臨清坳陷東部構(gòu)造演化及對(duì)上古生界烴源巖生烴的控制作用

王明健，張訓(xùn)華 （青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071）

張運(yùn)波 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

何登發(fā)，孫衍鵬 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083）

李文濤 （中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

臨清坳陷東部構(gòu)造演化及對(duì)上古生界烴源巖生烴的控制作用

王明健，張訓(xùn)華 （青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071）

張運(yùn)波 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

何登發(fā)，孫衍鵬 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083）

李文濤 （中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

目前渤海灣盆地的勘探形勢(shì)良好，在上古生界陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多個(gè)煤成氣氣田，但在盆地西南部的臨清坳陷東部尚未有大的勘探突破。為提高天然氣勘探效率，從構(gòu)造演化方面入手，結(jié)合埋藏史和流體包裹體的分析結(jié)果，對(duì)研究區(qū)上古生界煤系烴源巖的生烴作用進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明：臨清坳陷東部的構(gòu)造演化主要受華北板塊與其周?chē)鍓K的相互運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)方式所控制，三疊紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了5期演化過(guò)程；上古生界煤系烴源巖的成熟演化主要受構(gòu)造演化所控制，共經(jīng)歷了5次生烴作用，以喜馬拉雅早中期和喜馬拉雅晚期2次生烴作用最強(qiáng)，并且與圈閉形成時(shí)間匹配良好，生成的油氣能得到有效的保存。

臨清坳陷東部；上古生界；構(gòu)造演化；生烴作用

近些年來(lái)渤海灣盆地上古生界油氣勘探取得了很大進(jìn)展，在冀中坳陷、黃驊坳陷、東濮凹陷和濟(jì)陽(yáng)坳陷發(fā)現(xiàn)了多個(gè)煤成氣藏，油源對(duì)比顯示油氣均來(lái)自于上古生界石炭系－二疊系烴源巖［1～4］，這些氣藏的發(fā)現(xiàn)表明渤海灣盆地上古生界煤成氣具有良好的勘探前景。臨清坳陷東部位于渤海灣盆地的西南收斂端，石炭系－二疊系煤系烴源巖非常發(fā)育，厚度大、分布廣，具備煤成烴成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，一直被認(rèn)為是煤成氣勘探的有利地區(qū)。但是研究區(qū)在地史上經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)的演化及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造［5］，斷層極為發(fā)育，具有復(fù)雜的構(gòu)造、沉積、埋藏和熱演化史，油氣成藏條件非常的復(fù)雜。迄今為止對(duì)臨清坳陷東部自晚古生代以來(lái)的構(gòu)造演化歷史及其對(duì)上古生界煤成氣生烴作用仍未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的研究，從而制約了該區(qū)天然氣的進(jìn)一步勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

臨清坳陷東部是指北到吳橋，南到冠縣，臨清－武城以東的東部地區(qū)，包括德州－冠縣、莘縣凹陷和高唐－堂邑凸起3個(gè)構(gòu)造單元，總面積約為5000km2（圖1）。臨清坳陷總體上地層發(fā)育較全，除區(qū)域性缺失的上奧陶統(tǒng)（O3）、志留系（S）－泥盆系（D）和下石炭統(tǒng)（C1）外，其余地層均有分布。自下而上可劃分為9個(gè)構(gòu)造層，分別是寒武系－奧陶系（∈－O）、石炭系－二疊系（C－P）、中－下三疊統(tǒng)（T1－2）、中－下侏羅統(tǒng)（J1－2）、上侏羅統(tǒng)－下白堊統(tǒng)（J3－K1）、孔店組－沙四段（Ek－Es4）、沙三段－沙二段（Es3－Es2）、沙一段－東營(yíng)組（Es1－Ed）、新近系－第四系（N－Q）。區(qū)內(nèi)斷裂極為發(fā)育，按走向大致可分為兩組，夏津－德參2井北橫向變換構(gòu)造帶以北地區(qū)走向以NW向或近EW向?yàn)橹鳎阅系貐^(qū)走向主要為NE向，整體呈“東西呈帶，南北分塊”的構(gòu)造格局（圖1）。

