临清坳陷东部构造演化及对上古生界烃源岩生烃的控制作用

王明健，张训华 （青岛海洋地质研究所，山东青岛266071）

张运波 （中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083）

何登发，孙衍鹏 （中国地质大学（北京）能源学院，北京100083）

李文涛 （中石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

临清坳陷东部构造演化及对上古生界烃源岩生烃的控制作用

王明健，张训华 （青岛海洋地质研究所，山东青岛266071）

张运波 （中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083）

何登发，孙衍鹏 （中国地质大学（北京）能源学院，北京100083）

李文涛 （中石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

目前渤海湾盆地的勘探形势良好，在上古生界陆续发现多个煤成气气田，但在盆地西南部的临清坳陷东部尚未有大的勘探突破。为提高天然气勘探效率，从构造演化方面入手，结合埋藏史和流体包裹体的分析结果，对研究区上古生界煤系烃源岩的生烃作用进行了深入研究。结果表明：临清坳陷东部的构造演化主要受华北板块与其周围板块的相互运动及其运动方式所控制，三叠纪以来经历了5期演化过程；上古生界煤系烃源岩的成熟演化主要受构造演化所控制，共经历了5次生烃作用，以喜马拉雅早中期和喜马拉雅晚期2次生烃作用最强，并且与圈闭形成时间匹配良好，生成的油气能得到有效的保存。

临清坳陷东部；上古生界；构造演化；生烃作用

近些年来渤海湾盆地上古生界油气勘探取得了很大进展，在冀中坳陷、黄骅坳陷、东濮凹陷和济阳坳陷发现了多个煤成气藏，油源对比显示油气均来自于上古生界石炭系－二叠系烃源岩［1～4］，这些气藏的发现表明渤海湾盆地上古生界煤成气具有良好的勘探前景。临清坳陷东部位于渤海湾盆地的西南收敛端，石炭系－二叠系煤系烃源岩非常发育，厚度大、分布广，具备煤成烃成藏的物质基础，一直被认为是煤成气勘探的有利地区。但是研究区在地史上经历了印支运动、燕山运动的演化及喜马拉雅运动的强烈改造［5］，断层极为发育，具有复杂的构造、沉积、埋藏和热演化史，油气成藏条件非常的复杂。迄今为止对临清坳陷东部自晚古生代以来的构造演化历史及其对上古生界煤成气生烃作用仍未开展过系统的研究，从而制约了该区天然气的进一步勘探。

1 区域地质概况

临清坳陷东部是指北到吴桥，南到冠县，临清－武城以东的东部地区，包括德州－冠县、莘县凹陷和高唐－堂邑凸起3个构造单元，总面积约为5000km2（图1）。临清坳陷总体上地层发育较全，除区域性缺失的上奥陶统（O3）、志留系（S）－泥盆系（D）和下石炭统（C1）外，其余地层均有分布。自下而上可划分为9个构造层，分别是寒武系－奥陶系（∈－O）、石炭系－二叠系（C－P）、中－下三叠统（T1－2）、中－下侏罗统（J1－2）、上侏罗统－下白垩统（J3－K1）、孔店组－沙四段（Ek－Es4）、沙三段－沙二段（Es3－Es2）、沙一段－东营组（Es1－Ed）、新近系－第四系（N－Q）。区内断裂极为发育，按走向大致可分为两组，夏津－德参2井北横向变换构造带以北地区走向以NW向或近EW向为主，以南地区走向主要为NE向，整体呈“东西呈带，南北分块”的构造格局（图1）。

2 晚古生代以来的构造演化分析

2.1 早－中三叠世（T1－2）陆相克拉通内坳陷盆地

从海西晚期开始华北地台南、北两侧裂陷海槽逐渐发生近SN向的聚敛、封闭，华北板块处于挤压应力场当中，周缘不断隆升，盆地的范围逐渐缩小，为一南陡北缓、呈NWW向展布的大型内陆沉积盆地［6～12］。二叠纪末期的海西运动没有造成华北地区沉积格局发生重大变化，为一统一的陆相克拉通内坳陷，处于干热－湿热气候条件下的河流、滨湖沉积环境，与晚古生代相比沉积范围略有缩小［8，11］。

