三江盆地位于黑龙江省东北部三江平原，西起佳木斯，东至乌苏里江和完达山，北临黑龙江与俄罗斯隔江相望，南至双鸭山分水岭，与俄罗斯的中阿穆尔盆地为同一盆地，中国境内因地处黑龙江、松花江与乌苏里江“三江”汇合处而得名，盆地呈北东方向延伸，面积约33730km^{2 [1-3]}（图 1）。

图  1  三江盆地地理位置^[4]

Figure  1.  Geographic position of Sanjiang Basin

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随着东北大型含油气沉积盆地研究程度越来越高，油气勘探难度越来越大，加之老油田开发程度已进入中后期，亟需新的油气区接替，为油田的增储上产和可持续发展提供接替领域和资源保障。虽然近年来油田系统在松辽盆地开展了一系列的“大庆下面找大庆”的勘探工程，在深层火山岩和致密气勘探领域取得了一些重大突破，但仍难弥补油田开发产能下降的接替需要，勘探和开发成本越来越高。

在油田接替如此紧迫的今天，松辽盆地外围的中小型沉积盆地已成为目前油气勘探的重要领域之一。近年在松辽盆地外围开展了一系列中小型盆地的基础性研究及勘探工作，取得了重要的油气发现突破，例如彰武盆地油气勘探的新突破，突泉盆地突参1井，方正断陷的方4井、方6井，延吉盆地的延4井、延10井等油气新发现，展示了松辽盆地外围这些中小型盆地具有良好的勘探前景。目前，应用基础地质框架、盆地模拟和盆地油气地质条件3种方法，对松辽外围盆地油气远景进行了优选排序，其中三江盆地为7个一级远景盆地之一，具有面积大、埋藏深、发育较好的烃源岩和资源量大等特点。2008年对松辽外围盆地的油气资源进行了重新认识，新计算三江盆地的石油资源量为2.81×10⁸t，表明三江盆地具有较大的油气勘探潜力。

对三江盆地的油气勘探工作始于1959年111地质队在该区开展的地质调查，多年来在该区进行了不懈的油气勘探（表 1），目前虽未取得油气勘探突破，但已在盆地内及其周边发现多处油气显示，表明三江盆地曾经发生过油气的生成、运移，具备油气成藏的物质基础^{[1, 5-6]}。

表  1  三江盆地油气勘探程度

Table  1.  Statistics of oil and gas exploration degrees in Sanjiang Basin

构造带	地震			钻井		航磁/km	MT/点	重力/点	磁法/点	化探/个
	模拟/km	数字/km		井/口	总进尺/m
绥滨坳陷		4202		5	9102.15		233	7566
富锦隆起								4111	3149
前进坳陷	320.8	1529.3		7	15044.08	14359	89	27110	11418
总计	320.8	5731.3		12	24146.23	14359	322	38787	14567	4316个，面积13760km2

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1.   地质背景

三江盆地位于中国东北黑龙江省东部地区，处于依通-舒兰断裂带和敦密断裂带之间（图 2）。现今地质构造属于滨太平洋构造域，多阶段的区域构造演化决定了三江盆地基本构造格局的演化具有特殊性和复杂性。

图  2  三江盆地大地构造位置

Figure  2.  Geological location map of Sanjiang Basin

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三江盆地是一个中新生界叠合残留盆地，发育中侏罗统绥滨组、上侏罗统东荣组，下白垩统城子河组、穆棱组、东山组，上白垩统海浪组、七星河组、雁窝组，古近系宝泉岭组和新近系富锦组^{[2, 5]}。三江盆地自西向东构造格局为绥滨坳陷、富锦隆起、前进坳陷（图 2）。盆地内隆起与坳陷相间排列，具东西分带、南北分块特点。隆起与坳陷的两翼不对称，坳陷多为西北翼陡、东南翼缓，而隆起多为西北翼缓、东南翼陡。绥滨坳陷位于盆地西部，面积6440km²，主要由古元古界变质岩系（麻山群）及其内的侵入花岗岩构成，发育上侏罗统和下白垩统。西侧受控于军川断裂，东侧受限于富锦断裂，南为笔架山冲断裂，北为黑龙江断裂。富锦隆起基底为古生代华力西期褶皱岩系，与西部相比，发育泥盆纪和石炭纪—二叠纪浅变质岩系，并伴有华力西期花岗岩的侵入。前进坳陷位于富锦隆起以东，大和镇断裂以西，面积22000km²，总体形态为北北东向转为北东东向的近“S”型的带状坳陷，以新生代沉积为主，发育中生代地层。