2 晚古生代以來(lái)的構(gòu)造演化分析

2.1 早－中三疊世（T1－2）陸相克拉通內(nèi)坳陷盆地

從海西晚期開(kāi)始華北地臺(tái)南、北兩側(cè)裂陷海槽逐漸發(fā)生近SN向的聚斂、封閉，華北板塊處于擠壓應(yīng)力場(chǎng)當(dāng)中，周緣不斷隆升，盆地的范圍逐漸縮小，為一南陡北緩、呈NWW向展布的大型內(nèi)陸沉積盆地［6～12］。二疊紀(jì)末期的海西運(yùn)動(dòng)沒(méi)有造成華北地區(qū)沉積格局發(fā)生重大變化，為一統(tǒng)一的陸相克拉通內(nèi)坳陷，處于干熱－濕熱氣候條件下的河流、濱湖沉積環(huán)境，與晚古生代相比沉積范圍略有縮?。?，11］。

臨清坳陷東部早－中三疊世盆地是整個(gè)華北盆地的一部分，位于盆地的東部邊緣，其西與沁水盆地、鄂爾多斯盆地相連，區(qū)內(nèi)下－中三疊統(tǒng)厚度為1800～2400m，大體呈現(xiàn)由SW向NE逐漸減薄的趨勢(shì)，地層厚度中心位于研究區(qū)南部的高古7井兩側(cè)，厚約2400m。

中三疊世末揚(yáng)子板塊與華北板塊先東后西的“剪刀”式碰撞導(dǎo)致華北地區(qū)發(fā)生了印支早期運(yùn)動(dòng)［13］。該次運(yùn)動(dòng)之后上述大型內(nèi)陸盆地表現(xiàn)大幅度萎縮，大致以太行山一線為樞紐，以東地區(qū)相對(duì)隆升并發(fā)生構(gòu)造變形，絕大部分地區(qū)處于剝蝕環(huán)境，缺失上三疊統(tǒng)。而以西地區(qū)相對(duì)沉降，發(fā)育與中三疊統(tǒng)連續(xù)沉積的上三疊統(tǒng)。該時(shí)期臨清坳陷東部整體隆升剝蝕，構(gòu)造活動(dòng)較弱。

晚三疊世末發(fā)生的晚印支運(yùn)動(dòng)在渤海灣盆地不同地區(qū)的表現(xiàn)有明顯差異，西部區(qū)域可能主要是使早印支期褶皺發(fā)生繼承性變形，變形相對(duì)較弱，中－東部地區(qū)則在早印支期近EW向褶皺基礎(chǔ)上疊加了NE向褶皺和逆沖斷層變形，且變形程度較強(qiáng)。造成這種差異的原因可能與揚(yáng)子板塊和華北板塊先東后西的“剪刀”式碰撞和蘇北陸塊向NW方向推擠有關(guān)。臨清坳陷東部位于渤海灣地區(qū)的中－東部，處于NW－SE向擠壓應(yīng)力場(chǎng)當(dāng)中，形成了一些NE向的逆沖斷層和寬緩褶皺，前期發(fā)育的地層遭受了強(qiáng)烈的剝蝕。

2.2 早－中侏羅世（J1－2）陸內(nèi)坳陷盆地

揚(yáng)子板塊與華北板塊的碰撞擠壓開(kāi)始逐漸減弱，而西太平洋區(qū)板塊開(kāi)始活動(dòng)，中國(guó)東部進(jìn)入由古亞洲構(gòu)造域向?yàn)I太平洋構(gòu)造域演化的過(guò)渡階段［14～16］。印支期所形成的以走向NE向?yàn)橹鞯鸟薨櫍瓫_斷或隆坳構(gòu)造格局對(duì)臨清坳陷東部早－中侏羅世（J1－2）盆地的發(fā)育具有明顯的控制作用，盆地邊界不同程度地受到擠壓構(gòu)造的控制。早－中侏羅世（J1－2）臨清坳陷東部地區(qū)盆地類(lèi)型為陸內(nèi)坳陷盆地，早期表現(xiàn)為對(duì)印支期形成的NE向逆沖斷層和寬緩褶皺所產(chǎn)生的低洼地區(qū)的充填，是一個(gè)截凸填凹的過(guò)程，盆地展布方向?yàn)镹E向。中侏羅世末期臨清坳陷東部整體隆升遭受剝蝕。

