徐 飛，劉軼松，梁雪健，康海平，劉天恒，楊孝杰

中化地質(zhì)礦山總局吉林地質(zhì)勘查院，吉林 長(zhǎng)春 130022

0 引言

油砂又稱瀝青砂，是砂、瀝青、礦物質(zhì)、黏土和水組成的混合物。松遼盆地西斜坡含有豐富的油砂資源，從2007年至2020年，我院先后與吉林省調(diào)查地球物理研究所、吉林大學(xué)油氣研究所和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心等合作，在松遼盆地西部斜坡區(qū)域內(nèi)，完成了“吉林省鎮(zhèn)賚縣大崗機(jī)械林場(chǎng)和西北溝一帶油砂礦的普查、詳查”、“松遼盆地西部斜坡區(qū)油砂礦基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查和成藏研究”和“松遼盆地西斜坡油砂礦地質(zhì)調(diào)查”等項(xiàng)目，詳細(xì)調(diào)查了小太平山地區(qū)內(nèi)油砂形成地質(zhì)條件等因素、分布特征、主控因素和富集規(guī)律。小太平山區(qū)位于吉林省西北部，行政區(qū)劃隸屬于吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣管轄。地理位置為東經(jīng)123°05′～123°38′，北緯45°35′～45°48′。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地是一個(gè)發(fā)育在古生代褶皺基底之上自白堊紀(jì)以來(lái)形成的大型中新生代沉積盆地。根據(jù)中淺層構(gòu)造地質(zhì)特征，考慮深層構(gòu)造和基底性質(zhì)，將松遼盆地劃分成6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，即西部斜坡區(qū)、北部?jī)A沒區(qū)、中央坳陷區(qū)、東北隆起區(qū)、西南隆起區(qū)和東南隆起區(qū)。松遼盆地具有“雙層”結(jié)構(gòu)，下為斷陷層，上為坳陷層，斷陷層發(fā)育時(shí)間早，坳陷層發(fā)育比較完全。

松遼盆地基底為前古生代 、古生代變質(zhì)巖、火成巖系；沉積蓋層從侏羅紀(jì)至新生代均有發(fā)育，總厚度達(dá)11 000 m以上，沉積蓋層以白堊系為主，厚7 000 m以上，為主要的生油層、儲(chǔ)油層。

2 油砂富集規(guī)律

油砂鉆探結(jié)果顯示，松遼盆地西斜坡從淺至深共發(fā)現(xiàn)兩個(gè)含油砂層位，其中嫩江組含油砂層以油砂層數(shù)少(1～2層)，單層厚度薄，含油率高為特征，巖性主要為細(xì)砂巖，上部直接被灰黑色泥巖所覆蓋 ；姚家組含油砂層以油砂層數(shù)多(2～8層)，總厚度大，單層厚度變化大(0.2～2.24 m),含油率變化大(3%～11.17%)為特征，含油砂層巖性主要為粉砂巖、細(xì)砂巖。

2.1 平面分布

前人認(rèn)為松遼盆地的油砂主要分布于盆地西斜坡的盆緣白城—富拉爾地區(qū)，僅在圖牧吉地區(qū)發(fā)現(xiàn)[1]，通過(guò)以往資料收集和老井調(diào)查，在西斜坡鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)百余鉆井揭露了油砂賦存狀況。2015年課題組在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行基礎(chǔ)調(diào)查，同樣揭露了深部油砂的存在，2016年在研究區(qū)西北部及中部實(shí)施鉆探深部驗(yàn)證，也揭露油砂存在。因此，松遼盆地西斜坡的油砂在平面上分布范圍較廣，從西北部向東南方由圖牧吉—鎮(zhèn)賚大崗—西北溝—小太平山均已顯示油砂富存(圖1)。

2.2 垂向分布

松遼盆地垂向上已發(fā)現(xiàn)的油氣藏層段有：泉一段、泉二段、泉三、泉四段、青一段、青二、青三段、姚家組及嫩江組各段、明水組。這些含油氣層分屬下、中、上、淺含油氣層組成。

圖1 松遼盆地西斜坡油砂頂面等深圖(據(jù)文獻(xiàn)[1]，修改)Fig.1 Contour map of the top surface of oil sands on the west slope of Songliao Basin(according to literature[1]，modified)

