華北盆地埋藏地貌面與油氣藏

崔俊輝,吳 忱,陳利江,劉芳圓,趙艷霞,秦彥杰,白 潔

(1.河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所,河北石家莊 050011;2.河北政法職業(yè)學(xué)院,河北石家莊 050061）

華北盆地埋藏地貌面與油氣藏

崔俊輝1,吳 忱1,陳利江1,劉芳圓1,趙艷霞1,秦彥杰1,白 潔2

(1.河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所,河北石家莊 050011;2.河北政法職業(yè)學(xué)院,河北石家莊 050061）

華北盆地白堊紀(jì)以來的地層中蘊藏著8個不同尺度的地文期。每個地文期都由初期的侵蝕面—河床滯留物質(zhì)、早期的粗粒物質(zhì)、中—晚期的細(xì)粒物質(zhì)和末期的風(fēng)化殼組成。華北盆地有2個埋藏地貌面——準(zhǔn)平原和風(fēng)化殼,分別位于基底拗陷區(qū)和基底隆起區(qū)的基巖面上。溶洞、孔洞、孔隙、裂隙十分發(fā)育的地貌面與地文期初期的侵蝕面、早期的粗粒物質(zhì)堆積相互重疊的地區(qū),為石油、天然氣的儲集提供了理想的場地。

華北盆地;埋藏地貌面;石油天然氣;地文期;準(zhǔn)平原

最新研究成果表明,華北盆地白堊紀(jì)以來的地層中蘊藏著8個不同尺度的地文期(可與華北山地地文期對比）,每個地文期都由下半部的河床亞相粗粒物質(zhì)和上半部的河、湖相或湖沼相的細(xì)粒物質(zhì)組成,底部是地文期初期形成的侵蝕面與河床滯留物質(zhì),頂部是地文期末期形成于地貌面上的風(fēng)化面。地文期上半部的河、湖相物質(zhì)為石油、天然氣(主要指生物氣和石油伴生氣,下同）的生成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。溶洞、孔洞、孔隙、裂隙十分發(fā)育的地貌面(主要指夷平面及風(fēng)化殼,下同）與地文期初期的侵蝕面(包括河床滯留物質(zhì),下同）、早期的粗粒物質(zhì)堆積重疊分布的地區(qū),為石油、天然氣的儲集提供了理想的場地。本文從華北盆地地文期的劃分及地貌面的形成和結(jié)構(gòu)特征分析華北盆地埋藏地貌面為油氣的生成與儲存提供的有利條件。

1 華北盆地的地文期

地文期是地貌發(fā)育演化的階段或周期。依據(jù)侵蝕面(地層中的不整合面）及面上的河床滯留物質(zhì)(多數(shù)情況下與河床亞相砂礫石堆積混在一起,不易區(qū)分）、二元沉積結(jié)構(gòu)以及殘存的埋藏準(zhǔn)平原(可溶巖地區(qū)為巖溶洞穴）和風(fēng)化殼(或古土壤）,華北盆地新生代地層中蘊藏著8個不同尺度的地文期(可與華北山地的地文期對比）,分別是:1）白堊紀(jì)大地文期,在華北山地是北臺期侵蝕,在華北盆地是盧溝橋、無極期堆積;2）新生代大地文期,包括古近紀(jì)中地文期(在華北山地是甸子梁期侵蝕,在華北盆地是孔店、沙河街期堆積）和新近紀(jì)中地文期(在華北山地是唐縣期侵蝕,在華北盆地是館陶、明化鎮(zhèn)期堆積）;3）第四紀(jì)中地文期,包括早更新世小地文期(在華北山地是汾河期侵蝕,在華北盆地是固安期堆積）和中更新世小地文期(在華北山地是湟水期侵蝕,在華北盆地是楊柳青期堆積）;4）晚更新世以后小地文期,包括晚更新世微地文期(在華北山地是清水期侵蝕,在華北盆地是歐莊期堆積）、早-中全新世微地文期(在華北山地是板橋期侵蝕,在華北盆地是楊家寺、高灣期堆積）和晚全新世微地文期(在華北山地是段曲期侵蝕,在華北盆地是岐口期堆積）[1-3]。

