延吉盆地多期不整合面的形成及其油氣地質意義

張吉光，喬德武，金銀姬，劉艷杰，鄧傳偉，叢培泓，張冬花

1.大慶油田有限責任公司勘探分公司，黑龍江 大慶 163453

2.國土資源部油氣資源戰略研究中心，北京 100034

3.大慶鉆探工程公司地球物理勘探一公司，黑龍江 大慶 163357

延吉盆地是一個后期改造較為強烈的斷陷盆地。其主要沉積地層為下白堊統頭道組、銅佛寺組、大砬子組和上白堊統龍井組，最大沉積厚度約3500 m。主要含油氣層位為銅佛寺組，已在其中找到若干油藏、氣藏[1]。由于盆地構造活動頻繁、后期變形大，導致油氣分布復雜多變。但在相似的構造背景和統一的應力場環境下，其地質特征應該具有許多共性的方面（包括大的沉積間斷、不整合的形成）。因此，深入探討、識別其中不整合的特點和形成，對于認識其對油氣的影響有重要的意義。

1 不整合的類型及成因

沉積地層中的不整合歷來是人們在勘探實踐中注重研究的重要內容之一[2-4]。按照規模大小，通常將不整合分為三級[5-7]：由構造運動引起形成的不整合確定為一級，具體又稱為角度不整合（含斷褶不整合、褶皺不整合）、侵蝕不整合或消蝕不整合；由于沉積過程中湖水進退形成的不整合為二級，又叫做超覆不整合或與之相當的假整合；地史中短暫的沉積間斷定義為三級，相當于層序地層中的三級層序界面。當然，由于受勘探程度的限制，三級不整合并不能全部認識清楚。加之，有的不整合面對油氣的生成與聚集的影響較小，不做重點討論。

1.1 由下到上發育3個一級不整合、3個二級不整合

延吉盆地面積1670km2，由兩凹一凸一斜坡組成（圖1）。從沉積地層的基底（基底巖性主要為石炭-二疊系的結晶灰巖、變余砂礫巖、花崗巖、泥板巖）、下白堊統屯田營組的火山巖系到上白堊統的龍井組（圖2），發育6個不整合，其中3個一級不整合、3個二級不整合。根據地震（圖3）、測井和地質（圖4）等有關資料，可以識別這些不整合。

圖1 延吉盆地構造單元劃分圖Fig.1 Map of tectonic unit division in Yanji basin

基巖頂部及屯田營組頂部的角度不整合為全區性角度不整合，屬一級不整合，相當于地震T5反射層。這一界面很易識別，表現為不整合面之下巖性致密堅硬、密度大（2.55g／cm3以上），局部縫洞發育，高電阻。地震剖面上易形成強振幅同相軸且其上下波組特征截然不同，表明不整合面上下地層傾角發生明顯變化（圖3a）。屯田營組以安山巖為主，夾有凝灰質角礫巖、粉細砂巖，上部為粉細砂巖夾煤層，在盆地北部出露地表，在龍井凸起及側翼的鉆孔（延6井）中有揭示（圖4a），在盆地東北部的清茶館凹陷有4口井鉆遇，其他地區尚未鉆遇，與上覆地層為角度不整合。其地層分布雖不受斷陷范圍控制，但卻受火山活動的控制，形成后經歷較長時間的剝蝕，因此多為殘留的厚薄不均的地層。在龍井凸起及兩側，屯田營組較厚。地震剖面上往往反映為T5、T4反射層的合并，在屯田營組分布較厚處，兩套波組特征也存在較大差異。

頭道組、銅佛寺組等頂部局部不整合和超覆不整合為二級不整合。在深凹部位發育頭道組的粗碎屑沉積。上覆銅佛寺組則大體由下部砂礫巖、中部黑泥巖、上部粉細砂巖組成復合旋回。銅佛寺組湖相細碎屑沉積與下伏頭道組粗碎屑沉積之間可以形成很好的波阻抗界面，為T23強振幅地震反射層，但地層傾角變化不大（圖3b）。銅佛寺組與頭道組在凹陷中間為整合接觸關系，邊部則與屯田營組以角度不整合形式接觸。這是區內第一個二級不整合。銅佛寺組頂面，即銅三段頂面，相當于T22地震反射層。在龍井凸起上基本無銅佛寺組沉積，可形成局部不整合（具體應屬斷褶不整合）；在斷陷邊緣可以看到明顯的上超，與上覆大砬子組為超覆不整合（圖3b），而斷陷中部鉆井揭示地層未顯示明顯的沉積間斷，與上覆大砬子組應為整合接觸關系（圖4b），反射軸可以連續追蹤對比。銅佛寺組頂部在凹陷邊部均為超覆不整合，凹陷中部為整合接觸。

