松辽外围火山-沉积盆地非常规油气调查发现及启示意义——以双阳盆地为例

刘卫彬，李世臻，徐兴友，周新桂，张文浩，王丹丹

(1.中国地质调查局 油气资源调查中心，北京 100029；2.陆相页岩油全国重点实验室，黑龙江 大庆 163002；3.中国地质调查局 非常规油气重点实验室，北京 100029)

松辽盆地是我国重要的油气产区，近年来常规油气的开发进入中后期，新的接替领域不明，制约着松辽盆地各大油田企业的增储上产，亟需探索盆地外围新区、新层系、新类型油气资源潜力。双阳盆地是松辽盆地东部外围的重点勘探领域之一，位于吉林省长春市双阳区境内，盆地及其外围发育有多个煤炭产地。前人研究认为，双阳盆地是以侏罗系为主的含煤断陷盆地，矿产资源以三叠系、侏罗系的煤炭资源为主，烃源岩母质类型以腐植型有机质为主，油气勘查潜力不明。梁本营等对双阳盆地的石油地质特征做了初步分析，但主要从常规油气角度开展，评价其其生储盖组合，然而由于双阳盆地地质条件复杂、火山活动频发，常规油气聚集、保存条件并不明确，常规油气勘查存在较大风险，不是首选攻关领域。为引领带动松辽盆地外围新区、新层系、新类型油气的勘查，中国地质调查局在双阳盆地开展高精度重磁电三维勘探100 km，并部署实施了盆地第1口油气参数井—双参1井，通过重磁电震联合解译和参数井岩屑、岩心分析测试，揭示双阳三维地质结构和空间展布特征，建立石炭二叠系—白垩系完整的地层层序，发现了2套潜在的页岩勘探层系，并通过大量分析测试资料，分析其非常规油气资源潜力，开辟了一个独特视角，对松辽盆地及外围中小盆地勘探具有借鉴意义。

1 基础地质特征

双阳盆地地处松辽盆地外围东南缘，西北毗邻伊通盆地(图1(a))，面积约500 km，构造特征复杂，早期岩浆活动剧烈。盆地整体为一不对称的复向斜火山-沉积叠合盆地(图1(c))，长轴方向为NW—SE，西北缘被佳—伊断裂所切割，东南缘与晚古生代地层呈不整合接触。构造演化经历了石炭一三叠系稳定沉降及火山喷发阶段、侏罗纪断陷初始阶段、白垩纪断陷发展阶段、古近纪—新近纪广泛抬升阶段4个演化阶段，其中侏罗系和白垩系为主要的断陷湖盆形成时期。

据区域地质资料、野外调查和钻孔资料，双阳盆地自老至新依次发育如下地层：古生界石炭—二叠系；中生界三叠系的大酱缸组T、侏罗系的小蜂蜜顶子组J、太阳岭组J，下白垩统安民组K(相当于火石岭组)、长安组K(相当于沙河子组)、金家屯组K(相当于营城组)、泉头组K，上白垩统的放马岭组K(相当于青山口组)以及第四系(图1(b))。其中，三叠系大酱缸组为湖沼沉积，灰黑色泥岩和浅灰色中、细砂岩，夹煤层；下白垩系长安组主要为湖泊相沉积，发育灰黑色泥质粉砂岩、泥岩、含砾砂岩等，上述2套地层为研究区潜在的烃源岩层系，也是本次调查研究的重点目标层系。

图1 双阳盆地构造位置、地层柱状及工作部署

2 岩石和地层物性特征

不同时代的地层由于其岩石组成、形成环境、矿物组分的不同，造成密度、磁性、电阻率等物性参数之间存在显著差异，因此，准确厘定地层岩石物性参数是进行重磁电测量和综合地质解释的基础，物性参数选取是否符合实际情况，直接影响重、磁、电异常解释的正确性。本次物性参数选取主要依据双阳地区岩石标本测定，共采集各类岩石标本600余块，同时结合邻近松辽及外围盆地物性资料，对地层岩石密度、磁化率及电阻率参数进行系统的对比与分析，建立研究区地层岩石重磁电综合解释标准剖面。

