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渤海湾盆地黄骅坳陷石炭系—...—新生代构造演化的响应关系_马妍.pdf
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渤海湾 盆地 黄骅 石炭系 新生代 构造 演化 响应 关系 马妍
第 6 9 卷第 2 期2 0 2 3 年 3 月地质论评GEOLOGICAL EVIEWVol 69No 2March,2 0 2 3注:本文为东北石油大学引导性创新基金资助项目(编号:2020YDL09);黑龙江省优秀青年人才支持项目(编号:140119002);“复杂断裂带成因机制及断块油气藏有效性综合评价研究”黑龙江省自然科学基金项目(编号:TD2019D001)的成果。收稿日期:2022-04-01;改回日期:2022-09-26;网络首发:2022-10-20;责任编辑:刘志强。Doi:1016509/jgeoreview202210051作者简介:马妍,女,1993 年生,博士研究生;地质资源与地质工程专业;Email:185060862 qqcom。通讯作者:孙永河,男,1979 年生,博士,教授,主要从事油气构造解析的教学与研究工作;Email:1732205220 qqcom。渤海湾盆地黄骅坳陷石炭系二叠系烃源岩生烃演化及与中新生代构造演化的响应关系马妍1),孙永河1),柳少波2),马钰凯3),刘海涛2),赵长毅2)1)东北石油大学地球科学学院,黑龙江大庆,163318;2)中国石油勘探开发研究院,北京,100083;3)延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心,陕西延安,716000内容提要:渤海湾盆地石炭系二叠系为烃源岩的古生界潜山内幕型原生油气藏认识程度低,勘探难度大,明确石炭系二叠系烃源岩生烃演化过程及与中新生代构造演化的响应关系对内幕型原生油气藏勘探具有重要意义。笔者等基于三维地震资料、典型井实测镜质体反射率、流体包裹体等数据资料,进一步采用构造解析、潜山埋藏史分析以及盆地生烃模拟等技术手段,探讨了渤海湾盆地黄骅坳陷中新生代构造运动及对石炭系二叠系烃源岩生烃演化的控制作用,明确了生烃时期及有利生烃范围。研究表明,黄骅坳陷中新生代构造活动经历了“两期裂陷,两期抬升”的四个演化阶段,形成多种类型的埋藏史,构造运动引起的古地温变化使南北地区烃源岩进行差异了生烃演化,裂陷建造作用促进地温上升,有利于有机质生烃,挤压改造作用抑制地温上升,有机质生烃中止。乌马营潜山及歧北潜山具有 3 次生烃阶段,生烃期为早中三叠纪、早白垩纪、古近纪,港北潜山具有两次生烃阶段,生烃期为早中三叠纪、古近纪。黄骅坳陷内早期(即早中三叠纪)生烃范围局限,晚期(即古近纪)生烃最有利,乌马营地区及歧北地区为原生油气藏有利勘探区。关键词:构造演化;生烃史;黄骅坳陷;埋藏史;二次生烃渤海湾盆地与鄂尔多斯盆地晚古生代时期同属华北克拉通盆地,沉积了一套广泛分布的上古生界含煤建造,具有良好的煤系源岩生烃条件,但受中生代“克拉通破坏”事件影响,使得二者差异活动、构造分化发育,因此,渤海湾盆地与鄂尔多斯盆地古生界油气成藏特征差异明显。鄂尔多斯盆地为继承性发育的克拉通盆地,构造稳定,具有有利的源储保配置条件,有利于大型油气藏的形成。而渤海湾盆地受中、新生代多期次构造运动的影响,改造作用强烈,形成了成群、成带分布的古潜山,其中,以石炭系二叠系为烃源岩的古生界潜山内幕型原生油气藏则经历了更为复杂的演化过程,其认识程度低,勘探难度大,深化该类油气成藏理论研究对开辟潜山内幕原生油气勘探具有重要意义。黄骅坳陷作为渤海湾盆地的重点勘探区域,蕴含着丰富的油气资源(Zhai Guangming et al,1982;Jin Qiang et al,2014;赵贤正等,2019)。20 世纪 60年代的勘探主要以古近系暗色泥岩为主力烃源岩,处于中高部位的潜山上部储层多与新生界优质烃源岩对接,有利于形成新生古储式油气藏,因此,“围绕山头打高点”是以往古生界油气勘探的主要指导思想(张志攀等,2017;李岳桐等,2018;张津宁等,2019a;王文庆等,2019)。