岔路河断陷是中国吉林省伊通盆地的一部分,是伊通盆地中的3个含油气断陷(岔路河断陷、鹿乡断陷和莫里青断陷)之一。该断陷又可划分为万昌隆起、波-太凹陷、新安堡凹陷、梁家隆起、孤店斜坡等5个次一级构造单元。岔路河断陷磷灰石裂变径迹分析和数值模拟结果揭示,自渐新世(距今约36.6 Ma)开始,岔路河断陷经历了24.9-19.1 Ma和6.9-4.9 Ma两次隆升,且从21.8 Ma至现今,平均剥蚀率约为70.34。热年代学分析结果也得到了地球动力学、火山活动和地层划分与对比等证据的支持。钻井、测井和古生物学研究表明,岔路河断陷自始新世至第四纪沉积了七套地层,并且可见前第三纪基底白垩系和侏罗系零星出露。岔路河断陷北部沉积物的厚度较大,向南部逐渐减小。沉积物总厚度介于2000-6000 m之间。迄今为止,岔路河断陷已钻井50余口,但断陷油气勘探尚未取得重大突破,仅有局部油气发现和显示。相比之下,在伊通盆地西南部的鹿乡断陷和莫里青断陷中发现了莫里青和长春油田,其石油储量达3317×10~4t,天然气储量达13.29×10~8 m~3。岔路河断陷与其邻近的鹿乡断陷和莫里青断陷具有相似的新生代沉积与构造背景。同时,岔路河断陷内烃源岩分布广,油气成藏条件较好,表明其具有较大的油气勘探开发潜力,是伊通盆地未来油气勘探的主要领域。本次研究的主要目的是通过油气地质分析和盆地模拟,综合评价岔路河断陷的成藏地质条件,重建成藏演化过程,以提高勘探成功率,发现商业性油气藏,降低勘探成本。论文首先开展了对岔路河断陷烃源岩的评价,主要包括暗色页岩厚度、有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度评价。同时,重建了古热流和古地温演化,为恢复岔路河断陷烃源岩热成熟历史和生排烃历史奠定基础。在盆地形成和扩张期间,断陷内沉积充填了较厚的碎屑沉积物。现有资料揭示,岔路河断陷纵向上发育始新统双阳组、奢岭组、永吉组三套烃源岩系,岩性以暗色泥岩为主。不同烃源岩系的暗色泥岩厚度占地层厚度的比率存在差异:奢岭组横向变化相对最大,双阳组变化相对较小,永吉组暗色泥岩厚度占地层厚度的比率最高,且分布较稳定。总体上,地层中暗色泥岩的累计厚度为0.5m~441m,大部分地层中暗色泥岩厚度占地层总厚度的50%以上,其中以永吉组最高,达60%以上。岔路河断陷奢岭组、双阳组、永吉组暗色泥岩有机碳含量多在0.6-1.0%之间,少数可达1.0-2.0%,主要为中等-好烃源岩。岩石热解资料揭示,岔路河断陷烃源岩有机质类型以Ⅱ₁和Ⅱ₂为主,其中,永吉组有机质类型主要为Ⅱ₂型,Ⅱ₁型也占一定的比例,Ⅰ、Ⅲ型很少;奢岭组有机质类型主要为Ⅱ₁、Ⅱ₂型;双阳组有机质类型主要为Ⅱ₂型;推测其有机质主要来源于湖相浮游植物和陆地高等植物,具有很好的生油和产气潜力。伊通盆地岔路河断陷万昌构造带内共发育6套砂岩储层:双阳组一、二、三段,万昌组一段,奢岭组一段及永吉组一段。基于孔隙度,可将研究区储层分为超低孔(孔隙度0%-5%),低孔(孔隙度5%-10%),中孔(孔隙度10%-15%),高孔(孔隙度15%-20%),超高孔(孔隙度20%-25%)等5种类型。岔路河断陷储层渗透率总体较低,且各层渗透率随深度的增加而降低。其中,万昌组一段平均渗透率约2.0×10^-3um~2,奢岭组一段平均渗透率约3.1×10^-3um~2,双阳组一、二段平均渗透率为10.1×10^-3um~2,双阳组二、三段平均渗透率为1.2×10^-~3um~2,永吉组一段平均渗透率约8.9×10^-3um~2。岔路河断陷砂岩储层在埋藏过程中经历了复杂的演化过程。成岩作用主要包括机械压实作用、硅质胶结作用、碳酸盐交代作用、粘土矿物的沉积转化和溶解作用。总体评价双阳组、奢岭组、永吉组不仅储集条件良好,生烃条件也较为优越,其大多发育在盆地中部,主要为三角洲相和深湖相沉积。区内中央隆起带发育一条平面上呈近东西向延伸、长约12km向北倾斜的张扭性断层,推测其构造应力的释放使该区储层物性优于周边斜坡带。