渤海湾盆地构造演化及其油气意义

1、渤海湾盆地的构造演化及其油气意义 姓名:李志强 学号:201672182 院系:地球科学学院 专业:地质工程 指导老师:李涛 职称:副教授 渤海湾盆地的构造演化及其油气意义 1 引言 2 地质背景 3 大地构造背景及构造演化 4 盆地成因机制 5 油气意义 6 认识 地貌学及构造单元划分 渤海湾盆地位于华北平原北部、辽河平 原南部和渤海海域。盆地东部以郯庐断裂为 界，断裂以东为辽东一胶东隆起区，盆地西 北部与辽西一燕山隆起区相邻，西部为太行 山隆起区，南部与鲁西隆起区相邻，面积约 20104 km(其中陆地面积13.3104km2，滩 海面积1.7 104 km2，海域面积5 .0 104 k

2、m2)。 图1-1 渤海湾地区油气藏及构造单元划分（李春 光,2006） 1 引言 地貌学及构造单元划分 盆地主要是分为十个级构造单元。七 个坳陷和三个隆起。 靠近郯庐断裂的辽河坳陷、渤中坳陷、 济阳坳陷和昌潍坳陷称东部坳陷区; 远离郯 庐断裂的黄骅坳陷、冀中坳陷和临清坳陷称 西部坳陷区。 在盆地西部有埕宁隆起、沧县隆起和内 黄隆起, 对坳陷起分隔作用 图1-1 渤海湾地区油气藏及构造单元划分（李春 光,2006） 1 引言 2 地质背景 2.1 区域地质概况 2.2 沉积发育史 2.3 地层层序 2.1 区域地质概况 2 地质背景 渤海湾盆地的地貌学形态，主要是新生代以来形成的，渤 海湾盆地

3、第三纪以拉张断陷为主要活动形式,内部表现为半 地堑和地垒结构。 盆地内部划分为七个坳陷和三个隆起 广泛发育新生代的沉积地层，新生代构造运动大体经历了 拉张断陷、强烈断裂下陷和区域性坳陷三大阶段，对应于构 造运动形成了孔店沙四期旋回；沙河街东营期旋回和馆 陶明化镇期旋回。 2.2 沉积发育史 2 地质背景 渤海湾盆地是一个复式叠加型沉积盆地。具有多旋回、多层系和 多油气藏类型的含油气盆地的特色。其沉积史可划分以下几个时期： （1）晚元古代(震旦亚代)准地槽沉积发展时期:发育碳酸盐岩为主的 巨厚沉积 （2）早古生代(下寒武世中奥陶世)地台沉积发展时期:碳酸盐岩为 主夹少量泥质岩和蒸发岩的沉积。 （

4、3）晚古生代(中石炭世二叠纪)地台含煤建造沉积发展时期: 中石 炭世海陆交替相沉积含煤地层 ； 二叠纪后期的海西运动，使全区变 为山区 （4）中、新生代断陷与坳陷沉积时期:渤海湾盆地的中、新生界剖面 内可能有过多次“断坳型”沉积发育阶段。侏罗世、白垩世、第三 纪各为一次断陷-坳陷发育期。 第四期只有第三纪-第四纪的断-坳盆地在渤盆地区保存得比较完 整 2.3 地层层序 2 地质背景 渤海湾盆地下部基底为太古代- 元古代的花岗片麻岩基地，受到燕 山运动的强烈改造，整个中生代的 地层缺失严重， 广泛发育第三系沉积地层，第三 系沉积构造演化具多旋回性，目前， 油气比较聚集部位有七个层段，其 中以下第

5、三系（古近系）为主要生 油层，尤其以沙河街组三段 （E E3 3s s3 3）、沙河街组一段（E E3 3s s1 1） 最为重要。 图2-1 渤海湾盆地地层综合柱状图（胜利油田研究 院，1978） 2.3 地层层序 2 地质背景 区内的主要生油地层（第三系）按从老到新的顺序如下 古近系: 始新统孔店组始新统孔店组（E E2 2k k） 渐新统沙河街组渐新统沙河街组（E E3 3s s） 渐新统东营组渐新统东营组（E E3 3d d） 新近系： 中新统馆陶组中新统馆陶组（N N1 1g g） 上新统明化镇组上新统明化镇组（N N2 2g g） 2.3 地层层序 2 地质背景 始新统孔店组始新统

