1、渤海灣盆地的構造演化及其油氣意義 姓名:李志強 學號:201672182 院系:地球科學學院 專業:地質工程 指導老師:李濤 職稱:副教授渤海灣盆地的構造演化及其油氣意義 1 引言 2 地質背景 3 大地構造背景及構造演化 4 盆地成因機制 5 油氣意義 6 認識地貌學及構造單元劃分 渤海灣盆地位于華北平原北部、遼河平原南部和渤海海域。盆地東部以郯廬斷裂為界，斷裂以東為遼東一膠東隆起區，盆地西北部與遼西一燕山隆起區相鄰，西部為太行山隆起區，南部與魯西隆起區相鄰，面積約20104 km(其中陸地面積13.3104km2，灘海面積1.7 104 km2，海域面積5 .0 104 km2)。圖1-1

2、 渤海灣地區油氣藏及構造單元劃分（李春光,2006）1 引言地貌學及構造單元劃分 盆地主要是分為十個級構造單元。七個坳陷和三個隆起。 靠近郯廬斷裂的遼河坳陷、渤中坳陷、濟陽坳陷和昌濰坳陷稱東部坳陷區; 遠離郯廬斷裂的黃驊坳陷、冀中坳陷和臨清坳陷稱西部坳陷區。 在盆地西部有埕寧隆起、滄縣隆起和內黃隆起, 對坳陷起分隔作用圖1-1 渤海灣地區油氣藏及構造單元劃分（李春光,2006）1 引言2 地質背景 2.1 區域地質概況 2.2 沉積發育史 2.3 地層層序2.1 區域地質概況2 地質背景 渤海灣盆地的地貌學形態，主要是新生代以來形成的，渤海灣盆地第三紀以拉張斷陷為主要活動形式,內部表現為半地塹

3、和地壘結構。 盆地內部劃分為七個坳陷和三個隆起 廣泛發育新生代的沉積地層，新生代構造運動大體經歷了拉張斷陷、強烈斷裂下陷和區域性坳陷三大階段，對應于構造運動形成了孔店沙四期旋回；沙河街東營期旋回和館陶明化鎮期旋回。2.2 沉積發育史2 地質背景 渤海灣盆地是一個復式疊加型沉積盆地。具有多旋回、多層系和多油氣藏類型的含油氣盆地的特色。其沉積史可劃分以下幾個時期： （1）晚元古代(震旦亞代)準地槽沉積發展時期:發育碳酸鹽巖為主的巨厚沉積 （2）早古生代(下寒武世中奧陶世)地臺沉積發展時期:碳酸鹽巖為主夾少量泥質巖和蒸發巖的沉積。（3）晚古生代(中石炭世二疊紀)地臺含煤建造沉積發展時期: 中石炭世海

4、陸交替相沉積含煤地層 ； 二疊紀后期的海西運動，使全區變為山區（4）中、新生代斷陷與坳陷沉積時期:渤海灣盆地的中、新生界剖面內可能有過多次“斷坳型”沉積發育階段。侏羅世、白堊世、第三紀各為一次斷陷-坳陷發育期。 第四期只有第三紀-第四紀的斷-坳盆地在渤盆地區保存得比較完整2.3 地層層序2 地質背景 渤海灣盆地下部基底為太古代-元古代的花崗片麻巖基地，受到燕山運動的強烈改造，整個中生代的地層缺失嚴重， 廣泛發育第三系沉積地層，第三系沉積構造演化具多旋回性，目前，油氣比較聚集部位有七個層段，其中以下第三系（古近系）為主要生油層，尤其以沙河街組三段（E E3 3s s3 3）、沙河街組一段（E E

5、3 3s s1 1）最為重要。圖2-1 渤海灣盆地地層綜合柱狀圖（勝利油田研究院，1978）2.3 地層層序2 地質背景 區內的主要生油地層（第三系）按從老到新的順序如下古近系: 始新統孔店組始新統孔店組（E E2 2k k） 漸新統沙河街組漸新統沙河街組（E E3 3s s） 漸新統東營組漸新統東營組（E E3 3d d）新近系： 中新統館陶組中新統館陶組（N N1 1g g） 上新統明化鎮組上新統明化鎮組（N N2 2g g）2.3 地層層序2 地質背景 始新統孔店組始新統孔店組（E E2 2k k）：巖性特征自上而下以紅黑紅和粗細粗的特點劃分為三個段。孔三段和孔一段為紅色泥巖和砂巖，含礫

