通化盆地三棵榆樹斷陷油氣成藏條件分析

宋立斌,叢杉,劉國東,裴警博

1.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原138000；2.大慶油田有限責任公司采油一廠，黑龍江大慶163111

0 引言

通化盆地位于吉林省東南部的通化市區(qū)，東臨鴨綠江盆地，北為柳河、輝樺盆地，是發(fā)育在華北板塊北緣前中生代—新太古代基底之上的斷陷盆地，是東斷西超型的箕狀斷陷，盆地基底最大埋深3 500 m，分布面積1 500 km2。盆內(nèi)地形屬丘陵及山地地貌，其中，山地約占60%，均為密林覆蓋；山間平原占40%，均為農(nóng)田區(qū)。地形起伏變化大，高程在350～1 000 m，最大高差650 m±。

自1981年開始油氣地質(zhì)調(diào)查工作以來，通化盆地先后開展了重磁電普查和二維地震采集攻關試驗，并開展了系列地質(zhì)調(diào)查研究[1-2]。2015年中國地質(zhì)調(diào)查局油氣地質(zhì)調(diào)查中心在通化盆地部署通地1地質(zhì)井，見到良好油氣顯示。2016年吉林油田在盆內(nèi)進一步實施了二維地震采集及鉆探工程，初步落實了盆地的地質(zhì)結構與油氣勘探前景[3]。截至目前，通化盆地已累計完成電法4條計205 km、重磁2 407 km2、二維地震采集5條計202 km、鉆井17口，其中地質(zhì)井15口、參數(shù)井1口和預探井1口。

由于通化盆地地形起伏較大，地表火山巖十分發(fā)育，地下地質(zhì)構造復雜，嚴重影響了二維地震資料采集和地震處理成像效果；加之2015年之前鉆井資料缺乏，導致通化盆地基本石油地質(zhì)條件研究薄弱，在很大程度上制約了油氣勘探進程。2016年后，隨著吉林油田地質(zhì)井鉆探工程的實施，及時地揭示了通化盆地地層發(fā)育特征和油氣顯示情況，為加快通化盆地勘探節(jié)奏起到了推進作用。

1 盆地基本特征

電法與重磁資料綜合解釋表明，通化盆地主要受NE向控盆斷裂及盆地中部的NW向斷裂控制發(fā)育而成，各種斷裂均具有明顯的長期性、多旋回性和繼承性，總體構成了隆、坳相間的構造格局。據(jù)基底頂面構造特征，通化盆地可進一步劃分為三棵榆樹斷陷、二密斷陷和英額布隆起3個三級構造單元(圖1)。

圖1 通化盆地構造綱要與單元劃分圖Fig.1 Structural outline and unit division map of Tonghua Basin

鉆井揭示表明，通化盆地主要發(fā)育有中侏羅統(tǒng)侯家屯組和下白堊統(tǒng)果松組、鷹嘴砬子組、林子頭組、三棵榆樹組和小南溝組地層，基底為新太古代片麻狀花崗巖、閃長巖及片巖。

在侏羅紀沉積時期，由于太平洋板塊、西伯利亞板塊對中朝板塊的俯沖擠壓作用(燕山Ⅱ幕)，吉林省南部地區(qū)整體處于隆升狀態(tài)，發(fā)育一系列逆沖推覆構造，局部形成一些山前坳陷，此時通化盆地沉積了中侏羅統(tǒng)侯家屯組(J2h)地層。侯家屯組屬于干旱氣候下的山麓洪積相-沖積(泛)河流相沉積，底部巖性為塊狀紫色復成分礫巖，中上部為紫紅色泥巖、粉砂巖夾雜色砂巖及鈣質(zhì)泥巖透鏡體，主要出露在盆地西南部和東南部邊緣。

在白堊紀早、中期(燕山運動Ⅲ幕)，由于太平洋板塊向歐亞大陸擠壓俯沖，被動大陸邊緣一側仰沖和拉張，同時洋殼逐漸消減，發(fā)育了大量的北東向張性斷裂及斷陷盆地，該時期是吉林省東部盆地早白堊世主要成盆期[4-5]。在成盆初期沿斷裂有強烈的火山巖噴發(fā)，通化盆地堆積了果松組(K1g)中基性火山巖，發(fā)育了紫色多斑安山巖、含氣孔杏仁安山巖和灰色致密玄武安山巖等(圖2)，同位素年齡122～132 Ma；在成盆中后期出現(xiàn)了小型斷陷盆地疊加在侏羅紀盆地之上，發(fā)育了早白堊世鷹嘴砬子組(K1y)、林子頭組(K1l)兩套湖相地層沉積，同位素年齡為118～113 Ma。這兩套湖相地層都屬于火山噴發(fā)間歇期火山-湖相碎屑巖組合，發(fā)育厚層黑色泥巖、粉砂質(zhì)頁巖和凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖及凝灰?guī)r，局部地區(qū)含數(shù)層安山巖。

