松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩层序等时格架下的有机质分布规律

doi:10.11743/ogg20230406

石油与天然气地质 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 869-886.doi: 10.11743/ogg20230406

松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩层序等时格架下的有机质分布规律

张天舒¹(), 朱如凯¹(), 蔡毅¹, 王华建¹, 吕丹¹, 周海燕¹, 付秀丽², 刘畅¹, 崔坤宁², 张素荣¹, 王浡³, 吴松涛¹, 张婧雅¹, 姜晓华¹, 冯有良¹, 刘合¹

^1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083
^2.中国石油大庆油田公司，黑龙江大庆 163712
^3.北京大学能源研究院，北京100871

收稿日期:2023-02-22 修回日期:2023-05-20 出版日期:2023-08-01 发布日期:2023-08-09
通讯作者: 朱如凯 E-mail:zhangtianshu@petrochina.com.cn;zrk@petrochina.com.cn
第一作者简介:张天舒（1982—），女，博士、高级工程师，层序地层与沉积地质。E-mail：zhangtianshu@petrochina.com.cn。
基金项目:
黑龙江省揭榜挂帅项目(RIPED-2022-JS-1740)

Distribution of organic matter in the Qingshankou Formation Shale， Gulong Sag， Songliao Basin observed within an isochronous sequence stratigraphic framework

Tianshu ZHANG¹(), Rukai ZHU¹(), Yi CAI¹, Huajian WANG¹, Dan LYU¹, Haiyan ZHOU¹, Xiuli FU², Chang LIU¹, Kunning CUI², Surong ZHANG¹, Bo WANG³, Songtao WU¹, Jingya ZHANG¹, Xiaohua JIANG¹, Youliang FENG¹, He LIU¹

^1.Research Institute of Petroleum Exploration & Development，PetroChina，Beijing 100083，China
^2.Daqing Oilfield Company，PetroChina，Daqing，Heilongjiang 163002，China
^3.Institute of Energy，Peking University，Beijing 100871，China

Received:2023-02-22 Revised:2023-05-20 Online:2023-08-01 Published:2023-08-09
Contact: Rukai ZHU E-mail:zhangtianshu@petrochina.com.cn;zrk@petrochina.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组陆相纯页岩型页岩油获得高产突破，但古龙页岩有机质分布的非均质性强，主控因素不清，制约有利区和甜点段预测。通过精细分析岩心、露头、薄片、地震、测井、地球化学和古生物等数据，针对湖相深水页岩特点，基于“层序等级”与“湖侵-湖退（T-R）旋回”理论，结合天文旋回研究进展，建立了深湖区高频层序等时格架。通过类比现代湖泊，建立了古湖泊沉积环境判识指标，分析了古生产力、氧化还原环境及沉积速率的耦合关系，探讨了高频层序格架下有机质富集非均质性的成因。研究认为：①古龙凹陷青山口组可划分为4个三级层序，其中，层序1和层序2识别出2个T-R旋回，由13个准层序组（52个准层序）构成；准层序和准层序组的沉积时长分别为约40 kyr和170 kyr。②层序格架下页岩发育3种岩相、4种纹层、5种组合类型、11种纹层组合模式和3种沉积微相；T-R旋回控制了沉积微相、岩相和纹层组合的纵向分布，其中，深湖相静水沉积和泥流沉积的黏土质页岩为有利岩相。③T-R旋回控制了有机质分布，湖泛面附近是有利部位；有利区/段为古龙凹陷的准层序组2以及三肇凹陷的准层序组1—4。该研究成果能够为页岩油有利区和甜点段预测提供沉积学依据。

关键词: 有机质富集, 沉积环境, 层序地层, 古龙页岩, 松辽盆地

Abstract:

