第45卷第4期 中国地质 VoL 45. No 4 2018年8月 GEOLOGY IN CHINA 2018 doi:10.12029/gc20180401 侯贺晟,王成善,张交东,马峰,符伟,王璞珺,黄永建,邹长春,高有峰,高远,张来明,杨瑨,国瑞.2018.松辽盆地大陆深部科学钻探地球科学研 进展门中国地质,45(4):641-657 ou Hesheng, Wang Chengshan, Zhang Jiaodong, Ma Feng, Fu Wei, Wang Pujun, Huang Yongjian, Zou Changchun, Gao Youfeng, Gao Yuan, Zhang Laiming, Yang Jin, Guo Rui. 2018. Deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin: Resource discovery and progress in earth science research p). Geology in China, 45(4): 641-657(in Chinese with English abstract) 松辽盆地大陆深部科学钻探地球科学研究进展 侯贺晟王成善2张交东3马峰‘符伟°王璞珺°黄永建2邹长春2高有峰 高远2张来明2杨瑨!国瑞 (1.中国地质科学院,北京100037;2中国地质大学(北京),北京100083;3.中国地质调查局油气资源调查中心,北京100029 4.中囯地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄050061;5.吉林大学,吉林长春130061) 提要:松辽盆地大陆深部科学钻探工程“两井四孔”之一的松科二井东孔(简称松科二井),位于黑龙江省安达市境 内,于2018年5月26日正式完井。松科二井的科学目标涵盖古气候研究、资源能源探索、基础地质研究和发展深部 探测技术四个方面。自2014年正式开钻以来,松科二井科学钻探工程组织实施了钻井取芯、原位测井、岩芯元素化 学分析以及井周边深部结构探测等工作,目前已取得初步科研进展:获取长4134.81m原位岩芯资料,完成了对白堊 纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画,初步建立起陆相地层标准剖面;发现了松辽盆地深部非常规 天然气资源与盆地型干热岩良好的勘探开发前景;首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史,并发 现白垩纪气候波动重大事件;揭示了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据,为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提 供了理论依据。松辽盆地大陆深部科学钻探工程的实施,对探索地球奥秘、解决深部能源环境等重大冋题,具有重 要意义,是“向地球深部进军”道路上迈出的坚实一步。 关键词:松辽盆地;松科二井;深部能源资源;白垩纪古气候;大陆科学钻探工程 中图分类号:P62P634 文献标志码:A文章编号:1000-3657(2018)04-0641-17 Deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin: Progress in earth science research HOU Hesheng, WANG Chengshan, ZHANG Jiaodong, MA Feng, FU Wei, WANG Pujun HUANG Yongjian, ZOU Changchun, GAO Youfeng, GAO Yuan, ZHANG Laiming YANG Jin GUo rui (1. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing, 100037, China; 2. China Universiry of Geosciences, Beijing 100083, China 3. Center for Oil and Gas Suney, China Geological Survey, Beijing 100029, China; 4. Institute of Hydrogeology and Environmental Geology Chinese Academy of Geological Science, Shijiazhuang, 050061, Hebei, China, 5. Jilin University Changchun 130061,Jilin China 收稿日期:2018-07-13;改回日期:2018-07-24 基金项目:中国地质调查局项目(DD20160207,DD20189702)、国家自然科学基金面上项目(41474081)及深部探测技术实验与集成项目 联合资助。 作者简介:侯贺晟,男,1980年生,副研究员,主要从事深部探测与深部能源远景分析研究;E-mai: hesheng hou@126.cm。 http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
第 45 卷第4期 中 国 地 质 Vol.45, No.4 2018年8月 GEOLOGY IN CHINA Aug. , 2018 http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) doi: 10.12029/gc20180401 侯贺晟, 王成善, 张交东, 马峰, 符伟, 王璞珺, 黄永建, 邹长春, 高有峰, 高远, 张来明, 杨瑨, 国瑞. 2018. 松辽盆地大陆深部科学钻探地球科学研 究进展[J]. 中国地质, 45(4): 641-657. Hou Hesheng, Wang Chengshan, Zhang Jiaodong, Ma Feng, Fu Wei, Wang Pujun, Huang Yongjian, Zou Changchun, Gao Youfeng, Gao Yuan, Zhang Laiming, Yang Jin, Guo Rui. 2018. Deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin: Resource discovery and progress in earth science research[J]. Geology in China, 45(4): 641-657(in Chinese with English abstract). 松辽盆地大陆深部科学钻探地球科学研究进展 侯贺晟1 王成善2 张交东3 马峰4 符伟5 王璞珺5 黄永建2 邹长春2 高有峰5 高远2 张来明2 杨瑨1 国瑞1 （1.中国地质科学院，北京 100037；2.中国地质大学（北京），北京 100083；3.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100029； 4. 中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050061；5. 吉林大学，吉林 长春 130061） 提要：松辽盆地大陆深部科学钻探工程“两井四孔”之一的松科二井东孔(简称松科二井)，位于黑龙江省安达市境 内，于2018年5月26日正式完井。松科二井的科学目标涵盖古气候研究、资源能源探索、基础地质研究和发展深部 探测技术四个方面。自2014年正式开钻以来，松科二井科学钻探工程组织实施了钻井取芯、原位测井、岩芯元素化 学分析以及井周边深部结构探测等工作，目前已取得初步科研进展：获取长4134.81 m原位岩芯资料，完成了对白垩 纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画，初步建立起陆相地层标准剖面；发现了松辽盆地深部非常规 天然气资源与盆地型干热岩良好的勘探开发前景；首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史，并发 现白垩纪气候波动重大事件；揭示了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据，为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提 供了理论依据。松辽盆地大陆深部科学钻探工程的实施，对探索地球奥秘、解决深部能源环境等重大问题，具有重 要意义，是“向地球深部进军”道路上迈出的坚实一步。 