引用本文
丁秋红, 陈树旺, 李晓海, 李文博, 姚玉来, 张健, 孙守亮. 辽宁省北部秀水盆地下白垩统地质特征及含油气前景[J].中国地质调查, 2019,6(3): 14-21.
DING Qiuhong, CHEN Shuwang, LI Xiaohai, LI Wenbo, YAO Yulai, ZHANG Jian, SUN Shouliang. Geological characteristics and oil-bearing prospect of Lower Cretaceous in Xiushui Basin of northern Liaoning Province[J].Geological Survey of China, 2019,6(3): 14-21.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2019.03.02
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辽宁省北部秀水盆地下白垩统地质特征及含油气前景
丁秋红, 陈树旺, 李晓海, 李文博, 姚玉来, 张健, 孙守亮
中国地质调查局沈阳地质调查中心,沈阳 110034

第一作者简介: 丁秋红(1964—),女,博士,研究员,主要从事中生代地层古生物研究及区域油气地质调查工作。Email: 1109251593@qq.com。

收稿日期: 2018-12-21
基金资助: 国家自然科学基金“松辽盆地及邻区早白垩世陆相地层高精度年代格架(编号: 41790451)”和中国地质调查局“松辽盆地外围西部盆地油气基础地质调查(编号: DD20160163)”项目联合资助
摘要

秀水盆地下白垩统义县组的油气发现,使义县组成为辽宁省西北地区重要的油气勘探目的层系。通过开展钻孔岩芯编录、路线地质调查、有机地球化学测试分析,综合应用电法、二维地震和钻探等资料,分析了秀水盆地下白垩统发育特征、生烃条件及盆地形成发展史等。结果表明: 义县组三段泥岩分布范围广,沉积厚度大,有机质丰度、类型及成熟度适宜,具有良好的生烃条件,为中等—好的烃源岩; 秀水盆地早白垩世发育4期不同的构造演化阶段,使其具备了一定的生、储、盖油气地质条件,具有油气勘探潜力。该研究可为区内进一步油气资源勘探提供支撑。

关键词: 秀水盆地; 下白垩统; 油气资源前景; 烃源岩; 生、储、盖组合
中图分类号:P534.53;P618.13 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2019)03-0014-08
Geological characteristics and oil-bearing prospect of Lower Cretaceous in Xiushui Basin of northern Liaoning Province
DING Qiuhong, CHEN Shuwang, LI Xiaohai, LI Wenbo, YAO Yulai, ZHANG Jian, SUN Shouliang
Shenyang Center of Geological Survey, China Geological Survey, Shenyang 110034, China
Abstract

The discovery of hydrocarbon in Yixian Formation of Xiushui Basin has made Yixian the target formation for oil-gas survey in northwestern Liaoning Province. Based on the technical methods of drilling core cataloging, field geological survey and organic geochemical test analysis, using electrical exploration data, 2D seismic and drilling data, the authors analyzed the stratigraphic characteristics, hydrocarbon generation conditions, basin formation and evolution history of Lower Cretaceous in Xiushui Basin. The results show that the No.3 mudstone source rock of Yixian Formation has a wide distribution range, a large sedimentary thickness, and suitable organic matter abundance, type and maturity, which means the mudstone has good hydrocarbon bearing conditions and belongs to medium to good source rock. It is considered that Xiushui Basin has undergone four phases of tectonic evolution in Early Cretaceous, and has the source-reservoir-cap rock assemblages and the prospective area for petroleum exploration. The above research is expected to provide support for further exploration of oil and gas resources in this area.

Keyword: Xiushui Basin; Lower Cretaceous; petroleum resource potential; source rock; source-reservoir-cap rock assemblage
0 引言

随着松辽盆地外围油气勘探的突破[1, 2, 3, 4], 松辽盆地外围中新生代盆地群与油气有关的基础地质调查也越来越受到业界的关注。辽宁省北部秀水盆地为火山岩覆盖下的油气调查工作空白区, 油气勘探和研究程度均较低。近年来, 研究区实施的油气基础地质调查井均钻遇了油气显示, 显示了良好的勘探前景。本文在全面收集和整理已有地质资料和煤田钻孔资料的基础上, 通过钻孔岩芯编录、区域出露地质体调查和有机地球化学分析, 结合物探资料, 分析了秀水盆地下白垩统发育特征、构造格局和盆地形成发展史, 探查了火山岩覆盖区白垩系主要目的层系分布状况、沉积特征及研究区油气地质条件, 揭示生油层、储层和盖层的分布特征, 预测含油气前景, 为研究区进一步油气资源勘探提供支撑。

