丁秋紅， 陳樹旺， 李曉海， 李文博， 姚玉來， 張 健， 孫守亮

(中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽 110034)

0 引言

隨著松遼盆地外圍油氣勘探的突破[1-4]，松遼盆地外圍中新生代盆地群與油氣有關(guān)的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查也越來越受到業(yè)界的關(guān)注。遼寧省北部秀水盆地為火山巖覆蓋下的油氣調(diào)查工作空白區(qū)，油氣勘探和研究程度均較低。近年來，研究區(qū)實(shí)施的油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查井均鉆遇了油氣顯示，顯示了良好的勘探前景。本文在全面收集和整理已有地質(zhì)資料和煤田鉆孔資料的基礎(chǔ)上，通過鉆孔巖芯編錄、區(qū)域出露地質(zhì)體調(diào)查和有機(jī)地球化學(xué)分析，結(jié)合物探資料，分析了秀水盆地下白堊統(tǒng)發(fā)育特征、構(gòu)造格局和盆地形成發(fā)展史，探查了火山巖覆蓋區(qū)白堊系主要目的層系分布狀況、沉積特征及研究區(qū)油氣地質(zhì)條件，揭示生油層、儲層和蓋層的分布特征，預(yù)測含油氣前景，為研究區(qū)進(jìn)一步油氣資源勘探提供支撐。

1 地層發(fā)育特征

秀水盆地位于遼寧省北部，行政區(qū)劃屬新民、法庫、彰武所管轄。秀水盆地大地構(gòu)造位置處于華北板塊北緣陸緣活動帶之上，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，是在海西褶皺基底和前寒武紀(jì)基底上發(fā)育起來的中生代斷坳型盆地，盆地受NE向構(gòu)造控制，呈近NNE向展布，長約34 km，寬15～25 km, 面積近710 km2。在區(qū)域上，中生界白堊系發(fā)育有下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組和沙海組，因第四系覆蓋，在秀水盆地未見九佛堂組出露。上述地層以陸相盆地沉積為特征(圖1)。

1.1 下白堊統(tǒng)義縣組(K1y)

區(qū)域上，1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果[5]將義縣組分為2段：義縣組一段(K1y1)分布在沉積盆地的底部，由礫巖、砂巖等陸源碎屑巖組成(在秀水盆地未見出露)； 義縣組二段(K1y2)由一套多次噴發(fā)的基性—中性—酸性的火山巖組成。該組地層在區(qū)域上廣泛分布，本文針對油氣勘探目的層的需要，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及鉆孔資料，按照巖石特征及成因,將該組劃分為4個巖性段，由老至新、自下而上巖性段分布情況見圖2。

1.第四系； 2.下白堊統(tǒng)沙海組； 3.下白堊統(tǒng)義縣組四段； 4.下白堊統(tǒng)義縣組三段； 5.下白堊統(tǒng)義縣組二段； 6.下白堊統(tǒng)義縣組一段； 7.中侏羅統(tǒng)海房溝組； 8.中二疊統(tǒng)佟家屯組； 9.石炭系盤嶺組； 10.早白堊世流紋斑巖； 11.早白堊世安山玢巖； 12.中侏羅世二長花崗巖； 13.中二疊世二長花崗巖； 14.鉆孔及編號； 15.電法剖面線； 16.二維地震線； 17.水系

圖1 遼寧省北部秀水盆地地質(zhì)略圖

Fig.1GeologicalsketchmapofXiushuiBasininnorthernLiaoningProvince

(1)義縣組一段(K1y1)為基性火山巖段。該段地層在區(qū)域上廣泛分布，巖性為深灰色玄武安山巖、安山巖，厚度大于2 000 m。

(2)義縣組二段(K1y2)為火山巖夾沉積-火山碎屑巖段。主要出露在秀水河子以東的登仕堡子等地，油氣地質(zhì)調(diào)查井遼法地1井和遼法地3井揭示了該段的巖性特征，巖性主要為灰黑色氣孔杏仁狀安山巖、灰綠色杏仁狀玄武安山巖、灰黑色含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r夾黑色泥巖、粉砂巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖和灰白色粗砂巖，沉積巖夾層中產(chǎn)孢粉化石。鉆孔資料揭示本段厚度為582～706 m。