通過(guò)深部鉆探揭露，在研究區(qū)內(nèi)嫩江組一段、姚家組二、三段為含油砂層，在研究區(qū)西北部鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)內(nèi)上百口鉆井，揭露含油砂層位為姚家組二段、三段。因此推斷姚家組二段、三段是松遼盆地西斜坡油砂主要賦存層位[2]。

松遼盆地西斜坡為向東南傾斜的簡(jiǎn)單斜坡。從圖牧吉油砂基巖露頭可知，巖層產(chǎn)狀，總體走向?yàn)?5°～205°，傾向南東，傾角為2°。從圖牧吉油砂露頭到大崗—西北溝油砂埋深147.5 m，再到研究區(qū)內(nèi)見油砂層埋深達(dá)370～530 m，油砂層位由北北西向南東東方向賦存深度逐漸加深。

通過(guò)研究區(qū)及鎮(zhèn)賚大崗—西北溝區(qū)鉆井資料整理分析，包括老井復(fù)查工作收集到的6口鉆井、2015年3口鉆井及2016年5口地質(zhì)調(diào)查井資料。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，以含油率大于3%的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成油砂埋藏深度直方圖(圖2)。從圖中可以看出復(fù)查區(qū)油砂埋藏普遍較淺，在地下250 m以內(nèi)，而研究區(qū)油砂埋藏均較深，最深達(dá)地下530 m。

圖2 研究區(qū)和大崗—西北溝油砂埋藏深度直方圖Fig.2 Histogram of oil sand buried depth in research area and Dagang-Xibeigou area

編制了油砂埋深等深線圖(圖3)。從圖中可以初步判斷油砂層北西西向南東東方向逐漸加深，西北角ZK5500油砂埋深在147.5 m，向南東依次加深，東南側(cè)油砂出露最深為533.38 m。鎮(zhèn)賚大崗—西北溝油砂埋藏深度主要集中在250 m以內(nèi)，而研究區(qū)內(nèi)油砂埋藏主要集中在350～550 m。

圖3 研究區(qū)和大崗—西北溝油砂埋藏等深線圖Fig.3 Burial contour map of oil sand in research area and Dagang-Xibeigou area

2.3 厚度變化

通過(guò)研究區(qū)及鎮(zhèn)賚大崗—西北溝內(nèi)14口鉆井資料整理分析，包括老井復(fù)查工作收集到的6口鉆井、2015年3口鉆井及2016年5口地質(zhì)調(diào)查井資料。對(duì)鉆孔見礦厚度采用剔除泥質(zhì)夾層、致密層和不夠標(biāo)準(zhǔn)的差油砂層，確定了各井油砂層的累計(jì)厚度(表1)。

表1 研究區(qū)及大崗—西北溝鉆井見礦厚度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，以含油率大于3%的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。目前已有鉆孔資料顯示，鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)油砂厚度集中在5～8.7 m范圍內(nèi)(圖4)，且油砂厚度分布較均勻，而研究區(qū)油砂厚度變化較大，分布不均勻，最厚為12.40 m，最薄為0.2 m。

圖4 研究區(qū)和大崗—西北溝油砂累計(jì)厚度直方圖Fig.4 The cumulative thickness histograms of oil sand in the study area and Dagang-Xibeigou area

利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)形成油砂埋深等厚線圖(圖5)。從圖中可知，研究區(qū)內(nèi)和鎮(zhèn)賚大崗—西北溝內(nèi)均有厚層油砂分布。總體上復(fù)查區(qū)厚度大于研究區(qū)內(nèi)油砂層厚度，厚度從0.2～12.2 m均有分布，油砂厚度最大點(diǎn)為研究區(qū)南部ZK1503井。

圖5 小太平山及大崗—西北溝區(qū)油砂埋藏等厚線圖Fig.5 Isopach map of oil sand burial in Xiaotaipingshan and Dagang-Xibeigou area

3 成藏主控因素

油砂礦的形成過(guò)程是各種成藏要素在有效的匹配條件下，油從分散到集中的轉(zhuǎn)化過(guò)程。能否有豐富的油砂聚集，形成儲(chǔ)量豐富的油砂藏且被保存下來(lái)，主要取決于生油層、儲(chǔ)集層、蓋層、運(yùn)移、圈閉和保存等成藏要素的優(yōu)劣。松遼盆地油藏的形成、分布與富集是多方面因素綜合作用的結(jié)果。

