松辽盆地西部斜坡区四方台组砂岩中烃类流体特征与铀成矿关系

罗 敏，李军业，刘晓辉，卢胜军

核工业240研究所，辽宁 沈阳110032

松辽盆地是大型陆相中新生代沉积盆地，也是中国重要的油气产地.近几年，在盆地南部已发现2处中型铀矿床［1］，盆地北部的铀矿找矿工作则相对薄弱.最近在盆地北部西部斜坡区开展的钻探揭露和研究显示，该区发现的铀矿化主要产在四方台组，铀矿化与油气作用关系密切，直接证据就是多个钻孔揭露到四方台组底部富含烃类流体的黑色砂岩、深灰色砂岩，均伴有铀矿化，部分钻孔已达到工业铀矿孔.借鉴我国其他产铀盆地的特征［2-7］，本文主要根据四方台组砂体中酸解烃组分特征分析，探讨四方台组底部含铀砂岩中油气的成因及来源.结合西部斜坡区油气运移研究，探讨该地区四方台组油气与砂岩型铀成矿的关系，为松辽盆地北部铀矿找矿提供依据.

1 区域地质背景

松辽盆地西部斜坡区在构造上由泰康隆起带、西部超覆带和富裕构造带3个二级构造带组成，整体上为一个平缓的东倾大型单斜［8］，地层向西逐渐超覆尖灭［9］.地层倾角较小，一般小于2°.松辽盆地是典型的裂陷盆地，构造演化经历裂陷期前、裂陷、拗陷和反转4个阶段［10-11］，沉积盖层纵向具有断陷层、拗陷层和反转构造层三层构造.其中拗陷层和反转构造层为铀成矿潜在层位，区内地层自下而上主要发育下白垩统泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组，古近系、新近系和第四系.

根据统计石油部门施工的含放射性增高的钻孔，认为松辽盆地北部主要发育2个铀矿化目的层组合，以嫩江组二段、青山口组一段做为区域隔水层.上部目的层组合以四方台组为主，兼顾明水组和嫩江组三四五段，该目的层组合中已发现的铀矿化多发育在油气田之上；下部目的层组合以青山口组二三段为主，兼顾嫩江组一段和姚家组，该目的层组合中已发现的铀矿化多发育在盆地西部边缘，油气发育区外围靠近蚀源区一侧①罗敏.黑龙江省齐齐哈尔市泰来地区铀矿资源调查评价报告，2020..本文主要论述产于四方台组中的铀矿化.

2 样品采集与分析方法

图1 研究区采样钻孔及油田分布图Fig.1 Distribution map of boreholes and oil fields in the study area

本次分析的样品均来自西部斜坡区5个钻孔中四方台组底部砂岩岩心（图1），包括黑色、灰色、浅红色、褐红色和黄色砂岩.野外采集的岩心样品经过自然晾干后，使用研钵将其捣碎、混匀；然后用天平秤取50 g样品置于烧瓶中，加入盐酸使样品中碳酸盐矿物发生分解，释放出来的气体经碱性溶液装置除去二氧化碳（CO2）气体；待烧瓶中酸解完成后（不在产生气泡），用微量注射器抽取一定量的气体，进行烃类气体组分含量测试.酸解烃组分分析在核工业203研究所完成，铀（U）含量分析在核工业东北分析测试中心完成，其中酸解烃组分分析测试仪器为GC7890F气相色谱仪，分析项目包括甲烷（C1）、乙烷（C2）、丙烷（C3）、正/异丁烷（nC4/iC4）及正/异戊烷（nC5/iC5）含量，分析误差小于5%；U含量分析使用仪器为Finnigan-MAT公司生产的Element型号的高分辨电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS），分析误差小于3%，分析结果见表1.

