中國東北地區(qū)古生界油氣前景展望

康玉柱，王紀偉

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引 言

中國東北地區(qū)包括俄羅斯遠東地區(qū)，位于中亞造山帶東段，大地構造位置處于華北克拉通和西伯利亞克拉通之間，其主要受古亞洲洋構造域的影響，又經(jīng)歷了太平洋構造域的強烈改造與疊加增生，具有復雜的構造演化歷史。東北地區(qū)具有前震旦系(Pt2—3)的結晶變質(zhì)基底，廣泛分布古生界地層，發(fā)育海相、海陸交互相和陸相沉積。古生界發(fā)育多層系品質(zhì)良好的烴源巖及多時代油氣成藏組合，多處見油氣顯示或天然氣流，具有較好的勘探前景。區(qū)內(nèi)發(fā)育6個中新生代盆地，中新生界地層齊全且厚度較大。此次研究探討了東北地區(qū)古生界地層沉積、成油組合及成藏條件，對油氣資源潛力進行整體評價，對勘探前景進行展望，以期為下步勘探提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

據(jù)重力、磁力、大地電磁和少量深反射地震資料解釋，松遼盆地所處的地殼，莫霍面埋深為29～35 km。莫霍面等深線為29 km的區(qū)域的形態(tài)與松遼盆地沉降幅度最大、沉陷時間最長的古龍凹陷相一致；莫霍面等深線為30 km的區(qū)域的形態(tài)與松遼盆地一級構造單元的中央坳陷區(qū)相一致。松遼盆地的莫霍面埋深與盆地基底埋深存在嚴格的鏡像關系。莫霍面的隆起控制了坳陷區(qū)的分布，莫霍面的高點控制了長期凹陷的分布。

東北地區(qū)古生界構造演化總體經(jīng)歷3個階段(表1)：①震旦紀—寒武紀—奧陶紀：為裂陷—克拉通盆地演化階段，充填了一套海相陸源碎屑巖及碳酸鹽巖建造；②志留紀—泥盆紀：擠壓克拉通盆地演化階段；③石炭紀—二疊紀：克拉通內(nèi)坳陷盆地演化階段[1-3]。后期又疊加了中新生代斷陷盆地演化階段，是中國東北地區(qū)含油氣盆地主體形成時期，白堊系為主要勘探層系。

表1 東北地區(qū)區(qū)域構造演化階段劃分簡表Table 1 Brief sheet of division of regional tectonic evolution stages in northeast China

2 地層

2.1 東北地區(qū)的結晶基底

東北地區(qū)的結晶基底為太古界—中元古界地層，為一套深變質(zhì)的碳酸鹽巖、中基性火山巖及碎屑巖，但在中新元古界黑龍江群(薊縣系)為海相火山巖—沉積巖，下部為綠泥巖，局部還發(fā)育蛇綠混雜巖等 (青白口系)。

2.2 古生界

寒武系：中下寒武統(tǒng)在佳木斯地區(qū)為粗碎屑巖磨拉石建造；伊春—延壽地區(qū)為陸源碎屑巖及碳酸鹽巖建造，厚度為1 600.0 m，西厚東薄，并缺失中—上寒武統(tǒng)。

奧陶系：該區(qū)東北部的呼蘭地區(qū)發(fā)育酸性火山巖、砂巖及灰?guī)r，厚度為245.0 m；伊通放牛溝地區(qū)發(fā)育上奧陶統(tǒng)中酸性火山巖、碎屑巖及灰?guī)r，厚度為210.0 m；伊春—延壽地區(qū)下奧陶統(tǒng)為酸性火山巖夾灰?guī)r，厚度為7 806.0 m；中奧陶統(tǒng)為陸源碎屑巖、碳酸鹽巖和中酸性火山巖，厚度為1 457.0 m；中奧陶世末，洋盆閉合并增生至佳木斯微地塊西緣，形成中加里東期花崗閃長巖帶。