3.1 有機(jī)質(zhì)來(lái)源

西斜坡有兩個(gè)潛在的油源區(qū)：一是西斜坡本身，可能的源巖層為嫩江組和青山口組；二是齊家—古龍凹陷側(cè)向運(yùn)移至西斜坡。

油砂地球化學(xué)特征顯示松遼盆地西斜坡原油為成熟—高成熟度原油。張維琴等認(rèn)為西部斜坡烴源巖處于未成熟階段，只能生成少量的未成熟—低成熟油。由此可見西斜坡成熟原油并非生于原地。對(duì)西斜坡儲(chǔ)層中原油樣品由東向西進(jìn)行系統(tǒng)取樣和分析，利用原油中的咔唑類含氮化合物研究得出西斜坡的原油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的運(yùn)移，運(yùn)移距離可能達(dá)到100 km以上。大量資料顯示松遼盆地西斜坡油源來(lái)自齊家—古龍凹陷[3]。

至于西斜坡油源來(lái)自齊家—古龍凹陷的哪個(gè)層位沒得到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。目前有三種認(rèn)識(shí)：其一認(rèn)為原油來(lái)自齊家—古龍凹陷的青山口組，其二認(rèn)為原油來(lái)自齊家—古龍凹陷嫩江組，其三認(rèn)為原油來(lái)自齊家—古龍凹陷嫩江組和青山口組。2009年孫國(guó)昕發(fā)現(xiàn)，姥鮫烷、植烷的相對(duì)豐度可以區(qū)分嫩江組一段和青山口組烴源巖[4]。通過(guò)對(duì)齊家—古龍凹陷數(shù)據(jù)庫(kù)大量相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析，他認(rèn)為西斜坡大部分油源來(lái)自于青山口組，只有在西斜坡中部個(gè)別井段顯示油源來(lái)自嫩一段。本文更傾向于第一種看法，油氣主要為青山口組烴源巖產(chǎn)生。侯啟軍通過(guò)對(duì)烴源巖有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”、總烴、生烴潛量等對(duì)比，認(rèn)為齊家—古龍凹陷青一段烴源巖綜合評(píng)價(jià)為最好的烴源巖，同時(shí)也是松遼盆地最好的烴源巖[5]。青一段烴源巖相關(guān)參數(shù)有機(jī)碳含量平均值達(dá)到2.13%，一般分布于1.0%～3.0%之間，氯仿瀝青“A”平均值達(dá)到0.43%，主0.4%和0.9%之間?？偀N平均值達(dá)到4 149×10-6。生烴潛量平均值達(dá)到18.49 mg/g。

西斜坡區(qū)位于齊家—古龍凹陷生油中心的西部，油氣通過(guò)向西側(cè)向運(yùn)移可以進(jìn)入西斜坡儲(chǔ)集層中，良好的烴源巖條件為松遼盆地西斜坡區(qū)油砂的成藏提供了良好的油源條件。

3.2 儲(chǔ)層特征

通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)及研究區(qū)巖心精細(xì)觀察(圖6)，及綜合收集前人研究分析，松遼盆地西斜坡下白堊統(tǒng)主要識(shí)別出半深湖亞相和三角洲前緣亞相，進(jìn)一步劃分7種沉積微相類型(表2)。

圖6 小太平山區(qū)鉆孔沉積相柱狀圖Fig.6 Sedimentary facies histogram of boreholes in Xiaotaipingshan area

表2 小太平山區(qū)沉積相

半深湖亞相主要以靜水泥微相和濁流微相，靜水泥微相為大段的灰色—灰黑色泥巖，中間夾有葉肢介化石；濁流微相為泥巖中間夾的少量薄層的砂巖。三角洲前緣亞相識(shí)別出水下分流微相、河口壩微相、遠(yuǎn)砂壩微相、席狀砂微相和分流間灣微相。

