天然气地质学收稿日期:2006212225;修回日期:20072012091基金项目:中国石油天然气集团公司中青年创新基金项目(编号:04E7052)资助.

作者简介:郑红菊(19652),女,湖北蕲春人,高级工程师,主要从事地球化学与石油地质研究工作.E-mail:hjzheng@petrochina.com.cn.

渤海湾盆地南堡富油气凹陷烃源岩的形成及其特征郑红菊1,董月霞2,王旭东2,张水昌1,张大江1,朱光有1,熊　英1,于海东1(1.中国石油勘探开发研究院,北京100083;　2.中国石油冀东油田,河北唐山063004)

摘要:渤海湾盆地南堡凹陷近年来油气勘探取得重大发现,已成为该盆地油气富集程度最高的富油气凹陷之一。研究发现:下第三系沙河街组特别是沙三4亚段发育高丰度的优质烃源岩,TOC高达5%以上,由于其形成于南堡凹陷主裂陷幕,此时湖盆水体最深,湖盆范围最广,发育大面积深湖相灰色、灰黑色泥岩、钙质泥岩、油页岩,且厚度大,平面上分布稳定,具有巨大的生烃潜力;沙三3亚段的暗色泥岩,生烃潜力较大。指出沙三段烃源岩是南堡凹陷最重要的烃源岩,其生烃量占南堡凹陷70%以上。沙一段烃源岩虽然没有东营组烃源岩厚度大,但是演化程度比东营组烃源岩高,二者生烃量比较接近,分别占南堡凹陷生油量的15%左右。关键词:优质烃源岩;沙河街组;沉积演化;南堡富油气凹陷;渤海湾盆地中图分类号:TE12111 文献标识码:A 文章编号:167221926(2007)0120078206

0　引言众所周知,沉积盆地只有发育了有效烃源岩才能形成油气藏。长期以来,地球化学家们评价烃源岩常用的方法是采集岩石或岩屑分析其有机碳含量、干酪根类型和成熟度以及分子地球化学等信息,并建立一套成熟的评价指标和评价方法,为我国油气勘探和含油气盆地评价提供了重要的参考和支持[123]。但是近年来,随着烃源岩非均质性的发现[425]和优质烃源岩概念的提出[629],以往那种以有限的分

析样品代表整套厚层烃源岩的做法,就掩盖了有机质丰度高或低层段的贡献或影响[10],有时还可能得

出错误的结论。因为只有在厚层生油岩中夹的有机质丰度特别高、对生油有较大贡献的烃源岩才是有真正和较大贡献的烃源岩[1]。在一些含油气盆地,由于钻井取心的限制,没有取到好的烃源岩岩心样品,

这就为烃源岩评价带来极大挑战。南堡凹陷是渤海湾盆地北侧一个小型油气富集区,也是一个勘探比较成熟的油气区[11215],属于中国

石油冀东油田公司的勘探区块。近年来随着勘探工作的深化和精细,发现了一批大型含油气构造和圈闭,特别是滩海地区油气勘探获得的重大突破,给渤海湾盆地的油气勘探带来更大信心,同时也需要石油地质工作者再进一步深入认识渤海湾盆地油气的生成与富集规律及特征。南堡凹陷目前已落实的三级储量远大于该区第三次全国油气资源评价数据,说明该区油气的生成与富集具有一定的特殊性或还有一些重要的生油层系尚未被发现或认识到。特别是南堡凹陷历次资源评价采用的烃源岩TOC参数普遍偏低(大多数实测样品TOC也较低),在0.8%～1.2%左右[16217],而渤海湾盆地有效烃源岩的TOC下限一般在1.5%[18]或1.0%以上,依此来看,南堡凹陷有效烃源岩和优质烃源岩还尚未发现。事实上,南堡凹陷深洼区钻井本来就很少,取心井更少,而取到沙河街组泥岩的井几乎没有;而烃源岩的评价参数也就只能采用凹陷边缘的一些取心井泥岩的分析参数来代替整个凹陷烃源岩的特征,从而出现探明储量超过资源量的矛盾局面。本文结合油田最新的勘探资料,通过对南堡凹陷下第三系沉积演化过程的分析和总结以及本次对南堡地区烃源岩的精细研究,特别是对所有取心井段岩心的观察与分析,发现南堡凹陷发育多套优质烃源岩,可与东营凹陷沙河街组优质烃源岩相媲美,并且油气成藏条件十分优越,南堡凹陷属于富油气凹陷。

