吉林柳河盆地沉積特征與油氣勘探前景

徐盛俠，董清水，樓仁興，李世臻，王丹丹，張文浩

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春130061；2.吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，長春130022；3.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100083

0 引言

柳河盆地主要位于吉林省柳河縣境內(nèi)，北東至柳河縣圣水鎮(zhèn)，南西至遼寧省新賓鎮(zhèn)，走向50°NE，長約80 km，寬度10～20 km，面積約1 100 km2[1]，是一中部窄、北東與南西寬的狹長啞鈴形斷陷盆地(圖1)。區(qū)域上，柳河盆地地處松嫩地塊、華北板塊及布列亞—佳木斯地塊的交匯處[2--5]，隸屬于松遼外圍東南部中生代盆地群。鄰近大斷裂主要有赤峰—開源超巖石圈斷裂和佳—伊、敦—密及鴨綠江3條巖石圈斷裂[6--8]。盆內(nèi)主要充填了一套中生代火山--沉積建造。

圖1 吉林省東部地區(qū)主要斷裂及盆地分布圖[12]Fig.1 Distribution of major faults and basins in eastern Jilin Province

近年來，隨著油氣資源勘探領(lǐng)域的拓展和柳河盆地巨厚烴源巖的發(fā)現(xiàn)，中國地質(zhì)調(diào)查局和吉林油田先后開展了地質(zhì)調(diào)查和鉆探工作[9--12]，但由于其植被覆蓋嚴(yán)重，構(gòu)造特征復(fù)雜,致使勘探成果進(jìn)展緩慢，亟需開展油氣地質(zhì)條件綜合研究。筆者在系統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查與測試分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果，對柳河盆地主要目的層沉積特征和油氣勘探前景進(jìn)行綜合分析，以期為該區(qū)及松遼外圍東南部中生代盆地群的今后勘探提供科學(xué)依據(jù)或參考。

1 地層--構(gòu)造格架特征

柳河盆地基底為太古界變質(zhì)雜巖、元古界古老巖系及古生界部分海相地層[13]。通過區(qū)內(nèi)野外地質(zhì)調(diào)查及地震剖面綜合解釋，柳河盆地總體構(gòu)造格架呈“兩坳一隆”，即南部發(fā)育向陽坳陷、北部發(fā)育亨通坳陷，中部為安口鎮(zhèn)次級隆起。

盆地現(xiàn)今格架形態(tài)為不對稱的雙斷式狹長地塹，東部邊緣發(fā)育為高角度主控盆斷裂，西部邊緣發(fā)育為兩組高角度逆斷層。其中，西部邊緣的西側(cè)邊界逆斷層斷距較大，斷距可達(dá)1 000 m；另一組逆斷層斷距較小，斷距僅為54 m(圖2)。

盆內(nèi)充填的中生代地層自下而上主要有中侏羅統(tǒng)侯家屯組(J2h)、下白堊統(tǒng)的砬門子組(K1l)、大沙灘組(K1d)、包大橋組(K1b)、下樺皮甸子組(K1x)、亨通山組(K1ht)和黑崴子組(K1h)，頂部為第四系覆蓋(表1)。其中，砬門子組、包大橋組為火山巖、火山碎屑巖與灰色粉砂巖、泥巖組合[14]；侯家屯組主要為紫色砂礫巖夾暗色粉砂質(zhì)泥巖；大沙灘組主要為厚層暗色泥巖與砂巖、砂礫巖互層，夾煤層；下樺皮甸子組主要為灰色薄層砂巖、粉砂巖與暗色泥巖互層，盆地中部發(fā)育重力流相的砂礫巖；亨通山組主要為灰色薄層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰色砂巖互層；黑崴子組為赤色和雜色的礫巖、砂礫巖，僅在盆地北部零星發(fā)育(表1)。

圖2 柳河盆地624地震剖面地層--構(gòu)造格架解釋圖Fig.2 Stratigraphic and structural framework interpretation on seismic section No.624 of Liuhe Basin