70 年代,参照“任丘式”风化壳型残丘潜山找油模式,相继在港西潜山、孔店潜山以及徐黑潜山等高位潜山实施集中钻探,但未获得突破(周立宏等,2017)。90 年代中后期勘探目标转向低位潜山,并首次证实了乌马营潜山中乌深 1井奥陶系天然气来自上古生界煤系烃源岩(金凤鸣等,2019;周立宏等,2019),显示煤系烃源岩具有良好的生烃潜力和油气勘探前景,拉开了以石炭系二叠系为烃源岩的深层潜山勘探开发的序幕。随后相继在埕海潜山、王官屯潜山、歧北潜山、港北潜山等地区发现了石炭系二叠系原生油气藏,实现了古潜山原生油气藏勘探开发的重大突破(王铁冠等,2000;国建英等,2013;袁淑琴等,2018;郑庆华等2019)。前人利用精细油源对比及包裹体证据,也进一步证实了黄骅坳陷内多处潜山带的油气来自石炭系二叠系源岩且具有多期充注成藏的特征(吕雪莹等,2019;蒋有录等,2020)。目前,学术界普遍认为黄骅坳陷中新生代至少经历了印支期挤压、中燕山期挤压、晚燕山期拉张、喜山期拉张等四期大规模构造活动的改造。正是在复杂的构造运动及岩浆活动背景下,黄骅坳陷石炭系二叠系烃源岩遭受了中新生代多期次复杂的建造改造作用(胡才志等,2010;王天宇等,2018;张飞鹏等,2019;吴智平等,2020),经历了不均一的抬升剥蚀、变形及沉降埋藏作用,导致烃源岩多阶段的生烃演化过程,尤其是南北地区构造沉降的差异性对其生烃差异演化特征的研究具有重要意义(秦勇等,2000;朱炎铭等,2001;邹磊落,2015;张津宁等,2019a),对其古生界潜山内幕型原生油气藏的形成具有重要作用。石炭系二叠系烃源岩的生烃期受构造运动影响,在中新生代均有分布,该时期构造演化、构造变迁及构造沉降影响着烃源岩生烃演化,并对油气聚集具有较强的控制作用。然而,目前对于黄骅坳陷内南北两地区古潜山的生烃期次、埋藏史类型及其差异性仍未形成统一认识。此外,多期次的构造运动与各潜山差异生烃演化的响应关系的研究仍较为模糊,石炭系二叠系烃源岩生烃范围以及控制因素是进一步落实勘探部署的关键。因此,为进一步寻找黄骅坳陷古潜山油气增储上产的有利勘探领域,以渤海湾盆地黄骅坳陷内典型的深层潜山 乌马营、歧北、港北潜山为解剖靶区,采用构造解析、潜山埋藏史分析以及盆地生烃模拟等技术手段,着重探讨了中新生代多期次构造运动对上古生界煤系烃源岩生烃演化及油气聚集的差异控制作用,明确了源岩生烃时期及有利生烃范围,以期为华北地区克拉通中生代构造运动、煤系生烃演化研究以及油气勘探提供参考。1区域地质概况黄骅坳陷位于渤海湾盆地中部地带,面积约为17000 km2(吕雪莹等,2019),北邻燕山褶皱带,东、西两侧分别以埕西断裂和沧东断裂为界,夹持于沧县隆起、埕宁隆起之间,整体呈南西北东走向。以孔西凸起为界,坳陷南、北部分别发育了以沧东南皮凹陷和歧口凹陷为代表的生烃凹陷,以及乌马营、王官屯、港北、歧北、埕海等典型的古潜山构造带(图 1)。黄骅坳陷自太古界结晶基底形成后经历多期复杂的构造运动,控制着基底之上地层的沉积,自下而上依次沉积了中、新元古界、下古生界(包括寒武系和奥陶系)、上古生界(包括石炭系和二叠系)、中生界及新生界等巨厚沉积地层(王天宇等,2018;吕雪莹等,2019)。其中,寒武系、奥陶系形成了稳定的克拉通背景下沉积的海相碳酸盐岩地层,晚奥陶纪由于加里东运动使区域抬升发生海退,地层遭受剥蚀,缺失志留系和泥盆系地层;中晚石炭世,处于坳陷湖盆演化阶段,沉积了海陆交互相煤系地层及碎屑岩、石灰岩地层,随后二叠纪发生海退运动,沉积夹煤层与页岩的陆相碎屑岩(Dong Yanlei etal,2014;颜照坤,2015;吴成璞,2018)。上古生界地层在黄骅坳陷内广泛分布,其主要的供烃层为不整合于奥陶系之上的石炭系本溪组、太原组,二叠系山西组煤系源岩,具备良好的生烃潜力,为潜山内幕油气成藏奠定了良好的物质基础。2石炭系二叠系烃源岩中新生代构造演化过程21中新生代构造演化阶段黄骅坳陷作为渤海湾盆地的一部分,中生代以来经历了不同期次、不同方向及不同性质的构造运动,对该地区石炭系二叠系烃源岩的生烃演化过程产生了深远的影响。