松辽盆地南部九佛堂组烃源岩特征及与油气富集的关系

程 建，段铁军，向 洪，宋在超，韦庆亮

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126；2.中国石油 吐哈油田分公司 工程技术研究院 压裂酸化研究所，新疆 吐鲁番 838202)

松辽盆地南部下白垩统断陷群具有相似的盆地结构、沉积充填特征和油气成藏条件[1-2]，下白垩统九佛堂组烃源岩有机质丰度普遍较高、类型较好，且具有低演化程度背景。该区断陷群分割性强，油气成藏条件复杂，油气富集程度差异性很大，历经多年油气勘探，已实现多点突破，在陆家堡、奈曼、张强、钱家店和彰武等断陷已发现并建成中小型油气田，但广大低勘探程度地区虽偶见油气流，却始终未取得实质性进展，油气勘探近乎停滞。

本文重点分析彰武、昌图2个断陷九佛堂组烃源岩的地球化学特征，结合其他断陷烃源岩特征对比分析，旨在进一步分析总结松南地区油气差异富集的影响因素，为该地区油气勘探提供参考。

1 区域地质概况

松辽盆地南部发育多个中、新生代断陷盆地，受NE向嫩江—八里罕断裂、依兰—伊通断裂和EW向赤峰—开源断裂、西拉木伦河断裂4条大断裂控制，具有“南北分区、东西分带”的特征(图1)：西部断陷走向近NNE，多为箕状，规模较大，如陆家堡、莽汉和奈曼断陷；东部断陷走向近SN，多表现为双断或多边界断层控制的特征，规模相对西部较小，如张强和昌图断陷；南部断陷规模小、走向不一致，缺失下白垩统上部—上白垩统地层，与其他断陷形成显著差异，如彰武断陷。彰武断陷为东断西超的箕状断陷，面积约150 km2，主要发育断陷层地层，坳陷层基本缺失[3-6]；昌图断陷面积2 500 km2，具有断坳双层结构[7-10]。

前期研究和勘探实践表明，松南断陷群发育阜新组、沙海组和九佛堂组3套有效烃源岩，九佛堂组为全区主力生油层系。

2 九佛堂组烃源岩地球化学特征

2.1 有机质丰度

前人研究认为，松南地区九佛堂组烃源岩生烃能力明显优于沙海组及阜新组，是该区油气成藏的主要贡献者[11]。因此本文只针对九佛堂组烃源岩特征开展研究。

针对松南地区陆相湖盆背景，根据陆相烃源岩划分标准[12-14]，选取有机碳质量分数和“氯仿沥青“A”作为评价有机质丰度的指标。统计结果显示几个重点断陷烃源岩有机质丰度均较高，已达到好—很好烃源岩标准(表1)。其中陆家堡断陷TOC为全区最高，陆参1井TOC达到了3.42%，张强断陷和昌图断陷TOC分别为1.99%和2.2%，彰武断陷TOC达到3.5%；氯仿沥青“A”值高低不一，低氯仿沥青“A”值应是受有机质低演化程度影响。

图1 松辽盆地南部断陷群分布Fig.1 Depressions in the southern Songliao Basin

断陷名称有机质丰度w(TOC)/%氯仿沥青“A”/%有机质类型代表钻井油气发现情况茫汉1.200.078II来1、图1、哲参2、洪1有低产气流东大坝3.000.014 04Ⅱ1坝参1有显示八仙筒0.860.001 35Ⅲ仙参1有显示东胜1.060.013 76Ⅱ东胜1有显示昌图2.200.164Ⅰ,Ⅱ1-Ⅱ2泉1、双19、昌参1、2、3荧光大冷3.400.227 6Ⅱ大参1有显示甘旗卡2.200.017 39Ⅱ1-Ⅱ2旗1有显示彰武3.500.689 8Ⅰ,Ⅱ1-Ⅱ2彰武1、2、3低产油流陆家堡3.420.469 3Ⅰ,Ⅱ1-Ⅱ2陆参1、陆参2油田张强1.990.001 878Ⅱ2强1油田钱家店1.450.008 35Ⅱ1-Ⅱ2钱参1油田奈曼2.25Ⅰ-Ⅱ1奈1、奈13油田

