松辽盆地王府断陷埋藏史

柳成志,　葛晓峰,　齐东岩

(东北石油大学 地球科学学院, 黑龙江 大庆 163318)



松辽盆地王府断陷埋藏史

柳成志,葛晓峰,齐东岩

(东北石油大学 地球科学学院, 黑龙江 大庆 163318)

为研究松辽盆地王府地区油气的生、运、聚及成藏过程,根据王府断陷的构造特征及相关资料,采用泥岩声波时差法、镜质体反射率法、趋势分析法计算研究区火石岭组末期、营城组末期、嫩江组末期地层的剥蚀量,恢复研究区的埋藏史。结果表明:火石岭组沉积时期为断陷形成的初始时期,各地区沉积厚度不同;沙河子组—营城组沉积时期,表现为快速沉积和快速埋藏的特征;营城组末期地层反转抬升遭受剥蚀,剥蚀量具有东大西小的特征;登娄库组—嫩江组时期,具有较快速的沉积和埋藏特征;嫩江组末期,王府断陷一直处于抬升剥蚀状态，剥蚀剧烈,嫩三段以上地层普遍缺失。该结果为研究区油气评价提供了有益参考。

松辽盆地; 王府断陷; 埋藏史; 剥蚀量

0　引　言

地层剥蚀是沉积盆地中普遍存在的现象[1-2]。地层抬升剥蚀过程中,沉积物的成岩演化、排液作用及地温场等均发生改变,且改变程度与剥蚀量密切相关[3]。地层剥蚀量是恢复盆地埋藏史的一个重要参数。盆地的埋藏史分析是油气评价的重要组成部分,是研究油气的生、运、聚及成藏过程的基础和关键。因此,正确恢复地层的剥蚀量,进而恢复盆地埋藏史具有重要意义。

目前,王府地区已发现泉头组一段碎屑岩、沙河子组和火石岭组火山岩三套含气层系,初步形成了千亿方天然气储量规模,其中,以火石岭组原生气藏储量规模最大[4]。探明王府地区火石岭组天然气成藏机制,预测其他有利含气区带,恢复其埋藏史非常必要。以往学者对于埋藏史的研究,受资料数据的限制,无法验证其计算结果的准确性,而火石岭组末期的剥蚀量又因为勘探程度低而无法计算。笔者在前人研究的基础上,采用声波时差法、未被剥蚀地层厚度趋势延伸法、Dow镜质体反射率法计算火石岭组末期、营城组末期、嫩江组末期的剥蚀量,进一步完善了研究区的埋藏史,为研究区油气评价提供了有益参考。

1　研究区概况

王府断陷位于松辽盆地东南隆起区西北部(图1),断陷期发育南北两个洼槽,其中主要断陷区分布在断陷的西南部,是由三条主断层控制的具有双断结构性质的断陷,断陷走向为NE向，断陷期地层最大厚度超过4 000 m。总勘探面积约为3 500 km2,其中有效勘探面积为2 100 km2。受一系列近SN向及NE向断裂的控制,王府断陷从西至东发育三个构造带:山东屯构造带、小城子构造带和武家屯构造带。

王府断陷的构造演化经历了断陷期、断拗转换期、拗陷期、萎缩期四个阶段,形成下断上坳的双层沉积结构,沉积了侏罗系火石岭组、沙河子组、营城组、白垩系登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组(图2)。营城期末、嫩江期末的构造反转抬升作用使得地层剥蚀严重,并且在嫩江期末抬升以后一直处于隆起状态,未接受上白垩系、第三系沉积,只沉积了厚度不大的第四系沉积物。

图1　王府断陷地理位置

图2　王府断陷沉积环境及地层划分

Fig. 2Strata system and sedimentary characteristics of Wangfu fault depression

2　剥蚀厚度恢复原理

目前,恢复地层剥蚀厚度的方法有很多[5-10],如声波时差法、孔隙度法、压实法、邻层厚度比值法、沉积速率比值法、镜质体反射率法等。根据现有资料与王府断陷各不整合面的实际情况,采用泥岩声波时差法、Dow镜质体反射率法、趋势分析法计算地层的剥蚀厚度。 这里,计算所得数值并不是精确的剥蚀量,而是某个地层在一段时间内经过反复沉积、剥蚀得到的最大剥蚀量。

2.1声波时差法

声波时差法的基本理论分别由Magara、真柄钦次于1976年提出,其原理为:针对岩石声波时差随深度变化的标准指数关系并不因岩层遭受过剥蚀而发生改变的情况,对现有声波时差数据统计拟合,建立标准指数曲线;在有剥蚀的地区,当不整合面以上沉积物的厚度小于剥蚀厚度时,将不整合以下泥岩的压实趋势线上延至Δt0(古地表,一般取 650 μs/m),则古地表与不整合面之间的距离即为剥蚀厚度,如图3所示。