关 键 词：松辽盆地；松科二井；深部能源资源；白垩纪古气候；大陆科学钻探工程 中图分类号：P62;P634 文献标志码：A 文章编号：1000-3657（2018）04-0641-17 收稿日期：2018－07－13；改回日期：2018-07-24 基金项目：中国地质调查局项目（DD20160207，DD20189702)、国家自然科学基金面上项目（41474081)及深部探测技术实验与集成项目 联合资助。 作者简介：侯贺晟，男，1980年生，副研究员，主要从事深部探测与深部能源远景分析研究；E-mail：hesheng.hou@126.com。 Deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin: Progress in earth science research HOU Hesheng1 , WANG Chengshan2 , ZHANG Jiaodong3 , MA Feng4 , FU Wei5 , WANG Pujun5 , HUANG Yongjian2 , ZOU Changchun2 , GAO Youfeng5 , GAO Yuan2 , ZHANG Laiming2 , YANG Jin1 , GUO Rui1 (1. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing, 100037, China; 2. China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 3. Center for Oil and Gas Survey, China Geological Survey, Beijing 100029, China; 4. Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Science, Shijiazhuang, 050061，Hebei, China;5. Jilin University, Changchun 130061,Jilin, China)
642 国地质 018年 Abstract: The eastern borehole of Well SK-2, among the "two wells and four boreholes of the deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin, is situated in Anda of Heilongjiang Province and was finished officially on May 26, 2018. Well SK- 2 mainly focused on four scientific objections, i. e, paleoclimate research, resource and energy exploration, basic geological research and development of deep exploration technology. During the process if drilling which began in 2014, drilling, coring, logging, analysis of chemical element and structural exploration of surrounding areas were carried out during the sK-2 drilling engineering, and some preliminary progresses were made in scientific research: 4134. 8 m-long in-situ core data were acquired, and the most complete and continuous continental strata of the cretaceous were described with high resolution of centimeter-level, thus building the standard continental stratigraphic profile. Besides, evolution history of the continental facies in the Cretaceous period from scale of one million to one hundred thousand years was reconstructed for the first time, and an important climatic event of the Cretaceous was found. Apart from these achievements, evidence of Paleo- Pacific plate subduction and convergence in the deep was found, which contributes to genetic re-recognition and deep hydrocarbon exploration in Songliao basin. The implementation of deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin is of great significance in exploring the earth's mystery, seeking for deep energy and solving environmental problems. It is considered to be a solid step in the way of heading deep of the earth. Key words: Songliao Basin, Well SK-2; deep energy resources, paleoclimate in the Cretaceous; continental scientific drilling About the first author: HOU Hesheng, male, born in 1980, associate researcher, mainly engages in the study of deep exploration anddeepenergyperspectiveanalysise-Mail:heshenghou(@126.com. Fund support: Supported by China Geological Survey Program(No DD20160207, DD20189702), the National Natural Science Foundation of China( No. 41474081)and the SinoProbe-02 program 1引言 Program,ICDP)成立于1996年,到目前为止已经有 24个成员,其中23个为国家成员,另一个为联合国 近年来,随着地球系统科学的发展,人们越来教科文组织,其目标是深入研究地球资源、环境和 越意识到地球内部动力学过程与地表地质演化进灾害问题,自成立以来已在全球13个国家打了一百 程紧密联系的重要性。地球的演化、能源资源的形余口深浅不一的大陆科学钻探井(王璞珺等, 成与环境气候的变迁根源都在深部(董树文等,2017)。实践证明,通过大陆科学钻探对岩石圈进 2014)。国际上,发达国家对地球深部的探索计划行直接取样与观测,可以了解大洋及大陆的板块运 开始相对较早,并取得了一系列重大成果认识动,地壳应力与地震活动、火山作用、深部资源、生 ( Oliver et al,1978,1983;, DEKORP Research命起源以及全球环境与气候变化,解决一系列重大 Group,1990,ε cutler et al,1996; Knapp et al,1996;基础科学问题(许志琴等,2004;苏德辰和杨经绥, Berzin et al,1996; Clowes,2010, Cook et al,2012;2010)。截至目前,中国先后成功组织实施了5个大 Percival et al,2012),中国紧随其后也实施了一系陆科学钻探工程(许志琴等,2016),松辽盆地大陆 列重大深部探测工作(赵文津等,2002;杨文采等,深部科学钻探是我国获得ICDP资助的第3个项目 203;魏文博等,2010;董树文等,2014;高锐等,其地址位于我国中东部大型白垩纪陆相沉积盆地 2011,2016;吕庆田等,2015),对深部进行探索的能 松辽盆地内部(图1),由松科一井和松科二井 力已然成为国家综合实力的象征,向地球深部进军两部分组成( Wang et al,2013a,图2),其中松科 是我们必须要解决的战略科技问题。