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近年来，沉积盆地中的深部热流体已成为广大学者关注的热点（解习农等，2009；于志超等，2012；Denny et al.，2017；罗静兰等，2019；Moreira et al.，2020）。深部热流体是一种处于盆地基底以下温度高于75~80℃且具有一定化学活泼性的地下流体，其上升活动可使地球内部的物质和能量进行重新配置（孙永传等，1995；高波等，2001；袁静等，2023）。沉积盆地中的热流体，作为地球内部物质和能量输送的重要载体，不仅会对盆地的温度场、压力场和化学场造成重大影响，一定程度上也会对变质作用、成岩成矿作用产生影响，同时还会对盆地中油气的生成、运移和聚集起到至关重要的作用（高波等，2001）。目前国内外学者对热流体的研究集中在以下几个方面：① 热流体的来源（成因）。热流体包括盆地深处由岩浆作用引起的壳源热流体、烃类与水相互作用生成的有机酸（以羧酸为主）和CO2等酸性气体为主的烃源热流体以及组成成分以CO2、CO和H2为主，N2、CH4、C2H4、C2H6等气体为辅的幔源热流体（胡文瑄，2016）。② 热流体的示踪标志和影响范围。一般来说，受热流体影响的储层具有镜质组反射率值异常、包裹体均一温度大于地层最大埋深温度、自生黏土矿物转化异常、岩石热解参数异常以及热液矿物发育等特点（解习农等，1999）。③ 热流体对储层的影响。热流体有助于加快有机质的热演化程度，使得生烃过程中的有机质释放出大量有机酸，从而引发与储层岩石的化学反应；热流体可对长石和石英等颗粒、碳酸盐等胶结物进行溶蚀、溶解，使深部储层出现异常高孔高渗现象，起到改善储层物性的作用（Sugisaki et al.，1994；Zuo Yinhui et al.，2015）。④ 超压与热流体的关系。在地层存在超压的情况下，孔隙流体会承受上覆地层的一部分压力，使一部分孔隙得到保留，并可以抑制自生石英的生成和黏土矿物的转化（Duan Wei et al.，2018），促进碳酸盐在水中的溶解，增强溶蚀作用程度（于志超等，2012）。异常高的地温梯度是引起超压发育的原因之一，深部热流体的注入也会引起水热增压作用，强化超压的发育，从而改善储层的物性（于志超，2010）。
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松辽盆地发育多期构造热事件与岩浆活动，中—晚白垩世古地温梯度（5.25~6.30℃/100 m）、明水组末期古热流（主要介于80~130 mW/m2之间）均较高（张博为等，2021），这为深部热流体的形成提供了有利条件。目前，对于松辽盆地古龙凹陷现今超压的成因和深部热流体活动范围及特点，以及两者对储层物性的影响研究较为薄弱。本文利用温度敏感指标，如热液矿物组合、自生黏土矿物转化、热解参数、包裹体均一温度等方法，对松辽盆地古龙凹陷青山口组开展热流体活动示踪研究，分析热流体的活动范围、现今超压的成因以及二者对储层物性的影响及原因，为高热超压背景下预测页岩有利储层提供科学依据。
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1 地质概况
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松辽盆地位于中国东北部，呈北北东向展布，盆地面积约为26×104 km2（冯子辉等，2011）。松辽盆地具有先断后坳的双层结构，是典型的陆相断陷-坳陷叠合盆地，也为长期继承性发育的深水湖盆凹陷（陈彬滔等，2016）。研究区古龙凹陷位于松辽盆地中央凹陷区（图1）。研究目的层上白垩统青山口组从下至上分为青一段（K2qn1）、青二段（K2qn2）和青三段（K2qn3）（图1）。青山口组沉积期松辽盆地处于裂后热沉降阶段，湖盆持续下沉，构造较为稳定，断裂活动范围小（何文渊等，2022b）。晚白垩世以来松辽盆地发生了多期构造热事件与岩浆活动。从早到晚依次为：晚白垩世早期（88~86 Ma）、晚白垩世晚期（71~61 Ma）、始新世早期（53~46 Ma）、渐新世（30 Ma）、中新世（15.6~5.8 Ma）和更新世（0.46~0.29 Ma）（程银行，2019）。松辽盆地在中—晚白垩世古地温梯度较高（5.25~6.30℃/100 m）（张博为等，2021），古龙凹陷现今地温梯度为4.05℃/100 m，青一段达最大埋深时（2900 m）地层温度不超过180℃（付晓飞等，2020）。古龙凹陷青山口组烃源岩在明水组沉积末期（67~65 Ma）达到生烃高峰期（蒙启安等，2022）。白垩纪末期（77~40 Ma）发生了地层的抬升剥蚀和构造反转，在盆地内形成了大量断裂与断裂带（林铁锋，2009）。青山口组普遍发育超压，实测现今压力系数在1.16~1.50之间，平均1.28。
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2 样品与分析方法
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测试样品采自古龙凹陷青山口组。本研究主要利用铸体薄片鉴定、扫描电镜、电子探针、黏土矿物XRD、包裹体均一温度、镜质组反射率、岩石热解参数、碳酸盐碳、氧同位素等分析测试手段。除黏土矿物XRD分析和岩石热解在陕西省油气成藏地质学重点实验室完成、镜质组反射率资料为大庆油田勘探开发研究院提供以外，其余所有分析测试均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。
