华北地台东西部中新元古界生烃条件比较研究

林玉祥，李晓凤，闫晓霞，郭凤霞，刘 虎，李秀芹

(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590)

华北地台东西部中新元古界生烃条件比较研究

林玉祥，李晓凤，闫晓霞，郭凤霞，刘 虎，李秀芹

(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590)

通过对华北地台中新元古界有机质丰度、类型、热演化程度以及生烃演化史等的分析，全面对比了以蒙陕裂陷槽为代表的华北地台西部和以冀辽裂陷槽为代表的华北地台东部中新元古界的生烃条件，结果表明，冀辽裂陷槽中新元古界烃源岩有机质丰度高、类型好，为优质烃源岩；蒙陕裂陷槽中新元古界烃源岩有机质丰度低，尽管类型也较好，烃源岩仅为中等-偏差。华北地台东、西部中新元古界现今热演化程度较为接近，但其热演化过程差异较大，东部自晚古生代以后持续抬升，上覆地层剥蚀殆尽；西部则持续沉降，至中生代方达到最高演化程度。总体看来，华北地台中新元古界有利生烃区首推冀辽裂陷槽，其次为蒙陕裂陷槽和豫陕裂陷槽。

生烃条件；热演化史；中新元古界；蒙陕裂陷槽；豫陕裂陷槽；冀辽裂陷槽；华北地台

中新元古代，华北地台区形成了一系列裂陷槽，其中冀辽裂陷槽作为华北地台东部主要沉积区，规模最大，发育了一套海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积序列，其中以冀北地区最为典型[1-2]。冀辽裂陷槽烃源岩有机质丰度高、有机质类型好，生烃能力强，资源潜力大[3-5]。蒙陕裂陷槽位于华北地台西部，在古生界和中生界地层中发现了大量油气资源，是我国重要的油气盆地[6-8]。随着勘探程度不断深入，蒙陕裂陷槽中新元古界的油气勘探也日益得到重视。本文通过冀辽裂陷槽、蒙陕裂陷槽和豫陕裂陷槽的比较研究，对华北地台中新元古界的生烃条件进行了综合评价。

1 地层及烃源岩展布特征

中新元古界形成于太古界和古元古界结晶岩系之上，由一套未变质或轻微变质的局限海相富镁碳酸盐岩夹碎屑岩组成，厚度巨大，但在华北地台内分布范围较为局限。天津蓟县剖面为中新元古界的标准剖面[9-10]，自下而上包括长城系、蓟县系、青白口系和震旦系(图1)。

图1 华北地台中新元古界地层划分与对比

1.1 地层特征

冀辽裂陷槽的中新元古界主要由长城系、蓟县系、青白口系组成，缺失震旦系(图1)。长城系和蓟县系岩性以碳酸盐岩为主，碎屑岩次之，地层序列完整，与下伏太古界遵化群不整合接触，属稳定地台型沉积。青白口系由下部以碎屑岩为主和上部以碳酸盐为主的海相沉积组成。震旦系在大部分地区缺失，仅在华北地台边缘的局部地区存在，为一套海相碎屑岩。

蒙陕裂陷槽缺失青白口系。长城系主要为紫红色、灰白色等厚层块状石英砂岩、粉红色砾岩，以碎屑岩为主。蓟县系主要为厚层块状白云岩、叠层石白云岩、藻白云岩夹颗粒白云岩及含泥白云岩，以碳酸盐岩为主。震旦系主要为冰碛物沉积。

豫陕裂陷槽长城系由熊耳群组成，主要由一系列陆相喷发的中—基性火山岩组成。蓟县系岩性主要为砂岩，或夹有页岩，北大尖组顶部有一层白云岩。青白口系岩性主要为中粒砂岩、粉砂岩和页岩，崔庄组与北大尖组呈整合接触。震旦系岩性主要为砂砾岩、白云岩、碎屑岩、泥质碳酸盐岩及粉砂质页岩。

1.2 地层展布

华北地台东部中元古界呈北东—北东东向狭窄条带状展布(图2)，沉降中心位于蓟县、平泉、沈阳北部和豫西等地区。蓟县地区中元古界厚近8 000 m；豫陕裂陷槽中元古界厚逾5 000 m。新元古界厚度有较大变化，冀辽地区沉积范围明显缩小(图3)，沉积中心也转移到宣化—怀柔一带；东南部沿郯庐断裂地层展布范围明显扩大，局部地区新元古界厚度超过8 000 m。

