0 前言

随着20世纪70年代Vail层序地层学理论的问世和20世纪90年代Cross高分辨率层序、Galloway成因层序等众多理论的兴起，国内众多学者^{[1, 2, 3, 4]}将层序地层学理论引进、应用到中国陆相断陷湖盆，建立了诸多盆地的层序地层格架，认为层序格架宏观控制了砂体展布特征和优质源岩的发育位置，在不同层序、不同体系域发育时期，其储层特征、源岩空间展布特征和品质均有所差别。但是，目前针对松辽盆地肇州区块沙河子组建立的层序地层格架，仍存在颇多争议：卜淘^[5]认为该区沙河子组发育3个三级层序；平贵东^[6]认为沙河子组可以划分为2个三级层序；而夏利^[7]则认为沙河子组整体为1个三级层序。造成该区层序格架众家纷纭的原因在于，沙河子组沉积时期湖盆处于断陷伸展期，强烈的构造运动和后期火山活动，导致该区地震资料品质极差，而钻井资料的匮乏又使得“井-震结合”的效果不够理想。正是由于层序地层格架的模糊性，使得肇州区块沙河子组沉积体系特征研究、有利生储盖组合、圈闭预测和隐蔽油气藏勘探等工作的开展倍受制约。

肇州区块位于松辽盆地北部，是一个断坳叠置型盆地，经历了初始裂陷期(火石岭期)、强烈断陷期(沙河子-营城期)、断坳转化期(登娄库期)、坳陷期(泉头-嫩江期)和构造反转期(明水末期)共5期构造活动^[8]。下白垩统沙河子组时期，研究区西与中央隆起带以徐西大断裂相隔，东侧与尚家朝阳沟隆起带呈斜坡过渡，整体呈西断东超、西陡东缓的结构，具有埋藏深、构造强的显著特征。该区面积约1 368.9 km²，可划分为西部陡坡带、东部缓坡带、万隆古隆起、徐西坳陷南部、徐南坳陷共5个次级构造单元(图 1)，物源来自于西部中央隆起带和东部徐东斜坡带，表现为“双源并存、继承发育”的特征。

图 1 松辽盆地肇州区块构造位置图 Fig. 1 Tectonic location in Zhaozhou area of Songliao basin

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层序和体系域的界面识别是层序地层划分和对比的关键，也是进行区域等时地层对比的重要标志^{[4, 9]}。根据层序地层学理论，结合层序界面的成因，应用地震、测井、录井及钻井岩心等资料，通过地震反射特征分析、小波变换法、声波时差曲线和电阻率曲线交汇图法、相序叠置特征分析等多种方法，对松辽盆地肇州区块层序界面进行了详细分析，认为沙河子组底界面T₄₂和顶界面T₄₁为二级层序界面，其内部的SB2、SB3、SB4为3个三级层序界面。

T₄₁和T₄₂为整个湖盆范围内发育的不整合面^[5]，沙河子组上超于T₄₂且被T₄₁削截(图 2)；在层序界面上下，地震反射特征变化明显：T₄₂之下的火石岭组或侏罗系表现为“弱振幅、差连续”的反射特征,T₄₂与T₄₁之间的沙河子组表现为“中低频率、中-弱振幅、中-高连续”的特征,T₄₁之上的营城组表现为“低频率、强振幅、高连续”的特征(图 2、图 3)；在录井岩性剖面上，上部营城组火山岩与下部火石岭组火山岩将沙河子组碎屑岩夹在中间；另外，在由测井资料得到的小波变换图谱上，T₄₁和T₄₂界面处表现为明显的能量突变面，Δlg R(Δlg R为声波AC和电阻率R_LLS曲线的幅度差)显著减小(图 4)。

图 2 松辽盆地肇州区块沙河子组层序界面地震接触关系 Fig. 2 Contacting relation of sequence boundary of Shahezi Formation in Zhaozhou area of Songliao basin

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SB2、SB3、SB4作为三级层序界面，在盆地边缘界面处发育截超不整合结构(图 2)，3个界面上下的地震反射特征表现为中频-中强振高连→低频弱振低连→中频强振高连→低频弱振中-低连的明显变化(图 3)；在小波变换图谱上，3个层序界面处均表现为明显沉积旋回分界线；在电阻率与声波时差叠合曲线图上，3个界面处响应特征明显(图 4)。

图 3松辽盆地肇州区块沙河子组地震反射特征 Fig. 3 Seismic reflection characteristics of Shahezi Formation in Zhaozhou area of Songliao basin

