我国西部叠合盆地埋藏-沉降史研究——以柴达木盆地东部德令哈坳陷为例

王帅

中国地质科学院地质力学研究所页岩油气调查评价中国地质科学院重点实验室 北京 100081

我国西部盆地构造演化过程受控于周缘造山带的演化，盆地形成演化过程经历了多期的叠加改造，动力学过程十分复杂[1-2]。沉积盆地的埋藏沉降史是沉积盆地从沉积开始，经沉积、压实、隆升及剥蚀的一系列演化过程。研究盆地的埋藏沉降史是研究盆地形成、演化的重要内容，是对盆地热史恢复以及生烃模拟的基础工作，对于分析柴达木盆地古地貌演化、盆地构造成因等盆地动力学具有重要的意义[3-8]。

近年来，林腊梅等（2004）[9]分析重塑了柴达木盆地北缘和西部烃源岩的埋藏史和生烃史，而其烃源岩的研究对象主要聚焦于新生代早中时期；邱楠生[10]（2002）运用古温标法，模拟恢复了柴达木盆地西部地区新生界的热演化史和生烃史；刘成林等[11]（2012）在经过大量实验室样品分析与野外地质研究的基础上，最先在盆地周边露头区多处石炭系中找到油砂出露，并确定石炭系中的油砂来源于石炭系烃源岩。同样马寅生等[12]（2012）也在石炭系地层中发现油砂的踪迹，并且对柴达木盆地内石炭系烃源岩进行了评价。总体来看，前人对于柴达木盆地的研究工作，主要是集中在柴西地区中-新生代烃源岩,而研究表明柴东地区石炭系烃源岩发育良好, 但对于柴东地区主力烃源岩生烃期次认识不清，埋藏史及区域差异性尚未进行系统的研究，区域资源评价因此受到影响。本文基于区域背景，依据钻井、古温标数据结合盆地模拟技术联合反演重建柴东德令哈坳陷埋藏史。研究成果有助于进一步对柴达木盆地热史恢复以及生烃模拟研究，为油气资源评价等提供依据，对于油气成藏理论研究和未来勘探均具有指导意义。

1 柴达木盆地东部德令哈坳陷地质背景

柴达木盆地是我国西部大型新生代山间盆地，地处青藏高原北部，周缘被高山所围绕，东北邻祁连山脉，西北邻阿尔金山脉，西南至昆仑山脉，总体呈现为菱形特征。中-新生代以来，柴达木盆地的构造演化受到周边板块相互运动产生的强大构造挤压应力的影响，发生了极为深刻的变化。德令哈坳陷位于柴达木盆地东北部，可划分为五个二级构造单元，分别为德令哈凹陷、欧龙布鲁克隆起、欧南凹陷、埃姆尼克隆起、霍布逊凹陷[13]。德令哈坳陷内地层发育较为齐全（图1），其中古生界在区内广泛分布，区内同时存在由于构造运动的影响发生的间断和缺失现象，中、新生界受到不同程度的剥蚀，其中二叠系、三叠系未见发育，侏罗系直接覆盖在石炭系之上，断层多为逆断层。石炭系发育完整，埋深较大但未发生变质。

图1 柴达木盆地德令哈坳陷地层柱状图

2 柴达木盆地东部德令哈坳陷埋藏史恢复

2.1 柴达木盆地东部典型钻孔埋藏史恢复

文章应用钻井分层数据以及镜质体反射率（Ro）数据，剥蚀量数据参考前人发表成果（李宗星等[14-16]，2017），进行盆地埋藏史恢复，模拟软件为Basinmod1-D。选择柴达木盆地东部青德地1井、青德参1井以及剖面18590和剖面181230进行埋藏-沉降史恢复。

