复杂结构的烃类流体模型

1、复杂结构中的烃类流体模型（麦肯齐市盆地，加拿大）摘要位于加拿大西北北极的麦肯齐市盆地具有许多典型的陆相特征，是一个富天然气的沉积盆地，但是，重要的油气来源依然未知。这里用的三维盆地模型方法不仅已经改进，而且也是现今复杂地层和构造盆地结构模型的再生流动的潜在陷阱。特别是犁式断层构造仍然不能够在大多数运移模型中再造。通过合并单独的变形类型和引进层序地层方法来再现地层格架，我们能够识别源和藏间的暂时的和空间的关系。根据这些考虑，提出盆地的三个原油成因组：第一组主要与古生代烃源岩有关，第二组几乎全部与早成熟的烃源岩有关，和第三组与上白垩世Smoking Hills和BoundaryCreek组有关。与

2、原油聚集相反，天然气聚集主要是由晚中生代的充填事件产生，这被认为是晚中生代隆起和剥蚀事件期间的压力下降有关。因此麦肯齐市盆地是一个可以展示成熟含油气系统的天然气倾向的很好的例子，特别是如果有机质主要来自陆相，它主要是驱替效率和时间的函数，因此直接与盆地构造史有关。引言烃源岩-藏间的关系是油气勘探的主要问题。在过去的几十年间，在模拟粘性流和再现充填史上有了巨大的进步(Hindle, 1997; Hantschel et al., 2000; Welte et al.,2000; Hantschel和Kauerauf, 2008)。然而由于不充分的计算机技术或者将局限的地质要素转变成模型上的困难性

3、，模型依然不能表征地质上的复杂情况。除了空间复杂性，为了理解现今情况需要考虑另一个因素-时间。这些不仅要考虑到生烃的时间，而且也要考虑到影响油气运移和圈闭的构造的形成的时间(Poelchau et al., 1997)。加拿大西北极的麦肯齐市盆地（图1）是油气生成和运移期间发生同沉积的构造变形的不同样式的例子(Lane和Dietrich, 1995; Kroeger et al., 2008)。由于快速沉降和地层剥蚀，从潜在古新世烃源岩生成的主要油气局限在晚始新世和早渐新世间的相对短的时间间隔，而从始新世烃源岩产生是在这个间隔后发生，终止于晚中新世隆起(Kroeger et al., 2008

4、)。本次研究局限在模型区到中始新世和更老时间潜在多产的地层间隔。然而此次观察并不足以确定的确立烃源岩-储层关系。不过，它显示了油气生成，运移，和圈闭形成的时间的再现对理解麦肯齐市盆地的含油气系统的理解必不可少。在研究中，我们企图再现麦肯齐市盆地的运移史和充填史和烃源岩-储层关系。为了这个目的，我们利用了Kroeger et al. (2008)的热模型的精确版本，这包括主要的断层系统。另外，它考虑了由影响整个盆地的海平面变化引起的岩性的系统变化。对于油气流模型，两个不同的模型，结合达西流与射线追踪的混合模型和渗流反演方法利用了Petromod 10版本。我们讨论了在再现已知分布的这两种模型的优

5、点和不足，从而证明敏感模型是怎样在复杂背景下创造的，特别是在犁式断层体系中，这是该方法的应用和烃源岩成熟时间。我们也探讨了麦肯齐市盆地的第三纪沉积物中白垩纪烃源岩对油气分布的潜在贡献，考虑了在这个区域范围内的不确定性因素。结论提出了对来自陆上的比来自近海成熟烃源岩间的原油多而自相矛盾情况的一种解释(Curiale, 1991)。这扩大和延伸了对Poelchau et al.(1997)提出的盆地模型的一种深刻见解。地质背景图1 模型区域的地理概貌和框架。线AB指示了图4中的横剖面位置，线AA指示图5中的横剖面位置。麦肯齐市盆地的第三纪盆地充填（图1）组成了高达9km厚的三角洲沉积序列，叠加在中

6、生代沉积物中(Young et al., 1976;Willumsen和Cote, 1982; Young和 McNeil, 1984; Dietrich et al., 1985; Dixon et al., 1992a, b)。三角洲序列细分为六个不整合边界的不同组(Aklak, Taglu, Richards,Kugmallit, Mackenzie Bay, and Iperk formations,图2)，这可通过地震反射和井资料识别(Dietrich et al., 1985; Dixon和Dietrich,1988; Dixon et al., 1992a, b; Kroeger

7、 et al., 2008)。正如Kroeger et al. (2008)，我们利用术语“Aklak段”和“Taglu段”，因为在不同的地层侦测中，它们等同于该区域的其他第三纪三角洲序列，这也需要从段到组的Reindeer等级的改变（图2）。这些单元将上白垩纪覆盖在古新世Fish River组和上白垩纪Smoking Hills和Boundary Creek段以及朱罗和下白垩世molassic沉积(Dixon et al., 1992a)。地层的时间框架是由McNeil和Birchard (1989)和McNeil(1997)确立的孔虫区为依据。 图2 地层概述图3 渐新世库格玛利特地层顶部

8、包括模型方案的构造元素图在构造上，麦肯齐市盆地可以分成4个单元(Lane和Dietrich, 1995)（图3）：1. 爱斯基摩湖区断层带，代表了大规模正断层的剩余的中生代被动边缘特征2. 盆地西部的博福特褶皱带，在始新世期间褶皱展开区，东北的缩短响应与布鲁克斯山脉的Laramide变形相关3. 盆地的南部中心带的Taglu断裂带（理查兹岛区），始新世时期正断层的转换带特征和中生代期间的反向断层与走滑断层4. 盆地北部近海的Tarsuit-Amuligak断裂带，中生代发展的犁式断层带沉积序列构成了麦肯齐市盆地的第三纪地层，形成了与构造抬升和海面升降变化的联合影响有响应。底部和Kugmalli

