Question

华北油田

Answer 1

华北油田位于华北前寒武纪地台的东部，华北平原的中部和南部，黄海的辽东湾和渤海湾（图14.1）。

图14.1 华北油田

华北油田是一个巨大的坳陷，从南部淮扬板块前寒武纪岩体隆起带至北部燕山贝加尔山系同期岩体隆起带在东北方向绵延。油田的西部环绕着山西陆背斜有古岩系出露，东部与山东地台和辽东地台接壤（图14.2）。

图14.2 油气田

大港油田是中国第二大产油区，面积达310000km²。油田分为两个盆地——陆向斜：北部的渤海湾和南部的开封-合肥，是被东北走向的断裂带所分割，总体是沿着黄河腹地伸展。渤海湾盆地深入到断裂带，从辽河下游经辽东湾至黄河三角洲。断裂带在北部海域从东部被郯庐断层所切割，该断层具有剪切性质，是东亚断裂带的一部分（Варнавский，1986）。

在这个断裂带上分为两个盆地：北部的辽河、渤海湾、济阳和由一系列连绵交替的地堑和地垒构成。这些地堑和地垒的基底地层厚度从4～6km到9km不等。在渤海湾陆向斜的西部，渤海湾和济阳两个盆地的交界处，分布着一个巨型地垒隆起（100 km×60 km），属于中国大型油气田——胜利油田（图14.1）。这里绵延着东北走向的地垒和地堑第二大断裂体系。该断裂带开始于天行山前部盆地，盆地东部是巨大的地垒——曹县山梁，从东部结束于黄胡儿盆地，往东与渤海盆地接壤——济阳（Высоцкий，1990）。

南部的开封-合肥陆向斜盆地呈西北走向。盆地基底是复杂的前寒武纪结晶的页岩和片麻岩的深度变质岩层。沉积外层由里菲组（震旦纪）、早古生代（寒武纪—奥陶纪）陆源碳酸盐类岩和晚古生代的海洋及大陆岩石组成，主要是由中生代陆地砂岩-泥岩（具有火山岩层理）沉积和新生代陆相岩石，大部分是由湖泊和冰川形成的岩石组成。

含油层几乎分布在剖面的各个地层。但是主要含油层在中新世三角洲和河道砂岩、古近纪湖底粘土水相砂岩层、震旦纪—奥陶纪碳酸盐岩裂隙。主要具有开采价值的含油层在中新世近湖泊区域以及被上新世厚层泥岩覆盖的海相沉积层。在古近纪至新近纪的三角洲、河道以及湖海沙质沉积中已经探明在2～3km的深部分布着13个含油层。

砂岩的含油层达30m，孔隙度是15%～20%，渗透量300～500 m³/天。矿藏位于构造的前部或者陆背斜褶皱，这些区域已被大量的断裂破坏。矿藏的类型主要是板式-穹窿形，具有构造和底层隔离成分。地层隔离块状矿藏属于潜伏的碳酸盐类残岩，是震旦纪—奥陶纪带有裂隙的石灰岩和白云石，孔隙度达到18%，渗透量300～400 m³/天；生油层在2750～3500 m深处。古近纪—新近纪砂岩中的石油含有石蜡，密度是854～879 kg/m³，黏度是6～30 MPa·s，硫的含量是0.2%～0.8%。

碳酸盐类沉积岩中的石油也含有石蜡的成分，密度是880kg/m³，黏度是10～20MPa·s，硫含量达0.4%。

华北平原是中韩古地台的中心，其克拉通化结束于1.7 Ga前并且进入欧亚岩石圈板块（图14.3）。地台的特点是岩石圈薄，有过现代岩浆活动和地震活动。地势平缓，海拔不高，低于100 m，与黄海连为一体，地台厚薄不一。

图14.3 地台位置

中新元古代沉积构成过渡期外层，寒武纪和奥陶纪是浅水碳酸盐类岩沉积。从奥陶纪晚期到石炭纪早期（大约80 Ma）在岩石沉积上有缺失，特点就是深部形成角砾云母橄榄岩。在石炭纪中晚期出现了形成近海煤层的海侵现象。在二叠纪早期出现了河湖沉积，二叠纪晚期和三叠纪出现了具有红色建造的陆相条件。

