新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)東濮凹陷北部古近系烴源巖生烴的影響及其對(duì)淺層油氣成藏的意義

范昌育，王震亮，李萍

（1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069； 2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；3.中海石油研究中心，北京100027）

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)東濮凹陷北部古近系烴源巖生烴的影響及其對(duì)淺層油氣成藏的意義

范昌育1，2，王震亮1，2，李萍1，3

（1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069； 2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；3.中海石油研究中心，北京100027）

古近紀(jì)以來(lái)，東濮凹陷在東營(yíng)組沉積末期和明化鎮(zhèn)組沉積晚期經(jīng)歷了兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)深層烴源巖的生烴作用和淺層油氣成藏均具有重要的影響。在埋藏史的恢復(fù)和前人熱演化史研究的基礎(chǔ)上，恢復(fù)了古近紀(jì)以來(lái)沙河街組三段烴源巖的生烴史，探討了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)沙河街組三段烴源巖生烴的影響，并分析了這種影響對(duì)淺層油氣成藏的意義。研究認(rèn)為，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較大，抑制或延緩了深層烴源巖的生烴進(jìn)程，造成了烴源巖晚期大規(guī)模生烴；同時(shí)，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)保存了深部烴源巖的生烴潛力，為后期再度埋深的二次生烴及明化鎮(zhèn)組沉積末期淺層油氣藏的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

烴源巖；二次生烴；生烴史；油氣成藏；新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；東濮凹陷

隨著中、深層油氣勘探程度的提高、難度的增大，淺層油氣勘探前景越來(lái)越引起各大油田的重視，逐漸成為一個(gè)重要的勘探領(lǐng)域。目前在遼河、渤中、黃驊、濟(jì)陽(yáng)、冀中等坳陷均已發(fā)現(xiàn)了規(guī)模不等的淺層油氣藏。

淺層由于埋藏較淺，一般不具備油氣生成能力，油氣主要來(lái)自于深層，其成藏過(guò)程比較復(fù)雜，影響因素也較多，而構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在其中起著至關(guān)重要的作用。前人多側(cè)重于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)早期油氣藏的調(diào)整、改造及破壞作用[1～3]、構(gòu)造應(yīng)力對(duì)油氣初次運(yùn)移動(dòng)力—異常壓力貢獻(xiàn)大小[4]、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)油氣運(yùn)移提供的通道作用[5]方面的研究。筆者從構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)深部烴源巖生烴作用的影響入手，探討了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)淺層油氣成藏的意義。

1 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度

東濮凹陷古近系以來(lái)經(jīng)歷了兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，分別發(fā)生于斷陷階段的東營(yíng)末期和拗陷階段的明化鎮(zhèn)組沉積末期。

東營(yíng)組沉積末期，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)（喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)第二幕）使整個(gè)東濮凹陷抬升隆起，遭受剝蝕夷平，地層的剝蝕厚度較大（500～2 000 m）①王震亮，李萍，范昌育.東濮凹陷淺層流體輸導(dǎo)體系與油氣成藏研究.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，2007，其中西部斜坡帶剝蝕厚度最大，東部次凹帶的剝蝕厚度較小，之后凹陷進(jìn)入了拗陷演化階段，在古近系南低北高的古構(gòu)造背景上，接受了新近系沉積。

而明化鎮(zhèn)組沉積晚期，整個(gè)渤海灣地區(qū)受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)第三幕影響，在來(lái)自北西方向的擠壓下抬升，地層遭受剝蝕。研究中在淺層資料缺少的情況下，利用淺層聲波等測(cè)井資料，通過(guò)泥巖壓實(shí)研究，首次恢復(fù)了明化鎮(zhèn)組的剝蝕厚度。從剝蝕厚度的分布來(lái)看，剝蝕厚度較小（450～950 m），剝蝕厚度以慶祖集地區(qū)最大，北部由觀城到濮城地區(qū)剝蝕厚度逐漸減小，然后向南剝蝕厚度逐漸增加，前梨園洼陷的剝蝕厚度約800 m（圖1）。另外，由于深部地殼下均衡調(diào)整作用和斷塊差異壓實(shí)升降運(yùn)動(dòng)作用，本期在胡狀集、濮城及毛崗地區(qū)產(chǎn)生了一期晚期近東西向斷層。

