華北東部中、新生代盆地疊合特征與上古生界天然氣勘探

彭兆蒙,吳智平,彭仕宓

(1.中國(guó)石油大學(xué)資源與信息學(xué)院,北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營(yíng) 257061)

華北東部中、新生代盆地疊合特征與上古生界天然氣勘探

彭兆蒙1,吳智平2,彭仕宓1

(1.中國(guó)石油大學(xué)資源與信息學(xué)院,北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營(yíng) 257061)

依據(jù)華北東部中、新生代盆地疊合過程分析及沉積區(qū)與剝蝕區(qū)的疊加關(guān)系,對(duì)華北東部渤海灣地區(qū)進(jìn)行疊合單元?jiǎng)澐?并選擇處于不同疊合單元的蘇橋潛山 -文安斜坡、孔西潛山、林樊家凸起等地區(qū),從疊合單元的角度對(duì)上古生界烴源巖生排烴史、油氣成藏及保存條件進(jìn)行總結(jié),探討盆地疊合單元的石油地質(zhì)意義。研究認(rèn)為:華北東部渤海灣地區(qū)可劃分為持續(xù)沉降型、復(fù)合沉剝型、持續(xù)隆剝型 3大類型疊合單元,其中復(fù)合沉剝型又可分為中沉新剝型、中復(fù)新沉型、中復(fù)新剝型和中剝新沉型 4個(gè)次級(jí)類型;對(duì)于尋找源自上古生界煤系烴源巖的氣藏而言,復(fù)合沉剝型中的中剝新沉、中復(fù)新沉型疊合單元最為有利,若中生代沉積厚度較薄,持續(xù)沉降型疊合單元也較為有利。

盆地演化;疊合單元;上古生界;中、新生代;華北東部

華北東部地區(qū)主要包括渤海灣盆地及其周邊的一些小型盆地。目前渤海灣盆地中、淺層勘探程度已較高,而深部勘探程度相對(duì)較低。近年來在冀中、黃驊、濟(jì)陽等坳陷均發(fā)現(xiàn)了源自上古生界煤系烴源巖的氣藏,展現(xiàn)了上古生界良好的勘探前景[1-6]。但是,由于上古生界沉積后又受到后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響與改造,不僅殘留地層分布不均,也使得其煤系烴源巖經(jīng)歷了復(fù)雜的熱演化史及生烴史,加大了古生界含油氣層系的認(rèn)識(shí)和勘探難度。筆者在華北東部中、新生代盆地疊合過程分析的基礎(chǔ)上展開上古生界烴源巖的生烴史研究及煤成氣成藏條件評(píng)價(jià),以期為該區(qū)上古生界天然氣勘探提供相關(guān)依據(jù)和指導(dǎo)。

1 中、新生代盆地疊合特征

1.1 盆地演化特征

古生代以后,華北東部地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的原型盆地疊合與改造過程(圖 1)。依據(jù)區(qū)域不整合面以及區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)變,可將其中、新生代盆地演化劃分為如下幾個(gè)階段:

(1)早 -中三疊世。華北東部為一南陡北緩的大型內(nèi)陸沉積盆地,以河湖相紫紅色砂泥巖沉積為主。該時(shí)期華北東部大部分地區(qū)的上古生界烴源巖進(jìn)入生烴門限[1,5]。

(2)晚三疊世。揚(yáng)子板塊與華北板塊之間發(fā)生剪刀式俯沖碰撞拼接,華北地區(qū)東部渤海灣地區(qū)發(fā)生隆升剝蝕,上古生界烴源巖早期生成的烴類大多散失。

圖 1 華北東部渤海灣地區(qū)中、新生代盆地演化過程模式圖Fig.1 Basi n evolution model ofM esozoic and Cenozoic i n Boha i Bay area in the eastern North China

(3)早 -中侏羅世。西太平洋區(qū)板塊開始活動(dòng),華北東部主要發(fā)育弱擠壓環(huán)境下的小型山間沉積盆地群,以河湖相含煤碎屑巖沉積為主[7]。