地文期初期的侵蝕面在華北山地及華北盆地普遍發(fā)育。地文期的早期,在華北山地以溯源侵蝕-深向切割為主,形成侵蝕谷;在華北盆地形成河流相的粗粒物質(zhì)堆積。地文期的中、晚期,在華北山地以側(cè)蝕夷平-谷坡后退為主,形成準(zhǔn)平原;在華北盆地形成河、湖相或湖、沼相的細(xì)粒物質(zhì)堆積。地文期的末期,在準(zhǔn)平原面上發(fā)育了風(fēng)化殼,在堆積面上發(fā)育了古土壤。

數(shù)個低尺度的地文期組成了一個高尺度的地文期,如新生代大地文期包括2個已發(fā)育完結(jié)和1個未發(fā)育完結(jié)的中地文期,第四紀(jì)中地文期包括2個已發(fā)育完結(jié)和1個未發(fā)育完結(jié)的小地文期。華北盆地古近紀(jì)中地文期中的沙四、三段,大致可分出10個各厚100～200 m的沉積旋回。早更新世小地文期的固安組堆積中,在河北平原又可分出5個各厚20～50 m的沉積旋回。它們都可能是該地文期中的低一級地文期。由于研究深度不夠,對于這種低一級的地文期,現(xiàn)在還不能劃分和命名。

2 華北盆地的地貌面

地貌面是地貌發(fā)育演化階段或周期終結(jié)的面。一般,地文期的初期是形成地層面(即地層不整合面）的時期,中、晚期是形成地貌面的時期。該地貌面在抬升的基巖山區(qū)為準(zhǔn)平原(非可溶巖地區(qū)）或溶蝕平原(可溶巖地區(qū)）;在拗陷的堆積盆地為細(xì)粒物質(zhì)堆積及其所形成的地貌面(包括扇狀地面、河湖堆積面、海積面等）。

在抬升的山地,地文期初期的線狀侵蝕面往往會被地文期末期的面狀準(zhǔn)平原代替,因此只見夷平面(準(zhǔn)平原被抬升到山地頂部后稱為山地夷平面）,不見侵蝕面。相反,在拗陷的盆地,由于后一個地文期的初期侵蝕會把前一個地文期末期的地貌面侵蝕掉,進(jìn)而被后一個地文期初期的侵蝕面代替,因此多見侵蝕面(地層不整合面）,少見堆積面。

華北盆地是新生代以來在白堊紀(jì)大地文期末期準(zhǔn)平原——華北準(zhǔn)平原的基礎(chǔ)上形成的構(gòu)造盆地。其中,始新世初期的喜馬拉雅造山運動第一幕,由于差異升降,基底拗陷(如冀中拗陷）中的斷陷地區(qū)是幼年期的裂谷式填充堆積,基底拗陷中的抬升地區(qū)(如冀中拗陷數(shù)個裂谷之間的隆起）和基底隆起(如滄州隆起）仍然遭受著不同程度的侵蝕、剝蝕。始新世晚期至漸新世,斷陷擴大成拗陷,各基底拗陷中的小型隆起也開始下降形成盆地,為壯年期的盆地堆積?；茁∑鸬热匀辉馐苤治g、剝蝕。從新近紀(jì)初期開始,由于喜馬拉雅造山運動第二幕的驅(qū)動,包括所有基底拗陷與基底隆起的華北盆地整體沉陷,開始了老年期的平原加積階段,直至現(xiàn)在。

在古近紀(jì)中地文期初期幼年期的裂谷堆積中,由于快速堆積,裂谷底部還保存著白堊紀(jì)大地文期末期的地貌面——北臺期準(zhǔn)平原(也稱華北準(zhǔn)平原,可溶巖地區(qū)為溶蝕平原）及面上的風(fēng)化殼——夏家山期風(fēng)化殼。裂谷邊緣斜坡超覆堆積的地區(qū),也保存著同樣的準(zhǔn)平原(或溶蝕平原）和風(fēng)化殼。快速堆積物質(zhì)則是孔店組底部的(孔三段）河床亞相砂礫石,砂礫石之上則是古近紀(jì)中地文期中、晚期(孔店組二、一段及沙河街組、東營組）的河、湖相和湖泊相的細(xì)粒物質(zhì)堆積。末期,在隆起地區(qū)(如滄州隆起、埕寧隆起等）的基巖面上生成了甸子梁期準(zhǔn)平原及平原面上的風(fēng)化殼——將軍廟期風(fēng)化殼,可溶巖地區(qū)為溶蝕盆地。拗陷盆地(如冀中拗陷、黃驊拗陷等）堆積物的表面則是各種堆積面——扇狀地面、泛濫平原面、湖沼相的粘土面及海積面。