9、t组内的大范围的富泥质间隔归因于全球海平面上升(Morrell 和Schmidt, 1988)。然而在大多数情况下，构造和海平面对麦肯齐市盆地的层序的形成的影响是很难区分的(Dixon, 1986)。可见有四个主要的抬升和剥蚀事件(Lane和Dietrich, 1995)。中始新世事件主要影响了盆地西南部，导致了Taglu组顶部的剥蚀。Richards组可能被影响整个盆地边缘和盆地近海北部的晚始新世事件部分或是完全剥蚀。根据Kroeger et al. (2008)提出的剥蚀模型，剥蚀在西南Richards岛达到最大，剥掉1400m（4593ft）厚的沉积物。影响盆地整个南部的晚渐新世事件，在

10、Kugmallit组顶部达到最大剥蚀厚度，这还是在西南的Richards岛。最显著的事件是晚中生代事件（Kerk沉积前，McNeil et al., 2001)，影响了除最北面近海部的整个盆地。局部上就Taglu组沉积物被剥蚀，加起来剥蚀掉的总厚度为1300m（4265ft）(Kroeger et al., 2008)。晚中生代隆起的顶部的不整合被认为是与Messinian全球海平面低水位和气候降低一致(McNeil et al., 2001)。麦肯齐市盆地的含油气系统-知识说明大的油气聚集区主要在渐新世Kugmallit组与中始新世Taglu组的三角洲砂和砂岩中。据1998国家能源局报道，A

11、mauligak油田位于麦肯齐市盆地的东北部，是至今波弗特海-麦肯齐区最大的油田。油气聚集区主要在Kugmallit组砂中(Dixon et al., 1994)。位于Richards 岛的Taglu油田，Taglu组砂岩(Dixon et al., 1994)包含了麦肯齐市盆地区的所有全部发现的五分之一天然气。第三纪盆地的南部边缘的油气大部分位于上白垩世储层中，这是帕森斯油田最大的储层（加拿大国家能源局，1998）。根据地球化学分析，麦肯齐市盆地的原油可分为若干个原油组。一般，麦肯齐市盆地中心（Richards岛和近海的中心和北部）的第三纪的储层中的油与在盆地边缘的上白垩世和更老的储层中发现

12、的有区别(南Richards岛和图克托亚图克半岛; Snowdon, 1979;Brooks, 1986; Curiale, 1991)。第三油族被进一步分为位于上始新世和更高的储层上以及中始新世和更低储层上(Curiale, 1991)。除了近海的原油样品中推断的烃源岩成熟度降低(Curiale, 1991)，McCaffrey et al. (1994)假定的油倾向近海增加。然而，原油族分的识别受到各种生物降解的程度限制。Snowdon（1979）和Lane和Jackson (1980)认为单靠地球化学特征识别原油族分很困难。Li et al.(2006)发现麦肯齐市原油的变化不妨解释为从

13、能生成但不足以排烃的第三纪烃源岩中挑选的生物标识化合物的白垩纪烃源岩中生成的油。麦肯齐市盆地烃源岩的识别更进一步受到热成熟度沉积物限制(Kroeger et al., 2008)。白垩纪潜在烃源岩识别是包含大量海相海藻来源的有机质的森诺曼阶到坎帕阶Boundary Creek和Smoking Hills组(Young et al., 1976; Snowdon, 1979; Creaney, 1980)的含沥青的海相页岩(Creaney, 1980)。地震资料解释说明这些单元只限于研究去东南部(Dixon et al.,1992a) 。主要包含陆相有机质的潜在烃源岩位于基本的Taglu组(Sn

14、owdon et al., 2004)和Aklak组(A. Saison, 2007,个人通信)内。热模拟结果表明在中始新世以上的沉积物没有达到成熟而不能生油(Kroeger et al., 2008)。有机质的转变被认为是分布在由盆地的热史定义的相对短的时间间隔和终止在晚中生代隆起和上新世-更新世平面冷却。自渐新世Kugmallit组储层形成以来盆地中心部位的上新世和更老的岩石显示过成熟(Kroeger et al., 2008)。这些结论暗示了在渐新世油藏中的中始新世烃源岩生成油和潜在始新世油藏中的更老烃源岩生成油，但是不能充分的确定性的确立源-藏的关系。建立模型在建立一个盆地的计算机模型

15、中最大挑战之一是能寻找现实的正确的代表性和大量需要管理和计算的数据间的一个折中。麦肯齐市盆地是地质情况也就是岩性和反映变形的阶段和样式的构造上的复杂性的快速变化要怎样才能明显的超过1：1模型表示的一个主要的例子。然而，对盆地范围的流体运移具有重要影响的构造和沉积参数要存在于模型中。因此，我们仅仅考虑通过地震测线解释出的最突出的构造因素就可以了。为了再现三角洲层序的地层结构和相变，我们选择层序-地层方法来表征影响运移的沉积物储层属性的岩性的系统变化。地层结构，相和岩石学第三纪进积和退积单元的相分布基于地震测线和从Dixon et al. (1992a)相图中得到的岩性的解释 Kroeger et