(3)義縣組三段(K1y3)為沉積巖段。主要出露在秀水河子以東的大黃溝等地，油氣地質(zhì)調(diào)查井秀D1井和遼法地1井揭示了該段的巖性特征，巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，夾細(xì)砂巖、中砂巖，產(chǎn)孢粉化石Densoisporites(擬套環(huán)孢)-Cicatricosisporites(無突肋紋孢)-Piceaepollenites(云杉粉)組合[6]。根據(jù)1∶20萬鐵嶺幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果[7]，在法庫縣龍山懷—巴爾山屯實(shí)測剖面，相當(dāng)于義縣組沉積巖段，產(chǎn)魚類化石Lycopterasp.(狼鰭魚 未定種)、L.sinensis(中華狼鰭魚)，雙殼類Ferganoconchasp.(費(fèi)爾干蚌 未定種)、F. cf.curtaTschern(短種費(fèi)爾干蚌 相似種)、F.subcentratisTschern(近中費(fèi)爾干蚌)、F.sibirica(西伯利亞費(fèi)爾干蚌)、Sphaeriumsp.(球蜆 未定種)、S.pentaconnum(五角形球蜆)、S.anderssoni(安氏球蜆)，葉肢介類Eosestheriasp.(東方葉肢介 未定種)，植物化石Czekanowskiarigida(堅直茨康諾司基葉)。鉆孔資料揭示本段厚度為114～380 m，據(jù)前人資料[7]本段厚度達(dá)1 954 m。本段為油氣勘探的主要目的層段。

(4)義縣組四段(K1y4)為酸性火山巖段。在秀水河子以西大面積出露，受NE向構(gòu)造控制多呈NE向帶狀分布。該段巖性為灰褐色粗安巖、灰色英安巖、紫灰色流紋巖和英安質(zhì)凝灰?guī)r。對本段灰褐色粗安巖進(jìn)行鋯石U-Pb法測年，結(jié)果為(121.5±1.2) Ma。鉆孔資料揭示本段厚度為116～369 m，區(qū)域上變化較大。

1.復(fù)成分礫巖； 2.礫巖； 3.粗砂巖； 4.中細(xì)砂巖； 5.粉砂巖； 6.泥質(zhì)粉砂巖； 7.泥巖； 8.粉砂質(zhì)頁巖； 9.鈣質(zhì)粉砂巖； 10.頁巖； 11.長石砂巖； 12.安山巖； 13.玄武質(zhì)安山巖； 14.氣孔杏仁狀安山巖； 15.含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r； 16.英安巖； 17.流紋巖； 18.英安質(zhì)凝灰?guī)r； 19.熒光； 20.油跡； 21.油斑； 22.油浸

圖2 秀水盆地下白堊統(tǒng)綜合地層柱狀圖

Fig.2SyntheticalstratigraphiccolumnofLowerCretaceousinXiushuiBasin

義縣組主要由沉積巖、火山巖和火山碎屑巖組成，鉆孔資料揭示在義縣組二段火山巖和三段沉積巖中均見油氣顯示(圖2)。

1.2 九佛堂組(K1j)

秀水盆地因第四系覆蓋，該組地表未見出露，根據(jù)煤田鉆孔和秀D1井鉆孔資料分析，該組發(fā)育在秀水盆地的中南部。巖性底部為一層灰黃色厚層安山質(zhì)礫巖，下部為灰白—淺灰色薄層粉砂巖、紙片狀頁巖，中、上部為黃灰—黃綠色砂巖、粉砂巖與灰—灰綠色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥巖不等厚互層。產(chǎn)孢粉化石Cicatricosisporites(無突肋紋孢)-Impardecispora(非均飾孢)-Pinuspollenites(松粉)組合[5]。鉆孔資料揭示該組厚度為294 m。

1.3 沙海組(K1)