圖2 通化盆地地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Tonghua Basin

林子頭組沉積之后，火山又開始活動，通化盆地隨之又被后期噴出的三棵榆樹組堿性安山巖組合所覆蓋，巖性為紫色粗面安山巖、含氣孔杏仁安山巖、灰色致密安山巖及流紋巖、凝灰?guī)r等，同位素年齡為115～105 Ma。早白堊世末期，隨著通化盆地沉降速率持續(xù)降低而發(fā)育了小南溝組(K1x)陸相紅色碎屑巖沉積。在此之后，通化盆地一直處于抬升隆起階段，局部地層出露地表遭受剝蝕，繼而結束了通化盆地沉積過程。

2 石油地質(zhì)條件分析

地質(zhì)調(diào)查表明，通化盆地三顆榆樹斷陷具有良好的生儲蓋組合，具備油氣成藏的基本地質(zhì)條件，并已在通化盆地下白堊統(tǒng)林子頭組和鷹嘴砬子組發(fā)現(xiàn)了油苗[6-7]，說明通化盆地在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了油氣生、排及運聚過程，預示通化盆地具備較好的油氣勘探前景。

2.1 烴源巖發(fā)育特征

三棵榆樹斷陷是通化盆地的主要構造單元，斷陷面積約700 km2，約占整個盆地構造面積的47%，是一個完整的負向構造單元。斷陷內(nèi)下白堊統(tǒng)林子頭組、鷹嘴砬子組地層暗色泥巖發(fā)育，有機質(zhì)豐富，且達到高成熟演化階段，具備形成油氣藏的物質(zhì)基礎，是通化盆地主力生烴斷陷。

圖3 林子頭組、鷹嘴砬子組暗色泥巖TOC分布直方圖Fig.3 Dark mudstone TOC distribution histogram in Linzitou Formation and Yingzuilazi Formation

鉆井揭示三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)暗色泥巖厚度一般在200～700 m，從斷陷中心向四周厚度減薄，據(jù)鉆井巖芯的暗色泥巖殘余有機碳(TOC)、有機質(zhì)類型(HI)及有機質(zhì)成熟度(Ro)等地化指標測試表明，下白堊統(tǒng)暗色泥巖有機質(zhì)豐度較高，TOC介于1.2%～2.0%(圖3)；有機質(zhì)類型好，主要為Ⅰ型干酪根；古埋深>3 000 m，Ro在1.3%～1.5%之間，有機質(zhì)處于高成熟演化階段，綜合評定為好的烴源巖，具備較強的生烴能力。由此可知，三棵榆樹斷陷油氣來源充足，是一個“小而肥”的富烴斷陷。

2.2 儲層發(fā)育特征

單井巖芯相、測井相分析表明，通化盆地三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)沉積時期為火山噴發(fā)間歇期火山湖相碎屑巖沉積環(huán)境。早白堊世鷹嘴砬子組、林子頭組沉積物源主要來自盆地西北和東南緣兩側，發(fā)育湖泊背景下的扇三角洲相沉積(圖4)。從含油氣的巖芯顯示統(tǒng)計，通化盆地下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組、林子頭組儲層巖石類型主要為凝灰質(zhì)(角)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r3種沉火山碎屑巖，正常沉積碎屑巖相砂巖儲層極少。根據(jù)巖石鑄體薄片和掃描電鏡鑒定，下白堊統(tǒng)儲層主要儲集空間類型為次生粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔與微裂縫，儲集空間中可見多處原油與瀝青充填，溶蝕物質(zhì)以長石、火山巖屑和凝灰質(zhì)雜基為主。從鷹嘴砬子組、林子頭組儲層物性分析結果可知，含油氣顯示的儲層孔隙度分布在5%～14%，滲透率分布在0.02～0.7 md；壓汞資料分析孔吼半徑均值一般在0.11～0.35 μm，屬于致密低孔-特低孔、特低滲儲層。

圖4 三棵榆樹斷陷增盛溝里下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組露頭扇三角洲相剖面圖Fig.4 Section diagram of outcrop fan delta facies of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation, Zengshenggouli in Sankeyushu fault depression

