陆相湖盆海侵事件对烃源岩发育影响机制_马新涛.pdf

马新涛，丁修建，阿布力米提依明，等.陆相湖盆海侵事件对烃源岩发育影响机制J.海洋地质前沿，2023，39（2）：28-37.MA Xintao,DING Xiujian,YIMING Abilimit,et al.Influence mechanism of transgressive events on source rock development in continentallacustrine basinJ.Marine Geology Frontiers,2023,39(2):28-37.陆相湖盆海侵事件对烃源岩发育影响机制马新涛1，丁修建1*，阿布力米提依明2，刘海磊2，赵龙梅3（1 中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，青岛 266580；2 中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000；3 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京 100095）摘要：海侵是影响湖盆烃源岩发育的重要事件之一，通过调研国内外相关文献，述评了这一领域的研究现状。海侵事件广泛分布于中国的松辽盆地、渤海湾盆地和苏北盆地以及国外多个盆地，海侵可通过古遗迹标志、矿物岩石学标志以及地球化学特征等识别。其次海侵烃源岩一般具有有机质丰度较高、有机质类型较好的特征，主要归因于海侵事件明显促进烃源岩发育，海侵作用一方面可能为湖水带来了大量的营养物质，显著提高了古湖泊生产力，另外一方面，盐度可能有利于形成稳定的水体分层，在水底形成强还原环境，促进有机质保存。以西非裂谷盆地（Termit 盆地）为例，总结了海侵影响湖相烃源岩发育的模式。关键词：海侵；烃源岩；有机质丰度；古生产力；沉积环境中图分类号：TE122文献标识码：ADOI：10.16028/j.1009-2722.2021.261 0 引言湖相烃源岩是含油气盆地广泛发育的富含大量有机质的一类细粒沉积岩。湖相烃源岩研究工作已经进行了将近一个世纪，在中国近海地区，湖相烃源岩的生烃量占比约为总石油资源的 95%，其往往与大油气田相伴生，是大油气田形成的物质基础，湖相烃源岩发育是中国大油气田形成和分布的主控因素1-3。湖相烃源岩与海相烃源岩相比，更容易受到事件作用的影响，如火山活动、热液作用和海侵事件等4-6。自第三纪到中生代，从东部渤海湾到西部地区以及东亚、中亚、中欧、非洲、大洋洲等都曾遭受过全球性的海侵作用，致使海侵层位富含海相藻类及各种优质成烃母质7。“海侵”是由于海平面相对上升，引起海水通过某一通道入侵到陆地8。古生界、中生界和新生界都存有海侵痕迹，海侵是陆相湖盆中较普遍事件，对烃源岩发育有明显影响。国内外已取得许多该方面研究进展，例如中国松辽盆地、渤海湾盆地、苏北盆地、东海陆架盆地和南黄海盆地，澳大利亚 Ot-way 盆地、尼日尔东南部东尼日尔盆地、中欧盆地以及印度尼西亚南、中苏门答腊盆地等9-25。海侵对烃源岩发育影响明显，往往有利于有机质富集和保存，相关研究对烃源岩预测有重要意义。1 海侵烃源岩分布早在 20 世纪 70 年代，国内外许多学者陆续发表了关于松辽、三江、渤海湾等盆地富有海相化石的观点，随着研究深入，前人发现大量盆地都曾遭受过海侵（表 1）。1.1主要分布的坳陷（凹陷和层位）以东半球海侵盆地为例（图 1），中欧盆地海侵层位以三叠系为主，是典型的海陆过渡相沉积的陆表盆地，该盆地覆盖区域包括不列颠岛、北海、波兰、德国南部等。澳大利亚 Otway 盆地以白垩系为主。东尼日尔盆地位于尼日尔东部，在其 Termit 坳陷上白垩统被证实发生过海侵（表 1）。