松辽盆地西部斜坡区油砂地质特征及成因探讨

王书琴，徐飞，林野，徐琦

1.吉林省勘查地球物理研究院，吉林 长春 130012；

2.吉林省地质资料馆，吉林 长春 130061；

3.地矿长春地质工程勘察院，吉林 长春 130012

0 引言

油砂是指油和砂的混合物，是一种非常规油气资源[1-2]。随着世界对烃类需求的不断增大，未来常规能源巨大缺口在很大程度上要依靠包括油砂在内的非常规能源来弥补，1987年第七届重油及沥青砂国际会议主题为“重油—21世纪的重要能源”的举行，促使各国认识到油砂资源重要性。我国油砂资源潜力巨大，松辽盆地油砂丰富，是我国有希望寻找油砂矿藏的地区之一。因此对松辽盆地西部斜坡区油砂地质特征及成因的研究，对于松辽盆地油砂资源的进一步勘探开发都具有重要意义。

1 松辽盆地西部斜坡地质特征

西部斜坡区为松辽盆地一级构造单元之一(图1)，构造面貌简单，总体为东倾的单斜构造，由西部超覆带和泰康隆起带两个二级构造单元组成。断裂总体不发育，以正断层为主，走向以NNE和NNW两个方向为主，断层规模较小。

图1 松辽盆地西部斜坡区地理位置图

1.1 含油砂地层

油砂矿藏标高+32.16～-80.30 m，赋存于上白垩统姚家组中。油砂上覆地层主要有第四系沉积物和上白垩统嫩江组。表层覆盖的第四纪沉积物厚度60～70 m。上白垩统姚家组的二、三段是含油砂地层。

姚家组二段(K2y2)为灰色中砂岩与灰绿色砂岩互层，夹有泥岩层，泥岩中产介形虫化石，岩层厚度在124 m以下。

姚家组三段(K2y3)为灰绿色、灰黑色中细砂岩、灰绿色泥质粉砂岩、泥砂互层，岩层厚度在110 m以下。

1.2 岩性

储层岩性主要为钙质的细砾岩、中—细砂岩、长石砂岩，少量粉砂质泥岩等。砂岩以块状构造，碎屑结构为主，碎屑颗粒主要为石英、长石，少量岩屑，生物碎屑多为硅质，次棱角状，分选较好。另外还有少量的粒状暗色矿物，粒度均匀，多为中细粒，分选较好。填隙物主要为钙质胶结物(图2A、2C)。其中石英中可见气液包裹体，长石可见聚片双晶，多发生蚀变，表面粗糙，生物碎屑多为鲕状，外圈为环状方解石，内部为长英质，填隙物主要为钙质胶结物，多为隐晶质结构，少量杂基多为黏土矿物(图2A-、2C±)。砾岩以块状构造，碎屑结构，碎屑颗粒主要为岩屑、石英、长石，粒度变化较大，粒径可达2 cm，也可见细粒碎屑，分选差，填隙物主要为钙质胶结(图2B)。其中石英常发育波状消光，多有气液包裹体。长石多发生蚀变，岩屑多主流纹质，岩屑内部为斑状结构，填隙物主要为钙质胶结物，多为隐晶质结构，在碎屑颗粒边部形成环状(图2B±)。

图2 姚家组含油砂地层岩石类型(大港机械林场-西北沟取样点)

1.3 沉积相

上白垩统姚家组二、三段为三角洲前缘亚相，主要识别出水下分流河道、河口坝、远砂坝微相(图3)。它由多个这样的微相沉积序列组成，是全区的主要沉积背景，在全区具有代表性，也是油砂矿藏主要的储集单元。

(1)水下分流河道微相

沉积物粒度较扇三角洲前缘水下分流河道较细，以灰色粗-中砂岩为主，多成松散状，成岩作用较弱，具有正粒序层理，并出现多期河道迁移叠加的现象。为油砂储集的优势微相，是平原环境中辫状河道入湖后在水下的延伸部分，为前缘的主体，岩石中泥质杂基含量极少。

(2)河口坝微相

沉积物比水下分流河道细，以灰色-灰绿色的中—细砂岩为主，呈厚层状，粒度均一，多成松散状，成岩作用较弱，为油砂储集的优势微相。

(3)远砂坝微相

沉积物比河口坝较细，以灰色-灰绿色的细砂—粉砂岩和泥岩组成，少量的中砂岩，多成互层状产出，见水平层理和小型交错层理，厚度较河口坝薄，有时可出现砂泥混杂现象。

1.4 储层物性

对区内含油砂岩样品进行了物性分析实验，得出研究区岩石的孔隙度为1.82%～45.17%，平均孔隙度为32.96%(图3)； 含油率在0.03%～20.00%，平均为8.50%(图4)；含油饱和度在3.34%～70.826%，平均为28.86%；渗透率为(1.4～1 510)×10-3μm2，平均渗透率为371.3×10-3μm2。