图2 华北地台中元古界地层分布

图3 华北地台新元古界地层分布

华北地台西部中元古界厚度比东部小，沉积中心位于地台边缘，厚度可达3 000 m(图2)。到新元古代，随着陆内裂谷转变为大陆边缘坳陷，地层展布范围逐渐缩小，地层变薄，新元古界厚度一般小于400 m(图3)。

1.3 烃源岩展布

冀辽地区中新元古界烃源岩主要包括下马岭组、铁岭组、洪水庄组、雾迷山组和高于庄组。下马岭组沉积中心在宣龙坳陷的新保安一带，暗色泥岩厚度大于300 m，向南向东逐渐变薄，在保定—天津以北尖灭，大部分烃源岩厚度在100～300 m之间(图4)。铁岭组烃源岩厚度多在150～400 m之间，分布范围比下马岭组略大(图5)。洪水庄组烃源岩分布范围略小于下马岭组，有效烃源岩最大厚度近140 m(图6)。雾迷山组在冀北平泉一带厚度超3 000 m，以白云岩为主，有机质丰度低，其中暗色泥岩可为烃源岩。高于庄组烃源岩厚度在房山—蓟县一带超过1 300 m，在冀北宽城一带超过1 100 m，向西、向南两侧逐渐减薄，分布范围大于雾迷山组。

从岩性特征来看，蒙陕裂陷槽蓟县系碳酸盐岩厚度较大(图7)，是该区最具生烃潜力的烃源岩[11]。在陕西陇县峡口以西的景福山、平凉大台子、甘肃华亭马峡和崇信的蓟县系沉积厚800～1 400 m，北秦岭的蓟县系洛南群厚达1 500 m。

豫陕裂陷槽青白口系地层属于滨岸—潮坪相碎屑岩建造，形成了分布较广、沉积厚度较大、层位较稳的崔庄组、三教堂组及洛峪口组3套以泥页岩为主的烃源岩[12]。

图4 冀辽裂陷槽青白口系下马岭组烃源岩分布

图5 冀辽裂陷槽蓟县系铁岭组烃源岩分布

图6 冀辽裂陷槽蓟县系洪水庄组烃源岩分布

图7 蒙陕裂陷槽蓟县系碳酸盐岩分布

对比华北地台东、西部中新元古界烃源岩岩性发现，东部地区有碳酸盐岩和泥页岩两类烃源岩，且泥页岩有机质丰度、生烃潜力高于碳酸盐岩；而西部地区烃源岩以碳酸盐岩为主，碎屑岩基本没有生烃能力。

2 东西部生烃条件及其比较

从有机质丰度、类型和热演化程度等方面对华北地台冀辽裂陷槽、豫陕裂陷槽及蒙陕裂陷槽中新元古界的生烃条件进行比较。发现华北地台东部有机质丰度高、有机质类型好，现今热演化程度在成熟—过成熟阶段之间；西部烃源岩有机质丰度偏低、有机质类型也较好，基本处于过成熟阶段。

2.1 有机质丰度

对冀辽地区烃源岩样品的总有机碳(TOC)、氯仿沥青“A”以及生烃潜量等进行分析，可以得出洪水庄组泥、页岩有机质丰度最高(表1)，TOC最高可达6.1%，为一套好烃源岩；下马岭组泥页岩TOC最高值为16.7%，属于好烃源岩；铁岭组泥页岩虽然TOC也较高，但厚度较薄；铁岭组碳酸盐岩有机质丰度较高，TOC最高值为1.87%，为一套有效油源岩；雾迷山组、高于庄组和串岭沟组有机质丰度较低，但仍有部分样品达到了有效烃源岩标准，例如高于庄组灰岩达到有效气源岩标准的样品占42.1%。

蒙陕裂陷槽的蓟县系有机质丰度低，生烃潜量为0.03～0.06 mg/g，生烃能力比较差(表1)。杭锦后旗中元古界烃源岩样品TOC最高可达4.6%，平均含量2.3%；固阳县长城系暗色泥岩TOC高达1.59%[13]。总体看来，蓟县系埋深大、时代老、有机质演化程度高，为高成熟—过成熟海相碳酸盐岩,可以作为有效气源岩[13]。

