1樓：中地數媒
由於郯廬斷裂帶的活動所造成各坳陷的構造沉降史的差異,導致了各坳陷沉積環境和沉積相的不同,並最終導致了烴源巖品質的差異。同時,由於郯廬斷裂帶的活動所導致的各坳陷古熱場的差異又決定了各坳陷烴源巖的成烴演化的不同。
1.郯廬斷裂帶與相鄰盆地烴源巖發育關係
(1)烴源巖發育層位及分佈的差異性
研究區侏羅系前陸沉積主要受控於南部的大別造山帶和北部的燕山陸內造山帶。已有的資料顯示,其中所發育的烴源巖受郯廬斷裂帶影響不明顯。
區內下白堊統斷陷盆地主要分佈在郯廬斷裂帶附近,其沉降中心也主要是發育在郯廬斷裂帶附近,從而使郯廬斷裂帶控制了下白堊統內的烴源巖發育。如合肥盆地內,下白堊統朱巷組烴源巖就是沿著郯廬斷裂帶旁側分佈。膠萊盆地內萊陽組中的烴源巖也是受控於郯廬斷裂帶及其旁側的nne向斷裂系。
根據不同層位古近系烴源巖的暗色泥岩分佈特徵,可以發現烴源巖的發育及分佈與渤海灣盆地構造沉降的旋迴性密切相關。根據田在藝等(1992)研究,渤海灣盆地斷陷期存在三次重要的沉降過程,分別發生在ek、es4-es2和ed-es1沉積期(圖4-3),是渤海灣盆地湖相烴源巖沉積的重要時期。孔店組沉積時期是渤海灣盆地的第一個重要沉降階段,但沉降速率較小,總體為欠補償盆地沉積。
在遼河坳陷、廊固凹陷以及濰北凹陷,形成一系列炭質泥岩和淺湖相煤層,生烴組分以陸相高等植物碎屑為主,成為高蠟石油的重要油源。沙河街組沉積期間,渤海灣盆地沉降速率最大,氣候溼潤,以均衡補償盆地和過補償盆地沉積互動為特點,波動深湖相湖泊型別非常發育,成為渤海灣盆地烴源巖發育的最有利時期,與其曲線相對應,沙三段是研究區內暗色泥岩最為發育的層段。
從郯廬斷裂帶兩側坳陷的烴源巖發育和分佈來看,其暗色泥岩厚度總體上與層位有關,越往上的層段其暗色泥岩厚度越小。這與坳陷的構造沉降速率逐漸變小密切相關。在渤中坳陷和黃驊坳陷,由於東營組沉積初期比其他坳陷具有更大的構造沉降量,使得這兩個坳陷東營組的暗色泥岩厚度仍然較大。
同時,將渤海海域與陸域濟陽坳陷相比較,由於新生代以來沉降、沉積中心的變化,烴源巖的發育也有明顯的變化。古近系沙河街組和孔店組沉積時期,郯廬斷裂西側沉積中心主要位於陸域濟陽坳陷南部東營凹陷、惠民坳陷,昌濰坳陷濰北凹陷和黃驊坳陷的南部滄東-南皮地區,東側的蘇北盆地等同於孔二段的阜寧組暗色泥岩也較厚,渤海灣南部地區孔店組濟陽坳陷地層厚度明顯大於海域地區。這個時期,渤海灣陸域發育了多套烴源巖,主要分佈於孔店組、沙四段和沙三段,烴源巖厚度大。
由於沙一段上覆地層厚度較小(一般小於2000m),所以沙一段暗色泥岩並未成為成熟烴源巖;而海域則發育了厚度較小的沙四段、沙三段、沙一段烴源巖。東營組及新近系沉積時期,沉積中心轉移至海域,海域地區發育分佈廣泛、厚度較大的東營組烴源巖,且大部分已成為成熟烴源巖。因此,將海域和陸域相比較,海域至少比陸域多一套東營組成熟烴源巖。
圖4-3 渤海灣盆地控盆斷裂沉降速率與沉積速率曲線對比示意圖
根據渤海灣盆地古近系烴源巖發育中心變化圖(附圖53),可以看出從早到晚涇源巖顯示了明顯的向北與向東遷移,即向著郯廬斷裂帶附近遷移。這一遷移規律與沉積中心及深湖-半深湖相發育中心的發育與遷移規律是相吻合的,皆顯示了郯廬斷裂帶的控制與影響。
(2)烴源巖有機質型別、丰度的差異
根據古近系主要層系烴源巖的發育分佈和地球化學特徵,在不考慮烴源巖成熟狀態的情況下,從烴源巖的品質看,構造沉降速率較大的孔二段、沙四段和沙三段均為好和較好烴源巖。渤中坳陷和黃驊坳陷東營組為好烴源巖,這與東營組沉積時期具這兩個地區較大的構造沉降量和構造沉降速率相對應,同時,新近紀以來其構造沉降量也較大。
