孫吳-嘉蔭盆地東部太平林場組沉積相及烴源巖特征

姚玉來，李士超，楊建國，肖 飛，李 昂，黃一鳴，張渝金

中國地質調查局沈陽地質調查中心（東北地質科技創新中心），遼寧沈陽110034

0 引言

孫吳-嘉蔭盆地是中國東部含油氣遠景盆地之一，其北隔黑龍江與俄羅斯的結雅-布列亞盆地為同一盆地［1］.在俄羅斯境內盆地石油地質研究程度較高，并獲得工業油流［2］，而在我國境內研究程度和勘探程度均較低，目前為止僅在局部開展了古生物、地層、沉積、重磁和地震勘探等工作［1-9］.2001 年大慶油田在上白堊統太平林場組暗色泥巖中首次發現油氣顯示［1］，表明有機質已成熟且發生過油氣的生成和運移.但是對于太平林場組沉積相和石油地質烴源巖方面的研究仍然薄弱，一方面是由于盆地地質調查井很少，井下資料有限，另一方面因為地表覆蓋嚴重，基巖較少出露，尤其是暗色泥頁巖露頭，上述兩方面因素使系統研究太平林場組沉積相展布及烴源巖特征存在較大困難.

筆者依托公益性油氣調查項目，在孫吳-嘉蔭盆地東部開展野外基礎地質調查工作，對盆地東部太平林場組露頭剖面進行了詳細分層、描述，采集泥頁巖露頭樣品并進行巖石熱解、鏡質體反射率、顯微組分鑒定和全巖礦物成分等測試，同時結合前人已有成果，研究太平林場組沉積相類型，探討泥頁巖的巖石學和有機地球化學特征，以期為該盆地后續深入研究和油氣勘探提供基礎資料.

1 盆地地質概況

孫吳-嘉蔭盆地位于黑龍江省北部的孫吳、遜克和嘉蔭三縣境內，面積為22 810 km2，呈東西向展布，向南與松遼盆地相接［1］.盆地是在興蒙海西期增生弧型造山帶上發育的一個中新生代盆地，基底為古生界變質巖系［7］，中生界地層序列自下而上分別為下白堊統寧遠村組和淘淇河組，上白堊統永安村組、太平林場組和魚亮子組，古新統烏云組，中新—上新統孫吳組和更新—全新統［10］，其中淘淇河組、永安村組和太平林場組沉積厚度大、分布廣，是油氣勘探的主要目的層［7］.本文研究所測的太平林場組剖面位于盆地東部嘉蔭縣東南約3 km，沿江國防大道西側（圖1），剖面全長283.7 m，野外劃分31 層，采集泥頁巖樣品14 個.

2 樣品采集與測試

樣品巖性為暗色頁巖、泥巖和粉砂質泥巖，測試單位為東北石油大學非常規油氣研究院（黑龍江省非常規油氣成藏與開發重點實驗室）.

樣品總有機碳和巖石熱解測試儀器分別為C-744碳硫分析儀和Rock-Eval 6 plus 生油巖分析儀No.300.鏡質體反射率測定和顯微組分鑒定使用的儀器為Zeiss Axio Image Z1 多功能顯微鏡.全巖礦物成分測試儀器為德國布魯克D8AA25 X 射線衍射儀.

3 太平林場組沉積相特征

太平林場組剖面為一套灰黑色頁巖、泥巖-粉砂質泥巖、深灰色粉細砂巖-中細砂巖、灰黃色中砂巖組合，自下而上巖石粒度總體變粗，反映湖盆水體逐漸變淺；剖面下部與孫吳組弱—半固結的砂礫巖角度不整合接觸，未見底，頂部被第四系覆蓋.太平林場組暗色泥頁巖主要發育在剖面下部的1～7 層，總厚度大于56.5 m.地層產狀相對穩定，傾向112～137°，傾角19～40°，由下而上逐漸變緩.

根據巖性組合、沉積構造等特征，太平林場組剖面可以劃分出湖泊相和扇三角洲相兩種沉積相，進一步劃分出半深湖-深湖亞相、前扇三角洲和扇三角洲前緣3 種亞相，并細分為6 種沉積微相（圖2，掃描首頁OSID 二維碼可見詳圖）.

3.1 扇三角洲前緣亞相

該亞相進一步劃分為4 個沉積微相，具體特征如下.

1）水下分流河道：扇三角洲平原分流河道向水下的延伸部分，沉積物以砂、粉砂為主.在剖面第13 層以上發育該微相.太平林場組扇三角洲前緣水下分流河道巖性為灰黃色中砂巖、中細砂巖和深灰—黑灰色粉細砂巖、粉砂巖組合，垂向上具下粗上細的間斷性正韻律粒序特征，發育交錯層理、平行層理、脈狀層理等，旋回底部多見沖刷-充填構造和泥質底礫.中砂巖有時橫向上厚度變化較大，多呈透鏡狀，下部常見炭屑紋層和植物碎片.

