松遼盆地西斜坡小太平山地區油砂富集規律與成藏控制因素研究

徐 飛，劉軼松，梁雪健，康海平，劉天恒，楊孝杰

中化地質礦山總局吉林地質勘查院，吉林 長春 130022

0 引言

油砂又稱瀝青砂，是砂、瀝青、礦物質、黏土和水組成的混合物。松遼盆地西斜坡含有豐富的油砂資源，從2007年至2020年，我院先后與吉林省調查地球物理研究所、吉林大學油氣研究所和中國地質調查局油氣資源調查中心等合作，在松遼盆地西部斜坡區域內，完成了“吉林省鎮賚縣大崗機械林場和西北溝一帶油砂礦的普查、詳查”、“松遼盆地西部斜坡區油砂礦基礎地質調查和成藏研究”和“松遼盆地西斜坡油砂礦地質調查”等項目，詳細調查了小太平山地區內油砂形成地質條件等因素、分布特征、主控因素和富集規律。小太平山區位于吉林省西北部，行政區劃隸屬于吉林省白城市鎮賚縣管轄。地理位置為東經123°05′～123°38′，北緯45°35′～45°48′。

1 地質背景

松遼盆地是一個發育在古生代褶皺基底之上自白堊紀以來形成的大型中新生代沉積盆地。根據中淺層構造地質特征，考慮深層構造和基底性質，將松遼盆地劃分成6個一級構造單元，即西部斜坡區、北部傾沒區、中央坳陷區、東北隆起區、西南隆起區和東南隆起區。松遼盆地具有“雙層”結構，下為斷陷層，上為坳陷層，斷陷層發育時間早，坳陷層發育比較完全。

松遼盆地基底為前古生代 、古生代變質巖、火成巖系；沉積蓋層從侏羅紀至新生代均有發育，總厚度達11 000 m以上，沉積蓋層以白堊系為主，厚7 000 m以上，為主要的生油層、儲油層。

2 油砂富集規律

油砂鉆探結果顯示，松遼盆地西斜坡從淺至深共發現兩個含油砂層位，其中嫩江組含油砂層以油砂層數少(1～2層)，單層厚度薄，含油率高為特征，巖性主要為細砂巖，上部直接被灰黑色泥巖所覆蓋 ；姚家組含油砂層以油砂層數多(2～8層)，總厚度大，單層厚度變化大(0.2～2.24 m),含油率變化大(3%～11.17%)為特征，含油砂層巖性主要為粉砂巖、細砂巖。

2.1 平面分布

前人認為松遼盆地的油砂主要分布于盆地西斜坡的盆緣白城—富拉爾地區，僅在圖牧吉地區發現[1]，通過以往資料收集和老井調查，在西斜坡鎮賚大崗—西北溝復查區百余鉆井揭露了油砂賦存狀況。2015年課題組在研究區內進行基礎調查，同樣揭露了深部油砂的存在，2016年在研究區西北部及中部實施鉆探深部驗證，也揭露油砂存在。因此，松遼盆地西斜坡的油砂在平面上分布范圍較廣，從西北部向東南方由圖牧吉—鎮賚大崗—西北溝—小太平山均已顯示油砂富存(圖1)。

2.2 垂向分布

松遼盆地垂向上已發現的油氣藏層段有：泉一段、泉二段、泉三、泉四段、青一段、青二、青三段、姚家組及嫩江組各段、明水組。這些含油氣層分屬下、中、上、淺含油氣層組成。

圖1 松遼盆地西斜坡油砂頂面等深圖(據文獻[1]，修改)Fig.1 Contour map of the top surface of oil sands on the west slope of Songliao Basin(according to literature[1]，modified)

通過深部鉆探揭露，在研究區內嫩江組一段、姚家組二、三段為含油砂層，在研究區西北部鎮賚大崗—西北溝復查區內上百口鉆井，揭露含油砂層位為姚家組二段、三段。因此推斷姚家組二段、三段是松遼盆地西斜坡油砂主要賦存層位[2]。

松遼盆地西斜坡為向東南傾斜的簡單斜坡。從圖牧吉油砂基巖露頭可知，巖層產狀，總體走向為25°～205°，傾向南東，傾角為2°。從圖牧吉油砂露頭到大崗—西北溝油砂埋深147.5 m，再到研究區內見油砂層埋深達370～530 m，油砂層位由北北西向南東東方向賦存深度逐漸加深。

