漠河盆地北部中侏羅統(tǒng)烴源巖有機質評價

楊曉平，張文龍，汪 巖，譚紅艷

1.中國地質調查局沈陽地質調查中心，沈陽 110034 2.黑龍江省地質調查研究總院齊齊哈爾分院，哈爾濱 150036

0 引言

漠河盆地位于黑龍江西北部大興安嶺北端，大地構造位置處于興蒙造山帶的東北段，為中生代陸相沉積盆地，國內分布面積約21 500 km2。該盆地內沉積了巨厚的中—晚侏羅世河湖相碎屑巖，發(fā)育有面積和厚度較大的烴源巖層，具有較好的成藏條件。

近10年來，油田、煤田部門對漠河盆地開展了一系列的找油和找煤勘查工作，并已在北極村一帶發(fā)現(xiàn)了天然氣[1]，這為進一步尋找油氣資源提供了重要線索。多年來，有關專家和學者先后對漠河盆地油氣成藏條件進行了研究[1-6]：趙省民等[1]通過對漠河盆地侏羅紀巖石和沉積特征研究，認為漠河盆地侏羅系的烴源巖層位多、厚度大、分布廣、有機質豐富。苗忠英等[2]通過分析漠河盆地微生物生存所需的溫度、鹽度、酸堿度、生存空間和營養(yǎng)底物來源等條件，認為漠河盆地地層具備微生物生命活動所需的基本條件；上侏羅統(tǒng)微裂縫發(fā)育段可形成CO2還原型次生生物氣，指出生物氣不僅是漠河盆地重要的天然氣資源類型，也是天然氣水合物潛在的氣源之一。苗忠英等[3]通過對烴源巖的沉積環(huán)境、有機母質來源和熱演化程度研究，認為漠河組淺變質烴源巖沉積于強還原的湖泊環(huán)境、沉積水體具有一定的鹽度，以及有機質為陸生高等植物和低等水生生物雙重來源，并已熱演化至高成熟階段。高福紅等[4-5]通過對漠河盆地烴源巖研究，認為烴源巖由煤、油頁巖和頁巖構成，總有機碳質量分數(shù)(w(TOC))>10.00%，干酪根類型主要為Ⅱ2，鏡質體反射率(Ro)為0.56%～0.59%，屬于低成熟階段，烴源巖達到很好級別。許家姝[6]通過對漠河盆地重磁場特征與沉積構造研究，判斷漠河盆地具有較高的油氣勘探潛力?？傮w來看，漠河盆地是一個成藏潛力很大的盆地。筆者等通過對漠河盆地北部的油氣地質調查和研究，圈出了烴源巖層，對主要烴源巖層的產(chǎn)出狀態(tài)、分布面積、厚度和有機質豐度進行了初步評價，試圖為下一步尋找油氣資源提供靶區(qū)。

1 地質背景

研究區(qū)位于興蒙造山帶東段額爾古納地塊東北部的漠河盆地北部(圖1)。近年來，先后有不同學者對漠河盆地的成因類型[7-8]、構造演化[9]、形成時代[10]和油氣遠景[11]進行了研究，多數(shù)學者認同中侏羅統(tǒng)二十二站組和漠河組是漠河盆地最為重要的烴源巖層位[11-13]。漠河盆地充填主要有中—上侏羅統(tǒng)陸相沉積額木爾河群和白堊系火山巖，構成盆地二元結構。額木爾河群不整合于前中生代基底之上，頂部被下白堊統(tǒng)火山巖覆蓋，內部有零星的火山巖夾層，自下而上劃分了中侏羅統(tǒng)繡峰組(J2x)、二十二站組(J2er)、漠河組(J2m)及上侏羅統(tǒng)開庫康組(J3k)4個組級地層單位。

繡峰組：分布于漠河盆地南緣，NEE向帶狀展布，面積3 337 km2。由沖積扇—辮狀河—曲流河相的灰色—灰白色礫巖、砂巖、粉砂巖，夾泥巖組成，巖石多膠結致密，富含有硅質、鐵質和鈣質膠結物，夾少量煤線，不整合于古生界之上，頂部被二十二站組整合覆蓋。產(chǎn)有Coniopteris-Phoenicopsis植物群化石組合和Cyathidites-Pollenites孢粉組合化石，厚度大于2 200 m。

