华北盆地埋藏地貌面与油气藏

崔俊辉,吴 忱,陈利江,刘芳圆,赵艳霞,秦彦杰,白 洁

(1.河北省科学院地理科学研究所,河北石家庄 050011;2.河北政法职业学院,河北石家庄 050061）

华北盆地埋藏地貌面与油气藏

崔俊辉1,吴 忱1,陈利江1,刘芳圆1,赵艳霞1,秦彦杰1,白 洁2

(1.河北省科学院地理科学研究所,河北石家庄 050011;2.河北政法职业学院,河北石家庄 050061）

华北盆地白垩纪以来的地层中蕴藏着8个不同尺度的地文期。每个地文期都由初期的侵蚀面—河床滞留物质、早期的粗粒物质、中—晚期的细粒物质和末期的风化壳组成。华北盆地有2个埋藏地貌面——准平原和风化壳,分别位于基底拗陷区和基底隆起区的基岩面上。溶洞、孔洞、孔隙、裂隙十分发育的地貌面与地文期初期的侵蚀面、早期的粗粒物质堆积相互重叠的地区,为石油、天然气的储集提供了理想的场地。

华北盆地;埋藏地貌面;石油天然气;地文期;准平原

最新研究成果表明,华北盆地白垩纪以来的地层中蕴藏着8个不同尺度的地文期(可与华北山地地文期对比）,每个地文期都由下半部的河床亚相粗粒物质和上半部的河、湖相或湖沼相的细粒物质组成,底部是地文期初期形成的侵蚀面与河床滞留物质,顶部是地文期末期形成于地貌面上的风化面。地文期上半部的河、湖相物质为石油、天然气(主要指生物气和石油伴生气,下同）的生成奠定了物质基础。溶洞、孔洞、孔隙、裂隙十分发育的地貌面(主要指夷平面及风化壳,下同）与地文期初期的侵蚀面(包括河床滞留物质,下同）、早期的粗粒物质堆积重叠分布的地区,为石油、天然气的储集提供了理想的场地。本文从华北盆地地文期的划分及地貌面的形成和结构特征分析华北盆地埋藏地貌面为油气的生成与储存提供的有利条件。

1 华北盆地的地文期

地文期是地貌发育演化的阶段或周期。依据侵蚀面(地层中的不整合面）及面上的河床滞留物质(多数情况下与河床亚相砂砾石堆积混在一起,不易区分）、二元沉积结构以及残存的埋藏准平原(可溶岩地区为岩溶洞穴）和风化壳(或古土壤）,华北盆地新生代地层中蕴藏着8个不同尺度的地文期(可与华北山地的地文期对比）,分别是:1）白垩纪大地文期,在华北山地是北台期侵蚀,在华北盆地是卢沟桥、无极期堆积;2）新生代大地文期,包括古近纪中地文期(在华北山地是甸子梁期侵蚀,在华北盆地是孔店、沙河街期堆积）和新近纪中地文期(在华北山地是唐县期侵蚀,在华北盆地是馆陶、明化镇期堆积）;3）第四纪中地文期,包括早更新世小地文期(在华北山地是汾河期侵蚀,在华北盆地是固安期堆积）和中更新世小地文期(在华北山地是湟水期侵蚀,在华北盆地是杨柳青期堆积）;4）晚更新世以后小地文期,包括晚更新世微地文期(在华北山地是清水期侵蚀,在华北盆地是欧庄期堆积）、早-中全新世微地文期(在华北山地是板桥期侵蚀,在华北盆地是杨家寺、高湾期堆积）和晚全新世微地文期(在华北山地是段曲期侵蚀,在华北盆地是岐口期堆积）[1-3]。

地文期初期的侵蚀面在华北山地及华北盆地普遍发育。地文期的早期,在华北山地以溯源侵蚀-深向切割为主,形成侵蚀谷;在华北盆地形成河流相的粗粒物质堆积。地文期的中、晚期,在华北山地以侧蚀夷平-谷坡后退为主,形成准平原;在华北盆地形成河、湖相或湖、沼相的细粒物质堆积。地文期的末期,在准平原面上发育了风化壳,在堆积面上发育了古土壤。