以岩石和地层的电性特征为主，结合密度、磁性参数，对双阳盆地进行综合物性分层，共划分9套物性组合，特征如下：① 第四系岩性主要是粉砂土、黏土夹少量砾石等冲积物式砂砾层，成岩性差，平均密度为1.63 g/cm，属于低密度层，电阻率大多数小于50 Ω·m，属于低阻层，平均磁化率为8×10，属低磁性层；② 古近系岩性主要为致密玄武岩，平均密度为2.74 g/cm，属于高密度层，平均电阻率为1 175 Ω·m，属于高阻层，平均磁化率为876×10，属强磁性层；③ 放马岭组和泉头组岩性主要为砂岩、砾岩，局部夹煤层，平均密度分别为2.46，2.48 g/cm，属于低密度层，平均电阻率分别75，82 Ω·m，属于低阻层，平均磁化率分别5×10，15×10，属于弱磁性层；④ 金家屯组和安民组岩性为安山岩、安山集块岩、安山玄武岩、酸性凝灰岩、流纹岩等，平均密度分别为2.58，2.55 g/cm，属于中密度层，平均电阻率分别608，509 Ω·m，属于中高阻层，平均磁化率分别104×10，89×10，属于中磁性层；⑤ 长安组为金家屯组和安民组中间沉积的一套碎屑沉积地层，岩性为砂岩、含砾砂岩、粉砂岩、泥岩夹少量凝灰岩层，密度为2.48 g/cm，属于低密度层，平均电阻率为103 Ω·m，属于低阻层，平均磁化率为17×10，属弱磁性层；⑥ 太阳岭组和小蜜蜂顶子组岩性复杂，主要为岩性主要为火山碎屑沉积岩，平均密度分别为2.58,2.61 g/cm，属于中密度层，平均电阻率分别286,352 Ω·m，属于中低阻层，平均磁化率分别18×10，23×10，属于弱磁性层；⑦ 大酱缸组岩性以泥岩、粉砂岩、砂岩等碎屑沉积岩为主，平均密度为2.55 g/cm，属于中低密度层，平均电阻率为224 Ω·m，属于中低阻层，平均磁化率为5×10，属于弱磁性层；⑧ 二叠-石炭系地层岩性以粗碎屑岩、变质砂岩、板岩、碳酸盐、火山岩、凝灰岩等为主，岩石致密，均属于高密度、高电阻层，磁性变化较大，整体呈现中弱磁性；⑨ 岩体主要为花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩，平均密度为2.59 g/cm，属于中密度体，电阻率分布在1 000～8 000 Ω·m，为高阻体，磁化率分布在200×10～10 000×10，为强磁性体(图1(b))。

总体来看，碎屑岩地层具有相对较低的密度、电阻率和磁化率，呈现明显的“三低”特点，是识别潜在含油气沉积层系的典型标志特征。

3 重磁电三维地质结构

重磁电三维地质解释是在先验条件的约束下，结合研究区地质背景和特征，将各类物性异常信息通过三维建模，实现地质信息的三维可视化。其中，电法纵向分辨率高，在确定断裂性质、构造层起伏形态与埋深方面优势明显；重力横向分辨率高，对确定断裂及高密度体的分布有一定的优势；磁力异常是研究磁性体分布的重要依据，磁性界面也可以作为物性层的划分依据。本次研究综合应用重、磁、电多方法联合处理和三维正反演技术，准确获取反映断裂位置、性质、产状、展布，构造起伏形态，重点目标层系埋深、分布等各类信息，结合地质、钻井等资料，建立研究区三维地质模型，查明盆地结构形态，指导地质综合研究和油气勘探。

