嘉荫断陷白垩系沉积特征与石油地质条件

许 杰，朱建伟,2,3，胡 菲,2，周永恒

(1.吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130061； 2.吉林省油页岩与共生能源矿产重点实验室，吉林 长春 130061；3.东北亚生物演化与环境教育部重点实验室，吉林 长春 130061； 4.中国地质调查局 沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034)

引 言

孙吴—嘉荫盆地位于黑龙江省北部的孙吴县、逊克县和嘉荫县境内，北隔黑龙江与俄罗斯的结雅—布列亚盆地为同一盆地，盆地形态较为复杂，总体呈北东向展布。位于我国境内的孙吴—嘉荫盆地，地理坐标为E 126°31′-130°41′，N 48°00′-48°58′，长约309 km，宽度约为225 km，面积约22 810 km2。嘉荫断陷位于孙吴—嘉荫盆地东部，地处黑龙江省北部嘉荫县境内，面积约为3 656 km2[1-2]，为中新生代孙吴-嘉荫盆地[3]的5个一级构造单元之一(图1)。

近年来，随着松辽外围盆地油气勘探领域的拓展，孙吴—嘉荫盆地作为面积较大、具有较大勘探潜力的松辽外围盆地之一[4]，大庆油田和中国地质调查局先后对其开展了钻探和地质调查工作，但由于其植被覆盖严重，构造特征复杂，致使勘探成果进展缓慢[5-6]，亟需开展油气地质条件综合研究。本文在系统地质调查、单井相分析与地震剖面解释的基础上，结合前人研究成果，对嘉荫断陷主要目的层沉积特征进行综合分析，以期为该区及松辽外围中生代盆地群的未来勘探提供科学依据或参考。

嘉荫断陷充填的中生界地层自下而上为下白垩统宁远村组(K1n)、淘淇河组(K1t)，上白垩统永安村组(K2yn)、太平林场组(K2tp)和渔亮子组(K2yl)(表1)。

图1 研究区构造单元分布及地质概况Fig.1 Tectonic unit distribution and geological map of the study area

宁远村组主要为火山岩，淘淇河组主要为浅黄色砂岩、杂色砂砾岩，永安村组主要为暗色泥岩、泥质粉砂岩与粉砂岩互层，太平林场组主要为暗色泥岩、油页岩与泥质粉砂岩，渔亮子组主要为灰绿色砂砾岩、含砾砂岩。下白垩统淘淇河组、上白垩统永安村组与太平林场组烃源岩厚度大、分布广，具有良好的生油条件，是油气勘探的主要目的层[7]。

表1 嘉荫断陷地层简表Tab.1 Stratigraphic chart of Jiayin Depression

1 沉积相类型与特征

1.1 河流相

在黑龙江省嘉荫县渔亮子组剖面上识别出曲流河相(图2)，其沉积物主要由中厚层褐色/灰色中细砾岩、含砾砂岩、粗砂岩夹灰色/灰黑色薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩与灰绿色/灰黑色/紫红色泥岩组成。可进一步划分为河床与泛滥平原亚相，河床沉积粒度较粗，岩性由砾岩及含砾砂岩、粗砂岩组成，见小型交错层理、平行层理及大型板状交错层理。泛滥平原亚相与河床亚相伴生，沉积粒度较细，主要发育中薄层粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩等。

图2 嘉荫断陷渔亮子组河流相实测剖面柱状图Fig.2 Histogram of measured profile of fluvial facies in Yuliangzi Formation of Jiayin Depression

1.2 扇三角洲相

扇三角洲相在嘉荫断陷内主要发育于淘淇河组，在黑龙江省嘉荫县庆林林场西实测剖面上识别出扇三角洲平原亚相(图3)，根据其岩性组合特征及层理构造等特点划分为水上分流河道、河道间2个微相，水上分流河道微相在该剖面中最为发育，具有厚度大、底部有冲刷面的识别特点[8]。岩性组合表现为黄褐色含砾粗砂岩、紫红色含砾中砂岩与灰白色中砂岩的特点，见平行层理和楔状交错层理，含有植物化石，单层厚度较大，一般在2 m以上。纵向上与主要由中薄层灰色泥质粉砂岩、粉砂岩组成的河道间微相伴生。

在嘉D2井淘淇河组中识别出扇三角洲前缘亚相，根据其岩性组合特征划分为水下分流河道、河口坝、席状砂微相(图4)。水下分流河道岩性组合为中厚层灰白色、灰色砂砾岩夹深灰色粉砂岩、凝灰质粉砂岩，发育平行层理、斜层理等，在垂向上一般表现为正粒序，底部往往发育冲刷面[9]。该组河口坝微相岩性主要为灰色泥岩，发育平行层理。席状砂微相表现为薄层深灰色泥岩与灰色细砂岩互层，发育水平层理。

