渤海海域區(qū)前古近紀構造對上古生界—中生界烴源巖的影響

周 靜，呂大煒，陳 龍，李增學， 劉海燕，鄭 雪

(1.山東省高校沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室(山東科技大學)，山東 青島 266510;2.長慶油田分公司 第三采氣廠，內蒙古 烏審旗 017300)

渤海海域區(qū)前古近紀構造對上古生界—中生界烴源巖的影響

周 靜1，呂大煒1，陳 龍2，李增學1， 劉海燕1，鄭 雪1

(1.山東省高校沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室(山東科技大學)，山東 青島 266510;2.長慶油田分公司 第三采氣廠，內蒙古 烏審旗 017300)

渤海灣盆地渤海海域區(qū)前古近系可劃分為5個構造層，通過分析石炭—二疊系及中生界地層分布，認為渤海海域區(qū)地層分布與渤海灣盆地演化有很大關系，具有明顯的階段性和繼承性。晚古生代受北部興蒙洋活動大陸邊緣俯沖造山的影響(海西運動)以及多次的海侵作用，造成該區(qū)烴源巖發(fā)育從北向南逐漸變好；晚古生代末—三疊紀，由于印支運動的影響，烴源巖不是很發(fā)育；中生代的燕山運動，該區(qū)形成了大量的內陸坳陷湖盆沉積，湖盆中心區(qū)形成了大量的優(yōu)質烴源巖。

烴源巖；上古生界；中生界；構造演化；前古近紀；渤海灣盆地

渤海海域位于渤海灣盆地的東部，東北側與遼東灣坳陷相接，西北側由埕寧隆起與黃驊坳陷相隔，南側與濟陽坳陷相接，面積約7.2×104km2，是在前中生界基底之上發(fā)育的中、新生代疊合盆地。該區(qū)發(fā)育多套烴源巖(如古近系孔店組、沙河街組和東營組等)和多個富生烴凹陷，在前古近系潛山、古近系沙河街組和東營組及新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組中都發(fā)現(xiàn)了油氣，其油氣既有同陸上坳陷相似的含油氣基本特征，又具備自身的油氣成藏和分布特點，具有復式油氣聚集的特點[1-6]。經(jīng)過40多年的油氣勘探, 目前在該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣田45個，含油氣構造60余個，石油探明儲量超過20×108t，油氣資源十分豐富，勘探潛力巨大。但相對于陸上油區(qū)而言，其整體勘探程度較低，特別是前古近系的油氣勘探程度更低；油氣探明率不到20%，而相鄰的陸上油區(qū)的油氣探明率已達40%[7-10]。本文通過對渤海海域前古近系烴源巖特征與分布的研究，探討了前古近紀構造對烴源巖沉積的控制，指出了該區(qū)天然氣勘探的有利層系和區(qū)域。

1 區(qū)域構造背景及地層特征

渤海灣盆地中新元古代—中生代發(fā)育了多套沉積地層且經(jīng)歷了多期大的構造運動。其中，中新元古界為火山碎屑—碳酸鹽臺地沉積，寒武—奧陶系為臺地碳酸鹽巖為主的沉積，石炭—三疊系為海陸交互相碳酸鹽臺地沉積，侏羅—白堊系為火山巖發(fā)育的沖積—湖相碎屑沉積，這些沉積地層之間存在著區(qū)域不整合。結合構造演化，可以將研究區(qū)前古近系劃分為基底、中新元古界、寒武—奧陶系、石炭系—中三疊統(tǒng)和侏羅—白堊系共5個構造層(圖1)[11]。其中，基底太古宇和古元古界變質巖為結晶基底，中新元古界為裂谷階段沉積，寒武—奧陶系為被動大陸邊緣向主動大陸邊緣轉換階段沉積，石炭系—中三疊統(tǒng)為陸表海盆地—陸相河流湖泊沉積，侏羅—白堊系為陸內湖泊沉積。本文主要研究第四和第五構造層的石炭—白堊系，分別形成于不同的構造背景和沉積環(huán)境，表現(xiàn)出不同的地層特征[11]，主要涉及的構造運動有海西運動、印支運動和燕山運動等。

圖1 渤海灣盆地構造層特征[11]

2 烴源巖特征與分布

2.1地球化學特征及評價

前人對渤海海域前古近系烴源巖研究甚少[12-16]，本次研究主要針對渤海海域勘探歷程中有限的樣品及此次補采的樣品，對石炭系、中下侏羅統(tǒng)和白堊系等幾套烴源巖的有機質豐度、類型、成熟度和進行簡單評價。前古近系烴源巖是有效的氣源巖，其中石炭系和侏羅系煤系源巖具有強的和極強的產(chǎn)氣能力(圖2,表1)。成熟和高成熟的各類烴源巖分布區(qū)是天然氣形成的主要地區(qū), 也是天然氣勘探的最有利地區(qū)[8]。

