松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩沉积特征与生烃潜力分析

张文浩，王丹丹，姚忠岭，张交东，周新桂，孟元林，李世臻，刘旭锋，曾秋楠，刘卫彬，林燕华

1.中国地质调查局 油气资源调查中心，北京100083；2.内蒙古煤炭地质勘查（集团）总公司231公司，内蒙古 呼和浩特010090；3.东北石油大学，黑龙江 大庆163318

0 引言

东北地区是中国重要的石油天然气生产基地，一直是国内主力油气供应区，在中国油气构成中占据着十分重要的位置，为维护国家石油战略安全发挥了举足轻重的作用［1-3］.但近年来，随着松辽盆地油气勘探难度逐渐增大，勘探与开发成本也日趋增高，油气产量开始逐年下降，目前迫切需要开拓新区新层系及新领域，亟需新的油气接替区为油田的增储上产和可持续发展提供接替领域和资源保障［1-9］.

中国东北地区共发育51个中新生代沉积盆地，主要包括松辽盆地及其外围分布的众多中小盆地，盆地总面积约59.6×104km2.目前只有6个盆地建成油气田，其他则暂未取得油气突破，整个外围盆地群目前整体的油气总产量仅占松辽盆地的2%左右［8-9］.根据相关统计分析，松辽外围中小盆地总面积为33.6×104km2，现还有油气矿权空白区约21.80×104km2，矿权空白区比例为64.90%［8-9］.在油田接替如此紧迫的形势下，松辽盆地外围的中小型沉积盆地已成为油气勘探的重要领域之一.

东北地区沉积盆地被嫩江－开鲁断裂与依兰－伊通断裂所分隔，可划分为西部、中部和东部三大盆地群.以往的油气勘探开发主要集中在松辽盆地及其西部的二连、海拉尔等盆地，东部盆地群的工作程度相对较低，亟需持续加强对东部盆地群的油气调查及勘探工作［6-9］.下白垩统（K1）在松辽外围东部地区分布广泛，是该区主要油气勘探层系，蕴藏着巨大的勘探潜力，但目前缺乏对整个松辽外围东部地区下白垩统已有成果与资料的系统梳理，对油气地质规律缺乏综合研究.笔者及研究团队在前人的研究基础上，依托公益性油气调查项目，通过开展油气基础地质调查及地质调查井钻探工程等工作，在三江盆地东部、通化盆地、红庙子盆地下白垩统地层均钻获了良好的油气显示［9-11］，并对松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩开展了综合分析研究，为下一步该地区的油气勘探部署提供科学依据.

1 东部盆地群中新生界地层划分

图1 松辽外围东部盆地群分布图（据文献［9］）Fig.1 Distribution map of eastern basin group in the periphery of Songliao Basin（From Reference［9］）

研究区位于东北地区的东部，即依兰－伊通断裂以东的东部盆地群，行政区划上隶属于黑龙江省、吉林省与辽宁省东部（图1）.经统计，研究区内共有39个中小规模沉积盆地，总面积约11×104km2［9］，总油气当量可达28.95×108～30.58×108t，油气勘探潜力较大［12］.东部盆地群主要为中新生界叠合残留盆地，面积具有“北大南小”特征，其中较大的盆地多位于北部的黑龙江省内.

综合考虑构造、沉积、生物群面貌等因素，松辽外围东部地区的地层可划分为北部黑龙江分区和南部吉林分区（表1）［5］.黑龙江地层分区包括三江盆地、勃利盆地、虎林盆地、鸡西盆地、鹤岗盆地、佳木斯盆地等，主要发育三叠系、侏罗系、白垩系和古近系，其中侏罗系至早白垩系地层厚度大，生物化石丰富.吉林地层分区包括宁安盆地、延吉盆地、桦甸盆地、梅河盆地、敦化盆地、浑春盆地、蛟河盆地等，主要发育白垩系、古近系和新近系地层，含有煤、油页岩、硅藻土、黏土等，上新统顶部被玄武岩所覆盖.