二十二站組：分布于漠河盆地中東部中心地帶，呈NEE向面狀展布，面積3 483 km2。上部被漠河組整合覆蓋，底部整合于繡峰組之上，主要由濱湖、淺湖、三角洲及沼澤相的灰綠色、黃綠色砂巖、粉砂巖和灰色、灰綠色泥質巖石組成，含酸性凝灰?guī)r夾層和火山碎屑物質，巖石膠結較致密，局部暗色泥巖層較厚，發(fā)育有較好的烴源巖。二十二站組以綠色調、富含火山物質的巖石特征和中細粒巖石組合與其他組相區(qū)別。產(chǎn)有較豐富的淡水雙殼類Ferganoconcha-Unio組合和介形蟲類Eoparacyris-Mantelliana組合等，控制地層厚度大于2 000 m。

1.晚侏羅世—白堊紀火山巖；2.開庫康組；3.漠河組；4.二十二站組；5.繡峰組；6.古元古代—奧陶紀盆地基底；7.研究區(qū)；8.主要烴源巖分布區(qū)；9.角度不整合界線；10.地名；11.韌性剪切帶。圖1 漠河盆地地質圖Fig.1 Generalized geologic map of Mohebasin

漠河組：主要分布于漠河盆地西部中心地帶，呈NEE向面狀展布，面積3 005 km2，控制地層厚度大于4 000 m。底部整合于二十二組之上，頂部被開庫康組不整合覆蓋，以濱湖、淺湖—半深湖相的黑色砂巖和泥巖組合為主，底部發(fā)育礫巖，向上變細，地層結構為退積型，為盆地擴張期產(chǎn)物，巖相較穩(wěn)定，巖石成分成熟度高、暗色泥巖層厚、炭質成分高，是尋找油氣資源良好層位。漠河組以黑色調、高成熟度的巖石特征和中細粒巖石組合(砂巖-粉砂巖-泥巖為主)與其他組相區(qū)別。產(chǎn)有Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期植物化石組合。

開庫康組：主要分布在漠河盆地東北和西部，為一套粗碎屑的河流沉積建造，分布面積923 km2。巖石主要為灰黃色、灰白色粗粒砂巖、礫巖，夾少量粉砂巖、粉砂質泥巖、沉凝灰?guī)r等，巖石組合類型與繡峰組類似，但巖石膠結程度較繡峰組明顯偏低，巖石顏色偏黃，多為泥質膠結，礫石中含有下伏沉積巖的成分。產(chǎn)有Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期化石組合和Ruffordia-Onychiopsis早期化石組合。

漠河盆地中生代構造活動較強烈，在盆地西部發(fā)育有逆沖推覆構造，在盆地中部和東部發(fā)育有大規(guī)模的白堊系火山巖。這一時段構造發(fā)育，主要有近東西向的逆沖推覆構造及其伴生的NW向正斷層、NE向正斷層、近SN向正斷層。并且主要有2個活動期次：晚侏羅世至早白堊世，在盆地的西部發(fā)生了強烈的NW向的擠壓，形成了空間上由一系列規(guī)模大小不等、近平行排列的近SE向的逆沖斷層，剖面上表現(xiàn)為犁式逆沖斷裂所構成的單沖式疊瓦狀構造，及其同應力方向的NW向正斷層；白堊紀時期，在盆地東部表現(xiàn)為火山噴發(fā)、裂陷，此時期形成了NE向深大斷裂[9]。新生代以來，以斷塊差異性升降和掀斜構造為主要特點，在繼承中生代構造活動基礎上，形成NNE向斷塊隆起和凹陷，造成了廣布漠河盆地的先期斷裂活化，這一時期近SN向斷裂廣泛發(fā)育，為油氣運移和儲藏提供了有利空間。

2 烴源巖評價

2.1 有機質豐度

從生儲蓋組合配置關系看，二十二站組和漠河組為烴源巖主要發(fā)育層位[11]。筆者等通過野外調查工作，對額木爾河群各組的主要烴源巖層位開展了總有機碳(TOC)等油氣樣品采集工作，主要采自額木爾河以北北紅村—烏蘇里—興安鎮(zhèn)和額木爾河以南小邱古拉河—龍河—沿江林場—二十二站一帶。采集樣品總數(shù)186件，其中在漠河組中采集137件樣品，二十二站組中采集45件樣品，在繡峰組采集4件樣品，烴源巖類型為暗色泥巖。主要代表性樣品(37個)測試結果見表1。