雖然新近紀(jì)中地文期初期的強烈侵蝕幾乎把古近紀(jì)中地文期末期的地貌面全部侵蝕掉,但在滄州、埕寧等隆起的基巖面上仍會有少量準(zhǔn)平原及其上的風(fēng)化殼殘留。新近紀(jì)中地文期初期的侵蝕面上,堆積了30多m厚的河床亞相礫石層——館陶組下半部的燧石礫石層,其上覆蓋了館陶組上部和明化鎮(zhèn)組河、湖相細(xì)粒物質(zhì)堆積。

受喜馬拉雅造山運動第三幕——新構(gòu)造幕的驅(qū)動,第四紀(jì)初期的強烈侵蝕使華北盆地地層形成了沉積間斷,造成了大面積、大尺度的上新世上部和早更新世底部的地層缺失,因而新近紀(jì)中地文期末期的地貌面幾乎被侵蝕殆盡,早更新世底部的地層不整合面及面上的河床亞相砂礫石堆積代替了新近紀(jì)中地文期末期的地貌面,其上又堆積了固安組河、湖相細(xì)粒物質(zhì)。同樣,中更新世、晚更新世、早-中全新世地文期末期的地貌面也大部遭到了侵蝕破壞,分別被其后一個地文期初期的侵蝕面及面上的粗粒物質(zhì)代替。只有晚更新世的山前洪積扇面和晚全新世的沖積扇-泛濫平原面、濱海平原面仍殘留在地面上,構(gòu)成了現(xiàn)在的平原地貌[4]。

綜上所述可看出,華北盆地仍保留有如下地貌面(圖1）:1）白堊紀(jì)大地文期末期(北臺期）的華北準(zhǔn)平原面,包括非可溶巖地區(qū)的準(zhǔn)平原、可溶巖地區(qū)的溶蝕平原以及平原上的風(fēng)化殼(夏家山期風(fēng)化殼）,主要分布在基底拗陷區(qū)的底部,包括裂谷底部、裂谷斜坡上和裂谷之間隆起的頂部,如冀中拗陷、黃驊拗陷、濟(jì)陽拗陷等底部基巖面上。2）古近紀(jì)中地文期末期(甸子梁期）的準(zhǔn)平原面,包括非可溶巖地區(qū)的準(zhǔn)平原、可溶巖地區(qū)的溶蝕平原以及平原上的風(fēng)化殼(將軍廟期風(fēng)化殼）,主要分布在基底隆起區(qū)的頂部,如滄州隆起、埕寧隆起、內(nèi)黃隆起等頂部基巖面上。3）晚更新世和晚全新世微地文期末期的洪積扇面、沖積扇-沖積平原面和濱海平原的瀉湖-三角洲面及海積面。上述3期地貌面中的前兩期已被盆地堆積物掩埋,所以稱為埋藏地貌面;第3期出露于地表,是地貌面。

因為北臺期地貌面是大地文期末期面,形成時間長(約80 M a）,甸子梁期地貌面是中地文期末期面,形成時間較長(約20～30 M a）,所以,北臺期地貌面比甸子梁期地貌面更加發(fā)育,表現(xiàn)為裂隙和巖溶的深度深,風(fēng)化殼的厚度厚。

3 華北盆地埋藏地貌面與油氣藏

油氣藏的形成是十分復(fù)雜的油氣運移和聚集的過程,與盆地的構(gòu)造演化、環(huán)境變化、沉積歷史和沉積相分異、地貌過程等密切相關(guān),因而在油氣藏的類型中就有構(gòu)造油氣藏、非構(gòu)造油氣藏、水動力圈閉油氣藏和混合油氣藏之分。在非構(gòu)造油氣藏中又有巖性油氣藏和地層油氣藏之別。在巖性油氣藏中又有砂巖上傾尖滅油氣藏、古河道砂巖油氣藏、粘土或碳酸鹽巖裂隙和層間裂縫油氣藏。在地層油氣藏中又有不整合油氣藏、地層超復(fù)油氣藏和各種巖石的古潛山油氣藏等多種類型[5]。

圖1 華北盆地埋藏地貌面橫向分布示意Fig.1 Section of embedding geomorphic surface in North China Basin