中国大部分含油 收稿日期：2021-12-21资助项目：国家自然基金（41702143）；国家科技重大专项（2017ZX05001-001-006）作者简介：马新涛（1996），男，硕士，主要从事烃源岩发育机理方面的研究工作.E-mail：*通讯作者：丁修建（1986），男，博士，副教授，主要从事石油地质学方面的研究工作.E-mail： ISSN 1009-2722海洋地质前沿第 39 卷第 2 期CN37-1475/PMarine Geology FrontiersVol 39 No 2气盆地都曾遭受过海侵（图 2），如松辽、三江、渤海湾、南黄海、东海、苏北等盆地。其中松辽盆地海侵层位为青山口组一段、嫩江组一、二段，三江盆地为城子河组-穆棱组，渤海湾盆地为沙河街组四、三、一段26，南黄海盆地为上白垩统-古新统27，东海盆地为古新统始新统28，苏北盆地为上白垩统古新统等（表 1）。1.2海侵烃源岩分布特征海侵盆地多分布于沿海地区，中国东部沿海凡有平原发育区域，几乎都遭受过海侵。海侵盆地由于自身环带状构造特性，使其具有良好封闭性。海侵层位多介于白垩系与古近系之间，沉积较为连续，该时期正好处于全球海平面上升期，由于海洋生物和营养物质大量涌入，致使其发育富有机质的深色泥页岩，部分烃源岩还伴有与多毛类虫管、藻叠层石共生的生物灰岩。总而言之，海侵烃源岩具有颜色深、厚度大、分布广泛等特征。2 海侵事件的识别及特征证实海侵事件是否发生，是研究该事件对烃源岩发育影响的前提工作。目前对于海侵事件的识别主要通过生物学特征、矿物岩石学特征和地球化学特征等，其中生物学特征主要包括古生物、古遗迹标志，矿物岩石学特征主要包括原生海绿石和白云岩等，地球化学特征主要包括生物标志化合物、微量元素和常量元素等。2.1生物学特征 2.1.1 古生物古生物标志通常指一些原本生活在海相中的 表 1全球海侵盆地分布Table 1 Distribution of global transgressive basins 盆地盆地坳陷坳陷/凹陷凹陷层位层位岩性特征岩性特征文献来源文献来源中欧盆地中三叠统上三叠统暗色泥岩、白云岩19澳大利亚Otway下白垩统碳质黏土岩、浅灰色粉砂岩12东尼日尔盆地Termit、Tenere上白垩统泥页岩、少量砂岩14南薇西盆地始新统泥岩、砂岩21南苏门答腊盆地占碑、中巨港、南巨港渐新统中新统泥灰岩、含煤页岩22中苏门答腊盆地Barumuh、中央坳陷中新统泥岩、页岩、煤层24松辽盆地青山口一段、嫩江组一、二段深灰色页岩、砂岩、油页岩29三江盆地城子河组-穆棱组暗色泥岩、煤层26渤海湾盆地济阳、辽河、东濮沙河街组一、三、四段油页岩、灰质泥页岩10南黄海盆地北部坳陷白垩系古近系泥岩、灰岩、粉砂岩27东海陆架盆地台北、台西坳陷古新统始新统深灰色白云质砂质岩、页岩28苏北盆地盐阜涟、东台坳陷上白垩统古新统暗色泥岩、油页岩11 中欧盆地东尼日尔盆地海薇西盆地南、中苏门答腊盆地澳大利亚 Otway 盆地图 1国外主要海侵盆地分布Fig.1 Distribution of main transgressive basins in the world第 39 卷 第 2 期马新涛，等：陆相湖盆海侵事件对烃源岩发育影响机制29生物，当它们出现在陆相环境时，该地区极有可能受海侵事件影响。如澳大利亚 Otway 盆地白垩系和苏北盆地白垩系、古近系发现介形类化石，松辽盆地嫩江组发现钙质超微化石29，北京延庆盆地、江苏武进漕桥地区第四系早期发现有孔虫化石30-31，渤海湾盆地古近系发现沟鞭藻化石（甲藻）32，济阳坳陷古近系发现有孔虫、多毛类栖管、钙质超微化石、沟鞭藻、枝管藻等33-34。2.1.2 古遗迹标志古遗迹化石以原地堆积埋藏为特点，与实体化石相比，更能反映生物原始状况及其生活习性。东营凹陷和牛庄洼陷沙河街组发现的 Paleodictyon遗迹化石，其一般发育在半深海-深海环境，分布于海相地层之中35。东濮洼陷古近系发现居住迹Taenidinm Dougpuensis 和 觅 食 迹 InioriusichnusDongpuensis 等遗迹化石36；西湖凹陷古近系发现存活于咸水-半咸水环境下的遗迹化石，其主要类型为 U 型迹（Arenicolites）、蛇形迹（Ophiomorpha）、漫游迹（planol-ites）及针管迹（Skolithos）37；豫西北焦作地区奥陶系 4 种遗迹组构 Psilonichnus、Thalas-sinoides、Helminthopsis、Helminthopsis-Chondrites，重庆秀山志留系大型虫管遗迹化石等，这些地区都发现大量代表海相沉积环境的遗迹化石38-39。