按照我國陸相泥質烴源巖有機質豐度評價標準[14-15]。漠河組烴源巖w(TOC)為0.20%～30.30%，平均值為3.18%。其中，好烴源巖樣品占總數(shù)38.70%，中等烴源巖樣品占36.40%，差烴源巖的樣品數(shù)占23.0%，非烴源巖占1.90%。二十二站組烴源巖w(TOC)為0.13%～18.00%，平均值為2.63%。其中，好烴源巖樣品占40.00%，中等烴源巖的樣品占15.50%，差烴源巖樣品占28.90%，非烴源巖樣品占15.60%。繡峰組4個樣品中，差烴源巖、中等烴源巖各1個，好烴源巖2個(圖2)。

● 漠河組樣品 + 二十二站組樣品 ■ 繡峰組樣品圖2 漠河組、二十二站組、繡峰組烴源巖樣品Fig.2 Abundance evaluation chart of the source rocks samples in Mohe, Ershierzhan and Xiufeng Formation

漠河組烴源巖生烴潛量w(S1+S2)為0.02～21.55 mg/g，平均值0.76 mg/g，有30.66%的樣品達到生油巖標準；二十二站組烴源巖生烴潛量w(S1+S2)普遍不高，為0.03～1.67 mg/g，平均值0.48 mg/g，有33.33%的樣品達到生油巖標準；繡峰組烴源巖生烴潛量w(S1+S2)僅有1個樣品達到生油巖標準。盡管上述3個組發(fā)育的烴源巖整體生烴潛量較差(達到生油巖標準樣品占全部樣品比例≤1/3)，但95.16%的樣品總有機碳質量分數(shù)達到烴源巖標準。其中，大于70.00%的樣品達到中—好烴源巖標準。綜合評價漠河盆地北部北紅村、二十八站—二十二站林場一帶的烴源巖為中—好等烴源巖。

2.2 有機質熱演化成熟度

采集的186件樣品中，巖石最高熱解溫度的最大值為600 ℃，最小值311 ℃，平均值442 ℃。有機質的演化程度處于過成熟階段的最高熱解溫度(>510 ℃)樣品占35.50%，處于高成熟階段的最高熱解溫度(480～510 ℃)樣品占10.20%，處于成熟階段的最高熱解溫度(435～480 ℃)樣品占16.67%，最高熱解溫度小于435 ℃的樣品占37.63%。最高熱解溫度小于435 ℃的樣品w(TOC)值大部分非常低(差—非烴)，因而，最高熱解溫度可能不能完全反映樣品的成熟度。綜合評價漠河盆地北部北紅村、二十八站—二十二站林場一帶烴源巖演化程度，其處于成熟—過成熟階段，主要與工作區(qū)遭受動力變質作用(溫度增高)及晚侏羅世—早白堊世大規(guī)模巖漿熱液活動有關。漠河推覆構造帶內砂質糜棱巖中普遍出現(xiàn)大量新生絹云母及少量白云母和新生的綠泥石，石英具動態(tài)重結晶。變質程度相當于板巖、千枚巖，達到低綠片巖相，變質溫度為300～500 ℃[16]。糜棱巖化泥巖中出現(xiàn)新生絹云母，相當于板巖的變質程度，形成溫度大于200 ℃[16]?？傮w上看，漠河推覆構造帶中砂巖-泥巖組合的變質溫度普遍高于200 ℃，局部變形較強的部位達到300～500 ℃，遠離韌性變形帶地區(qū)是尋找油氣的有利地段。

2.3 烴源巖分布面積、厚度

暗色泥巖主要分布在漠河組和二十二站組泥巖相、砂-泥巖相中，由泥巖和粉砂質泥巖組成，在泥巖相中泥巖比例大于75%，在砂-泥巖相中泥巖與砂巖和粉砂巖互層產(chǎn)出，泥巖比例為15%～30%。

北極村、大馬廠、漠河區(qū)域暗色泥巖w(TOC)為0.26%～2.80%，圈出11處烴源巖發(fā)育區(qū)，總面積36.42 km2(圖3)。好烴源巖區(qū)域有(3)、(7)2處，面積6.87 km2，占烴源巖面積的18.84%，烴源巖累計厚度147.33 m。其中：(3)區(qū)w(TOC)為1.47%，面積1.29 km2；(7)區(qū)w(TOC)為0.26%～2.80%，面積5.58 km2；另有2處面積相對較小，烴源巖規(guī)模不大。達到中等烴源巖的有(2)、(4)、(5)、(6)、(8)、(11)6處，w(TOC)最高值達1.05%，w(TOC)平均值為0.67%，面積15.39 km2，占烴源巖面積的42.28%，累計厚度214.49 m。差烴源巖區(qū)域有(1)、(9-1)、(9-2)、(9-3)、(10)5處，w(TOC)最高值僅為0.74%，平均值0.49%，面積14.16 km2，占烴源巖面積的38.88%，累計厚度169.89 m。