总体而言，盆地基底由西向东地层由老变新，古生代以来的地层分布方向与佳木斯隆起、那丹哈达岭褶皱带的构造轴线基本一致，为北东向或北北东向。在沉积建造上，不同时代地层自西向东由陆相变为海相，说明盆地基底是自元古宙早期开始逐步形成，由于陆地不断向东扩张，海水后退，构成了不同时代的拼合基底。

2.   石油地质调查进展

2.1   中新生界泥页岩调查进展

三江盆地前进坳陷地层自下而上为下白垩统东山组，上白垩统海浪组、七星河组和雁窝组，古近系—新近系宝泉岭组、富锦组和第四系^[4]。“富地1井”位于三江盆地东部前进坳陷（图 2），完钻深度1518.16m，完钻层位为上白垩统七星河组（图 3），钻孔揭示，该区宝泉岭组、雁窝组与七星河组发育厚层暗色泥岩。雁窝组泥岩厚度115.34m，占该组地层总厚度的34%。七星河组发育炭质泥岩，厚度可达45m。

图  3  富地1井综合柱状图

Figure  3.  Integrated histogram of Fudi 1 well

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在“富地1井”钻进过程中，于新近系富锦组（N₁f）和古近系宝泉岭组（E₃b）中发现连续的气测异常显示，具体特征表现为：总烃含量超过1%，气体为干气，气体组分中C₁/(C₁~C₅)＞0.9，重烃含量与非烃含量比重都很小。统计可知，气测异常共计220m/15层，在658m处气测得全烃含量最高异常2.78%（图 3）。观察富锦组和宝泉岭组对应的岩心发现，气测异常段以灰黑色泥岩与炭质泥岩为主（图 3-A~C），有的岩心中可见炭屑颗粒（图 3-D）。经有机地球化学测试，气源岩所对应的岩性主要为暗色泥岩、炭质泥岩及煤层（表 2）。其中暗色泥岩TOC含量介于0.36%~2.64%之间，有机质类型好（以Ⅱ₁—Ⅱ₂型为主），R_o值介于0.32%~0.33%之间，反映烃源岩处于未成熟阶段（表 2）。

表  2  富地1井岩心地球化学指标

Table  2.  Geochemical indicators of Fudi 1 well core

样品编号	地层	岩性	TOC/%	S1+S2(mg·g-1)	Tmax/℃	Ro/%	有机质丰度	干酪根类型
FD1-449	富锦组	泥岩	0.47	0.43	428	0.32	差	Ⅱ1
FD1-457	富锦组	泥岩	2.64	3.03	437	0.34	好	Ⅱ1
FD1-547	富锦组	煤	49.21	146.80	371	0.33	好	Ⅱ2
FD1-915	宝泉岭组	炭质泥岩	31.59	144.88	419	0.33	好	Ⅱ1
FD1-1187	雁窝组	泥岩	1.11	0.84	434	0.35	好	Ⅱ1
FD1-1309	七星河组	泥岩	2.07	4.63	426	0.35	好	Ⅱ2
FD1-1317	七星河组	炭质泥岩	19.02	48.17	416	0.37	好	Ⅱ2
FD1-1326	七星河组	煤	49.73	173.65	418	0.35	好	Ⅱ2
FD1-1345	七星河组	煤	50.59	169.04	417	0.36	好	Ⅱ2
FD1-1368	七星河组	炭质泥岩	34.61	114.52	419	0.37	好	Ⅱ2
FD1-1387	七星河组	炭质泥岩	38.47	115.08	418	0.37	好	Ⅱ2
FD1-1429	七星河组	煤	43.81	207.84	411	0.39	好	Ⅱ2
FD1-1475	七星河组	泥岩	0.36	0.59	449	0.36	非	Ⅱ2