彰武、昌图断陷几口钻井所取烃源岩样品TOC均以大于1.5%为主。彰武断陷九佛堂组下段(1 185～1 289 m)丰度最高，上段(1 358～1 394 m)丰度和厚度比下段差；氯仿沥青“A”值最高达0.689 8%，平均值分布在0.194 8%～0.236 1%之间，均达到好烃源岩标准。泉1井九佛堂组TOC为2.74%，与彰武断陷相反，九佛堂组上段TOC比下段好：上段很好烃源岩占46%，下段很好烃源岩占30%；氯仿沥青“A”平均值达到0.164%，有机质高丰度区分布在九佛堂组上段。昌参1、2、3井九佛堂组TOC平均值达1.94%。

2.2 有机质类型

烃源岩品质的优劣与有机质类型密切有关，有机质类型是评价陆相湖盆源岩生油能力的关键因素之一。研究区九佛堂组烃源岩有机质类型在各断陷变化不大，主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型，少数为Ⅲ型，陆家堡、奈曼、彰武和昌图断陷钻井中的个别样品分析结果出现Ⅰ型(表1)。

彰武1、2、3井九佛堂组上段有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，部分Ⅲ型；下段有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ1型，少量Ⅱ2型和Ⅲ型，下段烃源岩类型相对较好。泉1井九佛堂组上段有机质类型主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型，个别Ⅰ型和Ⅲ型；下段有机质类型为Ⅲ型，上段类型相对较好。2个断陷九佛堂组上、下段有机质类型存在明显差别(图2)。

2.3 有机质成熟度

松南地区断陷群构造演化史、沉积充填与烃源岩发育特征具有高度相似性，大体在90～75 Ma之间(晚白垩世早期到中期)九佛堂组烃源岩开始进入生烃门限。随着晚白垩世末—古近纪整体抬升，结束了断陷发育史，断陷层地层普遍遭受剥蚀，烃源岩演化也随之结束，造成全区九佛堂组烃源岩成熟度较低，整体处于低演化阶段(表2)。

图2 松辽盆地南部彰武、昌图断陷烃源岩Tmax与IH关系Fig.2 Relationship between IH and Tmax of source rocks in Zhangwu and Changtu depressions, southern Songliao Basin

目前研究区内7个主要断陷(彰武、昌图、大冷、茫汉、八仙筒、东胜和东大坝断陷)九佛堂组烃源岩Ro值大体在0.43%～1.35%之间(表2)，基本处于低成熟演化阶段，局部达到成熟演化阶段。彰武、昌图断陷成熟度演化相对较高：彰武断陷3口井Ro平均值分布在0.56%～1.1%之间，九佛堂组上段烃源岩处于低熟阶段，下段进入成熟演化阶段；九佛堂组下段OEP值接近1.0，上段大部分OEP值接近1.20，这与用Ro值判断的成熟演化程度基本一致。泉1井九佛堂组烃源岩Ro为0.53%～0.85%，平均0.65%；昌参3井Ro为0.80%～0.93%；昌参2、3井Ro平均值分别为0.71%和0.86%。源岩饱和烃色—质谱中C29甾烷异构化比值指示彰武1、2、3井的九佛堂组上段大多处于未熟—低成熟阶段；九佛堂组下段处于低熟—成熟阶段，个别样品成熟度较高。此外，西部断陷区陆家堡断陷Ro在0.52%～0.54%，处于低熟阶段。据资料反映，南部断陷区奈曼断陷九佛堂组烃源演化也处于低熟—成熟阶段[15]。