豫陕裂陷槽鲁山下汤剖面青白口系崔庄组泥页岩总厚度15.2 m，其生烃潜力较差(表1)[12]。总体来看，豫陕裂陷槽中新元古界有机质丰度较低、烃源岩厚度较小、生油能力较差[14]。

2.2 有机质类型

中上元古界烃源岩的生烃母质以菌藻类等低等生物为主[15]。冀辽地区烃源岩干酪根镜下多呈团块状和球粒状无定形结构，类脂组含量大于60%，类型指数大于40；有机质δ13C为-34‰～-29‰。根据总烃和碳同位素组成的关系(图8)，各套烃源岩样品有机质类型主要分布在Ⅰ型范围内。综合分析认为，冀北坳陷中新元古界有机质类型以Ⅰ型为主，少数为Ⅱ1型。

蒙陕裂陷槽西南缘蓟县系有机质类型为Ⅰ型，镇探1井和宁探1井无定型组分超过95%，惰质组含量极少。

表1 华北地台中新元古界烃源岩特征

图8 冀北坳陷中新元古界烃源岩总烃与碳同位素的关系据刘宝泉等[30]。

豫陕地区青白口系崔庄组烃源岩主要为浅海—半深海沉积的黑色页岩、泥页岩，干酪根类型主要为Ⅰ-Ⅱ1型[12,16-18]。

2.3 有机质热演化程度

冀北地区高于庄组Tmax平均值为492 ℃，大约有72.7%的样品Tmax>475 ℃，处于以生气为主的阶段；有27.3%的样品Tmax<475 ℃，处于凝析油阶段。宽城化1井和平泉雾迷山组顶部岩样沥青反射率(Rb)为0.90%～1.15%，H/C原子比为0.83～1.17，说明该组顶部及上部处于生油阶段；Tmax变化范围为434～550 ℃，平均值为469 ℃，主要处于成熟—高成熟阶段，约有47.6%的样品处于生气阶段。洪水庄组Tmax平均值为453 ℃，略高于铁岭组；Rb变化范围为0.63%～2.66%，大约有85%的样品Rb<1.30%，处于生油阶段。铁岭组Tmax平均值为450 ℃，79.2%的样品Rb<1.30%，75%的样品H/C原子比大于0.70，处于生油阶段。凌源地区靠近辉绿岩的下马岭组样品Rb高达2.47%～3.25%，已达干气阶段，其他地区下马岭组Rb大多为 0.85%～3.36%，约有44%的样品Rb>2.25%；Tmax为421～550 ℃；86.7%的样品H/C原子比小于0.60，已达湿气—干气阶段[19-22]。

各层烃源岩总的变化趋势为：随地质年代的变老和上覆地层厚度的增加，H/C原子比逐渐减小，Tmax逐渐增高，干酪根颜色逐渐加深，即热演化程度逐渐增高。雾迷山组以上地层大多处于以生油为主的阶段，雾迷山组下部及下伏地层高于庄组大约处于凝析油—湿气为主的阶段。但下马岭组页岩由于辉绿岩作用，其热演化程度大大高于下伏地层铁岭组、洪水庄组及雾迷山组，已达以生气为主的阶段。洪水庄组和铁岭组一般处于生油主带的晚期或凝析油带的早期阶段(表1)[23]。

豫陕裂陷槽青白口系与徐淮地区刘老碑组具有对应关系，两地同处于南华北盆地的构造演化环境中，其热演化也具有一致性。徐淮地区刘老碑组Ro为2.5%～4%，有机质处于过成熟阶段，但仍处于生气高峰窗内，可作为有效气源岩；新元古界的烃源岩热解Tmax为445～447 ℃，约有20%的样品Ro<1.3%，处于成熟阶段，其余样品Ro在1.3%～3.01%，处于高成熟—过成熟阶段[13-17]。由此推测，豫陕裂陷槽的有机质也应处于成熟—过成熟阶段。

蒙陕裂陷槽蓟县系碳酸盐岩Rb在2.33%～3.6%，Tmax为472～605 ℃，有机包裹体均一温度为130.2～236.2 ℃，热演化程度高，已达成熟—过成熟阶段[11,24]。

