本文结合结合对盆内乌尔逊凹陷侏罗系地层的研究,进行海拉尔盆地盆内与盆缘侏罗系地层对比,总结盆内外侏罗系地层对应关系,细化盆内侏罗系塔木兰沟组序列,为探讨盆内火山岩储层的重点勘探层位提供依据。
研究背景1.海拉尔盆地火山岩油气研究现状
海拉尔盆地作为大庆探区外围盆地中最大的含油气盆地,是大庆油田后备储量战略接替地区之一。是受北东向断裂控制形成的复杂断陷,内部发育了三套烃源岩地层,烃源岩厚度较大有机质含量高(冯志强等,2004)。
油气主要集中在乌尔逊和贝尔两大富油凹陷,目的层主要为白垩系,主力烃源岩为下白垩统南屯组湖相暗色泥岩(谢明贤等,2022)。海拉尔盆地呼伦湖西岸下白垩统酸性火山熔岩(136~125Ma)中发育大面积连续出露的沥青,相当于直接出露到地表的火山岩储层(郑涵,2019)。
前期对东北地区侏罗系深层的研究一直较为薄弱,而且勘探目的层主要在上覆的白垩系,可供参考的资料较少(贾进华等,2021)。但近年陆续在海拉尔盆地侏罗系发现油气显示:
海拉尔盆地的10个凹陷36口井钻遇侏罗系塔木兰沟组地层,面积达8203km2,其中,10口井见到油气显示(贾进华等,2021)。
2018年,红旗凹陷红6井在侏罗系塔木兰沟组获低产油流,取得油气勘探突破,揭示了盆地侏罗系深部地层也存在有利的成藏组合,塔木兰沟组是下部成藏组合中有利的烃源岩发育层位(谢明贤等,2022),也是潜在的油气储集层位。
2.区域构造
海拉尔盆地位于我国内蒙古自治区呼伦贝尔盟西南部,与蒙古国的塔木察格盆地实际为统一盆地,盆地总面积为70480平方公里,在我国境内面积为40550平方公里。
其地理位置为东经115°30′~120°00′,北纬46°00′~49°20′,北侧临近根河盆地和漠河盆地,东侧临近松辽盆地,南侧临近二连盆地,地处中蒙俄三国交界,被誉为“东亚之窗”的满洲里市坐落在海拉尔盆地边缘。
海拉尔盆地位置如图2.1所示。海拉尔盆地位于大兴安岭西侧,内蒙古东北部,中、新生代时期主要受到太平洋板块挤压作用的影响,断裂构造发育,整体呈北东向展布。
盆地位于额尔古纳地块和兴安地块之间,可划分为5个一级构造单元,整体呈三坳夹两隆的构造格局,自西向东一级构造单元依次为扎赉诺尔坳陷、嵯岗隆起、贝尔湖坳陷、巴彦山隆起和呼和湖坳陷;20个次一级构造单元,包括16个凹陷和4个凸起。
3.地层特征
根据周其林等(2013)提出的中生代地层对比方案将海拉尔盆地周缘出露的侏罗系地层自下而上划分为中侏罗统塔木兰沟组、上侏罗统满克头鄂博组、上侏罗统玛尼吐组和上侏罗统白音高老组。
塔木兰沟组(J2tm)正层型为内蒙古呼盟牙克石市绰尔镇塔木兰沟剖面(N48°06′00″,E121°09′00″),黑龙江第二区域地质调查大队王荣富等1981年测。主要为中基性熔岩、火山碎屑岩、沉积岩并含植物等化石。
平行不整合覆于万宝组之上;被土城子组平行不整合覆盖或满克头鄂博组不整合覆盖。(2)满克头鄂博组(J3mk)正层型为内蒙扎鲁特旗阿日昆都楞苏木满克头鄂博山剖面(N45°14′00″,E119°53′00″),由辽宁第二区域地质调查大队1974年测。
主要为酸性火山熔岩,酸性火山碎屑岩,火山碎屑沉积岩,偶见中性火山岩。含双壳类化石:Ferganoconchasubcentralis,F.curta,F.elongata;植物:Ginkgosp.,Lycopoditessp.,Cladophlebissp.,Otozamitessp.,Zamitessp.,Baieragracilis,Phoenicopsissp.,Schizolepissp.,Strobilitessp.,Carpolithussp.,Coniopterissp.,Taeniopterissp.等及昆虫化石:
