松辽盆地西斜坡油砂成藏规律与找矿预测

刘轶松，郝国丽，李锋，仝立华 ，康海平，刘天恒

1.中化地质矿山总局 吉林地质勘查院,长春 130022； 2.吉林大学 地球科学学院, 长春 130061； 3.中国地质调查局 油气资源调查中心, 北京 100029

0 引言

油砂是石油天然气重要的替代能源[1--2]。近年来，松辽盆地西斜坡地区进行过多次油砂地质调查及试采研发工作，已发现多个油砂矿床(点)，其中图牧吉油砂矿已经进行了露天开采[3--4]，西北沟油砂矿也达到了详查阶段并进行了蒸汽吞吐原位试采及微生物降黏先导性试验。但油砂矿的开采无论是露采或原位开采[5]，相对于石油及稠油开采，其要求的矿石质量和开采条件都非常高，这就要求不断寻找更好品质的油砂矿。西斜坡地区不断发现的油砂矿藏为对该地区进行系统化的成藏规律研究提供了大量详实的资料，为总结该地区油砂成矿模式打下了基础。

笔者在分析大量油砂矿相关资料基础上，结合近年实际勘查工作，对西斜坡地区各油砂矿床(点)的地质特征、沉积成因、控矿因素以及找矿标志等进行分析。通过研究油砂形成及时空分布特征，提出西斜坡油砂“2类4式”的油砂成藏模式，并通过远景预测在西斜坡中南部地区给出4个有利目标区，对今后在松辽盆地西斜坡地区寻找新的油砂矿藏具有指导作用。

1 区域地质特征

1.1 松辽盆地的演化过程

松辽盆地的演化经历了4个阶段：①热隆张裂：三叠纪—晚侏罗世(T--J3)莫霍面的拱起，发生热穹隆作用，引起张裂构造[6]；②裂陷阶段：早白垩世早期—晚期(K1--K2)，盆地从开始的快速裂陷沉降，到后期由于太平洋板块向西挤压活动，而呈现出封闭；③坳陷阶段：随着盆底整体下沉，使裂陷向坳陷转化，进入盆地发展的全盛时期。后期的青山口期至嫩江期，形成松辽盆地中部含油气组合；④萎缩褶皱阶段：晚白垩世四方台期至新近纪末期(K2--Q)，松辽盆地深部地壳的调整渐趋平衡，至新近纪末期松辽盆地演化结束，形成与现代构造面貌相似的景观。

1.2 西部斜坡区地质概况

松辽盆地自晚侏罗世以来的构造演化结果形成了“下断(陷)上拗(陷)”的“双层”结构。依据中浅层构造地质特征，按坳陷、隆起、倾没及斜坡等特征划分为6个一级构造单元(图1)。其中西斜坡地区是油砂的主要赋存地区[7]。主要地层为上白垩统的青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组及第四系等。区域构造特征简单，总体上地层东倾，地层厚度向西减薄或尖灭，局部地区的微幅隆起形成地层岩性圈闭有益于油砂富集。已发现的主要油砂矿床(点)均赋存于该区的嫩江组一段和姚家组二三段地层中，与油田划分的萨尔图油层相对应。

图1 松辽盆地构造单元划分示意图Fig.1 Structural unit division of Songliao Basin

2 油砂矿床(点)地质特征

目前，松辽盆地先后已发现的油砂矿有图牧吉、西北沟、小太平山[8]、大岗和长春岭等油砂矿床(点)。多数分布在松辽盆地西斜坡的吉林省境内(图2)。

图2 松辽盆地西斜坡油砂矿床(点)位置图Fig.2 Location map of oil sands deposits (points) in western slope of Songliao Basin

各矿床(点)均为晚白垩世生物化学沉积型矿床，矿石为碎屑型结构，层状构造。矿石自然类型为砂岩型，工业类型为油砂型。各矿床(点)主要地质特征对比见表1。

表1 各矿床(点)主要地质特征对比

通过各油砂矿床(点)的地质特征对比，目前松辽盆地已发现的油砂矿的相似特征有：油砂矿多分布在西斜坡地区油砂成矿带上，盖层均为嫩江组，油砂岩性均为粉细砂岩，顶底板及夹层为泥岩，矿层层数较多。但各矿床(点)也有许多不同之处，如赋矿层位虽多以姚家组二三段为主[9]，但也有以嫩江组一段为主的图牧吉油砂矿和以泉头组为赋矿层位的长春岭油砂矿(伴生)；控矿类型有单纯以地层岩性控制的，也有地层岩性加构造控制的；构造作用也有不同，有的起导矿作用，如图牧吉油砂矿，有的起封堵作用为主的，如小太平山油砂矿；含油率和规模也有差异，图牧吉和西北沟油砂矿含油率较高、矿层厚，向东有降低、减薄及埋藏变深的趋势。

