松遼盆地西部斜坡區(qū)油砂地質(zhì)特征及成因探討

王書琴，徐飛，林野，徐琦

1.吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長春 130012；

2.吉林省地質(zhì)資料館，吉林 長春 130061；

3.地礦長春地質(zhì)工程勘察院，吉林 長春 130012

0 引言

油砂是指油和砂的混合物，是一種非常規(guī)油氣資源[1-2]。隨著世界對烴類需求的不斷增大，未來常規(guī)能源巨大缺口在很大程度上要依靠包括油砂在內(nèi)的非常規(guī)能源來彌補(bǔ)，1987年第七屆重油及瀝青砂國際會議主題為“重油—21世紀(jì)的重要能源”的舉行，促使各國認(rèn)識到油砂資源重要性。我國油砂資源潛力巨大，松遼盆地油砂豐富，是我國有希望尋找油砂礦藏的地區(qū)之一。因此對松遼盆地西部斜坡區(qū)油砂地質(zhì)特征及成因的研究，對于松遼盆地油砂資源的進(jìn)一步勘探開發(fā)都具有重要意義。

1 松遼盆地西部斜坡地質(zhì)特征

西部斜坡區(qū)為松遼盆地一級構(gòu)造單元之一(圖1)，構(gòu)造面貌簡單，總體為東傾的單斜構(gòu)造，由西部超覆帶和泰康隆起帶兩個二級構(gòu)造單元組成。斷裂總體不發(fā)育，以正斷層為主，走向以NNE和NNW兩個方向為主，斷層規(guī)模較小。

圖1 松遼盆地西部斜坡區(qū)地理位置圖

1.1 含油砂地層

油砂礦藏標(biāo)高+32.16～-80.30 m，賦存于上白堊統(tǒng)姚家組中。油砂上覆地層主要有第四系沉積物和上白堊統(tǒng)嫩江組。表層覆蓋的第四紀(jì)沉積物厚度60～70 m。上白堊統(tǒng)姚家組的二、三段是含油砂地層。

姚家組二段(K2y2)為灰色中砂巖與灰綠色砂巖互層，夾有泥巖層，泥巖中產(chǎn)介形蟲化石，巖層厚度在124 m以下。

姚家組三段(K2y3)為灰綠色、灰黑色中細(xì)砂巖、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、泥砂互層，巖層厚度在110 m以下。

1.2 巖性

儲層巖性主要為鈣質(zhì)的細(xì)礫巖、中—細(xì)砂巖、長石砂巖，少量粉砂質(zhì)泥巖等。砂巖以塊狀構(gòu)造，碎屑結(jié)構(gòu)為主，碎屑顆粒主要為石英、長石，少量巖屑，生物碎屑多為硅質(zhì)，次棱角狀，分選較好。另外還有少量的粒狀暗色礦物，粒度均勻，多為中細(xì)粒，分選較好。填隙物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)物(圖2A、2C)。其中石英中可見氣液包裹體，長石可見聚片雙晶，多發(fā)生蝕變，表面粗糙，生物碎屑多為鮞狀，外圈為環(huán)狀方解石，內(nèi)部為長英質(zhì)，填隙物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)物，多為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，少量雜基多為黏土礦物(圖2A-、2C±)。礫巖以塊狀構(gòu)造，碎屑結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒主要為巖屑、石英、長石，粒度變化較大，粒徑可達(dá)2 cm，也可見細(xì)粒碎屑，分選差，填隙物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)(圖2B)。其中石英常發(fā)育波狀消光，多有氣液包裹體。長石多發(fā)生蝕變，巖屑多主流紋質(zhì)，巖屑內(nèi)部為斑狀結(jié)構(gòu)，填隙物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)物，多為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，在碎屑顆粒邊部形成環(huán)狀(圖2B±)。

圖2 姚家組含油砂地層巖石類型(大港機(jī)械林場-西北溝取樣點)

1.3 沉積相

上白堊統(tǒng)姚家組二、三段為三角洲前緣亞相，主要識別出水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩微相(圖3)。它由多個這樣的微相沉積序列組成，是全區(qū)的主要沉積背景，在全區(qū)具有代表性，也是油砂礦藏主要的儲集單元。

(1)水下分流河道微相

沉積物粒度較扇三角洲前緣水下分流河道較細(xì)，以灰色粗-中砂巖為主，多成松散狀，成巖作用較弱，具有正粒序?qū)永恚⒊霈F(xiàn)多期河道遷移疊加的現(xiàn)象。為油砂儲集的優(yōu)勢微相，是平原環(huán)境中辮狀河道入湖后在水下的延伸部分，為前緣的主體，巖石中泥質(zhì)雜基含量極少。

(2)河口壩微相

沉積物比水下分流河道細(xì)，以灰色-灰綠色的中—細(xì)砂巖為主，呈厚層狀，粒度均一，多成松散狀，成巖作用較弱，為油砂儲集的優(yōu)勢微相。

(3)遠(yuǎn)砂壩微相

沉積物比河口壩較細(xì)，以灰色-灰綠色的細(xì)砂—粉砂巖和泥巖組成，少量的中砂巖，多成互層狀產(chǎn)出，見水平層理和小型交錯層理，厚度較河口壩薄，有時可出現(xiàn)砂泥混雜現(xiàn)象。

1.4 儲層物性

對區(qū)內(nèi)含油砂巖樣品進(jìn)行了物性分析實驗，得出研究區(qū)巖石的孔隙度為1.82%～45.17%，平均孔隙度為32.96%(圖3)； 含油率在0.03%～20.00%，平均為8.50%(圖4)；含油飽和度在3.34%～70.826%，平均為28.86%；滲透率為(1.4～1 510)×10-3μm2，平均滲透率為371.3×10-3μm2。

