松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖沉積特征與生烴潛力分析

張文浩，王丹丹，姚忠?guī)X，張交東，周新桂，孟元林，李世臻，劉旭鋒，曾秋楠，劉衛(wèi)彬，林燕華

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 油氣資源調(diào)查中心，北京100083；2.內(nèi)蒙古煤炭地質(zhì)勘查（集團(tuán)）總公司231公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特010090；3.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶163318

0 引言

東北地區(qū)是中國(guó)重要的石油天然氣生產(chǎn)基地，一直是國(guó)內(nèi)主力油氣供應(yīng)區(qū)，在中國(guó)油氣構(gòu)成中占據(jù)著十分重要的位置，為維護(hù)國(guó)家石油戰(zhàn)略安全發(fā)揮了舉足輕重的作用［1-3］.但近年來(lái)，隨著松遼盆地油氣勘探難度逐漸增大，勘探與開發(fā)成本也日趨增高，油氣產(chǎn)量開始逐年下降，目前迫切需要開拓新區(qū)新層系及新領(lǐng)域，亟需新的油氣接替區(qū)為油田的增儲(chǔ)上產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展提供接替領(lǐng)域和資源保障［1-9］.

中國(guó)東北地區(qū)共發(fā)育51個(gè)中新生代沉積盆地，主要包括松遼盆地及其外圍分布的眾多中小盆地，盆地總面積約59.6×104km2.目前只有6個(gè)盆地建成油氣田，其他則暫未取得油氣突破，整個(gè)外圍盆地群目前整體的油氣總產(chǎn)量?jī)H占松遼盆地的2%左右［8-9］.根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，松遼外圍中小盆地總面積為33.6×104km2，現(xiàn)還有油氣礦權(quán)空白區(qū)約21.80×104km2，礦權(quán)空白區(qū)比例為64.90%［8-9］.在油田接替如此緊迫的形勢(shì)下，松遼盆地外圍的中小型沉積盆地已成為油氣勘探的重要領(lǐng)域之一.

東北地區(qū)沉積盆地被嫩江－開魯斷裂與依蘭－伊通斷裂所分隔，可劃分為西部、中部和東部三大盆地群.以往的油氣勘探開發(fā)主要集中在松遼盆地及其西部的二連、海拉爾等盆地，東部盆地群的工作程度相對(duì)較低，亟需持續(xù)加強(qiáng)對(duì)東部盆地群的油氣調(diào)查及勘探工作［6-9］.下白堊統(tǒng)（K1）在松遼外圍東部地區(qū)分布廣泛，是該區(qū)主要油氣勘探層系，蘊(yùn)藏著巨大的勘探潛力，但目前缺乏對(duì)整個(gè)松遼外圍東部地區(qū)下白堊統(tǒng)已有成果與資料的系統(tǒng)梳理，對(duì)油氣地質(zhì)規(guī)律缺乏綜合研究.筆者及研究團(tuán)隊(duì)在前人的研究基礎(chǔ)上，依托公益性油氣調(diào)查項(xiàng)目，通過開展油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查及地質(zhì)調(diào)查井鉆探工程等工作，在三江盆地東部、通化盆地、紅廟子盆地下白堊統(tǒng)地層均鉆獲了良好的油氣顯示［9-11］，并對(duì)松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖開展了綜合分析研究，為下一步該地區(qū)的油氣勘探部署提供科學(xué)依據(jù).

1 東部盆地群中新生界地層劃分

圖1 松遼外圍東部盆地群分布圖（據(jù)文獻(xiàn)［9］）Fig.1 Distribution map of eastern basin group in the periphery of Songliao Basin（From Reference［9］）

研究區(qū)位于東北地區(qū)的東部，即依蘭－伊通斷裂以東的東部盆地群，行政區(qū)劃上隸屬于黑龍江省、吉林省與遼寧省東部（圖1）.經(jīng)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)共有39個(gè)中小規(guī)模沉積盆地，總面積約11×104km2［9］，總油氣當(dāng)量可達(dá)28.95×108～30.58×108t，油氣勘探潛力較大［12］.東部盆地群主要為中新生界疊合殘留盆地，面積具有“北大南小”特征，其中較大的盆地多位于北部的黑龍江省內(nèi).

綜合考慮構(gòu)造、沉積、生物群面貌等因素，松遼外圍東部地區(qū)的地層可劃分為北部黑龍江分區(qū)和南部吉林分區(qū)（表1）［5］.黑龍江地層分區(qū)包括三江盆地、勃利盆地、虎林盆地、雞西盆地、鶴崗盆地、佳木斯盆地等，主要發(fā)育三疊系、侏羅系、白堊系和古近系，其中侏羅系至早白堊系地層厚度大，生物化石豐富.吉林地層分區(qū)包括寧安盆地、延吉盆地、樺甸盆地、梅河盆地、敦化盆地、渾春盆地、蛟河盆地等，主要發(fā)育白堊系、古近系和新近系地層，含有煤、油頁(yè)巖、硅藻土、黏土等，上新統(tǒng)頂部被玄武巖所覆蓋.