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（1）铸体薄片鉴定：将待测岩样（直径25 mm，长度2.0~3.5 mm）进行切片、洗油后，在105~110℃温度下烘干3~4 h后抽至真空，然后将低黏度环氧树脂、固化剂、染色剂在一定温压条件下灌注到岩石孔隙空间中，待环氧树脂与固化剂发生反应固结后，铸样完成。将铸好的页岩样品磨制成双面剖光、厚度约0.03 mm的薄片，用铁氰化钾和茜素红混合溶液染色。采用CArl Zeiss Axio Scope A1型显微镜对薄片中各个矿物组分的含量进行观察和定量统计。共计11口井20个样品，103个点。
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（2）扫描电镜观察：将待测样品分割成约1 cm3的小块（观测面为自然断面）；之后用导电胶将小块样品胶合到制样靶上，放置1 d直至导电胶完全干燥；然后对样品进行镀金，并在TESCAN MAIA 3 LMH型场发射扫描电子显微镜（SEM）下观察。实验温度为25℃，湿度为40%。完成6口井10块样品，97个测点的观察分析。
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（3）电子探针分析：将制备好的样品洗油后制成厚度为0.05 mm的薄片，双面抛光后喷碳，利用JEOL JXA-8230电子探针显微分析仪在真空条件下对页岩样品进行矿物能谱分析。工作条件：电子束加速电压15 kV，电子束电流10 nA，电子束直径2 μm。完成6口井10块样品，88个测点的分析。
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（4）流体包裹体均一温度、荧光光谱测试及拉曼探针成分分析：均一温度测试在Linkam-TH600冷热台上进行。测定页岩样品中气、液两相含烃盐水包裹体的温度。实验温度为20~25℃，湿度为30%，测试精度为±1℃。完成3口井15个样品、61个测点。包裹体荧光光谱定量分析：利用高光荧光光谱成像仪（GaiaFieldPro-V10）完成。该仪器是将含烃包裹体中的烃类荧光强度的定性描述转换成以“点”或“像元”为单位的微区（3.5~5 nm）荧光成像图谱与荧光强度的定量数据表达，实现了微区定点采集、即时成像、光谱定量分析之目的。完成与流体包裹体均一温度完全配套的3口井15个样品、61个测点。包裹体成分分析在Renishaw invia显微激光拉曼光谱仪上进行，Ar+激光器波长为514.5 nm，空间分辨率横向为1 μm，纵向为2 μm，扫描范围：500~4500。样品曝光时间10 s，叠加次数1~3次。完成3口井20个样品（其中的15个样品、61个测点与流体包裹体均一温度、荧光光谱测试完全配套），196个测点的测试。
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图1 松辽盆地北部构造单元（a）及白垩纪地层综合柱状图（b）（据王跃文等，2022；何文渊等，2022a修改）
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Fig.1 Diagram showing tectonic unit (a) and the Cretaceous stratigraphic column (b) of the northern Songliao basin (modified from Wang Yuewen et al., 2022; He Wenyuan et al., 2022a)
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（5）黏土矿物XRD：将样品粉碎后用乙醇研磨；将研磨好的样品在60℃下烘干，离心分离，提取粒径小于2 μm的粉末样品，使用D/max-2600衍射仪（40 kV，10 mA）进行X射线衍射分析，确定黏土矿物的含量。共计8口井30块样品。
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（6）镜质组反射率测定：将待测样品精细研磨及抛光后用高压喷水嘴及超声波清洗至表面平整，煤颗粒表面显微组分界线清晰、无明显划痕，表面干净、无污点和磨料。自然晾干1 h后用显微分光光度计CRAIC 508PV型显微镜进行测试。共计测试17口井30个样品，211个测点。
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（7）碳酸盐碳、氧同位素：在对页岩中碳酸盐胶结作用期次、各期次碳酸盐矿物类型、粒径、赋存方式、形成序列等岩相学研究基础上，使用微钻钻取页岩中各期次碳酸盐胶结物的粉末样品；利用磷酸溶解法进行分析。将标样和待测样品溶于70℃以下100%的H3PO4中，利用高能聚焦激光束轰击碳酸盐胶结物使其热分解成大量的CO2气体，将CO2气体注入MAT-253Plus质谱仪中测定其碳、氧同位素值。分析结果采用PDB标准，δ13C和δ18O的标准偏差小于0.2‰。测试条件：恒温样品盘及酸泵；载气流速100 mL/min；反应温度70℃。完成11口井38个样品，59个测点。