水下分流河道微相為以灰色粗—中砂巖為主；河口壩微相為大段以灰色—灰綠色的中—細(xì)砂巖為主，呈厚層狀，粒度均一，多成松散狀；遠(yuǎn)砂壩微相為河口壩的遠(yuǎn)端沉積，特征相似，僅在規(guī)模上比河口壩要小，巖石粒度要細(xì)，以灰色—灰綠色的細(xì)砂—粉砂巖和泥巖組成，少量的中砂巖，多成互層狀產(chǎn)出；席狀砂微相為薄層的粉砂巖以及粉砂巖與泥巖互層，沉積物較遠(yuǎn)砂壩較細(xì)，以灰色—灰綠色粉砂巖為主，少量的細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，成薄層狀產(chǎn)出；分流間灣微相沉積物為該沉積序列最細(xì)部分，以灰色—灰綠色—雜色泥巖為主，夾少量的泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，厚度大小不一，同時(shí)出現(xiàn)砂泥互層與砂泥混雜現(xiàn)象。

三角洲相前緣亞相的河口壩微相、遠(yuǎn)砂壩微相是油砂儲(chǔ)集的優(yōu)勢(shì)微相。西斜坡大范圍三角洲相前緣亞相為西斜坡油砂的成藏提供了良好的儲(chǔ)集空間。

3.3 蓋層條件

蓋層對(duì)油氣藏形成和保存起至關(guān)重要的作用，蓋層的空間分布控制著油氣運(yùn)移和成藏范圍，呈現(xiàn)出相當(dāng)規(guī)模的油氣藏一定有良好的蓋層。

研究區(qū)嫩江組一段主要為半深湖的灰黑色、黑色泥巖層，含少量泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，垂向上泥巖厚度分布最大，作為區(qū)域性蓋層，在研究區(qū)保存完整，作為油砂層的區(qū)域蓋層，使油砂中原油得以封閉并保存。

3.4 油氣運(yùn)移特征

松遼盆地西斜坡的原油主要來(lái)源于齊家—古龍凹陷，原油側(cè)向西運(yùn)移，并且從齊家—古龍凹陷到西部斜坡區(qū)原油降解程度逐漸加劇。通過(guò)資料收集整理，目前西斜坡原油運(yùn)移輸導(dǎo)通道主要有三種基本類型：有一定孔滲條件的砂體; 二是具有滲透能力的斷裂或裂隙體系; 三是可作為流體運(yùn)移通道的不整合面。

西部斜坡在盆地發(fā)展過(guò)程中長(zhǎng)期處于區(qū)域性單斜狀態(tài)，自盆地西部向邊緣拗陷區(qū)傾斜，構(gòu)造平緩，斷層不發(fā)育，僅見少量小規(guī)模斷層，根據(jù)鉆井資料(研究區(qū)內(nèi)鉆孔ZK1503)西北方向推測(cè)出一條北東向逆斷層 ，傾向南東，斷距20～30 m，該斷層對(duì)油砂的分布和保存具有控制作用，斷層?xùn)|側(cè)上升盤油砂埋深在360～400 m之間，斷層西側(cè)下降盤，由于嫩江組泥巖下降局部阻斷的油氣的繼續(xù)向西運(yùn)移，導(dǎo)致斷層西側(cè)(研究區(qū)內(nèi)鉆孔ZK1502)沒有鉆遇油砂，區(qū)域性小斷層起到的阻隔和圈閉油砂的作用。但在平緩的單斜坡上發(fā)育一些低幅度的構(gòu)造，如鼻狀構(gòu)造，面積較小的背斜圈閉等也起圈閉油砂的作用(研究區(qū)內(nèi)鉆孔吉鎮(zhèn)地1井、吉鎮(zhèn)地2井)。

通過(guò)的工作圈定口我們初步認(rèn)為不整合面和斷裂在中央凹陷附近及地層深部具有重要的輸導(dǎo)作用，隨著油氣向西進(jìn)入西斜坡緩坡帶，油氣向西向上運(yùn)移，斷裂減少，儲(chǔ)層物性好的砂體及局部斷層發(fā)育的地區(qū)成為油氣輸導(dǎo)的主要通道(圖7)。

此外古氣候古地理環(huán)境也會(huì)對(duì)成藏有一定影響作用(黃清華[6]等，1999)。

古氣候環(huán)境：結(jié)合對(duì)巖性顏色、對(duì)孢粉和植物化石研究資料顯示(圖8)，松遼盆地青山口組孢粉地植被以常綠闊葉林為主，草本植物居次，反映了此時(shí)氣候已演變成熱帶氣候。

圖7 松遼盆地西斜坡油砂運(yùn)移模式Fig.7 Migration mode of oil sand on the west slope of Songliao Basin

