松辽盆地深层古前陆盆地地层特征及其油气勘探意义.pdf

第31卷 第6期成都理工大学学报(自然科学版)Vol.31No.62004年12月JOURNAL OF CHENGDU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(Science&Technology Edition)Dec.2004文章编号 167129727(2004)0620582204松辽盆地深层古前陆盆地地层特征及其油气勘探意义收稿日期 2004207208基金项目国家自然科学基金(40373005)、四川省构造地质重点学科建设基金(SZD0408)、四川省杰出青年基金(03ZQ0262046)及四川省学术和技术带头人培养基金(2200336)联合资助项目作者简介李忠权(1965-),男,博士,教授,主要从事石油构造地质研究工作.(E2mail:lizq cdut.)李忠权1 萧德铭2 侯启军2 潘 懋3 郭冀义2 冯志强2 任延广2 朱德丰2(1.成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,成都610059;2.大庆油田有限责任公司;3.北京大学地球与空间科学学院)摘要松辽盆地是中国最大的石油生产基地,也是目前世界上已发现特大油田、油气资源最为丰富的非海相沉积盆地。根据最新的研究成果,松辽盆地深层存在一套早中生代(T3-J1+2)含煤和火山岩的古前陆盆地沉积。这套地层的发现对松辽盆地深层油气勘探,特别是天然气勘探有着极其重要的意义。关键词松辽盆地;深层;古前陆盆地;地层特征;油气勘探分类号 TE121.1文献标识码 A 松辽盆地有无早中生代(T3-J1+2)地层沉积,一直是一个有争议的问题。过去,人们一直认为东北地区(包括华北大部分地区)自二叠纪末地槽褶皱回返造山之后,直至早侏罗世,一直处于隆升剥蚀状态,没有三叠 早中侏罗世地层沉积。但近年来,吉林省区调队在汪清、双阳等地,发现了一套不整合在石炭 二叠系之上,厚达1 4392 464 m的地层,其中产植物化石,经南京古生物所鉴定,属晚三叠世;在那丹哈达岭地区发育晚三叠世-早侏罗世蛇绿岩及晚三叠世-晚侏罗世早期的构造2沉积混杂岩。辽宁区调队在林西一带,在原定为晚二叠世地层中也发现了三叠纪化石。由此可见,东北地区在某些地域是存在晚三叠世沉积地层的。郭成铠(1985)曾推测在松辽盆地深凹陷中有可能也赋存三叠纪地层,只是由于中侏罗世末燕山运动的改造,其盆地性质多属残留盆地,原型盆地已很难恢复。1 松辽盆地早中生代地层出露特征1.1 松辽盆地东侧根据全国地层多重划分对比研究成果东北区区域地层(王友勤、苏养正、刘尔义,1997)可以发现,在松辽盆地东侧,从晚三叠世开始,就零星发育一些陆相盆地沉积,如长春南部的双阳盆地、九台县的卢家盆地和磐石县的烟筒山盆地。其特点是:(1)这类盆地一般均叠置在晚古生代裂陷槽上(具叠合盆地性质)。(2)盆地呈近EW和NW向的线状残留小盆地形式出现(具残留盆地性质)。(3)均坐落在槽台边界上(即造山带与前陆之间),受深大断裂控制(具有前陆盆地性质)。现以双阳盆地为例,将松辽盆地东侧晚三叠-早中侏罗世地层沉积特征介绍如下:a.大酱缸组(T3)不整合于晚古生代地层之上、早侏罗世板石顶子组之下,由一套湖沼相的砾岩、砂岩和粉砂岩夹煤层组成;厚度大于1 000 m。建组剖面上部火山物质增加,常有晶屑凝灰岩和凝灰质砾岩出现。大酱缸组地表出露有限,在吉林省磐石县烟筒山盆地也为一套湖沼相含煤沉积,厚达千余米。在吉林省桦甸县的白水滩、东丰县的小四平也发现了一些晚三叠世地层。b.板石顶子组(J1)板石顶子组仅出露于双阳盆地南部板石顶子东,大酱缸至柳树河子北部一带,面积约7 km2,厚312654 m,主要为一套由粗至细的碎屑岩组成,产植物化石。c.太阳岭组(J2)主要出露在吉林省双阳盆地太阳岭、裤裆沟及柳树河子一带,面积10 km2,厚182794 m。由砾岩、中细粒砂岩夹粗砂岩、薄层砾岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。