圖2 延吉盆地綜合柱狀圖Fig.2 The synthetic stratum histogram in Yanji basin

由于斷裂活動的差異性、氣候變化的周期性，早白堊世出現兩次湖水擴張、退縮再湖侵的過程，在斷陷邊部表現為侵蝕作用，在斷陷中出現連續沉積。在地震剖面邊緣見到削截、頂超反射，而中間表現為上超、整一反射，與三級層序界面對應，可連續追蹤對比，相當于T21地震反射層，為區內第三個二級不整合。

圖3 延吉盆地過井地震剖面圖Fig.3 Seismic section through drilling in Yanji basin

圖4 巖性剖面的不整合特征圖Fig.4 The characteristic map of unconformity in the lithologic section

大砬子組頂部角度不整合為一級不整合。大砬子組主要為一套粉細砂巖，厚層灰黑色、灰色泥巖，含少量砂礫巖的較完整旋回。大砬子組沉積末期（燕山運動Ⅳ幕），全區發生較為強烈的構造運動，較大規模的抬起、剝蝕，形成區域性角度不整合（圖4c），相當于T2地震反射層，可以見到明顯的削蝕。

龍井組頂部角度不整合為一級不整合。龍井組巖性由紫紅色泥巖，灰綠色粉細砂巖，砂礫巖等組成。其頂部角度不整合相當于T1地震反射層，規模與大砬子組末期相當，甚至超過后者。二者的不整合特點還體現在盆地北部和南部分別出露地表（圖4d）。這是燕山運動晚期（Ⅴ幕）發生的又一次大規模以擠壓為主的構造運動，呈現盆地以壓性為主，導致南北兩翼抬起幅度巨大。用聲波資料計算盆地南北兩側剝蝕厚度超過700m（圖5a），而盆地中部剝蝕厚度大約為300m（圖5b、c）。這種力場特點無疑有利于油氣聚集。

龍井組以后的新近紀、第四紀（琿春組、四方臺組）還有構造活動并產生不整合，但資料較少，暫不討論。

1.2 多期不整合成因與動力學特點

1.2.1 受構造活動影響，基底呈現凸凹不平的古地形

由于經過長期風化剝蝕，必然易使先存石炭-二疊系碳酸巖鹽等巖類發生溶蝕、風化、淋濾等作用，形成溶孔、溶洞和裂縫，形成相應的斷塊山、凸起帶、裂縫帶等。燕山Ⅰ、Ⅱ幕構造活動既形成了盆地雛形，也使沿凸起兩側的斷裂發生的火山噴發形成了屯田營組火山巖系。因此，屯田營組的分布受制于基底古地形。末期同樣經歷較長時間侵蝕、風化作用，其溶孔、溶洞和裂縫的發育與基底較為一致，形成角度不整合。尤其是盆地中部龍井凸起上更具備這一條件。

圖5 用聲波時差求取剝蝕量Fig.5 With acoustic time calculating erosion amount

這一期間，區內構造應力方式轉換為以拉張為主，先存的近南北向斷裂開始活動，有的切穿屯田營組。在凹陷最深處形成頭道組粗碎屑堆積。隨著湖盆持續發育，沉積了最厚達1290m的銅佛寺組的砂礫巖、砂巖、黑色泥巖、粉細砂巖為主的完整旋回沉積，邊部發生逐層超覆，形成超覆不整合。大砬子組時期，湖盆擴大連成一體，形成大范圍的粉細砂巖、灰黑-灰色泥巖沉積，是延吉盆地湖盆發育的最寬闊時期。即湖盆由小變大、由分割到統一，依次發育了頭道組、銅佛寺組及大砬子組沉積。末期在區域性擠壓應力環境下，使得湖盆變淺，湖區面積大幅度萎縮，湖盆逐步萎縮消亡，構造抬升。尤其是盆地南北兩側殘留厚度最薄，鉆井揭示僅200m，表明后期改造幅度更大[8]。此期黏土礦物中以高嶺石（40%）為主，表明在成巖中有大氣水滲入。有觀點認為[9-10]，層序界面代表著相對湖平面下降，由此引發大氣淡水對儲層的充注和淋濾，使長石普遍高嶺石化，在全巖成分上表現為層序界面之下儲層中高嶺石含量增加。自生高嶺石的發育可以作為大氣水溶蝕的標志性礦物，表明發生過對儲層起建設性作用的溶蝕、溶解作用。當然，高嶺石膠結物對儲集物性又起著破壞作用。