印支运动（Т₂—J₁）的特征是基性岩浆、碱性岩浆尤其是酸性岩浆的运动。燕山运动（J₁—К₂）的特点是花岗岩物质、角砾云橄岩的侵入和含碱性泥灰岩成分喷出岩的外涌（Шлезингер，2000）。

为了研究区域内部构造，我们利用中日俄“国际学术合作项目”已经取得的资料，俄罗斯科学院地球物理中心制定了一个纲要（http：/www/wdcb.ru/sep/sedimentary-basins）。对地球物理及地质数据的分析表明，华北平原的厚度是50～100km，西部菲律宾盆地的厚度是50～80km。对该国际组织所考察地区深部温度的计算结果证明，岩石圈越古老，等温线位置越深。

对欧亚大陆到太平洋之间过渡带的深部构造研究，是格奥特拉威尔斯项目沿3条地质穿越考察线路的构造圈进行的，包括岩石圈、软流圈，建立在对地质-地球物理数据综合解释的基础上。其中一条穿越华北平原、中国东部海域以及菲律宾盆地的线路是中日俄3国专家共同完成的（图14.4）。该项研究揭示了上地幔构造和表层地质构造之间的关系。软流圈埋藏位置越高，热液物质的密度越高，深水沉积盆地形成的年代越晚。在形成于6Ma前的马林斯基槽谷下部，软流圈接近地壳。在中新世帕列斯-维拉盆地的下面，软流圈位于30km的深处，而在始新世菲律宾盆地的下面，其位置在50～80km的深处。

图14.4 华北平原深部构造

在华北平原储油构造及东海陆架盆地下面，新生代活跃的软流圈侵入褶皱的位置在50～70km的深处。前寒武系在新生代经历了构造变动。几个时期的拉伸使得含油沉积层形成了内部克拉通。这一套地堑在深部构造中表现为地壳厚度变薄、热液温度升高、地震活动受限。岩浆活动分为3个阶段。古近纪阶段，大约在60 Ma，软流圈侵入褶皱抬升导致岩石圈破碎，超基性玄武岩注入形成地堑，同时粗粒碎屑岩积聚。新近纪阶段，软流圈沉降至大约70 km的深处。在这一时期，更多的碱性岩浆涌入地表，作为华北油田主要成油物质的砂质泥岩积聚。现代阶段，出现了形成独立火山锥的碱性玄武岩，其岩浆源位置在大于100km的深处。根据深部地震探测结果，华北平原地壳的平均厚度是35km。莫霍面表层厚薄不一，有地堑引起的相对隆起。

经过华北平原、渤海湾和辽河盆地，呈南北方向绵延着华东断裂带（Милановский），长度为1500km，平均宽度为300～450km。该断裂带东部终止于郯庐深大断裂，南部被秦岭北部平移断层切断。郯庐断裂带是亚洲东部断裂带的一部分。

华东断裂带内部结构复杂，由一系列同样走向的地堑组成，这些地堑被更狭窄的地垒所切割。它们周围是一系列铲状断层，这些铲状断层在10～15km的深处汇聚为断裂的表层，平缓地向东部延展。

这个体系的发育开始于始新世的早期，临近中新世时结束，就在这里开始形成宽阔平坦的华北陆向斜。地堑形成，主要是陆地碎片，也有局部的海洋沉积层。沉积层的总厚度达10～12km。拉斑玄武岩、超基性-玄武岩或者碱性玄武岩性质的火山岩在断层中起了主要作用。

在华东断裂体系的深部构造中有来自地幔的底辟作用：地壳开始变薄，中部到28～32km，而外围到34～40km，而软流圈的盖层抬升至80km，甚至到45～60km，周围区域是100～150km。这种情形在“格奥特拉维斯”项目的资料中也得以体现。

在华北产油区有95个油气田，主要集中在几个区域：胜利油田、辽河油田、沧县采油区和其他小油田（Высоцкий，1990）。

华北平原研究的区域是渤海湾。这是东部最重要的油气储藏区域。如前所述，古近纪沉积开始发育的地堑构造的成因是地幔物质上升引起的表层拉伸作用的结果。古近纪时期的地壳拉伸导致玄武岩岩浆的喷出，岩浆热液与沉积岩一起形成始新世和渐新世的岩层。在新近纪—第四纪时期，这些断裂结构被沉积物覆盖。这样，形成了黄海沉积盆地。

