摘 要

摘　要：蘇北盆地和南黃海盆地同屬于一個(gè)構(gòu)造域，具有相似的構(gòu)造熱演化特點(diǎn)，但前者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以中、古生界為氣源巖的油氣田，而后者至今未獲得工業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)。分析蘇北 南黃海盆地的

摘　要：蘇北盆地和南黃海盆地同屬于一個(gè)構(gòu)造域，具有相似的構(gòu)造熱演化特點(diǎn)，但前者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以中、古生界為氣源巖的油氣田，而后者至今未獲得工業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)。分析蘇北  南黃海盆地的熱演化特征，對(duì)于明確南黃海盆地的油氣勘探方向具有重要的意義。為此，運(yùn)用磷灰石裂變徑跡測(cè)試方法結(jié)合EASY％R。熱演化史模擬，研究了該區(qū)的熱演化構(gòu)造特征。結(jié)果表明：①南黃海盆地多個(gè)構(gòu)造單元存在古生界烴源巖再次生烴現(xiàn)象，距今約36Ma(始新世未)之后的沉積對(duì)該區(qū)古生界烴源巖的再次生烴有利；②蘇北—南黃海盆地現(xiàn)今的地溫梯度均小于古地溫梯度，地溫梯度的降低減弱了后期沉積對(duì)古生界烴源巖的增熟作用；③南黃海盆地?zé)N源巖的埋藏類型可分為早深后淺早期生烴型和多次抬升多次生烴型2種類型，分別反映地殼水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。結(jié)論認(rèn)為：南黃海盆地具有良好的油氣勘探前景，盆地中南部古生界烴源巖二次生烴是關(guān)鍵，應(yīng)以尋找“古生新儲(chǔ)”型油氣藏為勘探方向。

關(guān)鍵詞：蘇北—南黃海盆地  磷灰石裂變徑跡  構(gòu)造熱演化  古生代  烴源巖  二次生烴  “古生新儲(chǔ)”型油氣藏

Tectonic-thermal evolution characteristics of the Northern Jiangsu and South Yellow Sea basins and their petroleum geological significance

Abstract：The northern Jiangsu Basin and South Yellow Sea Basin belong to the same tectonic domain，thus have similar tectonic and thermal evolution characteristics．Oil／gas fields with the Mesozoic and Paleozoic as gas source rocks have been discovered in the Northern Jiangsu Basin．In contrast。no commercial oil／gas discoveries have been obtained in the South Yellow Sea Basin．A comparative analysis of the tectonic thermal evolution characteristics of the two basins is of great significance to exploration in the South Yellow Sea Basin．Therefore，fission track testing of apatite in combination with the Easy％R。model were performed to study the tectonic thermal evolution characteristics in the study area．The following conclusions were obtained．(1)Secondary hydrocarbon generation from the Paleozoic source rocks is observed in several tectonic units in the South Yellow Sea Basin．The deposition after 36 Ma(at the end of the Eocene)was favorable for the secondary hydrocarbon generations of the Paleozoic source rocks．(2)The current geothermal gradients of both the southern Jiangsu Basin and South Yellow Sea Basin are lower than their paleogeothermal gradients．The lowering of geothermal gradient reduced the contribution of later deposits to the maturity of the Paleozoic source rocks．(3)The two burial modes of source rocks were identified in the South Yellow Sea Basin，namely the early-deep later shallow early hydrocarbon generation mode and multiple uplifting and multiple hydrocarbon generation mode．They were the results of horizontal and vertical movements of the crust．Petroleum exploration potential may be large in the South Yellow Sea Basin depending on the secondary hydrocarbon generation of the Paleozoic source rocks in the southerwcentral parts of the basin，and reservoirs with hydrocarbon sourced from older source rocks are potential exploration targets．

Keywords：Northern Jiangsu Basin，South Yellow Sea Basin，apatite fission track，tectonic thermal evolution，Palcozoic，source rock，secondary hydrocarbon generation，reservoir with hydrocarbon sourced from older source rocks

下?lián)P子區(qū)蘇北—南黃海盆地是中國(guó)海域唯一的新生界、中生界、上古生界、下古生界“四世同堂”，歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造的大型復(fù)雜含油氣盆地。南黃海盆地油氣勘探50余年，至今尚未獲得工業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)，與上揚(yáng)子區(qū)近年來(lái)連續(xù)在川東北獲得普光、龍崗、元壩等上古生界大油氣田的發(fā)現(xiàn)形成鮮明反差。這與下?lián)P子區(qū)中、古生界盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加，油氣形成演化過(guò)程異常復(fù)雜有關(guān)。因此，圍繞下?lián)P子區(qū)油氣勘探突破的盆地地質(zhì)構(gòu)造演化及其疊加改造研究的熱點(diǎn)、難點(diǎn)和基礎(chǔ)是：中、古生界埋藏和受熱演化史的恢復(fù)與包括二次生烴演化特征在內(nèi)的分析重構(gòu)。