本研究在搜集分析各油田公司及不同学者地层划分对比方案的基础上，结合己有的钻井、重磁电及古生物成果，修订完成了黑龙江地区与吉林地区南北地层的划分对比［5，13-20］（图2）.三叠系主要发育在吉林省地层分区的山间或山前盆地，为一套火山－碎屑岩含煤沉积，在那丹哈达地体发育大岭桥组的海相硅质岩，夹有陆相碎屑岩［21］.中—晚侏罗世地层仅局部地区发育，东部盆地群发育陆相、海相及海陆交互相地层.早白垩世，尤其是早白垩世早期地层十分发育，火石岭组、德仁组、砬门子组、果松组、滴道组、裴德组、屯田营组和宁远村组发育的火山岩夹碎屑岩地层全区可对比.沙河子组、久大组、大沙滩组、鹰嘴砬子组、城子河组、云山组、长财组等煤系地层是研究区内主力烃源岩.营城组、穆棱组、珠山组发育火山岩及含煤地层也可以对比.早白垩世晚期泉头组具有全区对比意义.晚白垩世地层在松辽盆地、孙吴－嘉荫盆地、三江盆地发育，其他盆地都不发育，其中上白垩统是松辽盆地的主力产油气层位.古近系、新近系在依兰－伊通盆地十分发育，其他盆地不甚发育，具有全区对比意义的有达连河组、虎林组、珲春组发育的煤系地层和道台桥组、船底山组发育的火山岩.

表1 松辽外围东部盆地群南、北地层区主要特征Table 1 Characteristics of south and north stratigraphic subareas in the eastern periphery of Songliao Basin

图2 松辽外围东部盆地群主要盆地地层对比图（据文献［12］）Fig.2 Stratigraphic correlation of eastern basin group in the periphery of Songliao Basin（From Reference［12］）

2 下白垩统烃源岩沉积特征

2.1 中新生界沉积特征

（1）近源快速沉积.松辽外围东部断陷盆地内各断陷的规模较小，加之断陷造成强烈的地形起伏，陆源碎屑的供给充分，造成了物源近、沉积快、岩相变化快、沉积体系规模小等沉积特征［12］.通常在斜坡区形成快速充填超覆尖灭带，沉积物矿物成熟度低，分选差.以发育径向流为主，水流长度小于宽度，沉积相带窄，相变迅速.各断陷构造活动在时空上的不均匀性，使其沉积类型和厚度上有较大分异.

（2）以淡水—微咸水湖盆为主.松辽外围东部断陷盆地群（如敦密盆地、柳河盆地）为规模较小的狭长盆地，分割性极强，湖盆范围有限，陆源水流充分供给淡水，淡水与湖水充分交换，以发育淡水—微咸水湖泊（矿化度小于35 g/L）为主.淡水湖泊水生生物繁盛，如淡水藻类、介形虫、小型双壳类等，湖盆边缘高等植物较发育，高等植物屑供给充分.仅在部分深断陷的中央，由于强烈火山作用及深部物质的加入，加之持续深水环境，可能发育深水半咸化湖泊沉积.

（3）多种碎屑岩沉积体系.由于断陷盆地狭小，多个陆源水流充分供给碎屑，湖泊区与各种碎屑沉积体系的比例约为1∶1～1∶2［22］.碎屑岩一般分布在构造高部位，深断陷成为深水湖相区，从而形成粗细相间格局.湖泊区范围有限，碎屑沉积体系（包括冲积扇、扇三角洲、水下扇等）的比例较高.盆地内发育多种沉积体系，即冲积扇沉积体系、扇三角洲沉积体系、近岸水下扇沉积体系、深水重力流沉积体系及湖泊沉积体系.

2.2 下白垩统烃源岩沉积特征

在东北地区东部盆地群广泛发育下白垩统烃源岩，烃源岩类型包括暗色泥岩、碳质泥岩、煤层和油页岩.在野外石油地质调查的过程中发现，研究区南部的烃源岩颜色深、粉砂含量低，一般发育黑色泥岩、油页岩以及薄煤层；研究区北部的烃源岩颜色较浅、粉砂含量较高，多发育暗色泥岩、煤和碳质泥岩，不发育油页岩.