2.2烴源巖分布

2.2.1 石炭—二疊系烴源巖

渤海海域石炭—二疊系殘留厚度圖(圖3)表明，石炭—二疊紀沉積中心在渤西和渤中西側地區(qū)，渤西地區(qū)石炭—二疊系厚約1 000 m，渤中西側地區(qū)厚度為1 000～1 400 m。沙壘田、渤南地區(qū)缺失石炭—二疊系；渤中地區(qū)石炭—二疊系遭受大面積剝蝕；石臼坨、428西地區(qū)部分缺失石炭—二疊系；遼東灣北部也缺失石炭—二疊系。

圖2 渤海海域區(qū)烴源巖有效產(chǎn)氣量對比

凹陷層位樣品ω(TOC)/%(S1+S2)/(mg·g-1)母質類型熱模擬產(chǎn)氣量/(L·t-1)吸附氣量總產(chǎn)氣量有效產(chǎn)氣量氣源巖評價渤中K泥巖2.025.84Ⅱ24.87～11.4280.54～375.4869.12～370.61較好岐口J2碳質泥巖0.87～16.621.31～48.11Ⅱ12.52～36.77219.84～29497.04217.32～29450.27好黃河口K泥巖1.554.25Ⅱ28.671444.011435.34好埕北C煤7.615.93Ⅲ80.012548.732468.72好

圖3 渤海海域石炭—二疊系殘留厚度

在渤海海域石臼坨凸起有2口井分別鉆遇上石炭統(tǒng)，巖性為深灰色團藻灰?guī)r，含泥質條帶、燧石條帶泥晶灰?guī)r，夾薄層灰色泥巖；以深灰色泥巖為主，夾灰?guī)r及煤層，少量沉凝灰?guī)r。在渤南凸起鉆遇的上石炭統(tǒng)，巖性主要為灰色砂巖、深灰色泥巖、生物灰?guī)r及黑色灰質白云巖互層。上石炭統(tǒng)為一套海陸交互相的含煤地層，沉積相以準碳酸鹽臺地和三角洲—潟湖相帶為主。

2.2.2 中生界烴源巖分布

早—中侏羅世，只有渤西地區(qū)撓曲沉降，接受沉積，形成早—中侏羅世“渤西湖”，中下侏羅統(tǒng)在渤海海域區(qū)分布比較局限(圖4)。該階段歧口—埕北地區(qū)為沉積中心，沉積了河、湖相砂巖、砂礫巖、泥巖夾煤，殘留厚度約800～1 000 m 。上侏羅—下白堊統(tǒng)地層分布明顯加強(圖5)，殘留厚度明顯受斷裂控制，殘留厚度等值線長軸與基底斷裂方向一致，沉積中心主要分布在近EW向的凹陷中。

圖4 渤海海域中下侏羅統(tǒng)殘留厚度

3 前古近紀構造對烴源巖沉積控制

渤海灣盆地前古近紀構造演化與構造格局的形成受勞亞洋、特提斯洋和太平洋3大全球性動力體系的復合、疊加和交切關系的控制，使得渤海灣盆地顯示出復雜的構造面貌。晚古生代加里東運動整體抬升，致使該區(qū)缺失志留系、泥盆系和部分下石炭統(tǒng)，僅保存了上石炭統(tǒng)地層，其為一套海陸交互相沉積，發(fā)育多套煤層及碳質泥巖。中生代，自海西運動之后，該區(qū)整體抬升形成陸地，出現(xiàn)了西坳東隆的構造格局，三疊系局部分布，侏羅和白堊系分布較廣。白堊紀晚期(110 Ma左右)，由于庫拉—太平洋板塊的洋中脊與歐亞大陸東緣發(fā)生碰撞并俯沖，“燕山晚期運動”開始，使渤海及其鄰區(qū)晚白堊世至古新世早期遭受區(qū)域隆升剝蝕均夷過程，基本缺失上白堊統(tǒng)和古新統(tǒng)地層，在此基礎上開始了隨后的新生代裂陷作用。

圖5 渤海海域上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)殘留厚度

渤海灣盆地的演化既具有全球超大陸演化的普遍性質，也具有自身的特殊性；既與全球海平面變化有關，也與自身的構造運動有關；既與周圍活動帶的演化有關，也與盆地本身的地殼結構有關；既有明顯的階段性，也有顯著的繼承性(圖6)。