大陆科学钻井已于2007年完井,并取得若干重要的研究成果 探工程作为人类入地计划的望远镜,是当代地球科(王成善等,2008;Qiu,2010) 学领域内具有划时代意义、带动当前地球科学和相 在财政部、国家发展与改革委员会、科学技术部 关学科发展的大科学工程(许志琴,2004)。 教育部的大力支持下,自然资源部中国地质调查局组 由中国、美国和德国牵头的国际大陆科学钻探织科学研究人员和钻探技术人员,在黑龙江省安达 计划( International Continental Scientific Drilling市,成功完成了7018m松科二井东孔(图1,下称松科 http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) Abstract: The eastern borehole of Well SK-2, among the“two wells and four boreholes”of the deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin, is situated in Anda of Heilongjiang Province and was finished officially on May 26th , 2018. Well SK- 2 mainly focused on four scientific objections, i.e., paleoclimate research, resource and energy exploration, basic geological research and development of deep exploration technology. During the process if drilling which began in 2014, drilling, coring, logging, analysis of chemical element and structural exploration of surrounding areas were carried out during the SK-2 drilling engineering, and some preliminary progresses were made in scientific research: 4134.8 m-long in-situ core data were acquired, and the most complete and continuous continental strata of the cretaceous were described with high resolution of centimeter-level, thus building the standard continental stratigraphic profile. Besides, evolution history of the continental facies in the Cretaceous period from scale of one million to one hundred thousand years was reconstructed for the first time, and an important climatic event of the Cretaceous was found. Apart from these achievements, evidence of Paleo-Pacific plate subduction and convergence in the deep was found, which contributes to genetic re- recognition and deep hydrocarbon exploration in Songliao basin. The implementation of deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin is of great significance in exploring the earth's mystery, seeking for deep energy and solving environmental problems. It is considered to be a solid step in the way of heading deep of the earth. Key words：Songliao Basin; Well SK- 2; deep energy resources; paleoclimate in the Cretaceous; continental scientific drilling engineering About the first author: HOU Hesheng, male, born in 1980, associate researcher, mainly engages in the study of deep exploration and deep energy perspective analysis; E-mail: hesheng.hou@126.com. Fund support：Supported by China Geological Survey Program (No. DD20160207，DD20189702)，the National Natural Science Foundation of China ( No. 41474081) and the SinoProbe-02 program. 1 引 言 近年来，随着地球系统科学的发展，人们越来 越意识到地球内部动力学过程与地表地质演化进 程紧密联系的重要性。地球的演化、能源资源的形 成与环境气候的变迁根源都在深部（董树文等， 2014）。国际上，发达国家对地球深部的探索计划 开始相对较早，并取得了一系列重大成果认识 （Oliver et al., 1978, 1983; DEKORP Research Group, 1990; Echtler et al., 1996; Knapp et al., 1996; Berzin et al., 1996; Clowes, 2010; Cook et al., 2012; Percival et al., 2012），中国紧随其后也实施了一系 列重大深部探测工作（赵文津等，2002；杨文采等， 2003；魏文博等，2010；董树文等，2014；高锐等， 2011，2016；吕庆田等，2015），对深部进行探索的能 力已然成为国家综合实力的象征，向地球深部进军 是我们必须要解决的战略科技问题。大陆科学钻 探工程作为人类入地计划的望远镜，是当代地球科 学领域内具有划时代意义、带动当前地球科学和相 关学科发展的大科学工程（许志琴，2004）。 由中国、美国和德国牵头的国际大陆科学钻探 计 划（International Continental Scientific Drilling Program, ICDP）成立于1996年，到目前为止已经有 24个成员，其中23个为国家成员，另一个为联合国 教科文组织，其目标是深入研究地球资源、环境和 灾害问题，自成立以来已在全球13个国家打了一百 余口深浅不一的大陆科学钻探井（王璞珺等， 2017）。实践证明，通过大陆科学钻探对岩石圈进 行直接取样与观测，可以了解大洋及大陆的板块运 动，地壳应力与地震活动、火山作用、深部资源、生 命起源以及全球环境与气候变化，解决一系列重大 基础科学问题（许志琴等，2004; 苏德辰和杨经绥， 2010）。截至目前，中国先后成功组织实施了5个大 陆科学钻探工程（许志琴等，2016），松辽盆地大陆 深部科学钻探是我国获得ICDP资助的第3个项目， 其地址位于我国中东部大型白垩纪陆相沉积盆地 ——松辽盆地内部（图 1），由松科一井和松科二井 两部分组成（Wang et al., 2013a, 图 2），其中松科一 井已于 2007 年完井，并取得若干重要的研究成果 （王成善等，2008；Qiu, 2010）。 在财政部、国家发展与改革委员会、科学技术部、 教育部的大力支持下，自然资源部中国地质调查局组 织科学研究人员和钻探技术人员，在黑龙江省安达 市，成功完成了7018 m松科二井东孔（图1，下称松科 642 中 国 地 质 2018年
