油砂、油页岩

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（一）油砂

我国发育的这些多类型含油气盆地，经历了从古生界至新生界的多期构造旋回，多期生烃、多期成藏、多期破坏和改造，形成了以常规油气为主体的油气资源，同时也形成了分布广泛、类型多样的油砂油资源。

在层位上，我国油砂油和干沥青资源在古生界、中生界和新生界中都有分布，但主要分布在中、新生界中。从地层产状看，准噶尔西部、松辽、茂名、白色等盆地的油砂层产状平缓，在10°以下，其他盆地油砂层的产状在10°～60°不等，总体较陡。

油砂油的类型比较复杂，从重质原油到轻质原油都有发现，这与加拿大、委内瑞拉等国的油砂有明显差别。

1.我国油砂主要形成于燕山期和喜马拉雅期

分布于古生界中的油砂和干沥青主要形成于燕山期，且分布局限，主要位于南方的残留盆地中。如南方的麻江-瓮安地区、黔南坳陷、南盘江坳陷、黔北坳陷和桂中坳陷古生界中的油砂和干沥青矿等。这些盆地中的古生界烃源岩于加里东期或印支期进入生油高峰，并形成古油藏。燕山运动使古油藏抬升，遭受氧化等成矿。

分布于中、新生界中的油砂均形成于喜马拉雅期，且喜马拉雅期形成的油砂油分布广泛、丰富，是我国重要的油砂油成矿期。如准噶尔盆地、松辽盆地、二连盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地中生代的油砂。

2.我国油砂有原生运移、抬升改造和次生运移3种成藏类型

（1）原生运移成藏

盆地生油中心生成的原油，通过运移通道直接运移到地表或近地表而形成油砂矿。松辽盆地西部斜坡带含油层位为萨尔图油层，经油源对比研究和综合分析认为，该区油气来自中央凹陷的青山口组，油气沿着斜坡上运，以姚家组的河道砂为运移通道，聚集于图牧吉区的姚家组。平安镇断陷的边界断层在嫩江组沉积之后开始活动，油气沿断层上运聚集于嫩江组一段储层中；在明水组沉积末期，受挤压应力场的影响，断层封堵性增强，运移的油气被断层遮挡，聚集于姚家组，形成断层以西以嫩江组一段储层为主，断层以东以姚家组储层为主的原生型油砂矿（图5-23）。

图5-23 松辽盆地西斜坡油砂原生运移型成矿模式图

准噶尔盆地西北缘一直是油气的主要指向区，燕山早、中期西北缘构造活动强烈。深部断裂复活向上断至侏罗系，深部生油中心生成的油气沿断层向上运移，在浅层的侏罗系和白垩系再次聚集成油砂矿（图5-24）。

图5-24 准噶尔盆地西北缘油砂原生运移型成矿模式图

（2）抬升改造成藏

早期形成的油气藏，由于后期构造运动抬升到地表改造而形成油砂矿。鄂尔多斯盆地白垩纪晚期，在东胜组下岩段内发育了一系列岩性圈闭。燕山晚期，盆地北部差异性块断升降活动形成了差异性隆起和断陷，断裂使早期形成的一些岩性圈闭被改造成为宽缓背斜型或单斜型的岩性复合型圈闭。此时烃源岩已进入生油气高峰期，构成较好的时空配置关系，侧向和垂向排烃共存。喜马拉雅期构造活动的影响，导致上覆盖层缺失和严重剥蚀而形成油砂矿（图5-25）。青藏地区、黔北岩孔和良村、黔南坝固和平塘等的油砂矿形成机理属于这种类型。

图5-25 鄂尔多斯盆地东胜北油砂抬升改造成矿模式图

（3）次生运移成藏

盆地中较大规模的古油藏遭受后期构造活动破坏，古油藏中原油通过以断层为主的运移通道运移到地表或近地表储层中而形成油砂矿。有的古油藏的破坏是多期的，第一次构造运动原始油藏抬升遭受破坏，原油发生再次运移形成次生残余油藏；第二次构造运动使残余油藏再次遭受破坏，原油运移至地表或近地表的储集体中形成油砂矿。

