临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩的生烃演化

临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩的生烃演化李伟;李文涛;刘华;陈丽【摘要】为了明确临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩的生烃演化过程,对煤系烃源岩的热演化特征、生烃演化与构造-埋藏的时空匹配关系进行了动态分析.研究结果表明,临清坳陷东部上古生界煤系源岩具有多期次的生、排烃过程:初次生烃过程具有区域一致性,主要发生在印支期中三叠世末期,但生烃量有限;主要生烃过程发生在燕山期和喜马拉雅期,现今进入生烃门限的深度在4 000 m左右.临清坳陷东部可以划分出中隆新隆、中坳新隆、中坳新坳等3种不同类型的盆地叠合单元,对于上古生界煤成气藏勘探而言,应在盆地叠合单元详细区划的基础上,重点在中坳新坳型叠合单元寻找那些主力二次生烃期较晚(古近纪末或新近纪一第四纪),且后期构造变动相对较弱的地区.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2010(038)005【总页数】6页(P13-18)【关键词】生烃演化;煤系烃源岩;上古生界;盆地叠合单元;临清坳陷东部【作者】李伟;李文涛;刘华;陈丽【作者单位】中国石油大学地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中石化胜利油田地质科学研究院,山东,东营,257015;中石化胜利油田地质科学研究院,山东,东营,257015;中石化胜利油田地质科学研究院,山东,东营,257015【正文语种】中文【中图分类】P618.11east area of Linqing depression全球约有80%以上的天然气资源与煤系有关，煤成气是我国天然气勘探的主要方向[1-3]。

近年来，在渤海湾盆地冀中坳陷的苏桥—文安斜坡、黄骅坳陷的乌马营潜山、济阳坳陷的孤北低潜山、东濮凹陷的文留潜山等相继发现了一系列源自上古生界煤系源岩的油气藏，展现了良好的勘探前景[4-6]。

就临清坳陷东部而言，目前只有德1、贾 2井获工业油流，但其油源主要来自古近系沙河街组沙三段和沙四段的烃源岩，梁古1井获二氧化碳气工业气流，2007年在莘县凹陷康庄构造带完钻的高古4井在压裂初期最高产煤成气 22 256 m3/d，产煤成油30 m3/d，证明了本区有过煤成气的生成与成藏过程。

但是，由于目前对临清坳陷东部煤系源岩的埋藏史与热演化史研究程度相对较低，在很大程度上限制了临清坳陷东部煤成气藏的勘探。

本文在对临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩热演化特征分析的基础上，探讨了煤系烃源岩的生烃演化与盆地构造埋藏的时-空匹配关系，从盆地叠合单元角度对有利的上古生界煤系源岩生烃区带进行了预测。

临清坳陷位于渤海湾盆地西南收敛端，总体上呈NNE、NE向展布，为中、新生代断陷型叠合盆地。

该坳陷东以兰聊断层为界，与鲁西隆起相邻，西邻太行隆起区，北与冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷以及济阳坳陷相接，南与内黄隆起、东濮凹陷断层接触，总面积约 25 000 km2(其中凹陷面积约15 000 km2)，可以划分为6个凸起和7个凹陷。

其中，临清坳陷东部是指北到吴桥，南到冠县、临清—武城以东的东部地区，传统分为德州—冠县、莘县2个凹陷和高唐—堂邑凸起3个次一级的构造单元，总面积约为5 073 km2。

钻井、地震及古生物资料揭示，临清坳陷东部自下而上可以划分为基底构造层、古生界构造层、中生界构造层以及新生界构造层等4个大的构造层(图1)。

就本文的主要目的层系——上古生界石炭—二叠系而言，主要为一套以海退为主的海陆过渡相—陆相为主的含煤系碎屑岩沉积，煤层主要发育在太原组和山西组，本溪组以薄煤线为主，煤层累积厚度 15～20 m，是本区的主要气源岩，暗色泥岩累积厚100～150 m[7-8]。