第45卷第4期 侯贺晟等:松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 643 124 E128° 地震测线 水 松辽盆地 龙 凹松科二將 大回 兴城 阳深】井 古龙1 徐家围子断图朝 ★松科二井 松科一并(南孔)地 级构造单元 地震测线 E124°30 图1松辽盆地大陆深部科学钻探工程钻孔分布图(据王璞珺等,2017修改) Fig. I Borehole distribution of deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin(modified after Wang et al., 2017) 西部超覆区 艹地艹产高嚞之艹套艹—一三肇凹陷一明阳沟阶 喜也→降路 松科2井西孔松科2井东孔 1000 2000 5000 000 中央坳陷区+ 东部斜坡带 图2松辽盆地纵剖面图(图1A-A’)及“松辽盆地大陆深部科学钻探”井位( Wang et al,2013a) Fig 2 Structural cross section across the central part of the Songliao Basin based on regional seismic analyses and borehole distribution of deep continental scientificdrilling engineering(after Wang et al., 2013a) 二井,SK-2)的钻取岩芯及测录井任务,成为亚洲国413481m,取芯收获率9661%。同时配合井内原 家组织实施的最深大陆科学探测井,也是国际大陆科位测井(邹长春等,2016)、岩芯元素地球化学分析 学钻探计划成立22年来实施的最深钻井 以及深部地球物理探测技术(深地震反射剖面、区 松科二井于2014年4月开钻,并于2018年5月域重磁、大地电磁测深等),以“点-线-面”结合的方 26日正式完井。科学钻探工程以钻井取芯为主体,式展开地球系统科学研究 完成钻井取芯进尺427973m,获得岩芯总长 松辽盆地大陆深部科学钻探工程研究体系庞 http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) 二井，SK-2）的钻取岩芯及测录井任务，成为亚洲国 家组织实施的最深大陆科学探测井，也是国际大陆科 学钻探计划成立22年来实施的最深钻井。 松科二井于2014年4月开钻，并于2018年5月 26日正式完井。科学钻探工程以钻井取芯为主体， 完 成 钻 井 取 芯 进 尺 4279.73 m，获 得 岩 芯 总 长 4134.81 m，取芯收获率 96.61%。同时配合井内原 位测井（邹长春等，2016）、岩芯元素地球化学分析 以及深部地球物理探测技术（深地震反射剖面、区 域重磁、大地电磁测深等），以“点-线-面”结合的方 式展开地球系统科学研究。 松辽盆地大陆深部科学钻探工程研究体系庞 图2 松辽盆地纵剖面图（图1A-A’）及“松辽盆地大陆深部科学钻探”井位（Wang et al., 2013a） Fig.2 Structural cross section across the central part of the Songliao Basin based on regional seismic analyses and borehole distribution of deep continental scientificdrilling engineering (after Wang et al., 2013a) 图1 松辽盆地大陆深部科学钻探工程钻孔分布图（据王璞珺等，2017修改） Fig.1 Borehole distribution of deep continental scientific drilling engineering in Songliao Basin (modified after Wang et al., 2017) 第45卷 第4期 侯贺晟等：松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 643
644 中国地质 018年 大,参与科研院所与研究人员众多,获取的海量数合后效影响,早期沉积地层普遍遭受抬升剥蚀,伴 据仍在测试分析阶段,许多研究结果尚需进一步梳有大规模火山活动。侏罗纪晚期,来自北东、南西 理。本文结合前期“深部探测技术与实验研究”不同板块向东亚大陆多向俯冲汇聚,早白垩世初期 ( Sino Probe)专项深部探测结果及松科一井的研究又发生剧烈的大陆岩石圈伸展和火山岩浆活动(董 成果,对松科二井所取得的阶段性科学研究进展与树文等,2007),松辽盆地恰萌发于该时期和区域大 新发现进行简要概述,以期提高公众对松辽盆地深地构造背景下(程银行等,2016)。 部科学钻探工程科学目标及研究意义的理解,为后 盆地演化早期(同裂谷期,150-110Ma,Wang 续开展类似工程学科间相互配合提供参考。 etal,2016),区域张应力使得深部地幔上隆引发地 2松科二井的科学目标与区域构造先张裂,盆地基底断块相应地产生了北西一南东向 的拆离和差异沉降(胡望水等,2005),形成一系列分 背景 割的断陷(裂谷)盆地群。盆地演化的中、晚期则主 松科二井钻探工程的科学目标,一是获取连续要受太平洋构造域影响( Wang et al,2016),进入后裂 高分辨率陆相地质记录,用以研究白垩纪时期的温谷期(110~791Ma)的演化阶段,发育了巨厚的坳陷 室气候变化、大规模烃源岩成因,建立陆相白垩纪沉积层序,呈逐层上超状披盖在断陷群沉积序列或 地层标准。二是寻找深部能源资源的重大线索,包基底之上,其沉降机制是火山期后热挠曲沉降、早 括深部清洁能源以及其他可替代能源资源;三是推期岩浆房的垮塌与区域走滑拉分沉降的叠加;之后 动基础地质研究与认识的进步,阐明松辽盆地的形的构造反转期(791~64Ma),太平洋板块向欧亚大 成与深部构造演化的关系,探讨大庆油田成因并丰陆边缘几近正向的俯冲产生区域挤压应力,盆地沉 富陆相生油理论;四是获取松辽盆地深达π018m的积沉降中心向西北方向迁移并快速萎缩消亡,这 原位、连续地球物理参数,并与元素化学分析及地时期地层表现出强烈的同生变形作用。因此,松辽 面深地探测技术手段相结合,为松辽盆地及其相关盆地经历了连续长达86Ma盆地演化和沉积过程 类似盆地的深部勘探提供科学“标尺”。 它是全球范围内发育历史最长、沉积厚度和沉积速 那么,为什么要将具有如此重要科学探索意义率最大,并以湖相细粒碎屑沉积为主的大白垩纪盆 的钻探工程选在松辽盆地内进行呢?这实际上是地,记录了丰富的白垩纪古气候演化信息(王璞珺 由松辽盆地及其基底独特的地质演化过程所决定等,2017)。 的。松辽盆地坐落于中亚造山带的东段( Sengor and Natal'in190处于古亚洲洋、蒙古一鄂霍茨3深部能源资源新线索 克洋和太平洋三大构造域叠合区域。松辽盆地白3.1深部非常规天然气资源潜力探索 垩纪基底为松嫩地块。450~-350Ma时期,松嫩地块 松辽盆地以往钻井主要针对中浅层常规油气 进入相对稳定的构造演化时期,发育了相对完整的和断陷边部深层致密砂砾岩气(孟元林等,2012;Li 上古生界(余和中,2001;王成文等,2009),许多学者 and Yang,201s; Feng et al,2015),凹陷深部洼槽带 认为这一时期的沉积地层同样具有油气远景(张兴油气工作调查程度较低,尤其缺少深部烃源岩优势 洲等,2008;任收麦等,2011;张君峰等,2017)。随发育区沙河子组和火石岭组全取芯钻井,制约了勘 着古生代古亚洲洋的闭合,松嫩地块与周边的微陆探发现和资源调查战略导向。松科二井的钻探,揭 块先后拼合在一起,并于二叠纪一早三叠世沿索 示了深部非常规天然气资源潜力,为实现深部能源 西拉木伦一长春缝合带与华北板块相接(章凤奇勘查向非常规天然气勘查拓展提供了重要依据。 等,2008;韩国卿等,2008; Hou et al,2015;张兴洲 松科二井位于徐家围子断陷洼槽带,完整揭示 等,2015;梁宏达等,2016; Liu et al,2017; Zhou et a,了深部烃源岩表征,钻遇沙河子组和火石岭组暗色 2017)。三叠纪及侏罗纪早期,古亚洲洋闭合残留泥岩累计厚度1359.37m,最大单层厚度达23.21m 的北方蒙古一鄂霍茨克洋呈由西向东剪刀式闭合(表1)。已测试的样品显示,暗色泥岩有机碳值大 ( Yang et al.2015; Wang et al,2015)。受古亚洲洋闭多超过1.0%,岩石热解最高温度Tmax平均505℃ http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) 大，参与科研院所与研究人员众多，获取的海量数 据仍在测试分析阶段，许多研究结果尚需进一步梳 理。本文结合前期“深部探测技术与实验研究” (SinoProbe) 专项深部探测结果及松科一井的研究 成果，对松科二井所取得的阶段性科学研究进展与 新发现进行简要概述，以期提高公众对松辽盆地深 部科学钻探工程科学目标及研究意义的理解，为后 续开展类似工程学科间相互配合提供参考。 