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（8）黄铁矿微区原位硫同位素：将磨制好的样品洗油后制成厚度为0.05 mm的薄片（不加盖玻片），样品表面进行双面抛光后喷碳。将待测样品使用准分子激光剥蚀系统RESOlution-LR（澳大利亚科学仪器公司），由其产生193 nm深紫外光束，经匀化光路聚焦于硫化物表面，高纯氦气作为载气与氩气和氮气混合后进入大色散高分辨Nu Plasma1700TM等离子体源多接收ICP-MS质谱仪（Nu Instruments，Wrexham，UK）直接测试获得标样和样品点的34S/32S比值，采用外标校正法（SSB法）计算获得δ34SCDT值。完成4口井5个样品，12个测点。
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（9）岩石热解：将页岩样品粉碎到200目以下并充分混合均匀，使用Rock-Eval6型岩石热解仪将粉末样品（80~120 mg）快速加热至300℃恒温3 min，测量游离烃S1含量；然后以50℃/min的升温速率升至600℃后，恒温1 min，测量热解烃S2含量以及Tmax值（S2最高值对应的温度）。完成7口井30块样品，59个测点。
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3 热流体活动证据
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3.1 镜质组反射率异常变化
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镜质组反射率Ro是对温度变化较为敏感的参数之一，也是指示有机质成熟度的重要指标（魏巍等，2017）。在正常成岩体系中，随着埋深的增加，有机质热演化程度逐渐升高，镜质组反射率随深度呈规律性变化。当成岩系统受到异常高温影响时，有机质热演化程度加速，镜质组反射率异常增大。正常条件下，镜质组反射率对数值（lgRo）随埋深基本呈线性变化，但在受到热流体影响条件下，lgRo随埋深变化的斜率会发生突变（Dow，1977）。古龙凹陷长期以来都是松辽盆地的沉降中心，即使在盆地抬升时期剥蚀量也很少，大的不整合面也以假整合的形式存在。青山口组17块页岩中干酪根镜检结果表明，干酪根的类型主要以Ⅰ型（55%）和Ⅱ1型（44%）为主，所测镜质组的Ro数据基本可靠。因此，该区页岩的Ro与深度的关系可以代表本区正常沉积的Ro-深度关系。在埋深1045~1545 m之间，Ro从0.53%增加到0.67%，平均每1000 m增加0.29%；在埋深1559~2595 m范围内，Ro从0.78%增加到1.70%，平均每1000 m增加0.89%。埋深＜1550 m时地层镜质组反射率对数的斜率为3402.1，埋深＞1550 m时其斜率降低到2377.6，在1550 m左右处镜质组反射率斜率出现异常。说明古龙凹陷青山口组部分井区在埋深1550 m以下的地层曾受到较高温度的影响（图2）。
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图2 古龙凹陷青山口组镜质组反射率对数散点图
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Fig.2 The logarithm scatter diagram of vitrinite reflectance change with depths of the Qingshankou Formation in the Gulong sag
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3.2 自生黏土矿物的异常转化
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自生黏土矿物演化对热作用相当敏感，是判识与确定热流体活动、成岩演化阶段和有机质成熟演化程度的重要依据及标志（袁静等，2023）。根据构造位置与埋藏深度，将古龙凹陷分为凹陷中心（青一段埋深普遍在2200~2600 m）和外围地区（青一段埋深＜2000 m）两个地区。综合研究区埋藏热演化史、成岩作用特征、成岩事件及其产物之间的相互关系，建立了青山口组页岩的成岩演化序列（罗静兰等，2023❶）（图3A）。从研究区自生黏土矿物随深度变化（图3B）不难看出，伊/蒙混层绝对含量在埋深2300 m以下呈现明显减少，伊利石绝对含量呈现增大的趋势。相同深度段页岩中的伊/蒙混层与伊利石含量呈反消长关系，指示了蒙脱石的转化是伊利石的生长机制之一。前人研究表明，深部岩浆在上涌过程中发生的脱气作用会产生大量的富CO2热流体（鲁雪松等，2008），当这些CO2流体进入到储层中后，一方面将成岩流体转变为酸性，使砂岩中的钾长石、钠长石等骨架颗粒发生溶蚀、部分蚀变成高岭石；另一方面会抑制蒙皂石向伊利石转化，同时还会造成大量绿泥石消失进而转变为高岭石（解习农等，2006），导致岩浆侵入层位中绿泥石减少、高岭石增加现象的产生。