3 烃源岩特征对油气富集的影响

九佛堂组为松南断陷群主力烃源基本已成共识。前人研究曾指出，九佛堂组优质烃源岩发育层位具有“迁移”特征：自西向东，由陆家堡的全段发育至张强、昌图变为仅上段发育[16]，烃源品质由好变为较好至一般，说明九佛堂组下段和上段烃源的品质和生烃能力在不同断陷存在一定差别。对研究区内7个主要断陷(彰武、昌图、大冷、茫汉、八仙筒、东胜和东大坝断陷)再次进行重新分析和深度研究，认为九佛堂组下段稳定泥岩段是主力生油岩段。利用目前较为成熟的碳同位素对比和生物标志化合物分析技术[17-18]，通过几口出油井的油—源对比也证实，除昌图断陷2口钻井外，原油与九佛堂组下段具有更好的亲缘性。

表2 松辽盆地南部重点断陷九佛堂组烃源岩成熟度统计Table 2 Maturity of Jiufotang source rocks in main depressions in southern Songliao Basin

注：Ro栏数据表示区间值，括号内表示平均值。

图3 松辽盆地南部彰武1、2、3井烃源岩Ro与埋深关系Fig.3 Relationship between “Ro” and burial depth of source rocks from wells Zhangwu 1, 2 and 3 in southern Songliao Basin

3.1 彰武3井

彰武3井碳同位素特征图谱的对比关系最为清楚，原油与九佛堂组下段1 868～1 874 m对应度最好，其次是1 705～1 710 m和1 820 m曲线，与九佛堂组上段烃源岩的曲线对应关系很差(图4a)，说明彰武3井原油与九佛堂组下段，特别是1 800 m深度左右的这套油页岩具有同源性。

3.2 彰武2井

彰武2井2个原油样品碳同位素曲线形态基本相似(图4b)，证明两者是同源的，大致与1 311～1 315 m、1 530～1 537 m和1 472～1 488 m3个层段的烃源岩具有较高相似性，曲线形态基本一致，说明彰武2井原油与九佛堂组下段烃源岩的亲缘性更好。此外，彰武1、2、3井原油和烃源岩的C27-C28-C29规则甾烷相对含量关系(图5a)也显示，原油与九佛堂组下段烃源岩的亲缘性较高。

3.3 泉1井

从原油(2 277.5～2 283.1 m)和烃源岩生物标志物对应关系(图5b)可以看出，泉1井原油与九佛堂组上段烃源岩的亲缘性更好。

3.4 昌参2井

梁文华[19]根据昌参2井2 010.8 m和2 015 m2个含油样品及各组段油、岩族组分,饱和烃色谱,甾、萜生物标志物,碳同位素等项资料数据对比，结果认为原油与阜新组、沙海组及九佛堂组下部烃源岩不相关，而与九佛堂组上部湖相烃源岩有良好的亲缘关系,属于自生自储,短距离运移聚集而成。

3.5 奈1井

赵兴齐[15]利用奈曼断陷3个原油及4个源岩样品，对原油与烃源岩芳烃组成及沉积环境和油—源对比研究，结果表明奈1井原油来自于九佛堂组下段烃源岩。

图4 松辽盆地南部彰武2、3井原油和烃源岩碳同位素对比Fig.4 Carbon isotopes of crude oil and source rocks from wells Zhangwu 2 and 3 in southern Songliao Basin

图5 松辽盆地南部彰武、昌图断陷原油和烃源岩C27-C28-C29R甾烷对比Fig.5 C27-C28-C29R steranes in crude oil and source rocks from Zhangwu and Changtu depressions, southern Songliao Basin

松南地区断陷层埋深差异大、后期抬升地层剥蚀厚度大，有效烃源展布范围局限，多数断陷烃源岩刚进入生烃门限深度，造成整体烃源低熟。实验分析测试数据以及烃源岩区域对比分析初步证明，九佛堂组下段烃源岩生烃潜力相对上段都具有优势，下段烃源岩比上段烃源岩对油气成藏的贡献更大。下段烃源岩作为主力生烃层段更符合目前对油气差异富集现象的认识。

松南地区发育多套烃源，多套储盖组合和多类型圈闭，油气潜力不容小觑。但资源分布和油气发现状况不均衡，油气富集差异性大，少数规模较大的深断陷如陆家堡、张强、钱家店和奈曼断陷已发现并建成中小型油田。外围断陷一般规模小、目的层埋深浅，优质烃源岩面积小，稳定性和连续性相对较差，一直难有实质性突破，烃源岩问题是制约该地区油气勘探的主要问题，而断陷规模和优质、稳定分布的烃源岩及良好的圈闭配置共同决定了能否形成规模油气藏。

