準噶爾盆地熱演化模擬

準噶爾盆地熱演化模擬

新疆北部是新疆的一個富有勘探前景的含油氣盆地。它是在晚古生代以來發(fā)育在古老結(jié)晶地塊和部分海西褶皺基底上的大型疊合盆地,可分為烏倫古坳陷、陸梁隆起、克拉瑪依—夏禾斷裂帶(以下稱克夏斷裂帶)區(qū)、中央坳陷、南緣地區(qū)和東部隆起區(qū)等6個主要構(gòu)造單元(圖1)。盆地現(xiàn)今的熱狀況和熱歷史不僅是研究盆地內(nèi)烴源巖生烴狀態(tài)、油氣運聚的重要參數(shù),也是盆地構(gòu)造演化過程的客觀反映。準噶爾盆地是個典型的低溫型盆地,平均僅為22.6℃/km(王鈞等,1990;劉國壁等,1992;WangShejiaoetal.,2000;邱楠生等,2001)。盆地的古地溫演化與構(gòu)造演化密切相關(guān),因此,盆地內(nèi)不同構(gòu)造單元有不同的溫度演化模式。周中毅等(1992)曾利用古溫標進行計算,研究了盆地部分地區(qū)的地溫演化。本文主要是利用鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)和磷灰石裂變徑跡參數(shù)系統(tǒng)地對盆地熱歷史進行研究,得到了盆地主要構(gòu)造單元的地溫演化狀況,為盆地的資源評價和構(gòu)造演化研究提供地熱參數(shù)。1方法和模擬參數(shù)(1)盆地內(nèi)地層的熱歷史有許多恢復沉積盆地熱歷史的方法。在沉積盆地的尺度上,熱演化歷史的研究一般常用各種古溫標來恢復。雖然古溫標的種類繁多,但利用古溫標進行熱歷史重建的基本方法主要有隨機反演法、古地溫梯度法和古熱流法(胡圣標等,1998)。本文采用古地溫梯度的恢復方法是利用鏡質(zhì)體反射率和磷灰石裂變徑跡作為古溫標進行模擬計算。盆地內(nèi)地層的埋藏史可通過現(xiàn)今的殘留厚度利用回剝技術(shù)得到,而剝蝕厚度的確定是地史恢復的關(guān)鍵。一般情況下,盆地內(nèi)地層的熱歷史主要受地層的埋藏史、盆地底部的熱流史、地層熱物理性質(zhì)參數(shù)的變化(熱導率、生熱率等)和快速沉積/剝蝕情況下的非穩(wěn)態(tài)熱效應(yīng)等4個因素的控制(胡圣標等,1999)。地層中的古溫標間接地記錄了地層的埋藏史和盆地的熱歷史,因此可以用古溫標來恢復盆地的熱歷史。模擬熱史所采用的模型為EASY%Ro模型(SweeneyandBurnham,1990)和磷灰石裂變徑跡退火的扇形模型(Duddyetal.,1988)。沉積埋藏史和熱歷史模擬中所用的基本參數(shù)選取:1)砂泥巖的初始孔隙度和壓實系數(shù)采用盆地各構(gòu)造單元的代表值;2)巖石熱導率值(K)、生熱率值和盆地現(xiàn)今地溫梯度等參數(shù)為邱楠生等(2001)的研究成果;3)古溫標中磷灰石裂變徑跡為6口井的實際測量數(shù)據(jù),鏡質(zhì)體反射率大部分為油田的測試數(shù)據(jù),本研究補測了部分樣品;4)模擬中地表溫度取10℃并假定地質(zhì)歷史中的地表溫度不變。(2)兩種方法對比的結(jié)果在對單井的熱歷史模擬過程中,不同的古溫標和不同的模擬方法得到的結(jié)果有可能會有差異。為了比較本文所采用的2種模擬方法所得結(jié)果的差異,分別利用鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)和磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)模擬盆參2井的地溫演化(圖2)。兩者的結(jié)果稍有差異,但仍是比較一致的,說明用磷灰石裂變徑跡方法模擬古地溫在該區(qū)是可行的。如果能將鏡質(zhì)體反射率模型和磷灰石裂變徑跡模型結(jié)合起來,則能更好地模擬古地溫的演化狀況。在有數(shù)據(jù)的情況下,正是將兩者結(jié)合起來模擬計算地溫演化,因此得到的古溫度演化比較客觀和可靠。2不同構(gòu)造單元的地溫分布(1)主要構(gòu)造單元的古地溫梯度模擬根據(jù)現(xiàn)有資料模擬了全盆地范圍內(nèi)60口井的古地溫演化狀況(模擬井位見圖1)。根據(jù)單井模擬結(jié)果的平均值得到各主要構(gòu)造單元的地溫梯度演化,再由各構(gòu)造單元的地溫演化綜合平均得到準噶爾盆地的地溫演化情況(圖3)。所研究的6個構(gòu)造單元中,模擬井數(shù)也不盡相同。其中,烏倫古坳陷和盆地南緣地區(qū)模擬井數(shù)最少,中央坳陷和陸梁隆起的模擬井較多,克夏斷裂帶區(qū)和東部隆起區(qū)模擬井最多。根據(jù)上述各構(gòu)造單元的地溫演化情況,可以看出盆地的地溫演化與地質(zhì)構(gòu)造演化密切相關(guān),隨地質(zhì)歷史的演化是逐漸減小的。