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小波图片为GR曲线经阶步为5的小波变换处理。图 4 松辽盆地肇州区块沙河子组层序界面测井响应特征图(ZHS15、ZHS6、ZHS14井) Fig. 4 Logging response characteristics of sequence boundary of Shahezi formation in Zhaozhou area of Songliao basin

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通过地震反射特征分析、小波变换法、声波时差曲线和电阻率曲线交汇图法、相序叠置特征分析等多种方法，在肇州区块沙河子组识别出2个二级层序界面和3个三级层序界面之后，对该区进行了层序地层单元划分，认为由下至上发育的SQ1、SQ2、SQ3、SQ4均具有湖侵体系域(TST)和湖退体系域(RST)，缺少高位相对稳定阶段。受盆地构造背景、层序发育特征及湿润气候^{[10, 11]}、充足物源等诸多因素的影响，在SQ1-SQ4发育时期，工区内主要发育西部扇三角洲、东部辫状河三角洲和中部湖泊相3种沉积相类型，沉积演化表现为“格架控砂、继承演化、分源沉积、连片发育”的特征。图 5为松辽盆地肇州区块沙河子组沉积相平面展布图。

图 5 松辽盆地肇州区块沙河子组沉积相平面展布图 Fig. 5 Plan view showing sedimentary facies of Shahezi Formation in Zhaozhou area of Songliao basin

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1)SQ1发育时期，湖盆范围最小，半深湖深湖不发育。该时期，研究区西部坡陡水深，加之物源供应充足，整体发育扇三角洲相，因平原亚相多被剥蚀，仅残留前缘亚相；东部地区坡缓水浅，发育辫状河三角洲平原和辫状河三角前缘沉积亚相(图 5a)，并以大套、厚层水下分流河道砂体沉积微相为主体(图 6)。东部前扇三角洲泥岩和前辫状河三角洲泥岩在滨浅湖中心稳定沉积，并以最大湖泛面时期展布范围最广(图 6)。

图 6 松辽盆地肇州区块沙河子组层序格架及沉积剖面对比图 Fig. 6 Sequence framework and Sedimentary section correlation of Shahezi formation in Zhaozhou area of Songliao basin

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SQ1湖侵体系域发育时期，扇三角洲和辫状河三角洲退积，准层序组垂向上表现为退积叠加样式，岩性由大套灰色砾岩突变为黑色泥岩；SQ1湖退体系域发育时期，暗色泥岩之上叠加灰色河道砂岩，由下至上显示反粒序特征(图 6)。箱形→齿化平直→箱形的测井响应(图 6)以及杂乱弱振低连→平行中振高连→杂乱弱振低连的地震响应特征也很好地体现了SQ1内部T-R结构(湖进域-湖退域结构)的特征。

2)SQ2发育时期，湖盆水进、砂体展布范围向盆缘方向迁移，由于徐西断裂的发育使得西部陡坡带地形高差持续变大、湖盆水体加深，扇三角洲沉积相继承发育，水下分流河道砂体和河口坝砂体为前缘亚相主力砂体，扇体根部可见扇三角洲平原亚相的存在；在东部缓坡构造背景下，湖盆接收近源碎屑沉积物，形成辫状河三角洲沉积相，沉积主体仍为前缘亚相中的水下分流河道砂体及河道间湾泥岩(图 6)，平原亚相展布范围较SQ1时期增大。在SQ2时期，工区内扇三角洲和辫状河三角洲呈朵叶体状独立分布，泥岩沉积范围较大且在全区稳定沉积(图 5b)。

SQ2早期水进时期，陆源碎屑退积，水下分流河道砂体之上沉积河口坝砂体和河道间湾泥岩，由下至上砂体数量减少且厚度减薄，测井曲线整体表现为钟形-箱形的复合形态；晚期水退时期，砂体进积由下至上表现为反旋回沉积，薄层砂体之上叠加较厚层河道砂体，测井曲线整体表现为漏斗形(图 6)。

3)构造运动的持续存在和湖盆的持续扩张，使得SQ3时期表现为盆大、水深、层厚的地质特征，此时，在工区北部出现了小范围半深湖-深湖沉积(图 5c)。在西部陡坡带高差进一步增大而东部斜坡带持续变缓的构造背景下，西部扇三角洲和东部辫状河三角洲继承发育且表现为东、西部砂体各自连片发育的特征；两种沉积相均以前缘亚相为沉积主体且平原亚相广泛存在，水下分流河道中-粗砂岩、河口坝细砂岩、席状砂粉砂岩、湖相泥岩为常见的岩石类型，暗色泥岩展布范围广且沉积厚度大，如ZHS14井处的前辫状河三角洲泥岩(图 6)。

SQ3同样发育湖侵域和湖退域两个体系域，在层序发育特征的控制下，沉积亚相由下至上表现为前缘亚相→前扇三角洲/前辫状河三角洲→前缘亚相的叠加，粒序特征相应表现为粗→细→粗的叠加样式，测井响应明显，漏斗形曲线叠加在钟形曲线之上(图 6)；地震相特征由下至上表现为杂乱弱振中-低连→亚平行强振高连→低频弱振低连，很好地彰显了层序的发育特征(图 3)。

4)SQ4时期，湖盆水退使得湖盆演变为滨浅湖环境且沉积范围减小，加之盆地抬升使得地层遭受大范围剥蚀(尤以研究区南部明显)，部分地区仅残留下部湖侵域沉积。该时期西部陡坡带地形高差减小，但由大套厚层砾岩、河道二元结构、滑塌变形沉积构造等证据出发^{[9, 10]}，可知西部陡坡带仍继承发育扇三角洲沉积，东部缓坡带继承发育辫状河三角洲，两种沉积相砂体前接湖相泥岩，三角洲呈朵叶状分布。由于盆小水浅，加之物源供应充足，使得东部辫状河三角洲前缘亚相中水下分流河道砂体广泛分布，在湖浪反复冲刷、淘洗作用下，连片发育(图 5d)。

SQ4垂向发育特征及沉积相连井剖面特征均凸显了该层序的二分结构，早期湖侵时期，陆源碎屑退积，细粒泥质沉积物叠加在粗粒砂砾岩之上，由下至上砂体数量减少、砂体厚度减薄；晚期湖退时期，砂体进积，韵律特征表现为由细到粗的反旋回沉积特征(图 6)。

沙河子组时期的肇州区块，气候温暖湿润^[11]，尤其是在SQ2、SQ3发育时期，湖盆整体水进，广泛接受陆源细粒沉积物，在滨浅湖半深湖环境下发育了大套、厚层、黑色泥岩，累计泥岩最厚可达180 m，单层泥岩厚度达20 m。这些泥岩形成于弱还原条件，碳优势指数CPI>1.0，指示工区内有机质源于高等陆生植物，显示以腐殖型为主，干酪根类型为Ⅲ型；吸光度比为0.02，同样显示有机质类型为Ⅲ型，以生气为主。

综合沙河子组SQ1-SQ4的w(TOC)数据(图 7a-d)可知，在78个泥岩实测样品中：有67个样品的实测w(TOC)大于0.6%，表明近85.9%的样品处于中等丰度以上的级别；有45个样品的实测w(TOC)大于1.0%，表明沙河子组内近57.7%的样品，丰度达到好的级别。镜质体反射率R_o数据表明，有机质整体处于高成熟-过成熟阶段(图 7e)。高品质源岩为大气田的形成提供了良好的物质基础。

图 7 松辽盆地肇州区块沙河子组w(TOC)频率分布直方图(a-d)及Ro-深度关系剖面图(e) Fig. 7 Frequency distribution histogram of w(TOC)(a-d) and relationship of Ro-depth(e) in Zhaozhou area of Songliao basin

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烃源岩必须达到一定厚度才能排出具有商业价值的油气，Tissot于1984年曾提出排烃有效厚度为28 m，而持微裂隙排烃观点的学者认为，烃源岩中心多存在异常高压而产生微裂隙，油气可以通过微裂隙以幕式排烃的方式排出；而且，不管烃源岩厚度与生排烃有无具体关系，厚度仍然是烃源岩评价的一个重要指标^[12]。

SQ1发育时期，盆小水浅，滨浅湖环境下的泥岩展布范围小且累计厚度薄，厚度变化范围为10~60 m，高值区仅在ZHS6与ZHS13井前面发育(图 8a)；SQ2发育时期，湖盆水进，滨浅湖范围扩大且水体加深，泥岩厚度变化范围增加至20~140 m，平均值可达74.5 m，泥岩厚度由湖盆沉积中心高值区向盆地周边逐渐变小(图 8b)；mD(毫达西)为非法定计量单位,1 mD=0.987×10^-3 μm²。

