北黄海东部次盆地构造热机制与成烃效应

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.6.20

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (4): 206-218.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.20

• 非主题来稿选登：新能源与成烃成藏作用 • 上一篇下一篇

北黄海东部次盆地构造热机制与成烃效应

刘金萍¹^,²(), 王改云¹^,²^,^*(), 简晓玲¹^,², 朱传庆³, 胡小强¹^,², 袁晓蔷¹^,², 王超¹^,²

1.自然资源部海底矿产资源重点实验室, 广东广州 511458
2.广州海洋地质调查局, 广东广州 511458
3.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249

收稿日期:2023-05-26 修回日期:2023-06-29 出版日期:2024-07-25 发布日期:2024-07-10
通信作者: * 王改云(1980—),女,高级工程师,地质资源与地质工程专业,主要从事海洋地质和沉积学研究工作。E-mail: 94198351@qq.com
作者简介:刘金萍(1974—),女,正高级工程师,地球化学专业,主要从事海洋石油地质研究工作。E-mail: 2497246@qq.com
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目(DD20211362);中国地质调查局地质调查项目(DD20221708);中国地质调查局地质调查项目(DD20242406)

Tectono-thermal mechanism and hydrocarbon generation action in the North Yellow Sea Eastern Sub-basin

LIU Jinping¹^,²(), WANG Gaiyun¹^,²^,^*(), JIAN Xiaoling¹^,², ZHU Chuanqing³, HU Xiaoqiang¹^,², YUAN Xiaoqiang¹^,², WANG Chao¹^,²

1. Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Natural Resources, Guangzhou 511458, China
2. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 511458, China
3. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China

Received:2023-05-26 Revised:2023-06-29 Online:2024-07-25 Published:2024-07-10

摘要/Abstract

摘要：

北黄海东部次盆地属于中新生代小型叠合断陷盆地,是我国海域勘探程度较低的一个盆地,对其经历的复杂构造-热演化史尚未有相关研究。本文利用镜质体反射率(R_o)和磷灰石裂变径迹(AFT)两种古温标进行多方法的热史模拟,获得了盆地中新生界的热流史及地温梯度的变化,并恢复了盆地的剥蚀量及抬升剥蚀过程,在此基础上研究了盆地内烃源岩的热演化历史。结果表明,东部次盆地从中侏罗世至今,经历了古热流由高(75~90 mW/m²,120~100 Ma)到低(60 mW/m²,40 Ma),然后再升高至现今(70 mW/m²)的过程,且早期(100~70 Ma)降温缓慢,后期(70~40 Ma)降温快速。古地温梯度相应地呈现由高(34~36 ℃/km)到低(23 ℃/km),再升高(28 ℃/km)的变化趋势。东部次盆地晚白垩世之前的古地温梯度和古热流高于现今的地温梯度和热流,这与盆地由断陷阶段-坳陷阶段的演化过程一致。东部次盆地晚白垩世—始新世经历了较强的抬升剥蚀,地层的剥蚀厚度为1.0~1.5 km,在100~90 Ma地层沉积开始缓慢或停止,明显的剥蚀过程发生在85~40 Ma,其中70~40 Ma为快速剥蚀阶段。东部次盆地的构造热演化史影响了盆地内烃源岩的生烃过程。中上侏罗统两套烃源岩都存在早期(晚侏罗世—早白垩世)生烃过程,在中部坳陷内的主体生烃坳陷,晚白垩世—始新世地层剥蚀厚度较小,且渐新世之后地层沉积厚度较大,现今能够达到的地温也越高,有利于烃源岩晚期生烃,证实了该盆地具有一定的勘探潜力,应围绕主体生烃坳陷寻找有利成藏区。

关键词: 东部次盆地, 磷灰石裂变径迹, 镜质体反射率, 构造热演化史, 成烃效应

Abstract:

The North Yellow Sea Eastern Sub-basin is a typical Meso-Cenozoic small superimposed faulted basin, currently in its early exploration phase. Comprehensive studies on the complex tectonic-thermal evolution in this region are lacking. By integrating vitrinite reflectance (R_o) and apatite fission track (AFT) analysis, the thermal history and geothermal gradient of the Meso-Cenozoic era have been reconstructed in this basin, alongside assessments of erosion thickness and processes. These investigations have enabled an analysis of the thermal evolution history of Middle-Upper Jurassic source rocks. Results indicate that paleo-heat flow peaked at 75-90 mW/m² during 120-100 Ma, decreased to 60 mW/m² at 40 Ma, and then rose to 70 mW/m² at present. Correspondingly, temperatures declined gradually from 100-70 Ma but rapidly dropped during 70-40 Ma, with the geothermal gradient shifting from 34-36 ℃/km to 23 ℃/km before rising to 28 ℃/km. Overall, paleo-geothermal gradient and heat flow were higher before the Late Cretaceous, aligning with the transition from a faulted basin to a depression basin. Intense uplift and erosion occurred during the Late Cretaceous-Eocene, resulting in an erosion thickness of approximately 1.0-1.5 km. Deposition slowed or ceased during 100-90 Ma, with significant uplift occurring during 85-40 Ma, especially rapid during 70-40 Ma. The tectonic-thermal history has influenced hydrocarbon generation, with both Middle and Upper Jurassic source rocks experiencing early hydrocarbon generation during the Late Jurassic-Early Cretaceous. In the central depression, erosion thickness was thinner in the Lower Cretaceous-Eocene, while deposition thickness was thicker in the Oligocene-Quaternary, leading to higher present-day strata temperatures and favoring late hydrocarbon generation. Exploration efforts for potential accumulation should focus on areas surrounding hydrocarbon generation depressions.

Key words: Eastern Sub-basin, apatite fission track, vitrinite reflectance, tectonic-thermal history, hydrocarbon generation action

中图分类号:

刘金萍, 王改云, 简晓玲, 朱传庆, 胡小强, 袁晓蔷, 王超. 北黄海东部次盆地构造热机制与成烃效应[J]. 地学前缘, 2024, 31(4): 206-218.

LIU Jinping, WANG Gaiyun, JIAN Xiaoling, ZHU Chuanqing, HU Xiaoqiang, YUAN Xiaoqiang, WANG Chao. Tectono-thermal mechanism and hydrocarbon generation action in the North Yellow Sea Eastern Sub-basin[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(4): 206-218.

图/表 14

图1 东部次盆地地理位置图(a)及构造区划图(b)

Fig.1 Location map (a) and tectonic zoning map (b) of the Eastern sub-basin

表1 东部次盆地AFT测试分析数据

Table 1 AFT analysis data in the Eastern sub-basin

原样号	深度/m	层位	n	ρ_s/(10⁵·cm^-2) (N_s)	ρ_i/(10⁵·cm^-2) (N_i)	ρ_d/(10⁵·cm^-2) (N)	P(x²)/ %	(中值年龄 ±1σ)/Ma	(池年龄 ±1σ)/Ma	(L±σ)/μm (N)
NYS3-AF1	1 220	E₃	28	3.670 (671)	11.885 (2 173)	16.757 (8 116)	63.8	101±7	101±7	12.4±1.9 (102)
NYS3-AF2	4 646	J₂	33	0.455 (55)	10.272 (1 242)	16.976 (8 116)	75.9	15±2	15±2
NYS3-AF3	2 725	J₃	28	0.709 (149)	3.925 (825)	17.197 (8 116)	97.1	61±6	61±6	12.0±2.2 (63)
NYS3-AF4	2 603	J₃	27	0.488 (69)	2.474 (350)	17.528 (8 116)	91.8	67±10	67±10
NYS3-AF5	2 298	K₁	28	2.456 (948)	11.828 (4 566)	18.520 (8 116)	45.2	75±5	75±5	12.0±1.6 (108)
NYS1-AF6	1 600	E₃	28	3.986 (549)	14.464 (1 992)	17.417 (8 116)	100	93±6	93±6	12.0±2.1 (104)
NYS1-AF7	2 619	J₃	28	1.129 (332)	3.643 (1 071)	17.197 (8 116)	62.2	104±8	104±8	12.2±1.9 (106)
NYS1-AF8	2 544	K₁	30	0.876 (110)	4.123 (518)	16.976 (8 116)	100	70±8	70±8	10.8±2.9 (20)
NYS1-AF9	2 421	K₁	15	5.116 (433)	17.451 (1 477)	16.757 (8 116)	27.1	96±7	96±8	11.9±1.6 (58)
NYS2-AF10	1 000	E₃	19	4.942 (410)	23.456 (1 945)	16.757 (8 116)	12.3	69±6	69±5	12.1±2.0 (57)
NYS7-AF11	3 685	K₁	28	2.45 (642)	18.274 (4 789)	18.52 (8 116)	0	49±6	49±3	10.5±2.1 (93)