图3 嘉荫断陷庆林林场西淘淇河组扇三角洲平原亚相实测剖面Fig.3 Measured profile of fan delta plain in Taoqihe Formation in the west of Qinling plantations, Jiayin Depression

图4 嘉D2井扇三角洲前缘亚相沉积特征Fig.4 Sedimentary characteristics of fan delta front subfacies of the well Jia D2

1.3 三角洲相

在嘉荫断陷内，三角洲相沉积体系多为河流—湖泊相过渡区，垂向上常与湖泊相中的砂质浅湖或泥质浅湖相接触，因而分布范围较小[10]，在嘉D2井永安村组地层中识别出三角洲前缘亚相，根据岩性组合特征划分为河口坝、席状砂微相。

河口坝微相岩性组合表现由灰色泥质粉砂岩、深灰色粉砂质泥岩组成，发育有爬升层理、平行层理，岩相在垂向上具有典型的反粒序[11]特点。席状砂微相沉积物以粉砂岩、细砂岩互层为特征。粒度分析表明，三角洲前缘在频率直方图上多呈现单峰式[12]，概率累积曲线多为两段式，只发育跳跃和悬浮组分，缺乏滚动组分(图5)。

图5 三角洲前缘亚相粒度分布Fig.5 Grain size analysis characteristics of delta front

1.4 湖泊相

嘉荫断陷内太平林场组湖泊相沉积体系发育最为广泛，具有岩层厚、规模大的特点，识别特征较为明显。该组地层表现为下部为厚层黑灰色泥岩，上部为深灰色厚层泥岩夹薄层泥质粉砂岩的岩性组合关系，水平层理极为发育。根据其岩性组合关系自下而上划分为半深湖与泥质浅湖2种沉积微相类型(图6)，识别特征较为明显。表明在该组段沉积时期水体较深、物源区较远、物源供给少、盆地持续沉降。

2 地震相与平面分布

2.1 地震相分析

根据本区地震剖面特征与地震层序划分特点(削截、顶超、上超反射结构),在地震剖面上,自宁远村组至太平林场组可划分为个4个地震层序[13]。

图6 嘉D2井湖泊—三角洲相沉积特征Fig.6 Sedimentary characteristics of lacustrine facies and delta facies of the well Jia D2

为了进一步搞清嘉荫断陷各组地层沉积相的平面分布特征,在地震层序解释的基础上，开展地震相分析工作。根据地震层序划分结果及对区内发育的主要沉积相类型的认识,在地震相图的基础上,通过钻井、野外露头沉积相标定将地震相转换为沉积相。其中，河流相与弱振幅断续乱岗状丘型地震相相对应，三角洲沉积环境与中强振幅较连续发散地震相相对应，滨浅湖沉积环境与中振幅较连续-短波状地震相相对应，半深湖环境与中振幅连续平行-亚平行地震相相对应[14](图7)。根据各测线地震相信息，结合钻井、野外露头沉积相，确定本区主要目的层沉积相平面分布特征。

图7 嘉荫断陷JY04-2地震剖面地层—地震相解释Fig.7 Interpretation results of stratigraphic and seismic facies of seismic profile JY04-2 in Jiayin Depression

2.2 沉积相平面展布及演化特征

淘淇河组时期，沉积主要分布于盆地西北部的结烈河凹陷和盆地中部的乌拉嘎凹陷，在西北部与东北部边缘缺失，结烈河凹陷以扇三角洲沉积为主，同时发育浅湖相；乌拉嘎凹陷形成了一定规模的半深湖沉积。盆地发育2处物源，分别是西南部的兴安地块与东部的佳木斯地块[15]，靠近物源区主要发育扇三角洲相，构成两侧物源供给的半深湖-扇三角洲沉积体系(图8(a))。

永安村组时期，沉积主要分布于盆地中部的乌拉嘎凹陷，沉积范围向中部缩小，在西部与东部边缘缺失，结烈河凹陷以三角洲沉积为主，乌拉嘎凹陷以三角洲-半深湖沉积为主。盆地依旧发育2处物源，分别是西侧的兴安地块与东侧的佳木斯地块，靠近物源区主要发育三角洲相，构成两侧物源供给，西侧物源为主的半深湖-三角洲沉积体系(图8(b))。