数个低尺度的地文期组成了一个高尺度的地文期,如新生代大地文期包括2个已发育完结和1个未发育完结的中地文期,第四纪中地文期包括2个已发育完结和1个未发育完结的小地文期。华北盆地古近纪中地文期中的沙四、三段,大致可分出10个各厚100～200 m的沉积旋回。早更新世小地文期的固安组堆积中,在河北平原又可分出5个各厚20～50 m的沉积旋回。它们都可能是该地文期中的低一级地文期。由于研究深度不够,对于这种低一级的地文期,现在还不能划分和命名。

2 华北盆地的地貌面

地貌面是地貌发育演化阶段或周期终结的面。一般,地文期的初期是形成地层面(即地层不整合面）的时期,中、晚期是形成地貌面的时期。该地貌面在抬升的基岩山区为准平原(非可溶岩地区）或溶蚀平原(可溶岩地区）;在拗陷的堆积盆地为细粒物质堆积及其所形成的地貌面(包括扇状地面、河湖堆积面、海积面等）。

在抬升的山地,地文期初期的线状侵蚀面往往会被地文期末期的面状准平原代替,因此只见夷平面(准平原被抬升到山地顶部后称为山地夷平面）,不见侵蚀面。相反,在拗陷的盆地,由于后一个地文期的初期侵蚀会把前一个地文期末期的地貌面侵蚀掉,进而被后一个地文期初期的侵蚀面代替,因此多见侵蚀面(地层不整合面）,少见堆积面。

华北盆地是新生代以来在白垩纪大地文期末期准平原——华北准平原的基础上形成的构造盆地。其中,始新世初期的喜马拉雅造山运动第一幕,由于差异升降,基底拗陷(如冀中拗陷）中的断陷地区是幼年期的裂谷式填充堆积,基底拗陷中的抬升地区(如冀中拗陷数个裂谷之间的隆起）和基底隆起(如沧州隆起）仍然遭受着不同程度的侵蚀、剥蚀。始新世晚期至渐新世,断陷扩大成拗陷,各基底拗陷中的小型隆起也开始下降形成盆地,为壮年期的盆地堆积。基底隆起等仍然遭受着侵蚀、剥蚀。从新近纪初期开始,由于喜马拉雅造山运动第二幕的驱动,包括所有基底拗陷与基底隆起的华北盆地整体沉陷,开始了老年期的平原加积阶段,直至现在。

在古近纪中地文期初期幼年期的裂谷堆积中,由于快速堆积,裂谷底部还保存着白垩纪大地文期末期的地貌面——北台期准平原(也称华北准平原,可溶岩地区为溶蚀平原）及面上的风化壳——夏家山期风化壳。裂谷边缘斜坡超覆堆积的地区,也保存着同样的准平原(或溶蚀平原）和风化壳。快速堆积物质则是孔店组底部的(孔三段）河床亚相砂砾石,砂砾石之上则是古近纪中地文期中、晚期(孔店组二、一段及沙河街组、东营组）的河、湖相和湖泊相的细粒物质堆积。末期,在隆起地区(如沧州隆起、埕宁隆起等）的基岩面上生成了甸子梁期准平原及平原面上的风化壳——将军庙期风化壳,可溶岩地区为溶蚀盆地。拗陷盆地(如冀中拗陷、黄骅拗陷等）堆积物的表面则是各种堆积面——扇状地面、泛滥平原面、湖沼相的粘土面及海积面。

虽然新近纪中地文期初期的强烈侵蚀几乎把古近纪中地文期末期的地貌面全部侵蚀掉,但在沧州、埕宁等隆起的基岩面上仍会有少量准平原及其上的风化壳残留。新近纪中地文期初期的侵蚀面上,堆积了30多m厚的河床亚相砾石层——馆陶组下半部的燧石砾石层,其上覆盖了馆陶组上部和明化镇组河、湖相细粒物质堆积。