然而,由于该断层切穿了区内储层和盖层,破坏了已有的油气藏。周边斜坡带的储层物性以中孔隙度和低渗透率为主,优于中央隆起带。研究区的盖层岩性主要为泥岩,包括始新统双阳组、奢岭组和永吉组及上覆渐新统齐家组四套区域盖层。综合分析表明,虽然岔路河断陷含油气系统在局部地区遭受了构造破坏,但总体上具有较好的生储盖配置关系,油气勘探潜力大。本次研究基于Tmax换算的镜质组反射率值以及BHT和热解Tmax值对盆地模拟模型进行了校准,同时,利用包裹体测试资料计算出的镜质组反射率为验证盆地热史模拟的准确性提供一种额外的方法。为评价研究区否具备适合于商业勘探的烃类生成、运移和聚集条件,本次研究利用Basin Mod 1D和2D以及Trinity软件对成藏过程进行了模拟重建。其中,利用Platte River Associates Inc.开发的Basin Mod 1D 2000软件对埋藏史、热史和烃源岩成熟史进行了恢复,基于地球化学、测井和相关地质数据建立了四口单井(万参1、昌25、昌7和昌8)模型,以评估研究区油气的生成潜力。1D模拟的主要输入参数包括年代地层、沉积年龄、地质事件、地层今厚度、剥蚀厚度、地层岩性组成、干酪根类型和生烃动力学模型及相关地球化学参数,如原始TOC%等,同时通过四口井实测的镜质体反射率和井底温度(BHT)来校准模拟结果。Basin Mod 2D的输入数据包括1D井数据、地震剖面(测线2、5、7)、地理坐标、包括断层在内的所有数据的参考位置、各层的名称和年龄范围、岩层内的岩相岩性特征等。Basin View的输入参数是Basin Mod 1D中得出的瞬态热流值。采用Trinity软件进行盆地尺度的烃源岩成熟度建模,并建立了三维流体势模型。Trinity是一款基于图形的多用途交互式石油系统分析和勘探风险工具包,旨在快速整合地震解释数据和其他地质数据,将地质历史与油气生成和运移相结合,以量化关键参数,并为油气勘探前景分析和重点区块探索提供参考。Trinity中其他需要的输入参数,如氢指数(HI)、总有机物碳含量(TOC)、盖层顶部封闭能力、估算的地温梯度和热流数据以及构造图等均可从区域数据库中获得。借鉴Feng等(2009)的研究成果,岔路河断陷的三个重要成藏期分别为晚始新世至中渐新世(距今约29 Ma)、早中新世(距今约10 Ma)和第四纪(0Ma)。石油地质分析和盆地模拟结果表明,是根据由生热史模型计算得出的研究区热流平均值为71.8 mw/m~2;在4口模拟单井中,昌25井和昌8井双阳组烃源岩的生烃率相对最高,分别为132.32(油:39.49,气:92.83)mg/g TOC和116.1(油:35.85,气:80.25)mg/g TOC,且双阳组烃源岩的生烃率均高于奢岭组烃源岩的生烃率,永吉组烃源岩的生烃率相对最低。在排烃率上,昌25井双阳组烃源岩的排烃率最高,达97.16(油:25,气:72.16)mg/g TOC,其次是昌8井、昌7井和万参1井,分别为92.57(油:28.31,气:64.26)mg/g TOC、67.11(油:20.94,气:46.17)mg/g TOC和32.06(油:10.04,气:22.02)mg/g TOC;层位上,各单井均表现为双阳组烃源岩的排烃率高于奢岭组,永吉组烃源岩的排烃率相对最低。目前在模拟4口井所处的局部构造(油气藏)中也尚未发现来源于永吉组烃源岩生成、排出的油气。二维模拟结果表明,双阳组和奢领组两套烃源岩从北西到东南的整个研究区域内都已成熟生成油气,镜质组反射率Ro平均为1.02%。区域上,以波-太凹陷烃源岩的生烃能力最强;层位上,双阳组烃源岩的成熟度相对最高,全部进入了生油窗,并有部分进入了生气高峰期,奢领组烃源岩主要处于生油窗。岔路河断陷平面流体势分布呈西北高、东南低的趋势,即凹陷附近流体势较高,东南隆起部位的流体势相对较低。总之,岔路河断陷具备了油气地质条件优越,曾发生了油气生成、运移、聚集成藏过程,勘探前景广阔。