以前的成岩阶段划分结果是松辽盆地北部中浅层所有构造单元或地区成岩特征的综合反映(邢顺洤和姜宏启, 1993, 高瑞琪和蔡希源, 1997; 邵红梅等, 2005)。事实上, 由于松辽盆地面积大, 各构造单元或地区的埋藏史、地热史以及所处地温场、流体场不尽相同, 其成岩特征也不可能完全相同。现今实测的镜质组反射率R_O是地史时期温度、时间以及压力等地质因素综合作用的结果, 可以很好地反映地热史和成岩史的演化特征(Schmoker and Hester, 1990; McTavish, 1998; Carr, 1999; 郝芳等, 2004; 应凤祥等, 2004; 肖丽华等, 2005)。松辽盆地北部不同构造单元由于其埋藏史和地热史的差异, R_O的演化趋势不同(图 1), 例如:东南隆起区东部的长春岭背斜带, 因其地温梯度较高, 其R_O的演化明显比东部快, 二者的地温梯度分别为4.75℃/100, m和 5.57℃/100, m。 而同属中央坳陷的大庆长垣、朝阳沟阶地、中央坳陷东部和中央坳陷西部的R_O演化趋势也有差别, 大庆长垣的R_O演化比东西两侧坳陷快(图 1)。造成这种差异的主要原因也可能是地热特征的不同, 大庆长垣、中央坳陷西部和中央坳陷东部现今的地温梯度分别为 4.52℃/100, m、 4.17℃/100 m 和 4.19℃/100 m。 为此, 作者在一级构造单元内, 根据埋藏史、地热史和成岩史特征, 参考不同二级构造单元R_O的演化趋势(图 1), 将中央坳陷分为中央坳陷西部、大庆长垣、中央坳陷东部、朝阳沟阶地4个成岩区, 将东南隆起区分为长春岭背斜和东南隆起区东部两个成岩区, 连同北部倾没成岩区、东北隆起成岩区、西部斜坡成岩区在内共划分为9个成岩区(图 2)。

图2

Fig.2

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	图2 松辽盆地北部构造分区与成岩分区Fig.2 Tectonic and diagenetic division of the northern Songliao Basin

