松遼外圍火山-沉積盆地非常規油氣調查發現及啟示意義
——以雙陽盆地為例

劉衛彬，李世臻，徐興友，周新桂，張文浩，王丹丹

(1.中國地質調查局 油氣資源調查中心，北京 100029；2.陸相頁巖油全國重點實驗室，黑龍江 大慶 163002；3.中國地質調查局 非常規油氣重點實驗室，北京 100029)

松遼盆地是我國重要的油氣產區，近年來常規油氣的開發進入中后期，新的接替領域不明，制約著松遼盆地各大油田企業的增儲上產，亟需探索盆地外圍新區、新層系、新類型油氣資源潛力。雙陽盆地是松遼盆地東部外圍的重點勘探領域之一，位于吉林省長春市雙陽區境內，盆地及其外圍發育有多個煤炭產地。前人研究認為，雙陽盆地是以侏羅系為主的含煤斷陷盆地，礦產資源以三疊系、侏羅系的煤炭資源為主，烴源巖母質類型以腐植型有機質為主，油氣勘查潛力不明。梁本營等對雙陽盆地的石油地質特征做了初步分析，但主要從常規油氣角度開展，評價其其生儲蓋組合，然而由于雙陽盆地地質條件復雜、火山活動頻發，常規油氣聚集、保存條件并不明確，常規油氣勘查存在較大風險，不是首選攻關領域。為引領帶動松遼盆地外圍新區、新層系、新類型油氣的勘查，中國地質調查局在雙陽盆地開展高精度重磁電三維勘探100 km，并部署實施了盆地第1口油氣參數井—雙參1井，通過重磁電震聯合解譯和參數井巖屑、巖心分析測試，揭示雙陽三維地質結構和空間展布特征，建立石炭二疊系—白堊系完整的地層層序，發現了2套潛在的頁巖勘探層系，并通過大量分析測試資料，分析其非常規油氣資源潛力，開辟了一個獨特視角，對松遼盆地及外圍中小盆地勘探具有借鑒意義。

1 基礎地質特征

雙陽盆地地處松遼盆地外圍東南緣，西北毗鄰伊通盆地(圖1(a))，面積約500 km，構造特征復雜，早期巖漿活動劇烈。盆地整體為一不對稱的復向斜火山-沉積疊合盆地(圖1(c))，長軸方向為NW—SE，西北緣被佳—伊斷裂所切割，東南緣與晚古生代地層呈不整合接觸。構造演化經歷了石炭一三疊系穩定沉降及火山噴發階段、侏羅紀斷陷初始階段、白堊紀斷陷發展階段、古近紀—新近紀廣泛抬升階段4個演化階段，其中侏羅系和白堊系為主要的斷陷湖盆形成時期。

據區域地質資料、野外調查和鉆孔資料，雙陽盆地自老至新依次發育如下地層：古生界石炭—二疊系；中生界三疊系的大醬缸組T、侏羅系的小蜂蜜頂子組J、太陽嶺組J，下白堊統安民組K(相當于火石嶺組)、長安組K(相當于沙河子組)、金家屯組K(相當于營城組)、泉頭組K，上白堊統的放馬嶺組K(相當于青山口組)以及第四系(圖1(b))。其中，三疊系大醬缸組為湖沼沉積，灰黑色泥巖和淺灰色中、細砂巖，夾煤層；下白堊系長安組主要為湖泊相沉積，發育灰黑色泥質粉砂巖、泥巖、含礫砂巖等，上述2套地層為研究區潛在的烴源巖層系，也是本次調查研究的重點目標層系。

圖1 雙陽盆地構造位置、地層柱狀及工作部署

2 巖石和地層物性特征

不同時代的地層由于其巖石組成、形成環境、礦物組分的不同，造成密度、磁性、電阻率等物性參數之間存在顯著差異，因此，準確厘定地層巖石物性參數是進行重磁電測量和綜合地質解釋的基礎，物性參數選取是否符合實際情況，直接影響重、磁、電異常解釋的正確性。本次物性參數選取主要依據雙陽地區巖石標本測定，共采集各類巖石標本600余塊，同時結合鄰近松遼及外圍盆地物性資料，對地層巖石密度、磁化率及電阻率參數進行系統的對比與分析，建立研究區地層巖石重磁電綜合解釋標準剖面。

