虎林盆地成藏动力学过程研究

杨家义，孟元林，周新桂，王丹丹，张文浩，杨 威，吴 琳，祝恒东

(1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中国地质调查局 油气资源调查中心，北京 100083)

虎林盆地成藏动力学过程研究

杨家义1，孟元林1，周新桂2，王丹丹2，张文浩2，杨 威1，吴 琳1，祝恒东1

(1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中国地质调查局 油气资源调查中心，北京 100083)

为了进一步弄清虎林盆地生排烃过程，指导下一步油气勘探。基于前人对虎林盆地研究基础上，综合利用了地质、地球物理、地球化学等方法及油气盆地数值模拟技术恢复了虎林盆地成藏动力学过程。结果表明：在虎三段沉积时期，研究区主力烃源岩大部分在达到半成熟，有的甚至成熟，油气开始初次运移，在虎三段沉积后的一次构造中开始发生二次运移。因为盆地此时构造最终定型，油气聚集，形成稳定的油气藏，直至现今。

虎林盆地：成藏动力学；盆地模拟；油气运移

在传统石油地质学理论指导下的油气田勘探，主要是通过生、储、盖、运、圈、保的评价和研究，寻找油气聚集的有利地区和有效的圈闭，基本是一种静态的研究方法。但随着勘探难度的增加，现在人们越来越注重油气生成、运移和聚集过程的动态研究，用成藏动力学的理论指导油气田勘探[1]，通过各成藏要素的动态研究和相互之间匹配关系的探讨，确定有效的圈闭，以进一步提高勘探成功率，对于虎林这类勘探程度不高的含油气盆地，更具有现实意义。

1 区域地质概况

虎林盆地位于黑龙江省的东部,是在老爷岭隆起带东缘与宝清过渡带的基础上形成和发育的中新生代沉积盆地,面积约6 500 km2。虎林盆地在古生界变质基底及前寒武系结晶基底之上，共充填4套沉积序列，自下而上分别为上侏罗统裴德组(K1p)、七虎林组(K1q)，下白垩统下云山组(K1xy)、上云山组(K1sy)、珠山组(K1z)，局部地区发育上白垩统东山组(K1ds)地层，古近系虎林组(E3h)，新近系富锦组(N1f)、道台桥组(N2d)和第四系(Q)。虎林盆地从北向南可划分为云山坳陷、迎春隆起、七虎林河坳陷、中央隆起带、穆棱河坳陷、兴凯湖坳陷、金银库隆起、南部边缘凸起8个二级构造单元[2-4]。其中七虎林河坳陷的生烃潜力最大，是勘探的主要目标区域[3]。

2 虎林盆地排烃门限和排烃史分析

根据排烃门限理论[5-7]，应用生烃势指数(S1+S2/TOC)与深度的关系图，计算出了虎林盆地的排烃门限深度为1 000 m，对应的排烃门限Ro值为0.55%(图1)，在排烃门限研究的基础上，应用盆地模拟技术，恢复了七虎林断陷的埋藏史、地热史，确定了相应的排烃时间(图2)。图中Ro≥0.55%的时空域，就是油气初次运移的时空域，由图可见，虎林盆地在虎林组沉积时期开始排烃。

图1 虎林盆地排烃门限

图2 虎林盆地虎2井排烃史

3 成藏史模拟与成藏动力学过程动态分析

通过对七虎林河坳陷的地震剖面分析，应用我们具有知识产权的盆地模拟系统和成岩作用数值模拟系统[5,8-11]，模拟了七虎林河坳陷的埋藏史(构造发育史)，生烃史、成岩史、烃产率史、盖层发育史和成藏史(图3～8)，在此基础上定量研究其成藏动力学过程。如下可明显地看出虎林盆地构造发育大致经历了4个大的阶段[11](见图3)：断陷初始阶段(K1)；断陷发育阶段(Eh1)；坳陷发育阶段(Eh2)；坳陷充填萎缩阶段(Eh3)。

下白垩统和虎一、二段沉积时期，仅有少数油气生成，故不做详细说明。

在虎三段沉积时期，虎三段和虎二段大部分地层烃源岩有机质未成熟，储层处于早成岩阶段A期，盖层排替压力最高可达1 MPa以上，已具封闭能力。在凹陷边部下白垩统地层，虎一段大部分地层有机质处于半成熟阶段，有机酸开始生成，溶蚀储层形成次生孔隙；但储层处于早成岩阶段B期，成岩作用仍以胶结作用为主，发育早期胶结相；虎一段底部地层盖层排替压力Pd介于1～2 MPa，具备较好的盖层封闭能力。在盆地深凹地区下白垩统上部和虎一段底部有机质处于低成熟—成熟阶段(图4)，烃源岩进入生油门限，开始生烃，生烃率>35 mg/g Corg(图5)，成岩强度介于早成岩阶段B期和中成岩阶段A1亚期(图6)，盖层排替压力Pd>2 MPa(图7)，除了毛细管封闭以外，还具备烃浓度封闭以及超压封闭。在盆地深凹区，下白垩统部分烃源岩有机质Ro≥0.7%，进入大量生烃的成熟阶段，生烃率>60 mg/g Corg；储层处于中成岩阶段A2亚期，主要发育中期溶蚀相；盖层排替压力>2 MPa，具有良好的封闭能力。值得注意的是，虎一段底部烃源岩Ro≥0.55%，进入排烃门限(图8)，开始排烃，油气进入附近砂体，开始形成油气藏。