临清坳陷东部早－中三叠世盆地是整个华北盆地的一部分，位于盆地的东部边缘，其西与沁水盆地、鄂尔多斯盆地相连，区内下－中三叠统厚度为1800～2400m，大体呈现由SW向NE逐渐减薄的趋势，地层厚度中心位于研究区南部的高古7井两侧，厚约2400m。

中三叠世末扬子板块与华北板块先东后西的“剪刀”式碰撞导致华北地区发生了印支早期运动［13］。该次运动之后上述大型内陆盆地表现大幅度萎缩，大致以太行山一线为枢纽，以东地区相对隆升并发生构造变形，绝大部分地区处于剥蚀环境，缺失上三叠统。而以西地区相对沉降，发育与中三叠统连续沉积的上三叠统。该时期临清坳陷东部整体隆升剥蚀，构造活动较弱。

晚三叠世末发生的晚印支运动在渤海湾盆地不同地区的表现有明显差异，西部区域可能主要是使早印支期褶皱发生继承性变形，变形相对较弱，中－东部地区则在早印支期近EW向褶皱基础上叠加了NE向褶皱和逆冲断层变形，且变形程度较强。造成这种差异的原因可能与扬子板块和华北板块先东后西的“剪刀”式碰撞和苏北陆块向NW方向推挤有关。临清坳陷东部位于渤海湾地区的中－东部，处于NW－SE向挤压应力场当中，形成了一些NE向的逆冲断层和宽缓褶皱，前期发育的地层遭受了强烈的剥蚀。

2.2 早－中侏罗世（J1－2）陆内坳陷盆地

扬子板块与华北板块的碰撞挤压开始逐渐减弱，而西太平洋区板块开始活动，中国东部进入由古亚洲构造域向滨太平洋构造域演化的过渡阶段［14～16］。印支期所形成的以走向NE向为主的褶皱－冲断或隆坳构造格局对临清坳陷东部早－中侏罗世（J1－2）盆地的发育具有明显的控制作用，盆地边界不同程度地受到挤压构造的控制。早－中侏罗世（J1－2）临清坳陷东部地区盆地类型为陆内坳陷盆地，早期表现为对印支期形成的NE向逆冲断层和宽缓褶皱所产生的低洼地区的充填，是一个截凸填凹的过程，盆地展布方向为NE向。中侏罗世末期临清坳陷东部整体隆升遭受剥蚀。

2.3 晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）陆内伸展断陷盆地

晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）受郯庐断裂左旋走滑和岩石圈拆沉作用的控制，盐山－歧口－新港－兰考－聊城断裂以及太行山山前断裂也开始活动［7，14～16］，渤海湾盆地进入大规模断陷盆地发育阶段。受盆地边界断裂的形成机制及展布特征的控制，华北东部渤海湾盆地在这一时期出现了明显的分区性：盐山－歧口－新港－兰考－聊城断裂带以东，盆地展布方向以NW、NWW向为主；该断裂带以西，盆地主要呈NE、NNE向展布。

就临清坳陷东部地区而言，晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）除兰聊断层以外，堂邑西断层的南段和北段、武城－馆陶东断层以及马陵断层等大的边界断层也开始活动，这些断层的发育明显控制了晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）地层的沉积。晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）临清坳陷东部地区为一受周围边界断层控制的NNE向展布的拉张断陷型盆地，沉积了较厚的陆相碎屑岩夹火山岩地层。