以巖石和地層的電性特征為主，結合密度、磁性參數，對雙陽盆地進行綜合物性分層，共劃分9套物性組合，特征如下：① 第四系巖性主要是粉砂土、黏土夾少量礫石等沖積物式砂礫層，成巖性差，平均密度為1.63 g/cm，屬于低密度層，電阻率大多數小于50 Ω·m，屬于低阻層，平均磁化率為8×10，屬低磁性層；② 古近系巖性主要為致密玄武巖，平均密度為2.74 g/cm，屬于高密度層，平均電阻率為1 175 Ω·m，屬于高阻層，平均磁化率為876×10，屬強磁性層；③ 放馬嶺組和泉頭組巖性主要為砂巖、礫巖，局部夾煤層，平均密度分別為2.46，2.48 g/cm，屬于低密度層，平均電阻率分別75，82 Ω·m，屬于低阻層，平均磁化率分別5×10，15×10，屬于弱磁性層；④ 金家屯組和安民組巖性為安山巖、安山集塊巖、安山玄武巖、酸性凝灰巖、流紋巖等，平均密度分別為2.58，2.55 g/cm，屬于中密度層，平均電阻率分別608，509 Ω·m，屬于中高阻層，平均磁化率分別104×10，89×10，屬于中磁性層；⑤ 長安組為金家屯組和安民組中間沉積的一套碎屑沉積地層，巖性為砂巖、含礫砂巖、粉砂巖、泥巖夾少量凝灰巖層，密度為2.48 g/cm，屬于低密度層，平均電阻率為103 Ω·m，屬于低阻層，平均磁化率為17×10，屬弱磁性層；⑥ 太陽嶺組和小蜜蜂頂子組巖性復雜，主要為巖性主要為火山碎屑沉積巖，平均密度分別為2.58,2.61 g/cm，屬于中密度層，平均電阻率分別286,352 Ω·m，屬于中低阻層，平均磁化率分別18×10，23×10，屬于弱磁性層；⑦ 大醬缸組巖性以泥巖、粉砂巖、砂巖等碎屑沉積巖為主，平均密度為2.55 g/cm，屬于中低密度層，平均電阻率為224 Ω·m，屬于中低阻層，平均磁化率為5×10，屬于弱磁性層；⑧ 二疊-石炭系地層巖性以粗碎屑巖、變質砂巖、板巖、碳酸鹽、火山巖、凝灰巖等為主，巖石致密，均屬于高密度、高電阻層，磁性變化較大，整體呈現中弱磁性；⑨ 巖體主要為花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖，平均密度為2.59 g/cm，屬于中密度體，電阻率分布在1 000～8 000 Ω·m，為高阻體，磁化率分布在200×10～10 000×10，為強磁性體(圖1(b))。

總體來看，碎屑巖地層具有相對較低的密度、電阻率和磁化率，呈現明顯的“三低”特點，是識別潛在含油氣沉積層系的典型標志特征。

3 重磁電三維地質結構

重磁電三維地質解釋是在先驗條件的約束下，結合研究區地質背景和特征，將各類物性異常信息通過三維建模，實現地質信息的三維可視化。其中，電法縱向分辨率高，在確定斷裂性質、構造層起伏形態與埋深方面優勢明顯；重力橫向分辨率高，對確定斷裂及高密度體的分布有一定的優勢；磁力異常是研究磁性體分布的重要依據，磁性界面也可以作為物性層的劃分依據。本次研究綜合應用重、磁、電多方法聯合處理和三維正反演技術，準確獲取反映斷裂位置、性質、產狀、展布，構造起伏形態，重點目標層系埋深、分布等各類信息，結合地質、鉆井等資料，建立研究區三維地質模型，查明盆地結構形態，指導地質綜合研究和油氣勘探。