本研究在搜集分析各油田公司及不同學(xué)者地層劃分對(duì)比方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合己有的鉆井、重磁電及古生物成果，修訂完成了黑龍江地區(qū)與吉林地區(qū)南北地層的劃分對(duì)比［5，13-20］（圖2）.三疊系主要發(fā)育在吉林省地層分區(qū)的山間或山前盆地，為一套火山－碎屑巖含煤沉積，在那丹哈達(dá)地體發(fā)育大嶺橋組的海相硅質(zhì)巖，夾有陸相碎屑巖［21］.中—晚侏羅世地層僅局部地區(qū)發(fā)育，東部盆地群發(fā)育陸相、海相及海陸交互相地層.早白堊世，尤其是早白堊世早期地層十分發(fā)育，火石嶺組、德仁組、砬門子組、果松組、滴道組、裴德組、屯田營(yíng)組和寧遠(yuǎn)村組發(fā)育的火山巖夾碎屑巖地層全區(qū)可對(duì)比.沙河子組、久大組、大沙灘組、鷹嘴砬子組、城子河組、云山組、長(zhǎng)財(cái)組等煤系地層是研究區(qū)內(nèi)主力烴源巖.營(yíng)城組、穆棱組、珠山組發(fā)育火山巖及含煤地層也可以對(duì)比.早白堊世晚期泉頭組具有全區(qū)對(duì)比意義.晚白堊世地層在松遼盆地、孫吳－嘉蔭盆地、三江盆地發(fā)育，其他盆地都不發(fā)育，其中上白堊統(tǒng)是松遼盆地的主力產(chǎn)油氣層位.古近系、新近系在依蘭－伊通盆地十分發(fā)育，其他盆地不甚發(fā)育，具有全區(qū)對(duì)比意義的有達(dá)連河組、虎林組、琿春組發(fā)育的煤系地層和道臺(tái)橋組、船底山組發(fā)育的火山巖.

表1 松遼外圍東部盆地群南、北地層區(qū)主要特征Table 1 Characteristics of south and north stratigraphic subareas in the eastern periphery of Songliao Basin

圖2 松遼外圍東部盆地群主要盆地地層對(duì)比圖（據(jù)文獻(xiàn)［12］）Fig.2 Stratigraphic correlation of eastern basin group in the periphery of Songliao Basin（From Reference［12］）

2 下白堊統(tǒng)烴源巖沉積特征

2.1 中新生界沉積特征

（1）近源快速沉積.松遼外圍東部斷陷盆地內(nèi)各斷陷的規(guī)模較小，加之?dāng)嘞菰斐蓮?qiáng)烈的地形起伏，陸源碎屑的供給充分，造成了物源近、沉積快、巖相變化快、沉積體系規(guī)模小等沉積特征［12］.通常在斜坡區(qū)形成快速充填超覆尖滅帶，沉積物礦物成熟度低，分選差.以發(fā)育徑向流為主，水流長(zhǎng)度小于寬度，沉積相帶窄，相變迅速.各斷陷構(gòu)造活動(dòng)在時(shí)空上的不均勻性，使其沉積類型和厚度上有較大分異.

（2）以淡水—微咸水湖盆為主.松遼外圍東部斷陷盆地群（如敦密盆地、柳河盆地）為規(guī)模較小的狹長(zhǎng)盆地，分割性極強(qiáng)，湖盆范圍有限，陸源水流充分供給淡水，淡水與湖水充分交換，以發(fā)育淡水—微咸水湖泊（礦化度小于35 g/L）為主.淡水湖泊水生生物繁盛，如淡水藻類、介形蟲、小型雙殼類等，湖盆邊緣高等植物較發(fā)育，高等植物屑供給充分.僅在部分深斷陷的中央，由于強(qiáng)烈火山作用及深部物質(zhì)的加入，加之持續(xù)深水環(huán)境，可能發(fā)育深水半咸化湖泊沉積.

（3）多種碎屑巖沉積體系.由于斷陷盆地狹小，多個(gè)陸源水流充分供給碎屑，湖泊區(qū)與各種碎屑沉積體系的比例約為1∶1～1∶2［22］.碎屑巖一般分布在構(gòu)造高部位，深斷陷成為深水湖相區(qū)，從而形成粗細(xì)相間格局.湖泊區(qū)范圍有限，碎屑沉積體系（包括沖積扇、扇三角洲、水下扇等）的比例較高.盆地內(nèi)發(fā)育多種沉積體系，即沖積扇沉積體系、扇三角洲沉積體系、近岸水下扇沉積體系、深水重力流沉積體系及湖泊沉積體系.