产锥叶蕨2拟刺葵植物群化石。1.2 松辽盆地西侧在松辽盆地西侧,有不少早、中侏罗世沉积地层分布。据调查,早、中侏罗世陆相含煤和火山岩的碎屑岩地层主要分布于漠河盆地、海拉尔盆地、二连盆地、松辽盆地中的白城地区、大兴安岭南段及西坡地区,其空间展布特征表现为主要集中在两个带上,其一是北自漠河经海拉尔至二连(NE-NNE向),其二是西起二连东经开鲁至辽源(NEE-近EW向)。岩性大体相同,为火山岩2含煤岩系沉积。从岩性特征和分布状况来看,明显受古构造控制,特别是受内蒙地轴北侧东西向深断裂和海拉尔-二连北东向深断裂的控制,推测在松辽盆地中央坳陷区的深凹陷中也会有早、中侏罗世地层赋存(郭成铠,1985)。松辽盆地西侧出露的典型例子是白城市洮南县万宝 红旗盆地,它是吉林省西部重要产煤基地,其早、中侏罗世地层有红旗组、万宝组、呼日格组,为一套含煤陆源碎屑岩建造夹火山岩、火山碎屑岩沉积。a.红旗组(J1)红旗组主要发育于红旗煤矿-碱土一带,不整合于古生代变质火山岩之上,被万宝组整合覆盖。底部为一套灰白色砾岩夹薄层砂岩,其中砾石磨圆度较好,上部为砂岩、粉砂岩、泥岩夹数层煤组成。整套地层大部分为湖沼相深灰色粉砂岩、泥岩夹砂岩、含多层薄层、中厚层煤层,总体上为一向上变细的正旋回,含丰富的植物化石及少量瓣鳃类化石,厚度500700 m。杨学林等1982年对万宝地区植物化石研究确定,红旗组时代为早侏罗世,任延广等(1998)在红旗二井井下和碱土村冲沟内样品中发现大孢子,以三缝大孢(Trileitessp.)为主,进一步证实红旗组属下侏罗统。b.万宝组(J2)万宝组的分布较红旗组更为广泛,除万宝 红旗盆地外,向西南还见于内蒙古扎鲁特旗西沙拉、联合村、克旗黄岗梁、片朴营子、永和营子、小牛群等零星小盆地;向西北在大兴安岭主峰东西两侧的牙克石、扎兰屯也有万宝组(原太平川组、南平组)组成的零星小盆地。在万宝 红旗盆地,万宝组下部以灰色砾岩、砂砾岩为主,中部为灰色、灰白色中粗粒砂岩夹粉砂岩及煤层,上部为灰色、灰黑色细粉砂岩、凝灰质砂岩夹煤层。本组产丰富的植物化石,包括苔藓类、节蕨、真蕨、苏铁、银杏、松柏类等,与华北植物群、俄罗斯中亚地区和英国约克植物群相似,因此时代确定为中侏罗世(杨学林等,1982)。而在扎鲁特旗、克什克腾旗等小盆地,主要为一套灰黄色、灰绿色砂砾岩、砂岩、粉砂岩夹页岩组合,含不稳定的煤层及煤线,厚200700 m。c.呼日格组(J2)呼日格组主要由火山岩及少量沉积岩夹层组成,成分以酸性火山岩为主。据突泉县解放屯实测剖面,可分为上下两段,厚度大于451.5 m。下部为绿色、灰紫色、灰白色流纹质凝灰岩夹灰色凝灰质砂岩,上部为以厚层状灰白色凝灰质砾岩为主,其上为凝灰质砂岩夹灰白色、灰紫色流纹质晶屑凝灰岩。本组产植物化石,时代确定为中侏罗世。由上述资料可以看出,早中生代地层(T-J1+2)在东北及松辽盆地盆缘地区都有出露,其岩性主要为一套陆相含煤和火山岩的碎屑岩地层。这与盆地内徐深1井钻探到的、现认为时代属早中生代(T-J1+2)的“凹中隆”地层岩性特征相一致,也与盆地内的早白垩世的沙河子组、营城子组的岩性特征很相似。这在盆地内钻井地层分层时要特别注意,切忌将早中生代地层作为沙河子组、营城子组。根据野外地质调查可知,现在出露的早中生代地层(T-J1+2)都是一些零星残留地层,但在松辽盆地这样的大型沉降单元中,有可能还保留有相对完整的早中生代(T-J1+2)地层沉积,这对松辽深层天然气勘探十分有利。2 松辽盆地深层早中生代地层特征过去有人认为松辽盆地深层也存在早中生代地层,但在地震和钻井方面一直没有找到直接证据。近年来,随着勘探程度的深入,发现很多在地震剖面上解释为基底的“浅变质岩”,通过钻井发385第6期 李忠权等:松辽盆地深层古前陆盆地地层特征及其油气勘探意义现实际是一套含煤碎屑岩夹火山岩地层(如乌1井、富63井、升深6井)。