筆者認(rèn)為,華北盆地埋藏地貌面主要為地層、巖性油氣藏提供了理想場地。其中,地層不整合和地層超復(fù)油氣藏可能與地文期初期的侵蝕面及面上的河床滯留物質(zhì)有關(guān)。各種巖石的古潛山油氣藏可能與基巖表面的埋藏地貌面——準(zhǔn)平原及其上的風(fēng)化殼有關(guān)。其中,可溶巖石的地貌面主要是孔洞、溶洞發(fā)育的巖溶地貌。砂巖上傾尖滅和古河道砂巖油氣藏可能均與地文期早期的河流相粗粒物質(zhì)有關(guān)。粘土或碳酸鹽巖裂隙和層間裂縫油氣藏很可能是還沒有被后一個地文期的初期侵蝕全部侵蝕掉的前一個地文期末期的堆積面的殘跡,因為地文期的末期是氣候較熱,干、濕交替明顯,容易生成泥裂的時期。

(1）白堊紀(jì)及古、新近紀(jì)地文期上半部的細(xì)粒物質(zhì)為石油、天然氣的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。白堊紀(jì)及古、新近紀(jì)地文期上半部的細(xì)粒物質(zhì)均是河、湖相物質(zhì),其中尤以古近紀(jì)地文期中的孔店組上部、沙河街組、東營組湖泊面積大、湖水深、時間長,從淺湖到深湖再到淺湖,幾乎涉及華北盆地中的所有基底拗陷盆地,成湖期長達(dá)25 Ma左右,暗色泥巖連片分布,中高等植物含量高,生油層母質(zhì)以混合型和腐殖型為主,地溫梯度高,熱演化程度高,除少量拗陷的個別含油組、段外,大部分拗陷的有機質(zhì)豐度均達(dá)到了生油巖指標(biāo),是華北盆地的重點生油層位[6-9]。新近紀(jì)地文期上半部的細(xì)粒物質(zhì)(館陶組上部和明化鎮(zhèn)組）也是河、湖相,由于成湖期短、湖水淺,尤其是埋藏淺、溫度低、熱演化程度低,所以即便是有腐殖型的成油母質(zhì),也不能生成石油,但可能會生成一些生物天然氣。

(2）白堊紀(jì)地貌面與古近紀(jì)地文期下半部的粗粒物質(zhì)為石油、天然氣的新生古儲提供了理想場地。白堊紀(jì)地貌面在基底拗陷區(qū)的底部是基巖面上的準(zhǔn)平原——北臺期準(zhǔn)平原(可溶巖地區(qū)為巖溶平原）及其表層的風(fēng)化殼——夏家山期風(fēng)化殼。準(zhǔn)平原表面的溶洞、孔洞、孔隙、裂隙十分發(fā)育,深可達(dá)數(shù)十米,其上的風(fēng)化殼厚度也達(dá)20～30 m,最厚可達(dá)70 m。再上是古近紀(jì)地文期初期的侵蝕面——地層不整合面及下半部的粗粒物質(zhì),是理想的下滲通道。這種地層-巖性組合為古近紀(jì)油層的新生古儲提供了理想場地,也即華北盆地產(chǎn)油氣最多的古潛山油氣藏[7-9]。

(3）古近紀(jì)中地文期中次一級地文期下半部的河流相砂體為古近紀(jì)油層的自生自儲提供了理想場地。古近紀(jì)中地文期中又由數(shù)個、乃至數(shù)十個次一級地文期組成,下半部均為河流相砂體或入湖三角洲砂體以及湖水退縮時期的湖濱砂體,多為中、細(xì)砂,物性較好,上、下均有湖相細(xì)粒物質(zhì)封堵,因此為古近紀(jì)生油層的自生自儲提供了場地。但油氣藏層較薄是其不足。

(4）古近紀(jì)地貌面與新近紀(jì)地文期下半部的粗粒物質(zhì)為石油、天然氣的下生上儲提供了理想場地。古近紀(jì)地貌面在基底隆起區(qū)的頂部是基巖面上的準(zhǔn)平原——甸子梁期準(zhǔn)平原(可溶巖地區(qū)為溶蝕盆地）及其表層的風(fēng)化殼——將軍廟期風(fēng)化殼。準(zhǔn)平原表面的溶洞、孔洞、孔隙、裂隙及表層風(fēng)化殼雖然不如北臺面發(fā)育,但也有一定深度和厚度。再上是新近紀(jì)地文期初期的侵蝕面——地層不整合面及下半部的粗粒物質(zhì),是理想的下滲通道。所以該地層-巖性組合為古近紀(jì)油層的下生上儲提供了理想場地,其中的準(zhǔn)平原和風(fēng)化殼也構(gòu)成了古潛山油氣藏[7-9]。

