引用本文
赵文智, 胡素云, 汪泽成, 张水昌, 王铜山. 中国元古界—寒武系油气地质条件与勘探地位[J]. 石油勘探与开发, 2018,45(1): 1-13.
ZHAO Wenzhi, HU Suyun, WANG Zecheng, ZHANG Shuichang, WANG Tongshan. Petroleum geological conditions and exploration importance of Proterozoic to Cambrian in China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2018,45(1): 1-13.  
Doi: 10.11698/PED.2018.01.01
Permissions
Copyright©2018, 《石油勘探与开发》编辑部
《石油勘探与开发》编辑部 所有
中国元古界—寒武系油气地质条件与勘探地位
赵文智, 胡素云, 汪泽成, 张水昌, 王铜山
中国石油勘探开发研究院,北京 100083

第一作者简介：赵文智（1958-）,男,河北昌黎人,博士,中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师,中国工程院院士,主要从事石油天然气地质综合研究和科研管理工作。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院,邮政编码：100083。E-mail：zwz@petrochina.com.cn

收稿日期: 2017-08-04
基金项目: 国家科技重大专项（2016ZX05004）; 中国石油勘探开发研究院超前基础研究项目（2015YJ-09）
摘要

四川盆地安岳特大型气田的发现坚定了勘探家在元古界—寒武系找油找气信心。以中新元古代大地构造格局重建与重大地质事件分析为基础,从烃源岩、储集层条件及成藏组合类型和有效性入手,剖析了元古界—寒武系油气地质条件,指出中新元古代—早古生代间冰期低等生物繁盛,有机质富集并形成优质烃源岩;震旦系—寒武系微生物岩和颗粒滩体叠加多期建设性成岩改造作用可形成规模储集层,但早中元古代因缺氧事件,风化作用弱,储集层质量总体偏差,唯后期遭受风化淋滤者才有溶蚀改造型储集层发育机会。中国华北、扬子、塔里木克拉通中新元古代均发育大型裂陷槽（群）,烃源灶肯定存在,是否存在良好的源-储成藏组合,则视情况而定。上扬子地区肯定存在震旦系—寒武系有效成藏组合,华北地区成藏组合是否有效取决于两大条件：①元古界烃源灶与古、中新生界储集层构成的次生组合的有效性;②中新元古界经近纪以来改造形成的储集层与自身源灶晚期生烃能否构成匹配。塔里木盆地需要落实元古界时代归属、原盆地保持之后,再看是否存在有效成藏组合。总之,中国三大克拉通元古界—寒武系是一套潜在勘探新层系,值得研究和探索。图12表1参33

关键词: 元古界; 寒武系; 大地构造格局; 重大地质事件; 间冰期; 烃源岩; 微生物岩; 克拉通内裂陷槽; 成藏组合
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2018)01-0001-13
Petroleum geological conditions and exploration importance of Proterozoic to Cambrian in China
ZHAO Wenzhi, HU Suyun, WANG Zecheng, ZHANG Shuichang, WANG Tongshan
PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China
Abstract

The discovery of the giant Anyue gas field in Sichuan Basin gives petroleum explorers confidence to find oil and gas in Proterozoic to Cambrian. Based on the reconstruction of tectonic setting and the analysis of major geological events in Mesoproterozoic-Neoproterozoic, the petroleum geological conditions of Proterozoic to Cambrian is discussed in this paper from three aspects, i.e. source rocks, reservoir conditions, and the type and efficiency of play. It is found that lower organisms boomed in the interglacial epoch from Mesoproterozoic-Neoproterozoic to Eopaleozoic when the organic matters concentrated and high quality source rocks formed. Sinian-Cambrian microbial rock and grain-stone banks overlapped with multiple-period constructive digenesis may form large-scale reservoir rocks. However, because of the anoxic event and weak weathering effect in Eopaleozoic-Mesoproterozoic, the reservoirs are generally poor in quality, and only the reservoirs that suffered weathering and leaching may have the opportunity to form dissolution-reconstructed reservoirs. There are large rifts formed during Mesoproterozoic-Neoproterozoic in Huabei Craton, Yangtze Craton, and Tarim Craton in China, and definitely source rocks in the rifts, while whether there are favorite source-reservoir plays depends on circumstance. The existence of Sinian-Cambrian effective play has been proved in Upper Yangtze area. The effectiveness of source-reservoir plays in Huabei area depends on two factors: (1) the effectiveness of secondary play formed by Proterozoic source rock and Paleozoic, Mesozoic, Cenozoic reservoir rocks; (2) the matching between reservoirs formed by reconstruction from Mesoproterozoic- Neoproterozoic to Eopaleozoic and the inner hydrocarbon kitchens with late hydrocarbon generation. As for Tarim Basin, the time of Proterozoic and the original basin should be analyzed before the evaluation of the effective play. To sum up, Proterozoic to Cambrian in the three craton basins in China is a potential exploration formation, which deserves further investigation and research.