受喜马拉雅造山运动第三幕——新构造幕的驱动,第四纪初期的强烈侵蚀使华北盆地地层形成了沉积间断,造成了大面积、大尺度的上新世上部和早更新世底部的地层缺失,因而新近纪中地文期末期的地貌面几乎被侵蚀殆尽,早更新世底部的地层不整合面及面上的河床亚相砂砾石堆积代替了新近纪中地文期末期的地貌面,其上又堆积了固安组河、湖相细粒物质。同样,中更新世、晚更新世、早-中全新世地文期末期的地貌面也大部遭到了侵蚀破坏,分别被其后一个地文期初期的侵蚀面及面上的粗粒物质代替。只有晚更新世的山前洪积扇面和晚全新世的冲积扇-泛滥平原面、滨海平原面仍残留在地面上,构成了现在的平原地貌[4]。

综上所述可看出,华北盆地仍保留有如下地貌面(图1）:1）白垩纪大地文期末期(北台期）的华北准平原面,包括非可溶岩地区的准平原、可溶岩地区的溶蚀平原以及平原上的风化壳(夏家山期风化壳）,主要分布在基底拗陷区的底部,包括裂谷底部、裂谷斜坡上和裂谷之间隆起的顶部,如冀中拗陷、黄骅拗陷、济阳拗陷等底部基岩面上。2）古近纪中地文期末期(甸子梁期）的准平原面,包括非可溶岩地区的准平原、可溶岩地区的溶蚀平原以及平原上的风化壳(将军庙期风化壳）,主要分布在基底隆起区的顶部,如沧州隆起、埕宁隆起、内黄隆起等顶部基岩面上。3）晚更新世和晚全新世微地文期末期的洪积扇面、冲积扇-冲积平原面和滨海平原的泻湖-三角洲面及海积面。上述3期地貌面中的前两期已被盆地堆积物掩埋,所以称为埋藏地貌面;第3期出露于地表,是地貌面。

因为北台期地貌面是大地文期末期面,形成时间长(约80 M a）,甸子梁期地貌面是中地文期末期面,形成时间较长(约20～30 M a）,所以,北台期地貌面比甸子梁期地貌面更加发育,表现为裂隙和岩溶的深度深,风化壳的厚度厚。

3 华北盆地埋藏地貌面与油气藏

油气藏的形成是十分复杂的油气运移和聚集的过程,与盆地的构造演化、环境变化、沉积历史和沉积相分异、地貌过程等密切相关,因而在油气藏的类型中就有构造油气藏、非构造油气藏、水动力圈闭油气藏和混合油气藏之分。在非构造油气藏中又有岩性油气藏和地层油气藏之别。在岩性油气藏中又有砂岩上倾尖灭油气藏、古河道砂岩油气藏、粘土或碳酸盐岩裂隙和层间裂缝油气藏。在地层油气藏中又有不整合油气藏、地层超复油气藏和各种岩石的古潜山油气藏等多种类型[5]。

图1 华北盆地埋藏地貌面横向分布示意Fig.1 Section of embedding geomorphic surface in North China Basin

笔者认为,华北盆地埋藏地貌面主要为地层、岩性油气藏提供了理想场地。其中,地层不整合和地层超复油气藏可能与地文期初期的侵蚀面及面上的河床滞留物质有关。各种岩石的古潜山油气藏可能与基岩表面的埋藏地貌面——准平原及其上的风化壳有关。其中,可溶岩石的地貌面主要是孔洞、溶洞发育的岩溶地貌。砂岩上倾尖灭和古河道砂岩油气藏可能均与地文期早期的河流相粗粒物质有关。粘土或碳酸盐岩裂隙和层间裂缝油气藏很可能是还没有被后一个地文期的初期侵蚀全部侵蚀掉的前一个地文期末期的堆积面的残迹,因为地文期的末期是气候较热,干、湿交替明显,容易生成泥裂的时期。