上述3期角度不整合和1期超覆不整合對地層發育、烴源巖熱演化、儲層物性等多方面無疑都會有一定的影響。

1.2.2 發育三大構造層

對應不整合，盆地發育三大構造層，即前斷陷期的屯田營組、斷陷期的頭道組＋銅佛寺組＋大砬子組、坳陷期的龍井組。屯田營組、龍井組頂部分別對應2個角度不整合，頭道組、銅佛寺組頂部對應2個超覆不整合，大砬子組頂部則對應退覆不整合。而斷陷期構造層（頭道組＋銅佛寺組＋大砬子組）發育了盆地中最全的沉積地層，其中，銅佛寺組和大砬子組分別為發生湖進湖退而形成2個三級旋回。兩個旋回之間在凹陷中心基本是整合接觸、連續沉積。這就非常有利于有機質的保存和演變。如德新凹陷銅佛寺組有機碳為2.1187%，氯仿瀝青“A”達0.1515%，有機質類型以ⅡA、ⅡB為主，達到好生油巖標準，是主要的烴源巖。這種較高豐度的烴源巖在松遼外圍盆地中并不多見。銅佛寺組和大砬子組持續沉降和整合接觸有利于烴類生成。

2 不整合對油氣的控制作用

不整合與油氣的生成、運移、成藏有著密切關系。因此，探討不整合的類型、成因及其對油氣控制和分布特點，有利于確定有利勘探目標區。

2.1 可形成與不整合有關的溶孔、溶洞型潛山和地層超覆不整合型油氣藏

對于基巖頂部，由于成巖程度很強，自身不具備儲集條件，孔隙度、滲透率數值很低。但是，在較高位置，經構造斷裂、物理風化作用，使由不同巖性組成的基巖儲集體遭受風化淋濾溶蝕而發育溶孔、裂縫等次生孔隙，形成滲透性能良好的裂縫發育帶，它們的滲透性從上到下變差，直至基巖內部逐漸消失，表現在深淺側向電阻率幅度差由大變小。同時，在不整合上覆烴源巖層（非滲透性地層），可形成新生古儲組合。斷層面和不整合面作為供油通道，是此類油氣藏（圖6）形成的必要條件，其接觸面積大、油源豐富。

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

它們有可能在距T23、T22界面以下100m范圍內發育。在斜坡部位的斷層附近，易形成與坡折帶有關的油氣藏，也應是今后主要的勘探方向。

2.2 不整合面易形成次生孔滲帶，既改善儲集條件，又是油氣二次運移的良好通道

地層中發育的次生孔隙帶（大砬子組頂）可能與構造活動和大氣水淋濾作用有關。初步分析，延吉盆地成烴的關鍵時刻大約是大砬子組末期及以后時期。而此時已形成的不整合面恰好可以將烴源區和不整合圈閉溝通起來[11]，成為油氣二次運移的通道，具體運移方式可能多樣，包括薄層運移[12-13]，且運移距離可以相對較遠。

當然，晚期構造活動有利于油氣二次運移和聚集，但不利于油氣保存[14-17]。延吉盆地晚期劇烈的構造活動使盆地南部和北部抬起幅度較大，應充分注意其對油氣藏的破壞作用。清茶館次凹的后期破壞比南部的德新次凹更嚴重，從發現的油藏原油性質看，原油密度較高，且油藏上部無次生氣藏分布。而德新次凹的氣藏雖然埋深僅500～780m，但由于上覆層有一定厚度的泥巖分布具備蓋層條件，同時在氣藏下部還形成油藏，二者關系密切。前者是在后者發生氧化、降解后形成的原油降解氣。

2.3 龍井凸起中部為有利的油氣聚集帶

除了已經認識到的朝陽川、清茶館-德新凹陷是油氣有利的聚集區外，推測龍井凸起中部也是一個有利的油氣聚集帶。因為龍井凸起實際上是一個低凸起，其頂部發育屯田營組，經構造斷裂作用和風化淋濾溶蝕，可能形成裂縫系統的儲集體，發育斷褶不整合，其上覆有約1000m沉積蓋層。凸起兩側為烴源巖區，正好形成烴源巖夾持、斷層和不整合面做通道、原油側向運移至凸起頂部具有儲集條件的屯田營組中聚集油氣，預測是一個較好的勘探目標。

3 結論

1）延吉盆地在形成發育過程中形成6個不整合，主要為區域角度不整合和超覆不整合兩種。

2）燕山Ⅰ、Ⅱ幕構造活動以拉張為主，大砬子組沉積末期（燕山運動Ⅳ幕），發生較大規模的抬起、剝蝕，形成區域性角度不整合，燕山運動晚期（Ⅴ幕）再次發生以抬升為主的構造運動，導致南北兩翼抬起幅度巨大，剝蝕厚度超過700m。

3）不整合面既可改善儲集體的滲透性，又能形成油氣二次運移的良好通道。銅佛寺組和大砬子組間的整合關系利于油氣的生成。

4）可能形成與不整合有關的侵蝕殘丘、地層超覆不整合、斷層坡折等油氣藏。

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