表1 研究區(qū)總有機碳與巖石熱解主要樣品測試分析數(shù)據(jù)

注：樣品測試分析由長江大學實驗室于2014年3月完成。

1.漠河組；2.二十二站組；3.好烴源巖層；4.中等烴源巖層；5.差烴源巖層；6.總有機碳(w(TOC))值(范圍/平均值及樣品數(shù))；7.烴源層編號；8.片理產(chǎn)狀；9.層理產(chǎn)狀；10.面理產(chǎn)狀；11.韌性剪切帶。圖3 漠河盆地西北部北極村一帶烴源巖分布圖Fig.3 Distribution of source rocks in Arctic village, northwestern Mohe basin

① 楊曉平，張文龍，于海濤，等. 漠河盆地天然氣水合物成礦基礎地質調查課題成果報告.哈爾濱：黑龍江省地質調查研究總院齊齊哈爾分院，2016.

北紅村、二十八站、小丘古拉河區(qū)域暗色泥巖w(TOC)為0.20%～7.72%，圈出11處烴源巖發(fā)育區(qū)，總面積89.13 km2(圖4)。好烴源巖區(qū)域有(18)、(21)、(35)3處，面積11.79 km2，占烴源巖面積的13.23%，暗色泥巖累計厚度44.58 m。其中：(18)區(qū)w(TOC)為2.26 %，面積0.07 km2；(21)區(qū)w(TOC)為1.02%～4.05%，面積9.87 km2；(35)區(qū)w(TOC)為7.72%，面積1.85 km2。達到中等烴源巖的有(14)、(16)、(19)、(20)、(34)5處，w(TOC)最高值達1.36 %，w(TOC)平均值為0.87%，面積33.5 km2，占烴源巖面積的37.58%，烴源巖累計厚度711.82 m。差烴源巖區(qū)域有(13)、(15)、(17)3處，w(TOC)最高值為0.88%，平均值為0.53%，面積43.88 km2，占烴源巖面積的49.19%，累計厚度985.4 m。

龍河林場、興安鎮(zhèn)、二十四站林場區(qū)域烴源巖w(TOC)為0.52%～10.90%，個別高達30.30%，共圈出15處烴源巖發(fā)育區(qū)，大部分為好烴源巖區(qū)，總面積45.56 km2(圖5)。好烴源巖區(qū)域有(37)—(45)、(47)—(50)區(qū)13處，面積43.95 km2，占烴源巖面積的96.50%，累計厚度1 542.78 m。其中，(39)、(40)、(41)、(44)、(47)、(48)、(50)區(qū)烴源巖規(guī)模較大，w(TOC)平均分別為4.12%、5.88%、1.00%、12.31%、2.28%、0.66%、3.05%，面積分別為2.48、11.72、13.73、2.02、1.91、2.38、4.12 km2，具有很大的油氣資源成藏前景。中、差烴源巖區(qū)域各1處，分別為(36)、(46)區(qū)；中等烴源巖w(TOC)為0.62%，面積0.94 km2，累計厚度79.04 m；差烴源巖w(TOC)為0.53%，面積0.67 km2，累計厚度8.37 m。

3 成烴地質條件

3.1 漠河韌性剪切作用

早白堊世早期的漠河韌性剪切作用(漠河推覆構造)對暗色泥巖成烴作用起到一定的促進和破壞作用，在北極村一帶發(fā)育有很厚的暗色泥巖，成烴潛力巨大，但受到韌性剪切熱動力變質作用(變質溫度大于200 ℃)后①，有機碳將會發(fā)生分解，因此保留的有機質較少，使得這一區(qū)域油氣資源儲存偏少，僅在一些后期構造裂隙中有一定存儲；漠河推覆構造的邊緣地帶變質溫壓降低，較低的溫度可以促進有機碳向烴類轉化，在大頭山、二十八站、二十四站一帶泥巖中的w(TOC)明顯高于其他地區(qū)(區(qū)域采樣證實)，應是尋找油氣資源的有利地區(qū)。