1)不同地區自湖盆邊緣向湖盆中心,有機質丰度變高,有機質型別變好。陸相斷陷盆地沉積有機質的生物組合具有從陸生及水生生物相混合逐漸過渡到以水生生物組合為主的特徵,向湖盆中心,陸源有機質的影響減弱,湖相有機質的影響增強。渤海灣盆地屬封閉、半封閉自成體系的湖盆,有機質丰度與型別明顯受沉積相帶控制,如渤中坳陷烴源巖有機質丰度、型別等有機地化指標與沉積相之間有密切的關係(圖4-4),即由河流相向淺湖及較深湖相變化,暗色泥岩中有機丰度隨之增高,而有機質型別也逐漸變好。
在平面上,由於湖盆的沉積相帶多呈環帶狀分佈,因而,有機質型別與丰度的平面分佈往往也呈環帶狀,較好的有機質型別、較高的有機質丰度區一般位於半深湖-深湖相。受盆地基底斷裂的影響,盆地在某一時期的構造特徵決定了沉積相帶的平面分佈。單斷式「箕狀」斷陷是我國許多陸相斷陷盆地的特徵,它一邊為深斷裂,一邊為平緩的斜坡,在深斷裂一側,同一沉積相帶往往要比斜坡一側窄,同時相變也較快。
因而其有機質型別與丰度平面分佈特徵也相應的表現為向斷裂一側偏移。
2)從平面上看,盆地構造沉降的差異,造成同一時期不同盆地,甚至同一盆地的不同部位存在不同型別的湖泊,產生不同型別的烴源巖。孔店組烴源巖的有機質丰度及型別與其暗色泥岩的分佈具有良好的對應關係,不僅南部厚度大於北部,並且烴源巖的有機質丰度及型別皆優於北部。而沙四上亞段,東營凹陷富有機質的湖相頁岩和油頁岩較為發育,有機質型別好,有機質丰度高,而同屬濟陽坳陷的車鎮凹陷,則相變為一套濱淺湖相沉積,至渤海海域,沙四段暗色泥岩厚度及有機質丰度均較低;而在陸域烴源巖不發育的東營組,在渤海海域卻形成了具有較大生烴潛力的烴源岩層系。
東西向上,在郯廬斷裂西側,沙
三、四段烴源巖自東向西有機質丰度逐漸變低、型別逐漸變差,如濟陽坳陷沙四段主要以ⅰ型為主,至臨清坳陷則變為以ⅱ型為主,而到了冀中坳陷則變為ⅱ2-ⅲ型,有機碳含量由4.0%~5.0%降至1.
0%~2.0%,至冀中坳陷則降為1.0%。
圖4-4 渤中坳陷烴源巖有機質丰度與沉積相帶的關係
3)縱觀研究區內,不同地區烴源巖的發育,在時間上和規模上雖存在一定的差異,但有一定的規律性。如濟陽坳陷沙四上亞段,以南部的東營凹陷最為發育,存在富含有機質的頁岩和油頁岩沉積,有機質丰度高、型別好,向北到沾化凹陷和車鎮凹陷,烴源巖的厚度、有機質丰度及型別均變差。沙三段烴源巖在東營和沾化凹陷均較為發育,但北部的沾化凹陷,烴源巖的厚度及品質均優於東營凹陷。
沙一段烴源巖,由於受埋深的影響,在東營凹陷大部分表現為非有效烴源巖,但在沾化凹陷具有一定的生烴潛力。特別需要指出是,東營組這套在陸域沒有多大潛力的層系,向東北成為渤海海域的一套較好烴源巖。不同凹陷、不同烴源巖的差異性,顯示出隨地層時代的變新,烴源巖由南向北逐漸變好的特點。
對於同一盆地,不同的演化階段,也會出現不同的湖泊型別,形成不同型別的烴源巖。陸相斷陷盆地烴源巖發育的上述特點,造成烴源巖不僅在平面上發生變化,而且在垂向疊置上具有較大差異。
(3)郯廬斷裂帶對渤海灣盆地深水鹹化湖泊優質烴源巖形成的控制作用
前已述及,郯廬斷裂的活動不僅有利於形成深斷陷,還誘發火山或岩漿活動,同時作為主要通道,帶來大量碳酸鹽巖等,並溝通深部圍巖中富含碳酸鹽巖及膏鹽巖的熱流體,誘導各類礦物質流入地表湖盆中。在近地表,由於溫度、壓力下降,加之co2等氣體逸入大氣,降低了深部高濃度熱流體的溶解度,使各種礦物質快速析出沉澱。沿郯廬斷裂帶帶來的各種造岩礦物質及co2的輸出,較高的湖水溫度,使半鹹水、鹹水湖生低等水生生物(如藻類等)大量繁殖,並形成大量生物碳酸鹽類,這有利於深水鹹化、半鹹化湖泊優質烴源巖的形成。