通過研究區及鎮賚大崗—西北溝區鉆井資料整理分析，包括老井復查工作收集到的6口鉆井、2015年3口鉆井及2016年5口地質調查井資料。根據測試結果，以含油率大于3%的數據進行統計，形成油砂埋藏深度直方圖(圖2)。從圖中可以看出復查區油砂埋藏普遍較淺，在地下250 m以內，而研究區油砂埋藏均較深，最深達地下530 m。

圖2 研究區和大崗—西北溝油砂埋藏深度直方圖Fig.2 Histogram of oil sand buried depth in research area and Dagang-Xibeigou area

編制了油砂埋深等深線圖(圖3)。從圖中可以初步判斷油砂層北西西向南東東方向逐漸加深，西北角ZK5500油砂埋深在147.5 m，向南東依次加深，東南側油砂出露最深為533.38 m。鎮賚大崗—西北溝油砂埋藏深度主要集中在250 m以內，而研究區內油砂埋藏主要集中在350～550 m。

圖3 研究區和大崗—西北溝油砂埋藏等深線圖Fig.3 Burial contour map of oil sand in research area and Dagang-Xibeigou area

2.3 厚度變化

通過研究區及鎮賚大崗—西北溝內14口鉆井資料整理分析，包括老井復查工作收集到的6口鉆井、2015年3口鉆井及2016年5口地質調查井資料。對鉆孔見礦厚度采用剔除泥質夾層、致密層和不夠標準的差油砂層，確定了各井油砂層的累計厚度(表1)。

表1 研究區及大崗—西北溝鉆井見礦厚度統計表

根據測試結果，以含油率大于3%的數據進行統計。目前已有鉆孔資料顯示，鎮賚大崗—西北溝復查區油砂厚度集中在5～8.7 m范圍內(圖4)，且油砂厚度分布較均勻，而研究區油砂厚度變化較大，分布不均勻，最厚為12.40 m，最薄為0.2 m。

圖4 研究區和大崗—西北溝油砂累計厚度直方圖Fig.4 The cumulative thickness histograms of oil sand in the study area and Dagang-Xibeigou area

利用統計數據形成油砂埋深等厚線圖(圖5)。從圖中可知，研究區內和鎮賚大崗—西北溝內均有厚層油砂分布。總體上復查區厚度大于研究區內油砂層厚度，厚度從0.2～12.2 m均有分布，油砂厚度最大點為研究區南部ZK1503井。

圖5 小太平山及大崗—西北溝區油砂埋藏等厚線圖Fig.5 Isopach map of oil sand burial in Xiaotaipingshan and Dagang-Xibeigou area

3 成藏主控因素

油砂礦的形成過程是各種成藏要素在有效的匹配條件下，油從分散到集中的轉化過程。能否有豐富的油砂聚集，形成儲量豐富的油砂藏且被保存下來，主要取決于生油層、儲集層、蓋層、運移、圈閉和保存等成藏要素的優劣。松遼盆地油藏的形成、分布與富集是多方面因素綜合作用的結果。

3.1 有機質來源

西斜坡有兩個潛在的油源區：一是西斜坡本身，可能的源巖層為嫩江組和青山口組；二是齊家—古龍凹陷側向運移至西斜坡。

油砂地球化學特征顯示松遼盆地西斜坡原油為成熟—高成熟度原油。張維琴等認為西部斜坡烴源巖處于未成熟階段，只能生成少量的未成熟—低成熟油。由此可見西斜坡成熟原油并非生于原地。對西斜坡儲層中原油樣品由東向西進行系統取樣和分析，利用原油中的咔唑類含氮化合物研究得出西斜坡的原油經過長距離的運移，運移距離可能達到100 km以上。大量資料顯示松遼盆地西斜坡油源來自齊家—古龍凹陷[3]。

至于西斜坡油源來自齊家—古龍凹陷的哪個層位沒得到統一認識。目前有三種認識：其一認為原油來自齊家—古龍凹陷的青山口組，其二認為原油來自齊家—古龍凹陷嫩江組，其三認為原油來自齊家—古龍凹陷嫩江組和青山口組。2009年孫國昕發現，姥鮫烷、植烷的相對豐度可以區分嫩江組一段和青山口組烴源巖[4]。通過對齊家—古龍凹陷數據庫大量相關資料統計分析，他認為西斜坡大部分油源來自于青山口組，只有在西斜坡中部個別井段顯示油源來自嫩一段。本文更傾向于第一種看法，油氣主要為青山口組烴源巖產生。侯啟軍通過對烴源巖有機碳含量、氯仿瀝青“A”、總烴、生烴潛量等對比，認為齊家—古龍凹陷青一段烴源巖綜合評價為最好的烴源巖，同時也是松遼盆地最好的烴源巖[5]。青一段烴源巖相關參數有機碳含量平均值達到2.13%，一般分布于1.0%～3.0%之間，氯仿瀝青“A”平均值達到0.43%，主0.4%和0.9%之間。總烴平均值達到4 149×10-6。生烴潛量平均值達到18.49 mg/g。

