延吉盆地多期不整合面的形成及其油气地质意义

张吉光，乔德武，金银姬，刘艳杰，邓传伟，丛培泓，张冬花

1.大庆油田有限责任公司勘探分公司，黑龙江 大庆 163453

2.国土资源部油气资源战略研究中心，北京 100034

3.大庆钻探工程公司地球物理勘探一公司，黑龙江 大庆 163357

延吉盆地是一个后期改造较为强烈的断陷盆地。其主要沉积地层为下白垩统头道组、铜佛寺组、大砬子组和上白垩统龙井组，最大沉积厚度约3500 m。主要含油气层位为铜佛寺组，已在其中找到若干油藏、气藏[1]。由于盆地构造活动频繁、后期变形大，导致油气分布复杂多变。但在相似的构造背景和统一的应力场环境下，其地质特征应该具有许多共性的方面（包括大的沉积间断、不整合的形成）。因此，深入探讨、识别其中不整合的特点和形成，对于认识其对油气的影响有重要的意义。

1 不整合的类型及成因

沉积地层中的不整合历来是人们在勘探实践中注重研究的重要内容之一[2-4]。按照规模大小，通常将不整合分为三级[5-7]：由构造运动引起形成的不整合确定为一级，具体又称为角度不整合（含断褶不整合、褶皱不整合）、侵蚀不整合或消蚀不整合；由于沉积过程中湖水进退形成的不整合为二级，又叫做超覆不整合或与之相当的假整合；地史中短暂的沉积间断定义为三级，相当于层序地层中的三级层序界面。当然，由于受勘探程度的限制，三级不整合并不能全部认识清楚。加之，有的不整合面对油气的生成与聚集的影响较小，不做重点讨论。

1.1 由下到上发育3个一级不整合、3个二级不整合

延吉盆地面积1670km2，由两凹一凸一斜坡组成（图1）。从沉积地层的基底（基底岩性主要为石炭-二叠系的结晶灰岩、变余砂砾岩、花岗岩、泥板岩）、下白垩统屯田营组的火山岩系到上白垩统的龙井组（图2），发育6个不整合，其中3个一级不整合、3个二级不整合。根据地震（图3）、测井和地质（图4）等有关资料，可以识别这些不整合。

图1 延吉盆地构造单元划分图Fig.1 Map of tectonic unit division in Yanji basin

基岩顶部及屯田营组顶部的角度不整合为全区性角度不整合，属一级不整合，相当于地震T5反射层。这一界面很易识别，表现为不整合面之下岩性致密坚硬、密度大（2.55g／cm3以上），局部缝洞发育，高电阻。地震剖面上易形成强振幅同相轴且其上下波组特征截然不同，表明不整合面上下地层倾角发生明显变化（图3a）。屯田营组以安山岩为主，夹有凝灰质角砾岩、粉细砂岩，上部为粉细砂岩夹煤层，在盆地北部出露地表，在龙井凸起及侧翼的钻孔（延6井）中有揭示（图4a），在盆地东北部的清茶馆凹陷有4口井钻遇，其他地区尚未钻遇，与上覆地层为角度不整合。其地层分布虽不受断陷范围控制，但却受火山活动的控制，形成后经历较长时间的剥蚀，因此多为残留的厚薄不均的地层。在龙井凸起及两侧，屯田营组较厚。地震剖面上往往反映为T5、T4反射层的合并，在屯田营组分布较厚处，两套波组特征也存在较大差异。

头道组、铜佛寺组等顶部局部不整合和超覆不整合为二级不整合。在深凹部位发育头道组的粗碎屑沉积。上覆铜佛寺组则大体由下部砂砾岩、中部黑泥岩、上部粉细砂岩组成复合旋回。铜佛寺组湖相细碎屑沉积与下伏头道组粗碎屑沉积之间可以形成很好的波阻抗界面，为T23强振幅地震反射层，但地层倾角变化不大（图3b）。铜佛寺组与头道组在凹陷中间为整合接触关系，边部则与屯田营组以角度不整合形式接触。这是区内第一个二级不整合。铜佛寺组顶面，即铜三段顶面，相当于T22地震反射层。在龙井凸起上基本无铜佛寺组沉积，可形成局部不整合（具体应属断褶不整合）；在断陷边缘可以看到明显的上超，与上覆大砬子组为超覆不整合（图3b），而断陷中部钻井揭示地层未显示明显的沉积间断，与上覆大砬子组应为整合接触关系（图4b），反射轴可以连续追踪对比。铜佛寺组顶部在凹陷边部均为超覆不整合，凹陷中部为整合接触。