目前,華北平原還沒有在基底隆起區(qū)打過勘探井,尚無有關(guān)該古潛山油氣藏的資料。本文主要根據(jù)地文期與地貌面研究成果進(jìn)行推測,可以試鉆檢驗。

(5）新近紀(jì)地文期下半部的粗粒物質(zhì)為熱解氣的下生上儲和生物氣的自生自儲提供了理想場地。新近紀(jì)地文期(包括其中的次一級地文期）下半部的河流相物質(zhì)——除去館陶組下半部的燧石礫石層之外的河流相物質(zhì),下部有新近紀(jì)地文期初期侵蝕面(地層不整合面）和面上燧石礫石層的上滲通道,上部有各地文期上半部的細(xì)粒物質(zhì)為蓋層,因此,為古近紀(jì)熱解氣(石油伴生氣）的下生上儲和新近紀(jì)生物氣的自生自儲提供了理想場地[6,8]。

4 結(jié)語

油氣藏的形成與圈閉十分復(fù)雜。本文只給出了地文期中的不同沉積相和埋藏地貌面與石油、天然氣儲集的關(guān)系,只為其提供了理想的場地,而不是油氣藏;是否形成了油氣藏,還要看是否有與其相匹配的生、儲、蓋的空間和運、圈、保的時間[10]。本文即便是給出了油、氣儲集的理想場地,也屬于一家之言,很不全面,僅供參考。

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Discussion on Correlation of Embedding Geomorphic Surface and Petroleum and Natural Gas Reservior in North China Basin

CU IJun-hui1,WU Chen1,CHEN Li-jiang1,L IU Fang-yuan1,ZHAO Yan-xia1,Q IN Yan-jie1,BA IJie2
(1.Institute of Geographical Sciences,Hebei Academ y of Sciences,Shijiazhuang 050011;
2.Hebei Polytechnic College of Political Science and Law,Shijiazhuang 050061,China）

The stratum of No rth China Basin since Cretaceous contain 8 physiographic periodsof different scale.Each of them is made up of detained corrosive surface-riverbed substance in early days and thick-granule substance in early stage and thin-granule substance in middle-later stage and weathering crust in last stage.There are two embedding geomo rphic surfaces in North China Basin,namely,penep lain and weathering crust,w hich located on bedrock surfaces of floo r dow nwarping region and floor upwelling region respectively.The geomorphic surfacesw hich develop solution holes and cavern and po re space and fissure very much as well as co rrosive surfaces in early stage of physiographic period and regions of overlapped thick-granule substance cumulation p rovided perfect fields fo r concentration and storage of petroleum and natural gas.It embodies in five aspects as follow s:1）The granule in Cretaceous,Paleogene and the upper half of Neogene established the basis fo r fo rmation of petroleum and natural gas;2）The coarsematerial in Cretaceous geomorphic surface and the lower half of Paleogene p rovided perfect fields fo r new-p roduction and ancient-deposition of petroleum and natural gas;3）The fluvial sand body in the lower half of the hypophysiographic period of Paleogene p rovided perfect fields fo r self-p roduction and self-deposition of Paleogene oil layer;4）The coarse material in Paleogene geomo rphic surface and the lower half of Neogene physiographic period p rovided perfect fields fo r bottom-p roduction and top-deposition of petroleum and natural gas;5）The coarsematerial in the lower half of Neogene physiographic period p rovided perfect fields fo r bottom-p roduction and top-deposition of pyrolytic gas and fo r self-p roduction and selfdeposition of biogas.

No rth China Basin;embedding geomorphic surface;petroleum and natural gas;physiographic period;penep lain

P931

A

1672-0504(2010）02-0058-04

2010-01-06

河北省自然科學(xué)基金項目(D2008001160）

崔俊輝(1969-）,男,碩士,主要研究方向為古地貌與古河道。E-mail:tsuay123@163.com