通化盆地三棵榆树断陷油气成藏条件分析

宋立斌,丛杉,刘国东,裴警博

1.中国石油吉林油田分公司勘探开发研究院，吉林松原138000；2.大庆油田有限责任公司采油一厂，黑龙江大庆163111

0 引言

通化盆地位于吉林省东南部的通化市区，东临鸭绿江盆地，北为柳河、辉桦盆地，是发育在华北板块北缘前中生代—新太古代基底之上的断陷盆地，是东断西超型的箕状断陷，盆地基底最大埋深3 500 m，分布面积1 500 km2。盆内地形属丘陵及山地地貌，其中，山地约占60%，均为密林覆盖；山间平原占40%，均为农田区。地形起伏变化大，高程在350～1 000 m，最大高差650 m±。

自1981年开始油气地质调查工作以来，通化盆地先后开展了重磁电普查和二维地震采集攻关试验，并开展了系列地质调查研究[1-2]。2015年中国地质调查局油气地质调查中心在通化盆地部署通地1地质井，见到良好油气显示。2016年吉林油田在盆内进一步实施了二维地震采集及钻探工程，初步落实了盆地的地质结构与油气勘探前景[3]。截至目前，通化盆地已累计完成电法4条计205 km、重磁2 407 km2、二维地震采集5条计202 km、钻井17口，其中地质井15口、参数井1口和预探井1口。

由于通化盆地地形起伏较大，地表火山岩十分发育，地下地质构造复杂，严重影响了二维地震资料采集和地震处理成像效果；加之2015年之前钻井资料缺乏，导致通化盆地基本石油地质条件研究薄弱，在很大程度上制约了油气勘探进程。2016年后，随着吉林油田地质井钻探工程的实施，及时地揭示了通化盆地地层发育特征和油气显示情况，为加快通化盆地勘探节奏起到了推进作用。

1 盆地基本特征

电法与重磁资料综合解释表明，通化盆地主要受NE向控盆断裂及盆地中部的NW向断裂控制发育而成，各种断裂均具有明显的长期性、多旋回性和继承性，总体构成了隆、坳相间的构造格局。据基底顶面构造特征，通化盆地可进一步划分为三棵榆树断陷、二密断陷和英额布隆起3个三级构造单元(图1)。

图1 通化盆地构造纲要与单元划分图Fig.1 Structural outline and unit division map of Tonghua Basin

钻井揭示表明，通化盆地主要发育有中侏罗统侯家屯组和下白垩统果松组、鹰嘴砬子组、林子头组、三棵榆树组和小南沟组地层，基底为新太古代片麻状花岗岩、闪长岩及片岩。

在侏罗纪沉积时期，由于太平洋板块、西伯利亚板块对中朝板块的俯冲挤压作用(燕山Ⅱ幕)，吉林省南部地区整体处于隆升状态，发育一系列逆冲推覆构造，局部形成一些山前坳陷，此时通化盆地沉积了中侏罗统侯家屯组(J2h)地层。侯家屯组属于干旱气候下的山麓洪积相-冲积(泛)河流相沉积，底部岩性为块状紫色复成分砾岩，中上部为紫红色泥岩、粉砂岩夹杂色砂岩及钙质泥岩透镜体，主要出露在盆地西南部和东南部边缘。

在白垩纪早、中期(燕山运动Ⅲ幕)，由于太平洋板块向欧亚大陆挤压俯冲，被动大陆边缘一侧仰冲和拉张，同时洋壳逐渐消减，发育了大量的北东向张性断裂及断陷盆地，该时期是吉林省东部盆地早白垩世主要成盆期[4-5]。在成盆初期沿断裂有强烈的火山岩喷发，通化盆地堆积了果松组(K1g)中基性火山岩，发育了紫色多斑安山岩、含气孔杏仁安山岩和灰色致密玄武安山岩等(图2)，同位素年龄122～132 Ma；在成盆中后期出现了小型断陷盆地叠加在侏罗纪盆地之上，发育了早白垩世鹰嘴砬子组(K1y)、林子头组(K1l)两套湖相地层沉积，同位素年龄为118～113 Ma。这两套湖相地层都属于火山喷发间歇期火山-湖相碎屑岩组合，发育厚层黑色泥岩、粉砂质页岩和凝灰质砾岩、凝灰质砂岩及凝灰岩，局部地区含数层安山岩。