Keyword: Proterozoic; Cambrian; tectonic setting; major geological events; interglacial epoch; source rock; microbial rock; intracratonic rift; play
0 引言

尽管中亚、北非等地区的元古界— 寒武系已经取得油气重大发现[1, 2], 但在世界范围内这样古老的层系是否都具有勘探价值仍不明朗。中国学者早在20世纪70— 80年代就开展了元古界油气地质研究, 但受资料限制, 研究工作集中在四川盆地及其周缘的震旦系[3]和天津蓟县的中元古界[4]。四川盆地震旦系— 寒武系安岳特大型气田的发现[3, 5], 证明中国元古界— 寒武系找油气前景广阔, 坚定了人们在古老层系找油找气的信心。

中国四川、塔里木和鄂尔多斯盆地都是具有太古宇基底的克拉通盆地, 元古界— 寒武系分布面积达300× 104km2以上, 已发现油气储量的层系主要集中于奥陶系及以上地层, 而元古界— 寒武系发现储量很少。安岳大气田的发现是局部出现的个案, 还是在区域上有指向性的突破?要回答这个问题, 需要解决3方面基础地质问题：①中新元古代地球上的生物低等, 类型单一, 能否普遍形成规模优质烃源岩; ②元古界— 寒武系时代古老, 埋深偏大, 且经历多期成岩改造, 能否发育规模有效储集层; ③元古界— 寒武系有效成藏组合是自生自储原生型为主, 还是古生新储次生型为主。

笔者及研究团队持续开展了元古界— 寒武系油气地质基础研究, 探讨了间冰期烃源岩发育机制、微生物岩储集层形成条件, 并以克拉通内裂陷刻画为基础, 以烃源岩分布评价为核心, 开展勘探有利区评价。研究认为, 华北、扬子和塔里木3大克拉通的中新元古界— 寒武系都发育有规模的优质烃源灶, 发育有效储集层, 存在原生和次生两类成藏组合, 勘探具有现实性。

1 中新元古代大地构造格局与重大地质事件

与显生宙相比, 前寒武纪地球演化、板块运动规模与特征、古海洋及大气环境、微生物系统等均具有特殊性[6, 7, 8], 进而对元古界石油地质条件产生深刻影响。

1.1 地球表面积小, 大陆具有类统一性

根据地球膨胀学说, 地球演化过程中不断发生不对称有限膨胀[9, 10], 地球表面积随时间推移而不断增大。古地磁数据显示[10], 中元古代地球半径为现今地球半径的76%、新元古代地球半径为现值的81%、寒武纪地球半径为现值的94%。如果把时间推回到元古代, 地球表面积远不如现今大。这从一个侧面说明, 元古代的各大陆相距并不遥远, 因而表现在沉积和构造事件上, 都可能存在一致性或相似性。此外, 元古代古气候的一致性（如距今2.4 Ga的休伦冰期和距今800~600 Ma的雪球事件等均表现为全球性事件[6, 8]）、大陆地形相对平坦性（沉积相带超大规模发育, 且充填序列相似, 如中元古界主力烃源岩[2]、新元古界沉积与冰期事件地层记录[8]等均可全球对比）均说明元古代各大陆块石油地质要素发育背景相似, 油气地质条件共性大于差异性。

1.2 大气氧含量低, 风化作用总体偏差

与显生宙相比, 因元古代大气氧含量低（一般小于现代大气氧含量的1%）[8, 11], 导致重大地质界面上的风化作用普遍较弱。通常情况下, 母岩在氧、水及溶于水的各种酸作用下遭受的氧化、水解、溶滤, 是重要的风化过程之一。而在乏氧环境下, 化学风化作用不易发生或很弱, 使得元古代即使发生地层的长期暴露, 遭受的风化作用也不强, 因而难以形成有规模的岩溶型和风化淋滤型储集体。

1.3 放射性物质偏富集, 是低等生物超量繁盛的重要因素

元古代的地球不仅体积上比现今小, 而且地壳的厚度也相对较薄, 据此可以判定元古代火山活动与现今相比, 不仅次数多, 而且规模大。伴随着火山喷发, 大量来自幔源的放射性物质散布于大气中, 后经沉落进入海洋水体, 或混入沉积物参与堆积[12]。近代的现实生活观察和医学案例都说明, 放射性过量辐射会导致生物的异常生长（如前苏联切尔诺贝利核泄漏现场看到的老鼠超大生长）和细胞超速生长（如癌症的发生）, 这些现象如果从有机物质的属性来讲, 都是生物的超量繁盛和生油气母质的超量增加。实验也发现, 放射性作用还可以促进有机质向烃类的转化[13, 14], 特别是重物质向轻物质的转化。页岩气的工业开发让学者注意到, 富页岩气的高TOC值集中段往往都含有较高的放射性物质[15], 这也从另一个侧面说明高放射性物质对有机物富集的促进作用。

1.4 石油地质共性大于差异性, 一地的成功具有指导性

元古代诸多的大地构造事件显示, 那个时期就已存在诸多大陆。尽管现今各大陆之间相距遥远, 但元古代相距远小于现今, 因而各大陆的沉积物特征、沉积相带的规模、沉积层序的横向稳定性、构造事件的地质作用以及由此产生的石油地质条件应该存在诸多的共性、相似性和可比性。尽管各克拉通盆地的元古界— 寒武系勘探程度和认识程度总体较低, 若从石油地质条件发育的共性特征看, 一个地区的勘探获得成功可以为其他地区的油气资源评价提供借鉴, 这对加深元古界的认识有益。

2 元古界— 寒武系油气地质条件

中国发育的华北、扬子和塔里木3大克拉通, 保留了相对完整的元古界— 寒武系[16, 17]。中新元古代克拉通内裂陷的形成、演化与发育规模对后期盆地发育、沉积岩相古地理格局以及烃源灶的规模和储盖组合等都有重要影响（见图1）, 在某种程度上决定了中新元古界的石油地质基本特征。

图1 华北、扬子和塔里木克拉通中新元古代古构造简图（据文献[16, 17]修编）

2.1 烃源岩

元古代— 早古生代（距今2.5 Ga~570 Ma）, 特别是寒武纪生物大爆发之前, 地球上生物圈以古细菌、蓝细菌等原核生物以及疑源类、绿藻等真核生物为主[18], 如此低等生物在有氧环境下极难保存, 但在无氧（或少氧）环境下就可以富集堆积。

