江汉盆地南部热史与下志留统海相烃源岩成熟度演化研究

书书书第５３卷第１２期２０１０年１２月地　球　物　理　学　报ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．５３，Ｎｏ．１２Ｄｅｃ．，２０１０李宗星，赵　平，孙占学等．江汉盆地南部热史与下志留统海相烃源岩成熟度演化研究．地球物理学报，２０１０，５３（１２）：２９１８～２９２８，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１０．１２．０１５ＬｉＺＸ，ＺｈａｏＰ，ＳｕｎＺＸ，ｅｔａｌ．ＡｓｔｕｄｙｏｎｍａｔｕｒｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎｍａｒｉｎｅｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓａｎｄｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎＪｉａｎｇｈａｎｂａｓｉｎ．犆犺犻狀犲狊犲犑．犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２０１０，５３（１２）：２９１８～２９２８，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１０．１２．０１５江汉盆地南部热史与下志留统海相烃源岩成熟度演化研究李宗星１，２，赵　平１，孙占学３，袁玉松４，赵永庆５１中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院工程地质力学重点实验室，北京　１０００２９２中国科学院研究生院，北京　１０００４９３东华理工大学，江西抚州　３４４０００４中国石油化工股份有限公司石油勘探开发科学研究院，北京　１０００８３５中国石油化工股份有限公司南方勘探分公司，成都　６１００４１摘　要　应用含油气盆地热史模拟系统，对江汉盆地南部的钻井资料进行了模拟计算，恢复了研究区的热史和埋藏史．在此基础上，正演了下志留统烃源岩成熟度的演化史．研究结果表明，江汉盆地在印支期（２４０Ｍａ）以前处于稳定的低热流（５０～５５ｍＷ／ｍ２）状态，印支期后热流开始整体升高．潜北断裂以北地区的热流在中燕山期（１５５Ｍａ）达到峰值（～７２ｍＷ／ｍ２），断裂以南的热流在晚燕山期（４０Ｍａ）达到峰值（～７６ｍＷ／ｍ２）．晚喜山期后，整个研究区的热流快速下降，盆地开始冷却．早三叠世末，下志留统烃源岩在枝江、当阳、沔阳凹陷一带率先进入生油门限，早侏罗世至早白垩世末烃源岩进入快速增熟期，成熟度具有北高南低的特征．晚白垩世末，烃源岩热演化特征表现为东强西弱．到了新近纪末，烃源岩热演化终止．研究区热史恢复和下志留统烃源岩成熟度演化的研究为合理评估烃源岩生烃量、排烃量和油气资源量提供了科学依据．关键词　热史，烃源岩成熟度，下志留统，江汉盆地ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１０．１２．０１５中图分类号　Ｐ６３１收稿日期２００９０４０６，２００９０５２８收修定稿基金项目　中石化海相前瞻性研究项目“中国陆域海相沉积盆地热体制与油气资源潜力”（２００７ＣＢ４１１７０４）资助．作者简介　李宗星，男，１９８２年生，博士研究生，构造地质学专业，主要从事沉积盆地热史和烃源岩热演化方面的研究．Ｅｍａｉｌ：[e-mail]通讯作者　赵　平，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]犃狊狋狌犱狔狅狀犿犪狋狌狉犻狋狔犲狏狅犾狌狋犻狅狀狅犳犔狅狑犲狉犛犻犾狌狉犻犪狀犿犪狉犻狀犲犺狔犱狉狅犮犪狉犫狅狀狊狅狌狉犮犲狉狅犮犽狊犪狀犱狋犺犲狉犿犪犾犺犻狊狋狅狉狔犻狀狋犺犲狊狅狌狋犺犲狉狀犑犻犪狀犵犺犪狀犫犪狊犻狀ＬＩＺｏｎｇＸｉｎｇ１，２，ＺＨＡＯＰｉｎｇ１，ＳＵＮＺｈａｎＸｕｅ３，ＹＵＡＮＹｕＳｏｎｇ４，ＺＨＡＯＹｏｎｇＱｉｎｇ５１犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犌犲狅犿犲犮犺犪狀犻犮狊，犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌犲狅犾狅犵狔犪狀犱犌犲狅狆犺狔狊犻犮狊，　犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００２９，犆犺犻狀犪２犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００４９，犆犺犻狀犪３犈犪狊狋犆犺犻狀犪犆狅犾犾犲犵犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犉狌狕犺狅狌，犑犻犪狀犵狓犻３４４０００，犆犺犻狀犪４犈狓狆犾狅狉犪狋犻狅狀犪狀犱犘狉狅犱狌犮狋犻狅狀犚犲狊犲犪狉犮犺犐狀狊狋犻狋狌狋犲，犛犐犖犗犘犈犆，犅犲犻犼犻狀犵１０００８３，犆犺犻狀犪５犈狓狆犾狅狉犪狋犻狅狀犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犛狅狌狋犺犆狅犿狆犪狀狔狅犳犘狉狅狊狆犲犮狋犻狀犵，犛犐犖犗犘犈犆，犆犺犲狀犵犱狌６１００４１，犆犺犻狀犪犃犫狊狋狉犪犮狋　ＴｈｅｄａｔａｆｒｏｍｔｙｐｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎＪｉａｎｇｈａｎｂａｓｉｎｗｅｒｅｍｏｄｅｌｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅ　１２期李宗星等：江汉盆地南部热史与下志留统海相烃源岩成熟度演化研究ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｂｅａｒｉｎｇｂａｓｉｎ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｂｕｒｉａｌｈｉｓｔｏｒｙｗｅｒｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙ，ｍａｔｕｒｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｗａｓｍｏｄｅｌｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂａｓｉｎｗａｓｉｎａｓｔａｂｌｅｓｔａｇｅｂｅｆｏｒｅＩｎｄｏｓｉｎｉａｎｍｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｐａｌｅｏｈｅａｔｆｌｏｗｗａｓｂｅｔｗｅｅｎ５０ｍＷ／ｍ２ａｎｄ５５ｍＷ／ｍ２．ＡｆｔｅｒＩｎｄｏｓｉｎｉａｎｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅｈｅａｔｆｌｏｗｗａｓｅｌｅｖａｔｅｄｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｂａｓｉｎ．ＩｎＹａｎｓｈａｎｐｅｒｉｏｄ（１５５Ｍａｏｒｓｏ），Ｔｈｅｈｅａｔｆｌｏｗｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｉｒｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｓｏｆ～７２ｍＷ／ｍ２ａｔ１５５ＭａｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｏｆｔｈｅＱｉａｎｂｅｉＦａｕｌｔ，Ｔｈｅｈｅａｔｆｌｏｗｓｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｉｒｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｓｏｆ～７６ｍＷ／ｍ２ａｔ４０ＭａｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｏｆｔｈｅＱｉａｎｂｅｉＦａｕｌｔ．ＳｉｎｃｅｔｈｅｌａｔｅＨｉｍａｌａｙａｎｅｐｏｃｈ，ｔｈｅＪｉａｎｇｈａｎｂａｓｉｎｗａｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏａｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｗｉｔｈｅｒｉｎｇｐｅｒｉｏｄａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄｂｙａｃｏｏｌｉｎｇｅｐｉｓｏｄｅ．ＩｎｅａｒｌｙＴｒｉａｓｓｉｃ，ｔｈｅｍａｔｕｒｉｔｙｏｆｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｎＺｈｉｊｉａｎｇ，ＤａｎｇｙａｎｇａｎｄＭｉａｎｙａｎｇｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎａｒｅａｆｉｒｓｔｒｅａｃｈｅｄｏｉｌｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，ｔｈｅｍａｔｕｒｉｔｙｏｆｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｒａｐｉｄｌｙｄｕｒｉｎｇｅａｒｌｙＪｕｒａｓｓｉｃｔｏｅａｒｌｙＣｒｅｔａｃｅｏｕｓ．ＴｈｅｍａｔｕｒｉｔｙｗａｓｈｉｇｈｅｒｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｏｆｔｈｅＱｉａｎｂｅｉＦａｕｌｔｔｈａｎｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｏｆｔｈｅＱｉａｎｂｅｉＦａｕｌｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｉｎＬａｔｅＣｒｅｔａｃｅｏｕｓ，ｔｈｅｍａｔｕｒｉｔｙｏｆｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｎｔｈｅｅａｓｔａｒｅａｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｉｎｔｈｅｗｅｓｔａｒｅａ．ＴｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｔｅｒｍｉｎａｔｅｄｉｎｔｈｅｌａｔｅｒＮｅｏｇｅｎｅ．ＴｈｅｈｅａｔｆｌｏｗｈｉｓｔｏｒｙａｎｄＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｍａｔｕｒｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｄａｔａｆｏｒｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｕｌｓｉｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊　Ｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙ，Ｍａｔｕｒｉｔｙｏｆｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎ，Ｊｉａｎｇｈａｎｂａｓｉｎ１　引　言前新生代海相残留盆地是中国油气勘探二次创业的主要方向［１，２］．江汉盆地南部（图１）的海相地层以高热演化、多期构造运动叠加为特点，盆地热史和烃源岩成熟度演化史已经成为该地区油气勘探的重要研究内容．在江汉盆地的热史恢复方面，前人以犚狅为古温度计反演热史做过一些工作［３］，但犚狅值只能记录最高古温度，最高古温度以前的热史利用此方法是不能恢复的．针对这种情况，作者采用赵长煜等（２０１０）的最新研究资料［４］，恢复了古生代及其以前的古热流，并利用犚狅古温度、磷灰石裂变径迹数据恢复了江汉盆地自古生代以来的热流史．江汉盆地南部发育着上震旦统、下寒武统、下志留统和二叠系四套烃源岩（图２）［５］．上震旦统和下寒武统烃源岩的分布面积较小，埋藏较深、厚度薄，１）王正元，旷理雄．江汉探区油气资源评价．江汉石油管理局科研报告，２０００油气勘探潜力小１）．相比之下，下志留统和二叠系烃源岩的分布面积较大，埋藏较浅，地表可见十余处油苗，井下有良好的油气显示，在区域油气勘探中占有十分重要的地位．前人对二叠系烃源岩成熟度演化已做过系统研究［６］，但是对下志留统烃源岩成熟度演化的研究亟待深入．江汉盆地南部钻井数量较少，分布不均，潜北断裂以北的钻井很少钻遇志留系．因此，作者结合现有的９７条地震剖面以及大量的钻井分层数据、有机地球化学数据等资料，利用美国ＰＲＡ公司的Ｂａｓｉｎｍｏｄ１Ｄ和Ｂａｓｉｎｖｉｅｗ软件对下志留统烃源岩成熟度演化规律进行了探讨，这对江汉盆地油气勘探具有重要的指导意义．２　区域地质概况江汉盆地南部位于团凤麻城断裂以西、黄陵背斜以东，南北分别以江南断裂和襄广断裂为界，属于中古生界海相油气勘探领域．研究区可进一步划分为黄陵背斜、宜都鹤峰复背斜、当阳复向斜、乐乡关潜江复背斜、沉湖土地堂复向斜、巴洪冲断背斜带和崇阳通山冲断背斜带等七个次级构造单元．因实测资料所限，作者只研究了图１虚线框内的勘探区域．晋宁事件期间，江汉盆地构建了前震旦系的变质基底．在此基础上，进一步发育了加里东期（ＺＯ１）和海西早印支期（Ｄ２Ｔ２）两个世代的被动大陆边缘盆地，以及晚加里东期（ＯＳ）与晚印支早燕山期（Ｔ３Ｊ１２）的两期前陆盆地．中燕山期桐柏碰撞造山带和九岭雪峰基底折离造山带陆内造山运动的强烈挤压、逆冲推覆活动，改造并破坏了两个世９１９２地球物理学报（ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．）５３卷　图１　江汉盆地南部构造分区和地震剖面分布图Ｆｉｇ．１　ＳｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｕｎｉｔｓａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｅｉｓｍｉｃｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎＪｉａｎｇｈａｎｂａｓｉｎ图２　江汉盆地南部区域构造剖面图Ｆｉｇ．２　ＴｅｃｔｏｎｉｃｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎＪｉａｎｇｈａｎｂａｓｉｎ代的原型大陆边缘盆地和前陆盆地，使其成为构造残留盆地．晚燕山早喜山期的构造体制反转为伸展盆地，叠加了大型Ｋ２Ｅ的断陷盆地和ＮＱ的拗陷盆地［７～１３］．盆地南部发育上震旦统、下寒武统、下志留统和二叠系四套烃源岩．下志留统烃源岩为一套浅海沉积广海陆棚相的碎屑岩沉积，烃源岩以碳质页岩、深灰色泥页岩为主，分布面积为３２４００ｋｍ２，厚度为２３．６～１３９．７ｍ，平均厚度为６８．９ｍ，有机碳含量在０．６％～１．２％之间，沥青“Ａ”含量为０．０１１９％，碳同位素分布在－２８．１７‰～－２９．１５‰，平均值为－２８．８５‰，属于典型的Ⅰ型．下志留统烃源岩的犚狅值介于０．６６％～３．３７％，以当阳地区的演化程度为最高，属于过成熟中晚期．其次是沉湖地区、崇阳地区，以乐乡关潜江复背斜的成熟度为最低，其犚狅值普遍小于１．５％，属于高成熟过成熟早期阶段．盆地烃源岩的生烃强度一般为（１０．０～３０．０）×１０８ｍ３／ｋｍ２，当阳地区最高，沉湖地区次之［６，１４～１６］．３　热史恢复研究３．１　原理及方法在盆地尺度上，可利用各种古温度计（如犚狅、磷灰石裂变径迹、粘土矿物等）重建热史［１７～２０］．根