志留系—泥盆系：在該區(qū)分布面積小于寒武系—奧陶系，厚度也較薄。在北部呼蘭地區(qū)，下志留統(tǒng)為碎屑巖夾火山巖，厚度為321.9 m；上志留統(tǒng)為碎屑巖、碳酸鹽巖，厚度為225.0 m；缺失中志留統(tǒng)。佳木斯地塊，志留系—泥盆系為一套碎屑巖及碳酸鹽巖，厚度為650.0 m；中泥盆世末隆升，缺失上泥盆統(tǒng)；另外，在四平、舒蘭、鄂爾古納斯、嫩江北海拉爾等地區(qū)均發(fā)育志留系—泥盆系。

石炭系—二疊系：在東北地區(qū)分布廣泛，總體為一套海相—海陸交互相的碳酸鹽巖、碎屑巖夾火山巖建造。

在雙陽、永吉、牛南、蛟河、漠河、琿春、根河、九臺、海龍等地區(qū)，鉆遇的石炭系—二疊系新地層為海相碳酸鹽巖及碎屑巖夾火山巖，總厚度為1 100.0～6 000.0 m。張廣才嶺地區(qū)上二疊統(tǒng)地層為湖相砂巖與泥巖互層及火山巖，厚度為1 184.0 m；延吉地區(qū)上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)地層為淺海相碎屑巖、火山巖，厚度為5 690.0 m；吉林蘆家屯地區(qū)上石炭統(tǒng)海相地層與二疊系一起褶皺，上三疊統(tǒng)不整合其上[4-7]。

3 石油地質(zhì)條件

3.1 烴源巖特征

(1) 東北地區(qū)古生界發(fā)育2套烴源巖，為海陸過渡相煤系烴源巖和海相烴源巖。第1套烴源巖為石炭系—二疊系煤系烴源巖，巖性主要以煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r為主，TOC為0.6%～3.2%、以III型為主，Ro為0.9%～2.3%，烴源巖厚度為250.0～620.0 m。第2套烴源巖為寒武系—奧陶系海相烴源巖，以海相碳酸鹽巖及泥灰?guī)r為主，TOC為0.5%～2.0%，Ro為0.9%～3.4%，以I—II型為主，烴源巖厚度為230.0～320.0 m。這2套烴源巖在大斷裂或巖漿巖的噴發(fā)和侵入?yún)^(qū)有局部接觸熱變質(zhì)作用，但就全區(qū)而言未發(fā)生沉積巖系的大規(guī)模變質(zhì)，其中，泥頁巖、泥灰?guī)r及暗色灰?guī)r等均屬好烴源巖。拉布達林盆地下二疊統(tǒng)生物灰?guī)r厚度為326.0 m，根河盆地下二疊統(tǒng)烴源巖厚度為300.0 m，吉林市郊區(qū)龍?zhí)兜貐^(qū)的二疊系泥頁巖厚度為500.0～700.0 m。近年來進行了深入研究，露頭樣品和鉆井取心樣品分析表明，剩余有機碳含量較高，為0.7%～3.5%，Ro為1.4%～4.1 %，屬高成熟—過成熟階段，以生成天然氣為主。

(2) 與鄰區(qū)華北地塊和東西伯利亞陸塊相比可知，華北陸塊新元古界、寒武系—奧陶系均發(fā)育較好烴源巖；東西伯利亞地塊文德系和里菲系(相當于震旦系)及∈—O均發(fā)育好烴源巖。由此推測東北陸塊也應發(fā)育類似時代的烴源巖，初步估算該區(qū)天然氣資源量約為10×1012～15×1012m3。

(3) 東北地區(qū)特別是大慶外圍地區(qū)發(fā)現(xiàn)了火山巖天然氣田，經(jīng)大慶油田計算大慶探區(qū)深層天然氣資源量達2×1012m3，表明東北地區(qū)天然氣資源潛力很大。

(4) 東北地區(qū)與東西伯利亞陸塊對比分析，東西伯利亞經(jīng)40多年的勘探，已發(fā)現(xiàn)大油氣田14個，石油可采儲量為128×108t，天然氣可采儲量為50×1012m3。中國東北地區(qū)與東西伯利亞陸塊具有相似的地質(zhì)構造特征和成藏條件，具有可類比性。全區(qū)油氣資源量為520×108t油當量，采出程度相對較低，剩余資源量高，勘探潛力很大。因此，預測該區(qū)古生界油氣資源潛力較大[2,8-9]。