为了明确研究区上古生界煤系源岩有机质的现今热演化特征，本文系统收集了临清坳陷东部各层系的镜质体反射率数据(表1)。

结果表明，临清坳陷东部上古生界煤系源岩的镜质体反射率多分布在0.5%～1.1%，已经进入生烃门限，处于低熟-成熟阶段，尤其是现今凹陷内钻井(高古4、德古2)的上古生界煤系源岩成熟度Ro均大于1%，已进入成熟阶段，具备生成油气的可能。

纵向上看，临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩的镜质体反射率整体上具有由浅到深逐渐增大的趋势。

但是，进一步与中生界侏罗—白垩系、新生界的镜质体反射率对比发现(图 2)：a. 在现今埋深 4 000 m以上，该区上古生界的成熟度明显高于处于同一深度的中生界侏罗—白垩系和新生界的成熟度，这表明在该区该深度段的上古生界经历过更高的热演化过程。

由于该区中、新生代岩浆作用相对较弱，因此，造成该区同一深度的上古生界成熟度高于中生界侏罗—白垩系和新生界的原因主要是其在地质历史时期经历过更大的埋深。

尽管现今埋深较浅，但早期的深埋过程使其成熟度相对较高，例如位于高唐—堂邑凸起之上的高古7井的镜质体反射率高于同一深度的位于莘县凹陷内的莘参1井，而位于鲁西隆起之上的聊古2井的镜质体反射率甚至高于埋深更大的位于现今凹陷内的部分钻井(德1、德3、德6、沈参1、甜特1)，进一步说明现今凹凸相间的盆地格局形成时期相对较晚，后期构造对先期盆地格局进行了强烈的剥蚀改造，现今埋深并不是其在地质历史时期的最大埋深。

b. 在现今埋深4 000 m以下，上古生界成熟度与中生界侏罗—白垩系、新生界成熟度曲线吻合关系相对较好，如位于莘县凹陷内的高古4井和位于德州凹陷的德古2井，表明上古生界煤系源岩沉积以后，中、新生代的盆地沉降使得其埋深进一步加大，超过了其在地质历史时期的埋藏深度，成熟度不断升高，现今埋深即是其最大埋深。

上述分析表明，临清坳陷东部上古生界煤系源岩的成熟度在纵向和横向上均具有较强的不均衡性，造成这种不均衡性的主要原因在于上古生界自沉积以来经历了复杂的埋藏史和热演化史，不同时期、不同地区的盆地格局各不相同，上古生界现今埋深不能反映其在地质历史时期所经历的最大古埋深。

通过分析临清坳陷东部构造演化史可以看出，该区上古生界煤系烃源岩自沉积以来经历了印支期、燕山期和喜马拉雅期的埋藏和热演化阶段，不同阶段、不同方向、不同类型的构造相互叠加、改造，造成了现今上古生界复杂多样的热演化特征。

3.1 印支期发生于二叠纪末期的海西运动在华北地区并没有引起剧烈的沉积格局变化，印支期早-中三叠世继承了晚海西期以来的北西高、南东低的构造格局，属于大型内陆坳陷盆地，地势北西高、东南低，为一南陡北缓、呈NWW向展布的大型内陆沉积盆地，临清坳陷东部原始沉积厚度整体在2 000～2 500 m[9-11]，上古生界煤系烃源岩埋深超过3 000 m。

现今处于凸起之上的聊古2和高古7井，上古生界煤系源岩的成熟度Ro为0.5%～0.9%，应该代表了中三叠世末期的煤系烃源岩热演化程度，进一步与邻区济阳坳陷、黄骅坳陷和东濮凹陷的上古生界煤系源岩的成熟度对比，绝大多数也在0.5%～0.9%，从而表明在中三叠世末期临清坳陷东部上古生界煤系源岩已经进入了初次生烃的门限深度，对高古4井埋藏史及热演化史的模拟结果表明，其成熟度Ro为0.5%～0.7% (图3)，热演化程度相对较低，生烃量有限。

晚三叠世扬子板块与华北板块先东后西的“剪刀”式碰撞[12]，造成了华北板块“东剥西沉”的构造格局，临清坳陷东部整体处于抬升剥蚀状态，以NW向构造形迹发育为主，剥蚀厚度1 500～2 500 m左右**吴智平，李伟，侯旭波, 等. 临清坳陷东部断裂发育、组合及演化特征，胜利油田石油管理局，2007.，使得上古生界煤系烃源岩的初次生烃作用停止，初次生烃形成的油气藏遭受破坏。