1 地层发育特征

秀水盆地位于辽宁省北部, 行政区划属新民、法库、彰武所管辖。秀水盆地大地构造位置处于华北板块北缘陆缘活动带之上, 地质构造复杂, 是在海西褶皱基底和前寒武纪基底上发育起来的中生代断坳型盆地, 盆地受NE向构造控制, 呈近NNE向展布, 长约34 km, 宽15~25 km, 面积近710 km2。在区域上, 中生界白垩系发育有下白垩统义县组、九佛堂组和沙海组, 因第四系覆盖, 在秀水盆地未见九佛堂组出露。上述地层以陆相盆地沉积为特征(图1)。

图1 辽宁省北部秀水盆地地质略图Fig.1 Geological sketch map of Xiushui Basin in northern Liaoning Province

1.1 下白垩统义县组(K1y)

区域上, 1: 25万区域地质调查成果[5]将义县组分为2段: 义县组一段(K1y1)分布在沉积盆地的底部, 由砾岩、砂岩等陆源碎屑岩组成(在秀水盆地未见出露); 义县组二段(K1y2)由一套多次喷发的基性— 中性— 酸性的火山岩组成。该组地层在区域上广泛分布, 本文针对油气勘探目的层的需要, 结合区域地质调查及钻孔资料, 按照岩石特征及成因, 将该组划分为4个岩性段, 由老至新、自下而上岩性段分布情况见图2。

图2 秀水盆地下白垩统综合地层柱状图Fig.2 Synthetical stratigraphic column of Lower Cretaceous in Xiushui Basin

(1)义县组一段(K1y1)为基性火山岩段。该段地层在区域上广泛分布, 岩性为深灰色玄武安山岩、安山岩, 厚度大于2 000 m。

(2)义县组二段(K1y2)为火山岩夹沉积-火山碎屑岩段。主要出露在秀水河子以东的登仕堡子等地, 油气地质调查井辽法地1井和辽法地3井揭示了该段的岩性特征, 岩性主要为灰黑色气孔杏仁状安山岩、灰绿色杏仁状玄武安山岩、灰黑色含角砾晶屑岩屑凝灰岩夹黑色泥岩、粉砂岩、灰黑色泥质粉砂岩和灰白色粗砂岩, 沉积岩夹层中产孢粉化石。钻孔资料揭示本段厚度为582~706 m。

(3)义县组三段(K1y3)为沉积岩段。主要出露在秀水河子以东的大黄沟等地, 油气地质调查井秀D1井和辽法地1井揭示了该段的岩性特征, 岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩, 夹细砂岩、中砂岩, 产孢粉化石Densoisporites(拟套环孢)-Cicatricosisporites(无突肋纹孢)-Piceaepollenites (云杉粉)组合[6]。根据1: 20万铁岭幅区域地质调查成果[7], 在法库县龙山怀— 巴尔山屯实测剖面, 相当于义县组沉积岩段, 产鱼类化石Lycoptera sp.(狼鳍鱼 未定种)、L. sinensis(中华狼鳍鱼), 双壳类Ferganoconcha sp.(费尔干蚌 未定种)、F. cf. curta Tschern(短种费尔干蚌 相似种)、F. subcentratis Tschern(近中费尔干蚌)、 F. sibirica(西伯利亚费尔干蚌)、Sphaerium sp.(球蚬 未定种)、S. pentaconnum(五角形球蚬)、S. anderssoni(安氏球蚬), 叶肢介类Eosestheria sp.(东方叶肢介 未定种), 植物化石Czekanowskia rigida (坚直茨康诺司基叶)。钻孔资料揭示本段厚度为114~380 m, 据前人资料[7]本段厚度达1 954 m。本段为油气勘探的主要目的层段。