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根据气测显示的具体特征可知，其生物气特征明显，而生物气作为微生物作用下生成的天然气，不仅可以大量生成，还可以大规模地聚集成藏^[7]，生物气藏目前已是一种重要的非常规气藏^[8]。研究和勘探成果表明，生物气藏的形成主要受温度、还原-强还原环境、矿化度、水介质pH值、有机质的类型和丰度、快速沉积、迅速埋藏、良好盖层、有利圈闭等众多的化学和地质条件控制^[9]，这些因素的有利组合可促进丰富的生物气资源的形成。三江盆地具有形成生物气藏的有利条件，如气候寒冷有助于有机质的大量保存，如果地表温度高，各种细菌都很活跃，大量有机质可能在氧化带内就被氧化菌降解，不能形成甲烷；第四系湖相粘土层盖层分布面积广而连续，厚度较大，有利于生物气的保存；新近系富锦组和古近系宝泉岭组黑色、深灰色泥页岩层和煤层可以作为良好的生气层；第四系和古近系、新近系发育良好的储集层，有利于生物气聚集成藏。

2.2   古生界泥页岩调查进展

随着古生界大中型油气田的连续发现，古生界油气资源已成为中国油气勘探的重要接替领域之一^[10]。东北地区上古生界一直被认为是海西期褶皱带或碰撞造山带，因此，它被作为中、新生代盆地的变质基底而成为油气勘查的禁区。但近期研究结果表明，东北地区上古生界是复合地块基底之上的第一个具有区域性分布的准盖层沉积，为东北地区油气资源勘探的新层系^[11]。通过在三江盆地开展油气勘探及古生界评价研究发现，三江盆地存在古生界、中生界、新生界等多套烃源层系。古生界烃源层主要发育在泥盆系、石炭系—二叠系，中生界烃源层系发育于侏罗系中上统、白垩系下统、白垩系上统，新生界烃源层系主要发育于古近系。

三江盆地上古生界在黑龙江富锦东部砚山镇、盆地南缘宝清等地均有不同程度出露，或为少数浅井所揭露。其中，黑台组（D_1-2h）为一套滨-浅海相陆源碎屑岩-碳酸盐岩建造，烃源岩为海相灰岩、生物灰岩和泥岩。珍子山组（C₂P₁z）主要分布于富锦、密山、宝清地区，岩性为一套正常的陆相碎屑沉积岩夹煤层和少量凝灰质板岩组合，以砂岩、粉砂岩、炭质泥岩和泥岩夹煤层为特征（图 4）。宝清地区珍子山组暗色泥岩累积厚度为56.34m，煤层累积厚度为21.5m，暗色泥岩TOC为2.88%~3.87%，R_o为2.19%~4.15%，有机质类型以Ⅲ型为主，少量Ⅱ₂型。密山地区珍子山组暗色泥岩TOC为0.57%~1.83%，R_o为1.12%~1.28%。

图  4  珍子山组灰黑色泥页岩夹粉砂岩

A—黑龙江宝龙煤矿珍子山组黑色泥岩夹煤层与粉砂岩；B—宝清县308省道东侧珍子山组灰黑色泥岩夹薄层粉砂岩

Figure  4.  Black shale intercalated with sandstone of Zhenzishan Formation

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为了初步确定三江盆地古生界地层埋深和起伏特征，进一步探索古生界泥岩展布，在三江盆地部署重磁电勘探工程415km（图 2）。通过系统的岩石物性研究，分析各类地质体（地层和不同种类岩体）的物性差异在重磁电异常上的响应，建立重磁电异常与地质体之间的内在联系；使用全平面向上延拓、趋势分析、小波变换等方法进行重磁深源场和浅源场分离，提取反映深部地质体分布、构造格局与展布的异常信息，推测地层与岩体分布；同时利用电法残差法提取泥岩的电性异常；以电性分层为依据，建立地质-地球物理模型，进行正反演拟合计算和综合地质解释，最终确定古生界、岩体及泥岩在剖面沿线的分布与埋深。