表1 柳河盆地地層簡表Table 1 Stratigraphic chart of Liuhe Basin

綜合地震剖面及盆地地層充填特征可知，侯家屯組—砬門子組地層呈西厚東薄的展布特征表明，該沉積期東部邊緣控盆斷裂應(yīng)為輔控?cái)嗔?，西部邊緣斷裂?yīng)為主控盆斷裂；結(jié)合西部邊緣斷裂現(xiàn)今表現(xiàn)為高角度逆斷的特征推測，侯家屯組—砬門子組形成期該斷裂應(yīng)為走滑作用為主的控盆斷裂，至柳河盆地發(fā)育后期，受西部強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓作用的影響[2--4]，該西部邊緣高角度走滑控盆斷裂最終轉(zhuǎn)換為明顯的高角度逆斷層。大沙灘組—下樺皮甸子組地層展布為西薄東厚的特征表明(圖2)，柳河盆地在大沙灘組—下樺皮甸子組時(shí)期，主控盆斷裂應(yīng)為東部邊緣斷裂，此時(shí)的西部邊緣斷裂應(yīng)為輔控?cái)嗔?。整體上形成了現(xiàn)今以東部控盆斷裂為主的不對稱的雙斷式狹長地塹盆地。

2 沉積特征

柳河盆地主要油氣目的層位為中侏羅世侯家屯組、早白堊世砬門子組、大沙灘組、包大橋組、下樺皮甸子組和亨通山組。沉積充填主要為湖泊--扇三角洲--湖底扇沉積建造，期間早白堊世砬門子組與包大橋組時(shí)期均發(fā)育一定規(guī)模的火山巖和火山碎屑巖，其他層位皆為湖泊體系碎屑巖沉積。依據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查各目的層單元的分布范圍，確定了沉積相帶發(fā)育邊界；根據(jù)露頭與鉆井相類型及泥巖、砂巖和砂地比等分布特征，確定了各目的層單元沉積相帶分布邊界，恢復(fù)了各地層沉積相帶展布。

侯家屯組時(shí)期，沉積主要分布于盆地西北部邊緣及中部地帶，東南邊緣缺失沉積。沉積區(qū)整體以湖泊沉積為背景，在盆地南部的向陽坳陷和盆地北部的亨通坳陷均形成一定規(guī)模的半深湖沉積，盆地中部的安口鎮(zhèn)次級隆起以淺湖沉積為主，并在盆地西北緣和東南緣分別發(fā)育了扇三角洲前緣沉積。總體構(gòu)成淺湖廣布、兩側(cè)物源供給的半深湖--扇三角洲沉積體系(圖3a)。

大沙灘組時(shí)期，湖盆沉積范圍向東北部退縮，南部向陽坳陷隨之向東北部遷移，盆地東南部及東南邊緣缺失沉積。沉積區(qū)整體仍以湖泊沉積為背景，并在向陽坳陷和亨通坳陷形成了一定規(guī)模的半深湖沉積，安口鎮(zhèn)次級隆起區(qū)仍以淺湖沉積為主，同時(shí)，在盆地西北緣的進(jìn)化鎮(zhèn)和大沙灘村等地發(fā)育了系列扇三角洲前緣沉積。總體構(gòu)成了以西北物源供給為主的半深湖--扇三角洲沉積體系(圖3b)。