在松辽外围东部盆地群中，下白垩统烃源岩累积厚度整体上具有“北厚南薄”的特征（图3）.北部地区下白垩统烃源岩累积厚度最厚可达1 285 m左右，最薄只有几米，厚度变化较大；南部地区各盆地面积较小，下白垩统烃源岩累积厚度分布在100～850 m，各盆地烃源岩厚度相差较小.

3 下白垩统烃源岩有机地球化学特征

3.1 有机质丰度及影响因素

有机碳丰度（TOC）是评价烃源岩的最基本参数之一，是判识烃源岩的首选指标.笔者近年来对三江盆地、鸡西盆地、双阳盆地、通化盆地等下白垩统烃源岩（野外或钻井岩心）样品进行了分析测试（表2）.三江盆地下白垩统城子河组（K1ch）和穆棱组（K1m）发育的煤系泥岩与碳质泥岩是主要烃源岩.穆棱组煤系泥岩TOC含量为0.25%～3.80%，平均值为1.22%；S1＋S2介于0.09×10－3～2.27×10－3之间，平均值为0.89×10－3.城子河组煤系泥岩TOC分布范围为0.14%～4.30%，平均值为1.47%；S1＋S2介于0.02×10－3～5.80×10－3之间，平均值为1.04×10－3.三江盆地下白垩统烃源岩有机质丰度达到了中等—好的评价标准.

在地表与地质调查井样品地球化学分析结果的基础上，笔者还搜集、研究了虎林盆地、勃利盆地、宁安盆地等下白垩统烃源岩的测试数据（表2）［18-29］.总体上，参照陆相烃源岩有机质评价标准（SY/T5735—1995）［30］，下白垩统烃源岩达到了中等，部分烃源岩达到好烃源岩的标准，如方正断陷、延吉盆地、辽源盆地、松江盆地、双阳盆地、果松盆地、通化盆地和红庙子盆地；有的属于最好的烃源岩（TOC＞2，S1＋S2＞20），如东宁盆地、老黑山盆地和罗子沟盆地.在研究区，下白垩统烃源岩的有机质丰度具有“南高北低”的特征（图4），南部烃源岩丰度较高，达到中等—最好级，北部的有机质丰度相对较低，属于中等偏差的烃源岩.研究区有机质的丰度主要受沉积相的影响与控制，北部地区下白垩统发育海陆交互相和湖沼相沉积，水体相对较浅，主要发育陆源高等植物，有机质丰度较低；南部地区下白垩统主要发育淡水湖相沉积，烃源岩中以水生生物为主，烃源岩主要为湖相暗色泥岩和油页岩，有机质的丰度相对较高.

图3 松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩厚度分布图Fig.3 Thickness distribution of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

3.2 有机质类型及影响因素

松辽外围东部盆地群各沉积盆地面积不大，湖盆水体稳定性较差，整体呈振荡式演化，沉积相以沼泽相、滨浅湖、半深湖—深湖相为主，优质烃源岩比例较低.大部分烃源岩有机质以淡水水生生物及陆生高等植物为主，Ⅲ型、Ⅱ2型干酪根占主导地位，部分断陷甚至以发育沼泽相Ⅲ型煤系烃源岩为主.但在部分规模较大深断陷的半深湖—深湖相区，水生浮游生物繁盛，油页岩较发育，以发育Ⅱ1、Ⅱ2型干酪根为主，如三江盆地、鸡西盆地、双阳盆地、果松盆地、柳河盆地、通化盆地和红庙子盆地（表3）.