16、 al. (2008)使用了三维时间面。尽管根据总的相单元所分配的岩性在热模拟中是适当的，但是流动模型必须包括相结构，限定运载，储层，和盖层，以及在单元内的进积和退积和由海侵引起的页岩单元的夹层。Kugmallit组的井数据是最好的记录，因此可以作为第三纪三角洲单元沉积样式的一个例子。Kugmallit组根据从南部Richards岛(Taglu C-42井)到海上(KoakoakO-22井)的测井，重建没有显示出Kugmallit组纯进积（图4）。更明显的是三角洲平原和三角洲前缘相单元内的岩性变化。三角洲平原相以垂直叠加的薄的(10140 m 33459 ft)泥质单元与总厚度达1000-m(

17、3281-ft)的主砂体互层为特征。横向连续的泥质单元反映了与海平面上升有关的入海间隔和整个三角洲平原的淹没。由于组沉积过程中连续的沉降，河道切割成为次要。这些现象与James and Baxter (1988)在Richards岛北部Nipterk L-19 and L-19a井（图1）中的发现一致，在那里他们识别出了六个进积砂体单元，这六个进积砂体单元具有解释出的层序边界与更细粒的岩性互层，而且Morrell和Schmidt(1988)指出三个侧向连续的泥质单元。与三角洲平原相相反，三角洲前缘相内的叠加模式更不规则（图4），这很可能是激烈改造后的结果和更细粒有机质剥蚀和局部斜坡倒塌的结果。

18、这些过程导致了更强烈的砂体间的内在联系。具有砂岩夹层的横向连续泥质沉积物沉积在指状斜坡扇中，在此之前被称为位于海上的Kopanoar层序(Dixon et al., 1992a)。图4.测井得到的通过第三纪盆地Kugmallit组重建的岩性和相带的横切面。Dixon et al. (1992a)定义的一般单元界限。图1可见横切面的位置。Reindeer 组(Aklak和Taglu组)Reindeer 组的两个层序都是被明显的不整合(Dixon et al., 1992a)和Aklak层顶部的侧面连续的海相页岩夹层（Ministicoog会员；Young, 1975)分开的进积三角洲单元。Akl

19、ak组信息缺少，而且北部Richards岛和近海的精确的三角洲沉积的相带信息也是未知。有人认为Taglu组是单一的海退事件的结果(Dixon,1981)。Taglu油田中作为储集岩的单一的横向连续砂岩体是三角洲前缘相的，而非三角洲平原相的(Dixon, 1981; Young和McNeil, 1984;Dixon et al., 1994)。Taglu组的三角洲平原相的页岩体很薄，并且它要较在Kugmallit组的井更难追踪，特别是因为只有很少井打穿整个序列。另外，同沉积褶皱和伴随的厚度的快速变化增加了情况的复杂性，特别是在南-西部Richards岛地区(Kroeger et al., 200

20、8)。Iperk 组Iperk组是一个多达4000-m(13,123-ft) 厚的来自上新世三角洲进积到现代陆架边缘的碎屑岩楔。Iperk组大部分是由未固结砂岩和砾岩组成，逐渐变成Richards岛西北部最细粒沉积物(Dixon et al., 1992b)。退积单元Richards组后退的Richards组的大部分沉积物是由有限范围的页岩和粉砂岩和砂岩以及砾岩体组成(Young和McNeil, 1984;Dixon et al., 1992b)。组的基部部分一般是由与主要海侵和与西部科迪勒拉变形相关的前缘地层的海相页岩组成(Young和McNeil, 1984)。麦肯齐湾组麦肯齐湾组，主要是

21、由海相页岩和粉砂岩组成，代表了一个三角洲体系的前三角洲和近海部分，而近端大多数被晚中生代隆起和剥蚀事件侵蚀(Young和McNeil, 1984; Dixon et al., 1992b; McNeil et al.,2001)。麦肯齐湾地层的基部页岩部分和在地震测线中识别出的下覆Kugmallit组的砂岩之间形成鲜明对比，证明了单元的后退特征。然而，Richards岛马力克5L-38研究井的结论说明了麦肯齐湾地层是以粉砂为主要岩性，对于麦肯齐湾地层的近海部这可能会具更多特性(Medioli et al., 2005)。中生代沉积物为了模拟麦肯齐市盆地三叠纪沉积物中从上白垩纪烃源岩到储层的油气

22、的生成，模型夸大，包括中到上白垩纪沉积物。SmokingHills组的页岩和次要的粉砂岩与下覆BoundaryCreek组类似，尽管可以用侵蚀不整合来分离这两个单元，但它们在地震上没有区别(Young et al., 1976; Dixon et al., 1992a)。除此，模型中还介绍了下覆侏罗纪到白垩纪的碎屑单元（见下面）。模型区的北部的地震数据库信息可外推到盆地北部，麦肯齐市序列聚集厚度最大达1000 m (3281 ft)。砂质，粉砂质和泥质Fish River组，构成Aklak组基础，扩展到麦斯里希特阶。流动特性Kugmallit组的砂质沉积物除了在稀有的碳酸盐岩胶结间隔内主要是细

23、粒和可渗透的(11000md和更大) (Nentwich和Yole, 1994; Katsube et al.,2005)，而泥质单元是有效的盖层(Dixon et al., 1994)。因此，我们断定三角洲平原相和前三角洲到近海相内的油气流动主要是侧向的。然而三角洲前缘相内的净流是垂直的，这是由于可渗透砂体的互相联络。Taglu组是个例外，因为泥质体在三角洲前缘相中量更多。Taglu砂岩的孔隙度在1000-m(3281-ft)以下可达24%。由于空间上的复杂的成因改变，孔隙度和渗透率比在Kugmallit组中变化更大(Nentwich和Yole, 1982)。在模型中，只考虑机械压实。因此，