四川盆地厚坝油砂矿就是古油藏多期破坏成藏。四川盆地震旦系烃源岩是在奥陶纪进入生油阶段，开始生油；志留纪末进入生油高峰期，开始大量生油，此时由于加里东运动旋回龙门山区表现明显，形成天井山隆起带，此时震旦系的油气运移至此，形成天井山古油藏。

印支期既是震旦系烃源岩生成的油气大量运移、聚集的高峰期，同时也是油气被破坏、被生物降解的高峰期。印支晚幕，龙门山山前古隆起带内的油气成为多次运移、聚集、破坏、生物降解的次生残余油藏。喜马拉雅期因喜马拉雅运动，龙门山系全面褶皱回返，构造分析表明，自白田坝组以下，有一组印支期具有出露前锋构造的断裂向地腹深处延伸至海拔-4000m以下，它们在喜马拉雅期的重新活动使之足以构成深部油源与浅部侏罗系之间的连接通道。这些生物降解的残余油及气藏继续再分配，形成现在的侏罗系沙溪庙组油砂矿及沿断裂分布的沥青、油苗（图5-26）。

图5-26 四川盆地厚坝侏罗系沙溪庙组油砂矿次生运移成藏模式图

3.盆地山前带、大型隆起带、盆地斜坡带、残留盆地是有利成矿区

盆地山前带：大型断裂和不整合面发育，为原油运移至表层提供了通道。如西部的大部分盆地，典型的如准噶尔盆地西北缘油砂矿。

大型隆起带：一直是盆地生油坳陷中生成油气运移的指向区，是古油藏形成的有利场所。多期的构造运动不仅有利于油气的成藏，同时对已形成的油藏进行破坏，形成丰富的油砂矿。如西部和中部的叠合盆地：鄂尔多斯盆地的东胜和庙湾-四郎庙油砂矿等。

盆地斜坡带：如松辽盆地西部斜坡的油砂矿就是在晚白垩世反转阶段形成了西部斜坡，来自中央凹陷的青山口组油气，沿斜坡运移至嫩江组一段的萨尔图油层和姚家组的上部砂岩层而形成油砂矿。

残留盆地：南方盆地群大部分是扬子地台盖层发育过程中的一些坳陷盆地或断陷盆地（如黔北坳陷和黔南坳陷）。扬子板块后期不均衡隆升形成的这些残留型含油气盆地是本区油砂分布的有利场所。

4.我国油砂特点

我国油砂资源分布点多、面广，成矿类型复杂、多样。我国目前已发现的油砂矿带有100余个，在东部、中部、西部、南方、青藏等陆上5个大区都有分布（图5-27）。

图5-27 中国主要含油砂盆地矿带预测

（1）油砂含油率较低、品质差

我国油砂资源的含油率主要集中在3%～6%之间，占全国总量的56%；含油率大于10%的油砂较少，地质资源量仅0.94×108t，占全国总量的1.6%（图5-28）。不同油砂性质适用不同的分离方法：内蒙古油砂适合用热化学水洗法；新疆、青海油砂适合采用干馏法。由于国内大部分油砂干燥、砂子粒度小、无水膜，水洗困难，如果采用溶剂抽提，大量溶剂会挥发到空气中，环保问题将非常严重。

图5-28 我国主要含油砂盆地分布图

（2）油砂资源有一定潜力，可作为常规石油资源的补充

目前，全球油砂资源开发利用尚局限于少数几个国家，其中加拿大探明油砂资源十分丰富，在勘探开发技术取得重大突破后，开发效益接近常规石油。随着全球能源紧张和高油价的冲击，油砂资源的勘探开发已引起各国广泛关注。我国油砂资源勘探刚刚起步，开发利用尚处在试验阶段，初步评价油砂地质资源量约60×108t，未来可以成为常规石油资源的重要补充。准噶尔、塔里木、柴达木、松辽、四川等5个盆地可以作为进一步勘探的潜力区；准噶尔盆地乌尔禾、红山嘴、黑油山、白碱滩六九区、松辽盆地的图牧吉、四川盆地的厚坝、柴达木盆地的油砂山等10个矿带可以作为下一步油砂开采的有利目标。