这就是说,在断陷盆地之外,过去认为是基底的“浅变质岩”的东西,有一部分可能是含煤碎屑岩沉积,对此现象我们作何认识呢?2.1 盆地地层结构模式的认识按叠合盆地的观点,过去对松辽盆地结构单元的认识是:在C-P之上叠合的是一个个孤立的J3-K1的断陷盆地,在断陷盆地之上又叠合了登娄库组(K1d)以来的大型坳陷盆地,因此按这种认识,在断陷盆地之外钻遇的应是C-P“浅变质岩”(图1)。图1 前人对松辽盆地结构单元叠置关系认识模式图Fig.1The former model of structural unitssuperimposition in Songliao Basin但近年来,通过对已有钻井及地震资料的深入研究,特别是通过对最新完成的6条15 s松深2 大剖面的重新解释研究,结合区域构造动力学背景及松辽盆地构造动力学环境演化特点,对松辽盆地深层认识取得了新的突破,即发现在深层J3-K1断陷盆地之下还有一期晚三叠世至早、中侏罗世的古前陆型原型盆地存在。根据松深2 地震大剖面揭示的盆地叠置关系可以发现,在石炭-二叠系褶皱基底之上发育了三期经过一定程度改造的原形盆地的叠合,即三叠 早、中侏罗世的古前陆型盆地原型、晚侏罗-早白垩世的断陷盆地原型及早白垩世晚期(登娄库组)以来的坳陷盆地原型(图2)。从图2可以看到,松辽盆地深层在C-P之上发育了一套晚三叠世至早、中侏罗世的含煤碎屑岩夹火山岩沉积。根据这套沉积东端(剖面右侧)在地震剖面上表现为控盆边界断裂为逆断层、并且紧邻印支期造山带 小兴安岭和张广才岭这些特点,我们认为T-J1+2应属前陆型盆地沉积;J3-K1断陷盆地除了过去认为的可叠置在C-P之上,还可叠置在T-J1+2这套地层之上。从目前地震剖面揭示的深层构造特征看,T-J1+2这期盆地沉积已发生了构造变形,其盆地原型已遭到了破坏,要完全恢复其盆地原型有一定难度。2.2 在其他地震剖面上表现出的构造几何特征关于前陆盆地的几何特征及盆地边缘结构在松深2 地震大剖面、兰西工区、宋站工区二维剖面和汪家屯三维地震剖面上都较清晰,其东界、北界在兰西工区东西向的126线、128线、130线、132线、134线、137线、139线、141线、143线 及南北向的562线、564线、568线上都表现得非常清晰(斜交型前积反射结构);其西界在汪家屯三维地震剖面上也表现得比较清楚(上超角度不整合)。南界在徐家围子522线上也有显示(上超角度不整合)。其精确的盆地几何边界还需进一步工作来落实。3 油气勘探意义据Brooks(1990)对世界范围内的10种不同类型的含油气盆地原型进行的研究发现,前陆盆地的油气储量占总储量的45%。在松辽盆地深层发现古前陆盆地,不仅对今后大庆深层天然气勘探具有重大意义,对整个东部地区盆山耦合研究都有借鉴意义。实际上,在东部早中生代出现古前陆型盆地是有其深刻的地质内涵的,根据现有认识,中生代晚期-新生代(J3-E),在中国东图2 据松深2 大剖面揭示的松辽盆地结构单元叠置关系图Fig.2The model of structural units superimposition in Songliao Basin based on Songshen2seismic cross2section interpretation485成都理工大学学报(自然科学版)第31卷部地区主要是拉张构造动力学环境,而西部则是挤压构造动力学环境,因此东部以断陷-坳陷等一系列伸展性盆地为主,而西部则以前陆型的挤压性盆地(川西、准噶尔盆地南缘)为主。但是,在中生代早期(T-J2),有资料表明东部主要表现为挤压(印支期板内造山),而西部则出现拉张,因此在当时的东部出现古前陆型盆地是有其动力学背景的。根据目前研究情况看,深层前陆型原型盆地的发现,对大庆深层天然气勘探有如下意义:a.首先在理论上理清了松辽深层不只是简单断陷盆地的问题,而是断陷、前陆、类克拉通等多期盆地叠合的问题。因此要用叠合盆地的理论知识来综合分析深层地质问题,从而更好地指导深层油气的勘探与开发。b.在勘探战略上为下一步松辽深层天然气勘探找到了一个新的勘探方向。以前我们对松辽深层的认识是C-P以上仅存在小块的、零星分布的J3断陷盆地,将深层一系列地质问题的处理、解释都是用单一的断陷盆地模式来认识;但随着勘探程度与精度的提高,这一理论基础似乎对越来越多的勘探实践中遇到的一些地质问题不能做出很好的解释。