2.2矿物岩石学特征 2.2.1 矿物学一些比较特殊的矿物也可做为海侵识别标志，如济阳坳陷沾车凹陷沙河街组的原生海绿石40，为典型的海相沉积自生矿物，指向“慢速、弱还原、较深水”环境41-42；东濮凹陷沙四段、济阳坳陷沙三段、沙一段发现磷灰石等潮下浅海指相矿物43。2.2.2 岩石学于岐口凹陷沙河街组发现的藻纹层白云岩表明其受过潮汐作用的影响，海侵不仅为白云岩的形成提供所需的部分 Mg2+离子，而且还使其处于重盐度的咸水环境，所以推测可能遭受过海侵44-45。辽河西部凹陷雷家地区沙四段发现碳酸盐岩如泥质白云岩、鲕粒灰岩、泥质灰岩以及碎屑岩类砂岩等都曾产于海侵层位46。济阳沾车凹陷沙四段形成的小规模藻礁灰岩和礁白云岩也可作为海侵岩石学证据及特征47。2.3地球化学特征 2.3.1 生物标志化合物海水的侵入，会使烃源岩中某些生物标志化合物发生特殊变化，从而作为识别海侵地质事件的有利证据。通过调研松科 1 井饱和烃气相色谱分析数据,青山口组一段、嫩江组一段、二段相比非海侵层位，其 Pr/Ph 大多1.0，且主峰碳数较低，代表其以藻类低等水生生物输入为主，反映咸水还原环境。甾、萜烷也是良好的指向性参数，如规则甾烷、重排甾烷、三环萜烷，以及伽马蜡烷、甲藻甾烷、24-正丙基胆甾烷和 24-异丙基胆甾烷等在海侵层段均为高值（图 3）48-49。海侵盆地沉积盆地0400 km图 2国内主要海侵盆地分布Fig.2 Distribution of main transgressive basins in China30Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 2 月 2.3.2 微、常量元素沉积成岩条件往往控制泥岩中常、微量元素组成，通过测定其含量，可判断烃源岩形成时沉积环境。分析微量元素 Sr/Ba 值，当其数值较低时，反映沉积时期湖水低盐度特点，为淡水湖相沉积环境。数值较高时，则反映海水高盐度特点。常量元素Ca 和 Mg 在海水中明显富集，而 Si 和 Al 明显贫化。Fe2+/Fe3+、（Zn+Ni）/Ga 都可作为指示氧化还原环境的指标50。3 海侵对烃源岩发育的影响海侵事件对烃源岩发育的影响主要通过影响古生产力和沉积环境，其中古生产力决定了有机质的原始总量，而沉积环境影响有机质的保存条件。海侵地质事件通过携带大量的海相低等生物、营养物质以及高盐度的海水，从而为湖相烃源岩的发育提供了良好的条件。3.1对古生产力的影响湖相烃源岩有机质富集主要通过有机质大量输入以及自身原始有机质供给，从而造成该烃源岩具有丰厚物质基础。藻类、浮游生物是湖泊有机质主要生产供给者，初级生产力主要为浮游植物（藻类）和一些边缘水生生物，次级生产力则主要为一些微体动物如介形虫、腹足类等。海水的侵入不仅带来丰富的海相生物，还为湖盆提供大量的营养元素51。松辽盆地朝长地区海侵层位发现大量的低熟原油，其含有较为丰富的甲藻甾烷和 C31甾烷，通过分析其很有可能与遭受海侵后所形成的半咸水藻类有机质输入有关9。对长岭地区海侵层段进行调研分析，青山口组暗色泥岩为好生油岩，嫩江组一段、二段、三段为较好生油岩，以海相低等生物为主，干酪根类型为、型。非海侵层段烃源岩大 段露头深度/m岩性剖面年龄/Ma嫩江组二段下部嫩江组一段后金沟姚家车站岳王城51015202530551010151520253085.383.5地层缺失页岩油页岩粉砂岩粉砂质泥岩泥岩甲藻甾烷/(g/g)24-正丙基胆甾烷/(g/g)24-异丙基胆甾烷/(g/g)02400204060102030405060图 3嫩江组一段和二段甲藻甾烷、24-正丙基胆甾烷和 24-异丙基胆甾烷的含量变化49