以此次4条重磁电剖面为骨架，同时利用以往电法剖面解释成果，结合重磁异常初步判定，本区古生界泥岩主要发育在石炭系—二叠系珍子山组中上部。图 5为本区残差法断面立体透视图，该图中下部低值电性异常可大致反映本区石炭系—二叠系的泥岩分布情况。从平面上看，泥岩主要分布在工区西北侧、东北部及东部地区（图 6）。向西北、东北及向东，古生界泥岩分布范围有进一步扩大趋势。研究区中南部由于多期岩浆侵入作用，古生界泥岩分布较局限。区内古生界泥岩分布面积约4900km²。古生界泥岩厚度一般为200~800m，前进农场北部的古生界泥岩最大厚度约为1100m，本区西南部（砚山镇北部）的古生界泥岩最大厚度约为1000m。所以，根据重磁电勘探成果，珍子山组在三江盆地中、东部分布较广，且暗色泥岩较发育，是本区深部油气勘探的新层系。

图  5  电法残差断面立体视图

Figure  5.  Three-dimensional view of electricity residual section

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图  6  三江盆地东部地区古生界泥岩分布与厚度图

Figure  6.  Distribution and thickness of Paleozoic mudstone in the eastern area of Sanjiang basin

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2.3   硅质岩研究进展

硅质岩油气藏在世界上的分布非常广泛，但其生烃潜力还需要深入研究。首先，富含硅质介壳的微体古生物（放射虫、硅藻、海绵等）化石的地层往往是含油气盆地内优异的烃源岩层；其次，由于硅质岩致密、坚硬、易碎，因此裂缝发育，其又可作为良好的油气储集层。所以，一些硅质岩分布与油气田存在时空上明显的成生关系^[12]。目前国外已发现了源自硅质泥岩的油气田，如俄罗斯的滨里海盆地、伏尔加-乌拉尔盆地和提曼-伯朝拉盆地，都是目前正在开采的世界顶级大油田，但国内对这类油气田尚无报道，需要对其生烃潜力深入探索、研究。

三江盆地抚远及其东部完达山饶河地区广泛发育晚三叠世—早侏罗世硅质岩（图 7）。为了进一步评价三江地区硅质岩的生烃潜力，笔者对三江盆地抚远、饶河、红旗岭3个地区的硅质岩进行了样品采集及相关测试工作。全岩XRD的鉴定结果表明，三江盆地抚远地区大架山组（T₃-J₁d）发育大套硅质岩（石英含量大于50%），硅质岩脆性矿物含量主要分布在59%~95%之间，平均值为75%，满足作为页岩气储层的条件。饶河与红旗岭地区大架山组（T₃-J₁d）发育硅质岩（石英含量大于50%），脆性矿物含量介于75.6%~82.5%之间，平均值为79.4%。

图  7  完达山杂岩中硅质岩及泥岩互层

Figure  7.  Intercalation of siliceous rocks and mudstone in Wandashan complex

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有机地球化学指标测试结果显示，硅质岩有机碳含量在0.09%~1.89%之间，平均值为0.45%，其中抚远地区硅质岩有机碳含量较高，平均值达到0.64%，属于中等烃源岩；生烃潜量（S₁+S₂）在0.01~1.55mg/g之间，平均值为0.16mg/g；硅质岩有机质类型主要为Ⅲ型，少部分为Ⅱ₁型。有机质成熟度R_o为2.06%~6.26%，平均值为4.67%；T_max在451~556℃之间，平均值480℃，伊利石结晶度（CIS）平均值为0.39，硅质岩明显处于高成熟-过成熟阶段（表 3）。大庆油田勘探开发研究院也对完达山地区的放射虫硅质岩进行了有机碳含量测试，测试结果表明有机碳含量在0.5%~0.6%之间。