3 油砂成矿规律与成藏模式

3.1 油砂的成因

西斜坡油砂矿的形成与松辽盆地的发展演化密切相关。盆地在经历了中生代三叠纪到白垩纪早期的热隆张裂和裂陷阶段后，由于区域重力的均衡调整及太平洋板块向欧亚大陆板块的俯冲作用，盆地后期没有继续拉伸形成新的洋盆，而是整体下沉形成了规模巨大的内陆淡水湖泊。在白垩纪早、中期的坳陷阶段，板块碰撞的弹性反弹作用使湖底频繁升降，湖水时深时浅，白垩纪时松辽盆地经历多次升降过程，不同时期的沉积环境形成了特殊的岩石组合[6，10]。

早白垩世青山口期湖宽水足，气候温暖潮湿，介形虫和叶肢介等生物大量繁殖,随着盆地沉降接受泥质碎屑沉积，形成烃源岩层。早白垩世姚家期西斜坡多处地区处于陆相三角洲前缘相沉积环境，形成了三角洲砂体[6，10]，为油砂的运移及赋存提供了条件。早白垩世明水组到古近纪时期,烃源岩开始成熟并大量生烃, 向沉积盆地边缘浅处不断运移和富集[6，10]，同时由于生物降解、水洗和游离氧的氧化，尤其是轻质组分的蒸发等作用而迅速向重油演化[11]，在姚家期砂体中形成含油砂体，随着盆地的逐渐萎缩，不断沉降的沉积物加厚、压力及温度加大，逐渐固结成岩,形成现在的油砂[6，10](图3)。

图3 松辽盆地西斜坡油砂形成机理示意图Fig.3 Formation mechanism of oil sands in western slope of Songliao Basin

3.2 油砂的控矿因素

油砂矿的形成过程是各种成藏要素的有效匹配：在油气从分散到集中的转化过程，能否有丰富的油气聚集，形成储量丰富的油砂矿且被保存下来，主要取决于生油层、储集层、盖层、运移途径及方式等成藏要素的优劣。因此，松辽盆地油砂的形成、分布与富集是多方面因素综合作用的结果[10]。

(1)沉积相带的控制

各油砂矿区主要沉积相带为三角洲前缘亚相[9]，主力含油层位是以湖进为主要沉积背景的姚家组末期砂组。受物源供给及较弱的水动力条件制约，砂体规模小，粒度细，横向变化大；分流河道间沉积复杂，砂体连通性、连片性较差。

(2)储层封盖条件的控制

矿区主要储层为姚家组二三段及嫩江组一段的粉细砂岩，而嫩江组厚层泥岩作为区域性盖层，保存完整，主要为半深湖的灰黑色、黑色泥岩层，含少量泥质粉砂岩，粉砂质泥岩，垂向上泥岩厚度分布最大，作为油砂层的区域盖层，使油砂中原油得以封闭并保存。

(3)构造控制

在整个西部斜坡区，构造不发育，仅发育少量低幅度构造，是油砂矿藏的主要圈闭类型之一。此外，局部断层的发育特征也决定了对油砂矿藏的圈闭及规模，也是关键的影响因素之一。

(4)油气运移特征

松辽盆地西斜坡的油砂油主要来源于齐家—古龙凹陷原油，向西运移过中原油降解程度逐渐加剧。西斜坡油气运移输导通道主要有3种基本类型：①有较好孔隙度及渗透率的砂体；②有渗透能力的断裂或裂隙体系；③能进行流体运移的层间不整合面。初期深部运移主要以断裂和不整合面为主，后期浅部运移以储层物性好的砂体及局部断层为主要通道。

3.3 油砂的找矿标志

油砂矿的找矿标志主要有4种：岩性岩相标志、生物标志、构造标志和烃类油气地球化学标志[10]。

岩性岩相标志姚家组三角洲前缘相的灰绿色含油粉细砂岩为最直接的找矿标志。

生物标志灰色--灰绿色泥质粉砂岩层位中常富含呈薄层状的介形虫、叶肢介化石层，是间接的找矿标志。

构造标志油砂层具有厚层状或水平层理、交错层理，并且常夹有纹层状或薄层状粉砂质泥岩或泥岩薄层，这一沉积构造特征也是重要的找矿标志。

烃类油气地球化学标志通过对土壤中吸附的烃类油气的检测，并对其进行地球化学特性研究，发现烃类异常特征，寻找油气藏赋存位置。

3.4 油砂的成藏模式

松辽盆地西斜坡油砂自20世纪50、60年代就有发现，图牧吉和西北沟油砂矿规模较大，勘查程度也较高。近些年，松辽盆地西斜坡油砂勘查开发投入逐年提高，先后发现了小太平山、大岗油砂矿点及长春岭伴生油砂矿等，随着认识的不断提高，对其成藏规律的研究也在不断深入。西斜坡油砂均来源于齐家—古龙坳陷，烃源岩来自盆地中部的青山口组。原油在运移过程中由于水、生物等降解、轻质组分挥发等作用而形成现今的油砂矿。因此，各矿运移、存储层位相近，均以嫩江组一段和姚家组二三段为主，空间分布范围多在西斜坡西侧超覆带及附近[12]。