2.1.1 大气氧含量与生物种属

氧是生物出现并大量繁殖的必要条件, 大气中氧含量的变化直接影响生物种属的演化。古元古代（距今2.4~2.2 Ga）、新元古代（距今1 Ga年）曾出现过两次氧含量升高事件[8, 11], 对原核生物向真核生物以及单细胞生物向多细胞生物的演化都产生了重要的促进作用。但由于大气中氧含量总体偏低, 生物种群以发育蓝细菌、藻类和疑源类等低等生物为主。

2.1.2 间冰期与微生物繁盛

元古代曾出现多个冰期— 间冰期旋回, 包括古元古代的休伦（Huronian）冰期和新元古代“ 雪球事件” [19]。冰期旋回的总体特征表现为温室— 冰室环境的交替, 温室期称为间冰期, 海平面上升, 水体变深, 海水覆盖面积变大, 陆棚大面积形成; 冰期形成的深海有机质（DOC）储库在间冰期得以释放, 水体营养增加, 引起低等生物繁盛[20]。从宏观尺度看, 中国上扬子地区新元古界— 寒武系烃源岩与全球范围内间冰期DOC储库释放引起的沉积有机质的碳同位素组成负漂存在较好的对应关系（见图2）。

图2 全球范围碳同位素组成记录的新元古代间冰期DOC储库释放（碳同位素组成数据据文献[21, 22]）

间冰期引起低等生物繁盛的原因有二[20]：①DOC释放的轻碳通过上升洋流进入表层海洋, 生物再次吸收, 增加有机质初始生产力; ②DOC释放大量CO2, 产生温室效应, 冰川融化使得陆表径流增加, 营养物质输入海洋, 生物进一步勃发。天津蓟县剖面的串岭沟组、山西永济剖面的崔庄组等距今1.6 Ga的烃源岩中, 不仅检测到大量来自蓝细菌管状衣鞘的丝状藻类化石（原核生物来源）, 还检测到大量甾烷类标志化合物和直径大于10 μ m的孢型微体化石（真核生物来源）。元古代地球生命虽然低等, 但已非常繁盛, 真核生物、原核生物已占据生命舞台。繁盛的微生物为有机质富集和优质烃源岩的发育奠定了良好的物质基础。

2.1.3 元古界— 寒武系优质烃源岩

大量露头及钻井资料揭示, 中国元古界— 下寒武统发育厚度较大、有机质丰度高的烃源岩[2]。现今成熟度普遍偏高, Ro值主体分布在1.6%~3.4%, 处于液态烃裂解生气主窗口范围内[23]。华北克拉通长城系串岭沟组和洪水庄组、待建系下马岭组、寒武系马店组, 扬子克拉通南华系大塘坡组、震旦系陡山沱组、寒武系筇竹寺组以及塔里木克拉通震旦系— 寒武系, 均在野外露头剖面或关键钻井见到良好烃源岩（见表1）。

表1 元古界— 寒武系烃源岩基本参数统计表

中元古界长城系和蓟县系烃源岩是中国目前发现的最古老的烃源岩, 主要见于华北克拉通[2, 24]。笔者近期对鄂尔多斯盆地周缘露头及盆地内部分钻井钻遇烃源岩进行的研究结果表明, 长城系烃源岩至少在鄂尔多斯盆地存在（见表1）。该套烃源岩在盆地北缘有机质丰度高、厚度大, 但成熟度偏高, Ro值约为2.2%~3.5%; 在盆地南缘丰度偏低、厚度较薄。盆地内桃59井钻遇灰黑色泥岩, 累厚约3 m, 未穿（因工程原因完钻）。热解分析TOC值约为3%~5%（岩屑样品）, 等效Ro值约为1.8%~2.2%。若将桃59井揭示的烃源岩标定到地震剖面上, 对应的是一组强波反射, 应该是厚层泥页岩的响应, 与渤海湾盆地冀中坳陷高深1井钻遇的串岭沟组黑色页岩类似。预计桃59井完钻深度以下还应有厚度较大的烃源岩未被钻揭; 该套烃源岩在多条地震剖面显示裂陷槽内普遍发育此套强波反射（见图3）, 推测盆地内部裂陷槽范围内发育长城系规模烃源岩的可能性极大。

图3 鄂尔多斯盆地过桃59井及典型地震剖面长城系响应特征

新元古界南华系大塘坡组、震旦系陡山沱组、灯影组等烃源岩主要分布在扬子克拉通区[27, 28]。近期在华北克拉通南部的合肥盆地, 笔者发现了震旦系间冰期烃源岩, 累计厚度大于60 m, 自下而上有3套, 黑色钙质泥页岩与冰碛砾岩间互发育（见图4）。烃源岩的TOC值平均为2.2%, Tmax值平均为508 ℃, 等效Ro值约为2.5%。该套烃源岩与陕西洛南、宁夏黄旗口等剖面的震旦系层状泥岩时代相当, 区域上可对比。推测华北克拉通南缘、西缘等都可能发育这套烃源岩, 是一套值得重视的烃源岩层系。