图2 通化盆地地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Tonghua Basin

林子头组沉积之后，火山又开始活动，通化盆地随之又被后期喷出的三棵榆树组碱性安山岩组合所覆盖，岩性为紫色粗面安山岩、含气孔杏仁安山岩、灰色致密安山岩及流纹岩、凝灰岩等，同位素年龄为115～105 Ma。早白垩世末期，随着通化盆地沉降速率持续降低而发育了小南沟组(K1x)陆相红色碎屑岩沉积。在此之后，通化盆地一直处于抬升隆起阶段，局部地层出露地表遭受剥蚀，继而结束了通化盆地沉积过程。

2 石油地质条件分析

地质调查表明，通化盆地三颗榆树断陷具有良好的生储盖组合，具备油气成藏的基本地质条件，并已在通化盆地下白垩统林子头组和鹰嘴砬子组发现了油苗[6-7]，说明通化盆地在地质历史时期经历了油气生、排及运聚过程，预示通化盆地具备较好的油气勘探前景。

2.1 烃源岩发育特征

三棵榆树断陷是通化盆地的主要构造单元，断陷面积约700 km2，约占整个盆地构造面积的47%，是一个完整的负向构造单元。断陷内下白垩统林子头组、鹰嘴砬子组地层暗色泥岩发育，有机质丰富，且达到高成熟演化阶段，具备形成油气藏的物质基础，是通化盆地主力生烃断陷。

图3 林子头组、鹰嘴砬子组暗色泥岩TOC分布直方图Fig.3 Dark mudstone TOC distribution histogram in Linzitou Formation and Yingzuilazi Formation

钻井揭示三棵榆树断陷下白垩统暗色泥岩厚度一般在200～700 m，从断陷中心向四周厚度减薄，据钻井岩芯的暗色泥岩残余有机碳(TOC)、有机质类型(HI)及有机质成熟度(Ro)等地化指标测试表明，下白垩统暗色泥岩有机质丰度较高，TOC介于1.2%～2.0%(图3)；有机质类型好，主要为Ⅰ型干酪根；古埋深>3 000 m，Ro在1.3%～1.5%之间，有机质处于高成熟演化阶段，综合评定为好的烃源岩，具备较强的生烃能力。由此可知，三棵榆树断陷油气来源充足，是一个“小而肥”的富烃断陷。

2.2 储层发育特征

单井岩芯相、测井相分析表明，通化盆地三棵榆树断陷下白垩统沉积时期为火山喷发间歇期火山湖相碎屑岩沉积环境。早白垩世鹰嘴砬子组、林子头组沉积物源主要来自盆地西北和东南缘两侧，发育湖泊背景下的扇三角洲相沉积(图4)。从含油气的岩芯显示统计，通化盆地下白垩统鹰嘴砬子组、林子头组储层岩石类型主要为凝灰质(角)砾岩、凝灰质砂岩和凝灰岩3种沉火山碎屑岩，正常沉积碎屑岩相砂岩储层极少。根据岩石铸体薄片和扫描电镜鉴定，下白垩统储层主要储集空间类型为次生粒内溶孔、粒间溶孔与微裂缝，储集空间中可见多处原油与沥青充填，溶蚀物质以长石、火山岩屑和凝灰质杂基为主。从鹰嘴砬子组、林子头组储层物性分析结果可知，含油气显示的储层孔隙度分布在5%～14%，渗透率分布在0.02～0.7 md；压汞资料分析孔吼半径均值一般在0.11～0.35 μm，属于致密低孔-特低孔、特低渗储层。

图4 三棵榆树断陷增盛沟里下白垩统鹰嘴砬子组露头扇三角洲相剖面图Fig.4 Section diagram of outcrop fan delta facies of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation, Zengshenggouli in Sankeyushu fault depression