2.1.1 青德地1井

青德地1井位于柴达木盆地北缘东部德令哈坳陷埃北I号构造高部位。青德地1井的地层埋藏史模拟结果显示（图2），该区在石炭纪以来持续的发生沉降接受沉积，沉积速率为27m/Ma，直到早侏罗世，由于印支运动以及燕山运动的影响，地层经历了长达一百五十多个百万年的构造抬升剥蚀事件，抬升速率为11.6m/Ma，到渐新世地层发生快速沉降，沉降速率为148.5m/Ma，到渐新世晚期由于喜山运动早期活动地层发生构造抬升，抬升速率为82m/Ma，到中新世地层发生快速沉降，沉降速率为116.6m/Ma，在中新世末石炭系达到最大埋深为4610m，地层温度达到220℃，随后由于喜山运动晚期的大规模的造山运动，地层再次遭受抬升。

图2 柴达木盆地东部青德地1井埋藏史模拟

从温度模拟结果上看，青德地1井共经历了三次升温和三次降温过程，其中烃源岩层处于沉降阶段的时期为石炭纪到早侏罗世、渐新世期间以及中新世时期，在此期间随着埋藏深度的不断增加，烃源岩层地温也在不断的升高，在中新世末石炭系达到最大埋深为4610m，地层温度达到220℃。早侏罗世到渐新世、渐新世晚期到中新世以及中新世以来地层为强烈抬升遭受剥蚀期，在此期间地层温度逐渐降低。热史模拟结果表明，青德地1井石炭系克鲁克组地层地温梯度介于25.2~40.3℃/km之间，晚石炭以来一直处于缓慢降温阶段，地温梯度逐渐降至33.6℃/km，直到喜马拉雅运动时期，地温梯度受其影响开始升高，中新世至今盆地处于再次进入缓慢冷却状态，现今地温梯度约为24.2℃/km。

青德地1井成熟度史模拟结果显示，柴达木盆地东部石炭系克鲁克组烃源岩在早二叠世进入生烃门限，此时烃源岩层所处深度较浅，地层温度较低，埋深约为1500m，生烃门限温度约为90℃。在二叠纪到早侏罗世期间地层持续沉降，埋深增大，地层温度逐渐增高，烃源岩快速增熟，在早三叠世进入生油高峰期。随后随着地层的继续沉降，温度增加至180℃，烃源岩达到过成熟阶段。到早侏罗世开始，地层开始抬升，地层温度降低，生烃停止。到古新世以及渐新世随着两次地层的再次埋深，烃源岩再次生烃，一直持续为过成熟生湿气阶段。扎布萨尕秀组烃源岩在早三叠世进入生烃门限，在三叠纪到早侏罗世期间地层持续沉降，埋深增大，地层温度增高，烃源岩快速增熟，晚三叠世末期达到生油高峰期，地层温度增高至150℃，随后地层抬升，生烃停止。到古新世以及渐新世随着两次地层的再次埋深，烃源岩再次生烃，一直持续为高成熟阶段。

2.1.2 青德参1井

青德参1井位于柴达木盆地东部欧南凹陷尕西I号构造石炭系顶面构造高点。青德参1井的地层埋藏史模拟结果显示（图3），该井自石炭纪以来发生持续的沉积从而接受沉积，沉积速率为20.7m/Ma；直到早侏罗世，由于印支运动的影响，地层在早侏罗世到早白垩世期间受到抬升遭受剥蚀，抬升速率为20.7m/Ma；随后地层再次沉降接受沉积，沉积速率为17.8m/Ma；到晚白垩世受到燕山运动的影响地层遭受抬升剥蚀，抬升速率为13.6m/Ma；到渐新世地层发生快速沉降，沉降速率为138.5m/Ma，到渐新世晚期由于喜山早期运动地层发生构造抬升，抬升速率为79m/Ma，到中新世地层发生快速沉降，沉降速率为130.2m/Ma，在中新世末石炭系达到最大埋深为4609m，地层温度达到200℃，随后由于喜山运动晚期的大规模的造山运动，地层再次遭受抬升，随后到上新世地层又重新接受沉积。

