Question

优质烃源岩形成的地质条件

Answer 1

（一）古近系湖相优质烃源岩形成的构造和气候背景

在全球范围内，新生代以来伴随着岩石圈活动，板块漂移导致海陆格局和地貌格局的变化，并引发洋流和大气环流的改组，最终导致全球气候的重大变化（郑洪波等，2008）。Zachos等（2001）利用40多个深海和大洋钻探地区的数据编辑了65Ma以来的氧碳同位素记录以及期间发生的主要气候事件、构造事件和生物事件图（图2-11），新生代早期存在一次明显的全球气候变暖过程。从中古新世（59Ma）到始新世初期(52Ma)，全球气温呈现逐渐升高的趋势，并且在约52Ma到50Ma气温达到最高值。始新世到渐新世全球气候条件持续变冷和变干燥，其发育与高纬度变冷和冰川化有关。

在亚洲地区，最具标志性和全球意义的地质事件是喜马拉雅山和青藏高原的隆升及亚洲季风系统的形成与演化（郑洪波等，2008）。自从始新世印度与亚洲碰撞之后，亚洲的面积与高度急剧增大。古新世，中国大陆继承了白垩纪的基本面貌和气候格局，西部南侧与印度大陆之间有特提斯洋东段相隔，北侧同欧洲大陆之间被图尔盖海峡分开，广泛发育海岸带，不发育高山区；东部发育高地和内陆盆地，地形总体向西倾（汪品先，1998）。而当时的古气候受行星风系控制，主要表现为纬度分带，形成一个横跨整个中国大陆西北—东南方向的干旱带，中国东部除东北以外的地区都处在干旱气候带中（Wang，1990；1997）。而在更新世，由于青藏高原的强烈隆升，中国西部成为世界上最大最高的高地。东部随着中国边缘海从渐新世开始的张开，造成地形强烈东倾，大河东流，整个大陆部分受季风气候控制，横贯东西的干旱带向西北退缩（Wang，1990；1997）。而始新世和渐新世处于构造和气候变化的过渡时期。

图2-11 65Ma以来全球气候变化趋势图

(据Zachos等，2001修改)

在中国东部，受构造运动和古气候的影响，济阳坳陷、江汉盆地、泌阳凹陷等陆相盆地在65～42Ma之间总体处于干旱到半干旱环境，咸化湖泊分布较为广泛（图2-12）。由于湖盆规模相对较小，受气候影响明显，当气候发生变化时会导致湖平面、可容空间的变化，从而导致沉积体系的变化，尤其是盐湖对气候的敏感性就更强，中国东部扬子地块内的江汉盆地、秦岭造山带内的泌阳凹陷以及华北地块内的东濮凹陷、济阳坳陷都发育有盐湖沉积。其盐湖的演化明显受控于古气候的变化，盐湖沉积具有明显的韵律性，在干湿频繁交替的古气候条件下，导致湖平面周期性升降、水体体积周期性变化，从而导致盐度也发生周期性变化，使得湖盆内盐度过饱和而形成蒸发岩沉积，并伴有咸化烃源岩的形成。

（二）古近系湖盆演化与优质烃源岩的形成

中国东部新生代断陷盆地的新生界充填演化可划分为3个阶段：早期裂陷充填、中期断陷充填以及晚期裂后充填，而烃源岩主要形成于中期断陷充填阶段。纵向上，湖盆演化表现出明显的阶段性和有序性，总体可划分为盆地演化早期的过补偿湖盆、中期的欠补偿和均衡补偿湖盆以及晚期的过补偿盆地几个阶段，不同阶段烃源岩特征存在明显的差异，下面以东营凹陷为例加以分析（图2-13）。

1.断陷初始期欠补偿湖盆（

）

Ek—Es₄早期，盆地尚处于断陷活动的早期，气候干旱或半干旱，降水量远远小于蒸发量，以河流冲积红层沉积为主；Es₄中期，降水量有所增加，盆地中北部深洼陷带内部开始汇水，形成间歇性盐湖沉积，岩性以厚层盐岩、膏岩和含膏泥岩沉积为主，局部见杂卤石和钙芒硝矿物。根据蒸发盐矿物组合特征分析，卤水浓缩可达石盐沉淀晚期和钠镁硫酸盐沉淀早期阶段，盐度最高可达300‰左右。在间歇性盐湖较发育阶段，盐湖中心部位形成一定量暗色烃源岩沉积，局部可形成优质烃源岩。

图2-12 中国古近纪咸化湖盆分布

(据孙镇城等，1997)