該組主要出露在秀水盆地北部，地表多呈NE向條帶狀分布，受NE向斷裂控制明顯，平行不整合于義縣組之上，為一套以河流相沉積為主夾湖泊相沉積的地層，巖性主要由灰黃色—灰綠色復(fù)成分礫巖、長石砂巖、泥巖及粉砂巖組成，局部夾煤層、油頁巖。產(chǎn)木化石Protopiceoxylonsp.(原始云杉型木 未定種)、Xenonxylonlatiorosum(Gramer) Gothan(寬孔異木)、Protocupressinoxylonsp.(原始柏型木 未定種)。鉆孔資料揭示本組厚度為786 m。

2 烴源巖分布特征

秀水盆地內(nèi)先后施工的3口地質(zhì)調(diào)查井：秀D1井、遼法地1井和遼法地3井，在義縣組中均鉆遇了較好的油氣顯示(圖2)。秀水盆地義縣組發(fā)育的泥巖具有分布范圍廣、沉積厚度大、以暗色泥巖為主的特點(diǎn)。其中東蛇山子、登仕堡子2個次一級凹陷中義縣組烴源巖最為發(fā)育，在東蛇山子凹陷中的秀D1井鉆遇的義縣組三段沉積地層厚度為380 m，暗色泥巖厚度為170 m； 在登仕堡子凹陷中的遼法地1井鉆遇的義縣組三段沉積地層厚度為280 m，暗色泥巖厚度為128 m。巖性主要為黑色泥巖，發(fā)育水平層理，層理面光滑平整，中薄層為主，顏色以灰黑色、黑色為主，碳質(zhì)含量較高。因此，秀水盆地義縣組烴源巖有較大的油氣潛力。

秀水盆地現(xiàn)今90%的面積被第四系覆蓋，根據(jù)煤田鉆孔資料和區(qū)域野外地質(zhì)路線調(diào)查，綜合電法剖面測量和二維地震等資料分析，認(rèn)為在秀水盆地早白堊世義縣組二、三段沉積時期存在火山噴發(fā)間歇期，發(fā)育有斷陷湖盆，形成一定規(guī)模水體較深的湖相泥巖沉積，主要的沉降中心位于東蛇山子凹陷，持續(xù)時間長，沉積巖厚度較大，為主要沉積巖分布區(qū)域。LB1線電法剖面采用大地電磁測深(MT)和可控源大地電磁測深(AMT)方法，測線呈NW-SE方向展布(圖1)，綜合處理結(jié)果顯示在秀水盆地火山巖覆蓋之下有低阻層存在，沉積地層連續(xù)分布，厚度大，經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，低阻層為義縣組三段烴源巖層(圖3)。

圖3 LB1線AMT+MT綜合二維反演電阻率斷面圖

DZ69線為二維地震測線，測線呈EW方向展布(圖1)，二維地震剖面經(jīng)過登仕堡子凹陷，在二維地震剖面上義縣組三段表現(xiàn)為同相軸連續(xù)、平直的特點(diǎn)，沉積地層主要分布在凹陷的中心，呈邊緣快速變薄的特征(圖4(a))，根據(jù)二維地震剖面及振幅能量剖面的時頻特征分析，目的層段700 ms以上能量較強(qiáng)，具備巖性油氣的特點(diǎn)(圖4(b))。

據(jù)物探資料推測，該盆地基底的最大埋深為3 200 m，盆地普遍被火山巖覆蓋，火山巖之下發(fā)育的義縣組三段沉積地層是油氣勘探的主要目的層段。

(a) 二維地震剖面

(b) 振幅能量剖面

圖4 二維地震剖面及振幅能量剖面圖

Fig.42Dseismicprofileandamplitudeenergyprofile

3 烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

于秀水盆地的義縣組采集了57件烴源巖樣品，其中秀D1井37件，遼法地1井10件，露頭剖面樣品10件，通過樣品測試進(jìn)行了烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度評價。

有機(jī)質(zhì)豐度是烴源巖評價的重要內(nèi)容之一，有機(jī)質(zhì)豐度直接決定到烴源巖是否具備形成工業(yè)油氣聚集的潛力。分析結(jié)果表明：該區(qū)泥巖樣品總有機(jī)碳(TOC)含量為0.35%～10.65%，平均為1.89%； 生烴潛量(S1+S2)為0.29～11.64 mg/g，平均為2.82 mg/g； 氯仿瀝青“A”含量為0.002%～0.331%，平均為0.062%； 總烴(HC)含量為8.83×10-6～362.78×10-6，平均為162.26×10-6。參照陸相地層暗色泥巖烴源巖的評價標(biāo)準(zhǔn)[8-9]，義縣組泥巖生烴潛力和有機(jī)碳含量從非到好均有分布，主要為中等—好的烴源巖，具備一定的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)。其中部分露頭樣品可能由于遭受風(fēng)化等原因TOC含量較低(圖5)。