晚白垩世发生的燕山晚期构造运动使整个华北克拉通东部发生了较强的构造变形，同时在区域构造演化上具有重要的转折意义：该构造运动使华北克拉通变形、地壳缩短和岩石圈增厚；而该期运动之后的晚中生代－新生代，华北克拉通东部主体向着地壳伸展、岩石圈减薄的方向发展。该期运动结束了晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）盆地的发育历史，并导致郯庐断裂带以西的华北广大地区整体处于隆升剥蚀状态。就临清坳陷东部而言，主要受NW－SE方向挤压应力场控制，地层遭受了强烈的构造变形，晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）开始活动的兰聊断层和和其他一些边界断层发生了构造反转，由张性伸展转为挤压逆冲，同时还形成了一定数量的逆断层。前期发育的地层在这一时期遭受了强烈的剥蚀。

2.4 古近纪大型陆内伸展断陷盆地

新生代初期华北东部岩石圈拆沉作用再次发生，同时郯庐断裂带由中生代的左旋走滑转为右旋张裂，渤海湾地区整体受右旋走滑剪切应力场控制，处于断陷盆地发育阶段。

临清坳陷东部在这一时期表现为大规模拉张断陷，形成了大量的正断层，断层走向主要为NE向。晚白垩世发生反转的断层以及该时期新生成的逆断层在古近纪发生了负反转，同时一些晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）形成的正断层也在这一时期重新开始活动。原有的中、古生界构造面貌被改造分割，莘县、冠县和德州凹陷大幅沉降，接受了巨厚的陆相碎屑岩沉积。古近纪末期发生的东营运动使整个渤海湾地区整体发生隆升，地层遭受了剥蚀夷平。

2.5 新近纪－第四纪大型陆内坳陷盆地

进入新近纪之后，华北东部岩石圈发生了热衰减冷凝沉降及重力均衡作用，水平拉张应力场消失，断层垂向运动逐渐趋于停止，早先的裂谷型盆地演变为大型坳陷型盆地，大面积分布的新近系及第四系整体不整合覆盖于古近系的裂谷期层序之上。临清坳陷东部地区与整个渤海湾盆地一样，整体下沉接受沉积。

3 构造演化对上古生界烃源岩生烃的控制作用

临清坳陷东部上古生界烃源岩经历了长达数亿年地质热演化历史，受印支期的整体隆升、燕山和喜马拉雅期差异沉降以及岩浆热液变质作用的影响，经历了多期次埋藏－抬升和增温－降温作用，导致烃源岩生烃过程多次中断或减缓，具有多期生烃的特点。在影响研究区上古生界煤系烃源岩成熟演化的众多因素当中构造作用是决定性的，不同构造单元由于构造演化历史不同，生烃史也具有明显的差异。凹陷中烃源岩演化程度高，已达到成熟，甚至过成熟，而凸起区演化程度较低，甚至没有成熟。

根据单井埋藏史图（图2、3）分析得知，凹陷区上古生界煤系地层经历了印支早－中期（T1－2）、燕山早期（J1－2）、燕山中期（J3－K1）、喜马拉雅早中期（E）和喜马拉雅晚期（N－Q）5次沉降，相应形成5期生烃时期，而凸起区仅经历了印支早－中期（T1－2）和燕山早期（J1－2）2期生烃作用。

通过对临清坳陷东部流体包裹体样品进行研究发现，烃类包裹体主要分布于充填于裂缝当中的方解石脉、颗粒裂隙和石英次生加大边中。从成岩序列来看，临清坳陷东部上古生界流体包裹体具有多期发育的特点。根据荧光颜色观察和显微测温研究结果分析认为存在4期油气充注期：中侏罗世中晚期、早白垩世中晚期、古近纪中晚期和新近纪中期到现在（图4）。中三叠世中晚期由于生烃量很少，没有发现这一时期充注的烃类包裹体。