2）水下分流間灣：位于水下分流河道之間相對低洼的一系列尖端指向陸地的楔形泥質沉積區，以黏土沉積為主.該微相在剖面下部第7 層和第13、15 層頂部發育，巖性為灰黑色粉砂質泥巖，夾1～2 cm 深灰色細砂巖紋層，分布不均勻.發育水平層理，粉砂質泥巖層面可見炭化的植物碎片.

3）分流河口砂壩：位于水下分流河道的河口處，由于流速驟減，沉積物快速沉降堆積而形成.剖面第8～12 層發育該微相，巖性為灰色-深灰色中細砂巖、粉細砂巖與灰黑色-黑灰色泥質粉砂巖、粉砂巖互層，成層厚度多為中—厚層，局部發育交錯層理、波狀層理，層面偶見少量炭化植物碎片.

4）遠砂壩：位于河口壩前方較遠部位，沉積物較河口壩細.剖面第3～6 層發育該微相，巖性為灰黑色粉砂質泥巖與深灰色粉細砂巖互層，發育有槽狀交錯層理、平行層理、脈狀層理.在垂向層序上，可劃分為4個下細上粗的沉積反旋回.

3.2 前扇三角洲亞相

前扇三角洲泥：位于前扇三角洲前緣的前方，沉積物大部分在波基面以下深度范圍形成.該微相發育在剖面下部第2 層，巖性為灰黑色泥巖，發育水平層理，局部夾厚1～3 cm 的深灰色粉砂巖條帶，以頂部較多.

3.3 半深湖—深湖亞相

半深湖—深湖泥：是指在浪基面以下的半深湖—深湖沉積的泥巖，因處于還原環境下，顏色多為灰黑色—黑色.該微相發育在剖面底部的第1 層，巖性為灰黑色泥頁巖，泥質較純，厚度較大，發育水平層理，頁理構造發育.

4 泥頁巖巖石學特征

4.1 礦物學特征

太平林場組泥頁巖礦物主要由石英、鉀長石、斜長石和黏土礦物組成.本文對剖面11 個泥頁巖樣品全巖礦物成分進行了分析，結果表明泥頁巖石英含量為43.8%～56.6%，均值49.9%；鉀長石1.1%～4.7%，均值2.7%；斜長石7.9%～15.2%，均值12.6%；黏土礦物27.4%～45.8%，均值34.8%，以蒙皂石為主，伊利石、高嶺石和綠泥石次之，伊蒙混層很少；只有一個樣品碳酸鹽礦物含量為6.4%，其他樣品未測出.

按照Allix 等提出的泥頁巖分類方法［11］，將樣品礦物成分按照細粒巖（粒度小于62 μm）分類三角圖版進行投點，結果顯示樣品全部落到Ⅴ區內（圖3），即太平林場組泥頁巖均為長英質泥頁巖類.

圖3 太平林場組泥頁巖礦物組成三角圖（據文獻［11］）Fig.3 Triangular diagram for mineral compositions of mud shale in Taipinglinchang Formation（Modified from Reference［11］）I—鈣質泥頁巖（calcareous shale）；II—純泥頁巖（pure shale）；III—長英質泥灰巖（felsic marl）；IV—黏土質泥頁巖（clayey shale）；V—長英質泥頁巖（felsic shale）

4.2 顯微組分特征

樣品全巖顯微組分鑒定結果顯示，太平林場組烴源巖顯微組分類型為腐泥組、殼質組、鏡質組和惰性組.腐泥組含量為57%～68%，平均61%；殼質組2%～3%，平均2.6%；鏡質組5%～8%，平均6.8%；惰質組25%～33%，平均29.6%.顯微組分組成圖解中樣品點位于腐泥組+殼質組區域（圖4），說明太平林場組烴源巖具有傾油性.

圖4 太平林場組烴源巖顯微組分組成Fig.4 Maceral compositions of the source rocks in Taipinglinchang Formation