3 四方台组砂体中烃类气体地球化学特征及来源

一些学者将烃类气体的来源分为3类：生物成因气、油型气和煤型气［12］.通过对国内外多个含油气盆地中大量酸解烃组分特征统计分析认为，可利用C1/∑C（代表C1－5烃类总量）、C1/C2＋（代表C2－5烃类总量）参数判别烃类气体的成因［13］，生物成因气C1/∑C值分布在0.99～1.0之间，C1/C2＋＞100，其值明显高于油型气和煤型气；油型气的C1/∑C值主要分布在0.70～0.98之间，其C1/C2＋值分布在2～10之间；煤型气的C1/∑C值分布在0.90～0.99之间、C1/C2＋值分布在10～100之间.根据上述特征，建立了利用C1/∑C、C1/C2＋关系判识烃类气成因的模板图（图2），将研究区样品投入该图中，几乎全落入油型气范围内，少许几个落入混合气范围.表明西部斜坡区四方台组底部砂岩层中的烃类气主要是腐泥型母质生成的油型气.干燥系数（C1/C1－5）集中分布在0.79～0.91之间，为典型的湿气，表明四方台组砂岩层中的天然气主要处于低熟—高成熟的热演化阶段，显示出原油伴生气的特征［14］.

表1 松辽盆地西部斜坡区四方台组砂岩酸解烃特征及铀含量Table 1 Characteristics of acidolysis hydrocarbon and uranium content in sandstone of Sifangtai Formation

图2 西部斜坡区四方台组砂岩烃类气体C1/∑C与C1/C2＋图解Fig.2 The C1/∑C vs.C1/C2＋diagram showing genesis types of hydrocarbon gas in the sandstone of Sifangtai Formation

Hill et al.［15］根据原油裂解实验结果，提出C2/iC4、C2/C3参数与天然气成熟度有很好的相关性，可作为天然气成熟度的定性判识指标；国内学者通过热模拟实验进一步提出干酪根裂解气与原油裂解气的C2/iC4、C2/C3界限值，即C2/iC4＜10且C2/C3＜2为干酪根裂解气，反之为原油裂解气［16］.西部斜坡区四方台组砂岩中烃类气的C2/C3值分布范围为2.49～4.59，平均为3.31；C2/iC4值分布范围较广，分布在11.58～50.04之间，平均为31.87，其值均大于10（图3）.以上特征表明，西部斜坡区四方台组砂岩层中烃类气体主要来源于深部热演化程度较高的早期原油裂解气.

图3 西部斜坡区四方台组砂岩烃类气体C2/iC4与C2/C3图解Fig.3 The C2/iC4 vs.C2/C3 diagram showing hydrocarbon gas

王云鹏等［6］根据不同成熟度下烃源岩与烷烃气中iC4/nC4、iC5/nC5关系建立了判识不同母质来源的天然气判识图版，其中以iC4/nC4等于0.9、iC5/nC5等于0.85作为原油裂解气与干酪根初次裂解气的界限值.西部斜坡区四方台组含铀矿黑色砂岩中的天然气主要落入原油裂解气中的分散液态烃裂解气范围，反映烃类气的成熟度较高，表明含矿层中的烃类气是早期成熟阶段的部分原油在后期随地层温度增加裂解形成的天然气与原油伴生气组成的混合气.同时烃类组分中的iC5/nC5值能很好地区分天然气的成因类型，油型气中该比值小于0.8，而煤成气中该比值均大于0.8［17］.西部斜坡区四方台组含铀矿黑色砂岩iC4/nC4分布范围在0.36～0.58之间，平均值为0.49（图4），表明该层位砂岩中的烃类气体主要为油型气.

Prinzhofer et al.［18］利用ln（C1/C2）与ln（C2/C3）相关图版判识现今天然气是干酪根初次裂解气还是原油的二次裂解气.干酪根初次裂解气是以甲烷的快速增长为特征，其天然气ln（C1/C2）值较ln（C2/C3）值变化大，在ln（C1/C2）与ln（C2/C3）关系图中趋势线几乎水平；原油裂解产生的天然气ln（C2/C3）值的变化比ln（C1/C2）值更大，在图中近乎直立［17］.西部斜坡区四方台组砂岩层中烃类气体的ln（C1/C2）值分布范围为1.82～2.61，ln（C2/C3）分布范围为0.91～1.52，整体上ln（C2/C3）值的变化比ln（C1/C2）值更大，在图中近乎直立（图5），表明该区烃类气体具有原油裂解气的特征.结合前文分析，认为西部斜坡区四方台组含铀矿砂岩层中的烃类气应主要是原油裂解气.