图2 延吉盆地综合柱状图Fig.2 The synthetic stratum histogram in Yanji basin

由于断裂活动的差异性、气候变化的周期性，早白垩世出现两次湖水扩张、退缩再湖侵的过程，在断陷边部表现为侵蚀作用，在断陷中出现连续沉积。在地震剖面边缘见到削截、顶超反射，而中间表现为上超、整一反射，与三级层序界面对应，可连续追踪对比，相当于T21地震反射层，为区内第三个二级不整合。

图3 延吉盆地过井地震剖面图Fig.3 Seismic section through drilling in Yanji basin

图4 岩性剖面的不整合特征图Fig.4 The characteristic map of unconformity in the lithologic section

大砬子组顶部角度不整合为一级不整合。大砬子组主要为一套粉细砂岩，厚层灰黑色、灰色泥岩，含少量砂砾岩的较完整旋回。大砬子组沉积末期（燕山运动Ⅳ幕），全区发生较为强烈的构造运动，较大规模的抬起、剥蚀，形成区域性角度不整合（图4c），相当于T2地震反射层，可以见到明显的削蚀。

龙井组顶部角度不整合为一级不整合。龙井组岩性由紫红色泥岩，灰绿色粉细砂岩，砂砾岩等组成。其顶部角度不整合相当于T1地震反射层，规模与大砬子组末期相当，甚至超过后者。二者的不整合特点还体现在盆地北部和南部分别出露地表（图4d）。这是燕山运动晚期（Ⅴ幕）发生的又一次大规模以挤压为主的构造运动，呈现盆地以压性为主，导致南北两翼抬起幅度巨大。用声波资料计算盆地南北两侧剥蚀厚度超过700m（图5a），而盆地中部剥蚀厚度大约为300m（图5b、c）。这种力场特点无疑有利于油气聚集。

龙井组以后的新近纪、第四纪（珲春组、四方台组）还有构造活动并产生不整合，但资料较少，暂不讨论。

1.2 多期不整合成因与动力学特点

1.2.1 受构造活动影响，基底呈现凸凹不平的古地形

由于经过长期风化剥蚀，必然易使先存石炭-二叠系碳酸岩盐等岩类发生溶蚀、风化、淋滤等作用，形成溶孔、溶洞和裂缝，形成相应的断块山、凸起带、裂缝带等。燕山Ⅰ、Ⅱ幕构造活动既形成了盆地雏形，也使沿凸起两侧的断裂发生的火山喷发形成了屯田营组火山岩系。因此，屯田营组的分布受制于基底古地形。末期同样经历较长时间侵蚀、风化作用，其溶孔、溶洞和裂缝的发育与基底较为一致，形成角度不整合。尤其是盆地中部龙井凸起上更具备这一条件。

图5 用声波时差求取剥蚀量Fig.5 With acoustic time calculating erosion amount

这一期间，区内构造应力方式转换为以拉张为主，先存的近南北向断裂开始活动，有的切穿屯田营组。在凹陷最深处形成头道组粗碎屑堆积。随着湖盆持续发育，沉积了最厚达1290m的铜佛寺组的砂砾岩、砂岩、黑色泥岩、粉细砂岩为主的完整旋回沉积，边部发生逐层超覆，形成超覆不整合。大砬子组时期，湖盆扩大连成一体，形成大范围的粉细砂岩、灰黑-灰色泥岩沉积，是延吉盆地湖盆发育的最宽阔时期。即湖盆由小变大、由分割到统一，依次发育了头道组、铜佛寺组及大砬子组沉积。末期在区域性挤压应力环境下，使得湖盆变浅，湖区面积大幅度萎缩，湖盆逐步萎缩消亡，构造抬升。尤其是盆地南北两侧残留厚度最薄，钻井揭示仅200m，表明后期改造幅度更大[8]。此期黏土矿物中以高岭石（40%）为主，表明在成岩中有大气水渗入。有观点认为[9-10]，层序界面代表着相对湖平面下降，由此引发大气淡水对储层的充注和淋滤，使长石普遍高岭石化，在全岩成分上表现为层序界面之下储层中高岭石含量增加。自生高岭石的发育可以作为大气水溶蚀的标志性矿物，表明发生过对储层起建设性作用的溶蚀、溶解作用。当然，高岭石胶结物对储集物性又起着破坏作用。