(1）白垩纪及古、新近纪地文期上半部的细粒物质为石油、天然气的形成奠定了物质基础。白垩纪及古、新近纪地文期上半部的细粒物质均是河、湖相物质,其中尤以古近纪地文期中的孔店组上部、沙河街组、东营组湖泊面积大、湖水深、时间长,从浅湖到深湖再到浅湖,几乎涉及华北盆地中的所有基底拗陷盆地,成湖期长达25 Ma左右,暗色泥岩连片分布,中高等植物含量高,生油层母质以混合型和腐殖型为主,地温梯度高,热演化程度高,除少量拗陷的个别含油组、段外,大部分拗陷的有机质丰度均达到了生油岩指标,是华北盆地的重点生油层位[6-9]。新近纪地文期上半部的细粒物质(馆陶组上部和明化镇组）也是河、湖相,由于成湖期短、湖水浅,尤其是埋藏浅、温度低、热演化程度低,所以即便是有腐殖型的成油母质,也不能生成石油,但可能会生成一些生物天然气。

(2）白垩纪地貌面与古近纪地文期下半部的粗粒物质为石油、天然气的新生古储提供了理想场地。白垩纪地貌面在基底拗陷区的底部是基岩面上的准平原——北台期准平原(可溶岩地区为岩溶平原）及其表层的风化壳——夏家山期风化壳。准平原表面的溶洞、孔洞、孔隙、裂隙十分发育,深可达数十米,其上的风化壳厚度也达20～30 m,最厚可达70 m。再上是古近纪地文期初期的侵蚀面——地层不整合面及下半部的粗粒物质,是理想的下渗通道。这种地层-岩性组合为古近纪油层的新生古储提供了理想场地,也即华北盆地产油气最多的古潜山油气藏[7-9]。

(3）古近纪中地文期中次一级地文期下半部的河流相砂体为古近纪油层的自生自储提供了理想场地。古近纪中地文期中又由数个、乃至数十个次一级地文期组成,下半部均为河流相砂体或入湖三角洲砂体以及湖水退缩时期的湖滨砂体,多为中、细砂,物性较好,上、下均有湖相细粒物质封堵,因此为古近纪生油层的自生自储提供了场地。但油气藏层较薄是其不足。

(4）古近纪地貌面与新近纪地文期下半部的粗粒物质为石油、天然气的下生上储提供了理想场地。古近纪地貌面在基底隆起区的顶部是基岩面上的准平原——甸子梁期准平原(可溶岩地区为溶蚀盆地）及其表层的风化壳——将军庙期风化壳。准平原表面的溶洞、孔洞、孔隙、裂隙及表层风化壳虽然不如北台面发育,但也有一定深度和厚度。再上是新近纪地文期初期的侵蚀面——地层不整合面及下半部的粗粒物质,是理想的下渗通道。所以该地层-岩性组合为古近纪油层的下生上储提供了理想场地,其中的准平原和风化壳也构成了古潜山油气藏[7-9]。

目前,华北平原还没有在基底隆起区打过勘探井,尚无有关该古潜山油气藏的资料。本文主要根据地文期与地貌面研究成果进行推测,可以试钻检验。

(5）新近纪地文期下半部的粗粒物质为热解气的下生上储和生物气的自生自储提供了理想场地。新近纪地文期(包括其中的次一级地文期）下半部的河流相物质——除去馆陶组下半部的燧石砾石层之外的河流相物质,下部有新近纪地文期初期侵蚀面(地层不整合面）和面上燧石砾石层的上渗通道,上部有各地文期上半部的细粒物质为盖层,因此,为古近纪热解气(石油伴生气）的下生上储和新近纪生物气的自生自储提供了理想场地[6,8]。

4 结语

油气藏的形成与圈闭十分复杂。本文只给出了地文期中的不同沉积相和埋藏地貌面与石油、天然气储集的关系,只为其提供了理想的场地,而不是油气藏;是否形成了油气藏,还要看是否有与其相匹配的生、储、盖的空间和运、圈、保的时间[10]。本文即便是给出了油、气储集的理想场地,也属于一家之言,很不全面,仅供参考。

[1] 吴忱,马永红,张秀清,等.华北山地地形面地文期与地貌发育史[M].石家庄:河北科学技术出版社,1999.147-179.