(4)义县组四段(K1y4)为酸性火山岩段。在秀水河子以西大面积出露, 受NE向构造控制多呈NE向带状分布。该段岩性为灰褐色粗安岩、灰色英安岩、紫灰色流纹岩和英安质凝灰岩。对本段灰褐色粗安岩进行锆石U-Pb法测年, 结果为(121.5± 1.2) Ma。钻孔资料揭示本段厚度为116~369 m, 区域上变化较大。

义县组主要由沉积岩、火山岩和火山碎屑岩组成, 钻孔资料揭示在义县组二段火山岩和三段沉积岩中均见油气显示(图2)。

1.2 九佛堂组(K1j)

秀水盆地因第四系覆盖, 该组地表未见出露, 根据煤田钻孔和秀D1井钻孔资料分析, 该组发育在秀水盆地的中南部。岩性底部为一层灰黄色厚层安山质砾岩, 下部为灰白— 浅灰色薄层粉砂岩、纸片状页岩, 中、上部为黄灰— 黄绿色砂岩、粉砂岩与灰— 灰绿色页岩、粉砂质页岩、泥岩不等厚互层。产孢粉化石Cicatricosisporites(无突肋纹孢)-Impardecispora(非均饰孢)-Pinuspollenites(松粉)组合[5]。钻孔资料揭示该组厚度为294 m。

1.3 沙海组(K1$\widehat{S}$)

该组主要出露在秀水盆地北部, 地表多呈NE向条带状分布, 受NE向断裂控制明显, 平行不整合于义县组之上, 为一套以河流相沉积为主夹湖泊相沉积的地层, 岩性主要由灰黄色— 灰绿色复成分砾岩、长石砂岩、泥岩及粉砂岩组成, 局部夹煤层、油页岩。产木化石Protopiceoxylon sp.(原始云杉型木 未定种)、Xenonxylon latiorosum (Gramer) Gothan(宽孔异木)、Protocupressinoxylon sp.(原始柏型木 未定种)。钻孔资料揭示本组厚度为786 m。

2 烃源岩分布特征

秀水盆地内先后施工的3口地质调查井: 秀D1井、辽法地1井和辽法地3井, 在义县组中均钻遇了较好的油气显示(图2)。秀水盆地义县组发育的泥岩具有分布范围广、沉积厚度大、以暗色泥岩为主的特点。其中东蛇山子、登仕堡子2个次一级凹陷中义县组烃源岩最为发育, 在东蛇山子凹陷中的秀D1井钻遇的义县组三段沉积地层厚度为380 m, 暗色泥岩厚度为170 m; 在登仕堡子凹陷中的辽法地1井钻遇的义县组三段沉积地层厚度为280 m, 暗色泥岩厚度为128 m。岩性主要为黑色泥岩, 发育水平层理, 层理面光滑平整, 中薄层为主, 颜色以灰黑色、黑色为主, 碳质含量较高。因此, 秀水盆地义县组烃源岩有较大的油气潜力。

秀水盆地现今90%的面积被第四系覆盖, 根据煤田钻孔资料和区域野外地质路线调查, 综合电法剖面测量和二维地震等资料分析, 认为在秀水盆地早白垩世义县组二、三段沉积时期存在火山喷发间歇期, 发育有断陷湖盆, 形成一定规模水体较深的湖相泥岩沉积, 主要的沉降中心位于东蛇山子凹陷, 持续时间长, 沉积岩厚度较大, 为主要沉积岩分布区域。LB1线电法剖面采用大地电磁测深(MT)和可控源大地电磁测深(AMT)方法, 测线呈NW-SE方向展布(图1), 综合处理结果显示在秀水盆地火山岩覆盖之下有低阻层存在, 沉积地层连续分布, 厚度大, 经钻孔验证, 低阻层为义县组三段烃源岩层(图3)。

图3 LB1线AMT+MT综合二维反演电阻率断面图Fig.3 Comprehensive 2D invention resistivity profile of AMT and MT from line LB1

DZ69线为二维地震测线, 测线呈EW方向展布(图1), 二维地震剖面经过登仕堡子凹陷, 在二维地震剖面上义县组三段表现为同相轴连续、平直的特点, 沉积地层主要分布在凹陷的中心, 呈边缘快速变薄的特征(图4(a)), 根据二维地震剖面及振幅能量剖面的时频特征分析, 目的层段700 ms以上能量较强, 具备岩性油气的特点(图4(b))。