4 结论

(1)松南断陷群断陷结构、沉积充填和烃源发育情况各不相同，发育九佛堂组高有机质丰度烃源为断陷群的共同特征。以陆家堡断陷、昌图断陷和彰武断陷为代表，TOC分别达到了3.42%，2.2%，3.5%；有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，少数断陷出现Ⅰ型干酪根。烃源岩整体处于低演化阶段，成熟度较低。

(2)九佛堂组上、下段烃源岩品质和生烃潜力在不同地区存在明显差别。西部断陷区上、下段均发育优质烃源岩，东部断陷区上段烃源比下段烃源丰度更高但成熟度不及下段，南部断陷区下段烃源对成藏贡献更大。

(3)受盆地构造演化和沉积相、沉积环境控制，九佛堂组烃源岩一般埋深较浅，稳定、连续分布的优质烃源岩展布范围小，后期剥蚀厚度大。烃源岩品质的优劣和分布规模直接影响了油气资源的富集与成藏。针对此类盆地的资源预测和油气勘探，应重点刻画有效烃源岩的分布及确定其关键影响因素。在近生烃中心寻找良好的源—储配置和保存条件较好的多种类型圈闭，是这类小型断陷下一步勘探的有利方向。

参考文献:

[1] 郝福江,杜继宇,王璞珺,等.深大断裂对松辽断陷盆地群南部的控制作用[J].世界地质,2010,29(4):553-560.

HAO Fujiang,DU Jiyu,WANG Pujun,et al.Control of deep-large fault to southern Songliao fault basin group[J].Global Geology,2010,29(4):553-560.

[2] 赵洪伟.松南新区彰武断陷油气地质特征及成藏条件分析[J].世界地质,2012,31(4):721-729.

ZHAO Hongwei.Geological features and oil-gas accumulation conditions of Zhangwu Depression in new exploration area of southern Songliao Basin[J].Global Geology,2012,31(4):721-729.

[3] 杨江.彰武盆地构造特征及油气勘探潜力研究[D].西安:长安大学,2008:5-41.

YANG Jiang.Tectonic characteristics and oil-gas exploration potential in Zhang Wu Basin[D].Xi’an:Chang’an University,2008:5-51.

[4] 刘莹.彰武断陷特征与油气分布规律[D].荆州:长江大学,2013:6-13.

LIU Ying,The characteristics of zhangwu fault depression and its oil-gas distribution[D].Jingzhou:Yangtze University,2013:6-13.

[5] 朱建辉,沈忠民,李贶,等.彰武断陷白垩系烃源岩地球化学特征与生烃潜力评价[J].成都理工大学学报(自然科学版),2012,39(5):471-479.

ZHU Jianhui,SHEN Zhongmin,LI Kuang,et al.Geochemical characteristics and Hydrocarbon-generating potentials of source rocks in Cretaceous Zhangwu fault depression of Songliao Basin,China[J].Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition),2012,39(5):471-479.

[6] 洪雪,赵洪伟,沙娟芳.彰武断陷沙海组碎屑岩储层成岩作用及对储层物性的影响[J].世界地质,2011,30(3):410-414.

HONG Xue,ZHAO Hongwei,SHA Juanfang.Diagenesis of clastic rock reservoirs and its influence to reservoir physical property in Shahai Formation,Zhangwu depression[J].Global Geology,2011,30(3):410-414.

[7] 张玉明.茫汉断陷烃源岩特征及生烃潜力分析[J].天然气工业,2006,26(10):30-32.

ZHANG Yuming.Characteristics and hydrocarbon-generating potential of source rocks in Manghan fault depression,the southwestern Songliao basin[J].Natural Gas Industry,2006,26(10):30-32.

[8] 刘朝露,李剑,夏斌,等.松辽盆地南部深层天然气藏地化特征[J].天然气工业,2006,26(2):36-39.