2 松科二井的科学目标与区域构造 背景 松科二井钻探工程的科学目标，一是获取连续 高分辨率陆相地质记录，用以研究白垩纪时期的温 室气候变化、大规模烃源岩成因，建立陆相白垩纪 地层标准。二是寻找深部能源资源的重大线索，包 括深部清洁能源以及其他可替代能源资源；三是推 动基础地质研究与认识的进步，阐明松辽盆地的形 成与深部构造演化的关系，探讨大庆油田成因并丰 富陆相生油理论；四是获取松辽盆地深达7018 m的 原位、连续地球物理参数，并与元素化学分析及地 面深地探测技术手段相结合，为松辽盆地及其相关 类似盆地的深部勘探提供科学“标尺”。 那么，为什么要将具有如此重要科学探索意义 的钻探工程选在松辽盆地内进行呢？这实际上是 由松辽盆地及其基底独特的地质演化过程所决定 的。松辽盆地坐落于中亚造山带的东段(Sengör and Natal’in，1996)，处于古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨 克洋和太平洋三大构造域叠合区域。松辽盆地白 垩纪基底为松嫩地块。450~350 Ma时期，松嫩地块 进入相对稳定的构造演化时期，发育了相对完整的 上古生界 (余和中，2001；王成文等，2009)，许多学者 认为这一时期的沉积地层同样具有油气远景（张兴 洲等，2008；任收麦等，2011；张君峰等，2017）。随 着古生代古亚洲洋的闭合，松嫩地块与周边的微陆 块先后拼合在一起，并于二叠纪—早三叠世沿索— 西拉木伦—长春缝合带与华北板块相接（章凤奇 等，2008；韩国卿等，2008；Hou et al, 2015；张兴洲 等，2015；梁宏达等，2016；Liu et al，2017；Zhou et al, 2017）。三叠纪及侏罗纪早期，古亚洲洋闭合残留 的北方蒙古—鄂霍茨克洋呈由西向东剪刀式闭合 （Yang et al. 2015; Wang et al, 2015）。受古亚洲洋闭 合后效影响，早期沉积地层普遍遭受抬升剥蚀，伴 有大规模火山活动。侏罗纪晚期，来自北东、南西 不同板块向东亚大陆多向俯冲汇聚，早白垩世初期 又发生剧烈的大陆岩石圈伸展和火山岩浆活动（董 树文等，2007），松辽盆地恰萌发于该时期和区域大 地构造背景下(程银行等，2016)。 盆地演化早期（同裂谷期，150~110 Ma, Wang et al，2016），区域张应力使得深部地幔上隆引发地 壳张裂，盆地基底断块相应地产生了北西-南东向 的拆离和差异沉降(胡望水等，2005)，形成一系列分 割的断陷（裂谷）盆地群。盆地演化的中、晚期则主 要受太平洋构造域影响(Wang et al，2016)，进入后裂 谷期(110~79.1 Ma)的演化阶段，发育了巨厚的坳陷 沉积层序，呈逐层上超状披盖在断陷群沉积序列或 基底之上，其沉降机制是火山期后热挠曲沉降、早 期岩浆房的垮塌与区域走滑拉分沉降的叠加；之后 的构造反转期(79.1~64 Ma)，太平洋板块向欧亚大 陆边缘几近正向的俯冲产生区域挤压应力，盆地沉 积沉降中心向西北方向迁移并快速萎缩消亡，这一 时期地层表现出强烈的同生变形作用。因此，松辽 盆地经历了连续长达86 Ma盆地演化和沉积过程， 它是全球范围内发育历史最长、沉积厚度和沉积速 率最大，并以湖相细粒碎屑沉积为主的大白垩纪盆 地，记录了丰富的白垩纪古气候演化信息（王璞珺 等，2017）。 3 深部能源资源新线索 3.1 深部非常规天然气资源潜力探索 松辽盆地以往钻井主要针对中浅层常规油气 和断陷边部深层致密砂砾岩气（孟元林等，2012；Li and Yang, 2015; Feng et al., 2015），凹陷深部洼槽带 油气工作调查程度较低，尤其缺少深部烃源岩优势 发育区沙河子组和火石岭组全取芯钻井，制约了勘 探发现和资源调查战略导向。松科二井的钻探，揭 示了深部非常规天然气资源潜力，为实现深部能源 勘查向非常规天然气勘查拓展提供了重要依据。 松科二井位于徐家围子断陷洼槽带，完整揭示 了深部烃源岩表征，钻遇沙河子组和火石岭组暗色 泥岩累计厚度1359.37 m，最大单层厚度达23.21 m （表1）。已测试的样品显示，暗色泥岩有机碳值大 多超过 1.0%，岩石热解最高温度 Tmax 平均 505℃ 644 中 国 地 质 2018年
第45卷第4期 侯贺晟等:松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 645 (表2)。根据相关非常规天然气技术规范(GB/m以深)地层中钻遇气测异常118层、累计厚度268 30501-2014、GB/T-31483-2015),结合以往资料m、气测异常比值平均为833、甲烷占总烃百分比 (赵泽辉等,2016;刘超,2017),认为断陷深部洼槽968%,岩性主要以泥岩和砂砾岩为主(图3)。气测 带富含有机质的地层累计厚度大,有机质丰度高,异常比值不小于5的层数为59个(图4),其中泥页 处于高成熟一过成熟的热演化阶段,为深部非常规岩的气测异常43层,累计厚度102m,异常幅度与背 天然气调查提供了资源基础。 景值的平均比值为1477(图5),表明松辽盆地深部 松科二井揭示深部泥页岩层系含气性显示较烃源岩层系具有自生自储的成藏条件,为松辽盆地 好。气测录井显示,在沙河子组和火石岭组(350从常规油气和凹陷边部致密砂砾岩气勘探向深部 表1松科二井嫩江组至火石岭组岩心岩性和厚度统计 Table 1 The statistical table of the lithologic thickness in the 450-5525m interval of sK-2 well 类别嫩江组姚家组登委库组营城组 子组火石岭组 泥岩 00.97264 5813979 油页岩 泥质粉砂岩216 0.0721823 煤层 火山凝灰岩0.14 9.14 白云岩 3.51 12.55594.83 226.95 若心长度125.852.64 5062234942270.3509.74 泥地比 表2松科二井沙河子组烃源岩分析数据 Table 2 Data of hydrocarbon source rock analysis of shahezi Formation in SK-2 well 实验室编号样本編号地层岩性深度mTOC/%Tma/℃ E20174301DKY-DW-23营城组泥岩3271.51.364488.5 E20174302 DKY-DW-41沙河子组泥岩360851.7914947 E20174303 DKY-DW-44沙河子组泥岩365901670519.3 沙河子组泥岩369861.318525.7 E2174305 DKY-DW-48沙河子组泥岩374211.2165277 E20174306DYDW53沙河子组泥岩3839.31.513535 沙河子组泥岩 DKY-DW67沙河子组泥岩 沙河子组泥岩 E20174312 DKY-DW84沙河子组泥岩444641.2164540 泥岩平均价值 126504. http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) （表 2）。根据相关非常规天然气技术规范（GB/T 30501-2014、GB ∕T-31483-2015），结合以往资料 （赵泽辉等，2016；刘超，2017），认为断陷深部洼槽 带富含有机质的地层累计厚度大，有机质丰度高， 处于高成熟—过成熟的热演化阶段，为深部非常规 天然气调查提供了资源基础。 松科二井揭示深部泥页岩层系含气性显示较 好。气测录井显示，在沙河子组和火石岭组（3350 m以深）地层中钻遇气测异常118层、累计厚度268 m、气测异常比值平均为 8.33、甲烷占总烃百分比 96.8%，岩性主要以泥岩和砂砾岩为主（图3）。气测 异常比值不小于5的层数为59个（图4），其中泥页 岩的气测异常43层，累计厚度102 m，异常幅度与背 景值的平均比值为14.77（图5），表明松辽盆地深部 烃源岩层系具有自生自储的成藏条件，为松辽盆地 从常规油气和凹陷边部致密砂砾岩气勘探向深部 表1 松科二井嫩江组至火石岭组岩心岩性和厚度统计 Table 1 The statistical table of the lithologic thickness in the 450~5525m interval of SK-2 well 表2 松科二井沙河子组烃源岩分析数据 Table 2 Data of hydrocarbon source rock analysis of Shahezi Formation in SK-2 well 第45卷 第4期 侯贺晟等：松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 645
