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本文针对松辽盆地青山口组研究实际存在的问题,以层序地层学、沉积学和地球化学理论为指导,以层序地层学研究为基础,以沉积环境为突破口,以沉积学和分析测试技术为主要手段,研究了层序地层格架下青山口组优质烃源岩沉积背景和有机质构成,阐明了白垩纪海侵对优质烃源岩形成的控制作用,总结了优质烃源岩分布规律和发育模式,并对其展布做出了预测。取得如下成果:
1.青山口组层序地层格架建立利用地震、测井、岩芯、古生物、地球化学等资料,识别了青山口组主要层序、最大湖泛面和初始湖泛面边界,将青山口组划分为1个二级层序和3个三级层序。选取12条贯穿松辽盆地的骨干大剖面(南北向3条、东西向9条)建立层序地层格架的基础,并对其中wE4剖面和SN2做了详细解剖。在此基础上,利用联井剖面进行加密,建立了10条联井层序精细对比剖面(南北向5条,东西向5条),本文选取了③号和⑨号剖面进行精细分析。由此完成了格架的搭建。在以上工作基础上,总结了青山口组层序构成模式。认为:青山口组层序属于松辽盆地拗陷期层序的一部分,形态表现为中央厚,两边薄。体系域两分:水进体系域和高水位体系域,不发育低水位体系域。盆内三级层序发育受下伏隐伏断层控制。受其影响,盆地内形成了西部隐伏挠曲坡折带和东部边缘隆起坡折带。坡折带不仅控制了沉积基准面和湖水深浅的变化,而且控制了沉积亚相带的分布。构造、气候、全球海平面升降和湖海沟通事件以及物源供给都对层序发育的有所影响,总体说来,青山口层序发育受多因素联合控制。
2.青山口组沉积体系特征分析完成了青山口层序地层学格架搭建后,又综合利用岩芯、录井、测井、地震及分析化验资料,对研究区沉积体系进行了系统而详细的研究。共观察描述青山口组岩芯19口,长度约957.84米。识别出了湖泊沉积体系、三角洲沉积体系和河流沉积体系,其中前两者是主要的沉积类型。对位于主要构造带上的塔212井、讷10井、茂203井、高111井和鱼深1井做了精细解剖。在前述工作的基础上,统计了2000多口探井资料,编制了各三级层序体系域累积砂体厚度图和含砂率图,恢复了各个层序体系域的砂分散体系展布,再现了松辽盆地在青山口时期各层序的沉积体系空间配置特征。认为从Ⅱ<,2>qn1层序到Ⅱ<,2>qn3层序,盆地内主要发育4条水系:南北向的嫩江—讷河水系、北北东向北安—克东水系、东西向的齐齐哈尔水系和南西向的宝康水系。其中嫩江—讷河水系对盆地沉积体系发育起主导作用,由其控制的大型三角洲沉积体系整体上呈现平缓向南推进的过程。 3.青山口组优质烃源岩发育沉积背景讨论优质烃源岩是在有效烃源岩基础上的进一步深化,是指“有机质特别富集的源岩”,亦称为“有机质富集层”。一般利用密集段特征、岩心特征及电性的“四高一低”特征来识别。青山口组优质烃源岩发育在Ⅱ<,2>qn1层序和Ⅱ<,2>qn2+3层序中,以Ⅱ<,2>qn1层序为主。岩石类型主要是黑色、棕色油页岩组合、油页岩+泥岩组合、油页岩+介形虫泥岩组合、泥岩组合。层理清晰而典型,表现为纹层状一薄层状,甚至为纸片状、页片状,少见生物扰动的痕迹。深湖—半深湖沉积是优质烃源岩发育的主要环境。青山口组时期 pH=8—9,呈弱碱性;Eh=-0.3—-0.03,还原环境。水体总盐度属于低盐度的淡水湖盆,盐度约在5‰左右,只是在较深湖区及东部三肇地区,盐度可达半咸水范围,约5‰—10‰左右,中盐水环境。Ⅱ<,2>qn1层序初期的海水入侵事件,造成叶肢介和介形虫大量死亡,堆积成层,构成了优质烃源岩雄厚的物质基础。随后水体逐渐稳定,介形虫和叶肢介又开始繁殖和分异,新的物种出现,种属增加。青山口时期喜湿热和湿温植物进一步茂盛,雨量充沛,气候以温暖潮湿为主,构成优质烃源岩发育的良好的气候环境。