隨著蘇北盆地以中、古生界為氣源巖油氣田的發(fā)現(xiàn)^[1]，特別是近幾年在二疊系龍?zhí)督M的油氣發(fā)現(xiàn)^[2]，加強(qiáng)了人們對(duì)南黃海中、古生代海相殘留盆地油氣勘探的關(guān)注。南黃海盆地研究成果表明：南黃海盆地是揚(yáng)子板塊的延伸，是下?lián)P子地塊的主體^[3-5]，南黃海盆地主體部位海相中、古生界發(fā)育齊全，且構(gòu)造較陸區(qū)穩(wěn)定；南黃海盆地與蘇北盆地同屬于下?lián)P子，為同一構(gòu)造域，二者在早古生代以來(lái)的沉積、后期改造及構(gòu)造熱演化和成藏等方面具有很大的相似性^[6-21]，南黃海盆地已鉆遇海相古生界的常州35-2-l等井雖然揭示了較厚的中、古生代海相層系，但均未見(jiàn)工業(yè)油氣流。鑒于南黃海盆地中、古生代海相殘留盆地勘探程度低，鉆井?dāng)?shù)量少，不確定因素多。因此開(kāi)展盆地構(gòu)造熱演化特征的研究，具有重要的理論和實(shí)際意義。

針對(duì)上揚(yáng)子區(qū)前新生代地層埋藏史和構(gòu)造熱演化史的研究已經(jīng)開(kāi)展^[22]。筆者通過(guò)開(kāi)展磷灰石裂變徑跡測(cè)試分析和數(shù)值模擬工作，研究蘇北—南黃海盆地不同構(gòu)造階段構(gòu)造抬升的時(shí)間、幅度和剝蝕特征，探討盆地構(gòu)造熱演化特征和古生界烴源巖二次生烴問(wèn)題。本次工作精度受制于所取樣品的代表性、地層剝蝕厚度恢復(fù)、模擬所用模型及參數(shù)選取等方面。

1　材料與方法

1．1　材料

1．1．1磷灰石裂變徑跡測(cè)試分析利用材料

本次研究，優(yōu)選蘇北盆地揭示中、古生界層位較全的2口參數(shù)井N4井和鹽參l井(圖1)，采集了4塊砂巖巖心樣品進(jìn)行磷灰石裂變徑跡分析測(cè)試。樣品深度2226～4140.2m，其中下石炭統(tǒng)樣品1塊，深度2226～2237.5m；中志留統(tǒng)樣品2塊，深度2502～2820.2m；下志留統(tǒng)樣品1塊，深度4140m。

 

1．1．2熱演化史模擬利用材料

利用南黃海盆地南部坳陷鉆井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬井EASY％R。熱演化史(以下簡(jiǎn)稱熱史)模擬，地層模型采自青島海洋地質(zhì)研究所在南黃海盆地歷年采集的二維地震剖面。虛擬井利用實(shí)測(cè)的R。值^[18]。

其中虛擬井①、②、③、④位于南部坳陷中，根據(jù)相近相似原則，分別取CZ6-1-1A、WX13-3-1、WX20-STl和WX5-STl井的實(shí)測(cè)R。值，無(wú)實(shí)測(cè)值層位則采用相鄰井?dāng)?shù)據(jù)；⑤、⑥號(hào)虛擬井位于嶗山隆起上，該構(gòu)造部位上沒(méi)有鉆井，以往研究結(jié)果表明，南部坳陷古近新近系內(nèi)實(shí)測(cè)R。值具有相同時(shí)代地層相似、不同時(shí)代地層差異大的特點(diǎn)^[17-18]，周圍鉆井中僅WX5-STl井鉆遇古生界，故該處虛擬井所用的實(shí)測(cè)R。數(shù)據(jù)按照同時(shí)代地層同R。值原則取自WX5-STl井。