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图3 古龙凹陷青山口组页岩埋藏-成岩演化序列（A）及自生黏土矿物绝对含量随深度变化图及其对应的SEM照片（B）
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Fig.3 The burial-diagenetic evolution sequence of the Qingshankou shale from the Gulong sag (A) and the diagram of absolute content of authigenic clay minerals with depth and the corresponding SEM photographs (B)
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（a）—长石溶孔内的伊利石，GY1井，2574.28 m；（b）—绿泥石，GY3HC井，2422.30 m；（c）—长石溶孔内的高岭石，GY1井，2553.16 m
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(a) —illite in a feldspar dissolution pore, well GY1, 2574.28 m; (b) —chlorite, well GY3HC, 2422.30 m; (c) —kaolinite in feldspar dissolution pores, well GY1, 2553.16 m
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研究区在2300 m以下深度段页岩中伊/蒙混层与伊利石的异常转化、高岭石含量的异常增大现象，暗示储层在2300~2600 m深度段受到高温热流体的影响。
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3.3 岩石热解参数异常变化
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深部幔源热流体对于岩石热解参数的影响主要体现在以下两个方面：一是热解峰温（Tmax）值随深度异常增大，但S1和S2值基本不变。这是因为热流体带来的热使有机质过成熟，相同深度下，较高的温度导致有机质中烃类提前大量排出；二是Tmax值随深度基本不变或有所降低，但S1和S2值异常增大。这是因为热流体不仅具有较高的热量，同时还是一种含有H2O、CO、CO2和H2等的超临界流体，具有很强的萃取能力（溶解和扩散）。因此，热流体在地层中运移的过程会不断萃取地层中的分散有机质，加之热流体的加氢作用，使有机质快速成熟生成烃类（于志超等，2012）。从研究区部分井青山口组页岩的热解峰温（Tmax）、游离烃（S1）和热解烃（S2）随深度的变化可以看出，在2000 m以下深度段，岩石热解参数出现异常变化，Tmax值异常降低，S1值异常增大，S2值异常减小。后者可能是因为样品中的重质原油组分由于吸附作用在温度为300℃时不能蒸发出来，但是会在较高的温度下以重质烃挥发产物和干酪根低温热降解产物的混合物S1b峰的形式出现（Romero-Sarmiento et al.，2016），这些烃类与干酪根热降解烃混合会降低S2值（马晓潇等，2019）（图4），岩石热解参数异常指示研究区埋深在2000m之下存在热流体活动。
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3.4 热液矿物组合
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地球深部热液的温度可达上千摄氏度，当其上涌至浅部地层后，温度逐渐降低（通常在200℃以上），并伴随形成一些在较高温度下才能够形成的热液矿物。通过分析典型热液矿物的组合，可以示踪热流体活动（李红等，2021；Li Kaikai et al.，2022）。
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通过镜下薄片鉴定、电子探针能谱分析和扫描电镜观察以及青山口组页岩的成岩演化序列（图3A）可以看出，古龙凹陷青山口组在埋深1550~2000 m以下多个深度段均检测出自生磷灰石（其与周围自生黄铁矿共生）、鞍状铁白云石（其与周围有机质共生）、自形金红石（呈放射状充填在长石溶孔内）及自形黄铁矿等矿物（呈团充填在铁白云石的溶孔内）（图5）。鞍状铁白云石、自形黄铁矿为典型的中温热液矿物，其形成温度较高，约在200~300℃（胡永亮等，2020）。研究区发现热液成因自生金红石、自生磷灰石等矿物的井均分布在断裂带附近。虽然其含量较低，但同样能证明在成岩过程中存在热流体活动。
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图4 古龙凹陷青山口组页岩热解参数随深度变化散点图