6、砂巖互層；孔二段為深灰、黑灰、灰綠色泥巖為主，夾砂巖，以火山碎屑含量低微為特征。 漸新統沙河街組漸新統沙河街組（E E3 3s s）：劃分為四段，沙四段分布局限，中下部以暗紫紅色泥巖，砂礫巖組成的紅層。上部為灰色，灰綠色蘭灰色泥巖、油頁巖生物灰巖部分地區有膏巖、鹽巖及紅層；沙三段分布廣泛以厚層暗色生油巖系為特征發育的深湖相沉積，夾油頁巖及不穩定的砂巖體； 沙二段湖盆收縮變淺，水質變淡，發育一套淡水淺湖相粗碎屑沉積。以綠灰色、灰深灰色泥巖與砂巖互層為特征砂巖含礫，為渤海灣油區主力油層之一；沙一段因水域再次擴大，分布較廣，邊緣地區超復在前第三系之上。海域的沙一段特殊巖性段，以灰，深灰色泥巖集中的夾

7、有油頁巖，灰巖，白云巖，生物灰巖，鮞粒灰巖薄層為特征。2.3 地層層序2 地質背景 漸新統東營組漸新統東營組（E E3 3d d）：海域東營組分布范圍比沙河街組廣泛，劃分為上下兩段，東下段：以灰色泥巖為主，下部為穩定的泥巖段，上部為凹形泥巖標志層，中部為泥巖夾砂巖，總體上為一套反旋回沉積； 東上段：巖性為灰色泥巖與砂巖互層段，砂巖灰白色，局部含礫，底部砂巖具反旋回特點；(東下段古生物介形類為近三角華花介細彎脊東營介組合，孢粉為皺面球藻屬網面球藻屬櫟粉屬組合；東上段孢粉以環紋藻屬水龍骨單縫屬條紋三溝粉屬榆粉屬組合)。（郭書根,蘇同印,2004） 中新統館陶組中新統館陶組（N N1 1g g）：為

8、一套塊狀砂礫巖夾泥巖組成的粗碎屑沉積。砂巖百分比占90左右。 上新統明化鎮組上新統明化鎮組（N N2 2g g）：上部為灰綠色棕紅色泥巖與灰綠色砂巖互層，下部灰綠色，棕紅色為主夾砂層，上粗下細（逆粒序）特征明顯。3 3 大地構造背景及構造演化大地構造背景及構造演化 3.1 華北克拉通破壞 3.2 渤海灣盆地所在區域的構造演化 3.3 現今渤海灣盆地的構造特征3.1 華北克拉通破壞3 大地構造背景及構造演化 區域上,渤海灣盆地處于古亞洲洋、特提斯洋和太平洋三大構造域相互作用交接的中心區域 渤海灣盆地位于華北克拉通的東部地塊上,是華北克拉通破壞的中心區域，是破壞最為顯著的中心。 渤海灣盆地的結構、

9、構造記錄了華北克拉通破壞的構造過程，因此，了解和研究華北板塊的構造發育史對于研究渤海灣盆地有重要意義圖3-1華北克拉通在全球板塊構造中的示意圖3.1 華北克拉通破壞3 大地構造背景及構造演化 華北克拉通東部地塊的地殼厚度較薄,一般30km左右,最薄處28km;巖石圈也較薄，石圈也較薄,據最新的高分辨率的地震層析成像結果,太行山以東、燕山以南的華北盆地、膠東半島和渤海灣之下,巖石圈厚60100km,而其周緣的太行山、燕山遼西和遼東地區,巖石圈仍厚達100150km;太行山以西的西部地塊巖石圈厚230km左右 現今該盆地具有高背景的大地熱流，現仍然處于沉降演化階段。（李三忠，2010） 華北地區的

10、構造演化大致經歷5個階段（何海清,王兆云，1998）,即 （1）陸核及基底形成階段; （2）中、新元古代裂陷槽發育階段; （3）古生代穩定地臺發育階段及其南北緣的造山作用; （4）中生代中后期歐亞構造域與濱太平洋構造域過渡期; （5）新生代濱太平洋構造域大發展時期。 3.2渤海灣所在區域構造演化圖3 大地構造背景及構造演化 自元古代以來，渤海灣盆地所在區域對各期次的構造運動均有積極的響應，主要劃分為以下五個階段。 1.中、晚元古代準地槽沉積發展時期：呂梁運動后，沿著內蒙古陸南緣，張家口北票深斷裂南側形成一個北東-東方向的沉降帶，稱為燕山準地槽。圖3-2華北地區中、新元古代裂陷槽分布圖(據中國石