1．2　研究方法

1．2．1經(jīng)典的沉積盆地?zé)嵫莼费芯糠椒?span lang="EN-US">

在盆地構(gòu)造熱演化史研究中，經(jīng)典和主要的盆地構(gòu)造熱演化史研究方法有：有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)^[23-24]、礦物裂變徑跡、單井EASY%R。熱反演法^[25-28]及(UTh)／He年齡法^[29]等，實(shí)際研究中基于所能獲得的資料豐富程度及研究目的不同采用不同的方法。

1．2．2磷灰石裂變徑跡分析法

磷灰石裂變徑跡測(cè)試分析的基本原理是：放射性元素²³⁸U。裂變?cè)斐傻V物晶格的電離損傷并且記錄在磷灰石中即磷灰石的裂變徑跡；它在巖石冷卻時(shí)產(chǎn)生，加溫時(shí)“退火”消失；再度冷卻又重新產(chǎn)生。這種“生滅可逆”的磷灰石特殊性質(zhì)記錄了巖石被冷卻、加溫、冷卻的過(guò)程。深埋、巖漿烘烤、斷層摩擦使巖石徑跡退火減少或消失，構(gòu)造抬升、斷層活動(dòng)停止等就是冷卻徑跡產(chǎn)生的過(guò)程。記錄每條徑跡的長(zhǎng)度及其產(chǎn)生后受熱程度的變化將能夠反映樣品所經(jīng)歷的熱歷史，以磷灰石裂變徑跡的長(zhǎng)度、頻率分布、徑跡年齡等數(shù)據(jù)，將有效地獲得構(gòu)造熱演化史的信息^[7,12,25]。

本次研究主要利用了上述磷灰石裂變徑跡分析的原理和方法，分別根據(jù)要求選擇N4井和鹽參l井下石炭統(tǒng)、下志留統(tǒng)、中志留統(tǒng)砂巖樣品，在新西蘭和德國(guó)分別完成放射性同位素照射和磷灰石裂變徑跡測(cè)試及數(shù)值模擬分析。

磷灰石裂變徑跡法的熱史模擬步驟為：①根據(jù)已有熱參數(shù)資料，給出熱史約束條件；②設(shè)定大量的溫度時(shí)間曲線，通過(guò)正演求出徑跡長(zhǎng)度、徑跡年齡模擬值；③將正演結(jié)果與實(shí)測(cè)徑跡長(zhǎng)度、年齡進(jìn)行比較，獲得最佳模型，即得到熱史模擬結(jié)果。

1．2．3 EASY％R。熱史模擬法

本次熱史模擬研究采用EASY％R。方法，所用化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型由Sweeney和Burnham等人提出^[25]：

 

式中Fj為井中某地層底界第j個(gè)埋藏點(diǎn)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)反映程度，其值范圍0～0.85；fi(i＝1，2，3，…，20)為化學(xué)計(jì)量因子或權(quán)數(shù)；tj為該井該地層底界的第j個(gè)埋藏點(diǎn)的埋藏時(shí)間，Ma；Tj為該井該地層底界的第j個(gè)埋藏點(diǎn)的古地溫，K；R為氣體常數(shù)，其值8.24J／(mol·K)；A為頻率因子或指前因子，其值為l0¹³s^-1；Ei(i＝l，2，3，…，20)為活化能，其值范圍42～420kJ／mol；a、b為校正系數(shù)，a1＝2.334733，a2＝0.250621，b1＝3.330657，b2＝1.181534。

通過(guò)將時(shí)間和溫度分解成一系列等溫段或恒定加熱速率段，可以計(jì)算出鏡質(zhì)體反應(yīng)程度，該方法在我國(guó)中、古生界盆地埋藏史和熱史恢復(fù)中取得了較好的應(yīng)用效果^[6，8]。

數(shù)值模擬分別采用了原IES公司的PetroMod9.0軟件和國(guó)內(nèi)自主研制的ProBases軟件

2　模擬、測(cè)試結(jié)果

2．1　磷灰石裂變徑跡測(cè)試分析結(jié)果

磷灰石裂變徑跡測(cè)試分析結(jié)果表明(圖2)：

 

1)樣品的裂變徑跡年齡遠(yuǎn)小于其所代表地層時(shí)代年齡，說(shuō)明取樣深度的地層遭受過(guò)比現(xiàn)今溫度更高的熱作用而退火。

2)進(jìn)行樣品視徑跡年齡距今(28.7±2.5)Ma校正后，得到徑跡長(zhǎng)度的校正年齡為距今(36±3.3)Ma，即盆地內(nèi)發(fā)生的最后一次較大上升構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和剝蝕事件的時(shí)間是36Ma，剝蝕巖層厚度約為1500m。