3.1 斷裂特征

地質體具有不同地球物理特性，當斷裂產生后，地質體在三度空間發生位移錯斷，物性就會發生異常，產生明顯得重、磁、電異常梯級帶，并且物性異常等值線沿走向發生有規律的扭曲和錯斷。本次研究以重力、電阻率異常為主要依據，結合地震、鉆井等資料，在雙陽盆地內共劃出13條斷裂，斷裂走向主要以NNW向為主，其次為NE向，其中NNW向斷裂8條，分別為F1～F8，該類斷裂形成時間較早，以張性為主，具有切割深、斷距大的特點，控制了盆地的斷陷沉積和盆地內的局部構造；NE向斷裂5條，分別為F9～F13，形成時間較晚，以右旋剪切為主，斷層規模較小，后期改造了盆地的構造格局。

3.2 三維地質結構

以鉆井和現有的地震資料為約束，利用建立的研究區重力、電法、磁力反演解釋模型，對38條二維切片進行綜合地質解釋，控制全區的整體架構。以切片解釋成果為基礎，將各切片的地質對象相互拼接，獲取三維模型參數，形成反映盆地內斷裂和主要構造層空間展布的三維地質體。

依據斷裂、構造、地層空間展布形態，對中生界斷陷進行單元劃分，共劃分5個構造單元。其中，沉積中心位于中部凹陷，構造方向為NE向，受NNW向斷裂F2，F3及F7正斷層控制，面積約51 km。該區域地層發育齊全，基底埋深大，中生界埋深在400～3 200 m(圖2)，沉積厚度在1 000～2 000 m，是進行頁巖油氣勘查最為有利的區域。

圖2 雙陽盆地中生界地層底面構造

Y26切片呈東西向橫穿盆地沉積中心，電阻率橫向上總體表現為西低東高，縱向上表現為低—高—低—高的特點(圖3)，清晰地反映了雙陽盆地總體的構造面貌，東西兩側古生界隆起，中部基底埋深較大，綜合解釋斷裂9條，均為正斷層，盆地具有東斷西超的特點，中生界最大埋深位于F4～F7。

圖3 Y26切片重磁電解釋剖面

受F5與F7斷裂的控制，在白堊系安民組—金家屯組表現為斷背斜的特征，表現為中高阻上拱的異常形態，且位于逆沖斷層下降盤，預測為有利的油氣成藏圈閉。

基于建立的精細三維地質體，在中部凹陷區下白堊統背斜核部部署了雙參1井，目標井位縱向電阻率異常明顯，高低阻界限清晰，可鉆遇完整的古生界—中生界地層層序(圖4)，有望獲得油氣新發現和地質新認識。

圖4 雙陽盆地三維地質結構

4 頁巖油氣地質條件

4.1 頁巖地層時代厘定

對于雙陽盆地發現2套暗色頁巖沉積地層，參照前人地層劃分標準，將上部頁巖層系劃分為中生界早白堊系長安組，對應松遼盆地沙河子組—營城組。然而對與下部頁巖層系的時代歸屬爭議較大，梁本營等學者將其劃分為古生界石炭二疊系。筆者通過高精度鋯石測年，明確了該套頁巖層系為中生界三疊系，對于松遼盆地及外圍地層劃分及非常規油氣勘探均具有借鑒意義。

高精度鋯石U-Pb定年能準確測定含凝灰巖地層的時代歸屬。本次研究采集雙參1井下部頁巖底部凝灰巖夾層樣品1塊，開展高精度鋯石Pb/U年齡測定，樣品深度為2 130.04 m。凝灰巖樣品中鋯石多為無色透明，晶形以次渾圓、次棱角狀、柱狀為主，共挑選晶形完好、無明顯裂痕和包體的鋯石顆粒15個，測定的年齡數據點均落在諧和線上或附近，表明測得年齡較為諧和。分析結果顯示，下部2 130.04 m處樣品Pb/U諧和年齡加權平均值為(251.9±1.8)Ma(圖5)，判斷凝灰巖上覆暗色頁巖沉積時期應晚于250 Ma，時代歸屬為中—上三疊世，根據區域地層對比，應屬于大醬缸組地層。