例如随着勘探程度的深入,发现很多所谓的“火石岭、沙河子、营城组”火山碎屑岩地层并不完全受断陷盆地的控制(如乌1井、富63井、升深6井),且在地震剖面上还有一些不具有断陷沉积特征的地质体(如徐深1井的凹中隆),钻井前都把它作为火山垄或基底老地层处理,但实际钻探后是一套巨厚的含煤碎屑岩沉积,在地震剖面上可以清楚地看到它们与断陷期、坳陷期是分属不同构造层的东西,是多期盆地的产物。c.对深层天然气的生成、运移、成藏有了一个更合理的认识。以前仅认识到了松辽深层天然气来自深层断陷盆地,而没有认识到在这之前还有一期古前陆型盆地,因此对很多天然气的物质来源、成藏机理等认识考虑仅限于J3零星分布的小断陷。d.对深层天然气的正确评价具有十分重要的意义。前陆型盆地的发现至少在深层又多出了一套前陆型生储盖组合系列。以前对深层天然气的评价只考虑了断陷盆地(J3)的贡献,而没有认识到前陆盆地的贡献,实际上前陆盆地含煤碎屑岩的分布范围及地层厚度远较J3断陷期大得多,因此其资源贡献也大得多。e.对今后地震剖面的正确处理与合理解释提供了新的思路。f.为松辽盆地深层新建地层序列提供了理论基础。参考文献1李忠权,萧德铭,侯启军,等.松辽盆地深层古前陆盆地的发现及其天然气地质意义J.地质通报,2002,21(10):689-690.2赵文智,张光亚,王红军,等.中国海相石油地质与叠合含油气盆地 M.北京:地质出版社,2002.196-214.Palaeo2foreland basin formation characteristics and gas2oilexploration significance in deep2seated Songliao Basin,ChinaLIZhong2quan1,XIAODe2min2,HOUQi2jun2,PANMao3,GUOJi2yi2,FENGZi2qiang2,RENYan2guang2,ZHUDe2fen2(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,China;2.Daqing Oilfield Limited Cooperation,CNPC,China;3.Deptartment of Geology,Peking University,China)Abstract:The Songliao Basin is the largest petroleum production base in China.It is also a nonmarinedepositional basin with the most abundant oil and gas resources that has been found in the world today.According to the latest researches,there is a set of Mesozoic(T3-J1+2)palaeo2foreland basin deposits inthe deep2seated Songliao Basin,which are composed of detrital rock,coal and volcanic rock.With thesepalaeo2foreland basin deposits discovered,the oil2gas exploration,especially natural gas exploration in deep2seated Songliao Basin,becomes more and more prospective.Keywords:Songliao Basin;deep2seated;palaeo2forelandbasin;formationcharacteristics;oil2gasexploration585第6期 李忠权等:松辽盆地深层古前陆盆地地层特征及其油气勘探意义