下樺皮甸子組時(shí)期，沉積區(qū)主要分布于盆地東南邊緣區(qū)，沉積范圍進(jìn)一步縮小，南部向陽坳陷與安口鎮(zhèn)次級隆起均向東北遷移，盆地東南部及西北邊緣缺失沉積。沉積區(qū)整體仍以湖泊沉積為背景，并均在向陽坳陷和亨通坳陷形成了一定規(guī)模的半深湖沉積，在盆地西北緣的向陽鎮(zhèn)南部、安口鎮(zhèn)西部及亨通鎮(zhèn)西部均形成了扇三角洲前緣沉積，同時(shí)在向陽坳陷東南邊緣發(fā)育兩套湖底扇沉積。其中，向陽坳陷南部的湖底扇，在鉆井上表現(xiàn)為與灰色、灰黑色泥巖上下突變接觸的雜色砂礫巖，在地震剖面上表現(xiàn)為孤立分布于中振幅平行反射結(jié)構(gòu)地震相中的丘型--雜亂地震相；向陽坳陷北部下樺皮甸子村露頭見到的湖底扇砂礫巖分選差，大量礫石長軸方向垂直或高角度與層面斜交，反映了典型的重力流沉積特征，與牽引流沉積的扇三角洲砂體有明顯區(qū)別。所以，下樺皮甸子組沉積期研究區(qū)總體構(gòu)成以兩側(cè)物源供給為主的半深湖--湖底扇--扇三角洲沉積體系(圖3c)。

亨通山組時(shí)期，湖盆沉積進(jìn)一步向東北退卻，沉積范圍僅分布于盆地的東北部，向陽坳陷消失，半深湖沉積僅出現(xiàn)于亨通山坳陷，并在坳陷西北緣亨通鎮(zhèn)發(fā)育有扇三角洲前緣沉積，同時(shí)在東南邊緣柞木崗村形成一定規(guī)模的湖底扇沉積?？傮w構(gòu)成了以兩側(cè)物源供給為主的半深湖--湖底扇--扇三角洲沉積體系(圖3d)。

綜上，柳河盆地中生代主要目的層沉積區(qū)帶自下而上逐漸由盆地西南部向東北部遷移，沉積范圍逐漸減小，有利于烴源巖發(fā)育的半深湖沉積相應(yīng)向東北部遷移，沉積物源的供給也由早期侯家屯組—大沙灘組的以西北物源供給為主轉(zhuǎn)化為中后期的西北、東南邊緣同時(shí)供給。這一特征的變化與盆地早期主要受控于西北邊緣斷裂而后期主要受控于東南邊緣斷裂有關(guān)，同時(shí)也反映了中生代沉積時(shí)期柳河盆地東南部為逐漸隆升剝蝕的區(qū)域背景。同時(shí)，結(jié)合盆地西北邊緣相以扇三角洲為主而東南邊緣相以湖底扇為主的差異特征可以推測，整體上柳河盆地西北邊緣控盆斷裂活動相對較弱，中后期東南邊緣控盆斷裂活動劇烈，雙斷式柳河盆地的中生代沉積主要為半深湖--湖底扇--扇三角洲體系。

3 油氣地質(zhì)條件

3.1 烴源巖特征

柳河盆地中生代可能發(fā)育的烴源巖層位有中侏羅統(tǒng)侯家屯組，下白堊統(tǒng)大沙灘組、下樺皮甸子組和亨通山組[15,16]。除侯家屯組資料較少、取樣困難外，根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5735--1995[17],本次重點(diǎn)對其他3組烴源巖層位的有機(jī)地化數(shù)據(jù)進(jìn)行了討論分析(表2)。

其中，大沙灘組可能烴源巖主要為深灰色、灰黑色泥巖，主要分布于向陽坳陷的柳地2井至安口鎮(zhèn)與亨通坳陷的進(jìn)化鎮(zhèn)地區(qū)，鉆井和露頭厚度分別可達(dá)650 m和60 m。其總有機(jī)碳平均0.60%，主要分布在差--中等生油巖區(qū)間；氯仿瀝青“A”平均0.002 1 %，全部分布在非生油巖區(qū)間；生烴潛量平均(S1+S2)0.23 mg/g，分布在差生油巖區(qū)間。干酪根類型主要為Ⅱ1-Ⅱ2型。鏡質(zhì)體反射率(Ro)主要分布在>2.0%的過成熟階段，少量分布在1.3%～2.0%的成熟階段；巖石熱解最高峰溫Tmax分布在450℃～580℃，普遍處于成熟--過成熟演化階段。

表2 柳河盆地主要烴源巖層位有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)表Table 2 Organic matter abundance parameters of major source rocks in Liuhe Basin