東濮凹陷北部在沙河街組三段沉積期已經(jīng)初步形成“兩洼一隆一斜坡”的構(gòu)造格局，“兩洼”是指東洼前梨園洼陷和西洼海通集洼陷，“一隆”是指中央隆起帶，主要在沙河街組二段—東營(yíng)組沉積期發(fā)育，“一斜坡”是指西部斜坡帶。沙河街組三段沉積期后的沉積（至東營(yíng)組沉積末期）皆受此構(gòu)造格局的控制，東營(yíng)組沉積期的沉積格局也不例外，從其剝蝕厚度恢復(fù)來(lái)看，隆起、斜坡地區(qū)一般剝蝕厚度較大，洼陷地區(qū)較?、佟Ｒ恢钡金^陶組開(kāi)始沉積時(shí)期，凹陷由斷陷期進(jìn)入了坳陷期，基本已經(jīng)平原化，剝蝕厚度受“兩洼一隆一斜坡”的構(gòu)造格局影響已不明顯，如處于前梨園洼陷的明化鎮(zhèn)組剝蝕厚度就比中央隆起帶和西部斜坡帶的大部分地區(qū)（除慶祖集地區(qū)外）厚（圖1）。

圖1 東濮凹陷北部明化鎮(zhèn)組剝蝕厚度分布Fig.1 Distribution of denudation thickness of the Minghuazhen Formation in the northern DongPu DePression

從剝蝕厚度對(duì)比來(lái)看，隆起、斜坡地區(qū)的剝蝕強(qiáng)度較洼陷區(qū)大，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)明顯較明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大。

2 埋藏史

在壓實(shí)校正和兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)剝蝕厚度恢復(fù)的基礎(chǔ)上，分別恢復(fù)了“兩洼”（東、西部次凹帶），“一隆”（中央隆起帶），“一斜坡”（西部斜坡帶）各構(gòu)造單元在古近紀(jì)以來(lái)的埋藏史（圖2）。

圖2 東濮凹陷北部中央隆起帶埋藏史Fig.2 Burial history of the central uPlift zone in the northern DongPu DePression

東濮凹陷北部各構(gòu)造單元自古近紀(jì)以來(lái)，經(jīng)歷了2期明顯的構(gòu)造抬升剝蝕與3期沉降作用過(guò)程。第一期構(gòu)造抬升作用始于東營(yíng)組沉積末期，是一期長(zhǎng)期而強(qiáng)烈的抬升剝蝕；第二次構(gòu)造抬升作用始于明化鎮(zhèn)組沉積末期，是一期快速而短暫的構(gòu)造抬升剝蝕作用。各構(gòu)造單元的最大埋深時(shí)期均出現(xiàn)在明化鎮(zhèn)組沉積末期。在這方面，前人或忽略了第二期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，認(rèn)為現(xiàn)今是最大埋深時(shí)期；或夸大了第一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，認(rèn)為東營(yíng)組沉積末期是最大埋深時(shí)期，這與東營(yíng)運(yùn)動(dòng)后凹陷內(nèi)整體超補(bǔ)償沉積現(xiàn)實(shí)不符。

3 生烴史

前人對(duì)東濮凹陷北部古生代烴源巖熱演化史及生烴史的研究較多[6～8]，而對(duì)古近系烴源巖的研究較少[9]。筆者在埋藏史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，據(jù)中原油田生油門限的時(shí)間-溫度經(jīng)驗(yàn)公式（1），和本區(qū)的熱史資料（表1），將生油巖生烴門限溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為生烴門限深度隨時(shí)間的變化關(guān)系（圖3）。

式中：T為生烴門限溫度，℃；t為烴源巖埋藏時(shí)間，Ma。

將各構(gòu)造單元烴源巖生烴門限深度隨埋藏時(shí)間的變化關(guān)系以各生油層開(kāi)始沉積時(shí)為起點(diǎn)，投到相應(yīng)的埋藏史曲線上，即獲得了古近系各生油層在不同構(gòu)造單元的生烴史。