3.2 斷裂構造

早白堊世中晚期的斷裂構造(斷層、節(jié)理)多切割、破壞了沉積巖系，形成了大量的裂隙構造，為油氣的運移和儲存提供了通道和儲存空間，切割較深、活動較強、規(guī)模較大的NW、NNW、NNE、SN向張性和張扭性斷裂是主要的油氣資源運移通道和存儲空間，伴生的小規(guī)模、密集的斷裂、裂隙、節(jié)理和破碎帶是油氣資源儲存的有利空間。NE向壓扭或壓性斷裂構造空間較小，斷層泥發(fā)育，運儲偏差，但其派生次級構造(張性)和局部破碎帶內也具有運儲作用。新生代構造以斷塊差異性升降和掀斜構造為主要特點，表現(xiàn)為不同方向斷裂構造的拉張和大的河谷下切，形成了階地與河漫灘沉積物，同時在繼承中生代構造活動基礎上，形成NNE向斷塊隆起和凹陷，造成了廣布漠河盆地先期斷裂的活化。這一時期近NS向斷裂廣泛發(fā)育，為油氣運移和儲藏提供了有利空間。

1.開庫康組；2.漠河組；3.二十二站組；4.好烴源巖層；5.中等烴源巖層；6.差烴源巖層；7.總有機碳值(范圍/平均值及樣品數(shù))；8.烴源層編號；9.層理產(chǎn)狀；10.面理產(chǎn)狀；11.韌性剪切帶。圖4 漠河盆地中北部北紅村一帶烴源巖分布圖Fig.4 Distribution of source rocks in North Red village, northern Mohe basin

1.開庫康組；2.漠河組；3.二十二站組；4.好烴源巖層；5.中等烴源巖層；6.差烴源巖層；7.總有機碳(w(TOC))值(范圍/平均值及樣品數(shù))；8.烴源層編號；9.層理產(chǎn)狀。圖5 漠河盆地中東部龍河林場—二十四站一帶烴源巖分布圖Fig.5 Distribution of source rocks along Longhe and Twenty-four station, east-central Mohe basin

3.3 變質作用條件

受動力變質作用影響，漠河組砂巖普遍發(fā)生了糜棱巖化作用，巖石中石英多發(fā)生動態(tài)重結晶作用，使巖石更為致密，對下部空間起到一定的圈閉作用，有利于其下部油氣的形成；受動力變質作用影響，韌性剪切帶邊部形成大量的張性斷裂、裂隙和碎裂巖化構造，這些低壓空間有利于油氣的儲藏。漠河盆地內熱接觸變質作用發(fā)生在漠河組沉積地層(成烴層位)與巖體接觸帶部位，成因與巖體的侵位及熱液活動產(chǎn)生的溫度有關。熱接觸變質作用發(fā)生的同時，這些熱接觸變質帶外圍會形成一個低溫區(qū)域(<200 ℃)，低溫變質為成烴作用提供了良好的熱源。

4 結論

1)通過本次工作調查和研究，北極村、二道河、北紅村一帶暗色泥巖w(TOC)普遍較低，生烴潛力差，烴源巖演化程度處于成熟—過成熟階段，且大部分區(qū)域受后期動力變質作用影響，對油氣生成和儲存產(chǎn)生了很大的破壞作用，整體成烴潛力不大。二十八站、小丘古拉河一帶地區(qū)暗色泥巖有機質w(TOC)以中—好烴源巖為主，w(TOC)最高值達7.72%，生烴潛量中—差，烴源巖演化程度處于成熟—過成熟階段，烴源巖出露一定的規(guī)模，這個區(qū)域具有很大的成烴潛力。龍河林場、二十四站一帶暗色泥巖有機質w(TOC)以好—中烴源巖為主，w(TOC)最高值達30.30%，生烴潛量中—差，烴源巖演化程度處于成熟—過成熟階段，烴源巖出露規(guī)模很大，是漠河盆成烴潛力較好的區(qū)域。

2)漠河盆地中東部二十八站、小丘古拉河、二十四站一帶，儲層巖石、生油層巖石變質變形較弱—無，尤其二十八站—龍河林場—二十四站一帶，儲層巖石、生油層巖石基本沒有變質變形，烴源巖規(guī)模大，走向穩(wěn)定，預測二十八站—龍河林場一帶可能有油氣的生成和儲存，今后工作應對二十八站—龍河林場—二十四站一帶區(qū)域加強油氣勘查工作。