2.断陷加速期均衡补偿湖盆（

）

沉积时期，断陷活动开始逐渐加强，气候开始转向湿润，降水量开始增加，湖平面逐步上升，并迅速淹没了凹陷宽缓的南斜坡和较陡的北斜坡。该期潜在可容空间的变化从早期的持续超过沉积物+水的供应到晚期的基本均衡两个阶段，实现了季节性盐湖向永久性湖泊的转化，湖泊总体表现为封闭式水文特征。

沉积物中原生白云石含量较高，局部夹有含膏泥岩。在广大的南斜坡地区，钙质页岩中见有大量的颗石藻化石。湖水演化总体处于碳酸盐矿物沉淀阶段或碳酸盐与硫酸盐沉淀的过渡阶段。尽管盐度有一定程度的下降，但仍比正常海水盐度（35‰）偏咸。根据对西部平方王地区沙四段上部藻礁分析，尽管多细胞生物虽然数量很大，局部形成腹足或介形虫介壳灰岩，但生物多样性明显十分单调，即仅有腹足、介形虫和蠕虫三类生物。此外，藻礁中早期碳酸盐胶结作用非常强烈，说明水体盐度仍然偏高。综合蒸发盐矿物组合、古生物组合和硼元素古盐度分析，总体认为古盐度在35‰～50‰之间，属于咸水环境。

由于盐跃层的存在，湖水经常存在盐度分层，底部长期处于强还原环境，有利于有机质的保存和优质烃源岩的形成。

3.断陷鼎盛期均衡补偿湖盆（

）

时期东营凹陷裂陷活动迅速加强，盆地沉降很快，同时气候湿润，大量淡水注入，携带矿物质进入湖盆，导致水体变深。但该期大部分时间内沉积物+水的供应和潜在可容空间大致呈现平衡的状态。湖水注入足够的可容空间，但达到湖水外泄的情况较少，保持了封闭式湖泊水文特征，成为真正意义上的深水常年闭流湖。根据硼元素古盐度测定，

时期湖水盐度平均为12‰，较

时期盐度大幅度降低，但仍保持了一定的古盐度，属于半咸水环境。该时期生物多样性得到了明显加强，在湖盆边缘地区或者湖水表层生长了大量的微咸水—淡水浮游藻类，如渤海藻、副渤海藻等。由于水体较深、且存在一定的盐度，深湖区存在永久性分层，有利于有机质的保存和优质烃源岩的形成，烃源岩岩石组合以纹层页岩、钙质纹层页岩、钙质页岩为主。

成熟探区油气精细勘探理论与实践

（据张林晔等，2005，修改）

4.断陷鼎盛期过补偿湖盆（

）

该期为盆地由断陷鼎盛期向稳定期转化时期，沉降速率减缓，气候湿润，湖水的注入量大大超过蒸发量，沉积物+水的供应长期超过潜在可容空间，湖平面超过泄水口，表现为过补偿湖盆的性质。湖水的盐度大幅度降低，硼元素古盐度测定为1.5‰。尽管该时期湖水较深且广，但由于盐度降低，湖水分层主要源自与温度有关的季节性分层，不利于有机质的保存和优质烃源岩的形成，烃源岩岩性以块状和厚层状泥岩为主。

5.断陷衰退期过补偿湖盆（

）

沉积时期，随着陆源碎屑的不断进积作用，可容纳空间逐渐减少，湖水逐渐变浅，湖盆开始收缩。

半深湖、深湖相介形类动物群的一些主要属种，如中国华北介、惠东华北介虽然继续繁衍，但其分布范围大大缩小。从沙四段上部开始出现的浅水相或者沼泽相的一些化石，如假玻璃介、金星介等，在沙三段下部和中部沉积时期分布范围较为局限，个体数量极少，但在该时期却逐渐开始繁盛，分布范围扩大，藻类含量也明显减少。此外，反映沉积环境稳定程度的Al/Ca比值越来越高，也表明了水体的变浅。沉积物以灰色、灰绿色粉砂质泥岩和泥岩为主，有机质丰度较低。

时期为断陷盆地的末期，盆地经过前期充填，可容纳空间已经丧失殆尽，只在局部低洼地区有滨浅湖淡水水体的存在，并常常有沼泽环境的出现。繁盛于沙三段深湖相和半深湖相的介形类动物群中的属种，在该时期几乎全部灭绝，而浅湖相、沼泽相介形类基本上都延续到了该时期，并且非常繁盛。另外，沙二段的轮藻化石属种类型和个体数量也远比沙三段多得多，分布面积也广得多。该期沉积物多现红色色调，以杂色泥岩、粉砂质泥岩和粗粒碎屑岩为主，有机质丰度很低。