6、孔店组（E E2 2k k）：岩性特征自上而下以红黑红和粗细粗的特点划分为 三个段。孔三段和孔一段为红色泥岩和砂岩，含砾砂岩互层；孔二段为深灰、 黑灰、灰绿色泥岩为主，夹砂岩，以火山碎屑含量低微为特征。 渐新统沙河街组渐新统沙河街组（E E3 3s s）：划分为四段，沙四段分布局限，中下部以暗紫红 色泥岩，砂砾岩组成的红层。上部为灰色，灰绿色兰灰色泥岩、油页岩生物 灰岩部分地区有膏岩、盐岩及红层；沙三段分布广泛以厚层暗色生油岩系为 特征发育的深湖相沉积，夹油页岩及不稳定的砂岩体； 沙二段湖盆收缩变浅， 水质变淡，发育一套淡水浅湖相粗碎屑沉积。以绿灰色、灰深灰色泥岩与 砂岩互层为特征砂岩含砾，为

7、渤海湾油区主力油层之一；沙一段因水域再次 扩大，分布较广，边缘地区超复在前第三系之上。海域的沙一段特殊岩性段， 以灰，深灰色泥岩集中的夹有油页岩，灰岩，白云岩，生物灰岩，鲕粒灰岩 薄层为特征。 2.3 地层层序 2 地质背景 渐新统东营组渐新统东营组（E E3 3d d）：海域东营组分布范围比沙河街组广泛，划分为上下两 段，东下段：以灰色泥岩为主，下部为稳定的泥岩段，上部为凹形泥岩标志层， 中部为泥岩夹砂岩，总体上为一套反旋回沉积； 东上段：岩性为灰色泥岩与砂 岩互层段，砂岩灰白色，局部含砾，底部砂岩具反旋回特点；(东下段古生物介 形类为近三角华花介细弯脊东营介组合，孢粉为皱面球藻属网面球藻属

8、栎 粉属组合；东上段孢粉以环纹藻属水龙骨单缝属条纹三沟粉属榆粉属组合)。 （郭书根,苏同印,2004） 中新统馆陶组中新统馆陶组（N N1 1g g）：为一套块状砂砾岩夹泥岩组成的粗碎屑沉积。砂岩百 分比占90左右。 上新统明化镇组上新统明化镇组（N N2 2g g）：上部为灰绿色棕红色泥岩与灰绿色砂岩互层，下部 灰绿色，棕红色为主夹砂层，上粗下细（逆粒序）特征明显。 3 3 大地构造背景及构造演化大地构造背景及构造演化 3.1 华北克拉通破坏 3.2 渤海湾盆地所在区域的构造演化 3.3 现今渤海湾盆地的构造特征 3.1 华北克拉通破坏 3 大地构造背景及构造演化 区域上,渤海湾盆地处于古

9、亚洲洋、特提斯洋和太平洋 三大构造域相互作用交接的 中心区域 渤海湾盆地位于华北克拉 通的东部地块上,是华北克拉 通破坏的中心区域，是破坏 最为显著的中心。 渤海湾盆地的结构、构造 记录了华北克拉通破坏的构 造过程，因此，了解和研究 华北板块的构造发育史对于 研究渤海湾盆地有重要意义 图3-1华北克拉通在全球板块构造中的示意图 3.1 华北克拉通破坏 3 大地构造背景及构造演化 华北克拉通东部地块的地壳厚度较薄,一般30km左右,最薄处28km;岩石圈也较薄， 石圈也较薄,据最新的高分辨率的地震层析成像结果,太行山以东、燕山以南的华北 盆地、胶东半岛和渤海湾之下,岩石圈厚60100km,而其周

10、缘的太行山、燕山辽西 和辽东地区,岩石圈仍厚达100150km;太行山以西的西部地块岩石圈厚230km左右 现今该盆地具有高背景的大地热流，现仍然处于沉降演化阶段。（李三忠，2010） 华北地区的构造演化大致经历5个阶段（何海清,王兆云，1998）,即 （1）陆核及基底形成阶段; （2）中、新元古代裂陷槽发育阶段; （3）古生代稳定地台发育阶段及其南北缘的造山作用; （4）中生代中后期欧亚构造域与滨太平洋构造域过渡期; （5）新生代滨太平洋构造域大发展时期。 3.2渤海湾所在区域构造演化图 3 大地构造背景及构造演化 自元古代以来，渤海湾盆地所在区域对 各期次的构造运动均有积极的响应，主要 划