準噶爾盆地在石炭紀末期的地溫梯度較高,達43.3℃/km,二疊紀末減小為36.3℃/km,三疊紀末為33.8℃/km,侏羅紀末為28.4℃/km,白堊紀末為24.8℃/km,第三紀末與現(xiàn)今相似,為22.8℃/km。各構(gòu)造單元的地溫演化不同(圖3),東部和腹部的地溫在整個地質(zhì)歷史時期都比較高,南緣的最低。(2)主要構(gòu)造運動時期的熱演化盆地發(fā)生過3期大的構(gòu)造運動:二疊紀的晚海西運動、中生代的印支—燕山運動和新生代的喜馬拉雅運動,前兩期運動對盆地地溫演化起著重要的作用。從各期構(gòu)造運動的代表性地溫梯度的分布圖上,可以看出各構(gòu)造運動時期準噶爾盆地的地溫及其演化的差異(圖4、圖5和圖6)。石炭紀末(距今290Ma)盆地的地溫梯度較高,大于38℃/km,最高可達50℃/km以上。該時期由于巖漿活動較強烈,導致地溫較高。地溫梯度最高處在陸梁隆起的石西1井區(qū)和東部隆起的彩參1井區(qū),地溫梯度均達到50℃/km以上。烏倫古坳陷的地溫也較高,盆地的南緣和西北部地溫相對較低(圖4)。到了二疊紀末(距今245Ma),盆地的地溫梯度在30～45℃/km,大部分在36～38℃/km之間。整個晚古生代時期,受晚海西運動的影響,盆地尤其是盆邊斷裂活動強烈,火山活動頻繁,導致了較高的地溫梯度。中生代印支—燕山運動時期,盆地沉積基底基本上比較平緩,開始形成統(tǒng)一的沉積盆地,其沉降、沉積中心主要位于中央坳陷和北天山山前坳陷,構(gòu)造活動不甚強烈。早三疊世時期,地溫的分布與晚二疊世時期的基本相同;到了晚三疊世,地溫有所下降,盆地的地溫梯度在31～39℃/km,大部分在33～37℃/km之間。侏羅紀末(距今145Ma)盆地的平均地溫在24.5～33.5℃/km之間,在南緣地溫較低為21.5～27.5℃/km,盆地最高地溫分布區(qū)仍在陸梁隆起南部和中央坳陷北部及東部地區(qū)(圖5)。白堊紀以后盆地的地溫下降較大,到了白堊紀末(65Ma)地溫梯度為19.5～28.5℃/km,南緣和烏倫古坳陷是全盆地的低溫區(qū),東部地區(qū)為高溫區(qū)(圖6)。新生代時期,受喜馬拉雅運動的影響,天山褶皺帶快速大幅度隆升,盆地南緣急劇沉降,接受了巨厚的新生代沉積,形成了北天山山前的新生代凹陷。早第三紀的平均地溫梯度為19.5～28℃/km。喜馬拉雅運動對盆地地溫的影響不大,第三紀以來地溫梯度略有降低,已與現(xiàn)今的地溫梯度接近(圖6)。3不同地質(zhì)時期的地溫演化準噶爾盆地具有穩(wěn)定的克拉通基底,地殼厚44～46km。巖石圈的P波速度顯示,高溫低阻層埋藏較深(約30～40km),厚9～10km;上地幔高導層深度達130km以上,由此控制了盆地相對均一的低地溫分布。因此,準噶爾地區(qū)較大的地殼厚度、低速層埋深較大及穩(wěn)定的陸塊基底等地球動力學背景決定了盆地的低熱狀態(tài)。本文利用鏡質(zhì)體反射率和磷灰石裂變徑跡等古溫標對盆地的地溫演化進行了系統(tǒng)的分析,根據(jù)60個點的單井模擬結(jié)果得到了盆地主要構(gòu)造單元的地溫梯度演化及主要構(gòu)造運動時期的地溫演化情況,可小結(jié)如下。(1)準噶爾盆地是現(xiàn)今地溫較低的沉積盆地,受構(gòu)造運動的影響,各地質(zhì)歷史時期地溫的演化不同,盆地的古地溫較現(xiàn)今地溫高。特別是在古生代和三疊紀時期,地溫梯度可以達到很高,盆地地溫梯度隨地質(zhì)歷史的演化是逐漸減小的。石炭紀時廣泛的火山活動導致了盆地很高的熱流和地溫梯度值。(2)盆地地質(zhì)歷史時期的相對高溫區(qū)在不同的地質(zhì)歷史時期有差異,石炭紀末期地溫梯度最大處在現(xiàn)今陸梁隆起的位置,其次是在克拉美麗山前;二疊紀時期盆地的最高地溫梯度在現(xiàn)今的烏倫古坳陷部位;中-新生代時,高地溫梯度主要分布于盆地中央的陸梁隆起南部、中央坳陷的北部及克拉美麗山前現(xiàn)今盆地東部隆起區(qū)的彩參1、彩參2井區(qū),這可能與古生代時期分布于盆地中央的隆起及古生代火山巖系有關(guān)。三疊紀以后,盆地整體處于坳陷狀態(tài),盆地由原來隆起、坳陷分割的局面逐漸形成統(tǒng)一的坳陷。因此,三疊紀以后盆地的地溫格局基本形成,但盆地南緣東、西兩段還存在地溫演化的差異,這種差異直到白堊紀以后才消失。(3)盆地的地溫梯度除與構(gòu)造活動有關(guān)外,還與沉積層的壓實情況及其相應(yīng)的巖石熱導率有關(guān)。在我們所用的熱史模擬軟件中,考慮了巖石壓實情況及其熱導率對地溫梯度的影響,模擬所得到的地溫梯度是各時期地表