(4)晚侏羅 -早白堊世。受西太平洋區(qū)伊澤奈崎板塊活動(dòng)的影響,渤海灣地區(qū)進(jìn)入大規(guī)模的裂陷或斷陷盆地發(fā)育階段,沉積了較厚的火山碎屑巖及河湖相碎屑巖[8]。高地?zé)釄?chǎng)及巨厚的地層沉積極大地促進(jìn)了上古生界煤系烴源巖的深成變質(zhì)作用[9]。

(5)晚白堊世。郯廬斷裂帶以西的華北東部廣大地區(qū)整體處于隆升剝蝕狀態(tài),僅冀中、臨清的少數(shù)低洼地區(qū)沉積了紅色河湖相碎屑巖。

(6)古近紀(jì)。華北東部發(fā)育多個(gè)斷陷盆地,沉積厚度較大的深凹陷內(nèi)上古生界烴源巖進(jìn)入“二次生烴”門限[10]。

(7)新近紀(jì)。華北東部進(jìn)入裂后熱沉降坳陷階段,以河流相沉積為主,斷層活動(dòng)普遍降低,有利于晚期形成的油氣成藏和保存。

1.2 盆地疊合單元的劃分

華北東部中、新生代存在多個(gè)期次、多種性質(zhì)的盆地垂向上的相干疊加。盆地內(nèi)部不同位置的地層具有不同的構(gòu)造演化史、埋藏史及熱演化史。因此,筆者提出了盆地疊合單元的概念。所謂疊合單元是指在相干型疊合盆地內(nèi)部,依據(jù)其在各期次原型盆地中所處構(gòu)造位置的演變過程的差異性所劃定的地質(zhì)體。

渤海灣地區(qū)在晚古生代、早—中三疊世、晚三疊世、晚白堊世、新近紀(jì)—第四紀(jì)整體上具有相對(duì)統(tǒng)一的盆地演化特征,因此各疊合單元的差異性主要由早 -中侏羅世、晚侏羅世 -早白堊世盆地與新生代盆地的疊合關(guān)系所決定。依據(jù)上述 3期的盆地格局及其疊加效應(yīng),可將渤海灣地區(qū)劃分為如下疊合單元類型(圖 2):

(1)Ⅰ型疊合單元。為持續(xù)沉降型,在中、新生代均處于沉降區(qū)并接受沉積。

(2)Ⅱ型疊合單元。為復(fù)雜疊合型,在中、新生代,有的時(shí)期處于沉降區(qū),有的時(shí)期處于隆升剝蝕區(qū)。依據(jù)疊加關(guān)系,Ⅱ型疊合單元又可細(xì)分為中沉新剝型 (Ⅱ1)、中復(fù)新沉型 (Ⅱ2)(中復(fù)表示早—中侏羅世或晚侏羅—早白堊世為凸—凹或凹—凸發(fā)育)、中復(fù)新剝型(Ⅱ3)和中剝新沉型 (Ⅱ4)4種次級(jí)類型。

(3)Ⅲ型疊合單元。為持續(xù)隆剝型,在中、新生代均處于隆升區(qū),遭受剝蝕。

圖 2 華北東部渤海灣地區(qū)中、新生代疊合單元?jiǎng)澐諪ig.2 Classification of superposition un its in Boha i Bay area in the eastern North China

2 上古生界天然氣成藏條件

在渤海灣地區(qū)選擇處于不同類型疊合單元的蘇橋潛山 -文安斜坡、孔西潛山、烏馬營(yíng)潛山、文留潛山、孤北低潛山以及林樊家凸起,對(duì)上古生界天然氣成藏條件進(jìn)行分析,結(jié)果見表 1。

2.1 上古生界生烴史

三疊紀(jì)末期,渤海灣地區(qū)上古生界烴源巖開始進(jìn)入生烴門限而初次生烴,但隨后的地殼抬升使生烴作用停滯,因而尚未大量生烴[1,5]。

早—中侏羅世,蘇橋 -文安、孔西、烏馬營(yíng)、孤北、林樊家等地區(qū)進(jìn)入沉降埋深階段,文留地區(qū)繼續(xù)抬升遭受剝蝕 (圖 3)。晚侏羅—早白堊世,蘇橋 -文安地區(qū)上古生界煤系烴源巖進(jìn)入二次生烴門限,生成少量的油氣[11]。林樊家地區(qū)沉積了巨厚的侏羅 -白堊紀(jì)地層,使得上古生界烴源巖的埋深再次達(dá)到 3.0 km以下,開始二次生烴,但晚白堊世的構(gòu)造抬升使得生烴作用停止,并使早期形成的油氣藏遭受破壞[12]。晚侏羅世—白堊紀(jì),孔西地區(qū)早期抬升、晚期沉降,烏馬營(yíng)、孤北、文留地區(qū)抬升遭受剝 蝕,均未發(fā)生二次生烴。