24、所有单元的渗透率随着深度增加成指数降低，根据阿泰定律它是孔隙度下降的函数(Hantschel 和Kauerauf, 2008)，从大约1000m (3281 ft) 3000md到5000m (16,404 ft)为2.3md。Richards和Kugmallit组的孔隙度在5%到32% (Issler和Katsube, 1994;Nentwich和Yole, 1994)。Kugmallit组中大于1000md的极高的孔隙度和渗透率以及Reindeer D-27井中的倒转的孔隙度趋势是由于超压引起的(Issler et al.,2002)。然而，超压在局部规模上的变化，而且超出了模型的分辨率(

25、Issler和 Katsube, 1994)。岩性骨架模型沉积序列内特别是Kugmallit和Taglu组的岩性的垂直变化是影响整个相带和叠加了局部相变化，例如三角洲朵叶体的迁移和河道侵蚀的海平面相对变化的结果。韵律的岩性变化的本质在层序内，正如从测井解释中所推断出的表明是海平面升降变化以及局部沉降或沉积供应的变化的可容空间的变化的强烈影响。海平面变化导致了在三角洲平原的主要砂岩沉积上的入海体系的间歇形成和富泥质沉积物的沉积。盆地的快速沉降导致单个循环的保存。为了表示岩性体系变化，是用了层序地层模型方法，通过洪水周期将Kugmallit和Taglu组细分。在一个地层内代表所有单个洪水周期超过了

26、模型容量。因此，在模型中，根据Dixon et al. (1992a) 该地区存在三角洲平原相且此地区的Kugmallit组的垂直序列被分为三个海侵泥质单元，每个都被砂岩覆盖（图5）。建造的三角洲前缘相包括具有次要的泥岩的砂岩。前三角洲沉积是泥岩和粉砂的混合物。近海表示了具有砂岩单元夹层的泥岩，代表了指状扇（Kopanoar层序）。图5 通过模型的断面。位置见图1。Taglu组，三角洲前缘相模型是由三个侧向连续砂岩与泥岩单元夹层组成。三角洲平原相的更复杂的薄的泥岩单元和砂岩混合模型是砂岩和泥岩的混合。Kugmallit组的进积作用很小但是在Taglu组中很明显。退积单元是以基底厚的泥岩单元为特

27、征，被引入Richards和麦肯齐湾组的基本层。在麦肯齐湾组，底部粉砂单元是向陆区（图5）。Richards组的残余模型包括主要的泥岩和粉砂岩岩性。对于Aklak组，Kroeger et al. (2008)的带状配列未变，除了基本的富有机质海侵页岩和Ministicoog的引进，这被认为是Aklak组顶部的侧向连续泥岩层。构造地质最显著的麦肯齐市盆地的四个构造油区的构造(图3)可以从地震资料中成图。只有那些被追踪十几公里以上的大量断层构造才能在模型中被识别。特别是在盆地中心部位（Taglu断裂带），复杂断层镶嵌是不可能的。因此也包括限制构造高度和概述油藏潜力区的三个最大的构造（图3）。 追踪

28、分别超过60km（37mi）和100 km (62 mi)的两个断层确定了爱斯基摩湖断裂带的界线。盆地北部的四个60100-km(3762-mi)长的断层构成了Tarsiut-Amauligak断裂带。所有模型中包含的断层都是具有净的正常活动的断层。尽管它们中的很多都在中生代期间恢复为逆断层(Lane 和Dietrich, 1995)，在大多数大型断裂构造的上盘向下运移几百米到局部超过1000m（3281ft）。断层一般具有高角度（6090°)以及轻微的向下弯曲。断层是否延伸进入Aklak组尚未知，因此忽略它。然而地震测线显示大的正断层是平坦的犁状，而在下第三系沉积序列中变成底部水平

29、（图5）。在模型中，断层必须要与单元格边界一致。因此，高角度正断层模拟为垂直，而铲状断层模拟为沿着单元格边界的阶梯状。中生代期间受压环境下的断层的激活和犁状平坦断层表明断层具有低的渗透率。不过在模型中我们试验了两种可能性：（1）断层与周围沉积物具有相同的渗透率和（2）断层具有低的渗透率和阻挡流体流动。热流和有机质成熟度图6 在所选的井的位置预测的温度和镜质体反射率值与测量值的比较。实线指的是在存在放射性热的情况下的预测值，虚线指的是没有放射热存在的情况下预测值。 Kroeger et al. (2008)提出的热流模型的一个主要不足是当时只有基部热流可应用，而不需要考虑从铀，钍和钾放射性衰变产

30、生的热量，这是在一些井中测量的温度和预测的温度值之间的差别。利用Rybach (1973)提出的方法，研究中使用的版本10的综合勘探系统石油模型方案需要考虑沉积物中的放射性热，计算从主要的三个放射性元素铀，钍和钾的放射性衰变产生的岩石-杂基热量。估计平均的1.3ppm(砂岩)和3.7ppm（页岩）的铀，和3.5ppm（砂岩）和12ppm（页岩）钍，以及1.3ppm（铀）和2.7%（页岩）的钾导致热流平均增加10%。相应的，我们将热流从Kroeger et al. (2008)使用的50mW/m2降低到4450mW/m2。井中镜质体反射率预测和温度测量的精度比2008模型中的相比明显提高了（图6