其构造演化经历了“两期建造、两期改造”4 个阶段。早中三叠纪,华北地区仍处于稳定克拉通的发育期,构造活动相对稳定,同时在古生代北高南低的古地理格局下(张津宁等,2019b;杨林龙等,2021),以整体垂直沉降运动为主。晚三叠纪早中侏罗纪,华北克拉通北缘与西伯利亚板块发生俯冲碰撞,南侧与扬子板块及华南板块碰撞,区域上受到 SN 向的挤压作用,地层遭受挤压抬升并发生剥蚀,其挤压构造主要分布在以孔店凸起为界的北部地区(王天宇等,2018;张津宁等,2019b;安邦等,2022),此即第一个“盆地改造”阶段;晚侏罗纪早白垩纪,华北克拉通构造体制发生转变,区域应力从挤压为主转为伸展为主,西太平洋板块 NWNNW 向俯冲后撤、热侵蚀、岩石圈拆沉和深大走滑断裂等共同作用(吴智平等,2020),促使形成 NWNNW 向伸展应力场,盆地进入强裂794第 2 期马妍等:渤海湾盆地黄骅坳陷石炭系二叠系烃源岩生烃演化及与中新生代构造演化的响应关系图 1 渤海湾盆地黄骅坳陷区域构造位置(a)及地层综合柱状图(b)Fig1 egional structural location(a)and stratigraphic comprehensive histogram(b)ofHuanghua Depression,Bohai Bay Basin陷阶段,此即第一个“盆地建造”阶段。晚白垩纪,太平洋板块对华北板块俯冲方向转向近 EW 向,且新岩石圈的形成、自身的重力诱导了浅部地壳收缩挤压,从而形成挤压应力场(吴福元等,2000;张旗等,2008;任建业等,2010),盆地进入燕山运动尾幕,整体抬升遭受剥蚀,此即第二个“盆地改造”阶段。新生代以来,太平洋板块的后续运动在华北地区特别是渤海湾盆地产生巨大伸展应力场,导致渤海湾地区形成裂谷式盆地,此即第二个“盆地建造”阶段,具体而言,古近纪区域构造应力场再发生改变,太平洋板块发生 NNW近 SN 向俯冲,盆地内部形成斜向伸展断陷盆地;新近纪第四纪,黄骅坳陷的断陷沉降作用逐步转化为广泛的热沉降作用,即整体进入热沉降阶段并形成坳陷盆地(董敏等,2012,2013)。22石炭系二叠系地层埋藏历史石炭系二叠系煤源岩是黄骅坳陷潜山内幕重要的烃源岩层系,该套烃源岩自中生代以来受构造运动作用,经历了复杂的地层埋藏历史(图 2)。早中三叠纪,在稳定克拉通发育背景下,地层经历原始沉积埋藏,南北地区地层最大埋深分别约 3000m、24002600 m,地层近水平状;晚三叠纪早中侏罗纪,区域受近 SN 向挤压应力,地层经历第一次改造阶段,逆冲断层及相关褶皱发育,地层遭受初次抬升剥蚀,且北部剥蚀程度明显大于南部;晚侏罗纪早白垩纪,为伸展裂陷阶段,地层经历第一次建造阶段,盆内地层广泛经历大规模沉积沉降,然而除港北潜山外,歧北潜山及南部大多数地区石炭系二叠系源岩埋深均达到或超过初次最大埋藏深度,而港北潜山受古地理格局的影响,最大埋深在 1000 m 左894地质论评2023 年994第 2 期马妍等:渤海湾盆地黄骅坳陷石炭系二叠系烃源岩生烃演化及与中新生代构造演化的响应关系005地质论评2023 年图 2 过乌马营潜山带(a)、港北歧北潜山带(b)构造演化和热演化史剖面(剖面位置见图 1)Fig2 Structural and thermal evolution history sections of Wumaying buried hill belt(left)andGangbei Qibei buried hill belt(right)(The section location is shown in Fig1)右;晚白垩纪,受太平洋板块俯冲影响,形成挤压应力场,地层再次遭受抬升剥蚀,经历第二次改造阶段,掀斜断块雏形基本形成;进入新生代,受喜山运动影响,地层在斜向伸展应力作用下,进入强断陷阶段,经历第二次建造阶段,掀斜断块定型,南北地层最大埋深分别约为 5000 m、4000 m。综上所述,以乌马营为代表的南部潜山由

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