11、分为以下五个阶段。 1.中、晚元古代准地槽沉积发展时期： 吕梁运动后，沿着内蒙古陆南缘，张家口 北票深断裂南侧形成一个北东-东方向的 沉降带，称为燕山准地槽。 图3-2华北地区中、新元古代裂陷槽分布图 (据中国石油天然气总公司华北古生界项目经理部资料改编，1988) 1盆地边界；2地层等厚线(m)；3海岸线；4主应力方向 3.2 渤海湾所在区域的构造演化 3 大地构造背景及构造演化 2.早古生代地台沉积发展时期：蓟县运动时，发生海侵海退，直到中奥陶世末才 结束。 3.晚古生代)地台含煤建造沉积发展时期：，加里东运动使华北陆台整体上升成陆， 经历长期的风化剥蚀和岩溶作用。到中石炭世，华北陆台又整

12、体下降，沉积有200 400m厚的海陆交替相含煤地层。二叠纪为地台内部陆相盆地，各坳陷内沉积厚度不等， 为300-1500m。 3.2 渤海湾盆地所在区域构造演化 3 大地构造背景及构造演化 4.中生代断陷和火山活动时期：海西运动，使华北陆台继续向上升起。印支运动使陆台上沉 积层(自中、上元古界至三叠系)全部褶皱形成一系列大型的背斜和向斜构造。此华北克拉通破坏 地区断裂及火山活动都很强烈,盆地周边和内部的大断裂开始发育，渤海湾盆地的雏形开始形成。 5.中、新生代断陷与坳陷沉积时期：渤海湾盆地的中、新生界剖面内可能有过多次“断一坳 型”沉积发育阶段 3.2 渤海湾盆地所在区域构造演化 3 大地构

13、造背景及构造演化 图3-4 渤海湾盆地构造演化图 3.3 现今渤海湾盆地的构造特征 3 大地构造背景及构造演化 3.3.1盆地构架格局 西部走滑构造带：主要位于郯庐断裂带的营口 潍坊段, 包括下辽河坳陷、渤中坳陷和昌潍坳陷， 构造线和油气田分布以北-北东向为主,构造性质 为张性和剪性。 中部拉分构造区：渤海湾盆地的中部, 包括黄 骅坳陷和济阳坳陷，构造线和油气布以北东和近 东西向及北西向为主, 构造应力以拉张为主兼剪 性。 东部走滑构造带：于太行山山前断裂与沧东断 裂之间，构造线和油气田以北-北东方向为主，构 造性质以剪性为主兼张性。 图3-5 渤海湾盆地构造区域划分示意图 3.3 现今渤海湾

14、盆地的构造特征 3 大地构造背景及构造演化 3.3.2盆地边界特征 东部以郯庐断裂带营口一潍坊段为界 西部以太行山山前紫荆关断裂带及其延 伸为界，二者呈北-北东方向延伸。 南部和北部分别以广断裂和燕山南缘断 裂为界，近东西向分布 从几何形态看，渤海湾盆地呈规则的菱 形，为Z型，具有典型的拉分盆地形态。 东、西界为大型走滑断裂带，而南、北边 界为大型的张性控盆断裂 边界断裂是走滑断裂，为主断裂;内部 断层是伸展断层，是边界断裂的派生构造， 为次级断裂。 1 早第三纪隆起 2 盆地中的凸起 3 走划断裂 4 正断层 图3-6渤海湾盆地构造纲要图 4 盆地成因机制 4.1 中生代走滑构造形成雏形 4

15、.1 新生代走滑拉分盆地形成 4.3 盆地内部伸展构造 4.4 渤海湾盆地构造成因 4.1 中生代走滑构造形成雏形 4 盆地成因机制 1:中生代断陷 2: 郯庐断裂及走化方向 3 : 板块俯冲方向 4: 板块缝合线 5 : 渤海断堑系: 济阳断堑系 :鲁西南断堑系 图4-1中生代渤海及邻区构造格局(侯贵廷，2001) 中生代（早期三叠纪-中侏罗世）,渤海 湾盆地基本发育北东向和东西向的褶皱和 逆冲断层。 中生代（晚期晚侏罗-早白垩世）郯庐断 裂带的左旋（行）走滑平移导致郯庐断裂 带以西自北向南发育了3个北西向断堑系。 其中鲁西南断堑系是由5个雁列的北西向 狭窄断堑组成，较好的指示指示中生代郯