31、）。局部不一致显示了主要岩性为砂岩，这在我们模型中会产生相对低放射热以及在此处对流热的传送可能是一个很大原因(e.g., Adgo P-25 井, 图6)。盆地西部的热对流产生的相对高温是后中新世的特点(Chen et al., 2008)。因为这些现象是叠加在一般的与晚中生代隆起事件有关的冷却趋势上的，它可能对成熟度史有轻微影响。烃源岩的定义为了评价麦肯齐市盆地油和气的潜在烃源岩，需要考虑三个可能的具有烃源岩潜力的生烃单元：（1）上白垩纪烃源岩（(Smoking Hills和Boundary Creek 组)，(2) Aklak组底部的下古新世烃源岩，和（3）Aklak组底部页岩(Crean

32、ey, 1980; Snowdon et al., 2004)。第三纪沉积物中的总有机碳数变化显著，在富含有机质间隔内超过20%(Snowdon et al., 2004)。Taglu组底部的采样间隔的氢指数大约在100mg HC /gTOC但是ZAI 100-m (328-ft)厚中超过300mg HC/gTOC，超过了大部分富有机质间隔(Snowdon et al., 2004)。Aklak组的三角洲平原和三角洲前缘相的烃源岩属性TOC变化更大，在几个页岩样品中为1.3%和在含煤间隔内40%，正如用岩石评价热解确定的，氢指数在小于100到大于500 mg HC/g TOC (A. Sais

33、on,2007, 个人通信)之间。考虑到分析样品之间有机相的变化，主要起源自近三角洲部分，我们应用平均烃源岩性质来替代从近端到三角洲远端推测的数据，在这里我们可以见到成熟烃源岩。选择3%TOC值来反映测量的有机质含量的范围，分布在模拟的烃源岩间隔内，以及测定了陆相烃源岩的平均氢指数300mgHC/g TOC (Taglu和Aklak 组)。尽管更具有海相特征的干酪根分布在海侵时间间隔和可能也在近海的三角洲体系中(A. Saison,2007,个人通信; McCaffrey et al.,1994)，但是在具有好的烃源岩潜力的Taglu和Aklak组的所有沉积物主要是陆相蜡质有机质(Snowdo

34、n et al., 2004)。为了改进与其他模型的比较，我们采用Pepper和Corvi(1995)的两个组成模型IIIH动力学模型，它是Taglu and Aklak组的烃源岩而不是从近端样本提出的预测的动力学。上白垩纪SmokingHills组的样品的TOC值大于5%，氢指数大于450mgHC/g TOC(A. Saison, 2007, 个人通信)。这些潜力烃源岩的有机质大部分是海相藻类有机质(Creaney,1980)。因为SmokingHills组的氧化间隔具有很低的烃源岩潜力(A. Saison, 2007, 个人通信)，所以我们假定模型中的TOC和氢指数平均为3%和400 mg

35、 HC/g TOC。对于热裂解模拟，我们应用Pepper 和Corvi (1995)的 II型动力学模型。在所有模拟中二次裂解应用Pepper和Dodd (1995)模型。为了测试运移预测的可靠性，模型假设所有烃源岩都能生油，而且结果与咋哎麦肯齐市井中检测到的油和气的分布相比较。第二步，单个烃源岩的分布用来检测麦肯齐市盆地特殊油区的源-藏的关系。对于上白垩纪，三个模型计算了变化范围和烃源岩厚度以便来解释有限的而且有用的地质信息：（1）最低限度模型的上白垩纪烃源岩仅存在于Dixon et al. (1992a)提出的Smoking Hills组部分，（2）最高限度模型的薄的（达120m 394

36、ft厚）上白垩纪烃源岩存在整个盆地中，和（3）假定最厚的麦肯齐市盆地南部的Smoking Hills组以下的白垩纪烃源岩模型。流动模拟方法达西流和射线追踪结合（混合物）流体运移模拟是根据应用达西流方程来预测流动，达西流是假定流体流动速度主要是沉积渗透率和流体粘度的函数。Petromod方案使用了有限的元素方法，它假定了单元内的性能是常数。为了保持合理的计算时间，原始格子包括水平面长度500m(1640ft)的435×347单元，2km(1.24-mi)水平长度和最大厚度1000m(3281ft)的单元簇。为了避免过于简单化和解释流体沿着有利构造集中流动，达西流方法与流动路径模型（射线

37、追踪）结合，这可以在合理计算时间的原始分辨率计算。这个模型假定流动立即发生在阻挡层内，受浮力驱使和受控于遮挡层的构造。流量可以用来计算模型过程的每个时间段。尽管遮挡层内的流动发生在每个时间段的瞬间，它考虑了随时间和溢出过程的构造变化(Hantschel et al.,2000)。入侵渗透除了混合模型，我们测试了最新的落实到石油模型10的入侵渗透方法。这个模型很明显降低了计算时间，因为它仅仅能模仿完全的以达西为基础方法。此模型源于无密封的观察当中，这主要出现在低的渗透率盖层中。无盖层出现在油和气储层的最高点，这是超压流体和盖层所致。突破区的特点要小于模型的单元，但是通过这些位置的流动可能比达西流

38、更快速和更有效，这是在模型格子分辨率中计算出来的(Hantschel和Kauerauf, 2008)。在入侵渗透模型方法中，我们假定通过集中的路径的流动可能发生在模型的所有相邻的格子中。为了计算哪个单元是可流动的，需要计算每一个单元的绝对渗透率和毛细管压力。然而，模型的连通性分析是为了确定最低渗透率值，需要形成可流动吼道的连通体系，必须横过最小的构造。根据渗透率值，最大粘性压力可能发生在流体流动期间，这是确定的。结果的压力梯度可以用来估计模型体积的有效的门限压力。时间因素是渗透比率的函数，这决定哪个时间段哪个单元是入侵的(Carruthers和 vanWijngaarden, 2000)。烃分