晚古生代華北地區(qū)受北部興蒙洋活動大陸邊緣俯沖造山的影響(海西運動)，古地貌景觀總體表現(xiàn)為平坦、寬緩，北部較高，向南逐漸降低的特點，石炭紀沖積扇主要分布在北部陰山山前地帶，向南變?yōu)槿侵?、潟湖、潮坪沉積環(huán)境；渤海遼東灣地區(qū)可能處于沖積相帶，渤海中南部主要處于三角洲、濱岸、潮坪相帶，從而造成烴源巖發(fā)育從北向南逐漸變好，多次的海侵能夠形成大量的海侵煤層和碳質泥巖，其有機碳含量高，煤層中鏡質組組分含量大，因此成為良好的烴源巖。

晚古生代末—中生代初期，由于印支運動的影響，造成了近東西向的“古亞洲—特提斯構造域”和中生代中、晚期發(fā)育的北東向的“太平洋構造域”的疊加復合，整個華北板塊南部特提斯洋區(qū)域成為板塊碰撞區(qū)而隆升，華北板塊抬升，形成了北部高、南部低的古地殼格局，區(qū)內主要是以陸相河流湖泊沉積為主，北部地區(qū)大部分隆升為陸，局部發(fā)育了沖積扇和河流相沉積，因此，渤海海域區(qū)烴源巖不是很發(fā)育。至中生代的燕山運動，造成了華南板塊與華北板塊剪刀式閉合碰撞，碰撞從東部開始，導致了西部發(fā)生撓曲沉降；在東部地區(qū)，也就是渤海海域區(qū)，早—中侏羅世由于形成了大量的內陸坳陷湖盆，湖盆中心區(qū)沉積了大量的好烴源巖，有利于形成大量的天然氣。

圖6 渤海灣盆地演化受控因素和盆地性質

4 結論

1)渤海海域區(qū)前古近系可以劃分出5個構造層，第一構造層(基底)、第二構造層(中新元古界)、第三構造層(寒武—奧陶系)、第四構造層(石炭—中三疊統(tǒng))和第五構造層(侏羅—白堊系)。

2)通過采樣分析發(fā)現(xiàn)，石炭系和侏羅系煤系源巖具有強的和極強的產(chǎn)氣能力。石炭—二疊紀沉積中心在渤西和渤中西側地區(qū)，沙壘田、渤南地區(qū)、渤中地區(qū)和遼東灣等地區(qū)大部分缺失石炭—二疊系地層，而石臼坨、428西地區(qū)部分缺失石炭—二疊系；早—中侏羅世，只有渤西地區(qū)撓曲沉降，接受沉積，形成“渤西湖”，中下侏羅統(tǒng)在渤海海域區(qū)分布比較局限；上侏羅—下白堊統(tǒng)地層分布明顯受斷裂控制，沉積中心主要分布在近EW向的凹陷中。

3)渤海海域區(qū)地層分布與渤海灣盆地演化有很大關系，具有明顯的階段性和繼承性。晚古生代受北部興蒙洋活動大陸邊緣俯沖造山的影響(海西運動)和多次的海侵作用，造成烴源巖發(fā)育從北向南逐漸變好；晚古生代末—中生代初期，由于印支運動影響，烴源巖不是很發(fā)育；至中生代的燕山運動，形成了大量的內陸坳陷湖盆沉積，湖盆中心區(qū)沉積了大量的優(yōu)質烴源巖。

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(編輯徐文明)

Influenceofpre-PaleogenetectonicsonUpperPaleozoic-MesozoicsourcerocksinBohaiSeaarea

Zhou Jing1, Lü Dawei1, Chen Long2, Li Zengxue1, Liu Haiyan1, Zheng Xue1

(1.KeyLaboratoryofDepositionalMineralization&SedimentaryMineral(SDUST),Qingdao,Shandong266510,China; 2.The3rdGasProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,Wushengqi,InnerMongolia017300,China)

The Bohai Sea area can be divided into 5 structural layers. The distribution of Carboniferous, Permian and Mesozoic strata was studied, indicating for close relationship between stratigraphic distribution and basin evolution. Due to the subduction of the continental margin orogeny of the northern Xingmeng ocean activities in the Late Paleozoic (the Hercynian Movement), and influenced by a number of transgression, source rocks became better from north to south gradually. From the Late Paleozoic to Triassic, source rocks became worse because of the Indosinian Movement. The Yanshan Movement during Mesozoic resulted in a large number of inland warped lake deposition in the area and excellent source rocks of large quantity generated in the center of lake basin.

source rock; Upper Paleozoic; Mesozoic; tectonic evolution; pre-Paleogene; Bohai Bay Basin

1001-6112(2013)02-0146-05

10.11781/sysydz20130206

TE122.1+15

A

2012-07-28；

2013-02-26。

周靜(1980—)，女，在讀博士生，從事油氣地質綜合研究工作。E-mail: dykjzhoujing@126.com。

國家油氣專項資助項目(XQ-2004-03)。