中国地质 018年 洼槽带非常规天然气探索拓展提供了重要依据。 热岩开发的有利靶区。盆地具有良好的深部热传 32具备盆地型干热岩赋存条件 导和浅部热聚集构造机制,地热资源赋存条件较 松辽盆地是我国油田地热以及沉积盆地型干好。松科二井的多次温度测井结果显示,盆地具有 00■层数 ■厚度m C平均值/% 气体异常的比例 器100 98.67 8.30 安山岩 火山凝灰岩 图3松科二井沙河子组和火石岭组气测异常岩性和厚度统计直方图 Fig 3 The statistical histogram of gas logging abnormal lithology and thickness of Shahezi Formation in Well SK-2 ■层数■层厚/m■C1的平均值%■气体异常的比例 不超过3 不低于 图4松科二井气测异常比值统计图 Fig 4 The statistical histogram of gas logging abnormal ratio for Well SK-2 ■层数■层厚/m 99.25 ■C1的平均值/% ■气体异常的比例 40.59 安山岩 图5松科二井沙河子组和火石岭组气测异常比值大于5的岩性和厚度直方图 Fig. 5 The statistical histogram of gas logging abnormal lithology and thickness of Shahezi and Huoshiling Formation in Well SK-2 CThe abnormal ratio of gas measurement is higher than 5) http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) 洼槽带非常规天然气探索拓展提供了重要依据。 3.2 具备盆地型干热岩赋存条件 松辽盆地是我国油田地热以及沉积盆地型干 热岩开发的有利靶区。盆地具有良好的深部热传 导和浅部热聚集构造机制，地热资源赋存条件较 好。松科二井的多次温度测井结果显示，盆地具有 图5 松科二井沙河子组和火石岭组气测异常比值大于5的岩性和厚度直方图 Fig.5 The statistical histogram of gas logging abnormal lithology and thickness of Shahezi and Huoshiling Formation in Well SK-2 (The abnormal ratio of gas measurement is higher than 5) 图3 松科二井沙河子组和火石岭组气测异常岩性和厚度统计直方图 Fig.3 The statistical histogram of gas logging abnormal lithology and thickness of Shahezi Formation in Well SK-2 图4 松科二井气测异常比值统计图 Fig.4 The statistical histogram of gas logging abnormal ratio for Well SK-2 646 中 国 地 质 2018年
第45卷第4期 侯贺晟等:松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 较大的地温梯度,大地热流值达到84mW/m2,地热30968-31028m,主要岩性以杂色砾岩为主; 异常明显。在4400m深度时温度超过150℃(图6),3168.3~31709m,主要岩性以砾岩和流纹质角砾岩 达到干热岩的标准。 为主,图7,三层累积厚度13.1m),为松辽盆地深部找 盆地水热型地热可开采资源量6870万ta,随着铀矿提供了重要线索,铀矿的成因及赋存情况仍需结 油田开发进入中后期,部分油田开采含热水量高达合前人研究成果(金若时等,2017)做一步探索。 90%,利用已有油气井改造开发地热潜力巨大,可以 在区域冬季供暖以及节能减排中发挥重要作用 4白垩纪古环境、古气候重要认识 干热岩可采资源量折合标准煤74万亿t,仅大庆油4.1最完整的白垩纪陆相地质记录 区范围已存在13块高温花岗岩体,分布面积为 迄今为止,国际上通过实施国际大洋发现计划 10000km2,开采前景广阔,可以为东北地区未来清 International Ocean Discovery Program,lODP)对海 洁能源开发提供保障。 相白垩纪气候-环境变化相关的响应有研究成果丰 3.3深部铀矿线索 Ar(Larson and Erba, 1999; Follmi, 2012: O' Brien et 通过放射性测井发现高放射性高铀异常层三al,2017)。但是对陆相白垩纪气候一环境变化的认 层(嫩江组497.5~5020m,泥岩夹薄层砂岩;营城组识经常是局部的、甚至是残缺不全的,海陆对比、整 合更是严重不足。其主要原因在于白垩纪处于全 温度/°C 球高海平面时期( Komin,1984; Haq et al,1987; 100150200 Larson,1991),全球陆相地层不甚发育或发育非常 不全,难以进行区域对比和全球对比( Parrish 1-3开稳态测温 2001)。因而,保存完好的湖泊沉积是研究和重建 4开非稳态测温 陆相白垩纪气候一环境变化的首选对象。 5开非稳态测温 由于白垩纪时期的高海平面,全球陆地面积减 千6开非稳态测温 少,最大的陆地出露在东亚地区( Skelton and Spicer,2003;王成善等,2008; Xiang et al,2015) 中国东北松辽盆地85~90Ma( Wang et al.,2013b)的 250 27°C/km 长期演化过程堆积和保存了总厚度超过10000m的 中新生代陆相沉积(大庆油田石油地质志编写组 1993;王东坡等,1994)。通过松辽盆地大陆深部科 学钻探计划工程(松科一井和松科二井)的实施,不 4000 仅获得了总长度为6600m、时间跨度为6900万年的 4400m>150°C 岩芯,其长度和时间跨度均为国际大陆科学钻探之 最。同时,也是建设“百年大庆”和基础地质服务的 5000 “金柱子”。 4.2陆相白垩纪时期的气候环境演化 白垩纪是“深时”地质历史中典型的温室气候 6000 时期,具有高大气二氧化碳浓度、高温、高海平面 两极无冰的显著特征( Skelton and Spicer,2003)。 松辽盆地大陆科学钻探”建立了白垩纪高大气二 氧化碳浓度环境下陆地气候演化曲线,其对认识当 前全球气候变暖具有重要借鉴意义。古气候一古环 图6松科二井温度测井曲线 境指标显示,在白垩纪温室气候状态下,北半球中 ig. 6 Temperature log of Well SK-2 纬度陆地发生了多时间尺度气候波动( O Brien et http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) 较大的地温梯度，大地热流值达到84 mW/m2 ，地热 异常明显。在4400 m深度时温度超过150℃(图6), 达到干热岩的标准。 盆地水热型地热可开采资源量6870万t/a，随着 油田开发进入中后期，部分油田开采含热水量高达 90%，利用已有油气井改造开发地热潜力巨大，可以 在区域冬季供暖以及节能减排中发挥重要作用。 干热岩可采资源量折合标准煤7.4万亿t，仅大庆油 区范围已存在 13 块高温花岗岩体，分布面积为 10000 km2 ，开采前景广阔，可以为东北地区未来清 洁能源开发提供保障。 3.3 深部铀矿线索 通过放射性测井发现高放射性高铀异常层三 层（嫩江组497.5~502.0 m，泥岩夹薄层砂岩；营城组 3096.8~3102.8 m，主 要 岩 性 以 杂 色 砾 岩 为 主 ； 3168.3~3170.9 m，主要岩性以砾岩和流纹质角砾岩 为主，图7，三层累积厚度13.1 m），为松辽盆地深部找 铀矿提供了重要线索，铀矿的成因及赋存情况仍需结 合前人研究成果（金若时等，2017）做一步探索。 4 白垩纪古环境、古气候重要认识 4.1 最完整的白垩纪陆相地质记录 迄今为止，国际上通过实施国际大洋发现计划 （International Ocean Discovery Program，IODP）对海 相白垩纪气候-环境变化相关的响应有研究成果丰 富（Larson and Erba, 1999；Föllmi, 2012；O’Brien et al., 2017）。但是对陆相白垩纪气候-环境变化的认 识经常是局部的、甚至是残缺不全的，海陆对比、整 合更是严重不足。其主要原因在于白垩纪处于全 球高海平面时期（Kominz，1984；Haq et al.，1987； Larson，1991），全球陆相地层不甚发育或发育非常 不全，难以进行区域对比和全球对比（Parrish， 2001）。因而，保存完好的湖泊沉积是研究和重建 陆相白垩纪气候-环境变化的首选对象。 由于白垩纪时期的高海平面，全球陆地面积减 少 ，最 大 的 陆 地 出 露 在 东 亚 地 区（Skelton and Spicer, 2003；王成善等，2008；Xiang et al.，2015）。 中国东北松辽盆地85~90 Ma（Wang et al.，2013b）的 长期演化过程堆积和保存了总厚度超过10000 m的 中新生代陆相沉积（大庆油田石油地质志编写组， 1993；王东坡等，1994）。通过松辽盆地大陆深部科 学钻探计划工程（松科一井和松科二井）的实施，不 仅获得了总长度为6600 m、时间跨度为6900万年的 岩芯，其长度和时间跨度均为国际大陆科学钻探之 最。同时，也是建设“百年大庆”和基础地质服务的 “金柱子”。 4.2 陆相白垩纪时期的气候环境演化 白垩纪是“深时”地质历史中典型的温室气候 时期，具有高大气二氧化碳浓度、高温、高海平面、 两极无冰的显著特征（Skelton and Spicer, 2003）。 “松辽盆地大陆科学钻探”建立了白垩纪高大气二 氧化碳浓度环境下陆地气候演化曲线，其对认识当 前全球气候变暖具有重要借鉴意义。古气候-古环 境指标显示，在白垩纪温室气候状态下，北半球中 纬度陆地发生了多时间尺度气候波动（O’Brien et 图6 松科二井温度测井曲线 Fig.6 Temperature log of Well SK-2 第45卷 第4期 侯贺晟等：松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 647