在这5期生烃期当中，以喜马拉雅早中期（E）和喜马拉雅晚期（N－Q）二次生烃作用最强，主要发生在研究区上古生界喜马拉雅期埋深（温度）超过印支期、燕山期最大埋深（温度）的位置。这些地区往往为断块格局和沉降深度所限定，平面分布相对割裂，各区块的二次生烃程度也有较大差异。上古生界喜马拉雅期二次生烃的强度取决于上古生界烃源岩在新生代之前的热演化程度和新生代的沉降幅度。新生代之前烃源岩埋深浅、热演化程度低，新生代沉降幅度大，则对喜马拉雅期生烃越有利。反之，如果印支期、燕山期埋深过大，烃源岩演化程度过高，造成烃源岩已大量生烃，即使喜山期存在二次生烃，其潜力也十分有限，难以形成工业性聚集。结合构造演化来看，新生代以前的生烃作用发生早，遭受破坏时间长，尤其是晚白垩世强烈的挤压作用以及古近纪断层的强烈活动对早期油气藏的破坏力极强，不利于油气保存。喜马拉雅早中期（E）和喜马拉雅晚期（N－Q）2期生烃作用与圈闭形成时期匹配良好，这2期生烃作用生成的油气可以得到有效地保存。

图2 德州凹陷德古2井埋藏史图

图3高唐堂邑凸起高古7井埋藏史图

4 结 论

1）临清坳陷东部地区的盆地演化受华北板块与其周围板块的相互运动所控制，经历了早－中三叠世（T1－2）陆相克拉通内坳陷盆地、早－中侏罗世（J1－2）陆内坳陷盆地、晚侏罗世－早白垩世（J3－K1）陆内伸展断陷盆地、古近纪大型陆内伸展断陷盆地和新近纪－第四纪大型陆内坳陷盆地5个盆地演化阶段。

2）临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩共经历了印支早－中期（T1－2）、燕山早期（J1－2）、燕山中期（J3－K1）、喜马拉雅早中期（E）和喜马拉雅晚期（N－Q）5期生烃作用，并以喜马拉雅期的2次生烃作用最为强烈。

3）新生代以前所形成的油气藏基本已经遭受破坏，油气已经散失掉，只有新生代2期生烃作用所生成的油气才能得到有效地保存。

图4 流体包裹体确定的油气充注期次

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［编辑］ 宋换新

08 Tectonic Evolution and Its Control over the Upper Palaeozoic Source Rocks in the Eastern Linqing Depression

WANG Ming－jian，ZHANG Xun－hua，ZHANG Yun－bo HE Deng－fa，SUN Yan－peng，LI Wen－tao

（First Authors Address：Qingdao Institute of Marine Geology，Qingdao 266071，Shandong，China）

At present the situation of hydrocarbon exploration was excellent in Bohai Bay Basin and several coal－seam gasfields have been found in the Upper Palaeozoic System.But in the southwestern part of the basin there was no significant breakthrough in the eastern Linqing Depression.In order to improve the exploration efficiency，the hydrocarbon generation effect of Upper Palaeozoic source rock was analyzed from the aspect of tectonic evolution and in combination with the analysis of burial history and fluid inclusions.The hydrocarbon genesis of the Palaeozoic coal－seam source rocks was deeply studied.The result indicates that the tectonic evolution in the east of the depression is controlled by the movement styles of North China plate and its surrounding plates.The studied area has undergone five stages of basin evolution since Triassic.Tectonic evolution controlled the evolution of the Upper Palaeozoic coal－bearing source rocks and the source rocks experienced five hydrocarbon generation stages.Among the five hydrocarbon generation stages，the effect at the early－mid－Himalayan stage and late Himalayan stage are stronger than the other three.The hydrocarbon generation stages match well with the traps forming stages and the hydrocarbon genereated by the coal－bearing source rock can be preserved effectively.

eastern Linqing Depression；Upper Palaeozoic；tectonic evolution；hydrocarbon generation effect

book=308,ebook=308

TE121.2

A

1000－9752（2012）06－0008－05

2011－11－30

国家重点基础研究发展计划（“973”）项目（2006CB202300）。

王明健（1983－），男，2005年大学毕业，博士，工程师，现主要从事盆地构造与油气成藏分析工作。