Ephemeropsistrisetalis等以及叶肢介等。不整合于林西组,土城子组,万宝组或新民组之上,被玛尼吐组整合覆盖或被义县组,龙江组不整合覆盖。玛尼吐组(J3mn)正层型为内蒙古赤峰市巴林右旗玛尼吐西山剖面(N44°05′00″,E118°46′00″),李继海等1974年测并命名。
主要为中性火山熔岩,中酸性火山碎屑岩夹粗安岩,火山碎屑沉积岩,正常沉积岩及少量酸性火山岩。产叶肢介:Nestoria-Keratestheria,Nestoriacf.pissovi,Leptolimnadiacf.tarachiensis等;双壳类:Ferganoconchasibirica等及植物:Pityophyllumsp.等。整合于满克头鄂博组之上,白音高老组之下。
研究内容1.微量及稀土元素地球化学特征
海拉尔盆地周缘中上侏罗统火山岩微量及稀土元素数据见表4.2。微量元素原始地幔标准化图)显示,塔木兰沟组和满克头鄂博组酸性火山岩样品均富集大离子亲石元素K、Rb和高场强元素Th、U;
亏损高场强元素Nb、Ta、Ti和P。塔木兰沟组和满克头鄂博组中基性岩样品富集大离子亲石元素Ba和K;亏损高场强元素Nb、Ta和Ti。稀土元素球粒陨石标准化配分图显示,
中基性岩样品均表现出相似的变化趋势,呈现轻稀土元素富集的右倾特征,而酸性岩则为右倾的V字型。稀土总量较高(ΣREE=58.75×10-6~285.35×10-6),轻重稀土分异明显((La/Yb)N=5.83~24.91),具有明显的铕负异常(δEu=0.23~0.78)。
2.岩石成因及构造背景
张旗等(2012)提出A型花岗岩的地球化学特征具有富SiO2,贫Sr、Ba、Eu、Ti和P,稀土元素具明显的铕负异常的特点,低压条件下形成,产于地壳伸展减薄的背景下。
本次研究的酸性火山岩样品SiO2含量介于69.44%~76.54%之间;在微量元素蛛网图上,亏损Sr、Ba、Eu、Ti和P;稀土元素配分图呈右倾特征,具有明显的铕负异常,
可以认为研究区中生代酸性火山岩和A型花岗岩特征具有相似的地球化学特征和构造背景。目前学界有以下关于伸展环境形成机制的观点:与地幔柱活动有关(林强等,1998;葛文春等,1999);
与古太平洋板块俯冲作用有关(赵国龙等,1989;Wangetal.,2006;董树文等,2008;张吉衡,2019);与蒙古-鄂霍次克洋闭合作用有关(苟军等,2010;孙德有等,2011;张超等,2018;张超,2020;陈超等,2020)。
研究区酸性火山岩以流纹质熔岩和火山碎屑岩为主(SiO2≥69.44%),具有高铝(12.96%~15.18%)的地球化学特征,说明壳源岩浆对岩石形成起决定性作用(程银行等,2013),火山岩多为高钾钙碱性系列和钾玄岩系列(图4.5),具有造山后花岗岩主量元素的特征(韩宝福,2007)。
微量元素构造环境判别图解(图4.8)显示研究区火山岩具有造山后花岗岩特征。研究区西侧德尔布干断裂带是早白垩世(110~130Ma)期间重大伸展构造变形产物(郑常青等,2009),晚于研究区火山岩形成时代,区内断裂构造受其控制以北东、北北东和北西向为主。
而蒙古-鄂霍茨克洋形成于古生代早期,中侏罗世发生碰撞造山后使陆壳增厚,晚侏罗世发生拆沉作用(Kayetal.,1993),导致该阶段处于伸展环境,与研究区火山岩的形成时间相似。
大兴安岭区域火山岩由西向东总体上具有时代逐渐变新的趋势(Wangetal.,2006),也与蒙古鄂霍茨克洋闭合的特征相符。塔木兰沟组与满克头鄂博组两套酸性火山岩相似的地球化学特征表明研究区中侏罗世晚期至晚侏罗世期间始终处于蒙古-鄂霍茨克洋构造域的影响之下。