目前发现的各油砂矿床(点)的主要差别在赋存位置及受控因素上，根据与其有关的赋存地层岩性和构造控制条件差别，可将松辽盆地油砂分为两大类：一类为单一地层岩性控制，根据层位及深度不同，分为西北沟式(姚家组)和长春岭式油砂矿(泉头组)，另一类为地层岩性加构造控制，根据层位岩性、断层性质及其作用分为图牧吉式(嫩江组为主、正断层导矿)和小太平山式油砂矿(姚家组、逆断层封堵)。松辽盆地西斜坡油砂成藏模式整体上为简单斜坡运移型(图4)。

图4 松辽盆地西斜坡油砂成矿模式图Fig.4 Accumulation pattern of oil sands in western slope of Songliao Basin

4 西部斜坡区油砂找矿远景预测

4.1 找矿方向

西斜坡油砂成矿有其特殊性，主要表现为：①西斜坡的原油主要来自临近的齐家—古龙凹陷，油气沿砂体的优势路径运移[13]，呈面状或带状分布，其形状、方向受地层砂体及构造影响；②西斜坡构造不发育，圈闭类型以地层、岩性和断层圈闭为主，在超覆带较发育。③西斜坡普遍受大气水的淋滤作用，造成稠油、油砂分布普遍,但受控矿条件影响，只在局部富集成矿[14]。因此，西部斜坡区的找矿重点方向，应在油气运移末端的河道砂体与超覆带交汇的地区，寻找地层岩性控矿或构造控矿的油砂，尤其是二者均有的地区为最佳优选区：在油气运移路径上寻找低幅度构造背景下的油砂矿，即：以地层岩性控矿为主的西北沟式；在断层附近寻找断层遮挡的油砂矿，即：以构造控矿为主的小太平山式及图牧吉式。

4.2 远景区预测

(1)西斜坡有利远景区块划分：在整个松辽盆地西斜坡地区，根据油砂成矿规律，在超覆带和河道砂体重叠地区划分了4个有利成矿远景区块(图5)，范围自北部富拉尔基到南部白城地区，各有利远景区长宽在30～40 km，面积均超过1 000 km2。目前，除中央坳陷区埋藏较深的长春岭油砂矿外，已发现的油砂矿基本上都在这几个区内或周边，其中主要分布在泰来至白城间。

图5 成矿有利远景区示意图Fig.5 Favorable prospect area for mineralization

(2)西斜坡重点目标区的圈定：在有利远景区块基础上，在西斜坡中南部地区，经综合分析圈定出4个新的重点目标区(图6)：①泰来地区，位于黑龙江省泰来地区及周边，呈长方形，面积1 200 km2。主要依据为目标区位于松辽盆地西斜坡油砂成矿带上；既在超覆带上，区内又有古河道(砂体)通过；地层有姚家组二三段粉细砂岩储层及嫩江组厚层泥岩盖层；东部有吉林和大庆油田，是油气向西部运移的末端。②坦途地区，位于吉林省坦途镇及以西地区，呈长方形，面积600 km2。主要依据为目标区位于松辽盆地西斜坡油砂成矿带上；既在超覆带上，区内又有古河道(砂体)通过；地层有姚家组二三段粉细砂岩储层及嫩江组厚层泥岩盖层；东部有吉林和大庆油田，是油气向西部运移的末端。西部为图牧吉油砂矿，其向东延伸，多个普查钻孔发现有油砂矿存在，目标区没有进行验证。③英华地区，位于吉林省英华乡地区，北至东平镇，南至镇赉县城，呈正方形，面积900 km2。主要依据为目标区位于松辽盆地西斜坡油砂成矿带上；既在超覆带上，区内又有古河道(砂体)通过；地层有姚家组二三段粉细砂岩储层及嫩江组厚层泥岩盖层；东部有吉林和大庆油田，是油气向西部运移的途经地。区内有油气显示孔，是东部油气向西运移的必经之路，存在多处古基岩地貌低洼区。④白城地区，位于白城市及东部地区，呈正方形，面积800 km2。主要依据为目标区位于松辽盆地西斜坡油砂成矿带上；既在超覆带上，区内又有古河道(砂体)通过；地层有姚家组二三段粉细砂岩储层及嫩江组厚层泥岩盖层；东部有吉林和大庆油田，是油气向西部运移的末端。有油气显示孔，存在多处古基岩地貌低洼区。

图6 重点目标区预测示意图Fig.6 Key target area prediction

5 结论

(1)松辽盆地西斜坡油砂矿地质特征相似，均赋存于粉细砂岩地层中，层状产出，长宽分布数公里；具有埋深浅，局部含油率较高、多层的特点，属晚白垩世生物化学沉积型矿床。

(2)油砂初始来源于齐家—古龙坳陷，向西运移稠化。受构造阻挡或导通影响，可在地层局部微隆区富集形成油砂矿。

(3)根据赋存地层岩性和构造控制条件的差别，将松辽盆地各油砂矿床(点)分成2类4式：一类为单一地层岩性控制的西北沟式和长春岭式油砂矿，另一类为地层岩性加构造控制的图牧吉式和小太平山式油砂矿。

(4)松辽盆地西斜坡油砂分布在白城到富拉尔基一带，主要远景区应在超覆带和河道砂体交汇部位。