2.3 晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）陸內(nèi)伸展斷陷盆地

晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）受郯廬斷裂左旋走滑和巖石圈拆沉作用的控制，鹽山－歧口－新港－蘭考－聊城斷裂以及太行山山前斷裂也開(kāi)始活動(dòng)［7，14～16］，渤海灣盆地進(jìn)入大規(guī)模斷陷盆地發(fā)育階段。受盆地邊界斷裂的形成機(jī)制及展布特征的控制，華北東部渤海灣盆地在這一時(shí)期出現(xiàn)了明顯的分區(qū)性：鹽山－歧口－新港－蘭考－聊城斷裂帶以東，盆地展布方向以NW、NWW向?yàn)橹鳎辉摂嗔褞б晕?，盆地主要呈NE、NNE向展布。

就臨清坳陷東部地區(qū)而言，晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）除蘭聊斷層以外，堂邑西斷層的南段和北段、武城－館陶東斷層以及馬陵斷層等大的邊界斷層也開(kāi)始活動(dòng)，這些斷層的發(fā)育明顯控制了晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）地層的沉積。晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）臨清坳陷東部地區(qū)為一受周?chē)吔鐢鄬涌刂频腘NE向展布的拉張斷陷型盆地，沉積了較厚的陸相碎屑巖夾火山巖地層。

晚白堊世發(fā)生的燕山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使整個(gè)華北克拉通東部發(fā)生了較強(qiáng)的構(gòu)造變形，同時(shí)在區(qū)域構(gòu)造演化上具有重要的轉(zhuǎn)折意義：該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使華北克拉通變形、地殼縮短和巖石圈增厚；而該期運(yùn)動(dòng)之后的晚中生代－新生代，華北克拉通東部主體向著地殼伸展、巖石圈減薄的方向發(fā)展。該期運(yùn)動(dòng)結(jié)束了晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）盆地的發(fā)育歷史，并導(dǎo)致郯廬斷裂帶以西的華北廣大地區(qū)整體處于隆升剝蝕狀態(tài)。就臨清坳陷東部而言，主要受NW－SE方向擠壓應(yīng)力場(chǎng)控制，地層遭受了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）開(kāi)始活動(dòng)的蘭聊斷層和和其他一些邊界斷層發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)，由張性伸展轉(zhuǎn)為擠壓逆沖，同時(shí)還形成了一定數(shù)量的逆斷層。前期發(fā)育的地層在這一時(shí)期遭受了強(qiáng)烈的剝蝕。

2.4 古近紀(jì)大型陸內(nèi)伸展斷陷盆地

新生代初期華北東部巖石圈拆沉作用再次發(fā)生，同時(shí)郯廬斷裂帶由中生代的左旋走滑轉(zhuǎn)為右旋張裂，渤海灣地區(qū)整體受右旋走滑剪切應(yīng)力場(chǎng)控制，處于斷陷盆地發(fā)育階段。

臨清坳陷東部在這一時(shí)期表現(xiàn)為大規(guī)模拉張斷陷，形成了大量的正斷層，斷層走向主要為NE向。晚白堊世發(fā)生反轉(zhuǎn)的斷層以及該時(shí)期新生成的逆斷層在古近紀(jì)發(fā)生了負(fù)反轉(zhuǎn)，同時(shí)一些晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）形成的正斷層也在這一時(shí)期重新開(kāi)始活動(dòng)。原有的中、古生界構(gòu)造面貌被改造分割，莘縣、冠縣和德州凹陷大幅沉降，接受了巨厚的陸相碎屑巖沉積。古近紀(jì)末期發(fā)生的東營(yíng)運(yùn)動(dòng)使整個(gè)渤海灣地區(qū)整體發(fā)生隆升，地層遭受了剝蝕夷平。