39、布和数量的预测图7 从模型中提取出来的烃类聚集预测图。模型推测了（a-c）所有可能生油气的烃源岩（上白垩纪最小范围模型，基部的Aklak组和基部的Taglu组，（d）假设只有上白垩纪烃源岩可以生烃，（e）假定只有Aklak组底部的一套烃源岩可以生烃，和（f）假定只有Taglu组底部的一套烃源岩可以生烃。a，b，d，e中的流动是由混合模型推测的，而c和f中的流动是由入侵渗透模型推测的。除了b所有的模型都是在假定断层是封闭情况下推测的。油（绿色）和气（红色）分布的预测是在Kugmallit组的顶部进行的。表1 加拿大国家能源局报道的麦肯齐市盆地地区可采油和气的均值估计模型应用了具有所有的三个潜在烃

40、源岩生烃和封闭断层的混合模型（基部的Taglu，基部的Aklak，和Smoking Hills/Boundary Creek)预测了烃分布在整个的盆地的大量聚集中心（Richards岛），Richards岛的近海西部，和Tarsuit A-25井北部的西北近海。模型结果和麦肯齐市盆地的成功油和气井与干井的对比（图7a），65%的准确性。四个主要的油和气田，Amauligak, Issugnak, Taglu, 和Parsons，只有一个油田Taglu油田聚集带是根据模型预测的。运用具有所有断层的相同模型被认为是具有与围岩相同的渗透率（图7b），进一步降低了不成功和成功井到59%的预测的可靠性。

41、然而，入侵渗透模型的应用，导致了干井和成功井70%的预测准确性的增加（图7c）。此外，这个方法预测了大的Amauligak聚集，如果假定高的TOC含量（在Taglu组中平均8%）也在Issugnak中分布。这个方法也预测了Tarsuit地区的聚集，在这个地区存在成功的油和气井。与混合模型相反，它低估了一些大型气田的分布，至少是一阶巨大型，加拿大国家能源局报道中，根据入侵渗透模型的体积预测在重新估计可恢复的体积过程中显得更为准确（加拿大国家能源局，1998）。据TOC平均值为3%的入侵渗透模型中Amauligak油田的油量的预测，有326.5万桶油(51,915 m31833.36 mmcf)和

42、76700万立方米(2.71 tcf)气。考虑到只有部分恢复与据井资料国家能源局报道所预测的可采值的中位数（230.5万桶）接近（表1）。对与Taglu油田，入侵渗透模型预测有80093万立方米（2.83tcf）气存在与Taglu组的第二个砂体间隔的最大聚集区。就采收率0.7而言，根据国家能源局报道的相当于可采57403万立方米（2.03tcf）气（表1）。此外，模型进一步预测了Taglu组的下伏砂岩间隔的油气聚集区。模型运用了8%的TOC值模型，在底部的Taglu组，如果假定TOC平均为8%，将导致对Amauligak聚集过分预测为大于一阶的巨大聚集区，而在Taglu油田并没有适当的增加。据

43、混合模型预测的麦肯齐市盆地总聚集量在表面状况下油藏中的油在1.25 × 109m3(7862万桶) 和 2 × 109m3(12,579万桶)之间，这取决于模型在白垩纪烃源岩中的应用，同时气量在7.98 × 1011m3(28.18 tcf)和1.1 × 1012m3(38.85 tcf)之间。这些值与Dixon et al. (1992b)为较大麦肯齐市地区预测的很接近，他认为可采油在1.1 × 109m3(6919 万桶)，可采气在1.9 × 1012m3(67.1 tcf )。然而混合模型虽然是较准确的推测模型，也不能预测麦肯齐

44、市盆地主要烃类聚集的较大部分，而入侵模型却可以。原因主要是达西单元格操作的的必要的简单化。为此，实质上的复杂性，特别是在构造复杂区，更好的使用简单的入侵渗透模型方法。具体上来说，以下四个主要的问题在混合流动模拟过程中都曾出现。射线追踪模型，浮力驱动下的沿着优势构造集中流动，不能再现沿着封闭断层的集中流动。如果没有集中流动，低渗透沉积物中的达西流将不按比例减小，例如Tarsuit-Issungnak-Amauligak区域的Taglu组。断层面看作是极小的薄面。为了推测其对邻近单元的影响，需要将断层面的性质夸大到邻近单元格中。这将会引起预期以外的影响，特别是如果模型的分辨率要因为达西计算降低时。

45、在流动计算的分辨率上，混合模型对体积量估算过高，这个体积量必须在流动或是从烃源岩中排出时已经饱和。这些现象特别影响了Tarsuit-Amauligak地区的犁式断层系统中的预测，而对更多的是垂直正断层有关的Taglu地区影响程度较小。入侵渗透模型的简单的计算不会发生这种现象，因为运移的模拟具有较高的分辨率。帕森斯油田不能应用这种方法是由于该区的含油气系统完全不同，油来自侏罗纪Husky组(Langhus, 1980)。生烃时期和生烃位置模型每次只考虑了其中一套烃源岩生成，但是所有的三套烃源岩可能对麦肯齐市地区烃类分布都有影响（图7d-f）。很明显大部分的分布与单一的烃源岩没有关系。从古新世Ak