16、庐断裂为左旋（行）走滑。 4.2新生代走滑拉分盆地形成 4 盆地成因机制 图4-2渤海湾盆地新生代走滑系统 走滑断裂系中常发育花状构造和 扭断式地堑（刘庆,1986）。这种构造 在渤海湾盆地的东、西两个走滑构 造带内广泛发育。 4.2新生代走滑拉分盆地形成 4 盆地成因机制 图4-3东濮地区的负花状构造 西部走滑构造带内的冀中坳陷 霸县凹陷西斜坡上的基底走滑断层 切割到新生代盆地盖层中, 并构成 负花状构造, 而且在盖层中发育比 较明显的左列雁行的次级断层。这 表明渤海湾盆地的西部在新生代发 生了右（旋）行走滑运动（付兆辉, 施明华,2012）。 4.2 新生代走滑拉分盆地形成 4 盆地成因机

17、制 沿沧东断裂（位于西部走滑构造带） 从始新世中期至渐新世(沙河街组四段 上部至东营组)。盆地的沉积中心自南 西向北东方向迁移, 反映了渤海湾盆地 中部沉积作用受西部走滑构造带的右 （行）旋走滑作用的控制（付兆辉,施明 华,2012）。 渤海湾盆地新生代盖层中也还发育 了大量的呈左雁列行的近东西的次级正 断层组合与之共生。 均说明渤海湾盆地在新生代受到右 行（旋）剪切的作用。 中生代：郯庐断裂为左行走滑 新生代：整个渤海湾盆地受到右行剪 切作用，郯庐断裂对渤海湾的构造作用 表现为右行走滑 Es：沙河街组 Ed：东营组 图4-4沿沧东断裂沉积中心迁移演示图 4.2 新生代走滑拉分盆地的形成 4

18、盆地成因机制 从渤海湾盆地内各坳陷的累积伸展量分 析, 渤海湾盆地中部(济阳坳陷和黄坳坳 陷)的伸展量明显地比盆地东西两侧的大。 这说明渤海湾盆地的主要伸展方向是北- 北东方向。 渤海湾盆地内各坳陷的控盆断裂只是北 -北东方向大型走滑断裂带的次级断裂， 因此走滑构造系统为主导系统, 伸展构造 系统为派生系统, 且走滑构造系统的形成 时代早于伸展构造（张文佑,祥麟,1986）。 从渤海湾盆地的沙河街组四段上部至东 营组（下第三系地层）的沉积厚度来看, 地层展布的形态呈规则的菱形体, 这说明 新生代该盆地处于走滑拉分的状态（李三忠， 周立宏,2004）。 1 隆起 2 盆地中的凸起 3 走滑断裂

19、4 正断层 图4-4渤海湾盆地构造纲要图 4.3 盆地内部伸展构造 4 盆地成因机制 早第三纪中晚期渤海湾盆地边界的沉积深而窄且 不对称、沉积速度快、厚度大、相变迅速, 并沿走滑 方向沉积层表现出右行扭动的构造变形, 由于盆地边 界的走滑拉分导致盆地南北向伸展, 在渤海盆地内的 各坳陷内广泛发育近东西向北断南超同沉积伸展断层, 表现为边界走滑和内部伸展的构造特点。 4.4 渤海湾盆地构造成因 4 盆地成因机制 图4-5 渤海湾盆地新生代大地构造背景分析 从渤海湾盆地的构造演化 分析, 大部分新生代盆地与 中生代盆地无继承性。早中 生代扬子板块与华北板块最 终碰撞造山, 同时西伯利亚 板块仍向华

20、北板块接近, 并 继续影响华北板块内部的构 造活动(钱祥麟,1995) 4.4 渤海湾盆地构造成因 4 盆地成因机制 中生代郯庐断裂为左行剪切运动, 发育北西向雁行排列的中生代断陷盆 地。 中生代晚期和早第三纪早期由于 菲律宾板块和库拉板块的俯冲作用, 郯庐断裂进一步左行剪切,北西向断 陷进一步裂陷。 此时太平洋板块俯冲方向北-北西 太行山断裂 郯庐断裂 4.4 渤海湾盆地构造成因 4 盆地成因机制 太行山断裂 郯庐断裂 从早第三纪中期始新世(沙河 街三段) 开始, 由于库拉板块消 失, 太平洋板块的运动方向从北 -北西转为北西-西，郯庐断裂带 由左行转为右行 印度板块对欧亚板块的俯冲, 对华

21、北板块施加南西向挤压应力, 华北板块向东逃逸, 并沿着太行 山断裂带发生右行张剪运动。 4.4 渤海湾盆地构造成因 4 盆地成因机制 太行山断裂 郯庐断裂 在东部走滑构造带和西部 走滑构造带的右行走滑作用 下形成拉分盆地。 由边界的走滑运动导致盆 地内部的拉分伸展 4.4 渤海湾盆地构造成因 4 盆地成因机制 渤海湾盆地为走滑拉分盆地： 1：具有典型的菱形（Z）形态, 拉分盆地的重要表现形式 2：雁列行排列的正断层组合，广泛发育负花状构造 3: 地壳薄（ 30 km左右），岩石圈薄（盆地中心区域60-100km） 4: 热流值高，高地温梯度（ 3.0-4.5 /100 m ） 5: 沉积中心受