The Qingshankou Formation shale， Gulong Sag， Songliao Basin， has been gushing out oil in a rate stunning the Chinese oil industry. However， further prediction of sweet spots in the formation remains a challenge due to the highly uneven distribution of organic matter and confusion in the understanding of controlling factors. This study adopted the concepts of “hierarchy in sequence stratigraphy” and “transgressive-regressive （T-R） sequences”， with updated astronomical cycle research results to determine the accurate duration of sequences and re-establish an isochronous sequence stratigraphic framework specifically for lacustrine deep-water shale based on core， outcrop， and thin section observation， as well as seismic profile， well-logging， geochemical， and paleontological data analyses from a microcosmic to macroscopic scale. Subsequently， using modern lakes sedimentation as an analogy made it possible to propose qualitative and quantitative indexes for identifying paleo-water environment， and probe into the origin of the heterogeneity of organic matter enrichment under the sequence stratigraphic framework on the basis of the coupling relation among paleoproductivity， redox conditions， and sedimentation rate. The main conclusions are as follows： 1） There are four third-order sequences in Qingshankou Formation Shale， Gulong Sag， Songliao Basin. Among them， SQ1 and SQ2 consist of two T-R sequences of 13 parasequence sets （made up of 52 parasequences）. The durations of parasequence and parasequence set are approximately 40 kyr and 170 kyr， respectively. 2） Three types of lithofacies， four types of laminae， five laminae combinations， eleven laminae combination patterns， and three sedimentary microfacies have been recognized under the sequence stratigraphic framework. T-R cycles control the vertical distribution of laminae combination， lithofacies and sedimentary microfacies. The argillaceous shales deposited in deep-lake stagnant water and mud flow are prospective lithofacies. 3） T-R cycles control the enrichment of organic matter and different orders of flooding surfaces are the favorable locations for organic matter enrichment. Parasequence set 2 in Gulong Sag and parasequence sets 1 to 4 in Sanzhao Sag have been evaluated to be the most promising exploration targets. This study aims to provide sedimentological evidence for shale oil target area and “sweet spots” prediction.

Key words: organic matter enrichment, sedimentary environment, sequence stratigraphy, Gulong Shale, Songliao Basin

中图分类号:

TE121.3

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参考文献 57

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井号	不同准层序组相对沉积速率/（cm/kyr）
井号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
D8	9.96	9.33	8.60	7.81	10.14	15.11	13.21	9.00	11.93	8.66	7.75	6.53	8.79
D7	11.85	6.12	7.83	9.68	7.00	10.97	12.11	7.80	9.08	7.45	6.15	7.42	9.91
D6	9.80	6.72	7.02	9.93	6.70	9.69	12.82	8.89	10.31	9.16	6.25	5.82	9.74
D5	10.75	7.86	8.34	9.27	7.58	13.41	11.57	11.65	13.42	11.02	7.30	6.67	9.46
Y3	8.74	6.75	7.53	9.47	6.79	10.17	12.18	10.06	10.44	9.31	8.17	7.82	9.54
Y2	10.34	6.29	6.81	7.37	6.78	8.28	11.22	11.25	11.82	8.28	6.62	9.85	13.04
Y0	9.64	5.39	8.34	9.40	6.32	7.39	11.62	12.96	9.42	6.39	7.58	9.96	8.80
Y1	7.71	6.24	6.95	7.91	6.52	8.84	11.61	10.40	11.49	9.87	6.28	9.85	11.00
D4	10.79	4.92	8.29	5.97	9.41	9.27	11.16	12.59	12.03	8.05	7.26	11.94	13.41
Y4	10.71	5.08	8.80	6.02	10.95	10.27	10.10	13.46	11.23	8.92	7.45	12.30	13.05
D3	11.48	8.46	8.72	6.49	9.82	8.85	9.89	13.08	9.83	11.68	8.58	11.15	13.15
D2	10.09	7.16	5.60	6.02	9.44	9.13	10.28	12.24	9.75	9.65	6.80	7.55	12.51
D1	8.90	6.51	7.08	7.44	8.81	11.66	9.59	10.50	13.25	7.94	7.26	11.10	11.34
Y5	9.89	6.64	8.37	7.73	6.61	7.41	10.06	12.43	10.88	8.69	8.21	9.52	10.98
Y6	9.95	6.03	8.80	6.51	11.46	7.66	11.50	8.87	11.79	7.63	8.05	12.69	14.48
SK-1s	8.71	6.49	7.31	9.51	6.03	7.64	10.92	7.58	7.95	7.27	6.79	8.51	11.83
C1	2.80	2.39	3.63	3.01	2.78	3.95	2.40	2.00	2.39	1.85	1.80	1.52	2.42
C2	5.40	4.08	4.71	3.94	5.46	3.98	3.00	3.94	4.36	3.88	3.94	4.43	5.05
C3	4.98	3.11	2.80	4.46	4.67	4.46	3.84	3.23	2.91	3.92	4.36	3.84	5.39
C4	5.72	5.31	4.84	3.73	4.07	6.31	7.21	4.33	5.51	6.31	4.34	5.59	6.94
C5	7.99	5.40	5.81	4.77	5.81	8.32	7.16	5.65	6.99	6.58	6.02	5.74	6.97
C6	9.92	5.72	6.10	6.85	5.72	8.44	11.85	8.92	9.82	8.16	6.72	7.03	8.26
Y3	8.74	6.75	7.53	9.47	6.79	10.17	12.18	10.06	10.44	9.31	8.17	7.82	9.54
C7	11.46	5.62	6.46	7.54	5.57	8.13	10.78	15.42	13.41	7.65	9.51	8.44	11.61
C8	11.20	6.33	6.95	6.43	6.02	8.20	9.44	8.09	7.26	6.46	8.11	5.95	7.67
C9	8.47	5.50	6.46	6.58	7.39	7.40	7.33	7.23	8.89	6.32	5.09	6.15	4.64
C10	6.24	4.73	5.09	5.93	6.21	9.84	8.93	8.56	7.77	6.33	4.85	5.87	5.89
Y8	10.06	6.19	6.85	6.43	7.16	8.71	9.31	7.39	8.82	7.47	6.33	8.29	7.47
C11	6.53	4.68	6.23	4.36	7.25	8.71	7.66	8.31	7.16	5.34	4.91	5.50	4.23
Y7	8.55	5.00	8.42	4.43	6.50	5.69	11.03	9.53	10.37	8.66	9.31	11.29	12.96