表 1 渤海灣地區(qū)典型疊合單元上古生界天然氣成藏條件Table 1 Upper Paleozoic natural gas accumulation conditions in different superposition un its in Boha i Bay area

圖 3 渤海灣地區(qū)典型疊合單元上古生界埋藏史曲線Fig.3 Types of embedding history of Upper Paleozoic i n different superposition un its in Boha i Bay area

進(jìn)入新生代,上述所有地區(qū)均進(jìn)入大幅度的沉 降埋深演化階段。當(dāng)埋深使得上古生界烴源巖熱演化程度超過了初次生烴的熱演化程度并克服了二次生烴的遲滯效應(yīng)后便發(fā)生了二次生烴。蘇橋 -文安地區(qū)上古生界烴源巖于新生代晚期再次進(jìn)入生烴門限,有機(jī)質(zhì)成熟度高,生烴量多,成藏規(guī)模較大[11]。古近紀(jì)初期,林樊家地區(qū)上古生界埋深達(dá)到 4.0 km,煤系烴源巖達(dá)到了成熟和過成熟階段,進(jìn)入大規(guī)模生氣階段,開始聚集成藏;沙四沉積期以來,林樊家地區(qū)再次抬升遭受剝蝕,上古生界煤系烴源巖生烴作用停止,斷層活動(dòng)也破壞了早期的油氣藏[12]?？孜鳚撋缴瞎派鐭N源巖于新近紀(jì)—第四紀(jì)發(fā)生了大規(guī)模的二次生烴作用[13]。孤北低潛山中生界沉積較薄的地區(qū),上古生界烴源巖直到喜山晚期才開始二次生氣,生氣量大;中生界沉積厚度較大的地區(qū),上古生界烴源巖二次生氣早,后期可能受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞或散失。烏馬營(yíng)潛山、文留潛山二次生烴高峰也發(fā)生在古近紀(jì)末期或新近紀(jì)—第四紀(jì)(表 1)。

2.2 成藏條件

目前已發(fā)現(xiàn)的源自上古生界的煤成氣藏主要分布在下古生界碳酸鹽巖、上古生界砂巖、中生界白堊系砂巖、古近紀(jì)下部砂巖儲(chǔ)層中[14]。從盆地演化過程看,華北東部多期不整合面的發(fā)育使得前第三系儲(chǔ)層經(jīng)歷了長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕,各種溶蝕孔、洞發(fā)育,儲(chǔ)集性能好。蓋層有石炭系底部的鋁土質(zhì)泥巖和暗色泥巖、上古生界內(nèi)部泥巖、下 -中侏羅統(tǒng)泥巖、白堊系泥巖、古近系泥頁巖和膏巖等,總體上屬于好—中等的蓋層。

生排氣期與圈閉形成時(shí)期的匹配關(guān)系及后期保存條件是影響大規(guī)模氣藏形成的重要因素。在所分析的 6個(gè)典型疊合單元中,除林樊家凸起外,其他地區(qū)上古生界煤系烴源巖的二次生氣期均在古近紀(jì)末期至新近紀(jì)—第四紀(jì),圈閉定型期均早于或與二次生氣期同步,有利于氣藏的保存。如文留潛山上古生界烴源巖在東營(yíng)組沉積早期和沙三段沉積晚期達(dá)到二次生烴的埋深 4.011 km,而文留地壘式潛山開始形成于沙三期[2],圈閉定型期與二次生氣期匹配較好。

3 盆地疊合單元的石油地質(zhì)意義及其對(duì)油氣勘探的啟示

3.1 中、新生代盆地疊合單元的石油地質(zhì)意義

3.1.1 Ⅰ型疊合單元(持續(xù)沉降型)

