孫吳-嘉蔭盆地東部太平林場組沉積相及烴源巖特征

姚玉來，李士超，楊建國，肖 飛，李 昂，黃一鳴，張渝金

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（東北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），遼寧沈陽110034

0 引言

孫吳-嘉蔭盆地是中國東部含油氣遠(yuǎn)景盆地之一，其北隔黑龍江與俄羅斯的結(jié)雅-布列亞盆地為同一盆地［1］.在俄羅斯境內(nèi)盆地石油地質(zhì)研究程度較高，并獲得工業(yè)油流［2］，而在我國境內(nèi)研究程度和勘探程度均較低，目前為止僅在局部開展了古生物、地層、沉積、重磁和地震勘探等工作［1-9］.2001 年大慶油田在上白堊統(tǒng)太平林場組暗色泥巖中首次發(fā)現(xiàn)油氣顯示［1］，表明有機(jī)質(zhì)已成熟且發(fā)生過油氣的生成和運(yùn)移.但是對于太平林場組沉積相和石油地質(zhì)烴源巖方面的研究仍然薄弱，一方面是由于盆地地質(zhì)調(diào)查井很少，井下資料有限，另一方面因?yàn)榈乇砀采w嚴(yán)重，基巖較少出露，尤其是暗色泥頁巖露頭，上述兩方面因素使系統(tǒng)研究太平林場組沉積相展布及烴源巖特征存在較大困難.

筆者依托公益性油氣調(diào)查項(xiàng)目，在孫吳-嘉蔭盆地東部開展野外基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作，對盆地東部太平林場組露頭剖面進(jìn)行了詳細(xì)分層、描述，采集泥頁巖露頭樣品并進(jìn)行巖石熱解、鏡質(zhì)體反射率、顯微組分鑒定和全巖礦物成分等測試，同時(shí)結(jié)合前人已有成果，研究太平林場組沉積相類型，探討泥頁巖的巖石學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)特征，以期為該盆地后續(xù)深入研究和油氣勘探提供基礎(chǔ)資料.

1 盆地地質(zhì)概況

孫吳-嘉蔭盆地位于黑龍江省北部的孫吳、遜克和嘉蔭三縣境內(nèi)，面積為22 810 km2，呈東西向展布，向南與松遼盆地相接［1］.盆地是在興蒙海西期增生弧型造山帶上發(fā)育的一個(gè)中新生代盆地，基底為古生界變質(zhì)巖系［7］，中生界地層序列自下而上分別為下白堊統(tǒng)寧遠(yuǎn)村組和淘淇河組，上白堊統(tǒng)永安村組、太平林場組和魚亮子組，古新統(tǒng)烏云組，中新—上新統(tǒng)孫吳組和更新—全新統(tǒng)［10］，其中淘淇河組、永安村組和太平林場組沉積厚度大、分布廣，是油氣勘探的主要目的層［7］.本文研究所測的太平林場組剖面位于盆地東部嘉蔭縣東南約3 km，沿江國防大道西側(cè)（圖1），剖面全長283.7 m，野外劃分31 層，采集泥頁巖樣品14 個(gè).

2 樣品采集與測試

樣品巖性為暗色頁巖、泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，測試單位為東北石油大學(xué)非常規(guī)油氣研究院（黑龍江省非常規(guī)油氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）.

樣品總有機(jī)碳和巖石熱解測試儀器分別為C-744碳硫分析儀和Rock-Eval 6 plus 生油巖分析儀No.300.鏡質(zhì)體反射率測定和顯微組分鑒定使用的儀器為Zeiss Axio Image Z1 多功能顯微鏡.全巖礦物成分測試儀器為德國布魯克D8AA25 X 射線衍射儀.