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Fig.4 The scatter diagram of pyrolysis parameters of shale with depth in the Qingshankou Formation of the Gulong sag
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图5 古龙凹陷青山口组热液矿物扫描电镜和电子探针能谱图
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Fig.5 Photos of scanning electron microscope and electron probe energy spectrum of the hydrothermal minerals in the Qingshankou Formation of the Gulong sag
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（a）—自生磷灰石，C21井，1586.37 m；（b）—鞍状铁白云石，GY1井，2521.70 m；（c）—自生金红石，GX7091井，2181.09 m；（d）—自形黄铁矿，C21井，1643.68 m authigenic saddle dolomite-ankerite
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(a) —authigenic apatite, well C21, 1586.37 m; (b) —saddle ankerite, well GY1, 2521.70 m; (c) —authigenic rutile, well GX7091, 2181.09 m; (d) —euhedral pyrite, well C21, 1643.68 m
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3.5 流体包裹体分析
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包裹体是研究成岩流体直接、有效的对象，通过分析流体包裹体的均一温度，能够得到包裹体被捕获时的最高成岩流体温度（杨平等，2014）。一般而言，包裹体均一温度与地层温度相当或略高、略低于地层温度。当包裹体均一温度远大于地层温度时则说明成岩流体受到了外部热液流体的入侵。因此，异常高的包裹体均一温度能够作为热流体活动的证据（于志超等，2012）。本次研究的包裹体均来自于充填在页岩裂缝中的方解石脉体（图6a）。
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对研究区15块样品的包裹体岩相学分析表明，页岩中的包裹体呈圆形、椭圆形、长条形、不规则形分布在方解石脉中，包裹体直径在4~18 μm之间（图6b~d），气/液比为3%~15%。包裹体均一温度与冰点温度测定结果表明，研究区青一段流体包裹体的均一温度分布在81.4~258.6℃之间，所测均一温度大于地层最大埋深温度（180℃）的包裹体占总测点数的36%，其中，凹陷中心占31.1%，外围地区占4.9%。这些异常热的包裹体是储层中热流体活动的记录（图6e）。流体包裹体的冰点温度分布在-16.3~-8.2℃之间，其中，凹陷中心流体包裹体的冰点温度为-14.8~-8.2℃，外围地区页岩中流体包裹体的冰点温度为-16.3~-8.2℃。根据Hall et al.（1998）提出的公式计算了流体包裹体的盐度：
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式中，Tm为冰点温度（℃）。结果表明，盐度分布在11.95%~19.87%NaCleq，凹陷中心与外围地区的盐度分别为11.95%~18.70%NaCleq（平均15.90%NaCleq）和11.95%~19.87%NaCleq（平均15.87%NaCleq）。包裹体均一温度、盐度与埋深的关系显示，随着埋深的增加，包裹体的均一温度逐渐升高（图6f），盐度总体上有降低的趋势（图6g）。但均一温度较高时（＞140℃），盐度随均一温度的升高而增大（图6h）。暗示储层在埋深较深（＞1550 m）的中成岩阶段B期（温度＞140℃，Ro＞1.3、Tmax＞460℃、有机质处于高成熟阶段、烃类演化以凝析油-湿气为主），受到高温、高盐度流体的影响。
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岩石中的烃类物质、成岩矿物中的烃类包裹体是油气活动的直接证据，其荧光特征反映了有机质的成熟度。对研究区形成于中成岩阶段B期的方解石脉进行了流体包裹体的荧光光谱定量分析以及激光拉曼光谱分析和定量计算。结果显示青一段页岩包裹体大致可分为三种类型，分别是紫光激发下发黄绿色荧光（低成熟度有机质）（图7a）、蓝色荧光（成熟有机质）（图7b）和亮蓝色荧光（高成熟度有机质）（图7c）。激光拉曼光谱分析显示，包裹体成分主要为C4H6、H2O、C2H6、CO2和CH4。其中，凹陷中心页岩包裹体中CO2（0~24.14%，平均9.14%）和CH4（0~1.00%，平均0.03%）含量高于外围地区（CO2：0~15.74%，平均2.17%；CH4：0~0.57%，平均0.01%）（图8a、b）；而H2O（0~0.81%，平均0.18%）、C4H6（0~1.00%，平均0.18%）和C2H6（0~0.55%，0.10%）含量略低于外围地区（H2O：0~1.00%，平均0.35%；C4H6：0~1.00%，平均0.40%；C2H6：0~6.99%，平均0.35%）（图8c~e）。