（二）油页岩

目前，我国已发现的油页岩成因多数为湖相成因，其次为海陆交互相、浅海陆棚-潟湖相成因。通过进一步研究，对47个盆地的油页岩成矿规律进行了归纳分析，得出我国油页岩主要为陆相湖盆成矿，主要有坳陷深水、断陷浅水、断陷湖沼和陆棚潟湖4种湖盆，油页岩主要赋存在坳陷深水湖泊型和断陷浅水湖泊型湖盆之中，其资源量分别占全国油页岩资源量的76%和12%。

1.油页岩成矿规律

（1）坳陷深水湖盆油页岩成矿

据目前资料，世界上绝大多数湖相油页岩都形成于深湖或大型永久湖之中。例如，绿河组的Tipton段和Laney段油页岩（Bradley和Eugster，1969；Fischer和Roberls，1991）。我国准噶尔盆地南部上二叠统油页岩和松辽盆地白垩系青山口组一段和嫩江组一、二段油页岩属于典型的深湖相成因。

在深水湖盆中，厚层暗色泥岩与油页岩是水进体系域和高位体系域的主要沉积物。这两个时期，湖盆可容空间的增大速率大于碎屑物质的供给量，为湖盆欠补偿阶段，沉积物的粒度很细，形成油页岩和暗色泥岩。在陆相层序地层学研究中又将其称为凝缩层，并且在整个湖侵过程中发育多套凝缩层。油页岩发育于湖侵旋回的开始，其底界面为每次的较大湖泛面。

（2）断陷浅水湖盆油页岩成矿

新生代时期，我国发育了大量的小型断陷盆地。桦甸盆地为典型的断陷浅水含油页岩盆地，其油页岩发育在古近系的桦甸组。水进体系域岩性以深灰色、灰黑色泥岩、油页岩为主。高位体系域发育了8层油页岩，叠加方式为典型加积型准层序组叠加结构，整个盆地油页岩都很发育，且分布非常稳定。

（3）断陷沼泽湖盆油页岩成矿

我国断陷湖相沼泽油页岩比较发育，抚顺、渤海湾、钦县、依兰-伊通等盆地中的油页岩都与煤共生。抚顺盆地始新统自下而上发育古城子组巨厚煤层（平均真厚39.0m）、计军屯组巨厚褐色油页岩层（平均真厚88.0m）、西露天组绿色泥页岩层（平均真厚345.0m）。计军屯组沉积时期，盆地基底减速沉降，整个抚顺断陷带内水体广布，成矿的植物种类多种多样，湖泊中形成了厚达200m的油页岩，局部夹异地成因的薄煤层，其沉积环境为湖沼相。

（4）潟湖油页岩成矿

潟湖低水位时期主要形成一套膏盐沉积；水进体系域则主要沉积一套潮坪沉积；高水位时期形成有利于油页岩发育的有机质生产和保存条件，主要为油页岩与石膏的沉积互层。

我国西藏羌塘盆地通波日和毕洛错地区发现了潟湖油页岩。这两个地区的油页岩主要发育在中侏罗统的夏里组。毕洛错油页岩位于夏里组中部和下部，上部为暗色泥岩夹泥灰岩段；中部为油页岩夹薄层泥灰岩段；下部为灰白色中薄层状石膏层夹少量灰色泥灰岩和深灰色油页岩段。通波日油页岩赋存于夏里组下部，含油页岩系为黑色灰岩夹石膏层、油页岩、泥质页岩、灰色泥灰岩和砂岩。这两个地区为明显大的一套浅海亚相-潟湖亚相沉积。

2.油页岩前景

我国油页岩开发历史悠久，但开发成本和环境污染一直是制约油页岩工业快速发展的两大因素，其核心是油页岩的综合利用技术水平问题。

我国油页岩资源丰富（图5-29），资源潜力大，可提炼页岩油120×108t，相当于常规可采石油的一半多，将成为常规油气资源的重要补充，开发利用具有广阔的前景，但是，油页岩开发利用必须走炼油-发电-多金属提取-建材一条龙联合的生产模式，实现高效、节能、环保的可持续发展。

图5-29 我国主要含油页岩盆地资源量分布图

（据新一轮全国油气资源评价，2006）

(一)水平伸展量特征

一般可在垂直于伸展构造走向方向的剖面上根据平衡剖面原理(Gibbs,1983)测算出地壳的水平伸展程度。表现伸展程度的参数有伸展量(△L),伸展率(e)、伸展系数(β)及伸展速率(v)。伸展量是表示最后绝对伸长的量,为伸展后的长度减去伸展前的长度。