3.1 断裂特征

地质体具有不同地球物理特性，当断裂产生后，地质体在三度空间发生位移错断，物性就会发生异常，产生明显得重、磁、电异常梯级带，并且物性异常等值线沿走向发生有规律的扭曲和错断。本次研究以重力、电阻率异常为主要依据，结合地震、钻井等资料，在双阳盆地内共划出13条断裂，断裂走向主要以NNW向为主，其次为NE向，其中NNW向断裂8条，分别为F1～F8，该类断裂形成时间较早，以张性为主，具有切割深、断距大的特点，控制了盆地的断陷沉积和盆地内的局部构造；NE向断裂5条，分别为F9～F13，形成时间较晚，以右旋剪切为主，断层规模较小，后期改造了盆地的构造格局。

3.2 三维地质结构

以钻井和现有的地震资料为约束，利用建立的研究区重力、电法、磁力反演解释模型，对38条二维切片进行综合地质解释，控制全区的整体架构。以切片解释成果为基础，将各切片的地质对象相互拼接，获取三维模型参数，形成反映盆地内断裂和主要构造层空间展布的三维地质体。

依据断裂、构造、地层空间展布形态，对中生界断陷进行单元划分，共划分5个构造单元。其中，沉积中心位于中部凹陷，构造方向为NE向，受NNW向断裂F2，F3及F7正断层控制，面积约51 km。该区域地层发育齐全，基底埋深大，中生界埋深在400～3 200 m(图2)，沉积厚度在1 000～2 000 m，是进行页岩油气勘查最为有利的区域。

图2 双阳盆地中生界地层底面构造

Y26切片呈东西向横穿盆地沉积中心，电阻率横向上总体表现为西低东高，纵向上表现为低—高—低—高的特点(图3)，清晰地反映了双阳盆地总体的构造面貌，东西两侧古生界隆起，中部基底埋深较大，综合解释断裂9条，均为正断层，盆地具有东断西超的特点，中生界最大埋深位于F4～F7。

图3 Y26切片重磁电解释剖面

受F5与F7断裂的控制，在白垩系安民组—金家屯组表现为断背斜的特征，表现为中高阻上拱的异常形态，且位于逆冲断层下降盘，预测为有利的油气成藏圈闭。

基于建立的精细三维地质体，在中部凹陷区下白垩统背斜核部部署了双参1井，目标井位纵向电阻率异常明显，高低阻界限清晰，可钻遇完整的古生界—中生界地层层序(图4)，有望获得油气新发现和地质新认识。

图4 双阳盆地三维地质结构

4 页岩油气地质条件

4.1 页岩地层时代厘定

对于双阳盆地发现2套暗色页岩沉积地层，参照前人地层划分标准，将上部页岩层系划分为中生界早白垩系长安组，对应松辽盆地沙河子组—营城组。然而对与下部页岩层系的时代归属争议较大，梁本营等学者将其划分为古生界石炭二叠系。笔者通过高精度锆石测年，明确了该套页岩层系为中生界三叠系，对于松辽盆地及外围地层划分及非常规油气勘探均具有借鉴意义。

高精度锆石U-Pb定年能准确测定含凝灰岩地层的时代归属。本次研究采集双参1井下部页岩底部凝灰岩夹层样品1块，开展高精度锆石Pb/U年龄测定，样品深度为2 130.04 m。凝灰岩样品中锆石多为无色透明，晶形以次浑圆、次棱角状、柱状为主，共挑选晶形完好、无明显裂痕和包体的锆石颗粒15个，测定的年龄数据点均落在谐和线上或附近，表明测得年龄较为谐和。分析结果显示，下部2 130.04 m处样品Pb/U谐和年龄加权平均值为(251.9±1.8)Ma(图5)，判断凝灰岩上覆暗色页岩沉积时期应晚于250 Ma，时代归属为中—上三叠世，根据区域地层对比，应属于大酱缸组地层。