古沉积环境	类型	参数	古沉积环境	类型	参数	古沉积环境	类型	参数
古气候	干旱	Sr/Cu>25；Fe/Mn<70； 50<CIA<65	古水深	浅水（水深0 ~ 5 m）	Co和La含量法定量计算	氧化还原条件	分层较弱，贫氧-氧化	V/Sc<10；V/（V+Ni）<0.6
古气候	潮湿	Sr/Cu＜25；Fe/Mn>70；CIA>65		较深水（水深5 ~ 20 m）			分层较弱，厌氧还原	10<V/Sc<25； 0.6<V/（V+Ni）<0.84
古盐度	淡水	Sr/Ba<0.6； Ca/（Ca+Fe）<0.3		深水（水深>20 m）			分层较强的硫化强还原	V/Sc>25； V/（V+Ni）>0.84
	微咸水	0.6<Sr/Ba<1； 0.3<Ca/（Ca+Fe）<0.5	有机质母质来源	藻型	藻类/水生植物孢粉个数>2	古生产力	低	藻类/水生植物孢粉个数总和<20
	咸水	Sr/Ba>1； Ca/（Ca+Fe）>0.5		藻型	藻类/水生植物孢粉个数>2		中-低	20<藻类/水生植物孢粉个数总和<40
	咸水	Sr/Ba>1； Ca/（Ca+Fe）>0.5		草藻型	1<藻类/水生植物孢粉个数<2
陆源输入量	低	Ti/Al<0.03；Si/Al<3；粒度中值<0.008 mm；黏土级粒度占比>40 %
							中	40<藻类/水生植物孢粉个数总和<60
				草型	藻类/水生植物孢粉个数<1		中	40<藻类/水生植物孢粉个数总和<60
							中-高	60<藻类/水生植物孢粉个数总和<80
	高	Ti/Al>0.03；Si/Al>3；粒度中值>0.008 mm；黏土级粒度占比<40 %
				细菌型	干酪根 δ¹³C_org <-29 ‰
				细菌型	干酪根 δ¹³C_org <-29 ‰		高	藻类/水生植物孢粉个数总和>80

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松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩层序等时格架下的有机质分布规律

Distribution of organic matter in the Qingshankou Formation Shale， Gulong Sag， Songliao Basin observed within an isochronous sequence stratigraphic framework

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图/表 11

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