图4 安徽霍邱马店镇煤山剖面综合柱状图（PG— 生烃潜量, mg/g; Tmax— 烃源岩热解峰温, ℃）

寒武纪是全球重要的烃源岩发育期, 中国的扬子、塔里木克拉通钻探证实寒武系烃源岩广泛发育。华北克拉通寒武系主要发育一套紫红— 紫灰色调、碎屑岩为主的沉积层系, 过去一直认为烃源岩不发育。但前人在合肥盆地发现了马店组黑色泥岩[25], 厚20~40 m, TOC值平均为6.13%, Ro值为2.2%~4.1%, 处于过成熟阶段, 时代归属于早寒武世。近期在洛南地区发现了寒武系辛集组黑色泥页岩[26], 厚约50 m, TOC值平均为1.1%, Tmax值为456~520 ℃, 等效Ro值约为1.8%~2.5%。这些发现表明, 华北克拉通同样发育寒武系烃源岩。

由表1可见, 中国3大克拉通元古界— 寒武系烃源岩成熟度普遍偏高, Ro值一般在2.0%以上, 已达高— 过成熟阶段。根据有机质“ 接力成气” 的观点[23], 早期干酪根降解生气阶段的Ro值小于1.6%, 晚期液态烃裂解生气阶段Ro值主要为1.6%~3.2%, 且液态烃裂解成气潜力是同等数量干酪根的2~4倍。据此判断, 中国元古界— 寒武系古老烃源岩尚处液态烃裂解生气高峰阶段, 找油机会相对偏小, 但找气潜力值得高度重视。

2.2 储集岩

元古界— 寒武系作为油气勘探潜在目的层系, 处于沉积盆地最底层, 埋深大, 且经历多期成岩改造作用, 是否具备储集层发育条件, 事关该套古老层系的勘探价值。

总体看, 元古界微生物成因的碳酸盐岩占比约三分之二, 分布面积大, 横向可对比性好[29, 30]。如果大气中氧含量充分, 风化和淋滤作用强, 经建设性成岩改造发育有规模的储集体是完全有条件的。但笔者在诸多露头区观察发现, 元古界特别是古中元古界碳酸盐岩, 主体以白云岩为主, 总体偏致密, 储集层并不发育, 一个重要原因可能与那个时期大气中少氧、风化淋滤作用不强有关。如鄂尔多斯南缘山西永济、陕西洛南等野外剖面出露的蓟县系龙家园组柱状叠层石和巡检司组穹状叠层石白云岩（见图5a）, 显微结构观测叠层石构造已被重结晶的粉晶— 细晶白云石破坏（见图5b）, 胶结致密, 储集层不发育。再如鄂尔多斯盆地镇探1等井钻遇的蓟县系藻白云岩（见图5c）, 后期胶结作用也很强, 储集层非常致密。

图5 元古界微生物碳酸盐岩储集层特征实例
（a）陕西洛南蓟县系巡检司组穹状叠层石; （b）陕西洛南蓟县系巡检司组叠层石显微特征; （c）鄂尔多斯镇探1井蓟县系藻白云岩显微特征; （d）四川盆地高科1井灯影组藻云岩; （e）冀中坳陷观1井蓟县系雾迷山组白云岩; （f）冀北坳陷冀浅1井蓟县系铁岭组白云岩

从地质历史上来看, 靠近震旦纪— 寒武纪, 随大气中氧含量的增加, 风化淋滤作用变强, 有效储集体的发育机会随之增大。如四川盆地新元古界灯影组藻丘滩白云岩, 受沉积相和成岩作用双重影响[30], 叠加两期桐湾运动导致的风化剥蚀暴露及淡水淋滤作用改造形成有效储集层（见图5d）, 孔隙度一般为4%~6%, 储集层累计厚度可达60~130 m。此外, 古— 中元古代发育的碳酸盐岩如果在进入古生代以来的某个地质时期有长期暴露经历大气淋滤的历史, 也可以发育良好的储集体。如冀中坳陷中元古界雾迷山组微生物岩储集层（见图5e）, 孔隙度可达4.5%以上; 冀北坳陷铁岭组微生物岩储集层（见图5f）, 孔隙度大于3.2%。此外, 3大克拉通区寒武系发育的颗粒滩沉积[16], 如四川盆地寒武系龙王庙组、洗象池组, 鄂尔多斯盆地寒武系张夏组等经钻探证实存在有效储集体发育层段。

2.3 成藏组合

安岳大气田及塔里木盆地一系列源自寒武系的油气发现都揭示, 中国元古界— 寒武系存在现实的油气成藏组合[3, 5, 31]。但不同克拉通的成藏组合类型与主次地位有差别, 应视不同地区采用不同的勘探对策。总体看, 元古界— 寒武系发育两大成藏组合类型, 即自生自储式原生型与古生新储式次生型, 前者是指烃源岩和储盖组合都为元古界形成的成藏组合类型, 后者是指烃源岩属于元古界, 但储盖组合则发育于古生界— 中新生界而形成的成藏组合类型。

2.3.1 安岳气田发现的启示

受德阳— 安岳克拉通内裂陷控制形成的优质烃源灶与台缘溶滤和颗粒滩相碳酸盐岩储集层形成的成藏组合是安岳大气田形成的核心因素[3, 5]。安岳大气田的发现给勘探带来3方面启示：①已达高— 过成熟的烃源岩（筇竹寺组烃源岩Ro值平均为2.2%以上）仍然可以形成大气田; ②德阳— 安岳裂陷槽台缘带灯影组藻丘滩、龙王庙组颗粒滩碳酸盐岩经多期岩溶作用改造, 可以形成规模有效储集层; ③滞留于源灶内部、尚未排出的分散液态烃晚期裂解形成的天然气可以在源内和源外分别形成页岩气（储集层为筇竹寺组）和有规模的常规气聚集（储集层为灯影组、龙王庙组）。