11、油天然氣總公司華北古生界項目經理部資料改編，1988)1盆地邊界；2地層等厚線(m)；3海岸線；4主應力方向3.2 渤海灣所在區域的構造演化3 大地構造背景及構造演化 2.早古生代地臺沉積發展時期：薊縣運動時，發生海侵海退，直到中奧陶世末才結束。 3.晚古生代)地臺含煤建造沉積發展時期：，加里東運動使華北陸臺整體上升成陸，經歷長期的風化剝蝕和巖溶作用。到中石炭世，華北陸臺又整體下降，沉積有200400m厚的海陸交替相含煤地層。二疊紀為地臺內部陸相盆地，各坳陷內沉積厚度不等，為300-1500m。 3.2 渤海灣盆地所在區域構造演化3 大地構造背景及構造演化 4.中生代斷陷和火山活動時期：海西運

12、動，使華北陸臺繼續向上升起。印支運動使陸臺上沉積層(自中、上元古界至三疊系)全部褶皺形成一系列大型的背斜和向斜構造。此華北克拉通破壞地區斷裂及火山活動都很強烈,盆地周邊和內部的大斷裂開始發育，渤海灣盆地的雛形開始形成。 5.中、新生代斷陷與坳陷沉積時期：渤海灣盆地的中、新生界剖面內可能有過多次“斷一坳型”沉積發育階段 3.2 渤海灣盆地所在區域構造演化3 大地構造背景及構造演化圖3-4 渤海灣盆地構造演化圖 3.3 現今渤海灣盆地的構造特征3 大地構造背景及構造演化 3.3.1盆地構架格局 西部走滑構造帶：主要位于郯廬斷裂帶的營口濰坊段, 包括下遼河坳陷、渤中坳陷和昌濰坳陷，構造線和油氣田分布

13、以北-北東向為主,構造性質為張性和剪性。 中部拉分構造區：渤海灣盆地的中部, 包括黃驊坳陷和濟陽坳陷，構造線和油氣布以北東和近東西向及北西向為主, 構造應力以拉張為主兼剪性。 東部走滑構造帶：于太行山山前斷裂與滄東斷裂之間，構造線和油氣田以北-北東方向為主，構造性質以剪性為主兼張性。圖3-5 渤海灣盆地構造區域劃分示意圖 3.3 現今渤海灣盆地的構造特征3 大地構造背景及構造演化3.3.2盆地邊界特征 東部以郯廬斷裂帶營口一濰坊段為界 西部以太行山山前紫荊關斷裂帶及其延伸為界，二者呈北-北東方向延伸。 南部和北部分別以廣斷裂和燕山南緣斷裂為界，近東西向分布 從幾何形態看，渤海灣盆地呈規則的菱形

14、，為Z型，具有典型的拉分盆地形態。東、西界為大型走滑斷裂帶，而南、北邊界為大型的張性控盆斷裂 邊界斷裂是走滑斷裂，為主斷裂;內部斷層是伸展斷層，是邊界斷裂的派生構造，為次級斷裂。1 早第三紀隆起 2 盆地中的凸起 3 走劃斷裂 4 正斷層圖3-6渤海灣盆地構造綱要圖4 盆地成因機制 4.1 中生代走滑構造形成雛形 4.1 新生代走滑拉分盆地形成 4.3 盆地內部伸展構造 4.4 渤海灣盆地構造成因4.1 中生代走滑構造形成雛形4 盆地成因機制1:中生代斷陷 2: 郯廬斷裂及走化方向 3 : 板塊俯沖方向 4: 板塊縫合線 5: 渤海斷塹系: 濟陽斷塹系 :魯西南斷塹系圖4-1中生代渤海及鄰區構

15、造格局(侯貴廷，2001) 中生代（早期三疊紀-中侏羅世）,渤海灣盆地基本發育北東向和東西向的褶皺和逆沖斷層。 中生代（晚期晚侏羅-早白堊世）郯廬斷裂帶的左旋（行）走滑平移導致郯廬斷裂帶以西自北向南發育了3個北西向斷塹系。 其中魯西南斷塹系是由5個雁列的北西向狹窄斷塹組成，較好的指示指示中生代郯廬斷裂為左旋（行）走滑。4.2新生代走滑拉分盆地形成4 盆地成因機制圖4-2渤海灣盆地新生代走滑系統 走滑斷裂系中常發育花狀構造和扭斷式地塹（劉慶,1986）。這種構造在渤海灣盆地的東、西兩個走滑構造帶內廣泛發育。 4.2新生代走滑拉分盆地形成4 盆地成因機制圖4-3東濮地區的負花狀構造 西部走滑構造帶