图3 虎林盆地94-H7测线剖面构造发育史 图4 虎林盆地94-H7测线剖面有机质演化史 图5 虎林盆地94-H7测线剖面生烃史

图6 虎林盆地94-H7测线剖面成岩史 图7 虎林盆地94-H7测线剖面盖层发育史 图8 虎林盆地94-H7测线剖面成藏史

在新近系沉积时期，大多数继承了虎三段沉积时期，虎一段烃源岩Ro>0.55%，处于排烃门限之下，油气大量排出，排烃时期与构造定型期匹配良好，油气藏开始大规模形成，虎一段生成的油气源源不断地充注在附近的岩性圈闭、地层圈闭和构造圈闭中。

现今，虎三段大部分地层及其以上地层Ro<0.35%，烃源岩有机质未成熟，储层处于早成岩阶段A期，盖层排替压力最高可达1 MPa以上，已具封闭能力。在凹陷边部下白垩统地层，虎一段大部分地层及虎二段地层有机质处于半成熟阶段，Ro=0.35%～0.5%，有机酸开始少量生成，形成次生孔隙，但成岩作用仍以胶结为主，发育早期胶结相。虎一段底部地层盖层排替压力Pd介于1～2 MPa，具备较好的盖层封闭能力。在盆地深凹地区下白垩统顶部和虎一段大部分地层有机质处于低成熟—成熟阶段，Ro=0.5%～0.7%(图4)，烃源岩进入生油门限，开始生烃，生烃率>35 mg/g Corg(图5)，成岩强度介于早成岩阶段B期和中成岩阶段A1亚期(图6)，盖层排替压力Pd>2 MPa，除了毛细管封闭以外，还具备烃浓度封闭以及超压封闭。在盆地深凹区，下白垩统大部分烃源岩有机质Ro≥0.7%，进入大量生烃的成熟阶段，生烃率>60 mg/g Corg；在油气大量生成的同时，生成有机酸和CO2，溶于水，形成酸性热流体，溶蚀储层中的铝硅酸盐长石和碳酸盐胶结物，形成次生孔隙，储层处于中成岩阶段A2亚期，主要发育中期溶蚀相；盖层排替压力Pd>2 MPa，具有良好的封闭能力。烃源岩Ro>0.55%，处于排烃门限之下，油气大量排出，排烃时期与构造定型期匹配良好，油气藏开始大规模形成，虎一段生成的油气源源不断地充注在附近的岩性圈闭、地层圈闭和构造圈闭中。

4 结 语

古近系沉积后期，即虎三段沉积时期，受区域上挤压运动的影响，进入萎缩阶段，在盆地内形成了一些逆断层和反转断层，构造最终定型。虎林盆地的排烃门限深度为1 000 m，对应的排烃门限Ro值为0.55%，虎林盆地虎林组烃源岩在虎林组沉积时期开始排烃。在虎三段沉积时期，盆地的生储盖条件已渐成熟。在虎三段沉积后，新近纪之前开始抬升，油气开始进行二次运移。

[1] 龚再升，李思田.南海北部大陆边缘盆地油气成藏动力学研究[M].北京：科学出版社，2004.

[2] 曹成润,刘正宏,王东坡. 黑龙江省东部虎林盆地断块构造特征及其运动学规律[J].长春科技大学学报, 2001,31(4):340-344.

[3] 张渝金.虎林盆地七虎林河坳陷油气地质条件分析[D].吉林：吉林大学.2010.

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[10] 石广仁.油气盆地数值模拟方法(第三版)[M].北京：石油工业出版社，2004.

[11] 高艳芝. 虎林盆地构造特征及其与油气的关系[D].北京：中国地质大学(北京),2010.

Dynamical Studies of Hydrocarbon Accumulation in Hulin Basins

YANG Jiayi1, MENG Yuanlin1, ZHOU Xingui2, WANG Dandan2, ZHANG Wenhao2,YANG Wei1, WU Lin1, ZHU Hengdong1

(1.CollegeofEarthScience，NortheastPetroleumUniversity,Daqing,Heilongjiang163318,China;2.OilandGasResourcesResearchCenterofChinaGeologicalSurvey,Beijing100083,China)

To further understand the process of hydrocarbon generation and the expulsion in Hulin basin to guide the next hydrocarbon exploration, the author, on a revious study of Hulin Basin, makes full use of comprehensive methods to study geology, including geophysics, geochemistry and basin numerical modeling to restore the process of hydrocarbon accumulation in Hulin basin. The results show that, during the deposition period of Hu Sanduan formation, most of the main source rocks in the area are semi-mature. Some are even mature, and the primary migration of oil and gas will begin with the secondary migration occurred in a tectonic phase after Hu Sanduan formation sedimentary deposits. Because the basin is at this time to be constructed in final shape, hydrocarbon accumulation keeps its formation of stable reservoirs until now.

Hulin basin；Process of hydrocarbon accumulation；Basin modeling；Hydrocarbon migration

2017-05-25

国家自然科学基金项目(U1262106，41572135)；国土资源部中国地质调查局项目(12120115001701)；“十三五”国家科技重大专项(编号：2016ZX05046-001-006)

杨家义(1992-)，男，江西九江人，在读硕士研究生，研究方向：矿产普查与勘探，手机：13936885970，E-mail:1327479493@qq.com；通讯作者：孟元林(1960-)，男，教授，博士生导师，研究方向：石油地质，E-mail：QHDMYL@163.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.001