2.3.2 成藏组合

根据源储配置关系, 中国3大克拉通元古界— 寒武系发育自生自储（含非常规气）型与古生新储型两大成藏组合类型（见图6）。

图6 四川盆地、燕辽地区元古界— 寒武系成藏组合柱状图

古生新储型组合是指由元古界烃源岩向新层系储集层提供烃源而形成的成藏组合, 多表现为下生上储, 主要分布在塔里木和华北克拉通区。塔里木寒武系烃源灶作源, 奥陶系及以上层系作储盖层形成的成藏组合已在塔北和塔中获得一系列油气发现。而华北地区中元古界洪水庄、高于庄组为烃源岩, 之上的古生界和中新生界为储盖层构成的成藏组合, 目前尚未获得发现, 属于推测性含油气系统, 值得下一步研究和勘探高度重视。目前研究判断这套成藏组合的存在, 主要基于两方面考虑：①元古界烃源岩尽管处于高— 过成熟阶段, 但仍处于液态烃裂解成气最佳窗口范围内, 供气和找气的机会都存在; ②元古界储集层致密, 寄希望于上覆古、中新生界有储集性能的层系能够形成有效成藏组合。

自生自储型组合是指元古界— 寒武系自身构成完整的生储盖组合, 包括常规气和页岩气聚集两种类型, 主要分布在扬子和塔里木两大克拉通区。

2.4 有利勘探区

受安岳大气田发现启示, 克拉通内裂陷周缘存在成藏有利区, 值得勘探家重视。以重磁电资料综合解译为基础, 结合区域地震地质大剖面标定, 编制重点层系残余厚度图, 宏观预测元古界隆坳格局和克拉通内裂陷形态, 确定主力源灶地域分布, 圈定并聚焦有利勘探靶区。

总体看, 华北克拉通发育中元古代裂陷槽[16, 17]。通过对1︰500 000航磁资料解释, 辅以有限二维地震资料标定, 对华北克拉通区中元古代裂陷槽形态及展布作粗线条勾绘（见图7、图8）。

图7 华北克拉通航磁异常上延10 km的异常分布图

图8 华北克拉通长城系残余地层厚度变化趋势图

鄂尔多斯盆地深层发育北东（NE）走向长城系裂陷槽群, 整体呈北东— 南西（NE— SW）向延伸。盆地北部的甘陕裂陷槽向东北延伸, 可能与北缘兴蒙裂陷槽连通。盆地南部的晋陕裂陷槽向东延伸, 进入沁水盆地并进一步东延与燕辽裂陷槽相连通。二维地震剖面显示, 中元古界长城系、蓟县系均有深大断裂和裂陷槽响应特征, 表现为双断或单断堑垒相间样式（见图9）。如前文所述, 鄂尔多斯盆地内部长城系可能存在有规模的烃源岩, 分布于裂陷槽范围内。综合分析认为, 鄂尔多斯盆地元古界— 寒武系可能存在的现实成藏组合应该是长城系— 蓟县系烃源岩作源灶, 上覆古、中生界作储盖层的次生成藏组合。下一步有利勘探靶区的选择, 应优先考虑裂陷槽主体部位, 在有深大断裂可将天然气输送到浅层古、中生界的区带上做工作, 取得突破的机会是存在的, 而自生自储式成藏组合因储集层条件差, 勘探的现实性大打折扣。

图9 贯穿鄂尔多斯盆地南北、东西向大剖面（测线位置见图8）

渤海湾盆地深层应该存在元古界残留烃源岩, 燕辽地区中新元古界发现油苗70多处就是佐证。但由于地质历史时期该套烃源岩未被深埋, 不排除找油的机会, 应加强区域地震地质对比研究, 首先圈定元古界烃源灶分布范围, 然后从自生自储和古生新储两个角度, 进一步研究落实有利勘探靶区。近期, 中国石油勘探开发研究院在承德地区进行元古界钻孔取心, 发现洪水庄和串岭沟组多段岩心含油, 且饱含原油。由于该地区第三系生油条件差, 钻井取心发现的原油应该来自元古界本身。综合判断, 燕辽地区可能广泛发育元古界烃源岩, 热演化程度适中, 目前尚处生油和生气早期阶段, 在有第三系覆盖且保存条件好的地区, 如冀北坳陷、冀中坳陷北部等, 应是寻找元古界原生油气藏的有利地区。

扬子和塔里木克拉通经历中新元古代板内拉张活动及构造热事件, 深层发育以新元古代为主的裂陷槽[32, 33]。利用1︰500 000航磁和重力资料, 通过剩余重力异常处理, 采用3D剥层及莫霍面、地幔高速体校正, 发现四川盆地航磁异常表现为北东（NE）向带状展布（见图10）, 与重力异常分布空间吻合较好, 尤其是峨眉— 资阳— 南充— 达州航磁异常高带与剩余重力异常低值带吻合度较高。结合区域构造分析, 推测四川盆地存在南华纪大型克拉通内裂陷。盆地演化经历了裂谷前期的火山活动和裂谷期的沉积充填, 裂谷期充填厚度较大的碎屑岩, 地震剖面上表现为强连续反射特征。在重庆、涪陵、南充、遂宁一带, 存在受北西（NW）向断裂控制的次一级裂陷发育带, 地震剖面上有较清楚的反射响应（见图11）。

图10 四川盆地及邻区航磁异常分布图

图11 四川盆地中部三维区Crossline1640叠前时间偏移剖面（剖面位置见图10）

野外露头显示, 震旦系陡山沱组、南华系大塘坡组都发育良好的烃源岩, 震旦系中经建设性改造的微生物岩与寒武系及以上层系中发育的颗粒滩相碳酸盐岩可作为储集层。围绕控制烃源灶发育的裂陷槽周边分布的台缘隆起带, 是有利成藏区带。