圖3 姚家組綜合柱狀圖

圖4 儲層物性頻率直方圖

通過儲層特征物性參數(shù)分析得出(表1)，河口壩儲層參數(shù)相對均質(zhì)，孔隙度、滲透率和含油性變化相對較小；其次是遠(yuǎn)砂壩。水下分流河道最小值和最大值之間差值最大，說明其具備了儲層物性和含油性最差和最好的兩個方面，主要因粒序上的正韻律沉積及層內(nèi)夾層所造成；遠(yuǎn)砂壩儲層物性參數(shù)相對較差，各項參數(shù)最大值和平均值相對較小，最小值也較低，遠(yuǎn)砂壩層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，主要由不規(guī)則韻律沉積、層內(nèi)泥巖夾層、砂巖層薄等原因引起。因此水下分流河道和河口壩優(yōu)勢相對油氣的運移、儲存都具有明顯的優(yōu)勢。

表1 沉積微相的儲層物性參數(shù)表

2 油砂成因

2.1 物質(zhì)來源

烴源巖研究表明，西部斜坡烴源巖處于未成熟、低成熟階段，只能生成少量的未熟—低熟油[3-4]，生物標(biāo)志化合物證實西部斜坡區(qū)原油主要為成熟原油，同時咔唑類含氮化合物證實西部斜坡區(qū)原油有較長距離的運移[5]。齊家—古龍凹陷烴源巖成熟度較高，明水組沉積末期—古近紀(jì)處于生油高峰期。而甾烷異構(gòu)化指標(biāo)表明，西部斜坡原油以成熟油為主，與齊家—古龍凹陷原油成熟度基本一致。另一方面利用飽和烴氣相色譜分析可以看出西部斜坡區(qū)原油降解程度由東向西逐漸加劇。因此，通過油源對比及凹陷到西部斜坡的原油降解程度認(rèn)為油源來自齊家—古龍凹陷的青山口組烴源巖[6]。

2.2 斜坡區(qū)是油氣運移有利指向區(qū)

西部斜坡區(qū)整體上為一個平緩的東傾緩坡，區(qū)內(nèi)姚家組二段、三段砂巖體厚度大，連通性好，具有良好的儲層特性，為油砂的儲集提供空間。區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對簡單，斷層少，有利于油氣的側(cè)向運移。姚家組底面是松遼盆地最重要的一個不整合面，地層的不整合為油氣運移提供了良好的通道，而且離物源區(qū)較近。因此西部斜坡區(qū)是形成油砂礦藏的有利區(qū)段。

2.3 油砂礦藏形成過程

油砂礦藏的形成與松遼盆地的發(fā)展演化密切相關(guān)，中生代伊始，太平洋板塊以北西方向持續(xù)向歐亞大陸板塊進(jìn)行俯沖作用，使大陸板塊處于強(qiáng)烈的拉伸狀態(tài)，在其內(nèi)部形成一系列的裂谷帶，松遼盆地是當(dāng)時一個典型的、規(guī)模較大的裂谷帶。這種拉伸作用沒能使基底地層被拉斷，沒有出現(xiàn)新的海洋，但形成了規(guī)模巨大的內(nèi)陸淡水湖泊。板塊碰撞的彈性反彈作用使湖底頻繁升降，湖水時深時淺，白堊紀(jì)時松遼盆地經(jīng)歷多次升降過程。不同時期的沉積環(huán)境形成一套特殊的巖石組合。

早白堊世青山口期湖面寬廣，水量充足而且水深，氣候溫暖潮濕，介形蟲、葉肢介等生物大量繁殖。盆地相對平靜期接受泥質(zhì)巖石沉積，隨著盆地沉降接受大量的生物遺體與粉砂質(zhì)碎屑混合物沉積，其后遇盆地平靜期接受泥質(zhì)碎屑沉積，形成烴源巖層。上白堊統(tǒng)的姚家組處于陸相三角洲前緣相沉積環(huán)境，形成了三角洲砂體。明水組沉積末期—古近紀(jì)時期,烴源巖開始成熟并大量生烴, 烴類沿沉積盆地姚家組底面不整合面向淺處運移, 經(jīng)過長距離運移至西部斜坡區(qū)姚家組二段、三段地層中，運移過程中由于淺層地下水或地面大氣水將溶解的氧和微生物帶入，使原油發(fā)生明顯的生物降解、水洗、游離氧的氧化和輕質(zhì)組分的蒸發(fā), 迅速向重油演化,原油黏度、密度不斷增加，以至于不流動，儲集在西部斜坡區(qū)三角洲前緣沉積環(huán)境中，在姚家組砂體中形成含油砂體。該含油砂體隨著湖盆的不斷沉降沉積物不斷加厚，含油砂屑的壓力、溫度不斷加大，使之逐漸固解成巖形成油砂。

圖5 姚家組油砂成藏模式圖(據(jù)張維琴，2005)

3 結(jié)論

西部斜坡區(qū)油砂礦藏形成與儲層、運移通道及側(cè)向輸導(dǎo)密切相關(guān)。姚家組砂巖體為油砂礦藏的形成提供了良好的儲集空間。姚家組二、三段為三角洲前緣亞相，識別出水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩三個沉積微相，其中水下分流河道和河口壩優(yōu)勢相內(nèi)砂體的連續(xù)性對油氣的運移、儲存更具有明顯的優(yōu)勢，是含油砂的優(yōu)勢微相。姚家組底部發(fā)育區(qū)域不整合面，成為油氣橫向運移的主要通道。構(gòu)造簡單，斷層較少為油氣側(cè)向運移提供條件。斜坡區(qū)為單斜構(gòu)造緩坡，構(gòu)造圈閉不發(fā)育，嫩江組泥巖油砂起到一定巖性圈閉作用。