下樺皮甸子組可能烴源巖分布范圍與大沙灘組相似，主要巖性為黑色、灰黑色泥巖，在向陽坳陷和亨通坳陷的烴源巖鉆井厚度分別可達(dá)388 m和275 m。其總有機(jī)碳平均1.37%，主要分布在中等--好的生油巖區(qū)間；氯仿瀝青“A”平均0.058 6%，40%分布在差生油巖區(qū)間，20%分布在中等--好生油巖區(qū)間；生烴潛量(S1+S2)平均0.24 mg/g，分布在差生油巖區(qū)間。干酪根類型主要以Ⅱ2型為主，其次為Ⅱ1型，同時(shí)含少量Ⅰ型及Ⅲ型干酪根。鏡質(zhì)體反射率(Ro)主要分布在1.3%～2.0%的成熟階段；巖石熱解最高峰溫Tmax分布于450℃～580℃，處于成熟--高成熟階段。

亨通山組烴源巖主要分布在亨通坳陷柳河—進(jìn)化鎮(zhèn)地區(qū)，主要巖性為黑色、灰黑色及黑灰色泥巖，烴源巖鉆井厚度可達(dá)98 m。其總有機(jī)碳平均值為0.67%，主要分布在中等生油巖區(qū)間，部分分布在差生油巖區(qū)間；生烴潛量平均為(S1+S2)0.33 mg/g，分布在差生油巖區(qū)間。干酪根以Ⅲ型為主。鏡質(zhì)體反射率(Ro)主要分布在0.7%～1.3%的低成熟階段；巖石熱解最高峰溫Tmax分布較散，在低成熟--過成熟階段均有分布。

總體上，柳河盆地?zé)N源巖特征為：下樺皮甸子組有機(jī)質(zhì)豐度處于中--好生油巖，干酪根類型以Ⅱ1～Ⅱ2型為主，演化階段處于成熟--高熟階段，為盆地內(nèi)最有利的烴源巖層位；大沙灘組有機(jī)質(zhì)豐度以中等--差生油巖為主，干酪根類型以Ⅱ1～Ⅱ2型為主，處于高熟--過成熟階段，是盆地內(nèi)較有利烴源巖層位；亨通山組有機(jī)質(zhì)豐度主要顯示為中等生油巖，干酪根類型為Ⅲ型，處于低成熟--過成熟演化階段，為盆地內(nèi)潛力較低的烴源巖層位(圖4)。

3.2 儲集層特征

柳河盆地各地層單元均發(fā)育大量扇三角洲--湖底扇相灰色、綠灰色及雜色礫巖、砂巖儲集體，并與砬門子組及包大橋組的火山巖、火山碎屑巖共同為盆內(nèi)油氣賦存提供了儲集空間[18](圖5)。根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6285--1997，作為儲集層評價(jià)指標(biāo)[19]。

其中， 砬門子組砂巖平均孔隙度(Φ)為6.81%，平均滲透率(Κ)為0.41×10-3μm2，以特低孔、特低滲，部分以低滲為特征。大沙灘組砂巖平均孔隙度(Φ)為3.54%，平均滲透率(Κ)為0.02×10-3μm2，以特低孔、特低滲為特征。包大橋組砂巖平均孔隙度(Φ)為5.86%，平均滲透率(Κ)為0.13×10-3μm2，以特低孔、低滲，部分以特低滲為特征。下樺皮甸子組砂巖平均孔隙度(Φ)為5.10%，平均滲透率(Κ)為0.20×10-3μm2，以特低孔、特低滲，部分以低滲為特征。亨通山組砂巖平均孔隙度(Φ)為5.22%，平均滲透率(Κ)為0.16×10-3μm2，以特低孔、特低滲，部分以低滲為特征。

圖4 柳河盆地主要層位烴源巖地化數(shù)據(jù)對比柱狀圖Fig.4 Comparison of geochemical data of major source rocks in Liuhe Basin

圖5 柳河盆地各地層單元砂巖物性對比柱狀圖Fig.5 Comparison of physical properties of sandstones in various layers of Liuhe Basin