图5 下部页岩层系底部凝灰岩锆石U-Pb年龄谐和图

4.2 暗色页岩分布

根据录井资料显示，双参1井共钻遇暗色页岩地层628 m。其中，上部长安组地层埋深920～1 197 m，总厚度277 m，暗色页岩186 m/37层，泥地比67.2%，整套地层气测异常明显，现场气测总烃分布在0.15%～5.80%，平均峰基比为14，最高可达82；下部大酱缸组地层埋深1 725～2 076 m，总厚度351 m，暗色页岩283 m/40层，泥地比80.1%，该套地层也具有气测异常现实，但气测总烃比上部地层低，平均峰基比为8，最高可达30。钻探结果验证了本文第2部分中三维重磁电解释的2套低阻层为沉积地层的正确性，发现双阳盆地存在下白垩系长安组和三叠系大酱缸组2套潜在页岩层系(图6)。

图6 双参1井非常规油气综合评价

4.3 有机地球化学评价

对双参1井获取的岩心、岩屑进行了系统采样，全井段进行了有机碳含量、岩石热解分析，参照陆相烃源岩评价标准，优选重点页岩层段进行氯仿沥青A、干酪根族组分及镜质组反射率等多项实验分析，获取了页岩生烃能力评价的有机地球化学参数，综合评价结果表明：

(1)有机质丰度。长安组暗色页岩TOC含量在0.58%～14.7%，平均1.63%，生烃潜力S+S分布在0.23～84.00 mg/g，平均值为1.21 mg/g，氯仿沥青“A”平均为0.34%，87%的样品处于中—好区间，有机质丰度总体达到好烃源岩水平；大酱缸组暗色页岩TOC含量分布在0.62%～2.58%，平均1.52%，生烃潜力S+S分布在0.15～1.02 mg/g，平均值为0.35 mg/g，氯仿沥青“A”平均为0.062%，52%的样品处于中～好区间，有机质丰度总体达到中等水平(图7(a))。

(2)有机质类型。通过热解氢指数与划分类型图判别显示，长安组暗色页岩以Ⅱ-Ⅱ型有机质为主，Ⅰ型与Ⅲ型有机质较少，在Ⅱ型有机质中Ⅱ型有机质占主导地位，约占64%，表明有机质以偏腐泥型为主；大酱缸组暗色页岩以Ⅱ-Ⅲ型有机质为主，Ⅰ型与Ⅱ型有机质较少，表明有机质以偏腐植型为主(图7(b))。

图7 长安组和大酱缸组页岩有机地球化学评价

(3)有机质成熟度。岩石热解最高峰温与镜质体反射率测试表明，长安组页岩处于0.55%～0.95%，岩石热解参数主要分布在425～493 ℃，集中于430～450 ℃，处于低成熟—成熟演化阶段；大酱缸组页岩处于1.59%～2.64%，岩石热解参数主要分布在420～550 ℃，集中于435～470 ℃，处于高成熟-过成熟演化阶段。

(4)综合评价。双阳盆地下白垩统长安组暗色页岩有机质丰度高，生烃潜力好，有机质类型以Ⅱ,Ⅱ型干酪根为主，热演化处于低成熟-成熟阶段，以生油为主，是盆地内有利的致密油、页岩油富集层系；三叠系大酱缸组页岩有机质丰度中等，有机质类型以Ⅱ，Ⅲ型干酪根为主，热演化处于高成熟-过成熟阶段，以生气为主，是盆地内有利的煤层气、页岩气富集层系。

4.4 页岩储层条件

岩心观察、XRD全岩分析、核磁物性实测结果表明，双阳盆地暗色页岩主要由黏土矿物和石英、长石等组成，含有少量碳酸盐和黄铁矿，属于低孔低渗储层。其中，下白垩统长安组页岩以纹层状页岩为主，砂质纹层发育，矿物成分中石英、长石等脆性矿物质量分数为55%～67%，均值为59%，黏土矿物质量分数29%～40%，均值为36%，碳酸盐质量分数均值3.5%，黄铁矿质量分数均值1.1%，核磁实测有效孔隙度为1.3%～10.6%，平均值为4.5%，具有较好的储集性和可压性；三叠系大酱缸组页岩以层理型页岩为主，层理缝发育，矿物成分中石英、长石等脆性矿物质量分数为43%～72%，均值为56%，黏土矿物质量分数24%～54%，均值为38%，碳酸盐质量分数均值2.3%，黄铁矿质量分数均值2.8%，核磁实测有效孔隙度为0.8%～7.6%，平均值为3.3%，具有一定的储集性和可压性(图8)。

