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 km2)。图1-1

2、 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，渤海湾盆地第三纪以拉张断陷为主要活动形式,内部表现为半地堑

3、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。（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

4、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 E

5、3 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

6、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

7、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

8、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、

9、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

10、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

11、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，华北陆台又整体下降，沉积有200400m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

12、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

13、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

14、，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 4.1 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

15、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

16、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

17、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 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）。

18、 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 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

19、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

20、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（ 3

21、0 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

22、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；

23、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

24、一段烃源岩厚度150-400m，东营组二段、三段厚度烃源岩200-400m,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