2.3 盖层特征

三棵榆树断陷早白垩世鹰嘴砬子组、林子头组地层沉积时期发育了多旋回暗色泥岩段，钻井揭示每个旋回纯泥岩段厚度一般为10～30 m，这些泥岩段平面分布相对稳定，是较好的层间盖层。三棵榆树断陷沿着北东向断层发育三期火山岩，大部分为喷发相的安山岩，火山岩平面延伸较远，可达2～5 km，是局部致密盖层；而侵入未露出地表部分也可形成上倾遮挡条件。另从电法及二维地震资料解释成果分析，大断层主要发育在三颗榆树断陷两侧，断陷中部断层发育较少，有些断层并未断穿各组段厚层泥岩隔层，推测这些断层是早期发育，后期停止活动，对油气成藏影响较小，具备较好的保存条件。

2.4 生储盖组合特征

从生油条件分析，三棵榆树断陷早白垩世发育的厚层暗色泥岩不但有机质含量较高，而且分布较广，在早白垩世沉积末期进入成熟-高成熟期，生油气条件优越；从储层条件分析，地质井揭示三棵榆树断陷扇三角洲储层砂体厚度较大，平面分布范围较广，并与湖相暗色泥岩地层呈“交互式”沉积，具备油气短距离运聚的储集条件；从盖层条件分析，湖泊相发育的多旋回较厚层泥岩段稳定分布，是油气成藏的直接盖层，而局部发育的致密火山岩也可以封挡油气向上或者侧向运移，为油气运聚成藏提供了良好的封盖条件。

上述下白垩统生、储、盖的发育，使三棵榆树断陷形成了两套油气成藏组合，分别为下白垩统鹰嘴砬子组和林子头组成藏组合。生油层为下白垩统鹰嘴砬子组和林子头组暗色泥岩；储集层为林子头组和鹰嘴砬子组凝灰质砾岩、凝灰质砂岩和凝灰岩；盖层为鹰嘴砬子组、林子头组暗色厚层泥岩段及林子头组、三棵榆树组厚层致密火山岩。这些纵向上发育的多套湖相暗色泥岩与扇三角洲前缘相凝灰质砂岩“交互式”形成的生油层与储集层旋回沉积，构成了多套“自生自储式”的含油气组合，使通化盆地三棵榆树断陷具备了形成油气藏的优越地质条件。

3 油气成藏模式及有利勘探区带

3.1 油气成藏模式

通化盆地三棵榆树断陷下白垩统生、储、盖条件优越。根据三棵榆树断陷埋藏史与有机质热演化史模拟可知，现今下白垩统鹰嘴砬子、林子头组湖相暗色泥岩埋深已超过2 500 m生烃门限，在三棵榆树组(115～105 Ma)地层沉积后，下白垩统鹰嘴砬子在108～55 Ma、林子头组在100～55 Ma分别大量生烃。广泛分布的下白垩统烃源岩即开始了广覆式(图5)的油气生成与持续性充注供给，为圈闭成藏提供了气源保障。

图5 通化盆地三棵榆树断陷油气成藏模式图Fig.5 Hydrocarbon accumulation pattern of Sankeyushu fault depression in Tonghua Basin

钻井与地震解释成果表明，三棵榆树断陷内大面积发育扇三角洲前缘相舌状和透镜状砂体[8]；加之其内发育一系列控藏、控源断裂，形成了多个断鼻和断块构造，能够有效沟通与遮挡油气；二者的有机配置为自生自储的断层-岩性圈闭油气成藏提供了充足的储集空间和有利条件[9-11]。

同时，三棵榆树断陷内多期发育的林子头组、三棵榆树组火山岩，刺穿了鹰嘴砬子组、林子头组湖相碎屑岩地层，致使火山岩岩体周围砂体翘倾，形成了侧向遮挡，为自生自储的火山岩遮挡圈闭油气成藏创造了有利条件[12-13]。

另据钻遇下白垩统致密砂岩的多口井岩芯观察发现，鹰嘴砬子组与林子头组致密砂岩与泥岩中均发育裂缝并充填有原油和沥青，表明裂缝即是油气运移通道，改善了储层连通性，又是油气有效储集空间。例如，通地12、通地13、通地15和通地15更等井的岩芯和薄片显示，致密砂岩中发育高角度的网状裂缝和不规则微裂缝(图6)，裂缝内被油气充填，揭示了三棵榆树断陷具有致密裂缝型岩性圈闭成藏潜力。