3 东西部生烃过程及其比较

华北地台中新元古界经历了漫长的地质时期、复杂的构造演化和热演化过程[25-30]，同时华北地台东西部在构造、热演化史等方面的差异也造成了东西部生烃过程的差异。

3.1 热演化史与生烃过程

中元古代—二叠纪华北地台为稳定克拉通内部沉降型盆地形成时期[31]，晚古生代末期，华北地台东西分异开始，向独立盆地发展[32]。在二叠纪末期冀辽地区各烃源岩层地温仍低于生油门限值，没有成熟。早中三叠世，各烃源岩层相继进入成熟期，开始生油。进入晚三叠世，由于印支期地台东部遭受强烈的挤压作用，地层抬升，地温有所下降，热演化进程停滞。到侏罗—白垩纪，燕山期的高地温场和断块差异升降促使沉降区热演化程度进一步增高，各烃源岩层才完全进入成熟期或过成熟期[18,22]。

豫陕裂陷槽崔庄组烃源岩有机质热演化成熟期与华北地台东部的下马岭组基本一致，于三叠纪末期全部达到成熟阶段。燕山期构造运动剧烈，岩浆活动频繁，使该地区烃源岩热演化程度增高，进入生气阶段。

蒙陕裂陷槽在早奥陶世缓慢沉降，奥陶纪末大部分地区抬升，此时有机质处于未成熟阶段。石炭纪后盆地持续沉降，二叠纪末有机质热演化具有南高北低的特点，南部地区开始进入成熟期，北部有机质热演化相对较低。三叠纪受印支运动影响，蒙陕裂陷槽发生短暂抬升遭受剥蚀后再次剧烈沉降，盆地热演化加剧，大部分地区有机质达到高成熟或过成熟阶段，进入生气阶段，仅北部局部地区处于低成熟阶段。晚白垩世以后由于燕山期和喜马拉雅期运动，盆地周缘发生断陷，形成现今热演化格局。

3.2 东西部热演化程度比较

从现今有机质热演化程度来看，华北地台东部的有机质基本都处于成熟—过成熟阶段，西部的有机质基本都处于过成熟阶段。东西部中新元古界尽管现今热演化程度相似，但热演化过程差异较大，东部自晚古生代以后持续抬升，上覆地层剥蚀殆尽，热演化程度基本处于高成熟—过成熟范围内；西部则持续沉降，现今达到最高演化程度，一般达到过成熟阶段[33-34]。

4 生烃有利区选择与评价

以有机质丰度和成熟度为主要评价标准，综合分析认为，冀辽裂陷槽的冀北坳陷、冀中坳陷、宣龙坳陷和蒙陕裂陷槽的定边地区属华北地台中新元古界的有利生烃区。

4.1 冀北坳陷

烃源岩主要为下马岭组及洪水庄组页岩，另外还有雾迷山组碳酸盐岩。下马岭组页岩有机碳含量在双洞背斜和承德县以西大营乡一带有2个高值区，TOC大于2.0%；化皮背斜带为低值区，TOC在0.51%～0.89%。从全坳陷来看，大部分地区为好烃源岩。洪水庄组页岩TOC也有2个高值区，宽城化皮背斜及其周边TOC最高，其平均值多在4%左右；双洞背斜是第2个高值区，TOC大于3.0%。在党坝向斜内TOC多大于2.0%。烃源岩热演化受火山岩作用影响，演化不均。洪水庄组Rb变化范围为0.63%～2.66%，平均1.07%，大约有85%的样品Rb<1.30%，处于生油阶段。在凌源县和承德县靠近火成岩的样品已达干气阶段。利用盆地模拟方法计算出资源量为2.1×108t，资源丰度为7×104t/km2。

4.2 冀中坳陷北部

冀中地区中新元古界烃源岩主要为高于庄组、雾迷山组、洪水庄组和下马岭组。雾迷山组TOC平均为0.07%，氯仿沥青“A”平均为0.087%。高于庄组钻井样品分析TOC为0.09%，氯仿沥青“A”为0.544%。铁岭组碳酸盐岩TOC平均为0.17%，氯仿沥青“A”为0.094%。根据京101井分析结果，冀中坳陷北部有机质丰度较高，雾迷山组TOC平均为0.26%，铁岭组TOC平均值为0.85%，下马岭组TOC平均值为0.49%。盆地模拟计算出冀中坳陷北部资源量为2.4×108t。