综上所述,海拉尔盆地中上侏罗统塔木兰沟组和满克头鄂博组火山岩的形成与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后岩石圈伸展环境有关。
3.海拉尔盆地乌尔逊凹陷侏罗系地层序列
乌尔逊凹陷位于海拉尔盆地中南部,临近嵯岗隆起,是贝尔湖坳陷的次一级构造单元。乌尔逊凹陷中钻遇侏罗系地层的钻井有Su52井、Su37-49井、Su43井、WD2井、T1井、T7井和T8井等7口钻井。
4.钻井地层岩石组合和测井特征
Su52井中上侏罗统钻遇地层主要发育沉积岩夹火山碎屑岩,主要岩石类型有砾岩、泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩以及安山质角砾熔岩。
Su37-49井侏罗系钻遇地层,上部主要发育沉积岩,主要岩石类型有含砾砂岩、泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩以及细砂岩,下部主要发育中基性及酸性火山岩,主要岩石类型有英安质凝灰岩、安山岩以及玄武粗安岩。
井中各井段测井特征如下:下部较稳定的玄武粗安岩段3510.00~3418.40m自然伽马(GR)值范围为51~86API,平均65API,各曲线形态较为平直;其上稳定英安质凝灰岩段3418.40~3268.30m,
自然伽马(GR)值范围为85~170API,平均为119API,各曲线形态平直稳定;上部稳定安山岩段3268.30~3133.30m,自然伽马(GR)Su43井侏罗系钻遇地层主要为酸性火山岩,主要岩石类型有英安岩及英安质凝灰岩。井中各井段测井特征如下:
较稳定的英安岩段3050~2952m,高自然伽马(GR)值,其范围为156~251API,平均为194API,各曲线形态整体较为平直,在沉积岩夹层处存在明显界面。T1井塔木兰沟组发育沉积岩,主要岩石类型有含砾砂岩及中砂岩。WD2井上侏罗统钻遇酸性火山岩,主要岩石类型为流纹岩及凝灰岩。井中各井段测井特征如下:较稳定的流纹岩段1065~867m,高自然伽马(GR)值,范围为60~333API,平均170API。
T8井中上侏罗统上部为中基性火山岩,主要岩石类型有安山质角砾熔岩及安山质凝灰岩,下部主要为火山岩沉积岩,主要岩石类型有含砾砂岩、凝灰质粉砂岩、沉凝灰岩。
井中各井段测井特征如下:下部较稳定火山沉积岩段,各曲线形态较为平直,上部稳定厚层安山质角砾熔岩与安山质凝灰岩互层段,1904~1300m,自然伽马(GR)值范围为44~113API,平均70API。
T7井钻遇中上侏罗统,上部为中基性火山岩,主要岩石类型为粗面安山质凝灰熔岩,下部主要为沉积岩,主要岩石类型有砂质砾岩及泥岩。T7井各井段测井特征如下:
下部较稳定厚层砂质砾岩及泥岩互层段1530~1140m,各曲线形态较为平直;上部粗面安山质凝灰熔岩段,1140~1121m,自然伽马(GR)值范围为56~83API,平均71API。
结论在明确海拉尔盆地及周缘侏罗系及其上下地层序列、岩石组合和年代学特征的基础上,对比盆地内外各地层的岩石组合和年代学特征,认为海拉尔盆地侏罗系地层的岩石组合特征和年代学特征均可与盆缘露头剖面特征对比:海拉尔盆地塔木兰沟组可以划分为两期:
第1期,盆内塔木兰沟组一段(钻井揭示火山岩年龄166~157Ma)对应于盆缘的中侏罗世塔木兰沟组(168~157Ma),发育中基性、酸性火山岩和沉积岩组合;第2期,盆内塔木兰沟组二段(钻井揭示火山岩年龄157Ma~148Ma)对应于盆缘的晚侏罗世满克头鄂博组(157~144Ma),发育酸性火山岩和少量中基性火山岩。
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