圖5 下部頁巖層系底部凝灰巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

4.2 暗色頁巖分布

根據錄井資料顯示，雙參1井共鉆遇暗色頁巖地層628 m。其中，上部長安組地層埋深920～1 197 m，總厚度277 m，暗色頁巖186 m/37層，泥地比67.2%，整套地層氣測異常明顯，現場氣測總烴分布在0.15%～5.80%，平均峰基比為14，最高可達82；下部大醬缸組地層埋深1 725～2 076 m，總厚度351 m，暗色頁巖283 m/40層，泥地比80.1%，該套地層也具有氣測異常現實，但氣測總烴比上部地層低，平均峰基比為8，最高可達30。鉆探結果驗證了本文第2部分中三維重磁電解釋的2套低阻層為沉積地層的正確性，發現雙陽盆地存在下白堊系長安組和三疊系大醬缸組2套潛在頁巖層系(圖6)。

圖6 雙參1井非常規油氣綜合評價

4.3 有機地球化學評價

對雙參1井獲取的巖心、巖屑進行了系統采樣，全井段進行了有機碳含量、巖石熱解分析，參照陸相烴源巖評價標準，優選重點頁巖層段進行氯仿瀝青A、干酪根族組分及鏡質組反射率等多項實驗分析，獲取了頁巖生烴能力評價的有機地球化學參數，綜合評價結果表明：

(1)有機質豐度。長安組暗色頁巖TOC含量在0.58%～14.7%，平均1.63%，生烴潛力S+S分布在0.23～84.00 mg/g，平均值為1.21 mg/g，氯仿瀝青“A”平均為0.34%，87%的樣品處于中—好區間，有機質豐度總體達到好烴源巖水平；大醬缸組暗色頁巖TOC含量分布在0.62%～2.58%，平均1.52%，生烴潛力S+S分布在0.15～1.02 mg/g，平均值為0.35 mg/g，氯仿瀝青“A”平均為0.062%，52%的樣品處于中～好區間，有機質豐度總體達到中等水平(圖7(a))。

(2)有機質類型。通過熱解氫指數與劃分類型圖判別顯示，長安組暗色頁巖以Ⅱ-Ⅱ型有機質為主，Ⅰ型與Ⅲ型有機質較少，在Ⅱ型有機質中Ⅱ型有機質占主導地位，約占64%，表明有機質以偏腐泥型為主；大醬缸組暗色頁巖以Ⅱ-Ⅲ型有機質為主，Ⅰ型與Ⅱ型有機質較少，表明有機質以偏腐植型為主(圖7(b))。

圖7 長安組和大醬缸組頁巖有機地球化學評價

(3)有機質成熟度。巖石熱解最高峰溫與鏡質體反射率測試表明，長安組頁巖處于0.55%～0.95%，巖石熱解參數主要分布在425～493 ℃，集中于430～450 ℃，處于低成熟—成熟演化階段；大醬缸組頁巖處于1.59%～2.64%，巖石熱解參數主要分布在420～550 ℃，集中于435～470 ℃，處于高成熟-過成熟演化階段。

(4)綜合評價。雙陽盆地下白堊統長安組暗色頁巖有機質豐度高，生烴潛力好，有機質類型以Ⅱ,Ⅱ型干酪根為主，熱演化處于低成熟-成熟階段，以生油為主，是盆地內有利的致密油、頁巖油富集層系；三疊系大醬缸組頁巖有機質豐度中等，有機質類型以Ⅱ，Ⅲ型干酪根為主，熱演化處于高成熟-過成熟階段，以生氣為主，是盆地內有利的煤層氣、頁巖氣富集層系。

4.4 頁巖儲層條件

巖心觀察、XRD全巖分析、核磁物性實測結果表明，雙陽盆地暗色頁巖主要由黏土礦物和石英、長石等組成，含有少量碳酸鹽和黃鐵礦，屬于低孔低滲儲層。其中，下白堊統長安組頁巖以紋層狀頁巖為主，砂質紋層發育，礦物成分中石英、長石等脆性礦物質量分數為55%～67%，均值為59%，黏土礦物質量分數29%～40%，均值為36%，碳酸鹽質量分數均值3.5%，黃鐵礦質量分數均值1.1%，核磁實測有效孔隙度為1.3%～10.6%，平均值為4.5%，具有較好的儲集性和可壓性；三疊系大醬缸組頁巖以層理型頁巖為主，層理縫發育，礦物成分中石英、長石等脆性礦物質量分數為43%～72%，均值為56%，黏土礦物質量分數24%～54%，均值為38%，碳酸鹽質量分數均值2.3%，黃鐵礦質量分數均值2.8%，核磁實測有效孔隙度為0.8%～7.6%，平均值為3.3%，具有一定的儲集性和可壓性(圖8)。