有機(jī)質(zhì)豐度和類型是生烴的基礎(chǔ)，有機(jī)質(zhì)的成熟度則決定著有機(jī)質(zhì)生成油氣的總量和生烴潛力。巖石熱解參數(shù)判識圖[10-12]顯示義縣組烴源巖氫指數(shù)(HI)含量大都在100～800 mg/g，數(shù)據(jù)點(diǎn)大都主要集中在Ⅱ2-Ⅲ型的區(qū)域(圖6)，表明有機(jī)質(zhì)類型以腐泥腐殖型為主； 熱解峰穩(wěn)(Tmax)集中在400～450 ℃之間(圖6)，反映其成熟度為成熟—高成熟階段。

圖5 義縣組泥巖樣品TOC分布圖

圖6 義縣組烴源巖HI-Tmax有機(jī)質(zhì)類型判識圖

綜上所述，秀水盆地義縣組泥巖多為中等—好的烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ-Ⅲ型為主，其中，秀D1井有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型，遼法地1井有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ-Ⅱ1型，處于成熟—高成熟演化階段，烴源巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度、類型及成熟度適宜，推測為秀水盆地的主力生油層。

4 盆地演化及油氣地質(zhì)條件分析

4.1 盆地構(gòu)造演化特征

區(qū)域構(gòu)造上，秀水盆地是松遼盆地南緣斷陷盆地群的眾多斷陷盆地之一，為燕山期構(gòu)造運(yùn)動的產(chǎn)物。燕山運(yùn)動第二幕NE向、NNE向斷裂發(fā)育，該時期是盆地發(fā)育的鼎盛時期。盆地的形成與發(fā)展受深大斷裂控制，盆地的東西兩側(cè)均以深大斷裂為界，盆地內(nèi)斷裂十分發(fā)育，形成一系列NE向、NNE向犁式斷層。NW向、NNW向斷裂具有多期活動的特點(diǎn)，形成時間略晚于NE向基底斷裂，多為走滑性質(zhì)的傳遞斷層，常錯開NE向、NNE向斷裂。盆地由南向北依次形成東蛇山子凹陷、登仕堡子凹陷和西部臥牛石凹陷，具有斷陷盆地的特點(diǎn)，形成西側(cè)陡東側(cè)緩、南部深北部淺的沉積構(gòu)造格局。

通過對秀水盆地沉積地層、斷裂和盆地基底結(jié)構(gòu)特征等分析認(rèn)為，在區(qū)域應(yīng)力場作用下[13-14]，秀水盆地早白堊世發(fā)育4期不同的構(gòu)造演化階段(圖7)。

(1)初期階段。這一階段主要相當(dāng)于義縣組一段沉積時期，在近EW向張應(yīng)力的作用下基底拉張，這一時期的盆地底部形成具有底礫巖性質(zhì)的義縣組底部粗粒復(fù)陸屑沉積建造。同時，構(gòu)造運(yùn)動伴隨大面積的中基性火山巖噴發(fā)，沉積了較厚的下白堊統(tǒng)義縣組一段，在葉茂臺地區(qū)的葉參1井鉆遇該期火山巖厚度達(dá)2 200 m。

(2)早期階段。這一階段相當(dāng)于義縣組二段和三段沉積時期，這個時期盆地總體發(fā)生沉降，火山噴發(fā)作用相對較弱，存在火山噴發(fā)間歇期，沉積范圍廣，沉積厚度趨于穩(wěn)定，湖盆范圍較大，湖盆的西側(cè)陡岸區(qū)沉積有粗碎屑的扇三角洲，東蛇山子凹陷為沉降中心，沉積了較厚的義縣組三段湖相暗色泥巖，秀D1井鉆遇泥巖單層最大厚度達(dá)22 m。