2.2 下白堊統(tǒng)烴源巖沉積特征

在東北地區(qū)東部盆地群廣泛發(fā)育下白堊統(tǒng)烴源巖，烴源巖類型包括暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤層和油頁(yè)巖.在野外石油地質(zhì)調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)南部的烴源巖顏色深、粉砂含量低，一般發(fā)育黑色泥巖、油頁(yè)巖以及薄煤層；研究區(qū)北部的烴源巖顏色較淺、粉砂含量較高，多發(fā)育暗色泥巖、煤和碳質(zhì)泥巖，不發(fā)育油頁(yè)巖.

在松遼外圍東部盆地群中，下白堊統(tǒng)烴源巖累積厚度整體上具有“北厚南薄”的特征（圖3）.北部地區(qū)下白堊統(tǒng)烴源巖累積厚度最厚可達(dá)1 285 m左右，最薄只有幾米，厚度變化較大；南部地區(qū)各盆地面積較小，下白堊統(tǒng)烴源巖累積厚度分布在100～850 m，各盆地?zé)N源巖厚度相差較小.

3 下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度及影響因素

有機(jī)碳豐度（TOC）是評(píng)價(jià)烴源巖的最基本參數(shù)之一，是判識(shí)烴源巖的首選指標(biāo).筆者近年來(lái)對(duì)三江盆地、雞西盆地、雙陽(yáng)盆地、通化盆地等下白堊統(tǒng)烴源巖（野外或鉆井巖心）樣品進(jìn)行了分析測(cè)試（表2）.三江盆地下白堊統(tǒng)城子河組（K1ch）和穆棱組（K1m）發(fā)育的煤系泥巖與碳質(zhì)泥巖是主要烴源巖.穆棱組煤系泥巖TOC含量為0.25%～3.80%，平均值為1.22%；S1＋S2介于0.09×10－3～2.27×10－3之間，平均值為0.89×10－3.城子河組煤系泥巖TOC分布范圍為0.14%～4.30%，平均值為1.47%；S1＋S2介于0.02×10－3～5.80×10－3之間，平均值為1.04×10－3.三江盆地下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到了中等—好的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).

在地表與地質(zhì)調(diào)查井樣品地球化學(xué)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，筆者還搜集、研究了虎林盆地、勃利盆地、寧安盆地等下白堊統(tǒng)烴源巖的測(cè)試數(shù)據(jù)（表2）［18-29］.總體上，參照陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T5735—1995）［30］，下白堊統(tǒng)烴源巖達(dá)到了中等，部分烴源巖達(dá)到好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，如方正斷陷、延吉盆地、遼源盆地、松江盆地、雙陽(yáng)盆地、果松盆地、通化盆地和紅廟子盆地；有的屬于最好的烴源巖（TOC＞2，S1＋S2＞20），如東寧盆地、老黑山盆地和羅子溝盆地.在研究區(qū)，下白堊統(tǒng)烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度具有“南高北低”的特征（圖4），南部烴源巖豐度較高，達(dá)到中等—最好級(jí)，北部的有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，屬于中等偏差的烴源巖.研究區(qū)有機(jī)質(zhì)的豐度主要受沉積相的影響與控制，北部地區(qū)下白堊統(tǒng)發(fā)育海陸交互相和湖沼相沉積，水體相對(duì)較淺，主要發(fā)育陸源高等植物，有機(jī)質(zhì)豐度較低；南部地區(qū)下白堊統(tǒng)主要發(fā)育淡水湖相沉積，烴源巖中以水生生物為主，烴源巖主要為湖相暗色泥巖和油頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)的豐度相對(duì)較高.

圖3 松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖厚度分布圖Fig.3 Thickness distribution of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

3.2 有機(jī)質(zhì)類型及影響因素

松遼外圍東部盆地群各沉積盆地面積不大，湖盆水體穩(wěn)定性較差，整體呈振蕩式演化，沉積相以沼澤相、濱淺湖、半深湖—深湖相為主，優(yōu)質(zhì)烴源巖比例較低.大部分烴源巖有機(jī)質(zhì)以淡水水生生物及陸生高等植物為主，Ⅲ型、Ⅱ2型干酪根占主導(dǎo)地位，部分?jǐn)嘞萆踔烈园l(fā)育沼澤相Ⅲ型煤系烴源巖為主.但在部分規(guī)模較大深斷陷的半深湖—深湖相區(qū)，水生浮游生物繁盛，油頁(yè)巖較發(fā)育，以發(fā)育Ⅱ1、Ⅱ2型干酪根為主，如三江盆地、雞西盆地、雙陽(yáng)盆地、果松盆地、柳河盆地、通化盆地和紅廟子盆地（表3）.