在松辽盆地北部各种成岩作用详细研究的基础上^①, 依据石油行业标准碎屑岩成岩阶段划分标准(SY/T5477— 2003)(应凤祥等, 2003), 应用各成岩区的流体包裹体均一温度、镜质组反射率R_O、色谱— 质谱、热解分析、有机酸测定、X衍射、普通薄片镜下鉴定、扫描电镜、电子探针和铸体薄片等资料, 分别研究了松辽盆地北部9个成岩区中浅层的碎屑岩成岩作用, 划分了成岩阶段。限于篇幅, 文中只给出斜坡区、坳陷区和隆起区3种典型成岩区的成岩阶段划分及主要标志(表 1— 表3), 北部倾没成岩区和西部斜坡成岩区的成岩特征相似, 东北隆起成岩区和东南隆起成岩区的成岩特征相近, 中央坳陷东部成岩区、大庆长垣成岩区、朝阳沟阶地成岩区和中央坳陷西部成岩区的成岩特征相似, 只不过由于地温梯度的差异, 各成岩阶段的深度不同。其他成岩区的成岩特征不一一赘述, 只给出成岩阶段划分结果(表 4)。由表1— 表3可见, 在早成岩阶段A期, 有机质尚未成熟, 成岩作用以机械压实为主, 部分碎屑颗粒具黏土包壳。颗粒间呈点接触, 孔隙类型为原生粒间孔, 主要发育早期压实胶结成岩相。在早成岩阶段B期, 有机质处于半成熟状态, 胶结作用较弱, 砂岩呈半固结— 固结状态, 颗粒间以点接触为主, 偶见线接触。黏土矿物主要为蒙皂石、高岭石和伊蒙混层。中国东部其他盆地中蒙皂石一般分布在早成岩阶段A期, 而在松辽盆地北部蒙皂石在中成岩阶段B期, 甚至在中成岩阶段A期仍有分布。其原因可能是松辽盆地中浅层砂岩中岩屑含量较高, 而且岩屑中90%以上为火山岩岩屑。由于火山物质水解以后可以形成蒙皂石(楼章华等, 2002), 因此, 即使到了中成岩阶段A₁亚期, 仍有大量蒙皂石存在, 中国柴达木盆地、吐哈盆地和冀东油田均有类似的情况(应凤祥, 2004)。在该阶段出现石英加大, 但加大边较窄, 且加大现象也较少见。自生矿物还有方解石和菱铁矿。钾长石开始钠长石化, 钠长石化终止的深度在坳陷区相对较深, 在隆起区和斜坡区相对较浅, 中央坳陷西部成岩区钠长石化终止的深度为2400, m, 西部斜坡成岩区和东南隆起区东部成岩区钠长石化终止的深度分别为1300, m和1750m。在早成岩阶段B期的后期, 有机质开始生成有机酸和CO₂, 溶于水, 形成酸性热流体, 溶蚀储集层, 形成次生孔隙。而在西部斜坡成岩区和北部倾没成岩区还发育大气降水淋滤形成的次生孔隙, 长石被大气水淋滤之后, 形成自生高岭石, 硬石膏转化为石膏。在中成岩阶段A期, 有机质处于低熟— 成熟阶段。机械压实作用明显减弱, 溶蚀作用显著增强, 主要发育溶蚀相, 次生孔隙发育。以R_O=0.7%为界, 中成岩阶段还可分为中成岩阶段A₁、A₂两个亚期。在A₁亚期, 烃源岩开始生油; 在A₂亚期, 烃源岩才大量生成和排出油气。排出的油气进入砂岩储集层之后, 可以有效地抑制储集层的成岩作用、保护孔隙。松辽盆地北部中浅层的主力油层均处于中成岩阶段A期。在中成岩阶段B期, 有机质处于高成熟阶段, 成岩作用非常强烈, 砂岩已变得十分致密。有机酸生成量减少, 溶蚀作用减弱, 溶蚀孔隙较少, 主要为浊沸石溶孔, 长石和岩屑溶孔较少。在该阶段的后期, 胶结作用占主导地位。在这一阶段主要发育溶蚀和部分再胶结相。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 中央坳陷西部成岩区成岩阶段划分及主要标志 Table 1 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of the Western Central Depression diagenetic district

表1 中央坳陷西部成岩区成岩阶段划分及主要标志 Table 1 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of the Western Central Depression diagenetic district

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 西部斜坡成岩区成岩阶段划分及主要标志 Table 2 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of the Western Slope diagenetic district

表2 西部斜坡成岩区成岩阶段划分及主要标志 Table 2 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of the Western Slope diagenetic district

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 东南隆起区东部成岩区成岩阶段划分及主要标志 Table 3 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of the eastern part of Southeastern Uplift diagenetic district

表3 东南隆起区东部成岩区成岩阶段划分及主要标志 Table 3 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of the eastern part of Southeastern Uplift diagenetic district

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 松辽盆地北部各成岩区成岩阶段划分对比 Table 4 Diagenetic stage division of different diagenetic aistricts in northern Songliao Basin

表4 松辽盆地北部各成岩区成岩阶段划分对比 Table 4 Diagenetic stage division of different diagenetic aistricts in northern Songliao Basin

图3

Fig.3

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	图3 松辽盆地北部各成岩区成岩剖面Fig.3 Diagenetic profile of different diagenetic districts of northern Songliao Basin