第18卷1期2007年2月 天然气地球科学NATURAL　GAS　GEOSCIENCE Vol.18No.1Feb.　20071　油气地质概况南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷东北部,为中新生代裂谷型断陷盆地,凹陷西北部以西南庄断层为界与老王庄-西南庄凸起接壤;东北部以柏各庄断层为界与码头营-柏各庄凸起接壤;南部与沙垒田凸起呈断超关系[19](图1)。地理位置处于河北省唐山市和秦皇岛市之间,北部与燕山相连,南部和东部与渤海相接,西部以津冀边界的涧河为边,海域以渤海5m水深线与渤海石油公司为界。整个南堡

图1　渤海湾盆地南堡凹陷构造位置与油气分布凹陷面积为1932km2,其中滩海面积1100km2。南堡凹陷下第三系是一个具有北断南超特征的典型箕状凹陷[20],凹陷内部被高柳断层分割为南北2区,北区是沙河街组的沉积中心,发育柳赞、高尚堡披覆背斜构造带和拾场次凹,是沙河街组主要的含油区带(图1)。南区是东营组的沉积中心,在西南庄断层的下降盘发育了老爷庙、北堡逆牵引背斜构造带;在滩海区域发育了南堡1号构造带、南堡2号构造带、南堡3号构造带、南堡4号构造带和南堡5号构造带,在中央地带从西向东依次发育了林雀次凹和柳南次凹2个负向构造单元,也是重要的生烃中心,馆陶组、明化镇组、东营组是重要的含油气层系。2　沉积演化过程与烃源岩的形成2.1　南堡凹陷的形成南堡凹陷在中晚元古代、早古生代寒武纪-中奥陶世及晚古生代石炭纪-二叠纪曾与华北地台经历了相同沉积建造的发育过程。进入中生代,华北地台解体,经历了三叠纪隆升剥蚀,造成本区三叠系普遍缺失。燕山运动早期为早中侏罗世的裂谷发育阶段,但此时的断裂强度较弱,断陷规模小,火山活动程度相对较低,断陷盆地以小型河湖相沉积为主,局部出现小规模的含煤或碳质页岩的沼泽相沉积。中侏罗世末,由于太平洋板块发生强烈的北向俯冲,形成了一系列的NE-SW向的挤压褶皱,晚侏罗世末湖盆发生萎缩。燕山晚期的早白垩世,本区发生断陷作用。南堡凹陷的主要边界断裂在这个时期已经形成,并控制着白垩系的沉积。晚白垩世末-新生代古新世,本区整体处于隆升剥蚀状态,中生界与新生界以角度不整合接触[12]。在新生代经历了早第三纪伸展断陷、晚第三纪凹陷演化阶段、和晚第三纪末期断陷活化的演化过程[21225]。早第三纪初期,南堡凹陷在右旋伸展张裂作用下,发生断陷活动,凹陷快速沉降、充填了一套扇三角洲、三角洲、湖泊沉积体系。晚第三纪馆陶组沉积时期,南堡凹陷进入坳陷沉积阶段,沉积1套河流、沼泽-冲积平原沉积体系。到晚第三纪明化镇组沉积时期,坳陷活化,断层活动加剧,沉积、沉降速率增加。南堡凹陷与渤海湾盆地其它凹陷相比,普遍缺失下第三系孔店组和沙河街组沙四段地层,因此南堡凹陷缺少沙四段盐湖相烃源岩[26233],有效烃源岩