从温度模拟结果上看，青德参1井共经历了五次升温和四次降温过程，其中烃源岩层处于沉降阶段的时期为石炭纪到早侏罗世、早白垩世到晚白垩世、渐新世期间、中新世以及上新世以来，在此期间随着埋藏深度的不断增加，烃源岩层地温也在不断的升高，在中新世末石炭系达到最大埋深为4609m，地层温度达到200℃。早侏罗世到早白垩世、晚白垩世到渐新世、渐新世晚期到中新世以及中新世晚期到上新世地层为强烈抬升遭受剥蚀期，在此期间地层温度逐渐降低。热史模拟结果表明，青德参1井石炭系克鲁克组地层地温梯度介于26.2~39.8℃/km之间，晚石炭以来地温梯度一直处于缓慢减小阶段，到古近纪末地温梯度快速下降。

青德参1井位于柴达木盆地东部欧南凹陷尕西I号构造石炭系顶面构造高点，其成熟度史模拟结果显示（图3），石炭系克鲁克组烃源岩在晚石炭世进入生烃门限，此时烃源岩层所处深度较浅，地层温度较低，埋深约为1300m，生烃门限温度约为80℃。在晚石炭世到早侏罗世期间地层持续沉降，埋深增大，地层温度逐渐增高，烃源岩快速增熟，在晚三叠世进入生油高峰期，地层温度增高至140℃。之后在渐新世之前地层发生两次抬升和一次沉降事件，但此次埋深地层温度并未到达之前的温度，生烃停止。从渐新世和中新世开始，地层再次发生两次埋深，温度达到最高约190℃，烃源岩再次生烃，烃源岩处于高成熟阶段。

图3 柴达木盆地东部青德参1井埋藏史模拟

2.2 柴达木盆地东部典型地震剖面埋藏史恢复

18590地震剖面揭示了石炭系烃源岩，其主要地质历史时期的成熟度演化模拟结果显示（图4），早二叠世，烃源岩底界Ro值在0.5%~0.7%之间，处于低成熟阶段，热演化程度处于初期，刚进入成熟石油阶段；至早侏罗世，石炭系烃源岩底界Ro值普遍达到0.7%以上，烃源岩进入中等成熟阶段，在埋藏较深的区域Ro值甚至达到了1%以上，进入了高成熟快速生油阶段。到中新世末，在此期间，盆地持续发生沉降，埋深逐渐增大，地层温度增高，烃源岩快速增熟。在此阶段中可以看出，石炭系烃源岩成熟度明显增高，烃源岩底界Ro值在1.0%～1.3%之间，进入高成熟快速生油阶段。烃源岩顶界Ro值也达到了0.5%左右，刚进入生烃门限，烃源岩进入低成熟阶段。在剖面埋深较大区域Ro值已经接近2%左右，达到过成熟阶段，可能与埋深较大所造成的较高的古温度有关系。到现今，石炭系烃源岩大都进入过成熟阶段，其中底界大都处于过成熟中期生湿气阶段，顶界多处于过成熟早期阶段。

图4 柴东18590剖面烃源岩成熟度史模拟结果

3 结论

柴达木盆地东部德令哈坳陷主要经历了构造活动强烈的印支运动期、构造活动相对较弱，表现为早期的弱伸展与晚期北东-南西向挤压的燕山运动期以及造成先存断裂的再次活化的晚喜山运动。德令哈坳陷的埋藏史主要表现为快速埋藏期和强烈抬升剥蚀期的特点。其中，石炭纪到早侏罗世、渐新世期间以及中新世地层为快速埋藏期，早侏罗世到渐新世、渐新世晚期到中新世以及中新世以来地层为强烈抬升遭受剥蚀期。柴东德令哈坳陷石炭系烃源岩在早二叠世左右进入生烃门限，并进入早期生烃阶段，埋深约为1500m，生烃门限温度约为90℃。到早侏罗世生烃停止，古新世石炭系烃源岩再次达到生烃温度，主要以产气为主。柴达木盆地东部石炭系烃源岩热演化史主要表现为早期生烃和晚期生烃二次生烃的特点，其中第二次生烃阶段为主要的生烃时期。