图2 东部次盆地镜质体反射率与深度关系

Fig.2 Vitrinite reflectance vs. depth in the Eastern sub-basin

图3 东部次盆地AFT表观年龄和平均长度分布图

Fig.3 Distribution of apparent age and average length of AFT in the Eastern sub-basin

图4 东部次盆地AFT实测径迹长度和模拟径迹长度图

Fig.4 Measured and simulated track length distribution of all samples in the Eastern sub-basin

表2 研究区油层温度实测数据表

Table 2 Measured oil reservoir temperature data in the Eastern sub-basin

井号	深度/m	油层温度/℃
NYS3	2 921~2 959	86.2
NYS3	2 699~2 718	80.5
NYS1	2 323~2 351	68.0
NYS1	2 615~2 625	72.0
NYS2	2 947~2 964	84.1
NYS2	3 040~3 081	84.5

图5 NYS3井和D1井最高古地温法恢复结果

Fig.5 Reconstructed results of maximum paleotemperature using the highest paleotemperature method in NYS3 and D1 wells in the Eastern sub-basin

图6 东部次盆地NYS3-AF1样品的热史模拟

Fig.6 Thermal simulation result of sample NYS3-AF1in the Eastern sub-basin

图7 东部次盆地NYS3-AF3和AF5样品的热史模拟

Fig.7 Thermal simulation results of samples NYS3-AF3 and AF5 in the Eastern sub-basin

图8 东部次盆地NYS1-AF6、AF7、AF8、AF9、NYS2-AF10、NYS7-AF11样品热史模拟

Fig.8 Thermal simulation results of samples NYS1-AF6、AF7、AF8、AF9、NYS2-AF10、NYS7-AF11 in the Eastern sub-basin

图9 东部次盆地NYS3井AF3、AF5样品热史联合模拟结果

Fig.9 Combined thermal modeling history of sample NYS3-AF3、AF5 in the Eastern sub-basin