圖8 長安組和大醬缸組頁巖礦物組成

5 啟示意義

上述研究表明，雙陽盆地存在下白堊系長安組和三疊系大醬缸組2套頁巖層系兼具較大的沉積厚度、良好的生烴潛力、一定的儲集能力和較好的可壓性，具備非常規油氣生成和富集的基礎地質條件，其中上部長安組以致密油、頁巖油為主，下部大醬缸組煤層氣、頁巖氣為主。雙參1井鉆探結果揭示了盆地頁巖油氣富集的3個主控因素：① 松遼盆地下白堊系及三疊系頁巖地層沉積過程中伴隨多期火山活動，火山活動形成的富磷火山灰會導致水體中有機藻類勃發，有利于有機質富集；② 2套頁巖均含一定的方解石、鐵白云石等碳酸鹽礦物，具有高伽馬和高電阻率的電性特征，指示該地區早白堊世發育半咸化斷陷湖盆沉積環境，與斷陷期的深部熱液活動、蒸發作用密切相關，咸化封閉的水體環境有利于形成有機質的保存；③ 火山和熱液作用使得盆地古地溫場具有較高的地溫梯度，較高的古地溫背景加速烴源巖的生烴過程、提高生烴量和生烴速率，有利于有機質的轉化(圖9)。

圖9 火山活動期咸化斷陷湖盆優質頁巖形成模式

在松遼盆地外圍依蘭—伊通斷裂以東發育一個由39個中小規模的沉積盆地構成的盆地群，總面積達3.7萬km(圖10)，例如三江盆地、虎林盆地、依蘭—伊通盆地、勃利盆地、通化盆地等。

圖10 松遼東部外圍火山沉積盆地群分布

這類盆地與雙陽盆地處于相同的大地構造背景，具有類似的油氣地質條件，目前在這些盆地內均已發現豐富的常規油氣資源，而資源潛力巨大的頁巖油氣勘查尚未取得突破。根據本次雙陽盆地頁巖油氣調查證實東部盆地群下白堊系和三疊系具備頁巖油氣形成物質基礎和富集的地質條件，形成的地質新認識對引領帶動松遼盆地外圍新領域、新類型非常規油氣資源勘查具有借鑒意義。

6 結 論

(1)雙陽盆地發育石炭二疊系—白堊系完整的地層層序，共劃分9套物性組合，其中碎屑巖沉積地層呈現明顯低密度、低電阻率和低磁化的“三低”特點，是識別潛在含油氣沉積層系的典型標志特征。

(2)雙陽盆地內共劃出13條斷裂，斷裂走向主要以NNW向為主，其次為NE向；共劃分5個構造單元，沉積中心位于中部凹陷，中生界埋深在400～3 200 m，沉積厚度在1 000～2 000 m，是進行頁巖油氣勘查最為有利的區域。

(3)下白堊統長安組暗色頁巖有機質豐度高，生烴潛力好，有機質類型以Ⅱ，Ⅱ型干酪根為主，熱演化處于低成熟—成熟階段，以生油為主，且具有較好的儲集性和可壓性，是有利的致密油、頁巖油富集層系；三疊系大醬缸組頁巖有機質豐度中等，有機質類型以Ⅱ，Ⅲ型干酪根為主，熱演化處于高成熟—過成熟階段，以生氣為主，具有一定的儲集性和可壓性，是有利的煤層氣、頁巖氣富集層系。

(4)在松遼盆地外圍東部發育39個中小規模沉積盆地，與雙陽盆地處于相同的大地構造背景、具有類似的油氣地質條件，大醬缸組和長安組同樣處在火山活動斷陷湖盆期，具備非常規油氣形成和富集的物質基礎和地質條件，初步判斷具有一定的非常規油氣資源潛力。