图8 嘉荫断陷淘淇河组—永安村组时期沉积相平面分布Fig.8 Plane distribution of sedimentary facies of Jiayin Depression in Taoqihe Formation and Yongancun Formation

太平林场组时期，沉积主要分布于盆地中部的乌拉嘎凹陷，沉积范围进一步向中部缩小，在盆地东西部边缘缺失，结烈河凹陷以三角洲沉积为主，并发育半深湖沉积，乌拉嘎凹陷发育一定规模的半深湖沉积。沉积物源转化为盆地西侧的物源区，靠近物源区主要发育三角洲相，构成西侧物源为主的半深湖-三角洲沉积体系(图9)。

综上可见，嘉荫断陷中生代主要目的层沉积区带自下而上逐渐向盆地中心迁移，沉积范围逐渐减小，沉积物源的供给也由上白垩统淘淇河组时期的以盆地东西两侧同时供给转化为上白垩统太平林场组时期的以盆地西侧物源供给为主。这一特征的变化与盆地正断层发育以西部为主且规模大于东侧有关，同时也反映中生代沉积时期嘉荫断陷由上白垩统淘淇河组的快速沉降过渡到上白垩统永安村组—太平林场组的稳定沉降的沉积背景。

图9 嘉荫断陷太平林场组时期沉积相平面分布Fig.9 Plane distribution of sedimentary facies of Taipinglinchang Formation of Jiayin Depression

3 油气地质条件

3.1 烃源岩特征

依照我国陆相烃源岩有机质分度评价指标、元素分析法[16]等，分析测得的太平林场组暗色泥岩有机地化数据，评价其烃源岩有机质丰度、类型等。太平林场组暗色泥岩总有机碳(TOC)质量分数在0.092%～2.520%，平均0.600%.野外样品总有机碳质量分数在0.350%～2.520%之间，平均1.230%；井下的33组样品总有机碳质量分数分布在0.092%～2.295%，平均0.350%。多数样品达到中等烃源岩级别，少数样品达到好烃源岩标准。搜集的钻井样品氯仿沥青“A”数据仅3组，质量分数平均0.0095%，仅一个样品达到烃源岩标准。生烃潜量(S1+S2)在0.01～6.84 mg/g，平均0.419 mg/g，只有个别样品达到烃源岩标准。干酪根类型以Ⅲ型为主，其次为Ⅱ2型，含少量Ⅱ1型。镜质体反射率(Ro)在0.67%～0.92%，平均0.856%，岩石热解峰温Tmax在381～468 ℃，反映烃源岩普遍处于低成熟—成熟演化阶段，为断陷内较为有利的烃源岩层位(图10)。

图10 嘉荫断陷太平林场组烃源岩地化数据分布直方图Fig.10 Distribution histogram of geochemical data of source rocks in Taipinglinchang Formation of Jiayin Depression

3.2 储集层特征

通过对研究区储层物性数据分析可知，孔隙度分布在12.1%～30.9%，平均22.38%；渗透率分布在(1.28～6.63)×10-3μm2，平均57.69×10-3μm2，整体为以中孔、低渗为特征的常规储层(图11)。

不同沉积微相内水动力条件不同,因而形成的砂体类型也不同。其岩性、粒度、分选、填隙物特征以及砂体的岩相组合、时空展布特征均不相同,结果导致不同微相内的砂体物性特征各不相同[17-18]。统计砂砾岩孔隙度、渗透率所对应沉积微相分布表明,扇三角洲前缘水下分流河道砂砾岩体物性最好。

图11 嘉荫断陷太平林场组物性分布直方图Fig.11 Distribution histogram of physical properties of Taipinglinchang Formation of Jiayin Depression

4 结 论

(1)嘉荫断陷白垩纪主要发育扇三角洲平原、扇三角洲前缘、三角洲前缘、滨浅湖、半深湖、河床和泛滥平原等亚相。扇三角洲相主要发育于淘淇河组，三角洲主要发育于永安村组，湖泊相主要发育于太平林场组，河流相主要发育于渔亮子组。

(2)嘉荫断陷淘淇河组沉积期发育以两侧物源供给为主的半深湖-扇三角洲沉积体系，永安村组沉积期是以两侧物源供给为主的半深湖-三角洲沉积体系，太平林场组沉积期是以西侧物源供给为主的半深湖-三角洲沉积体系。同时，沉积中心也自下而上逐渐向盆地中部退缩迁移。

(3)嘉荫断陷太平林场组烃源岩有机质丰度高、类型好、厚度大，处于低成熟—成熟演化阶段。研究区为中孔，低渗的常规储层，扇三角洲前缘水下分流河道微相对应的储层物性较好。