3.2 沉積儲層特征

東北地區(qū)石炭系以淺海相為主，局部發(fā)育海陸交互相。早二疊世淺海相分布范圍縮小，海陸交互相面積擴大。晚二疊世淺海相分布范圍更小，海陸交互相面積更大[1-2,8](圖1～3，據(jù)康志宏2013年圖修改)。

圖1 東北地區(qū)晚石炭世沉積相Fig.1 Sedimentary facies during Late Carboniferous period in northeast China

古生界儲集巖具有多時代、多層段特征。其儲集巖主要為碎屑巖(各種砂巖、砂礫巖)、碳酸鹽巖、火山巖3類。這3類儲集巖物性均較差：砂巖孔隙度為3.0%～8.0%，滲透率為0.2～1.0 mD；碳酸鹽巖孔隙度為2.5%～6.8%，滲透率為0.2～0.7 mD；火山巖孔隙度為5.0%～16.0%，滲透率為0.8～20.0 mD。碎屑巖及碳酸鹽巖均為致密儲層。

3.3 蓋層條件

東北地區(qū)中新生代以來發(fā)育多個大中型沉積盆地，分布范圍廣，中新生界泥巖層系成為古生界油氣成藏的重要蓋層，特別是松遼盆地、海拉爾盆地、三江盆地等，蓋層保存條件更佳。古生界內(nèi)部發(fā)育的多層段泥頁巖及致密灰?guī)r均為良好蓋層。

3.4 油氣成藏組合

通過對區(qū)內(nèi)沉積演化及烴源巖發(fā)育狀況分析，認為區(qū)內(nèi)發(fā)育3套生儲蓋組合：震旦系—寒武系—奧陶系(Z—∈—O)；石炭系—二疊系(C—P)；寒武系—奧陶系(∈—O)、志留系—泥盆系(S—D)及古生界與上覆地層組成的組合。

目前，在東北地區(qū)石炭系—二疊系地層多處發(fā)現(xiàn)油氣顯示或天然氣流。松遼盆地有9口井在上古生界地層試氣獲得氣流，農(nóng)103井壓裂后自噴日產(chǎn)氣量為4.24×104m3/d；汪902井在哲斯組礫巖解釋氣層2層，厚度為26.0 m，壓裂后自噴日產(chǎn)氣量為4.19×104m3/d；昌401、肇深1、昌102、肇深11、肇深3井壓裂后自噴日產(chǎn)氣量分別為1.38×104、1.18×104、1.07×104、6 600、4 193 m3/d；芳深901井套管試氣日產(chǎn)氣量為119 m3/d；農(nóng)101井壓裂后自噴日產(chǎn)氣量為80 m3/d。獲得氣流的井基本分布在東北地區(qū)東部石炭系—二疊系后期深埋區(qū)，烴源巖厚度大。氣測顯示井8口，分析為自生自儲的天然氣，主要分布在東北地區(qū)東部石炭系—二疊系后期深埋區(qū)，西北部個別井見到氣測顯示[9-12]。

4 油氣前景展望

通過近幾年勘查研究，初步認為石炭系—二疊系有利區(qū)為松遼盆地的肇源、大安—農(nóng)安、海坨子—長嶺、松遼盆地南部、伊通盆地等。

4.1 肇源有利區(qū)帶

肇源有利區(qū)帶面積為10 000 km2，區(qū)內(nèi)上古生界地層保存完整，地層厚度為5 000.0～10 000.0 m。四深1、昌102和汪902井等12口探井鉆遇上二疊統(tǒng)林西組，其中，四深1井揭示林西組厚度為1 289.5 m。區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)林西組烴源巖較為發(fā)育，大部分烴源巖的有機質(zhì)成熟度為2.0%～3.0%，松遼盆地形成后，石炭系—二疊系地層為后期深埋藏，烴源巖二次生烴，為中生代氣藏有效氣源，尤其是對芳深1井和芳深2井氣藏供烴超過80%。四深1井在林西組見到8層58.0 m氣測異常顯示，預示著區(qū)內(nèi)可能存在原生氣藏。區(qū)內(nèi)上古生界頂面埋深為3 000.0～4 000.0 m，便于勘探。