表2 松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质丰度统计表Table 2 Organic matter abundance of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

根据前人资料与最新样品分析结果，得出下白垩统烃源岩有机质类在平面上的展布规律（图5）.由图5可见，下白垩统烃源岩主要发育Ⅱ—Ⅲ型干酪根，但总体上南部地区有机质类型好于北部地区.北部地区主要为Ⅱ2—Ⅲ型，南部地区主要为I—Ⅱ2型.原因主要为北部地区沉积盆地发育于海陆交互相、滨浅湖相等浅水环境，有机质来源于陆生高等植物及水生浮游生物，但以陆生生物为主；南部地区沉积环境主要为湖相，少数为沼泽相，油页岩较发育，水生浮游生物繁盛，烃源岩中陆源高等生物较为发育.因此，北部烃源岩具有一定的生气潜力，南部烃源岩同时具有生油和生气的潜力.

表3 松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质显微组分统计表Table 3 Characteristics of organic maceral in Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

图4 松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质丰度平面图Fig.4 Organic abundance distribution map of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

3.3 烃源岩有机质成熟度及影响因素

有机质成熟度（Ro）是烃源岩能否生成大量石油或天然气的关键［31］.沉积有机质在沉积埋藏期间，通过各种地质应力作用，达到某种特定演化阶段才可以形成油气.通过研究三江盆地、鸡西盆地、通化盆地、柳河盆地、红庙子盆地、果松盆地和双阳盆地的下白垩统烃源岩样品有机质成熟度，结果表明三江盆地下白垩统烃源岩Ro主要介于0.66%～2.11%之间，Tmax主要介于440～580℃之间，有机质热演化达到了高成熟阶段（图6，图7a、b）.鸡西盆地下白垩统烃源岩Ro主要介于0.49～2.15%之间，Tmax主要介于440～580℃之间，有机质热演化处于高成熟阶段（图6，图7c、d）.

图5 松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质类型平面图Fig.5 Distribution map of organic matter types of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

总体分析，松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质成熟度具有“北高南低”的变化趋势（图6）.北部主要处于成熟—高成熟阶段，以轻质油、凝析油气与湿气为主；南部主要处于低熟—成熟阶段，以生成中质油为主.

莫霍面埋深可能是导致东部盆地群下白垩统烃源岩有机质成熟度差异的主要原因.已有的研究表明，莫霍面越浅，大地热流越高，地温梯度越高［32］.研究区莫霍面埋深从北向南逐渐变深，北部地区莫霍面埋藏为35～36 km，地温梯度较高，生烃门限较浅；南部莫霍面埋深为37～40 km，地温梯度较低，生烃门限较深（图8）.三江盆地、虎林盆地、勃利盆地和鸡西盆地位于研究区北部，莫霍面埋藏较浅，生油门限较浅；而罗子沟盆地、延吉盆地和敦化盆地位于研究区南部，莫霍面埋藏较深，生油门限也相对较深（图9）.

图6 松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质成熟度平面图Fig.6 Distribution map of organic matter maturity of Lower Cretaceous source rocks in the eastern periphery of Songliao Basin

4 结论

（1）松辽外围东部中小规模沉积盆地群，总油气当量可达28.95×108～30.58×108t，具较大勘探潜力.受各断陷规模较小且分割性强的影响，东部盆地群中新生界具有近源快速沉积、淡水—微咸水湖盆为主的沉积特征，发育多种碎屑岩沉积体系沉积特征.

（2）松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩广泛发育，其中暗色泥岩、碳质泥岩和煤系地层是主要烃源岩层.

（3）有机地球化学分析结果表明，松辽外围东部盆地群下白垩统烃源岩有机质丰度具有“南高北低”的特征，南部通化、柳河等盆地烃源岩有机质丰度达到中等—好级别，北部相对较低；主要发育Ⅱ—Ⅲ型干酪根，总体上南部好于北部；有机质成熟度具有从北到南逐渐降低的趋势.

图7 三江盆地与鸡西盆地下白垩统烃源岩有机质成熟度Fig.7 Organic matter maturity of Lower Cretaceous source rocks from Sanjiang Basin and Jixi Basin

图8 松辽外围东部盆地群莫霍面埋深Fig.8 Moho depth of eastern basin group in the periphery of Songliao Basin

图9 松辽外围东部盆地群莫霍面埋深与生油门限剖面图Fig.9 Profile of Moho depth and oil generation threshold in the eastern periphery of Songliao Basin