通化盆地三棵榆樹斷陷油氣成藏條件分析

宋立斌,叢杉,劉國東,裴警博

1.中國石油吉林油田分公司勘探開發研究院，吉林松原138000；2.大慶油田有限責任公司采油一廠，黑龍江大慶163111

0 引言

通化盆地位于吉林省東南部的通化市區，東臨鴨綠江盆地，北為柳河、輝樺盆地，是發育在華北板塊北緣前中生代—新太古代基底之上的斷陷盆地，是東斷西超型的箕狀斷陷，盆地基底最大埋深3 500 m，分布面積1 500 km2。盆內地形屬丘陵及山地地貌，其中，山地約占60%，均為密林覆蓋；山間平原占40%，均為農田區。地形起伏變化大，高程在350～1 000 m，最大高差650 m±。

自1981年開始油氣地質調查工作以來，通化盆地先后開展了重磁電普查和二維地震采集攻關試驗，并開展了系列地質調查研究[1-2]。2015年中國地質調查局油氣地質調查中心在通化盆地部署通地1地質井，見到良好油氣顯示。2016年吉林油田在盆內進一步實施了二維地震采集及鉆探工程，初步落實了盆地的地質結構與油氣勘探前景[3]。截至目前，通化盆地已累計完成電法4條計205 km、重磁2 407 km2、二維地震采集5條計202 km、鉆井17口，其中地質井15口、參數井1口和預探井1口。

由于通化盆地地形起伏較大，地表火山巖十分發育，地下地質構造復雜，嚴重影響了二維地震資料采集和地震處理成像效果；加之2015年之前鉆井資料缺乏，導致通化盆地基本石油地質條件研究薄弱，在很大程度上制約了油氣勘探進程。2016年后，隨著吉林油田地質井鉆探工程的實施，及時地揭示了通化盆地地層發育特征和油氣顯示情況，為加快通化盆地勘探節奏起到了推進作用。

1 盆地基本特征

電法與重磁資料綜合解釋表明，通化盆地主要受NE向控盆斷裂及盆地中部的NW向斷裂控制發育而成，各種斷裂均具有明顯的長期性、多旋回性和繼承性，總體構成了隆、坳相間的構造格局。據基底頂面構造特征，通化盆地可進一步劃分為三棵榆樹斷陷、二密斷陷和英額布隆起3個三級構造單元(圖1)。

圖1 通化盆地構造綱要與單元劃分圖Fig.1 Structural outline and unit division map of Tonghua Basin

鉆井揭示表明，通化盆地主要發育有中侏羅統侯家屯組和下白堊統果松組、鷹嘴砬子組、林子頭組、三棵榆樹組和小南溝組地層，基底為新太古代片麻狀花崗巖、閃長巖及片巖。

在侏羅紀沉積時期，由于太平洋板塊、西伯利亞板塊對中朝板塊的俯沖擠壓作用(燕山Ⅱ幕)，吉林省南部地區整體處于隆升狀態，發育一系列逆沖推覆構造，局部形成一些山前坳陷，此時通化盆地沉積了中侏羅統侯家屯組(J2h)地層。侯家屯組屬于干旱氣候下的山麓洪積相-沖積(泛)河流相沉積，底部巖性為塊狀紫色復成分礫巖，中上部為紫紅色泥巖、粉砂巖夾雜色砂巖及鈣質泥巖透鏡體，主要出露在盆地西南部和東南部邊緣。

在白堊紀早、中期(燕山運動Ⅲ幕)，由于太平洋板塊向歐亞大陸擠壓俯沖，被動大陸邊緣一側仰沖和拉張，同時洋殼逐漸消減，發育了大量的北東向張性斷裂及斷陷盆地，該時期是吉林省東部盆地早白堊世主要成盆期[4-5]。在成盆初期沿斷裂有強烈的火山巖噴發，通化盆地堆積了果松組(K1g)中基性火山巖，發育了紫色多斑安山巖、含氣孔杏仁安山巖和灰色致密玄武安山巖等(圖2)，同位素年齡122～132 Ma；在成盆中后期出現了小型斷陷盆地疊加在侏羅紀盆地之上，發育了早白堊世鷹嘴砬子組(K1y)、林子頭組(K1l)兩套湖相地層沉積，同位素年齡為118～113 Ma。這兩套湖相地層都屬于火山噴發間歇期火山-湖相碎屑巖組合，發育厚層黑色泥巖、粉砂質頁巖和凝灰質礫巖、凝灰質砂巖及凝灰巖，局部地區含數層安山巖。