图4 二维地震剖面及振幅能量剖面图Fig.4 2D seismic profile and amplitude energy profile

据物探资料推测, 该盆地基底的最大埋深为3 200 m, 盆地普遍被火山岩覆盖, 火山岩之下发育的义县组三段沉积地层是油气勘探的主要目的层段。

3 烃源岩有机地球化学特征

于秀水盆地的义县组采集了57件烃源岩样品, 其中秀D1井37件, 辽法地1井10件, 露头剖面样品10件, 通过样品测试进行了烃源岩有机质丰度、类型和成熟度评价。

有机质丰度是烃源岩评价的重要内容之一, 有机质丰度直接决定到烃源岩是否具备形成工业油气聚集的潜力。分析结果表明: 该区泥岩样品总有机碳(TOC)含量为0.35%~10.65%, 平均为1.89%; 生烃潜量(S1+S2)为0.29~11.64 mg/g, 平均为2.82 mg/g; 氯仿沥青“ A” 含量为0.002%~0.331%, 平均为0.062%; 总烃(HC)含量为8.83× 10-6~362.78× 10-6, 平均为162.26× 10-6。参照陆相地层暗色泥岩烃源岩的评价标准[8, 9], 义县组泥岩生烃潜力和有机碳含量从非到好均有分布, 主要为中等— 好的烃源岩, 具备一定的生烃物质基础。其中部分露头样品可能由于遭受风化等原因TOC含量较低(图5)。

图5 义县组泥岩样品TOC分布图Fig.5 Distribution of TOC in mudstone samples from Yixian Formation

有机质丰度和类型是生烃的基础, 有机质的成熟度则决定着有机质生成油气的总量和生烃潜力。岩石热解参数判识图[10, 11, 12]显示义县组烃源岩氢指数(HI)含量大都在100~800 mg/g, 数据点大都主要集中在Ⅱ 2-Ⅲ 型的区域(图6), 表明有机质类型以腐泥腐殖型为主; 热解峰稳(Tmax)集中在400~450 ℃之间(图6), 反映其成熟度为成熟— 高成熟阶段。

图6 义县组烃源岩HI-Tmax有机质类型判识图Fig.6 Plot of Tmax versus HI identifying the kerogen types of source rock from Yixian Formation

综上所述, 秀水盆地义县组泥岩多为中等— 好的烃源岩, 有机质类型以Ⅱ -Ⅲ 型为主, 其中, 秀D1井有机质类型为Ⅱ 2-Ⅲ 型, 辽法地1井有机质类型主要为Ⅰ -Ⅱ 1型, 处于成熟— 高成熟演化阶段, 烃源岩厚度大, 有机质丰度、类型及成熟度适宜, 推测为秀水盆地的主力生油层。

4 盆地演化及油气地质条件分析
4.1 盆地构造演化特征

区域构造上, 秀水盆地是松辽盆地南缘断陷盆地群的众多断陷盆地之一, 为燕山期构造运动的产物。燕山运动第二幕NE向、NNE向断裂发育, 该时期是盆地发育的鼎盛时期。盆地的形成与发展受深大断裂控制, 盆地的东西两侧均以深大断裂为界, 盆地内断裂十分发育, 形成一系列NE向、NNE向犁式断层。NW向、NNW向断裂具有多期活动的特点, 形成时间略晚于NE向基底断裂, 多为走滑性质的传递断层, 常错开NE向、NNE向断裂。盆地由南向北依次形成东蛇山子凹陷、登仕堡子凹陷和西部卧牛石凹陷, 具有断陷盆地的特点, 形成西侧陡东侧缓、南部深北部浅的沉积构造格局。