塔里木克拉通深层可能发育新元古代裂陷[33]。利用1︰500 000航磁资料（见图12）以及16条野外地质剖面、18口钻遇前寒武系基底的钻井资料及全盆地区域地震剖面解释, 预测塔里木盆地北部可能发育一个近东西（EW）走向克拉通内裂陷, 南部发育两个北东（NE）走向克拉通内裂陷。目前盆内尚未钻遇该套烃源岩, 仅在雅尔当山露头剖面的特瑞爱肯组中下部, 见到黑色泥页岩, 厚326.59 m, TOC值平均为2.96%。推测塔里木盆地南华系— 震旦系发育元古界烃源岩的可能性大, 是潜在的烃源层系。

图12 塔里木盆地及邻区航磁异常分布图

综上所述, 中国华北、扬子和塔里木3大克拉通区中新元古界均发育大型克拉通内裂陷, 其所控制的烃源灶有规模, 高过成熟阶段热裂解成气潜力大。震旦系和寒武系及以上层系中的微生物碳酸盐岩、颗粒白云岩经多期建设性改造可以形成规模有效储集层, 勘探具现实性, 找气潜力值得挖掘。下一步需要精细刻画克拉通内裂陷的展布, 加强层序对比研究, 评价优选有利勘探区, 可望实现元古界— 寒武系油气勘探新突破。

3 结论与思考

据现有资料预判, 元古界石油地质条件的共性大于差异性。中国3大克拉通区发育的元古界存在可比性, 一个地区勘探获得的认识可以推延到未知新区的宏观评价。从目前看, 间冰期是元古代烃源岩发育的主要时期, 克拉通内裂陷区控制源灶的发育与规模, 与源灶近邻的台缘隆起带是规模有效储集层发育区, 也是油气成藏有利区。

元古代生物种群十分低等, 个体小, 易破坏, 能够形成富含有机质的优质烃源岩主要原因有二：①元古代大气中氧含量总体偏低, 使有机物易保存不易破坏; ②火山活动频繁且规模大, 导致某些时间段的大气、水体和沉积物中放射性物质偏多, 对生物体的数量和生长速度都是“ 助推器” , 元古界发育优质烃源岩不足为怪。

由于元古代大气中氧含量总体偏低而导致的一系列石油地质事件, 必须在对元古界投入勘探之前予以关注：①元古代的重大构造事件可以造成地层的断代, 但却没有形成太多因剥蚀出现的地层损失, 因而也难以发生重大剥蚀淋滤事件, 即大型的古风化带不明显; ②占元古界三分之二的微生物岩缺少因风化和淋滤作用形成的储集体, 总体偏致密; ③元古界能够发育有规模而且有效的储集层取决于以下两种情况, 首先, 时代偏向新元古代末期及以后, 即在大气中氧含量增高以后; 其次, 元古界在大气氧含量升高以后的地质时期暴露于地表, 并遭受较长时间建设性成岩作用改造。

中国3大克拉通盆地发育的元古界是伴随着安岳大气田的发现才被人们看好的勘探新领域。基于现阶段有限资料分析, 存在两大类值得关注的成藏组合：①自生自储式原生型成藏组合, 要求烃源灶成烃和储集层必须规模有效, 以震旦系— 寒武系为主, 此外, 元古界烃源岩在地质历史中长期未被深埋（如燕辽地区）, 生油条件和成烃潜力近纪以来仍然保持, 如果元古界在大气氧含量升高以后曾暴露地表, 且遭受过建设性成岩改造, 也具有寻找自生自储型原生油气藏的机会; ②古生新储式次生型成藏组合, 烃源灶成烃尽管具有效性, 但元古界储集层条件偏差, 需要在上覆具备较好储集层条件的层系寻找次生成藏机会。因此, 源灶的规模性与有效性, 输导条件与储盖组合成为控藏3要素, 需要开展针对性研究, 圈定有利靶区以供勘探选择。

致谢：在成文过程中受到了中国石油勘探开发研究院李建忠、魏国齐、张研、郭彦如、张宝民、李军等专家教授的指导与帮助, 参加本项研究的还有中国石油勘探开发研究院罗平教授以及杨辉、方杰、王坤、秦胜飞、李秋芬、刘伟、黄擎宇、王晓梅、管树巍、赵振宇、谢武仁、曾富英等高级工程师, 中国石油东方地球物理公司华北分院、长庆分院在地震资料处理方面给予了帮助, 在此一并深致谢忱！