LIU Zhaolu,LI Jian,XIA Bin,et al.Geochemical characteristics of deep gas reservoirs in south Songliao basin[J].Natural Gas Industry,2006,26(2):36-39.

[9] 雷安贵,王贵迎,方炳钟.陆家堡凹陷油藏分布规律探讨[J].特种油气藏,2007,14(2):32-35.

LEI Angui,WANG Guiying,FANG Bingzhong.Study of reservoir distribution in Lujiapu Depression[J].Special Oil & Gas Reservoirs,2007,14(2):32-35.

[10] 田树刚,牛绍武.早白垩世陆相九佛堂阶的重新厘定及其层型剖面[J].地质通报,2010,29(2/3):173-187.

TIAN Shugang,NIU Shaowu.Review on terrestrial Jiufotangian Stage of the Lower Cretaceous and its stratotype[J].Geological Bulletin of China,2010,29(2/3):173-187.

[11] 吴亚生,钟大康,邱楠生,等.松南地区断陷层烃源岩生烃能力及主控因素分析[J].断块油气田,2012,19(1):39-43.

WU Yasheng,ZHONG Dakang,QIU Nansheng,et al.Hydrocarbon generation potential of source rock and main controlling factors for faulted strata in Songnan Area[J].Faultk-Block Oil and Gas Field,2012,19(1):39-43.

[12] 秦建中.中国烃源岩[M].北京:科学出版社,2005:19.

QIN Jianzhong.Sourcerock of China[M].Beijing:Science Press,2005:19.

[13] 黄第藩,李晋超,周翕红,等.陆相有机质演化和成烃机理[M].北京:石油工业出版社,1984:17-152.

HUANG Difan,LI Jinchao,ZHOU Xihong,et al.Terrestrial organic matter evolution and hydrocarbon generation mechanism[M].Beijing:Petroleum Industry Press,1984:17-152.

[14] 梅博文,刘希江.我国原油中异戊间二烯烷烃的分布及其与地质环境的关系[J].石油与天然气地质,1980,1(2):99-l15.

MEI Bowen,LIU Xijiang.The distribution of isoprenoid alkanes in china’s crude oil and its relation with the geologic environment[J].Oil & Gas Geology,1980,1(2):99-l15.

[15] 赵兴齐,陈践发,郭望,等.开鲁盆地奈曼凹陷奈1区块原油及烃源岩芳烃地球化学特征[J].地球化学,2013,42(3);262-273.

ZHAO Xingqi,CHEN Jianfa,GUO Wang,et al.Geochemical characteristics of aromatic hydrocarbon in crude oil and source rocks from Nai 1 block of Naiman depression,Kailu Basin[J].Geochimica,2013,42(3):262-273.

[16] 孙宜朴,陈霞,徐士林,等.昌图断陷石油地质特征及区带优选[J].石油实验地质,2014,36(3):310-315.

SUN Yibu,CHEN Xia,XU Shilin,et al.Petroleum geologic characteri-stics and profitable exploration zone selection of Changtu sag[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(3):310-315.

[17] PETERS K E,MOLDOWAN J M.生物标记化合物指南[M].姜乃煌,译.北京:石油工业出版社,1995.

PETERS K E,MOLDOWAN J M.The giomarker guide[M].JIANG Naihuang,trans.Beijing:Petroleum Industry Press,1995.

[18] 傅家谟,盛国英,许家友,等.应用生物标志化合物参数判识古沉积环境[J].地球化学,1991(1):1-l2.

FU Jiamo,SHENG Guoying,XU Jiayou,et al.Application of biomarker compounds in assessment of paleoenvironments of Chinese terrestrial sediments[J].Geochlmlca,1991(1):1-l2.

[19] 梁文华.昌参2井九佛堂组原油的地球化学特征及油源对比[J].新疆石油学院学报,2003,15(4):22-25.

LIANG Wenhua.Geochemical characteristics and oil-source rock correlation of Jiufotang formation oil in well Cangcan 2[J].Journal of Xinjiang Petroleum Institute,2003,15(4):22-25.