4.2 大安—農(nóng)安有利區(qū)帶

大安—農(nóng)安有利區(qū)帶面積為29 000 km2。上古生界地層具有一定分布范圍，地層厚度為30.0～400.0 m。完鉆的長深14井鉆遇200.0 m灰?guī)r，推測時代為二疊紀。2011年預探中生界含氣性，同時兼探上古生界，鉆探伏17井，該井完鉆井深為2 474.0 m，上古生界頂面埋深為1 615.0 m，鉆遇上古生界地層859.0 m，巖性為砂巖，氣測顯示10層，厚度為41.0 m。

4.3 海坨子—長嶺有利區(qū)帶

海坨子—長嶺有利區(qū)帶面積為8 000 km2，區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系地層厚度為40.0～450.0 m，完鉆的長深3井鉆遇中下三疊統(tǒng)流紋巖，推測其下隱伏石炭系—二疊系地層。區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系烴源巖發(fā)育，有機質(zhì)成熟度為1.5%～1.8%，熱演化史分析揭示該區(qū)石炭系—二疊系為后期深埋藏，可能發(fā)生了二次生烴，并得到有效保存；頂面埋深為1 600.0～4 000.0 m，有利于勘探。

圖2 東北地區(qū)早二疊世沉積相Fig.2 Sedimentary facies during Early Permian period in northeast China

4.4 松遼盆地南部有利區(qū)帶

(1) 通遼西凹陷帶、濱南凹陷帶上古生界地層烴源巖發(fā)育，厚度大，成熟度適中。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲層和多套生儲蓋組合，綜合評價為一級戰(zhàn)略區(qū)帶。

(2) 乾安—長嶺凹陷帶上古生界烴源巖分布局限，厚度一般，成熟度普遍較高。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲層和多套生儲蓋組合，SN64井在灰?guī)r地層見油氣顯示，綜合評價為二級戰(zhàn)略區(qū)帶。

(3) 茫漢凹陷帶上古生界烴源巖較發(fā)育，厚度一般，成熟度適中。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲層和多套生儲蓋組合，奈10井見油氣顯示，綜合評價為二級戰(zhàn)略區(qū)帶。

(4) 昌圖—梨樹凹陷帶上古生界烴源巖較發(fā)育，成熟度中等—高。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲層和多套生儲蓋組合，綜合評價為二級戰(zhàn)略區(qū)帶。

(5) 南部隆起區(qū)上古生界集中分布于區(qū)帶東部王參l井附近，且王參1井在灰?guī)r地層中見油氣顯示，解釋厚度為2.5 m的氣層，但總體來看，上古生界分布面積有限，綜合評價為三級戰(zhàn)略區(qū)帶。

4.5 伊通盆地有利區(qū)帶

2008年在伊通地區(qū)鉆探的昌37井于花崗巖體見天然氣流，綜合研究認為其氣源可能為下伏古生界地層，如伊18井的原油來自下伏的上古生界沉積盆地。伊通地區(qū)上古生界沉積盆地的存在，不但擴大了伊通盆地的勘探領域，同時也展現(xiàn)了上古生界勘探前景。

綜上所述，東北地區(qū)古生界油氣地質(zhì)研究和勘查程度很低，因此，建議如下：首先要加強油氣地質(zhì)基礎研究，進一步厘清古生代沉積體系、盆地演化、構造體系特征，編制巖相古地理圖、構造演化史圖、不同時期斷裂體系圖等。其次需進一步研究古生界烴源巖，特別是劃清各時代烴源巖變質(zhì)帶，深入研究各時代烴源巖有機質(zhì)豐度及熱演化特征，進一步明確油氣資源潛力。

圖3 東北地區(qū)晚二疊世沉積相Fig.3 Sedimentary facies during Late Permian period in northeast China

5 結 論

(1) 東北地區(qū)古生界地層發(fā)育在前震旦系結晶變質(zhì)基底之上，下古生界為海相沉積，上古生界為海陸交互相，中新生界主要為陸相，分布于各斷陷和坳陷中。

(2) 東北地區(qū)巖漿活動十分強烈，尤其海西期和印支—燕山期巖漿活動最為突出，既有侵入巖又有廣泛分布的噴發(fā)巖，且?guī)r性齊全。

(3) 東北地區(qū)古生界地層發(fā)育齊全，具多套烴源巖及儲蓋組合，油氣前景好，以致密氣為主，是今后天然氣勘探的重要接替領域。