圖2 通化盆地地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Tonghua Basin

林子頭組沉積之后，火山又開始活動，通化盆地隨之又被后期噴出的三棵榆樹組堿性安山巖組合所覆蓋，巖性為紫色粗面安山巖、含氣孔杏仁安山巖、灰色致密安山巖及流紋巖、凝灰巖等，同位素年齡為115～105 Ma。早白堊世末期，隨著通化盆地沉降速率持續降低而發育了小南溝組(K1x)陸相紅色碎屑巖沉積。在此之后，通化盆地一直處于抬升隆起階段，局部地層出露地表遭受剝蝕，繼而結束了通化盆地沉積過程。

2 石油地質條件分析

地質調查表明，通化盆地三顆榆樹斷陷具有良好的生儲蓋組合，具備油氣成藏的基本地質條件，并已在通化盆地下白堊統林子頭組和鷹嘴砬子組發現了油苗[6-7]，說明通化盆地在地質歷史時期經歷了油氣生、排及運聚過程，預示通化盆地具備較好的油氣勘探前景。

2.1 烴源巖發育特征

三棵榆樹斷陷是通化盆地的主要構造單元，斷陷面積約700 km2，約占整個盆地構造面積的47%，是一個完整的負向構造單元。斷陷內下白堊統林子頭組、鷹嘴砬子組地層暗色泥巖發育，有機質豐富，且達到高成熟演化階段，具備形成油氣藏的物質基礎，是通化盆地主力生烴斷陷。

圖3 林子頭組、鷹嘴砬子組暗色泥巖TOC分布直方圖Fig.3 Dark mudstone TOC distribution histogram in Linzitou Formation and Yingzuilazi Formation

鉆井揭示三棵榆樹斷陷下白堊統暗色泥巖厚度一般在200～700 m，從斷陷中心向四周厚度減薄，據鉆井巖芯的暗色泥巖殘余有機碳(TOC)、有機質類型(HI)及有機質成熟度(Ro)等地化指標測試表明，下白堊統暗色泥巖有機質豐度較高，TOC介于1.2%～2.0%(圖3)；有機質類型好，主要為Ⅰ型干酪根；古埋深>3 000 m，Ro在1.3%～1.5%之間，有機質處于高成熟演化階段，綜合評定為好的烴源巖，具備較強的生烴能力。由此可知，三棵榆樹斷陷油氣來源充足，是一個“小而肥”的富烴斷陷。

2.2 儲層發育特征

單井巖芯相、測井相分析表明，通化盆地三棵榆樹斷陷下白堊統沉積時期為火山噴發間歇期火山湖相碎屑巖沉積環境。早白堊世鷹嘴砬子組、林子頭組沉積物源主要來自盆地西北和東南緣兩側，發育湖泊背景下的扇三角洲相沉積(圖4)。從含油氣的巖芯顯示統計，通化盆地下白堊統鷹嘴砬子組、林子頭組儲層巖石類型主要為凝灰質(角)礫巖、凝灰質砂巖和凝灰巖3種沉火山碎屑巖，正常沉積碎屑巖相砂巖儲層極少。根據巖石鑄體薄片和掃描電鏡鑒定，下白堊統儲層主要儲集空間類型為次生粒內溶孔、粒間溶孔與微裂縫，儲集空間中可見多處原油與瀝青充填，溶蝕物質以長石、火山巖屑和凝灰質雜基為主。從鷹嘴砬子組、林子頭組儲層物性分析結果可知，含油氣顯示的儲層孔隙度分布在5%～14%，滲透率分布在0.02～0.7 md；壓汞資料分析孔吼半徑均值一般在0.11～0.35 μm，屬于致密低孔-特低孔、特低滲儲層。

圖4 三棵榆樹斷陷增盛溝里下白堊統鷹嘴砬子組露頭扇三角洲相剖面圖Fig.4 Section diagram of outcrop fan delta facies of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation, Zengshenggouli in Sankeyushu fault depression