2.3 蓋層特征

三棵榆樹斷陷早白堊世鷹嘴砬子組、林子頭組地層沉積時期發(fā)育了多旋回暗色泥巖段，鉆井揭示每個旋回純泥巖段厚度一般為10～30 m，這些泥巖段平面分布相對穩(wěn)定，是較好的層間蓋層。三棵榆樹斷陷沿著北東向斷層發(fā)育三期火山巖，大部分為噴發(fā)相的安山巖，火山巖平面延伸較遠，可達2～5 km，是局部致密蓋層；而侵入未露出地表部分也可形成上傾遮擋條件。另從電法及二維地震資料解釋成果分析，大斷層主要發(fā)育在三顆榆樹斷陷兩側，斷陷中部斷層發(fā)育較少，有些斷層并未斷穿各組段厚層泥巖隔層，推測這些斷層是早期發(fā)育，后期停止活動，對油氣成藏影響較小，具備較好的保存條件。

2.4 生儲蓋組合特征

從生油條件分析，三棵榆樹斷陷早白堊世發(fā)育的厚層暗色泥巖不但有機質(zhì)含量較高，而且分布較廣，在早白堊世沉積末期進入成熟-高成熟期，生油氣條件優(yōu)越；從儲層條件分析，地質(zhì)井揭示三棵榆樹斷陷扇三角洲儲層砂體厚度較大，平面分布范圍較廣，并與湖相暗色泥巖地層呈“交互式”沉積，具備油氣短距離運聚的儲集條件；從蓋層條件分析，湖泊相發(fā)育的多旋回較厚層泥巖段穩(wěn)定分布，是油氣成藏的直接蓋層，而局部發(fā)育的致密火山巖也可以封擋油氣向上或者側向運移，為油氣運聚成藏提供了良好的封蓋條件。

上述下白堊統(tǒng)生、儲、蓋的發(fā)育，使三棵榆樹斷陷形成了兩套油氣成藏組合，分別為下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組和林子頭組成藏組合。生油層為下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組和林子頭組暗色泥巖；儲集層為林子頭組和鷹嘴砬子組凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r；蓋層為鷹嘴砬子組、林子頭組暗色厚層泥巖段及林子頭組、三棵榆樹組厚層致密火山巖。這些縱向上發(fā)育的多套湖相暗色泥巖與扇三角洲前緣相凝灰質(zhì)砂巖“交互式”形成的生油層與儲集層旋回沉積，構成了多套“自生自儲式”的含油氣組合，使通化盆地三棵榆樹斷陷具備了形成油氣藏的優(yōu)越地質(zhì)條件。

3 油氣成藏模式及有利勘探區(qū)帶

3.1 油氣成藏模式

通化盆地三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)生、儲、蓋條件優(yōu)越。根據(jù)三棵榆樹斷陷埋藏史與有機質(zhì)熱演化史模擬可知，現(xiàn)今下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子、林子頭組湖相暗色泥巖埋深已超過2 500 m生烴門限，在三棵榆樹組(115～105 Ma)地層沉積后，下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子在108～55 Ma、林子頭組在100～55 Ma分別大量生烴。廣泛分布的下白堊統(tǒng)烴源巖即開始了廣覆式(圖5)的油氣生成與持續(xù)性充注供給，為圈閉成藏提供了氣源保障。

圖5 通化盆地三棵榆樹斷陷油氣成藏模式圖Fig.5 Hydrocarbon accumulation pattern of Sankeyushu fault depression in Tonghua Basin

鉆井與地震解釋成果表明，三棵榆樹斷陷內(nèi)大面積發(fā)育扇三角洲前緣相舌狀和透鏡狀砂體[8]；加之其內(nèi)發(fā)育一系列控藏、控源斷裂，形成了多個斷鼻和斷塊構造，能夠有效溝通與遮擋油氣；二者的有機配置為自生自儲的斷層-巖性圈閉油氣成藏提供了充足的儲集空間和有利條件[9-11]。

同時，三棵榆樹斷陷內(nèi)多期發(fā)育的林子頭組、三棵榆樹組火山巖，刺穿了鷹嘴砬子組、林子頭組湖相碎屑巖地層，致使火山巖巖體周圍砂體翹傾，形成了側向遮擋，為自生自儲的火山巖遮擋圈閉油氣成藏創(chuàng)造了有利條件[12-13]。

另據(jù)鉆遇下白堊統(tǒng)致密砂巖的多口井巖芯觀察發(fā)現(xiàn)，鷹嘴砬子組與林子頭組致密砂巖與泥巖中均發(fā)育裂縫并充填有原油和瀝青，表明裂縫即是油氣運移通道，改善了儲層連通性，又是油氣有效儲集空間。例如，通地12、通地13、通地15和通地15更等井的巖芯和薄片顯示，致密砂巖中發(fā)育高角度的網(wǎng)狀裂縫和不規(guī)則微裂縫(圖6)，裂縫內(nèi)被油氣充填，揭示了三棵榆樹斷陷具有致密裂縫型巖性圈閉成藏潛力。