图 8 松辽盆地肇州区块沙河子组烃源岩等厚图 Fig. 8 Thickness maps of source-rock in Zhaozhou area of Songliao basin

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SQ3发育时期，湖盆继续水进，滨浅湖范围继续扩大且在研究区北部出现小范围半深湖深湖沉积环境，前缘亚相中泥岩累计厚度较薄，为20~30 m，在工区南部徐南凹陷沉积中心暗色泥岩厚度最大，可达180 m，其次为工区北部半深湖，泥岩厚度约80 m(图 8c)；SQ4发育时期，湖盆水退，泥岩累计厚度明显降低，最大值仅为50 m(图 8d)。上述一系列数据表明SQ3和SQ2时期，泥岩厚度最大，且由于强烈构造活动和异常高压的存在，使得该时期断层和微裂隙发育^[13]，为源岩排烃提供有效运移条件，是优质源岩发育的有利层段。

岩石的类型和组合变化造成了有机质丰度的差异，而沉积韵律性是导致烃源岩有机非均质性存在的根本原因^[14]，但这些都最终受控于湖盆的演化和湖平面的升降，与层序地层格架有着根本的联系。通过对肇州区块沙河子组不同层序的烃源岩实测样品有机质丰度和测井拟合样品有机质丰度参数进行统计分析可知： SQ3是优质烃源岩发育的最有利层段，暗色泥岩中w(TOC)和生烃潜力w(S₁+S₂)的值最大，拟合w(TOC)>1.0%的样品占绝对优势，其分布频率达到72.5%，w(TOC)平均值为1.37%，w(S₁+S₂)的值为0.010~0.156 mg/g，均值为0.064 mg/g；SQ2是优质烃源岩发育的次有利层段，拟合w(TOC)>1.0%的样品为70.58%，w(TOC)平均值为1.16%，w(S₁+S₂)的值为0.020~0.116 mg/g，均值为0.047 mg/g；SQ1和SQ4是烃源岩发育的不利层段，尤以SQ1最差，其测井拟合w(TOC)>0.6%的样品仅占45.9%，w(TOC)平均值为0.69%(图 7)。

在沙河子组4个层序中，SQ2和SQ3是烃源岩发育的有利层段，剖析这两个层序中体系域同源岩TOC的关系，发现有机质丰度高的烃源岩多发育在湖退体系域底部的最大湖泛面附近^[14]，或湖侵体系域中部前缘亚相(图 9)。这主要是因为基准面相对稳定时期常发育色暗质纯、有机质丰度高、分布广泛、厚度巨大的泥岩，加上此时湖盆水体处于弱还原-还原环境，有利于优质烃源岩的保存。而湖侵体系域底部和湖退体系域顶部主要发育砂体沉积，泥岩也表现为色调较浅的灰色泥岩，有机质丰度和类型都相对较差。综上，研究区目的层段有两套优质源岩，主要发育在SQ2和SQ3最大湖泛面附近。

图 9 松辽盆地肇州区块ZHS15井沙河子组w(TOC)与体系域关系图 Fig. 9 Relational graph between w(TOC) and system tract of ZHS15 well in Zhaozhou area of Songliao basin

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运用多种资料、综合多种方法，认为松辽盆地肇州区块沙河子组的沉积相展布及演化特征、烃源岩空间发育特征均受控于此时的层序地层格架发育，具体结论如下：

1)利用地震、测井及录井等资料，划分不同级别的层序，认为肇州区块沙河子组整体为1个二级层序和由下至上的SQ1-SQ4 4个三级层序。其中：每个三级层序均具有二分结构，由湖侵体系域和湖退体系域组成，岩性韵律、测井曲线、地震反射特征均有良好的响应；顶部的SQ4遭受剥蚀严重，在盆缘地带仅残留湖侵域。

2)研究区目的层段发育西部扇三角洲、东部辫状河三角洲和湖泊相3种沉积相类型，沉积体系演化主要受控于层序格架发育情况，表现为“格架控砂、继承演化、分源沉积、连片发育”的特征。SQ1和SQ4时期，盆小水浅，扇体多呈朵叶体状分布，此时，泥岩体积分数低且有机质丰度差，优质烃源岩基本不发育；在SQ2和SQ3发育时期，盆阔水深，扇体连片发育，湖相暗色泥岩厚度大、品质好且有机质丰度高。

3)在SQ2、SQ3发育时期，研究区内沙河子组稳定发育两套优质烃源岩，分别位于这两个三级层序中的最大湖泛面附近。