2.5 新近紀(jì)－第四紀(jì)大型陸內(nèi)坳陷盆地

進(jìn)入新近紀(jì)之后，華北東部巖石圈發(fā)生了熱衰減冷凝沉降及重力均衡作用，水平拉張應(yīng)力場(chǎng)消失，斷層垂向運(yùn)動(dòng)逐漸趨于停止，早先的裂谷型盆地演變?yōu)榇笮哇晗菪团璧?，大面積分布的新近系及第四系整體不整合覆蓋于古近系的裂谷期層序之上。臨清坳陷東部地區(qū)與整個(gè)渤海灣盆地一樣，整體下沉接受沉積。

3 構(gòu)造演化對(duì)上古生界烴源巖生烴的控制作用

臨清坳陷東部上古生界烴源巖經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)數(shù)億年地質(zhì)熱演化歷史，受印支期的整體隆升、燕山和喜馬拉雅期差異沉降以及巖漿熱液變質(zhì)作用的影響，經(jīng)歷了多期次埋藏－抬升和增溫－降溫作用，導(dǎo)致烴源巖生烴過(guò)程多次中斷或減緩，具有多期生烴的特點(diǎn)。在影響研究區(qū)上古生界煤系烴源巖成熟演化的眾多因素當(dāng)中構(gòu)造作用是決定性的，不同構(gòu)造單元由于構(gòu)造演化歷史不同，生烴史也具有明顯的差異。凹陷中烴源巖演化程度高，已達(dá)到成熟，甚至過(guò)成熟，而凸起區(qū)演化程度較低，甚至沒(méi)有成熟。

根據(jù)單井埋藏史圖（圖2、3）分析得知，凹陷區(qū)上古生界煤系地層經(jīng)歷了印支早－中期（T1－2）、燕山早期（J1－2）、燕山中期（J3－K1）、喜馬拉雅早中期（E）和喜馬拉雅晚期（N－Q）5次沉降，相應(yīng)形成5期生烴時(shí)期，而凸起區(qū)僅經(jīng)歷了印支早－中期（T1－2）和燕山早期（J1－2）2期生烴作用。

通過(guò)對(duì)臨清坳陷東部流體包裹體樣品進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，烴類(lèi)包裹體主要分布于充填于裂縫當(dāng)中的方解石脈、顆粒裂隙和石英次生加大邊中。從成巖序列來(lái)看，臨清坳陷東部上古生界流體包裹體具有多期發(fā)育的特點(diǎn)。根據(jù)熒光顏色觀察和顯微測(cè)溫研究結(jié)果分析認(rèn)為存在4期油氣充注期：中侏羅世中晚期、早白堊世中晚期、古近紀(jì)中晚期和新近紀(jì)中期到現(xiàn)在（圖4）。中三疊世中晚期由于生烴量很少，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這一時(shí)期充注的烴類(lèi)包裹體。

在這5期生烴期當(dāng)中，以喜馬拉雅早中期（E）和喜馬拉雅晚期（N－Q）二次生烴作用最強(qiáng)，主要發(fā)生在研究區(qū)上古生界喜馬拉雅期埋深（溫度）超過(guò)印支期、燕山期最大埋深（溫度）的位置。這些地區(qū)往往為斷塊格局和沉降深度所限定，平面分布相對(duì)割裂，各區(qū)塊的二次生烴程度也有較大差異。上古生界喜馬拉雅期二次生烴的強(qiáng)度取決于上古生界烴源巖在新生代之前的熱演化程度和新生代的沉降幅度。新生代之前烴源巖埋深淺、熱演化程度低，新生代沉降幅度大，則對(duì)喜馬拉雅期生烴越有利。反之，如果印支期、燕山期埋深過(guò)大，烴源巖演化程度過(guò)高，造成烴源巖已大量生烴，即使喜山期存在二次生烴，其潛力也十分有限，難以形成工業(yè)性聚集。結(jié)合構(gòu)造演化來(lái)看，新生代以前的生烴作用發(fā)生早，遭受破壞時(shí)間長(zhǎng)，尤其是晚白堊世強(qiáng)烈的擠壓作用以及古近紀(jì)斷層的強(qiáng)烈活動(dòng)對(duì)早期油氣藏的破壞力極強(qiáng)，不利于油氣保存。喜馬拉雅早中期（E）和喜馬拉雅晚期（N－Q）2期生烴作用與圈閉形成時(shí)期匹配良好，這2期生烴作用生成的油氣可以得到有效地保存。

