虎林盆地成藏動力學過程研究

楊家義，孟元林，周新桂，王丹丹，張文浩，楊 威，吳 琳，祝恒東

(1. 東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2. 中國地質調查局 油氣資源調查中心，北京 100083)

虎林盆地成藏動力學過程研究

楊家義1，孟元林1，周新桂2，王丹丹2，張文浩2，楊 威1，吳 琳1，祝恒東1

(1. 東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2. 中國地質調查局 油氣資源調查中心，北京 100083)

為了進一步弄清虎林盆地生排烴過程，指導下一步油氣勘探。基于前人對虎林盆地研究基礎上，綜合利用了地質、地球物理、地球化學等方法及油氣盆地數值模擬技術恢復了虎林盆地成藏動力學過程。結果表明：在虎三段沉積時期，研究區主力烴源巖大部分在達到半成熟，有的甚至成熟，油氣開始初次運移，在虎三段沉積后的一次構造中開始發生二次運移。因為盆地此時構造最終定型，油氣聚集，形成穩定的油氣藏，直至現今。

虎林盆地：成藏動力學；盆地模擬；油氣運移

在傳統石油地質學理論指導下的油氣田勘探，主要是通過生、儲、蓋、運、圈、保的評價和研究，尋找油氣聚集的有利地區和有效的圈閉，基本是一種靜態的研究方法。但隨著勘探難度的增加，現在人們越來越注重油氣生成、運移和聚集過程的動態研究，用成藏動力學的理論指導油氣田勘探[1]，通過各成藏要素的動態研究和相互之間匹配關系的探討，確定有效的圈閉，以進一步提高勘探成功率，對于虎林這類勘探程度不高的含油氣盆地，更具有現實意義。

1 區域地質概況

虎林盆地位于黑龍江省的東部,是在老爺嶺隆起帶東緣與寶清過渡帶的基礎上形成和發育的中新生代沉積盆地,面積約6 500 km2。虎林盆地在古生界變質基底及前寒武系結晶基底之上，共充填4套沉積序列，自下而上分別為上侏羅統裴德組(K1p)、七虎林組(K1q)，下白堊統下云山組(K1xy)、上云山組(K1sy)、珠山組(K1z)，局部地區發育上白堊統東山組(K1ds)地層，古近系虎林組(E3h)，新近系富錦組(N1f)、道臺橋組(N2d)和第四系(Q)。虎林盆地從北向南可劃分為云山坳陷、迎春隆起、七虎林河坳陷、中央隆起帶、穆棱河坳陷、興凱湖坳陷、金銀庫隆起、南部邊緣凸起8個二級構造單元[2-4]。其中七虎林河坳陷的生烴潛力最大，是勘探的主要目標區域[3]。

2 虎林盆地排烴門限和排烴史分析

根據排烴門限理論[5-7]，應用生烴勢指數(S1+S2/TOC)與深度的關系圖，計算出了虎林盆地的排烴門限深度為1 000 m，對應的排烴門限Ro值為0.55%(圖1)，在排烴門限研究的基礎上，應用盆地模擬技術，恢復了七虎林斷陷的埋藏史、地熱史，確定了相應的排烴時間(圖2)。圖中Ro≥0.55%的時空域，就是油氣初次運移的時空域，由圖可見，虎林盆地在虎林組沉積時期開始排烴。

圖1 虎林盆地排烴門限

圖2 虎林盆地虎2井排烴史

3 成藏史模擬與成藏動力學過程動態分析

通過對七虎林河坳陷的地震剖面分析，應用我們具有知識產權的盆地模擬系統和成巖作用數值模擬系統[5,8-11]，模擬了七虎林河坳陷的埋藏史(構造發育史)，生烴史、成巖史、烴產率史、蓋層發育史和成藏史(圖3～8)，在此基礎上定量研究其成藏動力學過程。如下可明顯地看出虎林盆地構造發育大致經歷了4個大的階段[11](見圖3)：斷陷初始階段(K1)；斷陷發育階段(Eh1)；坳陷發育階段(Eh2)；坳陷充填萎縮階段(Eh3)。

下白堊統和虎一、二段沉積時期，僅有少數油氣生成，故不做詳細說明。

在虎三段沉積時期，虎三段和虎二段大部分地層烴源巖有機質未成熟，儲層處于早成巖階段A期，蓋層排替壓力最高可達1 MPa以上，已具封閉能力。在凹陷邊部下白堊統地層，虎一段大部分地層有機質處于半成熟階段，有機酸開始生成，溶蝕儲層形成次生孔隙；但儲層處于早成巖階段B期，成巖作用仍以膠結作用為主，發育早期膠結相；虎一段底部地層蓋層排替壓力Pd介于1～2 MPa，具備較好的蓋層封閉能力。在盆地深凹地區下白堊統上部和虎一段底部有機質處于低成熟—成熟階段(圖4)，烴源巖進入生油門限，開始生烴，生烴率>35 mg/g Corg(圖5)，成巖強度介于早成巖階段B期和中成巖階段A1亞期(圖6)，蓋層排替壓力Pd>2 MPa(圖7)，除了毛細管封閉以外，還具備烴濃度封閉以及超壓封閉。在盆地深凹區，下白堊統部分烴源巖有機質Ro≥0.7%，進入大量生烴的成熟階段，生烴率>60 mg/g Corg；儲層處于中成巖階段A2亞期，主要發育中期溶蝕相；蓋層排替壓力>2 MPa，具有良好的封閉能力。值得注意的是，虎一段底部烴源巖Ro≥0.55%，進入排烴門限(圖8)，開始排烴，油氣進入附近砂體，開始形成油氣藏。