該類型疊合單元在中、新生代均處于坳陷區(qū)并接受沉積,前第三系烴源巖發(fā)育、保存較好。但是,上古生界烴源巖熱演化程度較高,至白堊紀(jì)末期大都經(jīng)歷了二次生烴 (圖 4),從而給油氣藏的保存條件提出了較為苛刻的要求。

圖 4 不同疊合單元上古生界烴源巖的埋藏、生烴史示意圖Fig.4 Types of embedding and hydrocarbon generation history of Upper Paleozoic source rocks in different superposition un its in Boha i Bay area

3.1.2 Ⅱ型疊合單元(復(fù)雜疊合型)

(1)Ⅱ1型(中沉新剝型)。該類型疊合單元在中生代處于坳陷區(qū),上古生界烴源巖在白堊紀(jì)末期之前可能就已經(jīng)歷了初次或二次生排烴,加之古近紀(jì)長(zhǎng)期處于剝蝕狀態(tài),不可能再次生排烴,而且造成了早期形成的油氣藏破壞,石油地質(zhì)條件不利。因此,應(yīng)著重對(duì)后期構(gòu)造演化程度進(jìn)行研究,以確定是否殘留有古生古儲(chǔ)型原生氣藏。

(2)Ⅱ2型 (中復(fù)新沉型)。該類型疊合單元中生界沉積厚度不大,中生代末期上古生界烴源巖熱演化程度不至過高,多在古近紀(jì)末期或新近紀(jì)初期達(dá)到初次或二次生排烴,與圈閉的形成時(shí)期相吻合或晚于圈閉形成期。另外,該類型疊合單元在早—中侏羅世或晚侏羅—早白堊世處于凸起區(qū),使得古生界頂面風(fēng)化殼發(fā)育,可以形成古生古儲(chǔ)型氣藏。

(3)Ⅱ3型(中復(fù)新剝型)。該類型疊合單元中生界沉積厚度不大,上古生界烴源巖熱演化程度不會(huì)太高,但由于古近紀(jì)長(zhǎng)期處于剝蝕狀態(tài),上古生界烴源巖不可能再次生烴,因此石油地質(zhì)條件不利。但是,在中生界尤其是侏羅—白堊系本身蓋層條件較好的情況下,若后期改造較弱且中生界烴源巖達(dá)到了生排烴的程度,則可能形成中生界自生自儲(chǔ)型油氣藏,如下遼河坳陷宋家洼陷。

(4)Ⅱ4型 (中剝新沉型)。該類型疊合單元在中生代未接受沉積,前中生界烴源巖均在古近紀(jì)末期或新近紀(jì)達(dá)到二次生烴,與圈閉的形成時(shí)期匹配關(guān)系好。由于該類型疊合單元在中生代處于凸起區(qū),在新生代坳陷中以潛山形式存在,具備形成油氣圈閉的條件。如文留潛山,可以形成古生古儲(chǔ)或古生新儲(chǔ)型油氣藏。

3.1.3 Ⅲ型疊合單元(持續(xù)隆剝型)

該類型疊合單元在中生代和古近紀(jì)均為隆起區(qū),長(zhǎng)期處于剝蝕狀態(tài),往往是新近系直接覆蓋在太古界之上,不具備形成以前第三系為源的油氣藏條件。

3.2 上古生界天然氣勘探方向

上古生界烴源巖初次生排烴時(shí)間早,且生烴量較為有限,大規(guī)模的油氣運(yùn)移以二次生排烴為主,因此對(duì)于尋找源自上古生界煤系烴源巖的煤成氣藏而言,應(yīng)著重研究二次生排烴較晚的區(qū)域。從疊合單元角度來看,侏羅—白堊系沉積較薄或無沉積,且后期改造程度較弱的地區(qū)較為有利。中剝新沉、中復(fù)新沉型疊合單元上古生界煤系烴源巖具有二次生氣期晚、二次生氣規(guī)模大的特點(diǎn),且早于圈閉的形成期,是最有利的上古生界煤成氣藏勘探區(qū)。持續(xù)沉降型疊合單元若中生界沉積厚度較小也較為有利。中沉新剝型疊合單元內(nèi)上古生界煤系烴源巖二次生烴時(shí)間早,天然氣逸散時(shí)期長(zhǎng),后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,不利于形成大規(guī)模的氣藏。中復(fù)新剝型、持續(xù)隆剝型由于長(zhǎng)期的剝蝕上古生界煤系烴源巖可能無法達(dá)到二次生烴門限深度,且后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,油氣較難保存,對(duì)上古生界天然氣成藏最為不利。綜合分析認(rèn)為黃驊坳陷的孔店構(gòu)造帶、烏馬營(yíng)構(gòu)造帶,冀中坳陷霸縣凹陷東側(cè),濟(jì)陽坳陷沾化凹陷渤南深部隆起、孤西斷裂上升盤、孤北隆起構(gòu)造帶、東營(yíng)凹陷、惠民凹陷,東濮坳陷中央隆起帶等地是尋找上古生界原生油氣藏的有利地區(qū)。