3)4140m深處裂變徑跡長(zhǎng)度為11.43mm，年齡為距今34Ma，則樣品處溫度為l30℃(地溫梯度2.8℃／l00m，加上地表溫度10℃)，在此溫度下，常理應(yīng)當(dāng)觀察不到磷灰石的裂變徑跡，但事實(shí)上工作中觀察到了通常觀察不到的裂變徑跡現(xiàn)象，推測(cè)可能存在一個(gè)沒(méi)有足夠的時(shí)間讓徑跡完全退火的作用過(guò)程。

2．2　EASY％R。熱史模擬結(jié)果

熱史模擬結(jié)果(圖3)表明：南黃海古地溫梯度自二疊系沉積開(kāi)始至上白堊紀(jì)(距今約70Ma)一直呈上升趨勢(shì)，最高至5.0℃／l00m，其間有2次快速升高(距今270～260Ma和130～70Ma)和1個(gè)平穩(wěn)期(距今260～130Ma)，平穩(wěn)期地溫梯度在4.0℃／l00m左右，70Ma至今地溫梯度總體呈下降趨勢(shì)，現(xiàn)今地溫梯度最低，為3.0℃／l00m左右；在最高地溫梯度處(距今約70Ma)，各虛擬井的數(shù)值差別最大，最大差別可達(dá)1.0℃／l00m；新近紀(jì)和第四紀(jì)沉積對(duì)古生界烴源巖的深埋增熟作用由于該時(shí)期地溫梯度的降低而減弱。

 

埋藏史及生烴史模擬結(jié)果見(jiàn)圖4，三疊系沉積完成至今各虛擬井位置均經(jīng)歷了1次超過(guò)100Ma的抬升剝蝕過(guò)程，延緩甚至停止了古生界烴源巖的成熟生烴過(guò)程。根據(jù)距今300Ma以來(lái)上古生界烴源巖層系構(gòu)造熱演化特征的不同，南黃海盆地?zé)N源巖的埋藏類型大體可分為以下2種。

 

2．2．1早深后淺早期生烴埋藏型

以南部坳陷現(xiàn)今的構(gòu)造高部位沉積區(qū)(虛擬井②、④)為代表。上古生界沉積早期深埋藏，后遭受長(zhǎng)時(shí)間抬升剝蝕再接受持續(xù)淺埋，但烴源巖未增熟，未發(fā)生二次生烴現(xiàn)象。

2．2．2多次抬升多次生烴埋藏型

以南部坳陷現(xiàn)今的深洼部位沉積區(qū)(虛擬井①、③)和中部隆起區(qū)沉積區(qū)(虛擬井⑤、⑥)為代表。在南部坳陷現(xiàn)今的深洼部位，包括常州6-1-1含油氣構(gòu)造在內(nèi)，其虛擬井模擬曲線具有早期上古生界沉積淺埋藏，后期遭受長(zhǎng)時(shí)間抬升剝蝕，再接受持續(xù)沉降深埋，屬于典型二次生烴地層埋藏類型。

在中部隆起區(qū)，模擬標(biāo)尺延伸至中部隆起區(qū)古生界及元古界，烴源巖持續(xù)埋藏，從新元古界沉積以來(lái)經(jīng)歷了3次大規(guī)模的構(gòu)造抬升剝蝕及埋藏，總剝蝕厚度超過(guò)5000m，這可能極大延緩古生界烴源巖增熟過(guò)程；古生界早期沉積經(jīng)歷了2次大的抬升剝蝕和2次深埋藏、l次淺埋藏過(guò)程，屬多次抬升多次生烴類型。

虛擬井生烴史模擬結(jié)果(圖5)表明，南黃海南部坳陷深洼區(qū)存在古生界烴源巖的二次生烴現(xiàn)象，總計(jì)獲得2個(gè)生烴高峰期：一個(gè)在早三疊世，一個(gè)在中新世—漸新世；第一次生烴高峰期形成的烴資源，經(jīng)歷印支晚期—燕山早、中期的強(qiáng)烈改造，基本沒(méi)有意義；第二次生烴高峰期發(fā)生在晚期穩(wěn)定沉降條件下，當(dāng)以生氣為主，對(duì)晚期油氣成藏有利，推測(cè)常州6-1-1井發(fā)現(xiàn)的油氣與此期生烴有關(guān)。

 