图10 东部次盆地热流演化图

Fig.10 Evolution of heat flow in the Eastern sub-basin

图11 NYS3井地层温度史及烃源岩热演化史

Fig.11 Temperature and thermal evolution history of source rocks in well NYS3

图12 NYS7井地层温度史及烃源岩热演化史

Fig.12 Temperature and thermal evolution history of source rocks in well NYS7

参考文献 44

[1]	邱楠生, 常健, 冯乾乾, 等. 我国中西部盆地深层-超深层烃源岩热演化研究[J]. 地学前缘, 2023, 30(6): 199-212. DOI
[2]	左银辉, 马维民, 邓已寻, 等. 查干凹陷中、新生代热史及烃源岩热演化[J]. 地球科学: 中国地质大学学报, 2013, 38(3): 553-560.
[3]	高堋, 胡圣标, 姜光政, 等. 沉积盆地热历史研究方法的基本原理与进展[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 65-78. DOI
[4]	胡圣标, 张容燕, 罗毓晖, 等. 渤海盆地热历史及构造-热演化特征[J]. 地球物理学报, 1999, 42(6): 748-755.
[5]	任战利, 于强, 崔军平, 等. 鄂尔多斯盆地热演化史及其对油气的控制作用[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 137-148. DOI
[6]	李庶波, 王岳军, 吴世敏. 珠江口盆地中—新生代热隆升格局的磷灰石和锆石裂变径迹反演[J]. 地学前缘, 2018, 25(1): 95-107. DOI
[7]	邱楠生, 左银辉, 常健, 等. 中国东西部典型盆地中—新生代热体制对比[J]. 地学前缘, 2015, 22(1): 157-168. DOI
[8]	何将启, 丁汝鑫, 梁世友, 等. 基于磷灰石裂变径迹约束的北黄海盆地热演化研究[J]. 地球物理学报, 2014, 57(10): 3347-3353. DOI
[9]	刘金萍, 王改云, 杜民, 等. 北黄海盆地东部坳陷中生界烃源岩特征[J]. 中国海上油气, 2013, 25(4): 12-16.
[10]	MASSOUD M S, KILLOPS S D, SCOTT A C, et al. Oil source rock potential of the lacustrine Jurassic Sim UuJu Formation, West Korea Bay Basin Part Ⅰ: oil source rock correlation and environment of deposition[J]. Journal of Petroleum Geology, 1991, 14(4): 365-386.
[11]	MASSOUD M S, SCOTT A C, KILLOPS S D, et al. Oil source rock potential of the lacustrine Jurassic Sim UuJu Formation, West Korea Bay Basin Part Ⅱ: nature of the organic matter and hydrocarbon-generation history[J]. Journal of Petroleum Geology, 1993, 16(3): 265-284.
[12]	刘金萍, 王嘹亮, 简晓玲, 等. 北黄海盆地中生界原油特征及油源初探[J]. 新疆石油地质, 2013, 34(5): 515-518.
[13]	王改云, 刘金萍, 王后金, 等. 北黄海盆地东部坳陷中生界沉积特征及演化[J]. 沉积学报, 2015, 33(3): 561-567.
[14]	杜民, 王后金, 王改云, 等. 北黄海盆地东部坳陷中新生代的叠合盆地特征及其成因[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2016, 36(5): 85-96.
[15]	李文勇, 李东旭, 夏斌, 等. 北黄海盆地构造演化特征分析[J]. 现代地质, 2006, 20(2): 268-276.
[16]	李文勇, 曾祥辉, 黄家坚. 北黄海中、新生代盆地: 残留盆地还是叠合盆地?[J]. 地质学报, 2009, 83(9): 1269-1275.
[17]	LIU J P, WANG L L, JIAN X L, et al. Analyzing geochemical characteristics and hydrocarbon generation history of the Middle and Upper Jurassic source rocks in the North Yellow Sea Basin[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2015, 126: 141-151.
[18]	邱楠生, 何丽娟, 常健, 等. 沉积盆地热历史重建研究进展与挑战[J]. 石油实验地质, 2020, 42(5): 790-802.
[19]	任战利. 中国北方沉积盆地构造热演化史研究[M]. 北京: 石油工业出版社, 1999.
[20]	邱楠生, 胡胜标, 何丽娟. 沉积盆地热体制研究的理论与应用[M]. 北京: 石油工业出版社, 2004.
[21]	吕希学. 渤海湾盆地临清坳陷东部热演化历史和成烃史[J]. 地质科学, 2006, 41(4): 676-687.
[22]	邱楠生, 苏向光, 李兆影, 等. 济阳坳陷新生代构造-热演化历史研究[J]. 地球物理学报, 2006, 49(4): 1127-1135.
[23]	任战利, 崔军平, 祁凯, 等. 叠合盆地深层、超深层热演化史恢复理论及方法研究新进展[J]. 西北大学学报(自然科学版), 2022, 52(6): 910-929.
[24]	丁超, 陈刚, 李振华, 等. 鄂尔多斯盆地东北部构造热演化史的磷灰石裂变径迹分析[J]. 现代地质, 2011, 25(3): 581-588, 616.
[25]	吕钊, 许展, 庞建章, 等. 内蒙古白乃庙铜金矿区侵入岩锆石和磷灰石裂变径迹年代学及其地质意义[J]. 地学前缘, 2023, 30(3): 386-398. DOI