(3)中期階段。這一階段相當(dāng)于義縣組四段沉積時期，這個時期火山噴發(fā)作用強(qiáng)烈，形成以酸性火山巖為主的地層，火山活動后期有次火山巖侵位。這一時期湖盆面積較前期縮小，盆地逐漸萎縮。

(4)晚期階段。這一階段相當(dāng)于九佛堂組—泉頭組沉積前期。早白堊世九佛堂組沉積之后構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)，盆地呈差異性升降剝蝕，湖盆進(jìn)一步萎縮，只在北部局部沉積有沙海組地層，南部隆升剝蝕，義縣組、九佛堂組均遭受了較為強(qiáng)烈的剝蝕，僅在東蛇山子凹陷殘留有九佛堂組的沉積地層，白堊紀(jì)末期盆地全面抬升剝蝕。

(d) 晚期階段

(c) 中期階段

(b) 早期階段

(a) 初期階段

圖7 秀水盆地構(gòu)造演化圖

Fig.7TectionicevolutionofXiushuiBasin

4.2 油氣地質(zhì)條件

目前，秀水盆地義縣組三段的湖相沉積巖是主要生烴巖系，深凹陷區(qū)是主力烴源巖分布區(qū)，生成的油氣以斷裂為通道，向上運(yùn)移到具備儲集條件的圈閉中。儲層為義縣組三段粗砂巖和火山碎屑巖。義縣組四段發(fā)育的火山熔巖、火山凝灰?guī)r，巖石結(jié)構(gòu)致密，孔隙、裂隙不發(fā)育，構(gòu)成了秀水盆地油氣的蓋層。義縣組三段泥巖夾層及侵入其中的4層基性—酸性次火山巖均可作為有效蓋層，能對自生自儲的義縣組油藏起封閉作用，是油氣藏得以保存下來的重要保障。義縣組具有自生自儲、原地富集的特征，生、儲、蓋相互疊置，具有較好的空間配置(圖2)。秀水盆地已經(jīng)具備了一定的生、儲、蓋條件，凹陷中分布的構(gòu)造圈閉、巖性圈閉將是有利的油氣聚集區(qū)。

值得注意的是，義縣組沉積期間的火山活動是在盆地內(nèi)義縣組三段具有生油潛力的泥巖沉積之后發(fā)生的，義縣組四段的火山噴發(fā)和巖漿活動對油氣的控制作用具有兩面性：一方面巖漿巖的侵入有利于有機(jī)質(zhì)向油氣方向轉(zhuǎn)化，巖漿侵入提高了地溫場，為烴源巖向油氣轉(zhuǎn)化提供了巨大的熱能； 另一方面生油巖中占有較大面積的侵入體會占據(jù)儲集空間，對油氣的聚集不利，同時油氣成藏后期的火山活動對已經(jīng)形成的油氣藏具有破壞作用。

5 結(jié)論

(1)秀水盆地義縣組三段發(fā)育的暗色泥巖具有分布范圍廣、沉積厚度大的特點(diǎn)，義縣組三段湖相沉積巖是主要的生烴巖系，為油氣勘探的主要目的層段。

(2)義縣組三段泥巖為中等—好的烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型，處于成熟—高成熟的演化階段，烴源巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度、類型及成熟度適宜，為秀水盆地的主力生油層。

(3)秀水盆地早白堊世發(fā)育4期不同的構(gòu)造演化階段，包括初期基底形成、早期拉張斷陷沉積、中期火山噴發(fā)和晚期差異升降剝蝕4個階段，上述演化特征使秀水盆地義縣組具有自生自儲、原地富集的特征，生、儲、蓋相互疊置，具有較好的空間配置，具備了一定的生、儲、蓋油氣地質(zhì)條件，具有油氣勘探潛力。

致謝：在資料收集過程中得到東北煤田地質(zhì)局101勘探隊(duì)的大力支持和協(xié)助，有機(jī)地球化學(xué)樣品由長江大學(xué)測試分析，沈陽地質(zhì)調(diào)查中心公繁浩高級工程師、李士超和孫求實(shí)工程師對野外工作大力協(xié)助，文章得到沈陽地質(zhì)調(diào)查中心趙維俊高級工程師的修改和指教，在此一并表示誠摯的感謝！