表2 松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Organic matter abundance of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

根據(jù)前人資料與最新樣品分析結(jié)果，得出下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類在平面上的展布規(guī)律（圖5）.由圖5可見，下白堊統(tǒng)烴源巖主要發(fā)育Ⅱ—Ⅲ型干酪根，但總體上南部地區(qū)有機(jī)質(zhì)類型好于北部地區(qū).北部地區(qū)主要為Ⅱ2—Ⅲ型，南部地區(qū)主要為I—Ⅱ2型.原因主要為北部地區(qū)沉積盆地發(fā)育于海陸交互相、濱淺湖相等淺水環(huán)境，有機(jī)質(zhì)來(lái)源于陸生高等植物及水生浮游生物，但以陸生生物為主；南部地區(qū)沉積環(huán)境主要為湖相，少數(shù)為沼澤相，油頁(yè)巖較發(fā)育，水生浮游生物繁盛，烴源巖中陸源高等生物較為發(fā)育.因此，北部烴源巖具有一定的生氣潛力，南部烴源巖同時(shí)具有生油和生氣的潛力.

表3 松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)顯微組分統(tǒng)計(jì)表Table 3 Characteristics of organic maceral in Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

圖4 松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度平面圖Fig.4 Organic abundance distribution map of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

3.3 烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度及影響因素

有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）是烴源巖能否生成大量石油或天然氣的關(guān)鍵［31］.沉積有機(jī)質(zhì)在沉積埋藏期間，通過各種地質(zhì)應(yīng)力作用，達(dá)到某種特定演化階段才可以形成油氣.通過研究三江盆地、雞西盆地、通化盆地、柳河盆地、紅廟子盆地、果松盆地和雙陽(yáng)盆地的下白堊統(tǒng)烴源巖樣品有機(jī)質(zhì)成熟度，結(jié)果表明三江盆地下白堊統(tǒng)烴源巖Ro主要介于0.66%～2.11%之間，Tmax主要介于440～580℃之間，有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到了高成熟階段（圖6，圖7a、b）.雞西盆地下白堊統(tǒng)烴源巖Ro主要介于0.49～2.15%之間，Tmax主要介于440～580℃之間，有機(jī)質(zhì)熱演化處于高成熟階段（圖6，圖7c、d）.

圖5 松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型平面圖Fig.5 Distribution map of organic matter types of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

總體分析，松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度具有“北高南低”的變化趨勢(shì)（圖6）.北部主要處于成熟—高成熟階段，以輕質(zhì)油、凝析油氣與濕氣為主；南部主要處于低熟—成熟階段，以生成中質(zhì)油為主.

莫霍面埋深可能是導(dǎo)致東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度差異的主要原因.已有的研究表明，莫霍面越淺，大地?zé)崃髟礁?，地溫梯度越高?2］.研究區(qū)莫霍面埋深從北向南逐漸變深，北部地區(qū)莫霍面埋藏為35～36 km，地溫梯度較高，生烴門限較淺；南部莫霍面埋深為37～40 km，地溫梯度較低，生烴門限較深（圖8）.三江盆地、虎林盆地、勃利盆地和雞西盆地位于研究區(qū)北部，莫霍面埋藏較淺，生油門限較淺；而羅子溝盆地、延吉盆地和敦化盆地位于研究區(qū)南部，莫霍面埋藏較深，生油門限也相對(duì)較深（圖9）.

圖6 松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度平面圖Fig.6 Distribution map of organic matter maturity of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

4 結(jié)論

（1）松遼外圍東部中小規(guī)模沉積盆地群，總油氣當(dāng)量可達(dá)28.95×108～30.58×108t，具較大勘探潛力.受各斷陷規(guī)模較小且分割性強(qiáng)的影響，東部盆地群中新生界具有近源快速沉積、淡水—微咸水湖盆為主的沉積特征，發(fā)育多種碎屑巖沉積體系沉積特征.

（2）松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖廣泛發(fā)育，其中暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤系地層是主要烴源巖層.

（3）有機(jī)地球化學(xué)分析結(jié)果表明，松遼外圍東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度具有“南高北低”的特征，南部通化、柳河等盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到中等—好級(jí)別，北部相對(duì)較低；主要發(fā)育Ⅱ—Ⅲ型干酪根，總體上南部好于北部；有機(jī)質(zhì)成熟度具有從北到南逐漸降低的趨勢(shì).

圖7 三江盆地與雞西盆地下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度Fig.7 Organic matter maturity of Lower Cretaceous source rocks from Sanjiang Basin and Jixi Basin

圖8 松遼外圍東部盆地群莫霍面埋深Fig.8 Moho depth of eastern basin group in the periphery of Songliao Basin

圖9 松遼外圍東部盆地群莫霍面埋深與生油門限剖面圖Fig.9 Profile of Moho depth and oil generation threshold in the eastern periphery of Songliao Basin