16、內的冀中坳陷霸縣凹陷西斜坡上的基底走滑斷層切割到新生代盆地蓋層中, 并構成負花狀構造, 而且在蓋層中發育比較明顯的左列雁行的次級斷層。這表明渤海灣盆地的西部在新生代發生了右（旋）行走滑運動（付兆輝,施明華,2012）。 4.2 新生代走滑拉分盆地形成4 盆地成因機制 沿滄東斷裂（位于西部走滑構造帶）從始新世中期至漸新世(沙河街組四段上部至東營組)。盆地的沉積中心自南西向北東方向遷移, 反映了渤海灣盆地中部沉積作用受西部走滑構造帶的右（行）旋走滑作用的控制（付兆輝,施明華,2012）。 渤海灣盆地新生代蓋層中也還發育了大量的呈左雁列行的近東西的次級正斷層組合與之共生。 均說明渤海灣盆地在新生代受

17、到右行（旋）剪切的作用。 中生代：郯廬斷裂為左行走滑 新生代：整個渤海灣盆地受到右行剪切作用，郯廬斷裂對渤海灣的構造作用表現為右行走滑 Es：沙河街組 Ed：東營組 圖4-4沿滄東斷裂沉積中心遷移演示圖4.2 新生代走滑拉分盆地的形成4 盆地成因機制 從渤海灣盆地內各坳陷的累積伸展量分析, 渤海灣盆地中部(濟陽坳陷和黃坳坳陷)的伸展量明顯地比盆地東西兩側的大。這說明渤海灣盆地的主要伸展方向是北-北東方向。 渤海灣盆地內各坳陷的控盆斷裂只是北-北東方向大型走滑斷裂帶的次級斷裂，因此走滑構造系統為主導系統, 伸展構造系統為派生系統, 且走滑構造系統的形成時代早于伸展構造（張文佑,祥麟,1986）。

18、 從渤海灣盆地的沙河街組四段上部至東營組（下第三系地層）的沉積厚度來看, 地層展布的形態呈規則的菱形體, 這說明新生代該盆地處于走滑拉分的狀態（李三忠，周立宏,2004）。1 隆起 2 盆地中的凸起 3 走滑斷裂 4 正斷層圖4-4渤海灣盆地構造綱要圖4.3 盆地內部伸展構造4 盆地成因機制 早第三紀中晚期渤海灣盆地邊界的沉積深而窄且不對稱、沉積速度快、厚度大、相變迅速, 并沿走滑方向沉積層表現出右行扭動的構造變形, 由于盆地邊界的走滑拉分導致盆地南北向伸展, 在渤海盆地內的各坳陷內廣泛發育近東西向北斷南超同沉積伸展斷層, 表現為邊界走滑和內部伸展的構造特點。4.4 渤海灣盆地構造成因4 盆地

19、成因機制 圖4-5 渤海灣盆地新生代大地構造背景分析 從渤海灣盆地的構造演化分析, 大部分新生代盆地與中生代盆地無繼承性。早中生代揚子板塊與華北板塊最終碰撞造山, 同時西伯利亞板塊仍向華北板塊接近, 并繼續影響華北板塊內部的構造活動(錢祥麟,1995)4.4 渤海灣盆地構造成因4 盆地成因機制 中生代郯廬斷裂為左行剪切運動, 發育北西向雁行排列的中生代斷陷盆地。 中生代晚期和早第三紀早期由于菲律賓板塊和庫拉板塊的俯沖作用, 郯廬斷裂進一步左行剪切,北西向斷陷進一步裂陷。 此時太平洋板塊俯沖方向北-北西 太行山斷裂 郯廬斷裂4.4 渤海灣盆地構造成因4 盆地成因機制 太行山斷裂 郯廬斷裂 從早第

20、三紀中期始新世(沙河街三段) 開始, 由于庫拉板塊消失, 太平洋板塊的運動方向從北-北西轉為北西-西，郯廬斷裂帶由左行轉為右行 印度板塊對歐亞板塊的俯沖, 對華北板塊施加南西向擠壓應力, 華北板塊向東逃逸, 并沿著太行山斷裂帶發生右行張剪運動。4.4 渤海灣盆地構造成因4 盆地成因機制 太行山斷裂 郯廬斷裂 在東部走滑構造帶和西部走滑構造帶的右行走滑作用下形成拉分盆地。 由邊界的走滑運動導致盆地內部的拉分伸展4.4 渤海灣盆地構造成因4 盆地成因機制 渤海灣盆地為走滑拉分盆地：1：具有典型的菱形（Z）形態, 拉分盆地的重要表現形式2：雁列行排列的正斷層組合，廣泛發育負花狀構造3: 地殼薄（ 3