圖2 德州凹陷德古2井埋藏史圖

圖3高唐堂邑凸起高古7井埋藏史圖

4 結(jié) 論

1）臨清坳陷東部地區(qū)的盆地演化受華北板塊與其周?chē)鍓K的相互運(yùn)動(dòng)所控制，經(jīng)歷了早－中三疊世（T1－2）陸相克拉通內(nèi)坳陷盆地、早－中侏羅世（J1－2）陸內(nèi)坳陷盆地、晚侏羅世－早白堊世（J3－K1）陸內(nèi)伸展斷陷盆地、古近紀(jì)大型陸內(nèi)伸展斷陷盆地和新近紀(jì)－第四紀(jì)大型陸內(nèi)坳陷盆地5個(gè)盆地演化階段。

2）臨清坳陷東部上古生界煤系烴源巖共經(jīng)歷了印支早－中期（T1－2）、燕山早期（J1－2）、燕山中期（J3－K1）、喜馬拉雅早中期（E）和喜馬拉雅晚期（N－Q）5期生烴作用，并以喜馬拉雅期的2次生烴作用最為強(qiáng)烈。

3）新生代以前所形成的油氣藏基本已經(jīng)遭受破壞，油氣已經(jīng)散失掉，只有新生代2期生烴作用所生成的油氣才能得到有效地保存。

圖4 流體包裹體確定的油氣充注期次

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［編輯］ 宋換新

08 Tectonic Evolution and Its Control over the Upper Palaeozoic Source Rocks in the Eastern Linqing Depression

WANG Ming－jian，ZHANG Xun－h(huán)ua，ZHANG Yun－bo HE Deng－fa，SUN Yan－peng，LI Wen－tao

（First Authors Address：Qingdao Institute of Marine Geology，Qingdao 266071，Shandong，China）

At present the situation of hydrocarbon exploration was excellent in Bohai Bay Basin and several coal－seam gasfields have been found in the Upper Palaeozoic System.But in the southwestern part of the basin there was no significant breakthrough in the eastern Linqing Depression.In order to improve the exploration efficiency，the hydrocarbon generation effect of Upper Palaeozoic source rock was analyzed from the aspect of tectonic evolution and in combination with the analysis of burial history and fluid inclusions.The hydrocarbon genesis of the Palaeozoic coal－seam source rocks was deeply studied.The result indicates that the tectonic evolution in the east of the depression is controlled by the movement styles of North China plate and its surrounding plates.The studied area has undergone five stages of basin evolution since Triassic.Tectonic evolution controlled the evolution of the Upper Palaeozoic coal－bearing source rocks and the source rocks experienced five hydrocarbon generation stages.Among the five hydrocarbon generation stages，the effect at the early－mid－Himalayan stage and late Himalayan stage are stronger than the other three.The hydrocarbon generation stages match well with the traps forming stages and the hydrocarbon genereated by the coal－bearing source rock can be preserved effectively.

eastern Linqing Depression；Upper Palaeozoic；tectonic evolution；hydrocarbon generation effect

book=308,ebook=308

TE121.2

A

1000－9752（2012）06－0008－05

2011－11－30

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”）項(xiàng)目（2006CB202300）。

王明?。?983－），男，2005年大學(xué)畢業(yè)，博士，工程師，現(xiàn)主要從事盆地構(gòu)造與油氣成藏分析工作。