烴源巖厚度大,範圍廣,有機質丰度高、型別好。
渤海灣盆地鹹化湖泊的特定氣候及構造環境,決定了湖泊鹹度變化有明顯的分帶性。一般在以下三類地區湖泊鹹度較高:①火山或岩漿活動、深層滷水供給較充裕的地區;②發生強烈沉降、規模較大的深水-超深水湖盆環境;③盆地周鄰地區及深部發育豐富的鹽類、碳酸鹽、石膏的地區。
由於渤海灣盆地古近紀火山或岩漿活動強、斷陷沉降速率高、湖泊規模大,所以其鹹化程度高於郯廬斷裂兩側其他盆地。根據薛權浩等(2002)的研究,渤海灣盆地大部分深斷陷在沙河街組和東營組沉積期,發育半鹹水湖泊,湖水鹽度為0.285‰~5‰。
各種岩石化學分析指標也反映半鹹水、微鹹水、淡水間互沉積的特點。黃驊坳陷南堡凹陷和歧口凹陷的沙河街組碳酸鹽巖的氧、碳同位素資料表明,z值大於120的樣品佔25%,介於110與120間的佔50%,小於110的佔25%。泥岩的硼含量為50~150mg/gk,其中》90mg/kg的樣品佔50%以上。
在發生強烈火山活動後的深水鹹化、半鹹化湖泊,常發育富含油頁岩及半鹹水-鹹水顆石藻、富含碳酸鹽巖的特優質烴源巖,因此,每個時期的最有利烴源巖區基本都分佈在靠近郯廬斷裂等岩石圈斷裂的區域。如靠近郯廬斷裂帶的濟陽、遼河坳陷,廣泛發育碳酸鹽巖,而冀中、黃驊等坳陷碳酸鹽巖僅分佈在區域性地區,反映在淡水補償及深部物質補給等條件的差異。
在濟陽坳陷,主要烴源巖的形成與強還原、鹹化的古沉積環境密切相關。如沙四段和一段中的顆石藻富集層均形成於鹹化、還原環境,即由乾燥向潮溼轉化的古氣候條件。
在遼河坳陷,孔店組末期及隨後沙
四、沙三段的強烈火山噴發活動後,隨著盆地強烈深斷陷作用,形成了沙
四、沙三段的優質烴源巖,並在沙四上和沙三下發現具有海相性(鹹化環境)的魚類、多毛棲管化石。沙四段優質烴源巖主要分佈在遼河西部凹陷及大民屯凹陷。隨著後期火山活動減弱或影響變小,大民屯凹陷的沙三段中上部以淡水烴源巖為主(葉得泉等,1993)。
2.郯廬斷裂帶與相鄰盆地烴源巖的成烴演化關係
溫度是控制烴源巖成烴演化的關鍵,而決定此溫度的主要是埋藏深度與地溫梯度。由於各坳陷具有不同的古熱場及其演化歷史,使得各坳陷的烴源巖生烴演化的歷史也有差別,坳陷內部不同凹陷的熱場差異同樣會導致生烴演化歷史的差異。總體上,烴源巖的生烴演化歷史與其經歷的古熱場及埋深密切關聯,古熱場越高的地區,烴源巖進入生烴門限的深度就淺、時間早。
模擬得到的生、排烴歷史(門限深度)代表的是烴源巖在當時的古生烴門限深度和排烴門限深度。由於各坳陷的古熱場比今熱場都高,得到的生烴門限可能與利用地球化學引數得到的生烴門限深度(代表現今的門限深度)有差別。二者差別的大小取決於後期埋藏的改造和古熱場的演化。
由於渤海灣地區的熱場是隨地質歷史的演化逐漸降低的,烴源巖在進入生烴門限深度後上覆地層的沉積厚度(溫度)的不同導致不同坳陷的生烴門限深度的差異。現今的生烴和排烴門限是熱場演化至今綜合作用的結果。
根據渤海灣盆地古近系各層位有機質成熟度ro等值線平面圖(附圖64-68)可見,由於古近系後期沉降中心向著郯廬斷裂帶附近的遷移,使得沙二段及其以上古近系各層位中較高的ro值都出現在海域內的郯廬斷裂帶上及其附近,顯示了郯廬斷裂帶的控制與影響。而沙二段以下層位,向著郯廬斷裂帶方向並不顯示ro值增加的趨勢。這顯示埋藏深度的影響要強於古地溫場的影響,研究區古近系烴源巖成烴演化主要是通過郯廬斷裂帶控制沉降中心進而影響著下伏烴源巖的熱演化程度。