4 結(jié) 論

(1)華北東部古生代以來經(jīng)歷了復(fù)雜的盆地演化過程,造成了多個(gè)期次、多種性質(zhì)的盆地在垂向上的疊加。華北東部渤海灣地區(qū)可劃分為持續(xù)沉降型、復(fù)合沉剝型、持續(xù)隆剝型 3大類型的疊合單元。其中復(fù)合沉剝型又可分為中沉新剝型、中復(fù)新沉型、中復(fù)新剝型和中剝新沉型 4種次級(jí)類型。

(2)華北東部晚中生代與新生代原型盆地的演化與疊加特征對(duì)上古生界煤系烴源巖生烴及成藏至關(guān)重要,對(duì)于尋找源自上古生界的天然氣藏,中復(fù)新沉、中剝新沉型疊合單元最為有利,若中生界沉積厚度較小則持續(xù)沉降型也較為有利。其中黃驊坳陷的孔店構(gòu)造帶、烏馬營(yíng)構(gòu)造帶,冀中坳陷霸縣凹陷東側(cè),濟(jì)陽坳陷沾化凹陷渤南深部隆起、孤北隆起構(gòu)造帶等地是尋找上古生界原生油氣藏的有利地區(qū)。

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(編輯 徐會(huì)永)

Basin superposition characteristics ofM esozoic and
Cenozoic and natural gas exploration prospect of Upper Paleozoic in the eastern North China

PENG Zhao-meng1,WU Zhi-ping2,PENG Shi-mi1
(1.School of Resource and Info rmation Technology in China University of Petroleum,Beijing102249,China; 2.College of Geo-Resources and Info rm ation in China University of Petroleum,Dongying257061,China)

Based on the basin evolution and the superposition of deposition areas and erosion areas duringMesozoic and Cenozoic,superposition units of the BohaiBay area in the eastern North China were classified.Six areas in different superposition units,including Suqiao buried hill-Wenan slope,Kongxi buried hill,Linfanjia uplift,were chosen to study the hydrocarbon generation and expulsion historyof Paleozoic source rocks.The hydrocarbon accumulation and preservation of different superposition unitswere summarized.The petroleum geological significance of superposition unit and its illumination to the oil and gas exploration were discussed.The results show that three different types of superposition units,including types of continuous subsidence,composite of subsidence and denudation,continuous denudation,can be classified in the BohaiBay area in the eastern North China.Type of composite of subsidence and denudation includes four sub-types such as subsidence in Mesozoic-denudation in Cenozoic,composite inMesozoic-subsidence in Cenozoic,composite inMesozoic-denudation in Cenozoic,and denudation inMesozoic-subsidence in Cenozoic.Superposition units of denudation inMesozoic-subsidence in Cenozoic and composite inMesozoic-subsidence in Cenozoic are the most favorable areas forUpper Paleozoic natural gas exploration.IfMesozoic is thin,superposition units of continuous subsidence are also favorable areas.

basin evolution;superposition units;Upper Paleozoic;Mesozoic and Cenozoic;the eastern North China

TE 121

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.02.001

1673-5005(2010)02-0001-07

2009-11-18

國(guó)土資源部國(guó)家油氣專項(xiàng)資助項(xiàng)目(XQ-2004-03)

彭兆蒙(1982-),女(漢族),山東兗州人,博士研究生,主要研究方向?yàn)橛蜌馓锟碧郊伴_發(fā)地質(zhì)。