21、0 km左右），巖石圈薄（盆地中心區域60-100km）4: 熱流值高，高地溫梯度（ 3.0-4.5 /100 m ）5: 沉積中心受右行走滑作用由南西向北東方向轉移5 油氣意義 5.1 多期油氣成藏序列 5.2 烴源巖發育 5.3 高地溫梯度 5.4 油氣通道體系發育 5.5 構造活動對油氣聚集的控制5.1 多期油氣成藏序列5 油氣意義圖5-1渤海灣盆地縱向油氣藏分布模式(據田在藝等,1997,略加改動)1油氣藏；2前中生代地層；3砂體沮一不整合面；5斷層 渤海灣盆地是中國東部新生代的走滑拉分盆地,其構造演化經歷了早第三紀裂陷沉降階段和晚第三紀第四紀的坳陷沉降階段5.1 多期油氣成藏序列5

22、油氣意義 依照斷陷盆地的發育階段及其對應的油氣藏形成時期,渤海灣盆地可劃分為三個成藏期（齊興宇，2001）。早期成藏:包括孔店組沙四段、沙三沙二段油藏。中期成藏:沙一段東營組油藏晚期成藏:晚第三紀第四紀油藏特點：烴源巖不同，烴源巖與不同沉積構造相結合，油氣多次充注，導致多期成藏。5.1 多期油氣成藏序列5 油氣意義圖5渤海灣盆地不同時期沉降帶及其遷移性1 Es4-Ek期沉積沉降帶；2 Es2-Es2+3期沉積沉降帶；3 Es1-Ed期沉積沉降帶；4構造及沉積沉降帶遷移方向；5 Es2+3期與期與Es1-Ed期沉積沉降帶共同發育區；6 Es4-Ek期與Es2+3期沉積沉降帶共同發育區；7隆起區；

23、8凸起區；;9-海岸線；10-5m水深線5.2 烴源巖發育5 油氣意義5.2.1古近系烴源巖發育：(1)暗色泥巖烴源巖層系多、厚度大 渤海灣盆地暗色泥巖烴源巖有五套層系，厚度1250-3000 m,它們以湖相暗色泥巖為主，夾薄層泥灰巖、油頁巖。 古近系孔店組二段:烴源巖200-400m,盆地邊緣靠近南部地帶，閉塞的、半封閉的半咸水、半深湖相非補償階段的沉積。 沙河街組四段和三段：四段烴源巖厚度300-600m，三段烴源巖厚度400-1200m，半深湖一深湖相沉積，為渤海灣盆地的主力烴源巖系。 沙河街組一段和東營組二段、三段:沉積中心向盆地東部位移，又一次發生大規模水進而形成兩套烴源巖，沙河街組

24、一段烴源巖厚度150-400m，東營組二段、三段厚度烴源巖200-400m,主要分布在盆地東部的灘海地區和渤海海域。5.2 烴源巖發育5 油氣意義（2）存在優質烴源巖-油頁巖： 渤海灣盆地沙河街組四段和三段各發育一套油頁巖，前者平均厚度為23m，后者為31m。 油頁巖有機質豐度與泥巖烴源巖相比較高，所以單位體積油頁巖的生烴量和排烴量比泥巖烴源巖要高得多5.2 烴源巖發育5 油氣意義5.2.2古生界二次生烴烴源巖：、 渤海灣盆地上古生界石炭系、二疊系和下古生界奧陶系烴源巖, 均經歷了埋藏（海西期印支期）、抬升（燕山期）、再埋藏（喜馬拉雅運動）的三個發展階段。 整體表現為第二次埋深比第一次大, 烴源巖演化程度比第一次高, 生烴量比第一次多的局面。5.3 高地溫梯度5 油氣意義 中國東部地區地殼厚度( 25-37km)，遠小于中、西部地殼厚度(40-70km),渤海灣盆地作為高地溫盆地,其地溫梯度為3.0-4.5 /100 m，屬于典型的地熱梯度異常。塔里木盆地現今地溫梯度偏低,一般在2/100m 左右。 有利于烴源巖向石油烴演化 有利于增加排烴量，改善油質（烷烴多，芳烴及非烴類少）5.4油氣通道體系發育5 油氣意義 5.4.1 5.4.1 油氣源斷層運移通道體