西斜坡區位于齊家—古龍凹陷生油中心的西部，油氣通過向西側向運移可以進入西斜坡儲集層中，良好的烴源巖條件為松遼盆地西斜坡區油砂的成藏提供了良好的油源條件。

3.2 儲層特征

通過對鎮賚大崗—西北溝復查區及研究區巖心精細觀察(圖6)，及綜合收集前人研究分析，松遼盆地西斜坡下白堊統主要識別出半深湖亞相和三角洲前緣亞相，進一步劃分7種沉積微相類型(表2)。

圖6 小太平山區鉆孔沉積相柱狀圖Fig.6 Sedimentary facies histogram of boreholes in Xiaotaipingshan area

表2 小太平山區沉積相

半深湖亞相主要以靜水泥微相和濁流微相，靜水泥微相為大段的灰色—灰黑色泥巖，中間夾有葉肢介化石；濁流微相為泥巖中間夾的少量薄層的砂巖。三角洲前緣亞相識別出水下分流微相、河口壩微相、遠砂壩微相、席狀砂微相和分流間灣微相。

水下分流河道微相為以灰色粗—中砂巖為主；河口壩微相為大段以灰色—灰綠色的中—細砂巖為主，呈厚層狀，粒度均一，多成松散狀；遠砂壩微相為河口壩的遠端沉積，特征相似，僅在規模上比河口壩要小，巖石粒度要細，以灰色—灰綠色的細砂—粉砂巖和泥巖組成，少量的中砂巖，多成互層狀產出；席狀砂微相為薄層的粉砂巖以及粉砂巖與泥巖互層，沉積物較遠砂壩較細，以灰色—灰綠色粉砂巖為主，少量的細砂巖和泥質粉砂巖，成薄層狀產出；分流間灣微相沉積物為該沉積序列最細部分，以灰色—灰綠色—雜色泥巖為主，夾少量的泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，厚度大小不一，同時出現砂泥互層與砂泥混雜現象。

三角洲相前緣亞相的河口壩微相、遠砂壩微相是油砂儲集的優勢微相。西斜坡大范圍三角洲相前緣亞相為西斜坡油砂的成藏提供了良好的儲集空間。

3.3 蓋層條件

蓋層對油氣藏形成和保存起至關重要的作用，蓋層的空間分布控制著油氣運移和成藏范圍，呈現出相當規模的油氣藏一定有良好的蓋層。

研究區嫩江組一段主要為半深湖的灰黑色、黑色泥巖層，含少量泥質粉砂巖，粉砂質泥巖，垂向上泥巖厚度分布最大，作為區域性蓋層，在研究區保存完整，作為油砂層的區域蓋層，使油砂中原油得以封閉并保存。

3.4 油氣運移特征

松遼盆地西斜坡的原油主要來源于齊家—古龍凹陷，原油側向西運移，并且從齊家—古龍凹陷到西部斜坡區原油降解程度逐漸加劇。通過資料收集整理，目前西斜坡原油運移輸導通道主要有三種基本類型：有一定孔滲條件的砂體; 二是具有滲透能力的斷裂或裂隙體系; 三是可作為流體運移通道的不整合面。

西部斜坡在盆地發展過程中長期處于區域性單斜狀態，自盆地西部向邊緣拗陷區傾斜，構造平緩，斷層不發育，僅見少量小規模斷層，根據鉆井資料(研究區內鉆孔ZK1503)西北方向推測出一條北東向逆斷層 ，傾向南東，斷距20～30 m，該斷層對油砂的分布和保存具有控制作用，斷層東側上升盤油砂埋深在360～400 m之間，斷層西側下降盤，由于嫩江組泥巖下降局部阻斷的油氣的繼續向西運移，導致斷層西側(研究區內鉆孔ZK1502)沒有鉆遇油砂，區域性小斷層起到的阻隔和圈閉油砂的作用。但在平緩的單斜坡上發育一些低幅度的構造，如鼻狀構造，面積較小的背斜圈閉等也起圈閉油砂的作用(研究區內鉆孔吉鎮地1井、吉鎮地2井)。