渤海湾盆地的面积大约200 000 km² ，是全国最大的油气田（图14.5），那里分布的油气田有胜利、大港、渤海、华北、冀东、辽河等。盆地产油量占中国产油总量的40%（ПИ.Жунси，2007）。

地理上胜利油田叫济阳盆地。该盆地结构复杂，是典型的断裂盆地。从构造形态角度来看，渤海湾属于断块、地堑、坳陷等碎片构成的马赛克结构，是地壳拉伸和断块下陷造成的。

在地质构造上，渤海盆地西与太行山隆起带接壤，向北延伸至燕山褶皱带，东部、东南部与辽东、胶东、鲁齐隆起相邻，西南部与华北平原交界。该区域内发育着庞大的低洼地带：辽河（辽河油田）、黄骅（大港油田和冀东油田）、冀中（华北油田）、济阳和临清（胜利油田）、东濮（中原油田）、渤中（渤海油田）等（图14.5）。渤海湾盆地地层剖面及沉积层岩石组成如图14.6所示。

近10年来，中国的研究人员加强了对渤海湾及黄海南部大陆架的地质及地球物理勘查。在渤海湾水域发现了一系列油田：① 秦皇岛油田——位于渤海湾中部和北部的油田。1995年原始产量为300 Mt；② 蓬莱油田——位于渤海湾的东部，于2000年发现。储油层是奥陶纪沉积岩，油气生成与古近纪和新近纪沉积有关。含油层位于1.8～2.8km的深处。2006年产油量达450 Mt；③ 渤中油田——位于渤海湾的中部，距离秦皇岛油田以东20km。原始原油储量为300 Mt；④ 塔里木油田——油田含油层位于1.2～2.7km的深处，于2005年发现。原始储量为500 Mt；⑤ 南堡油田——油田位于渤海湾沿岸，距离北京130km，于2007年发现。产油层位于1.8～2.8km的深处。含油层是奥陶纪沉积层。原始储油量为1800 Mt；⑥ 垦利油田——该油田于2008年发现。原始储量预计为20 Mt。胜利产油区

图14.5 渤海湾示意图

胜利油气田，中国第二大油田。位于山东半岛和渤海湾水域。1961年发现，1964年开始开发。该产油区由一系列油田组成：荆邱、埕东、羊三木、河口、孤岛、孤东、永安、东辛、纯花镇、胜坨、郝家、尚店等，原始产油量为1500Mt。

胜利油田属于穹形隆起（图14.1），面积为26000km²。除了已经探明的储油区域外，令人关注的是该油田从1961年开采出第一桶原油起，几乎在地层剖面的各个区域发现了油气层：从太古宙的变质岩到新近纪的冰期砂岩。

试比较：西伯利亚地台最古老的含油气构造是巴依金茨克背斜层——尤鲁布切诺油田——托霍姆斯克一带新元古代的上层，按储量来说是特大型油田。

胜利油田主要的产油区是古-新近纪冲积陆源沉积。根据李荣西等（2004）的研究，碳氢化合物的来源可以是煤、煤质泥板岩和石炭—二叠纪石灰岩（图14.6）。大多分布在石炭纪太原和二叠纪山西岩系。根据煤和煤质泥板岩的热分解，通过实验证明，在4 000～5 000 m深处的压力下，含碳量达到62%～64%的煤，每吨可以生产14.57 m³ 的石油和147 m³ 的天然气。

图14.6 渤海湾区域地层

何长春采用测井方法对胜利油田储油层进行了研究，把多年开采后的济阳油田中难于发现的“隐藏”矿层作为主要勘测目标，反映了他们对各种地质条件进行研究的水平。

根据中石化通用的分类方法，济阳油田的隐性储油区按照岩石圈组成成分分为4种：① 碎屑型，② 碳质岩石，③ 喷出岩型，④ 变质岩和裂隙泥质板岩（Чень.Сяо.Цэунь，2007）。