3 太平林場組沉積相特征

太平林場組剖面為一套灰黑色頁巖、泥巖-粉砂質(zhì)泥巖、深灰色粉細(xì)砂巖-中細(xì)砂巖、灰黃色中砂巖組合，自下而上巖石粒度總體變粗，反映湖盆水體逐漸變淺；剖面下部與孫吳組弱—半固結(jié)的砂礫巖角度不整合接觸，未見底，頂部被第四系覆蓋.太平林場組暗色泥頁巖主要發(fā)育在剖面下部的1～7 層，總厚度大于56.5 m.地層產(chǎn)狀相對穩(wěn)定，傾向112～137°，傾角19～40°，由下而上逐漸變緩.

根據(jù)巖性組合、沉積構(gòu)造等特征，太平林場組剖面可以劃分出湖泊相和扇三角洲相兩種沉積相，進(jìn)一步劃分出半深湖-深湖亞相、前扇三角洲和扇三角洲前緣3 種亞相，并細(xì)分為6 種沉積微相（圖2，掃描首頁OSID 二維碼可見詳圖）.

3.1 扇三角洲前緣亞相

該亞相進(jìn)一步劃分為4 個(gè)沉積微相，具體特征如下.

1）水下分流河道：扇三角洲平原分流河道向水下的延伸部分，沉積物以砂、粉砂為主.在剖面第13 層以上發(fā)育該微相.太平林場組扇三角洲前緣水下分流河道巖性為灰黃色中砂巖、中細(xì)砂巖和深灰—黑灰色粉細(xì)砂巖、粉砂巖組合，垂向上具下粗上細(xì)的間斷性正韻律粒序特征，發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理、脈狀層理等，旋回底部多見沖刷-充填構(gòu)造和泥質(zhì)底礫.中砂巖有時(shí)橫向上厚度變化較大，多呈透鏡狀，下部常見炭屑紋層和植物碎片.

2）水下分流間灣：位于水下分流河道之間相對低洼的一系列尖端指向陸地的楔形泥質(zhì)沉積區(qū)，以黏土沉積為主.該微相在剖面下部第7 層和第13、15 層頂部發(fā)育，巖性為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖，夾1～2 cm 深灰色細(xì)砂巖紋層，分布不均勻.發(fā)育水平層理，粉砂質(zhì)泥巖層面可見炭化的植物碎片.

3）分流河口砂壩：位于水下分流河道的河口處，由于流速驟減，沉積物快速沉降堆積而形成.剖面第8～12 層發(fā)育該微相，巖性為灰色-深灰色中細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖與灰黑色-黑灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖互層，成層厚度多為中—厚層，局部發(fā)育交錯(cuò)層理、波狀層理，層面偶見少量炭化植物碎片.

4）遠(yuǎn)砂壩：位于河口壩前方較遠(yuǎn)部位，沉積物較河口壩細(xì).剖面第3～6 層發(fā)育該微相，巖性為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖與深灰色粉細(xì)砂巖互層，發(fā)育有槽狀交錯(cuò)層理、平行層理、脈狀層理.在垂向?qū)有蛏希蓜澐譃?個(gè)下細(xì)上粗的沉積反旋回.

3.2 前扇三角洲亞相

前扇三角洲泥：位于前扇三角洲前緣的前方，沉積物大部分在波基面以下深度范圍形成.該微相發(fā)育在剖面下部第2 層，巖性為灰黑色泥巖，發(fā)育水平層理，局部夾厚1～3 cm 的深灰色粉砂巖條帶，以頂部較多.

3.3 半深湖—深湖亞相

半深湖—深湖泥：是指在浪基面以下的半深湖—深湖沉積的泥巖，因處于還原環(huán)境下，顏色多為灰黑色—黑色.該微相發(fā)育在剖面底部的第1 層，巖性為灰黑色泥頁巖，泥質(zhì)較純，厚度較大，發(fā)育水平層理，頁理構(gòu)造發(fā)育.

4 泥頁巖巖石學(xué)特征

4.1 礦物學(xué)特征

太平林場組泥頁巖礦物主要由石英、鉀長石、斜長石和黏土礦物組成.本文對剖面11 個(gè)泥頁巖樣品全巖礦物成分進(jìn)行了分析，結(jié)果表明泥頁巖石英含量為43.8%～56.6%，均值49.9%；鉀長石1.1%～4.7%，均值2.7%；斜長石7.9%～15.2%，均值12.6%；黏土礦物27.4%～45.8%，均值34.8%，以蒙皂石為主，伊利石、高嶺石和綠泥石次之，伊蒙混層很少；只有一個(gè)樣品碳酸鹽礦物含量為6.4%，其他樣品未測出.

