松辽盆地北部古龙页岩油勘探取得重大突破,但不同地区有机质富集程度不同,纵向上不同层系有机质丰度呈现旋回性变化,有机质富集的主控因素及富集模式认识不清,影响了富集区优选及页岩油基础地质理论的创新,因此,认清有机质富集主控因素及富集模式有助于揭示优质地质甜点与富集层分布规律,是古龙页岩油地质理论创新的重要组成部分,对于支撑页岩油富集区预测、靶层优选及地质工程一体化勘探开发进程也具有重要意义。 本次基于大量样品的分析化验资料、地震资料、测井资料,通过区域构造不整合面识别技术、有机层序地层划分技术、古沉积环境定量恢复技术及有机质富集主控因素分析技术,建立了页岩层系有机层序地层格架,恢复了青一、二段页岩沉积时期古地貌,明确了页岩形成时期沉积相展布特征及古环境特征,明确了有机质富集的主控因素,并建立了有机质的富集模式。取得了如下成果与认识: (1)创新区域构造不整合面识别技术,明确了松辽盆地北部青山口组页岩沉积时期中央坳陷区发育“2凹1凸”的构造格局,凹陷区深度大,为页岩纵向发育提供充足可容纳空间和富集场所,在长期的构造演化中一致处于沉降中心,持续沉降的构造演化为页岩油气形成演化奠定了动力学背景。 (2)建立松辽盆地北部青山口组页岩层系1-4级有机层序地层格架,形成有机层序地层界面识别技术,青山口组共识别出2个一级、2个二级、5个三级有机层序界面,一级层序界面为岩性突变面、测井曲线突变面、TOC和S1突变面,代表快速水进和水退界面;二级层序界面为岩电特征突变面、地化参数指标突变面、TOC突变面,上升半旋回为主,代表基准面下降阶段;三级层序界面为岩电特征突变面、地化参数指标突变面,主要是指0.03-0.20m厚度不等的薄层白云岩、灰岩或粉砂层在二级有机层序地层基础上产生的次级变化,一般为白云岩、粉砂岩或灰岩的顶底界面。青一段及青二段下部页岩层系共划分9个四级层序地层,其厚度介于10-25m,为青山口组页岩油勘探开发提供重要基础支撑。 (3)建立了松辽盆地青山口组页岩层系沉积时期三角洲平原、三角洲前缘、滨浅湖、半深湖-深湖、砂质碎屑流等不同沉积亚相宏微观识别标志,明确青一段到青三段,湖相沉积继承性发育,青一段湖相面积4.3×10~4km²,青二段湖相沉积范围达2.8×10~4km²。其中,青一段暗色泥页岩厚度大于40m的面积是2.8×10~4km²,青二段暗色泥岩厚度大于80m的面积是2.4×10~4km²,青三段为0.83×10~4km²,纵向厚度大、平面展布范围大的半深湖-深湖相暗色泥岩沉积,奠定了百米厚度、超万平方千米的页岩雄厚物质基础,也为页岩油形成提供了物质条件。 (4)建立基于无机元素分析的古气候、古盐度、古氧化还原、古水深沉积环境定量恢复技术。古气候条件通过w(Sr)/w(Cu)值、C值来表征,青山口组页岩w(Sr)/w(Cu)值8-20,C值0.3-0.5,代表温暖湿润气候;古盐度通过w(Sr)/w(Ba)值、w(B)/w(Ga)值来表征,青山口组页岩锶钡比0.4-1.0、硼镓比3.3-4.5;古氧化还原条件通过w(V)/w(V+Ni)、w(V)/w(Cr)等参数来表征,青山口组页岩w(V)/w(V+Ni)值0.6-0.84之间,代表还原水体条件;古水深通过Co和La含量法定量计算,纵向上Q1-Q9经历了湖泊水深增加-降低-增加的过程,Q3湖泊水体最深,其次为Q8;青一段古水深为30-40m,青二段古水深20-30m,水体相对变浅。阐明了松辽盆地青山口组页岩形成于温润淡水-微咸水还原沉积环境,经历了长期温湿多个短期干旱的多旋回气候变化。实现页岩形成沉积环境多古参数的精准分析。 (5)创新形成基于古气候、地质事件、沉积速率、还原条件分析的富集因素分析技术,明确了有机质富集3大主控因素:一是“2凹1凸”古地貌为层厚面广的湖相暗色泥岩沉积奠定富有机质页岩油富集的场所和物质基础,二是古气候、生产力、古盐度、古水深、还原条件对有机质富集都具有促进作用,与陆源输入对有机质富集具有抑制作用;三是火山和热液活动等地质事件为湖相生物繁殖提供了丰富营养物质,是湖泊富营养化和藻类勃发、有机质富集的重要原因。因此,松辽盆地青山口组页岩层系有机质富集是古地貌、湖相环境、古气候、古盐度、古水深、沉积速率、缺氧还原环境等多因素耦合作用的结果,并据此建立了3个不同旋回单元的有机质富集模式:Q1-Q3(单元A):火山热液带来了充足的营养物质、高盐度水体分层、水深、还原环境造成有机质最富集;Q4-Q6(单元B):较高初始生产力提供的物质基础得到了良好保存,有机质较富集;Q7-Q9(单元C):火山热液带来的营养物质和温湿气候促进生产力提高,水深还原环境利于有机质富集保存。