我國西部疊合盆地埋藏-沉降史研究
——以柴達木盆地東部德令哈坳陷為例

王帥

中國地質科學院地質力學研究所頁巖油氣調查評價中國地質科學院重點實驗室 北京 100081

我國西部盆地構造演化過程受控于周緣造山帶的演化，盆地形成演化過程經歷了多期的疊加改造，動力學過程十分復雜[1-2]。沉積盆地的埋藏沉降史是沉積盆地從沉積開始，經沉積、壓實、隆升及剝蝕的一系列演化過程。研究盆地的埋藏沉降史是研究盆地形成、演化的重要內容，是對盆地熱史恢復以及生烴模擬的基礎工作，對于分析柴達木盆地古地貌演化、盆地構造成因等盆地動力學具有重要的意義[3-8]。

近年來，林臘梅等（2004）[9]分析重塑了柴達木盆地北緣和西部烴源巖的埋藏史和生烴史，而其烴源巖的研究對象主要聚焦于新生代早中時期；邱楠生[10]（2002）運用古溫標法，模擬恢復了柴達木盆地西部地區(qū)新生界的熱演化史和生烴史；劉成林等[11]（2012）在經過大量實驗室樣品分析與野外地質研究的基礎上，最先在盆地周邊露頭區(qū)多處石炭系中找到油砂出露，并確定石炭系中的油砂來源于石炭系烴源巖。同樣馬寅生等[12]（2012）也在石炭系地層中發(fā)現(xiàn)油砂的蹤跡，并且對柴達木盆地內石炭系烴源巖進行了評價。總體來看，前人對于柴達木盆地的研究工作，主要是集中在柴西地區(qū)中-新生代烴源巖,而研究表明柴東地區(qū)石炭系烴源巖發(fā)育良好, 但對于柴東地區(qū)主力烴源巖生烴期次認識不清，埋藏史及區(qū)域差異性尚未進行系統(tǒng)的研究，區(qū)域資源評價因此受到影響。本文基于區(qū)域背景，依據鉆井、古溫標數據結合盆地模擬技術聯(lián)合反演重建柴東德令哈坳陷埋藏史。研究成果有助于進一步對柴達木盆地熱史恢復以及生烴模擬研究，為油氣資源評價等提供依據，對于油氣成藏理論研究和未來勘探均具有指導意義。

1 柴達木盆地東部德令哈坳陷地質背景

柴達木盆地是我國西部大型新生代山間盆地，地處青藏高原北部，周緣被高山所圍繞，東北鄰祁連山脈，西北鄰阿爾金山脈，西南至昆侖山脈，總體呈現(xiàn)為菱形特征。中-新生代以來，柴達木盆地的構造演化受到周邊板塊相互運動產生的強大構造擠壓應力的影響，發(fā)生了極為深刻的變化。德令哈坳陷位于柴達木盆地東北部，可劃分為五個二級構造單元，分別為德令哈凹陷、歐龍布魯克隆起、歐南凹陷、埃姆尼克隆起、霍布遜凹陷[13]。德令哈坳陷內地層發(fā)育較為齊全（圖1），其中古生界在區(qū)內廣泛分布，區(qū)內同時存在由于構造運動的影響發(fā)生的間斷和缺失現(xiàn)象，中、新生界受到不同程度的剝蝕，其中二疊系、三疊系未見發(fā)育，侏羅系直接覆蓋在石炭系之上，斷層多為逆斷層。石炭系發(fā)育完整，埋深較大但未發(fā)生變質。

圖1 柴達木盆地德令哈坳陷地層柱狀圖

2 柴達木盆地東部德令哈坳陷埋藏史恢復

2.1 柴達木盆地東部典型鉆孔埋藏史恢復

文章應用鉆井分層數據以及鏡質體反射率（Ro）數據，剝蝕量數據參考前人發(fā)表成果（李宗星等[14-16]，2017），進行盆地埋藏史恢復，模擬軟件為Basinmod1-D。選擇柴達木盆地東部青德地1井、青德參1井以及剖面18590和剖面181230進行埋藏-沉降史恢復。