碎屑型隐性矿床是冲积过程中砂质物质形成的各种形态：冲积扇、冲积三角洲、各种形态的河床沉积、冲积沙滩及沙洲的沉积等。它们的组成成分、结构和构造是各种各样的。

表14.1 胜利油田矿床储油层类型

碳质隐性矿床是古生代早期和古近纪的湖相沉积。古近纪的碳质沉积发育广泛，古地势复杂多样，各处薄厚不均。主要是具有原生和次生孔隙的各种结构的石灰岩和白云岩。寒武纪和奥陶纪的碳质隐性矿床是碎屑型、鲕状、泥质石灰岩和白云岩，具有原生和次生孔隙。

喷出岩隐性石油矿床与辉长石、辉绿岩、玄武岩、基性火山岩和安山岩。有关发育着孔隙、裂隙、岩洞及混合储油层。

太古宙变质岩隐性石油矿床与花岗岩、各种成分的片麻岩以及页岩有关。储油层的类型是孔隙型和裂隙型

在大港油田的沧县产油区已经探明有10个储油区（一个在海上），属于轴向斜和构造前端。来自三角洲的产油砂层13层和3层大概是古生代的石灰岩层。沧县储油区的西部坡地探明油区（胜利油田之后）第二大油田——任丘油田（图14.7），储油层在侵蚀突起部，叠加着新元古代和古元古代的石灰岩和白云岩。凸起部被古近纪的沉积物覆盖，外围是正断层。大型油层厚度最高可达875m，埋藏深度为2750～3500km。

渤海湾盆地和济阳次盆地一带，碳氢化合物资源最丰富的地区是山东半岛的东营凹陷，它位于中韩大陆陆壳的东部，与燕山、太行山褶皱带接壤，沿郯庐断裂呈南北走向延伸700多千米，宽度为400 km，面积为220 000 km²。基底叠加着太古宙和元古宙早期的岩石（Чень Сяо Дэунь，2007）。

图14.7 任丘油田剖面示意图

东营凹陷的沉积层是早古生代的地层：寒武系、下奥陶统和中奥陶统（志留系、泥盆系和下石炭统的岩石缺失）。上古生界是中石炭世和早二叠世的沉积岩。基本上，碳酸盐系岩石有石灰岩、白云石、灰岩，很少会有泥质板岩、粉砂岩和砂岩（Чень Сяо Дэунь，2007）。

中生代的沉积岩有侏罗纪岩石：下侏罗统和中侏罗统是泥质板岩、砂岩和煤质片岩，有时夹杂着煤层；上侏罗统和下白垩统发育广泛，而上白垩统非常局限。早白垩世的基底叠加着安山岩，而晚白垩世的基底则是砾岩、砂砾岩和粘土（Чень Сяо Дэунь，2007）。

新生代沉积是古近纪和新近纪的沉积，与中生代地层区域呈角度不整合。其中岩石种类丰富多样：粘土、煤质粘土页岩、砂岩、白云石、石灰岩、粉砂岩。特点是蒸发岩类缺失，洼地中央部分的厚度达几百米。第四纪沉积叠加陆成岩（Чень Сяо Дэунь，2007）。

应该指出的是，沉积层外表的沉积物质到处都是古近纪和新近纪的岩石。古-新近纪沉积是砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土及索尔格含量为1.7%～11%（平均为5%）的油母页岩，这也是碳酸盐类岩石——生物礁岩、藻灰岩、鲕状石灰岩、泥灰岩、白云岩。

陈晓军（2007）把东营凹陷新生代的剖面划分为6大类岩相：冲积扇、扇三角洲、沿岸水下冲积扇、河流三角洲、沿岸砂丘、深水三角洲。总的特点是，东营凹陷古近纪岩石剖面具有环状结构，缺少具有聚集生油物质和隔离性质的沉积物质。

古近纪主要的生油构造是中始新世粘土及中始新世和晚始新世的油母页岩。根据金之钧（2007）的资料，积聚在东营凹陷一探明含油层的泥岩和油母页岩产生碳氢化合物的大部分（97.3%）。主要的富集岩石是中小颗粒的砾岩、砂岩及含孔隙状胶结物的粉砂岩。按组成成分是硬砂岩、硬砂岩性质的长石砂岩以及长石砂岩。