通過的工作圈定口我們初步認為不整合面和斷裂在中央凹陷附近及地層深部具有重要的輸導作用，隨著油氣向西進入西斜坡緩坡帶，油氣向西向上運移，斷裂減少，儲層物性好的砂體及局部斷層發育的地區成為油氣輸導的主要通道(圖7)。

此外古氣候古地理環境也會對成藏有一定影響作用(黃清華[6]等，1999)。

古氣候環境：結合對巖性顏色、對孢粉和植物化石研究資料顯示(圖8)，松遼盆地青山口組孢粉地植被以常綠闊葉林為主，草本植物居次，反映了此時氣候已演變成熱帶氣候。

圖7 松遼盆地西斜坡油砂運移模式Fig.7 Migration mode of oil sand on the west slope of Songliao Basin

圖8 松遼盆地白堊紀植物成分、古氣溫和干濕度圖(據黃清華等，1999)Fig.8 Cretaceous plant composition, palaeo-temperature and humidity map in Songliao Basin (according to HUANG Qing-hua，1999)

姚家組以常綠葉林為主，反映一種熱帶類型氣候的延續，姚二三段孢粉植被中針葉林含量逐漸增加，而常綠葉林逐漸減少，巖性中紅色泥巖發育，反映了古氣候已由濕潤氣候變成半濕潤亞熱帶氣候。嫩江組孢粉植被以針葉林為主，反映氣溫較姚家組時期有所升高，到嫩五段氣候逐漸變得干旱，為半濕半干氣候。四方臺組孢粉植被以草本植物為主，沉積主要為一套紅色碎屑巖沉積，此時氣候已變成干燥。明水組孢粉植被以針葉林為主，顯示出氣溫又下降，溫度有所增加，此時氣候由半干旱轉為半濕潤氣候。

古地理環境：西斜坡油砂礦的形成與松遼盆地的發展演化密切相關，中生代伊始，太平洋板塊以北西方向持續向歐亞大陸板塊進行俯沖作用，經歷了中—晚侏羅世強烈構造-熱事件之后，在晚侏羅世末期松遼盆地開始了伸展裂陷，構造體制由左旋壓扭逐漸向伸展轉變，使大陸板塊處于強烈的拉伸狀態，在其內部形成一系列的裂谷帶，松遼盆地是當時一個典型的、規模較大的裂谷帶。這種拉伸作用沒能使基底地層被拉斷，沒有出現新的海洋，但形成了規模巨大的內陸淡水湖泊。板塊碰撞的彈性反彈作用使湖底頻繁升降，湖水時深時淺，白堊紀時松遼盆地經歷多次升降過程。不同時期的沉積環境形成一套特殊的巖石組合。

松遼盆地在晚白堊世青山口期湖面寬廣，水量充足而且水深，氣候溫暖潮濕，介形蟲、葉肢介等生物大量繁殖。盆地相對平靜期接受泥質巖石沉積，隨著盆地沉降接受大量的生物遺體與粉砂質碎屑混合物沉積，其后遇盆地平靜期接受泥質碎屑沉積，形成烴源巖層。晚白堊世姚家期處于陸相三角洲前緣相沉積環境，形成了三角洲砂體。明水期—古近紀時期,烴源巖開始成熟并大量生烴, 烴類沿沉積盆地邊緣或構造破裂面向和不整合面淺處運移, 進人淺部姚家期砂體中。運移過程中到達地層淺處時, 由于淺層地下水或地面大氣水將溶解的氧和微生物帶入，使原油發生明顯的生物降解、水洗、游離氧的氧化和輕質組分的蒸發, 迅速向重油演化, 在姚家期砂體中形成含油砂體。該含油砂體隨著湖盆的不斷沉降沉積物不斷加厚，含油砂屑的壓力、溫度不斷加大，使之逐漸固解成巖形成油砂。

4 結論

(1)鎮賚大崗—西北溝復查區與研究區含油層位、含油層數、含油厚度等存在差異。油砂的埋藏深度由北西向南東逐漸加深，含油層厚度相對增加。

(2)通過對鎮賚大崗—西北溝復查區和研究區內鉆孔巖心觀察，兩區沉積相基本一致，油砂儲集的優勢微相均為三角洲相前緣亞相的河口壩微相和遠砂壩微相。

(3)鎮賚大崗—西北溝復查區和研究區萜類化合物特征和甾烷化合物特征一致顯示研究區原油已經進入成熟—高成熟階段。