2.1.1 青德地1井

青德地1井位于柴達木盆地北緣東部德令哈坳陷埃北I號構造高部位。青德地1井的地層埋藏史模擬結果顯示（圖2），該區(qū)在石炭紀以來持續(xù)的發(fā)生沉降接受沉積，沉積速率為27m/Ma，直到早侏羅世，由于印支運動以及燕山運動的影響，地層經歷了長達一百五十多個百萬年的構造抬升剝蝕事件，抬升速率為11.6m/Ma，到漸新世地層發(fā)生快速沉降，沉降速率為148.5m/Ma，到漸新世晚期由于喜山運動早期活動地層發(fā)生構造抬升，抬升速率為82m/Ma，到中新世地層發(fā)生快速沉降，沉降速率為116.6m/Ma，在中新世末石炭系達到最大埋深為4610m，地層溫度達到220℃，隨后由于喜山運動晚期的大規(guī)模的造山運動，地層再次遭受抬升。

圖2 柴達木盆地東部青德地1井埋藏史模擬

從溫度模擬結果上看，青德地1井共經歷了三次升溫和三次降溫過程，其中烴源巖層處于沉降階段的時期為石炭紀到早侏羅世、漸新世期間以及中新世時期，在此期間隨著埋藏深度的不斷增加，烴源巖層地溫也在不斷的升高，在中新世末石炭系達到最大埋深為4610m，地層溫度達到220℃。早侏羅世到漸新世、漸新世晚期到中新世以及中新世以來地層為強烈抬升遭受剝蝕期，在此期間地層溫度逐漸降低。熱史模擬結果表明，青德地1井石炭系克魯克組地層地溫梯度介于25.2~40.3℃/km之間，晚石炭以來一直處于緩慢降溫階段，地溫梯度逐漸降至33.6℃/km，直到喜馬拉雅運動時期，地溫梯度受其影響開始升高，中新世至今盆地處于再次進入緩慢冷卻狀態(tài)，現(xiàn)今地溫梯度約為24.2℃/km。

青德地1井成熟度史模擬結果顯示，柴達木盆地東部石炭系克魯克組烴源巖在早二疊世進入生烴門限，此時烴源巖層所處深度較淺，地層溫度較低，埋深約為1500m，生烴門限溫度約為90℃。在二疊紀到早侏羅世期間地層持續(xù)沉降，埋深增大，地層溫度逐漸增高，烴源巖快速增熟，在早三疊世進入生油高峰期。隨后隨著地層的繼續(xù)沉降，溫度增加至180℃，烴源巖達到過成熟階段。到早侏羅世開始，地層開始抬升，地層溫度降低，生烴停止。到古新世以及漸新世隨著兩次地層的再次埋深，烴源巖再次生烴，一直持續(xù)為過成熟生濕氣階段。扎布薩尕秀組烴源巖在早三疊世進入生烴門限，在三疊紀到早侏羅世期間地層持續(xù)沉降，埋深增大，地層溫度增高，烴源巖快速增熟，晚三疊世末期達到生油高峰期，地層溫度增高至150℃，隨后地層抬升，生烴停止。到古新世以及漸新世隨著兩次地層的再次埋深，烴源巖再次生烴，一直持續(xù)為高成熟階段。

2.1.2 青德參1井

青德參1井位于柴達木盆地東部歐南凹陷尕西I號構造石炭系頂面構造高點。青德參1井的地層埋藏史模擬結果顯示（圖3），該井自石炭紀以來發(fā)生持續(xù)的沉積從而接受沉積，沉積速率為20.7m/Ma；直到早侏羅世，由于印支運動的影響，地層在早侏羅世到早白堊世期間受到抬升遭受剝蝕，抬升速率為20.7m/Ma；隨后地層再次沉降接受沉積，沉積速率為17.8m/Ma；到晚白堊世受到燕山運動的影響地層遭受抬升剝蝕，抬升速率為13.6m/Ma；到漸新世地層發(fā)生快速沉降，沉降速率為138.5m/Ma，到漸新世晚期由于喜山早期運動地層發(fā)生構造抬升，抬升速率為79m/Ma，到中新世地層發(fā)生快速沉降，沉降速率為130.2m/Ma，在中新世末石炭系達到最大埋深為4609m，地層溫度達到200℃，隨后由于喜山運動晚期的大規(guī)模的造山運動，地層再次遭受抬升，隨后到上新世地層又重新接受沉積。