5 泥頁巖有機地球化學特征

5.1 有機質豐度

有機質豐度是一套烴源巖能否大量生烴的物質基礎，目前常用的有機質豐度指標主要包括總有機碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”、總烴（HC）含量和巖石熱解生烴潛量（S1+S2）等［12］，其中TOC、S1+S2和氯仿瀝青“A”是最常用的3 個指標.筆者對太平林場組泥頁巖樣品進行了總有機碳含量檢測、巖石熱解分析和氯仿瀝青“A”抽提（表1），以確定泥頁巖有機質豐度特征.樣品TOC 含量為0.61%～2.20%，均值1.18%，超過半數大于1%.S1+S2含量為0.31×10-3～8.71×10-3，均值1.52×10-3，只有少數大于2×10-3.受測試經費限制，選取11 個樣品進行氯仿瀝青“A”抽提.氯仿瀝青“A”含量為0.0066%～0.083%，均值0.026%，只有兩個樣品大于0.05%.由于露頭樣品受風化作用影響，S1和氯仿瀝青“A”含量均較低.從TOC/（S1+S2）有機質豐度評價圖（圖5）上可以看出，大部分樣品屬于中等—好烴源巖.TOC 是油氣資源評價的基本參數，并控制了其余參數［13］，考慮到風化作用過程中泥頁巖烴類的損失［14］，認為太平林場組泥頁巖有機質豐度整體較高，具備較好的生烴物質基礎.

表1 太平林場組烴源巖有機質豐度統計表Table 1 Statistics of organic matter abundance of the source rocks in Taipinglinchang Formation

圖5 太平林場組烴源巖有機質豐度評價圖Fig.5 Evaluation of organic matter abundance of the source rocks in Taipinglinchang Formation

5.2 有機質類型

不同來源和組成的有機質生烴潛力有很大的差別，要客觀評價其成烴能力和性質，還必須對有機質的類型進行評價［15-16］.

巖石熱解特征可以鑒別有機質類型，通過巖石熱解參數Tmax-HI 交會圖（圖6）分析［17］，太平林場組烴源巖有機質類型以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2型.干酪根顯微組分的類型指數TI 也可以劃分有機質類型，其中TI＝（腐泥組含量×100+殼質組含量×50-鏡質組含量×75-惰質組含量×100）/100［17-18］，劃分方案采用曹慶英［19］提出的干酪根四分法，即TI≥80 時為Ⅰ型，40≤TI＜80時為Ⅱ1型，0≤TI＜40 時為Ⅱ2型，TI＜0 時為Ⅲ型.經計算，5 個烴源巖樣品中4 個烴源巖TI 值在0～40 之間，有機質類型為Ⅱ2型，一個樣品TI 值大于40，屬Ⅱ1型（表2）.

表2 太平林場組烴源巖顯微組分數據表Table 2 Maceral data of the source rocks in Taipinglinchang Formation

圖6 烴源巖Tmax-HI 圖解Fig.6 The Tmax-HI diagram of source rocks

由于風化作用可能在一定程度上影響了露頭樣品熱解參數的準確性，所以利用巖石熱解參數和顯微組分判定的烴源巖有機質類型略有不同.但野外風化作用對干酪根顯微組分影響不大，因此依據類型指數TI劃分的有機質類型（Ⅱ1-Ⅱ2型）更接近實際.總體分析，樣品的有機質類型與前人在該盆地范圍的研究結果（Ⅱ1-Ⅲ型）［20］相符.

5.3 有機質成熟度

熱解參數Tmax可反映出有機質成熟度特征，泥頁巖樣品熱解數據Tmax為434～449 ℃，平均為440 ℃，一半樣品在440～450 ℃之間，說明有機質總體處于低成熟—成熟階段.由于鏡質組反射率（Ro）隨熱演化程度的升高而穩定增大，并具有相對廣泛、穩定的可比性，因此Ro成為目前最為廣泛、最為權威的成熟度指標［21-25］.選取3 個樣品進行了鏡質體反射率分析，結果顯示其Ro分別為0.56%、0.59%、0.60%，成熟度偏低，表明泥頁巖剛剛進入生油階段.以上兩種方法分析得出的有機質成熟度稍有差別，其原因可能同樣是由于所采樣品為露頭樣，風化作用導致Tmax值偏高［26-28］，通過Tmax反映出的有機質成熟度相應偏高.從盆地少有的地質井取心樣品測試數據可知，太平林場組烴源巖在500 m 以上埋深的Ro均超過0.8%［6］，表明太平林場組烴源巖已進入生油門限.

6 結論

（1）孫吳-嘉蔭盆地東部太平林場組剖面發育湖泊相和扇三角洲相沉積，可劃分出半深湖—深湖亞相、前扇三角洲和扇三角洲前緣3 種沉積亞相，進一步劃分為6 種沉積微相.

（2）太平林場組泥頁巖礦物成分以石英為主，黏土礦物次之，長石少量，屬于長英質泥頁巖類；烴源巖顯微組分以腐泥組為主，惰性組次之，殼質組和鏡質組少量，具有傾油性.

（3）孫吳-嘉蔭盆地東部太平林場組烴源巖有機質豐度較高，為中等—好烴源巖；烴源巖有機質類型為Ⅱ1-Ⅱ2型；有機質處于低成熟—成熟階段.太平林場組烴源巖具有較好的生烴潛力，說明孫吳-嘉蔭盆地東部具有一定的油氣勘探前景.