△L=L—L0(其中L—伸长后长度,L0—伸长前长度);

伸长率是单位长度的伸长量,用下式表示:e=(L—L0)/L0=△L/L0

伸长系数为伸展后长度与伸展前长度之比;亦可用伸展前的地壳或岩石圈厚度与伸展后的厚度之比表示:β=L/L0或β=h0/h

伸展速率是单位时间内的伸长度,可用下式表示:

v=△L/t(mm/a)(其中t—伸长时间)。

表4-3 松辽盆地北部部分断陷伸长参数

在中区的松辽盆地北部,断陷伸展是在大范围内展开的,形成大小不一的裂谷,呈侧列分布,主要通过这些裂谷边界控凹断层将地层拉开实现地壳伸展作用。表4-3列出了部分断陷根据地震地质剖面实际度量的伸长参数。每一断陷的伸长量是很不一致的,最大6.6km,小者不到km,平均2km~4km。这些断陷的伸长率变化在72.4%至13.4%之间。主要在20%~35%之间,伸展系数范围为1.1~1.72,基本在1.2~1.5之间。从表中可以初步地得出这样的结论:一般是伸长量越大,伸长率或伸长系数也较大。其中以松辽盆地北部的林甸—常家围子断陷、安达—徐家围子断陷的伸展程度最高。

在松辽盆地南部(表4-4),单个断陷的伸长量可能要大于北部,较大的断陷的伸展量可大于10km,一般为4km~10km。但这些断陷的伸展率与北部差不多,主要在10%~45%。

在西区的海拉尔盆地,根据3条区域性地震地质剖面所得到的部分主要断陷的伸长参数(表4-5)表明,各断陷的伸展量差异较大,最大可达14.4km,小者仅0.4km,一般为2km~6km。但这些断陷的伸展率较为稳定,主要在10%~30%,可在75%至22.34%之间范围变化。其中以呼伦湖断陷(34.4%)、呼和湖断陷(29.9%)伸展程度较高,乌尔逊断陷(75%)的伸展程度最高。

在东区的延吉断陷盆地,从YJ139地震剖面来看,其剖面长度约37km,伸展量为5.64km,伸展率为18%。

表4-4 松辽盆地南部部分断陷伸长参数

表4-5 海拉尔盆地部分断陷伸长参数

总体来看,东北地区各区带早白垩世断陷分布多,但规模一般为中型到小型,伸展量一般为2km~5km居多,少数断陷伸展量大于10km。西、中、东3个区带主要盆地群内的断陷均为有大有小,没有明显的大小分区或分带现象。在这种情况下,伸展率可能对反映伸展程度更具有参考意义。从上面的分析资料可以看出,中区的松辽盆地的伸展率要明显的大于西区的海拉尔盆地和东区的延吉盆地,反映其伸展程度相对较高,这也可能是中区松辽盆地裂谷期后坳陷沉降幅度较大的原因之一。

(二)差异升降运动与构造沉降

1.盆地基底沉降与构造沉降的求取

裂谷型盆地的伸展作用,总是伴随着升降作用。在裂谷的不同发展阶段,升降幅度和影响升降的因素也不相同。研究差异升降运动的有效方法是进行沉降剥蚀史分析。

盆地基底沉降是多种因素综合作用的结果,总体分两类,一类是非构造沉降因素,包括沉积物负载和盆地发育过程中全球海平面升降变化以及沉积物沉积时的古水深(即水负载);第二类为地壳自身动力学演化过程中产生的纯构造沉降,它与盆地所处的岩石圈板块性质有关。不同性质盆地的构造沉降机制、沉降量和沉降曲线类型各不相同。构造沉降曲线反映盆地类型和形成机制,是认识盆地形成机制、发育历史以及有关盆地伸展、沉降特征。