A.通地12井1 123 m鷹嘴砬子組含油泥巖裂隙；B.通地17井152.3 m林子頭組火山角礫巖中的含油裂縫，正交偏光×10；C.通地13井894 m凝灰質(zhì)含礫砂巖含油裂縫，單偏光×10。圖6 三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組、林子頭組含油巖石裂縫Fig.6 Oil-bearing rock crevices of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation and Linzitou Formation in Sankeyushu fault depression

由此可見，三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)烴源巖厚度大，分布廣，油氣源供給充足；多旋回廣泛發(fā)育的扇三角洲砂體提供了儲集空間；源儲一體和斷層的發(fā)育形成了良好的疏導體系；巨厚烴源巖與致密火山巖為油氣成藏提供了遮擋。這些地質(zhì)因素的有機配置為三棵榆樹斷陷斷層-巖性油氣成藏、火山巖遮擋油氣成藏和致密裂縫型巖性油氣藏創(chuàng)造了有利條件。

3.2 有利勘探區(qū)帶

根據(jù)三棵榆樹斷陷油氣成藏模式和已發(fā)現(xiàn)油氣平面分布特征，將三棵榆樹斷陷中南部斷層發(fā)育的有利構造背景區(qū)和扇三角洲前緣砂體發(fā)育區(qū)的疊合帶通地2-通地4-通地18井區(qū)確定為通化盆地有利勘探區(qū)帶[14](圖7)，面積約100 km2。

該區(qū)帶在鷹嘴砬子組和林子頭組沉積期，受三棵榆樹斷陷西南部旺清門鎮(zhèn)方向注入水系的影響，扇三角洲前緣砂體發(fā)育[7]，并緊鄰下白堊統(tǒng)生烴洼槽中心，且平面位置位于斷陷中部淺層三棵榆樹組火山巖體覆蓋范圍之內(nèi)。由于后期三棵榆樹組火山巖噴發(fā)時的上拱作用影響，扇三角洲前緣砂體易于在火山頸周緣被改造為上傾遮擋，繼而形成火山巖遮擋油氣藏。

另由二維地震解釋成果分析，三棵榆樹斷陷中南部為下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組和林子頭組的復合斷塊構造圈閉發(fā)育區(qū)。由于三棵榆樹斷陷具有源儲一體的特點，油氣就近成藏，易于在該區(qū)形成斷層-巖性圈閉油氣藏。

同時，近年的地質(zhì)淺井調(diào)查表明，該區(qū)油氣顯示較好(表1)。2018年在該區(qū)鉆探的通地17更井于750～758 m的下白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組試油獲得日產(chǎn)2 114 m3工業(yè)氣流，實現(xiàn)了通化盆地油氣勘探突破，證實三棵榆樹斷陷中南部斷層發(fā)育的有利構造背景區(qū)和扇三角洲前緣砂體發(fā)育區(qū)的疊合帶具有良好的油氣勘探潛力。

圖7 三棵榆樹斷陷有利勘探區(qū)帶預測圖Fig.7 Prediction map of favorable exploration zone in Sankeyushu fault depression

表1 通化盆地三棵榆樹斷陷油氣顯示一覽表

Table 1 Oil and gas indications of Sankeyushu fault depression in Tonghua Basin

井號顯示厚度/m油浸油斑油跡熒光累計厚度/m通參14.0027.0048.3579.35通地153.1025.6078.70通地24.236.8912.9024.02通地40.100.480.58通地130.714.4411.3314.5731.05通地151.046.233.015.8016.08通地15更0.230.752.356.8710.20通地170.253.879.188.9322.23通地17更7.0026.0032.0065.00

因此，可以將通化盆地三棵榆樹斷陷中南部的通地2-通地4-通地18井區(qū)作為近期油氣勘探的有利區(qū)帶。

4 結論

(1)通化盆地三棵榆樹斷陷在早白堊世沉積時期沉降作用強烈，湖相暗色泥巖發(fā)育巨厚，生油母質(zhì)以Ⅰ型干酪根為主，有機質(zhì)處于高成熟演化階段，有很強的生烴能力，并以生氣為主，是一個“小而肥”的富烴斷陷，勘探潛力較大。

(2)三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)不僅發(fā)育巨厚、高成熟度烴源巖，并發(fā)育疊加連片的扇三角洲前緣砂體，加之斷陷內(nèi)早期斷裂晚期活動較少，烴源巖與儲層近距離互層式接觸，構成了有利的“自生自儲式”成藏組合。

(3)三棵榆樹斷陷下白堊統(tǒng)構成了多套“自生自儲式”的含油氣組合，具備斷層-巖性圈閉、火山巖遮擋圈閉以及致密裂縫型巖性圈閉成藏的有利條件；其中三棵榆樹斷陷中南部的通地2-通地4-通地18井區(qū)為有利勘探區(qū)帶。