按照Allix 等提出的泥頁巖分類方法［11］，將樣品礦物成分按照細(xì)粒巖（粒度小于62 μm）分類三角圖版進(jìn)行投點(diǎn)，結(jié)果顯示樣品全部落到Ⅴ區(qū)內(nèi)（圖3），即太平林場組泥頁巖均為長英質(zhì)泥頁巖類.

圖3 太平林場組泥頁巖礦物組成三角圖（據(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig.3 Triangular diagram for mineral compositions of mud shale in Taipinglinchang Formation（Modified from Reference［11］）I—鈣質(zhì)泥頁巖（calcareous shale）；II—純泥頁巖（pure shale）；III—長英質(zhì)泥灰?guī)r（felsic marl）；IV—黏土質(zhì)泥頁巖（clayey shale）；V—長英質(zhì)泥頁巖（felsic shale）

4.2 顯微組分特征

樣品全巖顯微組分鑒定結(jié)果顯示，太平林場組烴源巖顯微組分類型為腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組.腐泥組含量為57%～68%，平均61%；殼質(zhì)組2%～3%，平均2.6%；鏡質(zhì)組5%～8%，平均6.8%；惰質(zhì)組25%～33%，平均29.6%.顯微組分組成圖解中樣品點(diǎn)位于腐泥組+殼質(zhì)組區(qū)域（圖4），說明太平林場組烴源巖具有傾油性.

圖4 太平林場組烴源巖顯微組分組成Fig.4 Maceral compositions of the source rocks in Taipinglinchang Formation

5 泥頁巖有機(jī)地球化學(xué)特征

5.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是一套烴源巖能否大量生烴的物質(zhì)基礎(chǔ)，目前常用的有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)主要包括總有機(jī)碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”、總烴（HC）含量和巖石熱解生烴潛量（S1+S2）等［12］，其中TOC、S1+S2和氯仿瀝青“A”是最常用的3 個(gè)指標(biāo).筆者對太平林場組泥頁巖樣品進(jìn)行了總有機(jī)碳含量檢測、巖石熱解分析和氯仿瀝青“A”抽提（表1），以確定泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度特征.樣品TOC 含量為0.61%～2.20%，均值1.18%，超過半數(shù)大于1%.S1+S2含量為0.31×10-3～8.71×10-3，均值1.52×10-3，只有少數(shù)大于2×10-3.受測試經(jīng)費(fèi)限制，選取11 個(gè)樣品進(jìn)行氯仿瀝青“A”抽提.氯仿瀝青“A”含量為0.0066%～0.083%，均值0.026%，只有兩個(gè)樣品大于0.05%.由于露頭樣品受風(fēng)化作用影響，S1和氯仿瀝青“A”含量均較低.從TOC/（S1+S2）有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)圖（圖5）上可以看出，大部分樣品屬于中等—好烴源巖.TOC 是油氣資源評價(jià)的基本參數(shù)，并控制了其余參數(shù)［13］，考慮到風(fēng)化作用過程中泥頁巖烴類的損失［14］，認(rèn)為太平林場組泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度整體較高，具備較好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).

表1 太平林場組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of organic matter abundance of the source rocks in Taipinglinchang Formation

圖5 太平林場組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)圖Fig.5 Evaluation of organic matter abundance of the source rocks in Taipinglinchang Formation

5.2 有機(jī)質(zhì)類型

不同來源和組成的有機(jī)質(zhì)生烴潛力有很大的差別，要客觀評價(jià)其成烴能力和性質(zhì)，還必須對有機(jī)質(zhì)的類型進(jìn)行評價(jià)［15-16］.