东营凹陷最大的产油区是梁家楼，面积180km²，还有牛庄，牛庄在构造、成分、聚集层性质等方面最典型。

最后，陈晓军作出如下结论：东营凹陷不仅是渤海湾最富集的断裂凹陷之一，在整个太平洋地区也是最大的。这不仅得益于地质发展承袭的特性，也有赖于生油沉积层、储油岩层不论是在平面还是剖面上相互补偿形成的最佳契合。始新世和渐新世的沉积物形成诸如洪积物、三角洲、浅水三角洲、次深海和重力作用（各种三角洲都存在）形成的深水建造等巨厚杂岩，其岩相组分的差别决定了砂岩、砾岩岩层的广泛分布，它们被有机物丰富的油母页岩和泥质板岩中赋存的碳氢化合物充填。碳氢化合物随着上涌的岩层，沿着大量的断层，不仅充填了背斜层，而且进入了岩性圈闭。这其中是浅水三角洲和深水三角洲沉积物中的砂岩起到了主要储油层的作用。这一研究将会增加碳氢化合物的储量，这是目前就东营凹陷来说仍需探讨的问题。

中国东海大陆架具有广阔的储油前景。中国的学者认为，东海北部大陆架经过两次断裂和下降的运动。发生在晚白垩世的初次断裂运动导致了地堑和半地堑的形成，这些地方被冲积物和湖泊冲积物所充填。在始新世晚期和渐新世早期的断裂被区域隆起抬升运动中断，只是在始新世早期当坳陷继续被冲积物和湖泊冲积物沉积充填时才得以继续。后来，在中新世早期，断裂被第二次隆起抬升运动所中断，开始了断裂后阶段（中新世早期和后期）的区域沉降和海侵。整个区域演变为宽阔的大陆架。油母页岩包括迁延断裂湖泊相、河流页岩、煤炭板岩。迁延断裂的河湖及三角洲沉积、断裂后海岸和（或者）浅 海-海洋砂岩、破碎的基底岩石都是碳氢化合物的潜在赋存空间。

在中国东海大陆架发现了碳氢化合物的矿床。

中国东海海域西部是中国的海岸线，南部是台湾岛，东部毗邻琉球岛和冲绳岛。西北与黄河交界，东北与日本海相接，从日本海开始是朝鲜海峡。东海盆地面积是770000km。从构造关系来说，中国东海是欧亚大陆的边缘。其构造可以分为几个大的新生代断裂凹陷：扬子、浙东、台北和彭佳屿。这些凹陷的基底是古生代—中生代沉积，被古生代时期的大量断层分割，被冲刷的表层已被充塞掩埋。这些断层重新复苏，在古近纪继续活跃，从而形成了断裂坳陷。中国东海坳陷被大量的隆起（如台湾-新直等）所切割。这些隆起带是古近纪火山岛弧的侵蚀和地下残留。中国东海分布着9个天然气田：平湖、天外天、宝云亭、残雪、断桥、孔雀亭、武云亭、春晓和丽水。中国东海第一个碳氢化合物的工业矿床是在1983年被发现的，就是平湖气田。目前，最大的气田是春晓气田。春晓气田分布在东海海域，临近西湖坳陷（图14.8，图14.9）。1998年在东海大陆架发现了特大型气田——春晓气田。该气田位于东海水下，属于太平洋西部边缘盆地（图14.8）。天然气的形成与渐新世花岗岩相的砂岩有关（有些文献指出，储气层是晚始新世沉积层）。矿床位于大约3000m的深处，面积大约19km²。春晓气田属于背斜层——处于平缓的背斜褶皱的顶部。碳氢化合物来源于含煤岩层，以及古新世、始新世、渐新世、中新世的砂质板岩。气体实际纯度很高，甲烷含量大约是88%。

图14.8 中国东海海域春晓气田示意图

春晓气田的藏量大约在700亿m³。中国东海天然气的总储量为7×10¹² m³，2/3的储量集中在西湖凹陷盆地。对东海海域的研究工作主要是在20世纪70年代以后，但是总的来说，对这个区域的研究还很薄弱。西湖凹陷处在浙东巨型坳陷的边缘，位于台湾新直和玉山隆起之间（图14.9），面积为59000km²。凹陷的中部是与主要矿床形成有关系的区域陆背斜。