图4 西部斜坡区四方台组砂岩烃类气体iC4/nC4与iC5/nC5图解Fig.4 The iC4/nC4 vs.iC5/nC5 diagram showing origins of hydrocarbon gas in the sandstone of Sifangtai Formation

4 烃类流体与铀成矿关系探讨

铀与油气的关系一直是砂岩型铀矿成矿理论中的重要研究内容.含油气沉积盆地是寻找砂岩型铀矿床的良好场所，在合适的地质条件下，盆地中的铀矿床与油气田紧密共生.既是产油盆地又是产铀盆地的例子如美国得克萨斯州海岸平原地区［19-20］、我国鄂尔多斯盆地等.

辽河油田在松辽盆地南部开鲁地区胡力海洼陷钱12井区钻探施工中发现了70 m厚的放射性异常增高带，经进一步工作证实，在距地表500 m的下白垩统上部砂岩中存在厚7 m的工业铀矿体，而1000 m深的侏罗系砂岩却是较好的生油地层，并有油气显示［21-23］，这已表明松辽盆地南部钱家店铀矿床与油气具有密切的关系.

图5 西部斜坡区四方台组砂岩烃类气体ln（C1/C2）－ln（C2/C3）图解Fig.5 The ln（C1/C2）-ln（C2/C3）diagram showing genesis of hydrocarbon gas in the sandstone of Sifangtai Formation

西部斜坡区目前已发现多个油气田，油气主要产于姚家组、青山口组和嫩江组一段.研究认为［24］：西部斜坡区北段的油气并非原地生成，主要来自齐家古龙凹陷的青山口组烃源岩，受断裂和嫩一、二段区域性盖层的控制，只有青山口组、姚家组和嫩江组一、二段有油气供给，是西部斜坡区油气勘探的主力层位.油气通过3条路径运移至西部斜坡区，北部路径与滨州断裂走向相似，中部路径自他拉红气田至二站气田，南部路径与泰来至肇源断裂走向相似.其中以中部路径为主要运移路径，运移的主要疏导通道是砂体［25-26］.通过最新的铀矿勘探成果，并统计具有放射性增高的石油钻分布情况发现，西部斜坡区四方台铀矿化（异常）平面分布主要位于油气运移路径附近，集中出现在沟通四方台组与油气的盖层断裂附近（图6）.

受盆地构造反转挤压作用，发育局部断裂，切穿盖层，并且四方台组与下伏嫩江组、姚家组、青山口组富油层呈不整合接触关系，油气等还原剂可沿断裂和地层不整合面的高渗透层运移，直接还原含铀含氧水，使铀富集沉淀.四方台组底部砂体经历了油气还原褪色改造，褪色砂体呈灰色、深灰色、黑色，为成矿提供了还原剂，提高了砂体的还原容量，且包藏于孔隙、裂隙中的烃类、H2S、CO2等还原物质也可作为还原剂直接参与氧化－还原作用，形成矿化.ZKA井位于二站气田南部，紧邻气田，该孔四方台组底部发育厚度4.5 m的细砂岩，受到油气影响形成黑色油浸细砂岩，并造成铀富集，形成工业铀矿体.ZKA、ZKB等孔矿化段均见油斑、大量炭屑及星点状黄铁矿，ZKA、ZKB矿化段下部为发育裂隙的钙质砂砾岩、泥岩，深部油气沿着断裂上行还原细砂岩，后期含铀含氧水遇炭屑、黄铁矿、烃类使铀聚集成矿（图7）.

图6 泰康地段油气与四方台组铀异常分布平面图Fig.6 Distribution of oil-gas fields and uranium anomaly in Sifangtai Formation，Taikang area

5 结论

（1）岩心样品分析结果显示，西部斜坡区四方台组已发现的含铀矿化砂岩均伴有酸解烃中的烷类增高.

（2）西部斜坡区四方台组含铀砂岩中的酸解烃气体组分以甲烷为主，根据相关特征参数分析认为，含矿砂岩中的烃类气体为有机成因的油型气，主要处于成熟—高成熟阶段，主要为原油裂解气.

（3）西部斜坡区四方台组铀矿化（异常）平面分布主要位于油气由中央凹陷区向西部斜坡区运移的通道附近，其中以沟通四方台组与深部油气的盖层断裂附近铀富集程度最好.

图7 泰康地段油气运移剖面示意图Fig.7 Schematic profile of oil-gas migration in Taikang area