648 国地质 018年 自然伽马 自然佃马 岩性剖面 岩性剖面 (API 三三彐三 灰绿色凝灰熔岩杂色砾岩浅灰红色凝灰熔岩灰色含砾粗砂岩灰白色凝灰熔岩灰白色流纹岩 盔所落质灰角警质灰绿能碧所赞象校 图7松科二井营城组两处放射性异常层测井响应特征图 Fig. 7 The log response of two layers with radioactive anomaly in Yingcheng Formation from Well SK-2 al,2017; Folli,2012)。构造尺度上,连续的介形都明显的升高,而这与德干高原火山喷发的时间高 虫化石碳、氧稳定同位素曲线记录到松辽盆地气候度一致。而根据陆相记录的硏究还发现,在德干火 变化、沉积演化及其与全球气候变化的相关性山喷发之后,小行星撞击之前,松辽盆地约2/3的物 ( Chamberlain et al,2013; Wang et al,2013b);轨道种已经发生了绝灭。这说明德干火山喷发与小行 尺度上,旋回地层学分析表明沉积特征、有机碳及星撞击的连续二次打击是造成恐龙等物种绝灭的 其同位素的变化直接响应了轨道参数的变化(Wu原因。首先,德干火山喷发导致剧烈的升温和二氧 etal,2013,2014)。连续取芯保证了“松辽盆地大陆化碳浓度上升,破坏了生态系统的稳定性,造成了 科学钻探”捕捉到若干次快速气候变化事件。例部分物种的灭绝(图9);之后,短时间内小行星的撞 如,约η0Ma全球变冷时期,古土壤碳酸钙氧同位素击使原本不稳定的生态系统发生崩溃,形成了压垮 在明水组中部产生约3‰显著负偏,是松辽盆地降骆驼的最后一根稻草( Zhang et al,20l8)。 温和北半球西风带南移共同作用的结果,这是首次4.3松辽盆地陆相烃源岩形成与海侵事件 在中纬度陆地地区捕捉到这一变冷事件;约69Ma 松辽盆地堆积了巨厚的陆相烃源岩,提供了大 和66Ma全球变暖时期,古土壤碳酸钙碳同位素负庆油田长时期高强度开发的基本物质基础,其成因 偏表明松辽盆地变暖、古土壤呼吸作用强度增加、机制一直是松辽盆地硏究中悬而未决的重大科学 降水量增加(图8, Gao et al,2015) 问题。通过松辽盆地大陆科学钻探工程的实施,在 此外,根据重建的白垩纪一古近纪界线附近的获取青山口组和嫩江组巨厚烃源岩岩芯记录的基 陆相气候记录可以看出来,在小行星撞击地球之前础上,开展了高分辨率的多学科研究,特别是包括 约30万年,地球上的温度和大气中的二氧化碳浓度古生物学、地球化学、矿物学等方面的研究,发现松 http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) al., 2017; Föllmi, 2012）。构造尺度上，连续的介形 虫化石碳、氧稳定同位素曲线记录到松辽盆地气候 变化、沉积演化及其与全球气候变化的相关性 （Chamberlain et al., 2013; Wang et al., 2013b）；轨道 尺度上，旋回地层学分析表明沉积特征、有机碳及 其同位素的变化直接响应了轨道参数的变化（Wu et al., 2013, 2014）。连续取芯保证了“松辽盆地大陆 科学钻探”捕捉到若干次快速气候变化事件。例 如，约70 Ma全球变冷时期，古土壤碳酸钙氧同位素 在明水组中部产生约3‰显著负偏，是松辽盆地降 温和北半球西风带南移共同作用的结果，这是首次 在中纬度陆地地区捕捉到这一变冷事件；约69 Ma 和66 Ma全球变暖时期，古土壤碳酸钙碳同位素负 偏表明松辽盆地变暖、古土壤呼吸作用强度增加、 降水量增加（图 8; Gao et al., 2015）。 此外，根据重建的白垩纪—古近纪界线附近的 陆相气候记录可以看出来，在小行星撞击地球之前 约30万年，地球上的温度和大气中的二氧化碳浓度 都明显的升高，而这与德干高原火山喷发的时间高 度一致。而根据陆相记录的研究还发现，在德干火 山喷发之后，小行星撞击之前，松辽盆地约2/3的物 种已经发生了绝灭。这说明德干火山喷发与小行 星撞击的连续二次打击是造成恐龙等物种绝灭的 原因。首先，德干火山喷发导致剧烈的升温和二氧 化碳浓度上升，破坏了生态系统的稳定性，造成了 部分物种的灭绝（图9）；之后，短时间内小行星的撞 击使原本不稳定的生态系统发生崩溃，形成了压垮 骆驼的最后一根稻草（Zhang et al., 2018）。 4.3 松辽盆地陆相烃源岩形成与海侵事件 松辽盆地堆积了巨厚的陆相烃源岩，提供了大 庆油田长时期高强度开发的基本物质基础，其成因 机制一直是松辽盆地研究中悬而未决的重大科学 问题。通过松辽盆地大陆科学钻探工程的实施，在 获取青山口组和嫩江组巨厚烃源岩岩芯记录的基 础上，开展了高分辨率的多学科研究，特别是包括 古生物学、地球化学、矿物学等方面的研究，发现松 图7 松科二井营城组两处放射性异常层测井响应特征图 Fig.7 The log response of two layers with radioactive anomaly in Yingcheng Formation from Well SK-2 648 中 国 地 质 2018年
第45卷第4期 侯贺晟等:松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 649 变暖事件 目变暖事件 变冷事作 02040600400800202428-0.50.5-14-11-8-10-8-606001200 海平面mpCO2/10°ST/C底栖有孔虫8o古土壤6O古土壤。℃土壤呼吸强度 图8四方台组一明水组古土壤碳酸钙碳氧稳定同位素记录与全球对比(修改自 Gao et al,2015) Fig 8 Carbon-oxygen stable isotope curves of paleosol carbonates in Sifangtai-Mingshui Formation of Songliao Basin and their correlations with global records(modified after Gao et al., 2015) 二氧化碳浓度/10 物种数量 年龄/Ma 66.0 4 ○4 12-10-8-6 古土壤6O%. VSMOW 夏季温度/°C 图9白垩一古近纪绝灭时期温度和二氧化碳浓度变化及物种绝灭( Zhang et al.2018) Fig 9 Variation of temperature, CO and mass extinction at Cretaceous-Paleocene boundary 辽盆地虽然主体上是一淡水湖泊,但是在烃源岩沉造成湖泊大范围的缺氧,使得有机质大规模堆积, 积期间湖泊水位升高、湖水盐度增加( Hou et al.,形成大规模烃源岩。相关的证据包括有孔虫的发 2000; Xi et al,20ll; Huang et al,2013; Hu et al,现( Xi et al,2011)、海相生物标志化合物的出现 2015),这从古气候变化的角度非常难以解释( Hu et al,2015)、黄铁矿硫同位素和形态学证据」 ( Parrish,2000):湖泊盐度增加一般应该对应于湖泊( Huang et al-,2013)等(图10)。结合松辽盆地邻近 收缩、气候条件干燥,而与松辽盆地实际情况恰恰古太平洋的古地理背景,当时的海侵通道可能源自 相反。“盐来自哪里”成为松辽盆地烃源岩成因机制盆地东部或者东南部方向( Hou et al,2000 Wang et 的关键。而松辽盆地海水的进入,不仅可以解决盐al,2013)。