4.3 宣龙坳陷

以下花园地区为例，下马岭组烃源岩厚达百米，有机质丰度高，TOC高达2.0%～6.0%，氯仿沥青“A”为0.2%～0.35%，有机质类型主要为Ⅰ型，热演化属于成熟阶段早期，Tmax在431～449 ℃之间，生烃潜力在燕山西段最优。洪水庄组页岩有机质丰度仅次于下马岭组页岩，TOC为0.23%～0.70%，氯仿沥青“A”为0.048%～0.05%，但厚度在十几米到几十米之间，为较好烃源岩。铁岭组碳酸盐岩和页岩的有机质类型主要为Ⅰ型，TOC为0.04%～0.33%，氯仿沥青“A”为0.036%～0.125%。雾迷山组碳酸盐岩厚度可达千米，有机质类型主要为Ⅰ型，TOC为0.08%～0.37%，氯仿沥青“A”为0.029%～0.173%。总的来看，宣龙坳陷区生烃潜力较好。

4.4 定边地区

定边地区长城系、蓟县系地层厚度较大，蓟县系TOC一般0.03%～0.4%，平均0.13%，丰度较低；氯仿沥青“A”小于0.01%，生烃能力较差。但是蓟县系勘探程度低，不排除局部有好的烃源岩存在。

5 结论

(1)华北地台东部中新元古界烃源岩具有时代老、有机质丰度高的特点，有机质类型以Ⅰ型干酪根为主，大部分烃源岩处于成熟—高成熟阶段；而西部烃源岩有机质丰度较低，热演化程度偏高，处于成熟—过成熟阶段。

(2)华北地台中新元古界下马岭组、铁岭组、洪水庄组页岩为好烃源岩，雾迷山组和高于庄组碳酸盐岩也具有一定生烃潜力。

(3)华北地台东部中新元古界烃源岩以页岩为主，其次为碳酸盐岩；西部具有生烃潜力的烃源岩以碳酸盐岩为主，而碎屑岩基本没有生烃能力。

(4)华北地台东部地区生烃条件优于西部地区，生烃有利区主要分布于东部的冀北坳陷和冀中坳陷北部。

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(编辑 徐文明)

Comparative research on hydrocarbon generation conditions of Meso-Neoproterozoic between east and west of North China Platform

Lin Yuxiang, Li Xiaofeng, Yan Xiaoxia, Guo Fengxia, Liu Hu, Li Xiuqin

(College of Geological Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

Based on the analysis of the abundance, type, thermal evolution degree of organic matter and the hydrocarbon generation history in Meso-Neoproterozoic in the North China Platform, the western part of the platform represented by the Mengshan Aulacogen was compared with the eastern part represented by the Jiliao Aulacogen in hydrocarbon generation condition. The hydrocarbon source rocks of Meso-Neoproterozoic in the eastern part of the North China Platform are premium source rocks for high abundance and good type of organic matter while the western hydrocarbon source rocks with low abundance of organic matter are only medium to bias, even though their type is also good. Although the thermal evolution of the eastern part is similar to the western part, their thermal evolutions are quite different from the Late Paleozoic: the eastern part uplifted in succession and the overlying strata denuded; while the western part continued to subside and achieved the highest thermal evolution degree in Mesozoic. Generally speaking, the Jiliao Aulacogen is the most favorable hydrocarbon generation area in the North China platform, then the Mengshan Aulacogen and the Yushan Aulacogen.

hydrocarbon generation condition; thermal evolution history; Meso-Neoproterozoic; Mengshan Aulacogen; Jiliao Aulacogen; Yushan Aulacogen; North China Platform

1001-6112(2014)05-0618-08

10.11781/sysydz201405618

2013-07-24；

2014-07-18。

林玉祥(1963—)，男，教授，从事油气地质研究。E-mail: sdkdlyx@126.com。

国家自然科学基金面上项目(41172108)、国家油气专项“十二五”课题(2011ZX05033-04,2011ZX05004-01) 和中国石油“十二五”科技攻关课题(2011A-0203)资助。

TE122.1

A