盆地基底的总沉降量(ST)可用基底以上沉积盖层的厚度(HS)和水深(Hw)之和表示,通常可用反向剥层技术(即回剥法,backstriping)来反演盆地沉层的压实及构造变形过程,恢复不同时期盆地沉积物厚度,并根据相及沉积环境分析确定其古水体深度,从而可确定不同时期盆地的总沉降量。根据均衡原理求出不同时期沉积层负荷引起的沉降量(负荷沉降量,U),则可进一步确定其构造沉降量(STT)。在有沉积间断和地层遭受剥蚀的情况下,沉降史回剥过程中应考虑被剥蚀地层的厚度值,从而将不整合面之下的地层恢复到地史时期的最大埋深。

2.盆地沉降曲线的总体特征

在松辽盆地的规模稍大的断陷,如梨树、徐家围子等断陷的构造沉降曲线形态可分4段(图4-50,图4-51),第一段曲线陡直,斜率大,持续时间短(25Ma左右),说明断陷发育初期,基底在一个较短时间内快速沉降,接受沉积,该阶段对应的地层是下白垩统的沙河子、营城和登娄库组;第二段曲线较第一段平缓,斜率较小,而且随着时间的推移,斜率渐减,持续时间从110Ma~65Ma,南部从110Ma~77Ma,沉降速率逐渐减小;第三段为上翘段(或近水平段),发生在晚白垩世中、晚期和第四系之间持续约65Ma。

延吉盆地沉降曲线大致分为三段,在早白垩世九佛堂期至铜佛寺期沉降斜率大,凹陷快速沉降;大拉子组的沉降曲线斜率较小,龙井组的曲线斜率下降并在该期末抬升(图4-52)。

海拉尔断陷盆地的沉降史特征表明,裂陷早期铜钵庙期快速沉降,沉降速率北部为875.25m/Ma,南部为323.81m/Ma;在裂陷晚期伊敏期,沉降速率北部为60.07m/Ma,南部为356.02m/Ma(据大庆油田,1994);并在以后抬升(图4-53)。

沉降史特征表明,东北地区盆地总体发育过程主要经历了下列阶段:①早白垩世伸展裂陷的裂谷发育阶段;②早白垩世晚期—晚白垩世早、中期缓慢沉降的热冷却坳陷阶段;③晚白垩世晚期反转抬升阶段;④新生代再次沉降阶段。但由于构造环境差异,各区裂谷系盆地演化有其特点:西区以裂陷为主,坳陷期短,反转程度低;中区除裂陷发育外,坳陷期持续时间长,反转程度低-中等;东区裂陷期后,随即进入反转期,反转程度高。

图4-50 松辽盆地南部沉降史分析图

图4-51 松辽盆地北部沉降史分析图

3.不同地区早白垩世裂谷期沉降曲线对比

由表4-3和图4-51可以看出,松辽盆地北部的断陷群中,早白垩世裂谷期的基底总沉降量一般为1000m~3000m,构造沉降量一般为500m~2000m。该地区裂谷期后坳陷期的沉降量占盆地的总体沉降量的比例较高,其基底沉降量和构造沉降量大致与裂谷期具有等比例关系。而在松辽盆地南部(见图4-50),裂谷期基底总沉降量一般为2000m~4000m,构造沉降量一般为1000m~2000m。可见其裂谷期的沉降量要略大于北部,但其裂谷期后坳陷期的沉降量占盆地的总体沉降量的比例较低,一般不足三分之一,并且愈向南部坳陷期沉降量愈小,绝大部分为裂谷期沉降。

在东区的延吉盆地(见图5-52),早白垩世裂谷期基底总沉降量一般为2000m~3000m,构造沉降量一般为1000m~1500m。其沉降量与松辽盆地南部较接近,而略大于松辽盆地北部,其裂谷期后坳陷期的沉降量占盆地的总体沉降量的比例很低,一般不足四分之一。

在西区的海拉尔盆地(见图5-53),早白垩世裂谷期的基底总沉降量一般为3000m~5000m,构造沉降量一般为1500m~2500m。可见其裂谷期沉降量稍大于松辽盆地,但其裂谷期后坳陷期的沉降量很小,一般不足盆地总体沉降量的五分之一,明显低于松辽盆地。

图4-52 延吉盆地沉降史分析图

图4-53 海拉尔盆地沉降史分析图

综上所述,早白垩世裂谷期的沉降量以西区为最大,但其裂谷期后坳陷期的沉降量却最小;松辽盆地北部地区裂谷期沉降量较小,但裂谷期后坳陷期的沉降量最大。

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