3　討論

此次研究結(jié)果表明，南黃海盆地中部隆起區(qū)遭受多次構(gòu)造抬升剝蝕而具有二次或晚期生烴可能，新近系沉積厚度不大，今埋深小于古近紀(jì)末埋深，中、古生界烴源巖在遭受數(shù)千米的剝蝕之后，其成熟度沒(méi)有改變，即在古近紀(jì)末成熟定型，后期增熟幅度緩慢或較小，存在長(zhǎng)期埋藏成烴演化的“長(zhǎng)時(shí)加溫型”埋藏史，也存在古埋深大于今埋深的“短時(shí)加溫型”埋藏史，造成成熟度、古地溫與埋深不相匹配的演化結(jié)果，即生烴層系“不同層等熟、不同層等溫”現(xiàn)象突出。鑒于南黃海盆地中部隆起區(qū)中、古生界最大沉積厚度達(dá)萬(wàn)米^[30-31]，具有不同分布及埋藏特征的中部隆起中、古生界烴源巖，總體上具有良好的成烴一成藏潛力；通過(guò)虛擬井模擬，發(fā)現(xiàn)在南部坳陷區(qū)，長(zhǎng)時(shí)間的構(gòu)造抬升剝蝕延緩甚至停止了古生界烴源巖的生烴過(guò)程，而后期快速沉積使得古生界烴源巖得到深埋發(fā)生二次生烴，這一作用過(guò)程的效果同時(shí)受制該區(qū)地溫場(chǎng)的變化，南黃海南部坳陷現(xiàn)今的深洼部位和中部隆起沉積區(qū)存在二次生烴現(xiàn)象，始新世沉積時(shí)造成古生界烴源巖的第二次生烴發(fā)生在晚期穩(wěn)定沉降條件下，以生氣為主，可彌補(bǔ)中、新生界陸相烴源巖生烴潛力不足，形成陸相和海相混源的油氣藏，其類型近似于蘇北的朱家墩氣田。由于坳陷區(qū)有巨厚新生代沉積作為蓋層，可能形成古潛山或潛山內(nèi)幕類型油氣藏。

總體而言，南黃海盆地具有較為完整的加里東期、海西期、印支期海相層序及中、新生代陸相層序，海相中、古生界沉積最厚達(dá)萬(wàn)米，在后期穩(wěn)定沉降條件下，海相烴源巖經(jīng)再次深埋，發(fā)生二次生烴，油氣勘探潛力巨大。隨著勘探研究的深入，相信南黃海盆地定將獲得突破。

4　結(jié)論

1)蘇北盆地距今約36Ma(晚始新世)之后的沉積對(duì)古生界烴源巖增熟生烴意義重大。

2)蘇北南黃海盆地海相中、古生界烴源巖具有“不同層等熟、不同層同溫”和“長(zhǎng)時(shí)加溫”特點(diǎn)。南黃海南部坳陷存在古生界烴源巖的二次生烴現(xiàn)象，共有2個(gè)生烴高峰期(早三疊世和始新世)，第一次生烴經(jīng)過(guò)印支運(yùn)動(dòng)晚期燕山運(yùn)動(dòng)早、中期的強(qiáng)烈改造后，基本沒(méi)有太大意義，第二次生烴發(fā)生在晚期穩(wěn)定沉降條件下，以生氣為主，可以彌補(bǔ)中、新生界陸相烴源巖生烴潛力的不足，形成陸相和海相混源的油氣藏，其類型近似于蘇北盆地的朱家墩氣田。

3)蘇北南黃海盆地的現(xiàn)今地溫梯度小于占地溫梯度，減弱了后期沉積對(duì)烴源巖的增熟作用。南黃海盆地在距今70Ma前地溫梯度呈上升趨勢(shì)，最高至5.0℃／l00m，之后呈下降趨勢(shì)至現(xiàn)今的3.0℃／l00m左右，距今260～130Ma地溫梯度維持在4.0℃／l00m左右。

4)蘇北南黃海盆地具有相似的構(gòu)造熱演化特點(diǎn)，南黃海盆地有望成為海域油氣勘探的一個(gè)重要領(lǐng)域。南黃海盆地中南部古生界烴源巖二次牛烴是關(guān)鍵，以尋找“古生新儲(chǔ)”型油氣藏為勘探方向。

感謝新兩蘭奧克蘭大學(xué)懷特教授、徐贛清副教授提供了高質(zhì)量的裂變徑跡測(cè)試數(shù)據(jù)。

 

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本文作者：閆桂京  許紅  楊艷秋

作者單位：國(guó)土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

  國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所