2.3 蓋層特征

三棵榆樹斷陷早白堊世鷹嘴砬子組、林子頭組地層沉積時期發育了多旋回暗色泥巖段，鉆井揭示每個旋回純泥巖段厚度一般為10～30 m，這些泥巖段平面分布相對穩定，是較好的層間蓋層。三棵榆樹斷陷沿著北東向斷層發育三期火山巖，大部分為噴發相的安山巖，火山巖平面延伸較遠，可達2～5 km，是局部致密蓋層；而侵入未露出地表部分也可形成上傾遮擋條件。另從電法及二維地震資料解釋成果分析，大斷層主要發育在三顆榆樹斷陷兩側，斷陷中部斷層發育較少，有些斷層并未斷穿各組段厚層泥巖隔層，推測這些斷層是早期發育，后期停止活動，對油氣成藏影響較小，具備較好的保存條件。

2.4 生儲蓋組合特征

從生油條件分析，三棵榆樹斷陷早白堊世發育的厚層暗色泥巖不但有機質含量較高，而且分布較廣，在早白堊世沉積末期進入成熟-高成熟期，生油氣條件優越；從儲層條件分析，地質井揭示三棵榆樹斷陷扇三角洲儲層砂體厚度較大，平面分布范圍較廣，并與湖相暗色泥巖地層呈“交互式”沉積，具備油氣短距離運聚的儲集條件；從蓋層條件分析，湖泊相發育的多旋回較厚層泥巖段穩定分布，是油氣成藏的直接蓋層，而局部發育的致密火山巖也可以封擋油氣向上或者側向運移，為油氣運聚成藏提供了良好的封蓋條件。

上述下白堊統生、儲、蓋的發育，使三棵榆樹斷陷形成了兩套油氣成藏組合，分別為下白堊統鷹嘴砬子組和林子頭組成藏組合。生油層為下白堊統鷹嘴砬子組和林子頭組暗色泥巖；儲集層為林子頭組和鷹嘴砬子組凝灰質礫巖、凝灰質砂巖和凝灰巖；蓋層為鷹嘴砬子組、林子頭組暗色厚層泥巖段及林子頭組、三棵榆樹組厚層致密火山巖。這些縱向上發育的多套湖相暗色泥巖與扇三角洲前緣相凝灰質砂巖“交互式”形成的生油層與儲集層旋回沉積，構成了多套“自生自儲式”的含油氣組合，使通化盆地三棵榆樹斷陷具備了形成油氣藏的優越地質條件。

3 油氣成藏模式及有利勘探區帶

3.1 油氣成藏模式

通化盆地三棵榆樹斷陷下白堊統生、儲、蓋條件優越。根據三棵榆樹斷陷埋藏史與有機質熱演化史模擬可知，現今下白堊統鷹嘴砬子、林子頭組湖相暗色泥巖埋深已超過2 500 m生烴門限，在三棵榆樹組(115～105 Ma)地層沉積后，下白堊統鷹嘴砬子在108～55 Ma、林子頭組在100～55 Ma分別大量生烴。廣泛分布的下白堊統烴源巖即開始了廣覆式(圖5)的油氣生成與持續性充注供給，為圈閉成藏提供了氣源保障。

圖5 通化盆地三棵榆樹斷陷油氣成藏模式圖Fig.5 Hydrocarbon accumulation pattern of Sankeyushu fault depression in Tonghua Basin

鉆井與地震解釋成果表明，三棵榆樹斷陷內大面積發育扇三角洲前緣相舌狀和透鏡狀砂體[8]；加之其內發育一系列控藏、控源斷裂，形成了多個斷鼻和斷塊構造，能夠有效溝通與遮擋油氣；二者的有機配置為自生自儲的斷層-巖性圈閉油氣成藏提供了充足的儲集空間和有利條件[9-11]。

同時，三棵榆樹斷陷內多期發育的林子頭組、三棵榆樹組火山巖，刺穿了鷹嘴砬子組、林子頭組湖相碎屑巖地層，致使火山巖巖體周圍砂體翹傾，形成了側向遮擋，為自生自儲的火山巖遮擋圈閉油氣成藏創造了有利條件[12-13]。

另據鉆遇下白堊統致密砂巖的多口井巖芯觀察發現，鷹嘴砬子組與林子頭組致密砂巖與泥巖中均發育裂縫并充填有原油和瀝青，表明裂縫即是油氣運移通道，改善了儲層連通性，又是油氣有效儲集空間。例如，通地12、通地13、通地15和通地15更等井的巖芯和薄片顯示，致密砂巖中發育高角度的網狀裂縫和不規則微裂縫(圖6)，裂縫內被油氣充填，揭示了三棵榆樹斷陷具有致密裂縫型巖性圈閉成藏潛力。