上述3期角度不整合和1期超覆不整合对地层发育、烃源岩热演化、储层物性等多方面无疑都会有一定的影响。

1.2.2 发育三大构造层

对应不整合，盆地发育三大构造层，即前断陷期的屯田营组、断陷期的头道组＋铜佛寺组＋大砬子组、坳陷期的龙井组。屯田营组、龙井组顶部分别对应2个角度不整合，头道组、铜佛寺组顶部对应2个超覆不整合，大砬子组顶部则对应退覆不整合。而断陷期构造层（头道组＋铜佛寺组＋大砬子组）发育了盆地中最全的沉积地层，其中，铜佛寺组和大砬子组分别为发生湖进湖退而形成2个三级旋回。两个旋回之间在凹陷中心基本是整合接触、连续沉积。这就非常有利于有机质的保存和演变。如德新凹陷铜佛寺组有机碳为2.1187%，氯仿沥青“A”达0.1515%，有机质类型以ⅡA、ⅡB为主，达到好生油岩标准，是主要的烃源岩。这种较高丰度的烃源岩在松辽外围盆地中并不多见。铜佛寺组和大砬子组持续沉降和整合接触有利于烃类生成。

2 不整合对油气的控制作用

不整合与油气的生成、运移、成藏有着密切关系。因此，探讨不整合的类型、成因及其对油气控制和分布特点，有利于确定有利勘探目标区。

2.1 可形成与不整合有关的溶孔、溶洞型潜山和地层超覆不整合型油气藏

对于基岩顶部，由于成岩程度很强，自身不具备储集条件，孔隙度、渗透率数值很低。但是，在较高位置，经构造断裂、物理风化作用，使由不同岩性组成的基岩储集体遭受风化淋滤溶蚀而发育溶孔、裂缝等次生孔隙，形成渗透性能良好的裂缝发育带，它们的渗透性从上到下变差，直至基岩内部逐渐消失，表现在深浅侧向电阻率幅度差由大变小。同时，在不整合上覆烃源岩层（非渗透性地层），可形成新生古储组合。断层面和不整合面作为供油通道，是此类油气藏（图6）形成的必要条件，其接触面积大、油源丰富。

图6 延吉盆地含油模式Fig.6 Oil-bearing model in Yanji basin

它们有可能在距T23、T22界面以下100m范围内发育。在斜坡部位的断层附近，易形成与坡折带有关的油气藏，也应是今后主要的勘探方向。

2.2 不整合面易形成次生孔渗带，既改善储集条件，又是油气二次运移的良好通道

地层中发育的次生孔隙带（大砬子组顶）可能与构造活动和大气水淋滤作用有关。初步分析，延吉盆地成烃的关键时刻大约是大砬子组末期及以后时期。而此时已形成的不整合面恰好可以将烃源区和不整合圈闭沟通起来[11]，成为油气二次运移的通道，具体运移方式可能多样，包括薄层运移[12-13]，且运移距离可以相对较远。

当然，晚期构造活动有利于油气二次运移和聚集，但不利于油气保存[14-17]。延吉盆地晚期剧烈的构造活动使盆地南部和北部抬起幅度较大，应充分注意其对油气藏的破坏作用。清茶馆次凹的后期破坏比南部的德新次凹更严重，从发现的油藏原油性质看，原油密度较高，且油藏上部无次生气藏分布。而德新次凹的气藏虽然埋深仅500～780m，但由于上覆层有一定厚度的泥岩分布具备盖层条件，同时在气藏下部还形成油藏，二者关系密切。前者是在后者发生氧化、降解后形成的原油降解气。

2.3 龙井凸起中部为有利的油气聚集带

除了已经认识到的朝阳川、清茶馆-德新凹陷是油气有利的聚集区外，推测龙井凸起中部也是一个有利的油气聚集带。因为龙井凸起实际上是一个低凸起，其顶部发育屯田营组，经构造断裂作用和风化淋滤溶蚀，可能形成裂缝系统的储集体，发育断褶不整合，其上覆有约1000m沉积盖层。凸起两侧为烃源岩区，正好形成烃源岩夹持、断层和不整合面做通道、原油侧向运移至凸起顶部具有储集条件的屯田营组中聚集油气，预测是一个较好的勘探目标。

3 结论

1）延吉盆地在形成发育过程中形成6个不整合，主要为区域角度不整合和超覆不整合两种。

2）燕山Ⅰ、Ⅱ幕构造活动以拉张为主，大砬子组沉积末期（燕山运动Ⅳ幕），发生较大规模的抬起、剥蚀，形成区域性角度不整合，燕山运动晚期（Ⅴ幕）再次发生以抬升为主的构造运动，导致南北两翼抬起幅度巨大，剥蚀厚度超过700m。

3）不整合面既可改善储集体的渗透性，又能形成油气二次运移的良好通道。铜佛寺组和大砬子组间的整合关系利于油气的生成。

4）可能形成与不整合有关的侵蚀残丘、地层超覆不整合、断层坡折等油气藏。

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