整體上，柳河盆地儲集層以特低孔、特低滲，部分以低滲為特征，屬于致密的砂巖儲層。

3.3 生儲蓋組合特征

柳河盆地中侏羅統(tǒng)侯家屯組—下白堊統(tǒng)亨通山組主要形成2種類型的生儲蓋組合(圖6)。

圖6 柳河盆地生儲蓋組合特征圖Fig.6 Characteristics of source-reservoir-cap combination in Liuhe Basin

3.3.1 自生自儲型

柳河盆地大沙灘組、下樺皮甸子組烴源巖分布面積較廣、厚度較大，并在盆地邊緣發(fā)育大量的砂巖儲層，二者交互或側(cè)向相鄰，構(gòu)成了良好的自生自儲型有利生儲蓋組合，是該區(qū)主要的生儲蓋組合型式。此外，侯家屯組、亨通山組烴源巖分布也具一定規(guī)模，且組內(nèi)砂巖發(fā)育，也有利于形成自生自儲型生儲蓋組合。

3.3.2 下生上儲型

有利的烴源巖層位(下樺皮甸子組、大沙灘組等地層)，其上都覆蓋有碎屑巖或火山巖儲集層發(fā)育的亨通山組、包大橋組等地層單元；部分地區(qū)砬門子組、包大橋組發(fā)育的烴源巖，也與其上覆地層的砂巖相接，它們共同構(gòu)成了較有利的下生上儲型生儲蓋組合。

4 油氣勘探前景

柳河盆地基底埋深可達(dá)5 000 m，其內(nèi)下樺皮甸子組、亨通山組和大沙灘組等地層單元發(fā)育巨厚的烴源巖，并構(gòu)成了多套自生自儲型、上生下儲型及下生上儲型有利組合型式，具有一定的成藏條件。

由柳河盆地624地震測線油氣成藏解釋分析剖面可以看出(圖7)，盆地的西北和東南邊緣扇三角洲砂體發(fā)育，且邊緣發(fā)育的砂體與控盆斷裂直接鄰接，因西北和東南的控盆斷裂均屬于長期活動斷裂，對流體導(dǎo)運(yùn)性好，致使與控盆斷裂鄰接的扇三角洲砂體不具備封閉保存條件，無法形成油氣聚集。只有在斷陷中東部區(qū)帶，發(fā)育上傾尖滅的東部邊緣扇三角洲前緣砂體，其與斷陷中部的半深湖相烴源巖交互發(fā)育，形成有利的巖性油氣成藏條件，具有一定的油氣勘探前景。

圖7 柳河盆地624測線地震解釋分析剖面圖Fig.7 Analysis of hydrocarbon accumulation and interpretation of No.624 seismic section in Liuhe Basin

5 結(jié)論

(1)柳河盆地是一早期受控于西北邊緣斷裂、后期受控于東南邊緣斷裂、現(xiàn)今以東部控盆斷裂為主的不對稱的雙斷式狹長地塹，并沿盆地長軸方向形成中部隆、兩側(cè)坳的啞鈴形整體構(gòu)造格局。

(2)柳河盆地下部的侯家屯組和大沙灘組沉積期，是以西北物源供給為主的半深湖--扇三角洲沉積體系；上部的下樺皮甸子組與亨通山組沉積期，是以東南物源供給為主、以湖底扇發(fā)育為特征的半深湖--湖底扇--扇三角洲體系。同時(shí)，沉積中心也自下而上逐漸由盆地西南部向東北部退縮遷移。

(3)柳河盆地下樺皮甸子組發(fā)育中--好烴源巖，大沙灘組和亨通山組發(fā)育中等--差烴源巖；砬門子組、包大橋組等地層中發(fā)育特低孔，低滲--特低滲的致密砂巖儲層；它們共同形成了自生自儲和下生上儲2種生儲蓋組合，并在斷陷中東部區(qū)帶，形成了有利的巖性油氣成藏條件，具有一定的油氣勘探前景。