发育在沙三段及其以上的湖相沉积层系。导致南堡凹陷缺失孔店组和沙四段的重要原因是南堡凹陷早第三纪成盆期比渤海湾盆地其它凹陷发育较晚(受

97No.1 郑红菊等:渤海湾盆地南堡富油气凹陷烃源岩的形成及其特征 构造控制),在第三纪早期处于隆起状态较其它凹陷持续时间偏长,因此烃源岩发育也偏晚。2.2　裂陷旋回与烃源岩的形成和发育南堡凹陷烃源岩形成于裂陷旋回阶段。根据南堡凹陷下第三系沉积旋回特征、构造发育特征和火山岩发育特征,在纵向上可划分为4幕裂陷[12,19,22]。每一幕裂陷都具有独特的沉积物充填特征、构造发育特征和古气候背景(图2)。其中沙河街组沙三段沙三5亚段,是盆地裂陷的初期,相当于裂陷一幕,主要控凹边界断层如柏各庄断层、西南庄断层开始活动,盆地发育成浅的箕状凹陷,以拾场洼陷为主,并向南西方向超覆,发育了一套较干旱气候条件下的以红色泥岩、灰绿色泥岩和粗碎屑岩为主的冲积扇沉积,深洼区发育深灰色泥岩。有效烃源岩分布范围比较有限,厚度也不大。图2　南堡凹陷下第三系岩性综合柱状图与烃源岩有机碳垂向分布 沙三4—沙二段沉积属于裂陷二幕,该幕也是南堡凹陷的主裂陷幕,沉积中心在高尚堡构造带以北和柳赞构造带以西地区。和整个渤海湾盆地一样,上地幔强烈隆起,盆地断陷强烈,气候潮湿发育了以砾岩、含砾砂岩、灰色和灰绿色泥岩为主的地层,是南堡凹陷下第三系最重要的生油和储油层系。其中沙河街组沙三段沉积时期,在基底热隆张裂基础上,南堡凹陷伸展扩张,湖水扩大,形成沙河街组三段辫状河三角洲-湖泊相沉积体系,洼陷部位发育厚层泥岩,是南堡凹陷烃源岩形成的最重要时期,也是渤海湾盆地其它凹陷烃源岩形成的重要时期[34]。到沙二期,盆地趋于填平,发育了沙二段以含砾砂岩、红色泥岩、灰绿色泥岩为主的冲积扇沉积,沙二段沉积中后期在低洼部位沉积形成了一套河流冲积体系;沙二段沉积晚期,由于区域构造应力场受挤压应力场控制,构造隆升,沙二段遭受剥蚀,残留地层主要由粗碎屑的冲积体系和红色泥岩组成,大部分地区厚度不到100m,该段烃源岩不发育。裂陷三幕相当于沙一段沉积时期,该期盆地由沙二末期的隆升状态开始断陷,沉积了沙一段以灰色泥岩、砂岩和生物灰岩为主的沉积(图2),而且沉积中心逐步向南迁移,这期的裂陷作用较裂陷二幕弱,其沉积环境以浅湖和扇三角洲为主,发育一定厚度的烃源岩。裂陷四幕相当于东营组沉积时期,此时边界断层活动减弱,高柳断裂活动加强。发生在沙一末期的构造反转,造成了东三段区域微角度不整合于沙一段之上。沉积中心转移到高柳断层的下降盘。发育扇三角洲和湖泊体系,以砂泥岩沉积为主,厚度巨大,其中泥岩厚度大,有一定的生烃潜力。东营末期,

该区整体抬升受到剥蚀,结束了下第三系大规模的裂陷发育阶段,进入了上第三系坳陷阶段;同时在沉积上发生了巨大变化,结束了湖相沉积,进入河流相沉积,因此上第三系不发育烃源岩。从南堡凹陷沉积演化过程来看,裂陷二幕的沙三段沉积时期,湖盆范围广,水体深,湖相泥岩最发育,是南堡凹陷优质烃源岩形成的最重要时期。其次是沙一段沉积时期,发育湖相沉积,具备形成烃源岩的地质背景。另外,东营组发育厚层泥岩,是潜在的烃源岩。由多套烃源层系构成的复合生烃系统[35],

是南堡凹陷油气富集的基础。

3　烃源岩的岩性组合与地球化学特征沙河街组是南堡凹陷最重要的生油层系(图2),生油量占南堡凹陷的80%左右。根据目前钻

探情况来看,烃源岩仅在凹陷北部发现,凹陷南部沙三段烃源岩尚未钻到。虽然大家公认沙河街组的沉积中心偏向于凹陷的北部,主要发育高柳、北堡2个沉积中心,高柳沉积中心厚度可达4400m,北堡沉

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