A.通地12井1 123 m鷹嘴砬子組含油泥巖裂隙；B.通地17井152.3 m林子頭組火山角礫巖中的含油裂縫，正交偏光×10；C.通地13井894 m凝灰質含礫砂巖含油裂縫，單偏光×10。圖6 三棵榆樹斷陷下白堊統鷹嘴砬子組、林子頭組含油巖石裂縫Fig.6 Oil-bearing rock crevices of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation and Linzitou Formation in Sankeyushu fault depression

由此可見，三棵榆樹斷陷下白堊統烴源巖厚度大，分布廣，油氣源供給充足；多旋回廣泛發育的扇三角洲砂體提供了儲集空間；源儲一體和斷層的發育形成了良好的疏導體系；巨厚烴源巖與致密火山巖為油氣成藏提供了遮擋。這些地質因素的有機配置為三棵榆樹斷陷斷層-巖性油氣成藏、火山巖遮擋油氣成藏和致密裂縫型巖性油氣藏創造了有利條件。

3.2 有利勘探區帶

根據三棵榆樹斷陷油氣成藏模式和已發現油氣平面分布特征，將三棵榆樹斷陷中南部斷層發育的有利構造背景區和扇三角洲前緣砂體發育區的疊合帶通地2-通地4-通地18井區確定為通化盆地有利勘探區帶[14](圖7)，面積約100 km2。

該區帶在鷹嘴砬子組和林子頭組沉積期，受三棵榆樹斷陷西南部旺清門鎮方向注入水系的影響，扇三角洲前緣砂體發育[7]，并緊鄰下白堊統生烴洼槽中心，且平面位置位于斷陷中部淺層三棵榆樹組火山巖體覆蓋范圍之內。由于后期三棵榆樹組火山巖噴發時的上拱作用影響，扇三角洲前緣砂體易于在火山頸周緣被改造為上傾遮擋，繼而形成火山巖遮擋油氣藏。

另由二維地震解釋成果分析，三棵榆樹斷陷中南部為下白堊統鷹嘴砬子組和林子頭組的復合斷塊構造圈閉發育區。由于三棵榆樹斷陷具有源儲一體的特點，油氣就近成藏，易于在該區形成斷層-巖性圈閉油氣藏。

同時，近年的地質淺井調查表明，該區油氣顯示較好(表1)。2018年在該區鉆探的通地17更井于750～758 m的下白堊統鷹嘴砬子組試油獲得日產2 114 m3工業氣流，實現了通化盆地油氣勘探突破，證實三棵榆樹斷陷中南部斷層發育的有利構造背景區和扇三角洲前緣砂體發育區的疊合帶具有良好的油氣勘探潛力。

圖7 三棵榆樹斷陷有利勘探區帶預測圖Fig.7 Prediction map of favorable exploration zone in Sankeyushu fault depression

表1 通化盆地三棵榆樹斷陷油氣顯示一覽表

Table 1 Oil and gas indications of Sankeyushu fault depression in Tonghua Basin

井號顯示厚度/m油浸油斑油跡熒光累計厚度/m通參14.0027.0048.3579.35通地153.1025.6078.70通地24.236.8912.9024.02通地40.100.480.58通地130.714.4411.3314.5731.05通地151.046.233.015.8016.08通地15更0.230.752.356.8710.20通地170.253.879.188.9322.23通地17更7.0026.0032.0065.00

因此，可以將通化盆地三棵榆樹斷陷中南部的通地2-通地4-通地18井區作為近期油氣勘探的有利區帶。

4 結論

(1)通化盆地三棵榆樹斷陷在早白堊世沉積時期沉降作用強烈，湖相暗色泥巖發育巨厚，生油母質以Ⅰ型干酪根為主，有機質處于高成熟演化階段，有很強的生烴能力，并以生氣為主，是一個“小而肥”的富烴斷陷，勘探潛力較大。

(2)三棵榆樹斷陷下白堊統不僅發育巨厚、高成熟度烴源巖，并發育疊加連片的扇三角洲前緣砂體，加之斷陷內早期斷裂晚期活動較少，烴源巖與儲層近距離互層式接觸，構成了有利的“自生自儲式”成藏組合。

(3)三棵榆樹斷陷下白堊統構成了多套“自生自儲式”的含油氣組合，具備斷層-巖性圈閉、火山巖遮擋圈閉以及致密裂縫型巖性圈閉成藏的有利條件；其中三棵榆樹斷陷中南部的通地2-通地4-通地18井區為有利勘探區帶。