A.通地12井1 123 m鹰嘴砬子组含油泥岩裂隙；B.通地17井152.3 m林子头组火山角砾岩中的含油裂缝，正交偏光×10；C.通地13井894 m凝灰质含砾砂岩含油裂缝，单偏光×10。图6 三棵榆树断陷下白垩统鹰嘴砬子组、林子头组含油岩石裂缝Fig.6 Oil-bearing rock crevices of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation and Linzitou Formation in Sankeyushu fault depression

由此可见，三棵榆树断陷下白垩统烃源岩厚度大，分布广，油气源供给充足；多旋回广泛发育的扇三角洲砂体提供了储集空间；源储一体和断层的发育形成了良好的疏导体系；巨厚烃源岩与致密火山岩为油气成藏提供了遮挡。这些地质因素的有机配置为三棵榆树断陷断层-岩性油气成藏、火山岩遮挡油气成藏和致密裂缝型岩性油气藏创造了有利条件。

3.2 有利勘探区带

根据三棵榆树断陷油气成藏模式和已发现油气平面分布特征，将三棵榆树断陷中南部断层发育的有利构造背景区和扇三角洲前缘砂体发育区的叠合带通地2-通地4-通地18井区确定为通化盆地有利勘探区带[14](图7)，面积约100 km2。

该区带在鹰嘴砬子组和林子头组沉积期，受三棵榆树断陷西南部旺清门镇方向注入水系的影响，扇三角洲前缘砂体发育[7]，并紧邻下白垩统生烃洼槽中心，且平面位置位于断陷中部浅层三棵榆树组火山岩体覆盖范围之内。由于后期三棵榆树组火山岩喷发时的上拱作用影响，扇三角洲前缘砂体易于在火山颈周缘被改造为上倾遮挡，继而形成火山岩遮挡油气藏。

另由二维地震解释成果分析，三棵榆树断陷中南部为下白垩统鹰嘴砬子组和林子头组的复合断块构造圈闭发育区。由于三棵榆树断陷具有源储一体的特点，油气就近成藏，易于在该区形成断层-岩性圈闭油气藏。

同时，近年的地质浅井调查表明，该区油气显示较好(表1)。2018年在该区钻探的通地17更井于750～758 m的下白垩统鹰嘴砬子组试油获得日产2 114 m3工业气流，实现了通化盆地油气勘探突破，证实三棵榆树断陷中南部断层发育的有利构造背景区和扇三角洲前缘砂体发育区的叠合带具有良好的油气勘探潜力。

图7 三棵榆树断陷有利勘探区带预测图Fig.7 Prediction map of favorable exploration zone in Sankeyushu fault depression

表1 通化盆地三棵榆树断陷油气显示一览表

Table 1 Oil and gas indications of Sankeyushu fault depression in Tonghua Basin

井号显示厚度/m油浸油斑油迹荧光累计厚度/m通参14.0027.0048.3579.35通地153.1025.6078.70通地24.236.8912.9024.02通地40.100.480.58通地130.714.4411.3314.5731.05通地151.046.233.015.8016.08通地15更0.230.752.356.8710.20通地170.253.879.188.9322.23通地17更7.0026.0032.0065.00

因此，可以将通化盆地三棵榆树断陷中南部的通地2-通地4-通地18井区作为近期油气勘探的有利区带。

4 结论

(1)通化盆地三棵榆树断陷在早白垩世沉积时期沉降作用强烈，湖相暗色泥岩发育巨厚，生油母质以Ⅰ型干酪根为主，有机质处于高成熟演化阶段，有很强的生烃能力，并以生气为主，是一个“小而肥”的富烃断陷，勘探潜力较大。

(2)三棵榆树断陷下白垩统不仅发育巨厚、高成熟度烃源岩，并发育叠加连片的扇三角洲前缘砂体，加之断陷内早期断裂晚期活动较少，烃源岩与储层近距离互层式接触，构成了有利的“自生自储式”成藏组合。

(3)三棵榆树断陷下白垩统构成了多套“自生自储式”的含油气组合，具备断层-岩性圈闭、火山岩遮挡圈闭以及致密裂缝型岩性圈闭成藏的有利条件；其中三棵榆树断陷中南部的通地2-通地4-通地18井区为有利勘探区带。