃过程。而文昌C凹陷在文一段沉积晚期经历显著的构造抬升,并在恩平组至珠海组沉积时期基本不接受沉积,这影响该区域烃源岩的热成熟过程(图7)。烃源岩生烃动力学特征的差异也是导致文昌B与文昌C凹陷文二段烃源岩现今生烃转化率差异的重要原因。文昌B凹陷的文二段烃源岩具有更小的活化能分布范围和主活化能,这不仅使得生烃启动更早,而且达到生烃高峰的时间也更为提前。文昌B和文昌C凹陷文二段烃源岩现今生烃转化率的差异是由凹陷构造演化史和烃源岩生烃特征的差异共同造成的。这种差异为未来的油气勘探提供重要信息,即文昌B凹陷东次洼的勘探潜力巨大,重点应在于寻找成熟油气藏,而文昌C凹陷勘探潜力相对较低。未来的油气勘探应根据各区域的生烃阶段和转化率差异进行调整,以便更准确地预测烃源岩的生烃潜力和不同类型油气藏的分布。
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图8 文二段烃源岩顶面和底面生烃转化率等值线
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Fig.8 Contour showing hydrocarbon conversion rates at top and bottom surfaces of Wen-2 hydrocarbon source rock
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5 结论
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(1)珠三坳陷的文昌组二段烃源岩具有较高的有机质丰度和较好的有机质类型,是坳陷内品质最好的烃源岩,而文昌组一段和恩平组烃源岩的有机质丰度和类型相对较差。
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(2)文昌B和文昌C凹陷的文二段烃源岩在生烃动力学参数上表现出显著差异。文昌B凹陷的烃源岩具有较为集中的活化能分布,主要集中在179.91~259.41 kJ/mol,主活化能为213.38~217.57 kJ/mol,而文昌C凹陷的烃源岩活化能分布较广,介于188.28~297.06 kJ/mol,主活化能为225.94~234.30 kJ/mol。
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(3)文昌B和文昌C凹陷的文二段烃源岩在生烃特征和生烃转化率上存在显著差异。文昌B凹陷的烃源岩在相同的热演化条件下表现出更早的生烃启动和更高的生烃速率,其生烃转化率普遍较高,尤其是在东次洼区域,生烃转化率超过90%。而文昌C凹陷的烃源岩生烃启动和达到高峰的时间均较晚,生烃转化率普遍较低,仅在中心埋藏最深的部位进入早期生烃阶段。这种差异主要是由于2个凹陷的构造演化历史和烃源岩生烃特征的不同所导致。
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参考文献
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摘要
通过烃源岩有机质丰度、类型和成熟度评价分析,借助岩石热解仪和Kinetics动力学软件获取文昌组二段优质烃源岩的生烃动力学参数,并分别结合通用地质升温速率和凹陷埋藏史与热演化史明确生烃特征和生烃转化率。结果表明:珠三坳陷不同凹陷的文昌组二段烃源岩在生烃动力学参数和生烃特征上存在显著差异;文昌B凹陷的烃源岩活化能分布集中(179.91~259.41kJ/mol)且主活化能较低(213.38~217.57 kJ/mol),生烃启动早,高峰提前,最大生烃速率高,而文昌C凹陷活化能范围更宽(188.28~297.06 kJ/mol)且主活化能更高(225.94~234.30 kJ/mol),生烃启动和高峰均较晚,最大生烃速率较低;文昌B凹陷的烃源岩现今转化率显著高于文昌C凹陷,分别为东次洼超过90%和西次洼超过30%,而文昌C凹陷普遍小于10%;现今转化率的差异主要由凹陷构造演化史和烃源岩生烃特征共同造成,对未来油气勘探具有重要指导意义,特别是文昌B凹陷东次洼的成熟油气藏勘探潜力较大,而文昌C凹陷勘探潜力相对较低。
Abstract
By analyzing the abundance, type and maturity of source rock organic matter, and utilizing rock pyrolysis instruments and Kinetics software, the hydrocarbon generation kinetic parameters of high-quality source rocks in the second section of the Wenchang Formation were obtained. These parameters were then integrated with typical geological heating rates as well as the burial and thermal evolution history of the depressions to clarify hydrocarbon generation characteristics and conversion rates. The results show that significant differences exist in the kinetic parameters and hydrocarbon generation characteristics of the second section of the Wenchang Formation across different sags of the Zhu Ⅲ depression. In Wenchang B sag, the activation energy distribution is relatively narrow (179.91-259.41 kJ/mol), with a lower main activation energy (213.38-217.57 kJ/mol). Hydrocarbon generation begins earlier, reaches its peak sooner, and exhibits a higher maximum generation rate. In contrast, source rocks in Wenchang C sag have a wider activation energy range (188.28-297.06 kJ/mol) and a higher main activation energy (225.94-234.30 kJ/mol), resulting in later initiation and peak of hydrocarbon generation, and a lower maximum generation rate. At present, hydrocarbon conversion rates of the Wenchang B sag source rocks are significantly higher than those of the Wenchang C sag, with rates exceeding 90% in the eastern sub-sag and 30% in the western sub-sag, while those in the Wenchang C sag generally remain below 10%. These differences in current conversion rates are mainly attributed to the combined effects of sag structural evolution and source rock hydrocarbon generation characteristics, which have significant implications for future oil and gas exploration. In particular, the eastern sub-sag of the Wenchang B sag shows substantial potential for mature oil and gas reservoir exploration , while the Wenchang C sag has relatively limited potential.