圖3 虎林盆地94-H7測線剖面構造發育史 圖4 虎林盆地94-H7測線剖面有機質演化史 圖5 虎林盆地94-H7測線剖面生烴史

圖6 虎林盆地94-H7測線剖面成巖史 圖7 虎林盆地94-H7測線剖面蓋層發育史 圖8 虎林盆地94-H7測線剖面成藏史

在新近系沉積時期，大多數繼承了虎三段沉積時期，虎一段烴源巖Ro>0.55%，處于排烴門限之下，油氣大量排出，排烴時期與構造定型期匹配良好，油氣藏開始大規模形成，虎一段生成的油氣源源不斷地充注在附近的巖性圈閉、地層圈閉和構造圈閉中。

現今，虎三段大部分地層及其以上地層Ro<0.35%，烴源巖有機質未成熟，儲層處于早成巖階段A期，蓋層排替壓力最高可達1 MPa以上，已具封閉能力。在凹陷邊部下白堊統地層，虎一段大部分地層及虎二段地層有機質處于半成熟階段，Ro=0.35%～0.5%，有機酸開始少量生成，形成次生孔隙，但成巖作用仍以膠結為主，發育早期膠結相。虎一段底部地層蓋層排替壓力Pd介于1～2 MPa，具備較好的蓋層封閉能力。在盆地深凹地區下白堊統頂部和虎一段大部分地層有機質處于低成熟—成熟階段，Ro=0.5%～0.7%(圖4)，烴源巖進入生油門限，開始生烴，生烴率>35 mg/g Corg(圖5)，成巖強度介于早成巖階段B期和中成巖階段A1亞期(圖6)，蓋層排替壓力Pd>2 MPa，除了毛細管封閉以外，還具備烴濃度封閉以及超壓封閉。在盆地深凹區，下白堊統大部分烴源巖有機質Ro≥0.7%，進入大量生烴的成熟階段，生烴率>60 mg/g Corg；在油氣大量生成的同時，生成有機酸和CO2，溶于水，形成酸性熱流體，溶蝕儲層中的鋁硅酸鹽長石和碳酸鹽膠結物，形成次生孔隙，儲層處于中成巖階段A2亞期，主要發育中期溶蝕相；蓋層排替壓力Pd>2 MPa，具有良好的封閉能力。烴源巖Ro>0.55%，處于排烴門限之下，油氣大量排出，排烴時期與構造定型期匹配良好，油氣藏開始大規模形成，虎一段生成的油氣源源不斷地充注在附近的巖性圈閉、地層圈閉和構造圈閉中。

4 結 語

古近系沉積后期，即虎三段沉積時期，受區域上擠壓運動的影響，進入萎縮階段，在盆地內形成了一些逆斷層和反轉斷層，構造最終定型。虎林盆地的排烴門限深度為1 000 m，對應的排烴門限Ro值為0.55%，虎林盆地虎林組烴源巖在虎林組沉積時期開始排烴。在虎三段沉積時期，盆地的生儲蓋條件已漸成熟。在虎三段沉積后，新近紀之前開始抬升，油氣開始進行二次運移。

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Dynamical Studies of Hydrocarbon Accumulation in Hulin Basins

YANG Jiayi1, MENG Yuanlin1, ZHOU Xingui2, WANG Dandan2, ZHANG Wenhao2,YANG Wei1, WU Lin1, ZHU Hengdong1

(1.CollegeofEarthScience，NortheastPetroleumUniversity,Daqing,Heilongjiang163318,China;2.OilandGasResourcesResearchCenterofChinaGeologicalSurvey,Beijing100083,China)

To further understand the process of hydrocarbon generation and the expulsion in Hulin basin to guide the next hydrocarbon exploration, the author, on a revious study of Hulin Basin, makes full use of comprehensive methods to study geology, including geophysics, geochemistry and basin numerical modeling to restore the process of hydrocarbon accumulation in Hulin basin. The results show that, during the deposition period of Hu Sanduan formation, most of the main source rocks in the area are semi-mature. Some are even mature, and the primary migration of oil and gas will begin with the secondary migration occurred in a tectonic phase after Hu Sanduan formation sedimentary deposits. Because the basin is at this time to be constructed in final shape, hydrocarbon accumulation keeps its formation of stable reservoirs until now.

Hulin basin；Process of hydrocarbon accumulation；Basin modeling；Hydrocarbon migration

2017-05-25

國家自然科學基金項目(U1262106，41572135)；國土資源部中國地質調查局項目(12120115001701)；“十三五”國家科技重大專項(編號：2016ZX05046-001-006)

楊家義(1992-)，男，江西九江人，在讀碩士研究生，研究方向：礦產普查與勘探，手機：13936885970，E-mail:1327479493@qq.com；通訊作者：孟元林(1960-)，男，教授，博士生導師，研究方向：石油地質，E-mail：QHDMYL@163.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.001