图3　声波时差法恢复地层剥蚀厚度原理

Fig. 3Principle of sonic time differerce method to restore eroded strata thickness

Magara声波时差法具有获取资料迅速、简便易行的特点,可用于剥蚀量较大而埋藏较浅的不整合面的剥蚀厚度估算。嫩江组末期剥蚀量较大,且埋深较浅,计算时声波时差取指数坐标,根据声波时差数据点拟合出一条直线,展现声波时差与深度间的标准指数关系,并延伸至古地表(一般取650 μs/m)来估算地层剥蚀量。

2.2Dow镜质体反射率法

Dow镜质体反射率法即根据不整合面上下相近地层的镜质体反射率(R0)差值估算剥蚀量,并利用图解的形式来确定的方法(图4)。将不整合面以下地层的R0剖面线穿过不整合面向上延伸到R0值与上伏地层底界面R0相等的深度点,该点与不整合面镜质体反射率变化常常是不连续的。由于连续沉积的地层R0的对数一般与深度呈线性关系,因此可以用图解的方式来恢复剥蚀量。与传统地质法相比，此法简单易行,且更具定量意义,被广泛应用于剥蚀量的恢复研究。但是,Dow镜质体反射率法未考虑到二次埋藏对R0的影响,所以恢复出的剥蚀厚度为地层的最小剥蚀厚度。

图4　镜质体反射率差值法恢复地层剥蚀厚度示意

Fig. 4Vitrinite reflectance difference method used to restore eroded strata thickness

2.3未被剥蚀地层厚度趋势延伸法

未被剥蚀地层厚度趋势延伸法又称地质构造法或地质外推法等。使用该方法的前提是:假设剥蚀前岩层的厚度均一或厚度变化均匀,根据厚度的变化推算剥蚀量。

地层厚度在横向上常有一定的变化规律,根据未剥蚀地层厚度及沉积边界(厚度为零)内插值或者根据未被剥蚀的两点地层厚度外插值可估算被剥蚀地层厚度(图5)。这种方法应用简便,有地震剖面即可,适用于勘探初期的新区,且可以全区域预测剥蚀量,不足之处在于,地层横向变化大或者地层非等厚沉积的区域,其误差及受人为影响较大。

图5　未被剥蚀地层厚度趋势延伸法原理

Fig. 5Principle of trend analysis used to restore eroded strata thickness

3　结果与讨论

3.1剥蚀量计算

3.1.1计算实例

自西向东选取松辽盆地王府断陷城8井、城深1井和王府1井,通过计算各井的火石岭组末期、营城组末期和嫩江组末期的剥蚀量来恢复埋藏史。文中根据不同井的实际情况选用的计算方法有所不同。如城8井火石岭末期剥蚀量采用镜质体反射率法恢复,结果如图6所示;城深1井嫩江组末期的剥蚀量采用声波时差法恢复,如图7所示;王府1井火石组末期剥蚀情况采用趋势延伸法恢复,如图8所示。

图6　镜质体反射率法恢复城8井火石岭末期剥蚀量

Fig. 6Denudation of Late Huoshiling formation of Cheng 8 well with vitrinite reflectance difference method

图7　声波时差法恢复城深1井嫩江末期剥蚀量

Fig. 7Denudation of Late Nengjiang formation of Chengshen 1 well with sonic time difference method

图8　趋势延伸法恢复王府1井火石岭组末期剥蚀量

Fig. 8Denudation of Late Huoshiling formation of Wangfu 1 well with trend analysis method

3.1.2计算结果

王府断陷城8井、城深1井和王府1井地层剥蚀量计算结果如表1所示。从城深1井的恢复结果中可以看出,使用声波时差法与镜质体反射率法恢复的嫩江期末的剥蚀量,分别为1 020与1 044 m,两者相差24 m;使用镜质体反射率法与趋势线分析法恢复的营城期末的剥蚀量,分别为268 与271 m,两者相差3 m;从王府1井的恢复结果中可以发现,使用声波时差法与镜质体反射率法计算嫩江期末的剥蚀量,结果分别为748与678 m,两者相差70 m;使用镜质体反射率法与趋势线分析法计算火石岭期末剥蚀量,结果分别为128与133 m,两者相差5 m;而城8井的恢复结果中,每个不整合面只使用一种计算方法。对比城深1井与王府1井各不整合面的剥蚀恢复结果可以看到,不同方法恢复同一地层剥蚀量的误差均在可以接受的范围内,说明此次剥蚀厚度恢复使用的方法较为合理,结果具有一定的准确性。在最终结果的选取上,由两种方法计算的,取两种方法的平均值,一种方法计算的则保留该计算结果。