[26]	ARMSTRONG P A. Thermochronometers in sedimentary basins[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2005, 58(1): 499-525.
[27]	BARKER C E, GOLDSTEIN R H. Fluid-inclusion technique for determining maximum temperature in calcite and its comparison to the vitrinite reflectance geothermometer[J]. Geology, 1990, 18(10): 1003-1006.
[28]	刘金萍, 王改云, 王嘹亮, 等. 北黄海东部次盆地油气成藏主控因素[J]. 石油与天然气地质, 2015, 36(6): 888-896.
[29]	胡圣标, 张容燕, 周礼成. 油气盆地地热史恢复方法[J]. 勘探家, 1998, 3(4): 52-54.
[30]	佟彦明, 朱光辉. 利用镜质体反射率恢复地层剥蚀量的几个重要问题[J]. 石油天然气学报, 2006, 28(3): 197-199.
[31]	余武, 沈传波, 杨超群. 秭归盆地中新生代构造-热演化的裂变径迹约束[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 116-126. DOI
[32]	朱传庆, 邱楠生, 曹环宇, 等. 四川盆地东部构造-热演化: 来自镜质体反射率和磷灰石裂变径迹的约束[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 94-104. DOI
[33]	LASLETT G M, GREEN P F, DUDDY I R, et al. Thermal annealing of fission tracks in apatite 2. a quantitative analysis[J]. Chemical Geology: Isotope Geoscience Section, 1987, 65(1): 1-13.
[34]	KETCHAM R A, DONELICK R A, CARLSON W D. Variability of apatite fission-track annealing kinetics III, extrapolation to geological time scales[J]. American Mineralogist, 1999, 84(9): 1235-1255.
[35]	罗梦, 朱文斌, 郑碧海, 等. 库车盆地中新生代构造演化: 磷灰石裂变径迹证据[J]. 地球科学: 中国地质大学学报, 2012, 37(5): 893-902.
[36]	任战利, 崔军平, 郭科, 等. 鄂尔多斯盆地渭北隆起抬升期次及过程的裂变径迹分析[J]. 科学通报, 2015, 60(14): 1298-1309.
[37]	KETCHAM R A, CARTER A, DONELICK R A, et al. Improved modeling of fission-track annealing in apatite[J]. American Mineralogist, 2007, 92(5/6): 799-810.
[38]	王嘉琦, 李宗星, 刘奎. 柴达木盆地东部燕山期剥蚀量恢复: 来自地球物理和低温热年代学的证据[J]. 地学前缘, 2022, 29(4): 371-384. DOI
[39]	田云涛, 朱传庆, 徐明, 等. 晚白垩世以来川东北地区的剥蚀历史: 多类低温热年代学数据综合剖面的制约[J]. 地球物理学报, 2011, 54(3): 807-816.
[40]	GALLAGHER K. Transdimensional inverse thermal history modeling for quantitative thermochronology[J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117(B2): B02408.
[41]	VERMEESCH P, TIAN Y T. Thermal history modelling: HeFTy vs. QTQt[J]. Earth-Science Reviews, 2014, 139: 279-290.
[42]	任战利, 刘池阳, 张小会, 等. 酒泉盆地群热演化史恢复及其对比研究[J]. 地球物理学报, 2000, 43(5): 635-645.
[43]	龚浩, 朱传庆, 徐明, 等. 四川盆地西北地区热流史及烃源岩演化[J]. 地球物理学进展, 2010, 25(3): 1031-1036.
[44]	崔军平, 任战利, 李金翔, 等. 海拉尔盆地呼伦湖凹陷热演化史恢复[J]. 石油与天然气地质, 2015, 36(1): 35-42.

北黄海东部次盆地构造热机制与成烃效应

Tectono-thermal mechanism and hydrocarbon generation action in the North Yellow Sea Eastern Sub-basin

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 44

相关文章 4

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	任战利，于强，崔军平，祁凯，陈占军，曹展鹏，杨鹏. 鄂尔多斯盆地热演化史及其对油气的控制作用[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 137-148.
[2]	朱传庆，邱楠生，曹环宇，刘一锋，江强. 四川盆地东部构造热演化：来自镜质体反射率和磷灰石裂变径迹的约束[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 94-104.
[3]	宋鹰, 张俊霞, Andrei Stepashko, 袁万明, 丛旭日. 基于核密度估计的碎屑颗粒年龄分析及应用:松辽盆地构造事件定年[J]. 地学前缘, 2016, 23(4): 265-276.
[4]	陈宣华; 马宗晋; 蒋荣宝; 万景林; 徐刚; 姜梅; 陈丹红;. 拉斯曼丘陵新生代剥露作用的裂变径迹证据 [J]. 地学前缘, 2007, 14(6): 175-188.