表1 東濮凹陷北部各構(gòu)造單元地溫梯度[6]Table 1 Geothermal gradient of different structural units in the northern Dongpu Depression［6]10-2℃/m

圖3 東濮凹陷北部前梨園洼陷烴源巖生烴門限深度與埋藏時(shí)間關(guān)系Fig.3 RelationshiP between the dePth of hydrocarbon generation threshold and the burial time of source rocks in the Qianliyuan Sag of the northern DongPu DePression

沙河街組三段及沙河街組一段泥巖是東濮凹陷主要的生油巖。各構(gòu)造單元生油巖的生烴史以西部洼陷帶和中央隆起帶為例說(shuō)明。

1）西部洼陷帶生烴史特征

沙河街組三段烴源巖沉積以來(lái)，沙河街組三段中亞段（E s3（3））烴源巖在沙河街組一段沉積中期率先進(jìn)入了初次生烴門限，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)時(shí)期，由于構(gòu)造抬升作用，使得生烴強(qiáng)度被消弱，但未退出生烴門限。隨著東營(yíng)運(yùn)動(dòng)的結(jié)束，烴源巖被再度深埋，同時(shí)生烴作用加強(qiáng)，而明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造抬升期，生烴作用被再度消弱。沙河街組三段中上亞段（E s3（2））、沙河街組三段上亞段（E s3（1））分別在沙河街組一段沉積末期和東營(yíng)組沉積中期進(jìn)入生烴門限，在東營(yíng)運(yùn)動(dòng)時(shí)期退出生烴門限，生烴停止，之后分別在館陶組和明化鎮(zhèn)組沉積初期進(jìn)入了二次生烴門限，而后又在明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造抬升期生烴作用被消弱。沙河街組一段底部?jī)H在明化鎮(zhèn)組沉積末期進(jìn)入了初次生烴門限（圖4）。

2）中央隆起帶生烴史特征

中央隆起帶地區(qū)由于烴源巖埋深較小，僅有沙河街組四段在東營(yíng)組沉積中期進(jìn)入了初次生烴門限，而隨東營(yíng)運(yùn)動(dòng)的抬升，生烴作用被抑制，在明化鎮(zhèn)組沉積初期進(jìn)入了二次生烴門限，之后生烴強(qiáng)度又受到明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的消弱；沙河街組三段下亞段（E s3（4））在明化鎮(zhèn)組沉積初期才進(jìn)入初次生烴門限，之后持續(xù)生烴，明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造抬升使生烴強(qiáng)度被消弱。沙河街組三段中亞段（E s3（3））、沙河街組三段中上亞段（E s3（2））和沙河街組三段上亞段（E s3（1））在明化鎮(zhèn)組沉積中期進(jìn)入初次生烴門限，明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造抬升使生烴作用被抑制，現(xiàn)今又進(jìn)入了二次生烴階段（圖5）。

從東濮凹陷北部沙河街組三段烴源巖的受熱歷史來(lái)看，古近紀(jì)以來(lái)基本上處于低熟到中成熟階段，在熱催化作用下以生油和濕氣為主。

4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)烴源巖生烴的影響

由生烴史分析可知，古近紀(jì)以來(lái)的兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在一定程度上減緩或抑制了烴源巖生烴的步伐。明化鎮(zhèn)組沉積末期，僅有東、西部洼陷內(nèi)的烴源巖發(fā)生了持續(xù)生烴，而二次生烴的烴源巖也以洼陷居多，凸起、隆起和斜坡帶地區(qū)的烴源巖主要發(fā)生初次生烴。總體來(lái)看，各構(gòu)造單元在明化鎮(zhèn)組沉積期末進(jìn)入初次生烴門限的層位最多（表2）。

兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了兩大生烴旋回。東營(yíng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)生烴的遲緩作用較強(qiáng)，本次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得大部分烴源巖到明化鎮(zhèn)組沉積末期才開(kāi)始大規(guī)模成熟。隨著兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，烴源巖的生烴強(qiáng)度具有兩期波狀起伏的特征，第一期的起伏幅度最大，這與第一期地層的構(gòu)造起伏幅度一致。

圖4 東濮凹陷北部西部洼陷帶生烴史Fig.4 Hydrocarbon generation history of the western sag in the northern DongPu DePression

從已有地化指標(biāo)來(lái)看（表3），沙河街組三段與沙河街組一段干酪根類型差別不大，以Ⅱ1型為主。沙河街組三段各項(xiàng)地化指標(biāo)以濮前洼陷最好，沙河街組一段以柳海洼陷最好，這與其經(jīng)歷的生烴史密切相關(guān)。從東西部洼陷帶生烴史的對(duì)比來(lái)看（表2），東部濮前洼陷的沙河街組三段上亞段（E s3（1））、沙河街組三段中上亞段（E s3（2）），在明化鎮(zhèn)組沉積末期才進(jìn)入了初次生烴階段，同樣的層位在西部柳海洼陷已進(jìn)入了二次生烴階段，可見(jiàn)，柳海洼陷烴源巖的熱演化程度高，是導(dǎo)致其現(xiàn)今殘留有機(jī)碳等地化指標(biāo)不如濮前洼陷好的原因之一，這也是由不同洼陷東營(yíng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的不同所致。

5 晚期生烴對(duì)淺層油氣成藏的意義

有學(xué)者認(rèn)為國(guó)內(nèi)氣藏主要形成、定型于新近紀(jì)以來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期[10]，以及近年來(lái)盛行的晚期成藏理論[10～13]，無(wú)不說(shuō)明了深層包括淺層油氣藏多形成于盆地的晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期。

東濮凹陷淺層?xùn)|營(yíng)組以文留和橋口地區(qū)發(fā)現(xiàn)的油氣藏和油氣顯示最多。成藏年代學(xué)研究表明①王震亮，李萍，范昌育.東濮凹陷淺層流體輸導(dǎo)體系與油氣成藏研究.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，2007，東營(yíng)組油氣充注有兩期，第一期發(fā)生在東營(yíng)組沉積的中后期，第二期發(fā)生在明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)初期，這兩期烴類的充注強(qiáng)度以第二期最強(qiáng)，這與明化鎮(zhèn)組沉積末期烴源巖的大規(guī)模生烴期正好吻合，進(jìn)一步說(shuō)明了晚期生烴與淺層油氣成藏的密切關(guān)系。

圖5 東濮凹陷北部中央隆起帶生烴史Fig.5 Hydrocarbon generation history of the central uPlift zone in the northern DongPu DePression

表2 東濮凹陷北部明化鎮(zhèn)組沉積末期各構(gòu)造單元生油層生烴階段Table 2 Hydrocarbon generation stages of different structural units at the end of the M inghuazhen period in the northern Dongpu Depression

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期、油氣藏的保存與破壞是油氣藏形成和演化的關(guān)鍵[14]。油氣藏的破壞通常是指“油氣藏中油氣散失殆盡，或是油氣遭水洗、生物降解變成稠油或?yàn)r青”[15]，這里僅指成分變化的破壞，而在成藏的歷程中，油氣藏的破壞作用還包括垂向泄漏和側(cè)向泄漏[15]。

東濮凹陷的這兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)比，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較大，形成的斷層較多。東營(yíng)運(yùn)動(dòng)時(shí)期，活動(dòng)斷層在將深部烴類流體輸導(dǎo)至淺層的同時(shí)，東營(yíng)組也被抬升遭受剝蝕，此時(shí)形成的大部分淺層油氣藏中的油氣，要么發(fā)生泄漏，要么被氧化、水洗或生物降解成稠油或?yàn)r青質(zhì)。如本區(qū)中央隆起帶的文221井，東營(yíng)組埋藏較淺，構(gòu)造抬升時(shí)期原油生物降解嚴(yán)重，飽和烴基本被消耗，較難獲得較高的油氣產(chǎn)能。從這一點(diǎn)來(lái)看，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)于淺層油氣成藏具有消極作用。但從另一方面來(lái)看，正是由于強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升，抑制或減緩了深層烴源巖的生烴進(jìn)程，為晚期淺層油氣成藏奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