4.青山口组优质烃源岩有机质构成分析Ⅱ<,2>qn1层序中优质烃源岩的有机碳主要集中在3%—8%之间,最大值达12%;深度上优质烃源岩分布层位介于500米—2500米之间。Ⅱ<,2>qn2+3层序中有机碳高于3%的数据点不多,集中在3%—6%之间。总体来说,青山口组有机碳高值区集中在齐家古龙凹陷、中央长垣、三肇凹陷等中央坳陷区一带,氯仿沥青“A”也有这样的变化规律。Ⅱ<,2>qnl层序中有机质类型以Ⅰ型和ⅡA型为主,Ⅱ<,2>qn2+3层序中Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型都有,从盆地边缘到凹陷中心,干酪根类型从Ⅲ型向Ⅰ型过渡,整体上呈环带状分布。优质烃源岩主要是来自于Ⅰ型和ⅡA型。有机显微组分Ⅱ<,2>qn1层序以腐泥组为主,藻质体和无定形物丰富,Ⅱ<,2>qn2+3层序中无定形物、镜质体和惰质组为主要成分。利用划分有机相指标,将青山口组烃源岩划分为四种有机相:深湖半深湖藻本相、半深湖浅湖含草本藻类相、滨浅湖含藻类草本相、滨湖木本相,优质烃源岩属于深湖藻本相。Ro资料分析表明,II zqn1 层序时期大部分凹陷中的烃源岩都已成熟,且三肇凹陷和齐家古龙凹陷烃源岩均已发育成优质烃源岩。同时本文还用正构烷烃、无环类异戊间二烯烷烃、萜类、甾类等生物标志化合物研究了优质烃源岩的沉积环境,得出的结论与前文一致。
5.优质烃源岩发育控制因素探讨从稳定的构造背景、大规模海侵和沉积环境三个方面研究了它们对优质烃源岩发育的控制。青山口组时期,盆地沉降速率远大于沉积速率,碎屑供应不足,为优质烃源岩的发育提供了场所;青山口组初期的大规模海侵,造成了盆内湖泊盐度的变化,原存的古生物不能适宜环境的突变而大量死亡堆积,为优质烃源岩发育提供了物质基础,同时海侵造成水体分层,在湖盆底部形成了厌氧环境,为优质烃源岩发育提供了良好的保存条件;青山口组独特的沉积环境对有机质的产率、聚集和保存、丰度和类型也起着至关重要的影响。归根结底,优质烃源岩发育的最主要控制因素是海水入侵。湖海沟通事件的发生,才导致了随后一系列环境和生物的变化。
6.优质烃源岩分布规律和发育模式总结,优质烃源岩分布区域预测优质烃源岩主要发育在坳陷区,集中在深湖—半深湖沉积环境中,大部分位于水进体系域中,尤其是水进体系域的下部;同时,优质烃源岩发育还受坡折带控制。坡折带之上,不发育优质烃源岩。坡折带以下,逐渐发育优质烃源岩,并且越往盆地中央烃源岩厚度越大,至盆地中央,优质烃源岩厚度达到最厚;在中央坳陷区,优质烃源岩地震反射轴连续性好,平行亚平行,厚度大且厚度稳定。往盆地边部,同相轴逐渐变细,连续性也变差,反射亦不连续。针对湖海沟通后所引起的一系列相互联系,相互耦合的变化,总结了青出口组优质烃源岩发育模式:海水入侵~湖泊缺氧耦合模式,并分析了该模式的一些特征。
利用已取得的有机地球化学数据,结合掌握的优质烃源岩分布规律,配合发育模式,相互校正,对优质烃源岩的分布做出了预测。Ⅱ<,2>qn1层序优质烃源岩发育大致范围含盖了整个中央坳陷区,其中三肇凹陷、大庆长垣、齐家一古龙凹陷优质烃源岩发育厚度大,并且三肇凹陷和大庆长垣的优质烃源岩连片,此两区域是最好优质烃源岩源岩发育区。其次齐家一古龙凹陷中央也是最好优质烃源岩发育区,但分布范围比较局限。Ⅱ<,2>qn2+3层序中除了在大庆长垣、三肇凹陷继承性的发育了小范围的优质烃源岩外,在盆地边部也发育优质烃源岩,如青冈—望奎方向。