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 张光亚, 马锋, 梁英波, 等. 全球深层油气勘探领域及理论技术进展[J]. 石油学报, 2015, 36(9): 1156-1166.
ZHANG Guangya, MA Feng, LIANG Yingbo, et al. Domain and theory-technology progress of global deep oil & gas exploration[J]. Acta Petrolei Sinica, 2015, 36(9): 1156-1166. [本文引用:1]
[2] 孙枢, 王铁冠. 中国东部中—新元古界地质学与油气资源[M]. 北京: 科学出版社, 2015.
SUN Shu, WANG Tieguan. Meso-Neoproterozoic geology and petroleum resources in Eastern China[M]. Beijing: Science Press, 2015. [本文引用:4]
[3] 邹才能, 杜金虎, 徐春春, 等. 四川盆地震旦系—寒武系特大型气田形成分布、资源潜力及勘探发现[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(3): 278-293.
ZOU Caineng, DU Jinhu, XU Chunchun, et al. Formation, distribution, resource potential and discovery of the Sinian- Cambrian giant gas field, Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(3): 278-293. [本文引用:4]
[4] 王铁冠, 韩克猷. 论中—新元古界的原生油气资源[J]. 石油学报, 2011, 32(1): 1-7.
WANG Tieguan, HAN Keyou. On Meso-Neoproterozoic primary petroleum resources[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(1): 1-7. [本文引用:1]
[5] 杜金虎, 邹才能, 徐春春, 等. 四川盆地川中古隆起龙王庙组特大型气田战略发现与理论技术创新[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(3): 268-277.
DU Jinhu, ZOU Caineng, XU Chunchun, et al. Theoretical and technical innovations in strategic discovery of a giant gas field in Cambrian Longwangmiao Formation of Central Sichuan Paleo-uplift, Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Dvelopment, 2014, 41(3): 268-277. [本文引用:3]
[6] 翟明国. 华北前寒武纪成矿系统与重大地质事件的联系[J]. 岩石学报, 2013, 29(5): 1759-1773.
ZHAI Mingguo. Secular changes of metallogenic systems link with continental evolving of the North China Craton[J]. Acta Petrologica Sinica, 2013, 29(5): 1759-1773. [本文引用:2]
[7] 李三忠, 戴黎明, 张臻, 等. 前寒武纪地球动力学(Ⅳ): 前板块体制[J]. 地学前缘, 2015, 22(6): 46-64.
LI Sanzhong, DAI Liming, ZHANG Zhen, et al. Precambrian geodynamics(Ⅳ): Pre-plate regime[J]. Earth Science Frontiers, 2015, 22(6): 46-64. [本文引用:1]
[8] 叶云涛, 王华建, 翟俪娜, 等. 新元古代重大地质事件及其与生物演化的耦合关系[J]. 沉积学报, 2017, 35(2): 203-216.
YE Yuntao, WANG Huajian, ZHAI Lina, et al. Geological events and their biological responses during the Neoproterozoic Era[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2017, 35(2): 203-216. [本文引用:5]
[9] 陈志耕. 软流层的地球膨胀成因及其形成时间[J]. 地球科学进展, 2013, 28(7): 834-846.
CHEN Zhigeng. The Earth expansion generated the asthenosphere and its formation time[J]. Advances in Earth Science, 2013, 28(7): 834-846. [本文引用:1]
[10] 王鸿祯. 地球的节律与大陆动力学的思考[J]. 地学前缘, 1997, 4(3/4): 1-12.
WANG Hongzhen. Speculations on Earth’s rhythms and continental dynamics[J]. Earth Science Frontiers, 1997, 4(3/4): 1-12. [本文引用:2]
[11] 谢树成, 殷鸿福. 地球生物学前沿: 进展与问题[J]. 中国科学: 地球科学, 2014, 44(6): 1072-1086.
XIE Shucheng, YIN Hongfu. Progress and perspective on frontiers of geobiology[J]. SCIENCE CHINA Earth Sciences, 2014, 57(5): 855-868. [本文引用:2]
[12] 赵岩, 刘池阳. 火山活动对烃源岩形成与演化的影响[J]. 地质科技情报, 2016, 35(6): 77-82.
ZHAO Yan, LIU Chiyang. Effects of volcanic activity on the formation and evolution of hydrocarbon source rocks[J]. Geological Science and Technology Information, 2016, 35(6): 77-82. [本文引用:1]
[13] 毛光周, 刘池洋, 张东东, 等. 铀在Ⅲ型烃源岩生烃演化中作用的实验研究[J]. 中国科学: 地球科学, 2014, 44(8): 1740-1750.
MAO Guangzhou, LIU Chiyang, ZHANG Dongdong, et al. Effects of uranium on hydrocarbon generation of hydrocarbon source rocks with type-III kerogen[J]. SCIENCE CHINA Earth Sciences, 2014, 57(6): 1168-1179. [本文引用:1]
[14] OYEBANJO O M. 尼日利亚Gongola盆地地层放射性热产量与生烃潜力[J]. 石油勘探与开发, 2016, 43(3): 411-416.
OYEBANJO O M. Radiogenic heat and hydrocarbon generation potential of sediments, Gongola Basin, Nigeria[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43(3): 411-416. [本文引用:1]
[15] 蔡郁文, 王华建, 王晓梅, 等. 铀在海相烃源岩中富集的条件及主控因素[J]. 地球科学进展, 2017, 32(2): 199-208.
CAI Yuwen, WANG Huajian, WANG Xiaomei, et al. Formation conditions and main controlling factors of uranium in marine source rocks[J]. Advances in Earth Science, 2017, 32(2): 199-208. [本文引用:1]
[16] 翟明国. 中国主要古陆与联合大陆的形成: 综述与展望[J]. 中国科学: 地球科学, 2013, 43(10): 1583-1606.
ZHAI Mingguo. The main old land s in China and assembly of Chinese unified continent[J]. SCIENCE CHINA Earth Sciences, 2013, 56(11): 1829-1852. [本文引用:3]
[17] 管树巍, 吴林, 任荣, 等. 中国主要克拉通前寒武纪裂谷分布与油气勘探前景[J]. 石油学报, 2017, 38(1): 9-22.