圖8 松遼盆地白堊紀(jì)植物成分、古氣溫和干濕度圖(據(jù)黃清華等，1999)Fig.8 Cretaceous plant composition, palaeo-temperature and humidity map in Songliao Basin (according to HUANG Qing-hua，1999)

姚家組以常綠葉林為主，反映一種熱帶類型氣候的延續(xù)，姚二三段孢粉植被中針葉林含量逐漸增加，而常綠葉林逐漸減少，巖性中紅色泥巖發(fā)育，反映了古氣候已由濕潤(rùn)氣候變成半濕潤(rùn)亞熱帶氣候。嫩江組孢粉植被以針葉林為主，反映氣溫較姚家組時(shí)期有所升高，到嫩五段氣候逐漸變得干旱，為半濕半干氣候。四方臺(tái)組孢粉植被以草本植物為主，沉積主要為一套紅色碎屑巖沉積，此時(shí)氣候已變成干燥。明水組孢粉植被以針葉林為主，顯示出氣溫又下降，溫度有所增加，此時(shí)氣候由半干旱轉(zhuǎn)為半濕潤(rùn)氣候。

古地理環(huán)境：西斜坡油砂礦的形成與松遼盆地的發(fā)展演化密切相關(guān)，中生代伊始，太平洋板塊以北西方向持續(xù)向歐亞大陸板塊進(jìn)行俯沖作用，經(jīng)歷了中—晚侏羅世強(qiáng)烈構(gòu)造-熱事件之后，在晚侏羅世末期松遼盆地開始了伸展裂陷，構(gòu)造體制由左旋壓扭逐漸向伸展轉(zhuǎn)變，使大陸板塊處于強(qiáng)烈的拉伸狀態(tài)，在其內(nèi)部形成一系列的裂谷帶，松遼盆地是當(dāng)時(shí)一個(gè)典型的、規(guī)模較大的裂谷帶。這種拉伸作用沒能使基底地層被拉斷，沒有出現(xiàn)新的海洋，但形成了規(guī)模巨大的內(nèi)陸淡水湖泊。板塊碰撞的彈性反彈作用使湖底頻繁升降，湖水時(shí)深時(shí)淺，白堊紀(jì)時(shí)松遼盆地經(jīng)歷多次升降過(guò)程。不同時(shí)期的沉積環(huán)境形成一套特殊的巖石組合。

松遼盆地在晚白堊世青山口期湖面寬廣，水量充足而且水深，氣候溫暖潮濕，介形蟲、葉肢介等生物大量繁殖。盆地相對(duì)平靜期接受泥質(zhì)巖石沉積，隨著盆地沉降接受大量的生物遺體與粉砂質(zhì)碎屑混合物沉積，其后遇盆地平靜期接受泥質(zhì)碎屑沉積，形成烴源巖層。晚白堊世姚家期處于陸相三角洲前緣相沉積環(huán)境，形成了三角洲砂體。明水期—古近紀(jì)時(shí)期,烴源巖開始成熟并大量生烴, 烴類沿沉積盆地邊緣或構(gòu)造破裂面向和不整合面淺處運(yùn)移, 進(jìn)人淺部姚家期砂體中。運(yùn)移過(guò)程中到達(dá)地層淺處時(shí), 由于淺層地下水或地面大氣水將溶解的氧和微生物帶入，使原油發(fā)生明顯的生物降解、水洗、游離氧的氧化和輕質(zhì)組分的蒸發(fā), 迅速向重油演化, 在姚家期砂體中形成含油砂體。該含油砂體隨著湖盆的不斷沉降沉積物不斷加厚，含油砂屑的壓力、溫度不斷加大，使之逐漸固解成巖形成油砂。

4 結(jié)論

(1)鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)與研究區(qū)含油層位、含油層數(shù)、含油厚度等存在差異。油砂的埋藏深度由北西向南東逐漸加深，含油層厚度相對(duì)增加。

(2)通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)和研究區(qū)內(nèi)鉆孔巖心觀察，兩區(qū)沉積相基本一致，油砂儲(chǔ)集的優(yōu)勢(shì)微相均為三角洲相前緣亞相的河口壩微相和遠(yuǎn)砂壩微相。

(3)鎮(zhèn)賚大崗—西北溝復(fù)查區(qū)和研究區(qū)萜類化合物特征和甾烷化合物特征一致顯示研究區(qū)原油已經(jīng)進(jìn)入成熟—高成熟階段。