4区域成岩规律及其对油气藏分布的控制由

表1— 表4可见, 各成岩区的成岩特征存在明显的差异。在横向上, 具有“ 东强西弱” 的区域成岩规律。在深度相同的情况下, 松辽盆地西部地区的成岩作用相对较弱, 东部地区相对较强(图 3); 而同一成岩阶段对应的深度具有东部较浅、西部较深, 坳陷区深、隆起区浅的特征(表 4), 例如:位于松辽盆地东部地区的东北隆起成岩区和东南隆起区东部成岩区早成岩阶段A期的深度分别为200, m和300, m, 而位于盆地西部的西部斜坡和中央坳陷西部两个成岩区的深度分别为400, m和600 m。早成岩阶段A期底界深度最浅的是东北隆起成岩区, 只有200, m, 最深的是中央坳陷西部成岩区, 可达600 m。在纵向上, 具有“ 古强新弱” 的特征, 即:在埋深相同的情况下, 扶、杨油层(泉三、四段)的成岩作用最强, 松辽盆地北部全区早成岩阶段A期、B期、中成岩阶段A₁亚期、A₂亚期的底界深度分别为500 m、1000m、1400, m和 2350 m^①, 而扶、杨油层(泉三、四段)对应的深度分别为400 m、900 m、1300, m和2300 m(表 5)。

表5

Table 5

表5(Table 5)

表5 扶杨油层成岩阶段划分及主要标志 Table 5 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of Fuyu and Yangdachengzi oil layers

表5 扶杨油层成岩阶段划分及主要标志 Table 5 Diagenetic stage division and major diagenetic characteristics of Fuyu and Yangdachengzi oil layers

图4

Fig.4

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	图4 松辽盆地北部不同油、气、水层的成岩阶段Fig.4 Diagenetic stages of different oil, gas and water layers in the northern Songliao Basin

松辽盆地北部中浅层的试油结果统计表明, 油气层主要分布在早成岩阶段B期— 中成岩阶段A期, 尤其是中成岩阶段A₂亚期(图 4), 这说明成岩作用对储集层含油气性在纵向上具有明显的控制作用。一方面是由于中成岩阶段A₂亚期及其以上储集层的物性较好, 原生孔隙和次生孔隙均较发育, 另一方面是由于中成岩阶段A期的烃源岩处于低成熟— 成熟阶段, 有利于液态烃的生成与运移。因此, 中成岩阶段A₂亚期的深度就基本决定了具有工业价值油气藏的主要分布深度, 这一深度在松辽盆地北部平均为2350, m, 但各成岩区不尽相同, 在隆起区较浅, 坳陷区较深(表 4), 例如:在长春岭背斜成岩区为1600, m, 而在中央坳陷西部成岩区为2400 m。由图4还可见, 目前处于早成岩阶段B期— 中成岩阶段的储集层未必一定含油, 也有水层和干层发育, 这意味着除了成岩作用之外, 还有其他因素影响储集层的含油性, 如油源对油气田的形成和分布就具有重要的控制作用, 油气田在横向上主要分布在烃源岩发育良好且处于中成岩阶段A期的中央坳陷区及其周围的几个成岩区内:大庆长垣成岩区、中央坳陷西部成岩区、中央坳陷东部成岩区、朝阳沟阶地成岩区和长春岭背斜成岩区。

1)依据各构造单元的埋藏史和地热史, 同时参考R_O的演化趋势, 松辽盆地北部中浅层可划分为9个成岩区, 各成岩区的成岩作用强度不同, 具有“ 东强西弱, 老强新弱” 的区域成岩规律;

2)影响成岩作用的主要地质因素有基底埋深、抬升剥蚀、地温梯度和地层时代。盆地东部(主要包括东北隆起区和东南隆起区)的基底埋藏浅, 抬升剥蚀幅度大, 地温梯度高, 在埋深相同的情况下, 成岩作用比盆地西部强; 中浅层泉三、四段的地层时代老, 成岩时间长, 在埋深相同的情况下, 成岩作用比其他层位强;

3)松辽盆地北部中浅层成岩作用对油气藏的分布具有一定的控制作用, 工业油层和工业气层主要分布在处于早成岩阶段B期— 中成岩阶段A₂亚期的地层中。