GUAN Shuwei, WU Lin, REN Rong, et al. Distribution and petroleum prospect of Precambrian rifts in the main cratons, China[J]. Acta Petrolei Sinica, 2017, 38(1): 9-22. [本文引用:2]
[18] ZHANG S C, WANG X M, HAMMARLUND E U, et al. Orbital forcing of climate 1. 4 billion years ago[J]. PNAS, 2015, 112(12): 1406-1413. [本文引用:1]
[19] ROONEY A D, MACDONALD F A, STRAUSS J V, et al. Re-Os geochronology and coupled Os-Sr isotope constraints on the Sturtian snowball Earth[J]. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2014, 111(1): 51-56. [本文引用:1]
[20] ROTHMAN D H, HAYES J M, SUMMONS R E. Dynamics of the Neoproterozoic carbon cycle[J]. PNAS, 2003, 100(14): 8124-8129. [本文引用:2]
[21] BARTLEY J K, KAH L C. Marine carbon reservoir, Corg-Ccarb coupling, and the evolution of the Proterozoic carbon cycle[J]. Geology, 2004, 32(2): 129-132. [本文引用:1]
[22] CRAIG J, THUROW J, THUSU B, et al. Global Neoproterozoic petroleum systems: The emerging potential in North Africa[M]. London: Geological Society Special Publications, 2009: 1-25. [本文引用:1]
[23] 赵文智, 王兆云, 张水昌, 等. 有机质“接力成气”模式的提出及其在勘探中的意义[J]. 石油勘探与开发, 2005, 32(2): 1-7.
ZHAO Wenzhi, WANG Zhaoyun, ZHANG Shuichang, et al. Successive generation of natural gas from organic materials and its significance in future exploration[J]. Petroleum Exploration and Development, 2005, 32(2): 1-7. [本文引用:2]
[24] 王晓梅, 张水昌, 王华建, 等. 烃源岩非均质性及其意义: 以中国元古界下马岭组页岩为例[J]. 石油勘探与开发, 2017, 44(1): 32-39.
WANG Xiaomei, ZHANG Shuichang, WANG Huajian, et al. Significance of source rock heterogeneities: A case study of Mesoproterozoic Xiamaling Formation shale in North China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(1): 32-39. [本文引用:1]
[25] 戴金星, 刘德良, 曹高社. 华北陆块南部下寒武统海相泥质烃源岩的发现对天然气勘探的意义[J]. 地质论评, 2003, 49(3): 322-329.
DAI Jinxing, LIU Deliang, CAO Gaoshe. Discovery of marine muddy hydrocarbon source rocks in the southern margin of the North China Block and its significance for gas exploration[J]. Geologoical Review, 2003, 49(3): 322-329. [本文引用:1]
[26] 廖建波, 陈启林, 李智勇, 等. 鄂尔多斯南缘下寒武统烃源岩的发现与意义[J]. 中国矿业大学学报, 2016, 45(3): 527-534.
LIAO Jianbo, CHEN Qilin, LI Zhiyong, et al. Discovery and significance of hydrocarbon source rocks in the Lower Cambrian at the southern margin of Ordos Basin[J]. Journal of China University of Mining and Technology, 2016, 45(3): 527-534. [本文引用:1]
[27] 魏国齐, 谢增业, 宋家荣, 等. 四川盆地川中古隆起震旦系—寒武系天然气特征及成因[J]. 石油勘探与开发, 2015, 42(6): 702-711.
WEI Guoqi, XIE Zengye, SONG Jiarong, et al. Features and origin of natural gas in the Sinian-Cambrian of central Sichuan paleo-uplift, Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(6): 702-711. [本文引用:1]
[28] 谢增业, 魏国齐, 张健, 等. 四川盆地东南缘南华系大塘坡组烃源岩特征及其油气勘探意义[J]. 天然气工业, 2017, 37(6): 1-11.
XIE Zengye, WEI Guoqi, ZHANG Jian, et al. Characteristics of source rocks of the Datangpo Fm, Nanhua System, at the southeastern margin of Sichuan Basin and their significance to oil and gas exploration[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(6): 1-11. [本文引用:1]
[29] 罗平, 王石, 李朋威, 等. 微生物碳酸盐岩油气储层研究现状与展望[J]. 沉积学报, 2013, 31(5): 807-823.
LUO Ping, WANG Shi, LI Pengwei, et al. Review and prospectives of microbial carbonate reservoirs[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(5): 807-823. [本文引用:1]
[30] 赵文智, 沈安江, 胡素云, 等. 中国碳酸盐岩储集层大型化发育的地质条件与分布特征[J]. 石油勘探与开发, 2012, 39(1): 1-12.
ZHAO Wenzhi, SHEN Anjiang, HU Suyun, et al. Geological conditions and distributional features of large-scale carbonate reservoirs onshore China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(1): 1-12. [本文引用:2]
[31] 杜金虎, 潘文庆. 塔里木盆地寒武系盐下白云岩油气成藏条件与勘探方向[J]. 石油勘探与开发, 2016, 43(3): 327-339.
DU Jinhu, PAN Wenqing. Accumulation conditions and play targets of oil and gas in the Cambrian subsalt dolomite, Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43(3): 327-339. [本文引用:1]
[32] 王剑, 段太忠, 谢渊, 等. 扬子地块东南缘大地构造演化及其油气地质意义[J]. 地质通报, 2012, 31(11): 1739-1749.
WANG Jian, DUAN Taizhong, XIE Yuan, et al. The tectonic evolution and its oil and gas prospect of southeast margin of Yangtze Block[J]. Geological Bulletin of China, 2012, 31(11): 1739-1749. [本文引用:1]
[33] 周肖贝, 李江海, 王洪浩, 等. 塔里木盆地南华纪—震旦纪盆地类型及早期成盆构造背景[J]. 地学前缘, 2015, 22(3): 290-298.
ZHOU Xiaobei, LI Jianghai, WANG Honghao, et al. The type of prototypic basin and tectonic setting of Tarim Basin formation from Nanhua to Sinian[J]. Earth Science Frontiers, 2015, 22(3): 290-298. [本文引用:2]