巖石熱解特征可以鑒別有機(jī)質(zhì)類型，通過巖石熱解參數(shù)Tmax-HI 交會(huì)圖（圖6）分析［17］，太平林場組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2型.干酪根顯微組分的類型指數(shù)TI 也可以劃分有機(jī)質(zhì)類型，其中TI＝（腐泥組含量×100+殼質(zhì)組含量×50-鏡質(zhì)組含量×75-惰質(zhì)組含量×100）/100［17-18］，劃分方案采用曹慶英［19］提出的干酪根四分法，即TI≥80 時(shí)為Ⅰ型，40≤TI＜80時(shí)為Ⅱ1型，0≤TI＜40 時(shí)為Ⅱ2型，TI＜0 時(shí)為Ⅲ型.經(jīng)計(jì)算，5 個(gè)烴源巖樣品中4 個(gè)烴源巖TI 值在0～40 之間，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型，一個(gè)樣品TI 值大于40，屬Ⅱ1型（表2）.

表2 太平林場組烴源巖顯微組分?jǐn)?shù)據(jù)表Table 2 Maceral data of the source rocks in Taipinglinchang Formation

圖6 烴源巖Tmax-HI 圖解Fig.6 The Tmax-HI diagram of source rocks

由于風(fēng)化作用可能在一定程度上影響了露頭樣品熱解參數(shù)的準(zhǔn)確性，所以利用巖石熱解參數(shù)和顯微組分判定的烴源巖有機(jī)質(zhì)類型略有不同.但野外風(fēng)化作用對干酪根顯微組分影響不大，因此依據(jù)類型指數(shù)TI劃分的有機(jī)質(zhì)類型（Ⅱ1-Ⅱ2型）更接近實(shí)際.總體分析，樣品的有機(jī)質(zhì)類型與前人在該盆地范圍的研究結(jié)果（Ⅱ1-Ⅲ型）［20］相符.

5.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

熱解參數(shù)Tmax可反映出有機(jī)質(zhì)成熟度特征，泥頁巖樣品熱解數(shù)據(jù)Tmax為434～449 ℃，平均為440 ℃，一半樣品在440～450 ℃之間，說明有機(jī)質(zhì)總體處于低成熟—成熟階段.由于鏡質(zhì)組反射率（Ro）隨熱演化程度的升高而穩(wěn)定增大，并具有相對廣泛、穩(wěn)定的可比性，因此Ro成為目前最為廣泛、最為權(quán)威的成熟度指標(biāo)［21-25］.選取3 個(gè)樣品進(jìn)行了鏡質(zhì)體反射率分析，結(jié)果顯示其Ro分別為0.56%、0.59%、0.60%，成熟度偏低，表明泥頁巖剛剛進(jìn)入生油階段.以上兩種方法分析得出的有機(jī)質(zhì)成熟度稍有差別，其原因可能同樣是由于所采樣品為露頭樣，風(fēng)化作用導(dǎo)致Tmax值偏高［26-28］，通過Tmax反映出的有機(jī)質(zhì)成熟度相應(yīng)偏高.從盆地少有的地質(zhì)井取心樣品測試數(shù)據(jù)可知，太平林場組烴源巖在500 m 以上埋深的Ro均超過0.8%［6］，表明太平林場組烴源巖已進(jìn)入生油門限.

6 結(jié)論

（1）孫吳-嘉蔭盆地東部太平林場組剖面發(fā)育湖泊相和扇三角洲相沉積，可劃分出半深湖—深湖亞相、前扇三角洲和扇三角洲前緣3 種沉積亞相，進(jìn)一步劃分為6 種沉積微相.

（2）太平林場組泥頁巖礦物成分以石英為主，黏土礦物次之，長石少量，屬于長英質(zhì)泥頁巖類；烴源巖顯微組分以腐泥組為主，惰性組次之，殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組少量，具有傾油性.

（3）孫吳-嘉蔭盆地東部太平林場組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，為中等—好烴源巖；烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1-Ⅱ2型；有機(jī)質(zhì)處于低成熟—成熟階段.太平林場組烴源巖具有較好的生烴潛力，說明孫吳-嘉蔭盆地東部具有一定的油氣勘探前景.