图3 姚家组综合柱状图

图4 储层物性频率直方图

通过储层特征物性参数分析得出(表1)，河口坝储层参数相对均质，孔隙度、渗透率和含油性变化相对较小；其次是远砂坝。水下分流河道最小值和最大值之间差值最大，说明其具备了储层物性和含油性最差和最好的两个方面，主要因粒序上的正韵律沉积及层内夹层所造成；远砂坝储层物性参数相对较差，各项参数最大值和平均值相对较小，最小值也较低，远砂坝层间非均质性较强，主要由不规则韵律沉积、层内泥岩夹层、砂岩层薄等原因引起。因此水下分流河道和河口坝优势相对油气的运移、储存都具有明显的优势。

表1 沉积微相的储层物性参数表

2 油砂成因

2.1 物质来源

烃源岩研究表明，西部斜坡烃源岩处于未成熟、低成熟阶段，只能生成少量的未熟—低熟油[3-4]，生物标志化合物证实西部斜坡区原油主要为成熟原油，同时咔唑类含氮化合物证实西部斜坡区原油有较长距离的运移[5]。齐家—古龙凹陷烃源岩成熟度较高，明水组沉积末期—古近纪处于生油高峰期。而甾烷异构化指标表明，西部斜坡原油以成熟油为主，与齐家—古龙凹陷原油成熟度基本一致。另一方面利用饱和烃气相色谱分析可以看出西部斜坡区原油降解程度由东向西逐渐加剧。因此，通过油源对比及凹陷到西部斜坡的原油降解程度认为油源来自齐家—古龙凹陷的青山口组烃源岩[6]。

2.2 斜坡区是油气运移有利指向区

西部斜坡区整体上为一个平缓的东倾缓坡，区内姚家组二段、三段砂岩体厚度大，连通性好，具有良好的储层特性，为油砂的储集提供空间。区内构造相对简单，断层少，有利于油气的侧向运移。姚家组底面是松辽盆地最重要的一个不整合面，地层的不整合为油气运移提供了良好的通道，而且离物源区较近。因此西部斜坡区是形成油砂矿藏的有利区段。

2.3 油砂矿藏形成过程

油砂矿藏的形成与松辽盆地的发展演化密切相关，中生代伊始，太平洋板块以北西方向持续向欧亚大陆板块进行俯冲作用，使大陆板块处于强烈的拉伸状态，在其内部形成一系列的裂谷带，松辽盆地是当时一个典型的、规模较大的裂谷带。这种拉伸作用没能使基底地层被拉断，没有出现新的海洋，但形成了规模巨大的内陆淡水湖泊。板块碰撞的弹性反弹作用使湖底频繁升降，湖水时深时浅，白垩纪时松辽盆地经历多次升降过程。不同时期的沉积环境形成一套特殊的岩石组合。

早白垩世青山口期湖面宽广，水量充足而且水深，气候温暖潮湿，介形虫、叶肢介等生物大量繁殖。盆地相对平静期接受泥质岩石沉积，随着盆地沉降接受大量的生物遗体与粉砂质碎屑混合物沉积，其后遇盆地平静期接受泥质碎屑沉积，形成烃源岩层。上白垩统的姚家组处于陆相三角洲前缘相沉积环境，形成了三角洲砂体。明水组沉积末期—古近纪时期,烃源岩开始成熟并大量生烃, 烃类沿沉积盆地姚家组底面不整合面向浅处运移, 经过长距离运移至西部斜坡区姚家组二段、三段地层中，运移过程中由于浅层地下水或地面大气水将溶解的氧和微生物带入，使原油发生明显的生物降解、水洗、游离氧的氧化和轻质组分的蒸发, 迅速向重油演化,原油黏度、密度不断增加，以至于不流动，储集在西部斜坡区三角洲前缘沉积环境中，在姚家组砂体中形成含油砂体。该含油砂体随着湖盆的不断沉降沉积物不断加厚，含油砂屑的压力、温度不断加大，使之逐渐固解成岩形成油砂。

图5 姚家组油砂成藏模式图(据张维琴，2005)

3 结论

西部斜坡区油砂矿藏形成与储层、运移通道及侧向输导密切相关。姚家组砂岩体为油砂矿藏的形成提供了良好的储集空间。姚家组二、三段为三角洲前缘亚相，识别出水下分流河道、河口坝和远砂坝三个沉积微相，其中水下分流河道和河口坝优势相内砂体的连续性对油气的运移、储存更具有明显的优势，是含油砂的优势微相。姚家组底部发育区域不整合面，成为油气横向运移的主要通道。构造简单，断层较少为油气侧向运移提供条件。斜坡区为单斜构造缓坡，构造圈闭不发育，嫩江组泥岩油砂起到一定岩性圈闭作用。