46、lak组底部生成的烃类分布广泛，但是混合模型和入侵渗透模型不能展示Amauligak区的分布。来自上白垩纪烃源岩的烃类具有相似的聚集程度，但只有假定烃源岩具有盆地范围。模型中的烃源岩较有限，这使得烃类大部分聚集在向陆区，而最小范围的模型仅预测Richards岛南部很少的石油聚集区（图7d），主要聚集在白垩纪到古新世储层中。与古新世和白垩纪生成的烃类相反，用入侵渗透模型得到的Taglu组底部生成的烃类分布在盆地北部向陆部分(Tarsuit-Amauligak地区)和中心以及东部向陆部分。图8 关键时刻间隔内的三套潜力烃源岩的生成速率图图9 整个模型区从（a）Taglu组，（b）Aklak组，和（

47、c）Smoking Hills组（最小程度模型）主要油和气的累积。实线代表油，虚线代表气。Mtons=万公吨。生成期和圈闭形成是麦肯齐市地区含油气系统的一个重要因素。正如Kroeger et al.(2008)讨论的，在潜力早古新世烃源岩中有机质的转化的关键时刻要比潜力Taglu组底部烃源岩中有机质的转化的关键时刻早，并且提早确定了渐新世储集岩的形成。Kroeger et al. (2008)也预测了从Taglu组中生成的大量烃类在渐新世之前没有开始，而从古新世Aklak组中的烃源岩生成的烃类出现在晚始新世Richards岛和向陆的井位。然而，如果整个盆地被认为是因为成熟度和从亚始新世烃源岩中

48、生成的烃类是从盆地中心到盆地边缘的正在进行埋藏期间（图8，9）。这对于假定的上白垩纪烃源岩来说是最明显的，它们在盆地中心晚始新世之前已经生成而且在Richards岛和Netserk地区仍在以高速率同时继续生成。生成持续到渐新世，这个时期盆地边缘的晚白垩纪沉积物已经开始生成。整个生成过程对盆地规模有影响，知道晚中生代所有烃源岩都在进行（图9）。甚至在小规模到盆地设想下，晚白垩纪是麦肯齐市盆地中最多的烃源岩，尽管从这些来源中形成的储层的分布是有限的（图7d）。油和气的生成典型烃源岩的主要生成剖面显示海相干酪根生成的总潜力烃类中气占12%到22%(Pepper and Corvi, 1995)。主要

49、来源于陆相的有机质的烃源岩生成的气比海相烃源岩多50%。然而，主要生成的总的气量要比生成的油少。麦肯齐市盆地生成剖面显示的百分比在7%到13%之间（图9）。那些低值反映了烃源岩成熟度的平均程度，在Smoking Hills组中值最高，Taglu组中值最低，这是因为大部分气生成的温度高于油。气生成的另外一个来源是主要生成成分的裂解：取决于氢指数和吸附潜力，生成的和未排出的油将会裂解为气。随着不能生烃的有机质（死有机质）的数量排出能力降低而二次裂解潜力增加，正如烃源岩中的氢指数指示的。陆相烃源岩中二次裂解开始的温度低于115°C，例如麦肯齐市盆地中的那些一样(Pepper和Dodd, 1

50、995)。二次裂解最终导致不能排出的石油完全转化成气。运移路径和充填史为了更好的理解源-藏间的关系，需要进一步了解单一油藏形成的时间和连接生烃位置和藏简的运移路径。因此我们研究了晚白垩纪烃源岩中最低程度模型中Taglu组和Kugmallit组的油藏的充填史（图10）。在图10显示中展示的并没有显示出在Amauligak J-44油田的Kugmallit组油气聚集最多，因为通过混合流动计算并没有预测到，而通过入侵渗透方法得到的捕获时间并没显示精确的定量史。处于相同的原因，图10的定量预测并没有所期望的准确。图10 选定的累计充填史。实线代表油（万立方英尺MMCF)，虚线代表气（万立方米Mm3。大

51、多数情况下油气注入始于盖层页岩沉积，储层砂岩沉积后小于1m.y（图10a）。存在两种例外：盆地东北部渐新世Kugmallit组的储层(如Nipterk P-32, Arnak K-06和Amerk O-09 地区, 图 7, 10c, d)在中中生代之前并没有储集任何石油，而且中心Richards岛Taglu油田南部的晚始新世Taglu组中的储层储集石油更晚，在一个非常窄的时间间隔内大约6Ma (如Unipkat N-12, Kumak J-06,图7, 10e, f)。尽管模型清楚的过高预测了Mallik A-06的圈闭的规模和密闭性，这对于储集的量还是未知，但是注入曲线显示在这个地区若干时

52、间间隔期间的储层充满石油。图11 模型中两个最大聚集区的位置的横断面：（a）30Ma，关键时刻后的古生代含油气系统短暂的时间间隔，关键Taglu聚集区的形成，和（b）14Ma，关键时刻后的始新世含油气系统短暂的时间间隔，关键Amauligak聚集区的形成。箭头代表运移路径。白色箭头表示从晚白垩纪烃源岩中排出和运移；黑色箭头表示从基部Aklak组中生成的烃类，都是据混合模型预测的；蓝色箭头表示从Taglu组中生成和运移，这是据入侵渗透模型预测的。虚线箭头表示突破路径，而实线箭头表示主要的达西流。岩相分带(1)远端沉积，（2）前三角洲，（3）三角洲前缘，和（4）三角洲平原。紫色表示烃源岩间距。为了