表1地层剥蚀量计算结果

Table 1Result of denudationsm m

从表中还可看出,三口井的火石岭组末期剥蚀量相对于营城期末与嫩江期末较小,甚至城深1井的剥蚀量不足100 m,有些地区在地震剖面上很难观察到剥蚀的现象,而且剥蚀量从城深1井到城8井逐渐增大,可见,在火石岭期末地层的抬升具有地区性,且抬升幅度东部大(城8井剥蚀量为258 m)西部小(城深1井与王府1井剥蚀量分别为70 m与130 m),有些地区未见抬升;在营城期末全区地层反转抬升遭受剥蚀,城深1井与王府1井的剥蚀量均大于250 m,且王府1井的剥蚀量大于城深1井。由地震剖面也可以看到剥蚀削减的现象,城8井由于在火石岭组期末后一直处于抬升剥蚀状态导致沙河子组与营城组整体缺失。东部的抬升剥蚀要比西部剧烈,从嫩江期末开始,王府断陷就一直处于抬升剥蚀状态,剥蚀量普遍大于600 m,城深1井的剥蚀量超过1 000 m,王府1井与城8井的剥蚀量分别为713与639 m,整体表现为西部剥蚀量大于东部。

3.2单井埋藏史图

根据各井的各不整合面的剥蚀量,恢复城深1井、王府1井和城8井的单井埋藏史图,如图9所示。

从以上三井的埋藏史图可以发现,虽然各有特点,但整体规律却非常明显。火石岭组沉积时期是断陷形成的初始时期,各井的沉积厚度不同,在火石岭组沉积末期局部地层抬升,抬升幅度从西至东逐渐变大;沙河子组—营城组时期,具有快速沉降、快速沉积和快速埋藏特征;营城组末期整体抬升遭到剥蚀,地层缺失和剥蚀自西向东逐渐增大;登娄库组—嫩江组时期表现为较快的沉积和埋藏,在嫩江组末期地层的抬升导致地层缺失和剥蚀,由东向西逐渐增大;由于王府地区在嫩江期末后一直处于抬升剥蚀状态,嫩三段地层普遍缺失,没有沉积古近系与新近系地层,由第四系直接覆盖在嫩三段或嫩二段之上;姚家组以下的地层保存相对完整。

图9　王府断陷埋藏史

4　结　论

(1)松辽盆地王府断陷石岭期末地层局部抬升,西部抬升小东部抬升大,东部的剥蚀量要大于西部;营城期末地层整体反转抬升,且同样显示出东部剥蚀大于西部剥蚀的规律;嫩江期末由于一直处于抬升剥蚀的状态,剥蚀现象剧烈,表现出西部剥蚀大于东部剥蚀的特征。

(2)王府断陷各时期地层均具有快速沉积和快速埋藏的特征。在营城期末与嫩江期末地层由构造运动反转抬升遭受剥蚀,且在嫩江期末后一直处于抬升剥蚀状态,嫩三段以上地层普遍缺失,姚家组以下地层保存较完整,无沉积古近系与新近系地层,由第四系直接覆盖在嫩三段或嫩二段之上。

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(编辑荀海鑫)

Burial history of Wangfu fault depression in Songliao Basin

LIUChengzhi,GEXiaofeng,QIDongyan

(School of Geosciences, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

Aimed at investigating the hydrocarbon generation, expulsion, migration and accumulation in Wangfu area in Songliao Basin, this paper, based on the geological structure and the available data of Wangfu fault depression and using the sonic time difference method, the vitrinite reflectance difference method, and the trend analysis method, introduces a calculation of denudation amount in the Late Huoshiling formation, the Late Yingcheng formation and the Late Nenjiang formation in order to rebuild the buried history of study area. The results indicate that the Huoshiling formation is marked by the sedimentary period, classified as the initial period of the Wangfu fault depression in which the sedimentary thickness varies with regions； the sedimentary period ranging from Shahezi formation to the Yingcheng formation is characterized by a fast deposition and fast burial; the Late Yingcheng formation is distinguished by the denudation produced by stratigraphic inversion and uplift， resulting in a greater denudation in the east than in the west; the period from the Denglouku formation to the Nengjiang formation features a faster deposition and burial; and the Late Nenjiang formation is followed by the occurrence of the constantly violent denudation to which the Wangfu fault depression is subjected, due to uplift and denudation, and a widespread absence of the formation above Nen 3. The research could give a useful reference for the hydrocarbon appraisement of the study area.

Songliao Basin; Wangfu fault depression; burial history; recovery of denudation

2013-07-20

柳成志(1962-),男,吉林省榆树人，教授,博士,研究方向:火山岩、油气成藏与保存条件，E-mail:lchzhdq@vip.sina.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.05.019

P618.13

1671-0118(2013)05-0482-05

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