根据有孔虫层位分布和生物标志化合物 度问题,而且使得烃源岩成因机制得到合理的解含量变化特征,发现当时海水的进入不是连续的, 释:随着海水的进入,引起湖泊的盐度分层,而且由而是呈现多次、短期的波浪式海侵的特点,其具体 于硫酸盐的输入造成硫酸盐还原作用的增加,从而控制机制还有待研究。 http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) 辽盆地虽然主体上是一淡水湖泊，但是在烃源岩沉 积期间湖泊水位升高、湖水盐度增加（Hou et al., 2000；Xi et al., 2011；Huang et al., 2013；Hu et al., 2015），这 从 古 气 候 变 化 的 角 度 非 常 难 以 解 释 （Parrish, 2000）：湖泊盐度增加一般应该对应于湖泊 收缩、气候条件干燥，而与松辽盆地实际情况恰恰 相反。“盐来自哪里”成为松辽盆地烃源岩成因机制 的关键。而松辽盆地海水的进入，不仅可以解决盐 度问题，而且使得烃源岩成因机制得到合理的解 释：随着海水的进入，引起湖泊的盐度分层，而且由 于硫酸盐的输入造成硫酸盐还原作用的增加，从而 造成湖泊大范围的缺氧，使得有机质大规模堆积， 形成大规模烃源岩。相关的证据包括有孔虫的发 现（Xi et al., 2011）、海相生物标志化合物的出现 （Hu et al., 2015）、黄铁矿硫同位素和形态学证据 （Huang et al., 2013）等（图10）。结合松辽盆地邻近 古太平洋的古地理背景，当时的海侵通道可能源自 盆地东部或者东南部方向(Hou et al., 2000；Wang et al., 2013)。根据有孔虫层位分布和生物标志化合物 含量变化特征，发现当时海水的进入不是连续的， 而是呈现多次、短期的波浪式海侵的特点，其具体 控制机制还有待研究。 图8 四方台组—明水组古土壤碳酸钙碳氧稳定同位素记录与全球对比（修改自Gao et al., 2015） Fig.8 Carbon-oxygen stable isotope curves of paleosol carbonates in Sifangtai-Mingshui Formation of Songliao Basin and their correlations with global records (modified after Gao et al., 2015) 图9 白垩—古近纪绝灭时期温度和二氧化碳浓度变化及物种绝灭（Zhang et al.，2018） Fig.9 Variation of temperature, CO2 and mass extinction at Cretaceous-Paleocene boundary 第45卷 第4期 侯贺晟等：松辽盆地大陆深部科学钻探工程资源发现与地球科学研究进展 649
650 中国地质 018年 5深部地层结构新认识 5.2盆岭深部结构及深层能源赋存动力过程 深地震反射剖面犹如医学的CT( Computed 5.1精细深层格架 omography,计算机层析扫描)技术,精细对地球内 通过松科二井钻探工程获取了从基底——登部深达100km的岩石圈层结构成像,获得许多鲜为 娄库组下部连续完整的岩芯资料,获得了嫩江组和人知的科学发现。为揭示松科二井所处松辽盆地 营城组岩石样品高精度锆石U-Pb年代学数据,嫩北部的深部动力学背景及能源赋存结构的深部特 江组中获得的两个年龄值为(83.35±0.1)Ma(1139征,新采集了一条过松科二井的南北向深地震反射 m)和(83498±0052)Ma(1142m),营城组获得一个剖面(图1中C-C’),结合 SinoProbe横过东北主要 年龄值为(1078±006⑦)Ma(3266m)。此外,于基盆岭大兴安岭一松辽盆地一小兴安岭段的深地震 底63712m和63739m分别测得浅变质砂岩碎屑反射剖面(图1中B-B’)结构特征(图12),松嫩地 锆石U-Pb年龄(2489±0.62)Ma(唯一年龄峰值,时块受西部蒙古鄂霍茨克洋三叠纪末开始到早白垩 代为早三叠世)和安山岩锆石U-Pb年龄(2426±世由西向东剪刀状闭合的影响( Zorin1999 0.77)Ma(中三叠世)。同时,岩芯精细描述成果表 Tomurtogoo et al-,2005),向东俯冲汇聚(东倾的地幔 明,松科二井揭示了基底所有4种预测岩石类型,即反射I,图12, Hou et al,2015),同时松嫩地块东部 浅变质沉积岩、蚀变火山岩、动力变质岩和花岗岩,受古太平洋板块晚中生代向西俯冲消减作用(西倾 说明松科二井已经钻穿白垩纪地层。根据岩芯精的地幔反射Ⅲ1,图12),其俯冲可能开始于晚三叠世 细描述结果和年龄数据,初步构建了松科二井精细( Zhou et al,2009, Wuet al,2011),结束于晚白垩世 地层格架(图11),为建立松辽盆地陆相地层“金柱( Zhou et al,2014),由此,松嫩地块在晚中生代处于 子”奠定了基础。 双向汇聚,汇聚导致强烈挤压岩石圈加厚,后期(早 层位年深度岩性 iseproppy cholestane 嫩江组一段分布箱须图 TOCo ★ ★E 口2 莓球直径/μm 图10嫩江组一段莓球黄铁矿分布箱形(a,蓝色五角星为有孔虫出现层位)及有机地球化学数据对比图(b, Hu et al.,2015) Fig 10 Box-plot of pyrite framboids in Unitl of Nenjiang Formation(a Pentagrams mark the foraminifera bearing layers) orrelations of organic geochemical data of Unit 1 of Nenjiang Formation(b, after Hu et al. 2015) http://geochina.cgs.gov.cn中国地质,2018,45(4)
http://geochina.cgs.gov.cn 中国地质, 2018, 45(4) 5 深部地层结构新认识 5.1 精细深层格架 通过松科二井钻探工程获取了从基底——登 娄库组下部连续完整的岩芯资料，获得了嫩江组和 营城组岩石样品高精度锆石U-Pb年代学数据，嫩 江组中获得的两个年龄值为(83.35±0.11) Ma（1139 m）和(83.498±0.052) Ma（1142 m），营城组获得一个 年龄值为(112.078±0.067) Ma（3266 m）。此外，于基 底 6371.2 m 和 6373.9 m 分别测得浅变质砂岩碎屑 锆石U-Pb年龄(248.9±0.62) Ma（唯一年龄峰值，时 代为早三叠世）和安山岩锆石 U-Pb 年龄(242.6± 0.77) Ma（中三叠世）。同时，岩芯精细描述成果表 明，松科二井揭示了基底所有4种预测岩石类型，即 浅变质沉积岩、蚀变火山岩、动力变质岩和花岗岩， 说明松科二井已经钻穿白垩纪地层。根据岩芯精 细描述结果和年龄数据，初步构建了松科二井精细 地层格架（图11），为建立松辽盆地陆相地层“金柱 子”奠定了基础。 5.2 盆岭深部结构及深层能源赋存动力过程 深地震反射剖面犹如医学的 CT（Computed Tomography，计算机层析扫描）技术，精细对地球内 部深达100 km的岩石圈层结构成像，获得许多鲜为 人知的科学发现。为揭示松科二井所处松辽盆地 北部的深部动力学背景及能源赋存结构的深部特 征，新采集了一条过松科二井的南北向深地震反射 剖面（图1中C-C’），结合SinoProbe横过东北主要 盆岭大兴安岭—松辽盆地—小兴安岭段的深地震 反射剖面（图 1 中 B-B’）结构特征（图 12），松嫩地 块受西部蒙古鄂霍茨克洋三叠纪末开始到早白垩 世 由 西 向 东 剪 刀 状 闭 合 的 影 响 (Zorin 1999; Tomurtogoo et al., 2005)，向东俯冲汇聚(东倾的地幔 反射 II，图 12，Hou et al., 2015)，同时松嫩地块东部 受古太平洋板块晚中生代向西俯冲消减作用（西倾 的地幔反射III，图12），其俯冲可能开始于晚三叠世 （Zhou et al., 2009, Wu et al., 2011），结束于晚白垩世 （Zhou et al., 2014），由此，松嫩地块在晚中生代处于 双向汇聚，汇聚导致强烈挤压岩石圈加厚，后期（早 图10 嫩江组一段莓球黄铁矿分布箱形（a，蓝色五角星为有孔虫出现层位）及有机地球化学数据对比图（b，Hu et al.,2015） Fig.10 Box-plot of pyrite framboids in Unit1 of Nenjiang Formation（a. Pentagrams mark the foraminifera bearing layers）; Correlations of organic geochemical data of Unit 1 of Nenjiang Formation（b，after Hu et al.,2015） 650 中 国 地 质 2018年