3.2 燕山期燕山早期(侏罗纪)，扬子板块与华北板块的碰撞挤压开始逐渐减弱，而西太平洋区板块开始活动，中国东部进入由古亚洲域向滨太平洋构造域演化的过渡阶段，华北的古地理格局表现为被太行山初期隆升区所分割的东、西两个大盆[13]，东部渤海湾盆地区被秦岭-大别、内蒙造山带、太行山隆起等所围绕，早期发育有一些小的山间沉积盆地群，主要表现为对印支期造成的形成大量NWW或近EW向逆冲断层及宽缓褶皱所产生的低洼地区的充填，晚期则表现为披覆式沉积。

就临清坳陷东部而言，该时期断裂构造不发育，整体表现为一大型内陆盆地，下-中侏罗统普遍发育。

燕山中期(早白垩世)，太平洋板块活动取代了扬子板块、西伯利亚板块活动对华北地区构造演化的控制地位，华北地区东西成带、南北分块的滨太平洋构造域已基本形成[14]。

临清坳陷东部的兰聊断层、宁津西断层、梁村北断层及一些小的次级断层开始活动，均表现为张性伸展，盆地进入拉张断陷发育阶段，整体表现为东断西超的箕状半地堑。

侏罗纪—早白垩世，地层沉积整体具NE向展布的趋势，发育有数个沉积中心，最大沉积中心位于现今莘县凹陷中部，厚度在4 000 m以上[15]，从而导致上古生界煤系烃源岩埋深最大可达5 000 m左右，进入高成熟—过成熟阶段，但大多数地区应仍为低熟—成熟阶段，部分地区埋深尚未超过3 000 m，没有进入二次生烃。

燕山晚期(晚白垩世)，受区域构造应力场转型的影响，临清坳陷东部整体处于隆升剥蚀状态，晚侏罗—早白垩世活动的兰聊断层、宁津西断层发生了构造反转，由张性伸展转为挤压逆冲，一些小的次级断层也停止活动，现今表现为中生界内部发育的内幕断层。

因此，燕山晚期构造运动使得上古生界煤系烃源岩在燕山中期的二次生烃作用停止，生烃潜力得以保留。

3.3 喜马拉雅期在喜马拉雅早期古近纪时，渤海湾盆地发生了地幔热柱(亚热柱)的上涌，引起了浅部地壳大规模的裂陷作用，整个渤海湾盆地进入大规模的断陷盆地发育阶段。

此时，在临清坳陷东部，断层数量多，且活动强烈，断陷盆地较发育，堂邑东断层和堂邑西断层开始活动，高唐—堂邑凸起开始形成[15]。

依据断陷程度的强弱，大致可以划分为孔店—沙四期、沙三—沙二期和沙一—东营期3个主要的幕式演化阶段，沉降中心最大厚度为3 000余m，从而使上古生界煤系源岩再次进入生烃门限。

但是，与同属胜利油区的济阳坳陷有所不同的是，临清坳陷东部古近纪地层厚度相对较薄，而且表现出了次级洼陷的主要形成期、发展期及衰亡期均较早的特征，因此，部分地区的上古生界煤系烃源岩可能在古近纪并未进入生烃门限。

古近纪末期，东营运动使得研究区整体被抬升，经历了短暂的风化剥蚀。

在喜马拉雅晚期的新近纪—第四纪，岩石圈发生了热衰减冷凝加厚及重力均衡作用，临清东部所在的整个渤海湾盆地进入裂后坳陷发育阶段，地层沉积具充填-披覆式特征，横向厚度相对稳定，在1 000～1 600 m，进一步促进了上古生界煤系烃源岩的生烃演化。

由图2、图3可以发现，在现今埋深4 000 m以下，石炭-二叠系的成熟度与中、新生界成熟度曲线吻合关系较好，成熟度进一步增大，因此可以推测，临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩进入二次生烃的门限深度应在4 000 m左右。

综合上述分析，临清坳陷东部上古生界煤系烃源岩自沉积以来经历了多期次的沉降－隆升过程。