[2] 吴忱,刘剑峰.华北地文期命名之新见[J].地理与地理信息科学,2005,21(3）:101-104.

[3] 吴忱.华北地貌环境及其形成演化[M].北京:科学出版社, 2008.453-463.

[4] 吴忱,赵明轩.华北平原的古河流地貌[A].吴忱,等.华北平原古河道研究[C].北京:中国科学技术出版社,1991.115-131.

[5] 胡见义,徐树宝,童晓光,等.中国陆相盆地油气藏类型及其成因特征[A].中国石油学会石油地质委员会.中国油气藏研究[C].北京:石油工业出版社,1990.27-41.

[6] 戚厚发,戴金星.我国天然气成因类型及聚集特征概述[A].中国石油学会石油地质委员会.中国油气藏研究[C].北京:石油工业出版社,1990.42-49.

[7] 吴华元,吴绝龙.冀中拗陷油气藏的成因与分布特征[A].中国石油学会石油地质委员会.中国油气藏研究[C].北京:石油工业出版社,1990.105-116.

[8] 大港油田石油地质志编辑委员会.中国石油地质志(卷四）:大港油田[M].北京:石油工业出版社,1996.114-299.

[9] 华北油田石油地质志编辑.中国石油地质志(卷五）:华北油田[M].北京:石油工业出版社,1998.127-333.

[10] 包茨,唐泽尧.四川盆地油气藏的形成和分布[A].中国石油学会石油地质委员会.中国油气藏研究[C].北京:石油工业出版社,1990.142-152.

Discussion on Correlation of Embedding Geomorphic Surface and Petroleum and Natural Gas Reservior in North China Basin

CU IJun-hui1,WU Chen1,CHEN Li-jiang1,L IU Fang-yuan1,ZHAO Yan-xia1,Q IN Yan-jie1,BA IJie2
(1.Institute of Geographical Sciences,Hebei Academ y of Sciences,Shijiazhuang 050011;
2.Hebei Polytechnic College of Political Science and Law,Shijiazhuang 050061,China）

The stratum of No rth China Basin since Cretaceous contain 8 physiographic periodsof different scale.Each of them is made up of detained corrosive surface-riverbed substance in early days and thick-granule substance in early stage and thin-granule substance in middle-later stage and weathering crust in last stage.There are two embedding geomo rphic surfaces in North China Basin,namely,penep lain and weathering crust,w hich located on bedrock surfaces of floo r dow nwarping region and floor upwelling region respectively.The geomorphic surfacesw hich develop solution holes and cavern and po re space and fissure very much as well as co rrosive surfaces in early stage of physiographic period and regions of overlapped thick-granule substance cumulation p rovided perfect fields fo r concentration and storage of petroleum and natural gas.It embodies in five aspects as follow s:1）The granule in Cretaceous,Paleogene and the upper half of Neogene established the basis fo r fo rmation of petroleum and natural gas;2）The coarsematerial in Cretaceous geomorphic surface and the lower half of Paleogene p rovided perfect fields fo r new-p roduction and ancient-deposition of petroleum and natural gas;3）The fluvial sand body in the lower half of the hypophysiographic period of Paleogene p rovided perfect fields fo r self-p roduction and self-deposition of Paleogene oil layer;4）The coarse material in Paleogene geomo rphic surface and the lower half of Neogene physiographic period p rovided perfect fields fo r bottom-p roduction and top-deposition of petroleum and natural gas;5）The coarsematerial in the lower half of Neogene physiographic period p rovided perfect fields fo r bottom-p roduction and top-deposition of pyrolytic gas and fo r self-p roduction and selfdeposition of biogas.

No rth China Basin;embedding geomorphic surface;petroleum and natural gas;physiographic period;penep lain

P931

A

1672-0504(2010）02-0058-04

2010-01-06

河北省自然科学基金项目(D2008001160）

崔俊辉(1969-）,男,硕士,主要研究方向为古地貌与古河道。E-mail:tsuay123@163.com