通过对秀水盆地沉积地层、断裂和盆地基底结构特征等分析认为, 在区域应力场作用下[13, 14], 秀水盆地早白垩世发育4期不同的构造演化阶段(图7)。

图7 秀水盆地构造演化图Fig.7 Tectionic evolution of Xiushui Basin

(1)初期阶段。这一阶段主要相当于义县组一段沉积时期, 在近EW向张应力的作用下基底拉张, 这一时期的盆地底部形成具有底砾岩性质的义县组底部粗粒复陆屑沉积建造。同时, 构造运动伴随大面积的中基性火山岩喷发, 沉积了较厚的下白垩统义县组一段, 在叶茂台地区的叶参1井钻遇该期火山岩厚度达2 200 m。

(2)早期阶段。这一阶段相当于义县组二段和三段沉积时期, 这个时期盆地总体发生沉降, 火山喷发作用相对较弱, 存在火山喷发间歇期, 沉积范围广, 沉积厚度趋于稳定, 湖盆范围较大, 湖盆的西侧陡岸区沉积有粗碎屑的扇三角洲, 东蛇山子凹陷为沉降中心, 沉积了较厚的义县组三段湖相暗色泥岩, 秀D1井钻遇泥岩单层最大厚度达22 m。

(3)中期阶段。这一阶段相当于义县组四段沉积时期, 这个时期火山喷发作用强烈, 形成以酸性火山岩为主的地层, 火山活动后期有次火山岩侵位。这一时期湖盆面积较前期缩小, 盆地逐渐萎缩。

(4)晚期阶段。这一阶段相当于九佛堂组— 泉头组沉积前期。早白垩世九佛堂组沉积之后构造发生反转, 盆地呈差异性升降剥蚀, 湖盆进一步萎缩, 只在北部局部沉积有沙海组地层, 南部隆升剥蚀, 义县组、九佛堂组均遭受了较为强烈的剥蚀, 仅在东蛇山子凹陷残留有九佛堂组的沉积地层, 白垩纪末期盆地全面抬升剥蚀。

4.2 油气地质条件

目前, 秀水盆地义县组三段的湖相沉积岩是主要生烃岩系, 深凹陷区是主力烃源岩分布区, 生成的油气以断裂为通道, 向上运移到具备储集条件的圈闭中。储层为义县组三段粗砂岩和火山碎屑岩。义县组四段发育的火山熔岩、火山凝灰岩, 岩石结构致密, 孔隙、裂隙不发育, 构成了秀水盆地油气的盖层。义县组三段泥岩夹层及侵入其中的4层基性— 酸性次火山岩均可作为有效盖层, 能对自生自储的义县组油藏起封闭作用, 是油气藏得以保存下来的重要保障。义县组具有自生自储、原地富集的特征, 生、储、盖相互叠置, 具有较好的空间配置(图2)。秀水盆地已经具备了一定的生、储、盖条件, 凹陷中分布的构造圈闭、岩性圈闭将是有利的油气聚集区。

值得注意的是, 义县组沉积期间的火山活动是在盆地内义县组三段具有生油潜力的泥岩沉积之后发生的, 义县组四段的火山喷发和岩浆活动对油气的控制作用具有两面性: 一方面岩浆岩的侵入有利于有机质向油气方向转化, 岩浆侵入提高了地温场, 为烃源岩向油气转化提供了巨大的热能; 另一方面生油岩中占有较大面积的侵入体会占据储集空间, 对油气的聚集不利, 同时油气成藏后期的火山活动对已经形成的油气藏具有破坏作用。

5 结论

(1)秀水盆地义县组三段发育的暗色泥岩具有分布范围广、沉积厚度大的特点, 义县组三段湖相沉积岩是主要的生烃岩系, 为油气勘探的主要目的层段。

(2)义县组三段泥岩为中等— 好的烃源岩, 有机质类型为Ⅱ 2-Ⅲ 型, 处于成熟— 高成熟的演化阶段, 烃源岩厚度大, 有机质丰度、类型及成熟度适宜, 为秀水盆地的主力生油层。

(3)秀水盆地早白垩世发育4期不同的构造演化阶段, 包括初期基底形成、早期拉张断陷沉积、中期火山喷发和晚期差异升降剥蚀4个阶段, 上述演化特征使秀水盆地义县组具有自生自储、原地富集的特征, 生、储、盖相互叠置, 具有较好的空间配置, 具备了一定的生、储、盖油气地质条件, 具有油气勘探潜力。

The authors have declared that no competing interests exist.

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