53、解释不同的充填史，我们以两种特别的相关时间步长来研究流动路径。混合模型和入侵渗透模型综合结果显示一系列流动路径。在烃类排出和运移的早期阶段，通过Aklak组上部具有孔隙的沉积物内的达西流从Aklak组底部的潜力烃源岩中生成的大多数油横向分布有效（图11a）。导致上覆Ministicoog段页岩不能作为盖层的背斜构造中压力增加，烃类的垂直运移和新的侧向分布，以及也是为了Taglu三角洲前缘相砂岩层内的油气聚集。Aklak组内侧向流动受到向陆相的页岩沉积限制。Aklak组顶部形成的大多数圈闭都是暂时的，因为许多断层由于埋藏过程中倾斜导致开启。从晚白垩纪烃源岩中生成的烃类主要向下排入到具有孔隙的晚白

54、垩纪复理层沉积物中，这些流体运移到盆地边缘，对盆地中心的烃类的聚集没有贡献。如果假定盆地内晚白垩纪处于较宽范围，那么情况就改变了。在这种情况下，高产海相烃源岩可能生成大量烃类，尽管烃类主要是向下排可能进入到盆地中心的储层构造中，占据类似运移路径，正如在基部Aklak组形成的石油。Taglu组的整个近海部分的页岩特征阻碍了烃类从Taglu组底部的烃源岩中的运移。渐新世Taglu组底部生成的油的时期和运移的延迟都可能使得Taglu组生成的油作为中中生代储层中油的来源。另外，铲式断层构造具有高的潜力，不仅是体现在对Tarsuit-Amauligak断裂带油藏的封堵上，而且也增加了始新世地层剖面生成的

55、烃类聚集（图11b）。这很清楚的说明了根据渗流载体正如图11b中显示的我们可以清楚的看到：Tarsuit-Amauligak断裂体系北部，很少发生垂直运移，而在铲式系统中具有集中运移。从老的单元的烃源岩中生成的烃类的侧向分布和紧随的运移路径与图11a中的类似，造成了Richard岛地区连续的注入。与油的分布不同，气的分布在晚中生代之前还不到现代值的50%，此时气的注入在大多数储层中达到峰值（图10）。最大数量的气涌入储层是发生在9Ma和5Ma之间。在许多情况下，这与下降的液体量一致。因此气灌入是在盆地最重要的区域抬升剥蚀时间间隔内发生的。所以我们提出了以下一系列事件。剥蚀导致压力释放，这对烃源

56、岩和储层都有影响。随着剥蚀的开始，保持在页岩烃源岩中的或者通过二次裂解形成的气都释放出来进而运移到储层中。连同已经存在储层中的轻烃膨胀一起，气的汇聚导致了油的部分或是全部的膨胀。这时油或者运移到更高的储层中或进入盆地边缘储层中，例如Unipkat和Kumak地区，还可能溢出地面。区域性整合麦肯齐市石油的分析显示重要的非均质性，导致早期作者认为具有多种多样的烃源岩和烃源岩相(Snowdon, 1979; Brooks, 1986;Curiale, 1991;McCaffrey et al., 1994)。由于他们的化学性质，麦肯齐市盆地地区的油一般被认为来自于第三纪三角洲序列(Snowdon,

57、1979, 1981;Brooks, 1986;Curiale, 1991)。后来解释了混合少量从第三纪序列产生的石油的的陆相生物标识化合物，而由于麦肯齐市油中的海相特征晚白垩纪被认为是整个麦肯齐市盆地中主要的烃源岩(Li et al., 2006)。乙基胆甾烷分布表明离岸越远烃源岩成熟度越低(Curiale, 1991)，这已被相同的过程所解释(Li et al.,2006)。这种解释与McCaffrey et al. (1994)的解释相反，他认为这种原因是由于向海的第三纪烃源岩渐增的海相特征导致的。尽管已经识别出Taglu组底部，Aklak组内部和晚白垩纪的潜力烃源岩(Creaney,1

58、980; Snowdon et al., 2004; Li et al., 2006)，它们在盆地中的范围和位置是未知的。由于成熟烃源岩很难达到，石油的来源很难单独根据地球化学特征确立。然而我们的结论证实了成熟史，运移模式和充填史在整个盆地中相差太大而不能看成是一个简单的含油气系统的推论。模型中预测的可采油和气的定量估算的相关协议，都是对于单独分布和整个麦肯齐市盆地地区，看来是支持我们烃源岩的假设。在我们的模型中，Aklak组底部的一套潜力烃源岩可能是麦肯齐市盆地大部分分布的来源。这是由大的盆地地区在圈闭后生成时间短暂导致的，大多数是在Taglu组。流动路径分析表明从这些烃源岩中生成的石油侧向

59、有效分布，假定存在可以识别的横向广泛障碍。因此，模型中Aklak组内的烃源岩精确的位置对于运移模式不是关键。模型结果显示盆地东北部Kugmallit组的大部分分布可以很好的解释从下Taglu组生成的油。这种假设是由东北部油藏充注晚于盆地其他位置支持的。同时也受到Tarsuit-Amauligak断裂体系内的额外热对流支持的(Chen et al.,2008)，这在我们模型中没有给予考虑，这也可能导致石油的生成是在晚中生代隆起事件之后发生的。Tarsuit Amauligak和其他断裂体系对流体运移和石油的运移的影响是由于该区温度异常导致的(Chen et al., 2008)。提出的Taglu含油气系统很可能与Curiale (1991)鉴定的Kugmallit/Richards石油组分相关，这与模型中同Taglu和Aklak组的石油聚集相一致的Reindeer/Moose河道组分不同。许多圈闭中的复杂