剖面的基底部分（古新统—始新统）是坳陷发育过程中断裂时期的沉积。剖面的中间部位（渐新统—中新统）具有构造逆转的痕迹，在基底断裂处有剧烈的岩层垂直交换。剖面的上部（上新统—第四系）与深海沉积阶段有关。西湖凹陷形成时期在晚白垩世至古近纪之前（图14.10）。其表层分为4套区域不整合的岩系。拗陷的基底是不整合在中生代安山岩和闪长岩之上的古新世互层状灰色砂质粘土岩和粉砂岩这一层上面有始新世早期的泥质板岩、砂岩与安山岩、凝灰岩的夹层。在始新世中晚期（平湖层）剖面在泥质板岩和砂岩之间有煤层。下一个巨大断裂发生在渐新世的基底，其基底沉积物在底层是泥质板岩，上部是砂岩与砂质粘土和煤的夹层。中新世的基底部分是砂质杂岩和砂质粘土的夹层，往上这些岩层变为砂质粘土和煤（图14.11）。

图14.9 中国东海海域西湖凹陷示意图

图14.10 西湖凹陷地质剖面示意图，图中圆圈代表碳氢化合物

与中新世岩层不整合的上新世—第四纪杂岩是砂质粘土、粗粒砂岩和泥质板岩的厚层。沉积物的厚度从3.5～15km不等。

从动力地质学角度讲，中国南海凹陷在形成碳氢化合物方面具有很大空间。根据罗德尼科夫（Родников，2001）等的研究，中国南海的形成与始于越南大陆架的断裂活动有关。首先，古近纪的断裂运动沿着越南大陆架以大陆断裂盆地的形式伸展，而后断裂过程导致了海洋的形成。越南大陆架的梅科斯克凹陷是一个巨大的油气盆地，与之相关的是在动力学及规模上都独一无二的油田“白虎”，该油田在构造上属于大型地下陆背斜构造，这个凹陷的中部具有了复杂的结构。中国南海的东北部比南部形成的时间稍晚。

由于海底扩张，凹陷的形成开始于37.8Ma，结束于15.5Ma。断层地堑的形成源于陆源海洋沉积，断层后一级则是由浅海及海洋沉积物叠加形成，主要是始新世—渐新世和中新世中期以及上新世早期的砂质泥岩。中国南海大陆架的石油储量预计在100亿～160亿t。

最后需要指出的是，华北油田，包括渤海油田，以及中国东海和南海的大陆架是中国东部的大型油气盆地。海上有工业价值的油气田的形成取决于以下几个因素：

图14.11 西湖凹陷岩层示意图

1）凹陷的地质构造状态以及凹陷相对于东海断裂体系的时间空间属性。中国东海断裂体系内部构造复杂，它决定着深部地堑与地垒的交替变化。中国学者用地震勘测法和钻井勘测法的详细研究表明，渤海凹陷（甚至松辽凹陷）在断裂形成期由30～50个对油气绝缘的断裂型地堑组成，其中被有机物含量很高的湖泊沉积物所充填。

2）区域地理地质的发展也对碳氢化合物矿床的形成具有重要意义。国际合作项目“格奥特拉维斯”的研究资料表明（http：/www/wdcb.ru/sep/sedimentary-basins），华北前寒武纪地台经历过构造活跃期，这导致了内部地堑的形成，这些内部地堑就是潜在的油气沉积。而伴随着超基性玄武岩热液的喷出，软流圈底辟构造的抬升决定了巨厚的沉积层的温度升高，而沉积层富含有机物，有机物会随之产生出碳氢化合物。

3）新近纪—第四纪断层期间，在已经形成的黄海界限模糊的边缘地带上断层构造被沉积物所覆盖，这样，形成了沉积性质的石油天然气盆地。盆地剖面的所有地层几乎都是含油的，但是形成油气构造的主要产油层是中新世三角洲及河道的砂岩，古新世湖泊粘土中的冲积砂岩矿层。