從溫度模擬結果上看，青德參1井共經歷了五次升溫和四次降溫過程，其中烴源巖層處于沉降階段的時期為石炭紀到早侏羅世、早白堊世到晚白堊世、漸新世期間、中新世以及上新世以來，在此期間隨著埋藏深度的不斷增加，烴源巖層地溫也在不斷的升高，在中新世末石炭系達到最大埋深為4609m，地層溫度達到200℃。早侏羅世到早白堊世、晚白堊世到漸新世、漸新世晚期到中新世以及中新世晚期到上新世地層為強烈抬升遭受剝蝕期，在此期間地層溫度逐漸降低。熱史模擬結果表明，青德參1井石炭系克魯克組地層地溫梯度介于26.2~39.8℃/km之間，晚石炭以來地溫梯度一直處于緩慢減小階段，到古近紀末地溫梯度快速下降。

青德參1井位于柴達木盆地東部歐南凹陷尕西I號構造石炭系頂面構造高點，其成熟度史模擬結果顯示（圖3），石炭系克魯克組烴源巖在晚石炭世進入生烴門限，此時烴源巖層所處深度較淺，地層溫度較低，埋深約為1300m，生烴門限溫度約為80℃。在晚石炭世到早侏羅世期間地層持續(xù)沉降，埋深增大，地層溫度逐漸增高，烴源巖快速增熟，在晚三疊世進入生油高峰期，地層溫度增高至140℃。之后在漸新世之前地層發(fā)生兩次抬升和一次沉降事件，但此次埋深地層溫度并未到達之前的溫度，生烴停止。從漸新世和中新世開始，地層再次發(fā)生兩次埋深，溫度達到最高約190℃，烴源巖再次生烴，烴源巖處于高成熟階段。

圖3 柴達木盆地東部青德參1井埋藏史模擬

2.2 柴達木盆地東部典型地震剖面埋藏史恢復

18590地震剖面揭示了石炭系烴源巖，其主要地質歷史時期的成熟度演化模擬結果顯示（圖4），早二疊世，烴源巖底界Ro值在0.5%~0.7%之間，處于低成熟階段，熱演化程度處于初期，剛進入成熟石油階段；至早侏羅世，石炭系烴源巖底界Ro值普遍達到0.7%以上，烴源巖進入中等成熟階段，在埋藏較深的區(qū)域Ro值甚至達到了1%以上，進入了高成熟快速生油階段。到中新世末，在此期間，盆地持續(xù)發(fā)生沉降，埋深逐漸增大，地層溫度增高，烴源巖快速增熟。在此階段中可以看出，石炭系烴源巖成熟度明顯增高，烴源巖底界Ro值在1.0%～1.3%之間，進入高成熟快速生油階段。烴源巖頂界Ro值也達到了0.5%左右，剛進入生烴門限，烴源巖進入低成熟階段。在剖面埋深較大區(qū)域Ro值已經接近2%左右，達到過成熟階段，可能與埋深較大所造成的較高的古溫度有關系。到現(xiàn)今，石炭系烴源巖大都進入過成熟階段，其中底界大都處于過成熟中期生濕氣階段，頂界多處于過成熟早期階段。

圖4 柴東18590剖面烴源巖成熟度史模擬結果

3 結論

柴達木盆地東部德令哈坳陷主要經歷了構造活動強烈的印支運動期、構造活動相對較弱，表現(xiàn)為早期的弱伸展與晚期北東-南西向擠壓的燕山運動期以及造成先存斷裂的再次活化的晚喜山運動。德令哈坳陷的埋藏史主要表現(xiàn)為快速埋藏期和強烈抬升剝蝕期的特點。其中，石炭紀到早侏羅世、漸新世期間以及中新世地層為快速埋藏期，早侏羅世到漸新世、漸新世晚期到中新世以及中新世以來地層為強烈抬升遭受剝蝕期。柴東德令哈坳陷石炭系烴源巖在早二疊世左右進入生烴門限，并進入早期生烴階段，埋深約為1500m，生烴門限溫度約為90℃。到早侏羅世生烴停止，古新世石炭系烴源巖再次達到生烴溫度，主要以產氣為主。柴達木盆地東部石炭系烴源巖熱演化史主要表現(xiàn)為早期生烴和晚期生烴二次生烴的特點，其中第二次生烴階段為主要的生烴時期。