22、右行走滑作用由南西向北东方向转移 5 油气意义 5.1 多期油气成藏序列 5.2 烃源岩发育 5.3 高地温梯度 5.4 油气通道体系发育 5.5 构造活动对油气聚集的控制 5.1 多期油气成藏序列 5 油气意义 图5-1渤海湾盆地纵向油气藏分布模式(据田在艺等,1997,略加改动) 1油气藏；2前中生代地层；3砂体沮一不整合面；5断层 渤海湾盆地是中国东部新生代的走滑拉分盆地,其构造演 化经历了早第三纪裂陷沉降阶段和晚第三纪第四纪的坳陷 沉降阶段 5.1 多期油气成藏序列 5 油气意义 依照断陷盆地的发育阶段及其对应的油气藏形成时期,渤海湾盆地 可划分为三个成藏期（齐兴宇，2001）。 早期

23、成藏:包括孔店组沙四段、沙三沙二段油藏。 中期成藏:沙一段东营组油藏 晚期成藏:晚第三纪第四纪油藏 特点：烃源岩不同，烃源岩与不同沉积构造相结合，油气多次充注， 导致多期成藏。 5.1 多期油气成藏序列 5 油气意义 图5渤海湾盆地不同时期沉降带及其迁移性 1 Es4-Ek期沉积沉降带；2 Es2-Es2+3期沉积沉降带；3 Es1-Ed期沉积沉降带；4构造及 沉积沉降带迁移方向；5 Es2+3期与期与Es1-Ed期沉积沉降带共同发育区；6 Es4-Ek期与 Es2+3期沉积沉降带共同发育区；7隆起区；8凸起区；;9-海岸线；10-5m水深线 5.2 烃源岩发育 5 油气意义 5.2.1古近系

24、烃源岩发育： (1)暗色泥岩烃源岩层系多、厚度大 渤海湾盆地暗色泥岩烃源岩有五套层系，厚度1250-3000 m, 它们以湖相暗色泥岩为主，夹薄层泥灰岩、油页岩。 古近系孔店组二段:烃源岩200-400m,盆地边缘靠近南部地带， 闭塞的、半封闭的半咸水、半深湖相非补偿阶段的沉积。 沙河街组四段和三段：四段烃源岩厚度300-600m，三段烃源 岩厚度400-1200m，半深湖一深湖相沉积，为渤海湾盆地的主力 烃源岩系。 沙河街组一段和东营组二段、三段:沉积中心向盆地东部位移， 又一次发生大规模水进而形成两套烃源岩，沙河街组一段烃源 岩厚度150-400m，东营组二段、三段厚度烃源岩200-400

25、m,主要 分布在盆地东部的滩海地区和渤海海域。 5.2 烃源岩发育 5 油气意义 （2）存在优质烃源岩-油页岩： 渤海湾盆地沙河街组四段和三段各发育一 套油页岩，前者平均厚度为23m，后者为31m。 油页岩有机质丰度与泥岩烃源岩相比较高， 所以单位体积油页岩的生烃量和排烃量比泥 岩烃源岩要高得多 5.2 烃源岩发育 5 油气意义 5.2.2古生界二次生烃烃源岩：、 渤海湾盆地上古生界石炭系、二叠系和下古生界奥陶系 烃源岩, 均经历了埋藏（海西期印支期）、抬升（燕山 期）、再埋藏（喜马拉雅运动）的三个发展阶段。 整体表现为第二次埋深比第一次大, 烃源岩演化程度比 第一次高, 生烃量比第一次多的局面。 5.3 高地温梯度 5 油气意义 中国东部地区地壳厚度( 25-37km)，远小于中、西部 地壳厚度(40-70km),渤海湾盆地作为高地温盆地,其地温 梯度为3.0-4.5 /100 m，属于典型的地热梯度异常。 塔里木盆地现今地温梯度偏低,一般在2/100m 左右。 有利于烃源岩向石油烃演化 有利于增加排烃量，改善油质（烷烃多，芳烃及非烃 类少） 5.4油气通道体系发育 5 油气意义 5.4.1 5.4.1 油气源断层运移通道体系