表  3  饶河、抚远和红旗岭地区硅质烃源岩有机地球化学特征

Table  3.  Organic geochemical characteristics of siliceous source rock in Raohe, Fuyuan, and Hongqiling areas

地区	地层	岩性	TOC/%	S1+S2(mg·g-1)	氯仿沥青“A”	Tmax/℃	Ro/%	有机质丰度
饶河	T3-J1d	硅质岩	0.09~0.81	0.01~0.07	0.0036~0.0127	450~556	4.74~6.3	差
			0.43(14)	0.04(14)	0.0083(4)	484(14)	5.7(3)
抚远	J3d	硅质岩	0.07~1.89	0.04~1.55	0.0051~0.0067	446~492	6.26	中等
			0.64(5)	0.38(5)	0.0059(2)	463(5)
红旗岭	T3-J1d	硅质岩	0.06~0.55	0.02~0.09	0.0070(1)	460~525	2.06	非
			0.28(5)	0.05(5)		493(5)

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整体而言，三江地区硅质岩的有机地球化学指标较低，长期风化可能会导致部分有机地球化学指标降低，就目前而言其仍无法作为该区的有效勘探层系。但鉴于国外已有硅质岩油气田的发现，三江地区海相硅质岩的生烃潜力仍值得进一步探索与研究。

3.   远景区预测

根据重磁电勘探成果，古生界珍子山组在三江盆地中、东部分布较广，尤其是在前进坳陷的北部与东部，暗色泥岩较发育，具较好的烃源岩条件；并且局部构造形态表现为断背斜，有利于油气储集；上覆中新生界泥岩可作为较好的盖层，故上古生界可作为本区深部油气勘探的新层系，三江盆地前进坳陷北部与东部是深部古生界油气勘探的远景区。目前，国际上在硅质岩地层中已经发现并开采的大油气田不乏其例，三江盆地抚远与完达山2个地区广泛发育晚三叠世—早侏罗世硅质岩，开展硅质岩的研究与探索，能够更好地评价生烃潜力。

4.   结论

（1）三江盆地前进坳陷新生界富锦组与宝泉岭组发育厚层暗色泥岩，其有机质含量高，类型好，气测异常丰富，共计220m/15层，生物气特征明显。生物气藏作为一种重要的非常规气藏，具有分布广泛、埋藏浅的特点，越来越受到重视。三江盆地具有形成生物气藏的有利条件，值得进一步勘探与探索。

（2）上古生界作为东北地区油气资源勘探的新层系，在三江盆地东部发育广泛。三江盆地前进坳陷晚古生界珍子山组暗色泥岩累积厚度大，有机质含量高，TOC为2.88%~3.87%，R_o为2.19%~4.15%，有机质类型以Ⅲ型为主。最新的高精度重磁电勘探成果表明，三江盆地前进坳陷古生界珍子山组泥岩分布面积较广，可达4900km²，厚度一般为200~800m。

（3）三江盆地抚远地区与东部完达山地区发育的大套晚三叠世—早侏罗世硅质岩作为特殊的烃源岩，需要对其进行系统、全面的研究与探索，评价其生烃潜力。有机地球化学指标测试显示，硅质岩有机碳含量在0.09%~1.89%之间，平均值为0.45%，生烃潜量（S₁+S₂）在0.01~1.55mg/g之间，平均值为0.16mg/g；硅质岩有机质类型主要为Ⅲ型，少部分为Ⅱ₁型。有机质成熟度R_o为2.06%~6.26%，平均值为4.67%。整体而言，虽然硅质岩的有机地球化学指标较低，但鉴于国外已在此类型地层中发现多处大型油气田，而国内开展的研究非常有限，应加大对其研究及勘探力度，进一步判定其生烃潜力。