图8 长安组和大酱缸组页岩矿物组成

5 启示意义

上述研究表明，双阳盆地存在下白垩系长安组和三叠系大酱缸组2套页岩层系兼具较大的沉积厚度、良好的生烃潜力、一定的储集能力和较好的可压性，具备非常规油气生成和富集的基础地质条件，其中上部长安组以致密油、页岩油为主，下部大酱缸组煤层气、页岩气为主。双参1井钻探结果揭示了盆地页岩油气富集的3个主控因素：① 松辽盆地下白垩系及三叠系页岩地层沉积过程中伴随多期火山活动，火山活动形成的富磷火山灰会导致水体中有机藻类勃发，有利于有机质富集；② 2套页岩均含一定的方解石、铁白云石等碳酸盐矿物，具有高伽马和高电阻率的电性特征，指示该地区早白垩世发育半咸化断陷湖盆沉积环境，与断陷期的深部热液活动、蒸发作用密切相关，咸化封闭的水体环境有利于形成有机质的保存；③ 火山和热液作用使得盆地古地温场具有较高的地温梯度，较高的古地温背景加速烃源岩的生烃过程、提高生烃量和生烃速率，有利于有机质的转化(图9)。

图9 火山活动期咸化断陷湖盆优质页岩形成模式

在松辽盆地外围依兰—伊通断裂以东发育一个由39个中小规模的沉积盆地构成的盆地群，总面积达3.7万km(图10)，例如三江盆地、虎林盆地、依兰—伊通盆地、勃利盆地、通化盆地等。

图10 松辽东部外围火山沉积盆地群分布

这类盆地与双阳盆地处于相同的大地构造背景，具有类似的油气地质条件，目前在这些盆地内均已发现丰富的常规油气资源，而资源潜力巨大的页岩油气勘查尚未取得突破。根据本次双阳盆地页岩油气调查证实东部盆地群下白垩系和三叠系具备页岩油气形成物质基础和富集的地质条件，形成的地质新认识对引领带动松辽盆地外围新领域、新类型非常规油气资源勘查具有借鉴意义。

6 结 论

(1)双阳盆地发育石炭二叠系—白垩系完整的地层层序，共划分9套物性组合，其中碎屑岩沉积地层呈现明显低密度、低电阻率和低磁化的“三低”特点，是识别潜在含油气沉积层系的典型标志特征。

(2)双阳盆地内共划出13条断裂，断裂走向主要以NNW向为主，其次为NE向；共划分5个构造单元，沉积中心位于中部凹陷，中生界埋深在400～3 200 m，沉积厚度在1 000～2 000 m，是进行页岩油气勘查最为有利的区域。

(3)下白垩统长安组暗色页岩有机质丰度高，生烃潜力好，有机质类型以Ⅱ，Ⅱ型干酪根为主，热演化处于低成熟—成熟阶段，以生油为主，且具有较好的储集性和可压性，是有利的致密油、页岩油富集层系；三叠系大酱缸组页岩有机质丰度中等，有机质类型以Ⅱ，Ⅲ型干酪根为主，热演化处于高成熟—过成熟阶段，以生气为主，具有一定的储集性和可压性，是有利的煤层气、页岩气富集层系。

(4)在松辽盆地外围东部发育39个中小规模沉积盆地，与双阳盆地处于相同的大地构造背景、具有类似的油气地质条件，大酱缸组和长安组同样处在火山活动断陷湖盆期，具备非常规油气形成和富集的物质基础和地质条件，初步判断具有一定的非常规油气资源潜力。