表3 東濮凹陷北部東、西部洼陷烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度Table 3 Organic matter abundance of sources rocks in the eastern and western sags in the northern Dongpu Depression

環(huán)渤中地區(qū)新近系油氣藏的勘探實(shí)踐表明，斷裂在強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期，難以在淺層形成油氣聚集，而在中等或微弱活動(dòng)期的斷裂附近才可以使油氣聚集成藏[16，17]。東濮凹陷明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較弱，僅在北西方向的擠壓下輕微抬升，使得大部分?jǐn)鄬游催M(jìn)一步延伸至明化鎮(zhèn)組，對(duì)淺層油氣藏的破壞程度較輕，在一定程度上能夠使由東營(yíng)構(gòu)造抬升期保存的潛力烴源巖在明化鎮(zhèn)組沉積末期大規(guī)模生烴后，沿再次活動(dòng)開(kāi)啟且切割古近系烴源巖的斷層運(yùn)移至淺層成藏，這些被重新開(kāi)啟的油源斷層附近可作為下一步淺層勘探的有利地區(qū)。如東營(yíng)組文留地區(qū)發(fā)育的文東、文西斷層附近，目前已有初具規(guī)模油氣發(fā)現(xiàn)。橋口地區(qū)的黃河斷層附近、西部斜坡帶的長(zhǎng)垣斷層等大型油源斷裂附近，可作為東營(yíng)組下一步勘探的有利區(qū)域。

6 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

1）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與深部烴源巖的生烴關(guān)系密切，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，對(duì)深部烴源巖的生烴進(jìn)程抑制或減緩作用越強(qiáng)。

2）與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層物性的改善及對(duì)淺層油氣藏的破壞作用相比，東營(yíng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)保存了深部烴源巖的生烴潛力，為明化鎮(zhèn)組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)初期淺層油氣成藏奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

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（編輯 張亞雄）

Influence of Neotectonics on hydrocarbon generation in the Paleogene source rocks of the northern Dongpu Depression and its im plications for the form ing of oil/gas pools in shallow strata

Fan Changyu1，2，Wang Zhenliang1，2and Li Ping1，3
（1.Department of Geology，Northwest University，Xi'an，Shaanxi710069，China； 2.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Xi'an，Shaanxi710069，China； 3.China National Offshore Oil Company Research Center，Beijing 100026，China）

Since the Paleogene，the DongPu dePression has exPerienced two stages of tectonic movements，at the end of sedimentation of the Dongying Formation and in the late Period of sedimentation of the Minghuazhen Formation resPectively.These tectonic movements Put great influence on hydrocarbon generation of the deeP-buried source rocks and the forming of oil/gas Pools in shallow strata.On the basis of burial history reconstruction and Previous studies on thermal evolution，we reconstruct the hydrocarbon generation history of source rocks in the thirdmember of the Shahejie Formation since Paleogene，discuss the influence of tectonicmovements on hydrocarbon generation of source rocks in the thirdmember of the Shahejie Formation and analyze its imPlications for the forming of oil/gas Pools in shallow strata.According to the results，it is believed that（i）the great strength of the Dongying Movement restrained and delayed hydrocarbon generation of the deeP-buried source rocks，which led to the massive hydrocarbon generation after the Dongying Movement；（ii）the Dongying Movement Preserved the hydrocarbon generation Potential of the deeP-buried source rocks，which laid foundations for secondary hydrocarbon generation when the source rocks were buried deePer and the forming of oil/gas Pools in the late Period of sedimentation of the Minghuazhen Formation.

source rock，secondary hydrocarbon generation，hydrocarbon generation history，forming of oil/gas Pools，neotectonics，DongPu DePression

TE122.1

A

0253-9985（2010）03-0386-07

2009-08-14。

范昌育（1982—），男，博士研究生，油氣運(yùn)移成藏。

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（P02084）；國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05003-002）。