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图6 古龙凹陷青山口组流体包裹体岩相学特征及均一温度与盐度的关系
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Fig.6 Petrographic characteristics of fluid inclusions in the shale and the relationship between homogeneous temperature and salinity of the Qingshankou Formation in the Gulong sag
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（a）—GLB544-X436，2023.55 m，SEM，方解石脉充填在裂缝中；（b）—NX256-X206，AX-11井，1758.59 m，500×（-），分布在方解石脉体中；（c）—GLB544-X436，B-11-2井，2023.55 m，500×（-），分布在方解石脉体中；（d）—GLB544-X436，B-2-1井，2276.90 m，500×（-），分布在方解石脉体中；（e）—包裹体均一温度分布直方图；（f）—包裹体均一温度随深度变化图；（g）—包裹体盐度随深度变化图;（h）—包裹体均一温度与盐度的关系散点图
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(a) —GLB544-X436, 2023.55 m, SEM, calcite veins fill the cracks; (b) —NX256-X206, well AX-11, 1758.59 m, 500× (-) , distributed in calcite veins; (c) —GLB544-X436, well B-11-2, 2023.55 m, 500× (-) , distributed in calcite veins; (d) —GLB544-X436 well B-2-1, 2276.90 m, 500× (-) , distributed in calcite veins; (e) —histogram of homogeneous temperature of inclusions; (f) —plot of homogeneous temperature of inclusions with depths; (g) —plot of inclusion salinity versus depths; (h) — scatter plot of homogeneous temperature versus salinity of the inclusions versus salinity
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青一段页岩及包裹体的岩相学、荧光光谱定量分析及包裹体成分分析结果表明，随着有机质成熟度的提高，从外围地区到凹陷中心，包裹体中的有机质逐渐从低成熟到高成熟演化（蓝绿色→蓝色→亮蓝色），包裹体成分中H2O和CO2逐渐减少，CH4逐渐增多，反应出外围地区包裹体中有机质成熟度的演化较凹陷中心滞后。暗示凹陷中心受到高温热流体活动的影响可能更强。
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3.6 碳酸盐与黄铁矿胶结物的同位素证据
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岩相学研究表明，古龙凹陷青山口组页岩中的碳酸盐胶结物可分为5类：早期白云石（呈微晶纹层状聚集或充填于介壳体腔内）与铁白云石（围绕早期白云石呈次生加大边）、中期亮晶方解石（呈亮晶充填孔隙）、晚期鞍状铁白云石（马牙状晶体充填裂缝）以及晚期热液方解石脉（亮晶脉体充填裂缝）。自生矿物的物质来源与成因机理研究结果表明，中期亮晶方解石（δ18OSMOW值为15.3‰~23.2‰，平均10.2‰）、晚期鞍状铁白云石（δ18OSMOW值为15.3‰~23.2‰，平均9.6‰）、晚期热液方解石脉（δ18OSMOW值为15.3‰~23.2‰，平均7.7‰）相对亏损18OSMOW，部分氧同位素组成与岩浆岩的氧同位素区间重合（图9），为受深部岩浆热流体影响的结果。页岩中早期黄铁矿（产于生物体腔中的草莓状、胶黄铁矿）的δ34Sv-CDT为11.1‰~12.8‰，晚期黄铁矿（自形、他形黄铁矿，充填溶蚀孔隙与粒间孔）的δ34Sv-CDT为13.45‰~22.62‰，二者的δ34S与岩浆岩硫同位素组成区间和热化学硫酸盐还原作用（TSR）成因的δ34S值部分重合（图10）。加之上文所述在研究区发现的金红石、磷灰石和鞍状铁白云石等热液矿物组合、包裹体温度异常高等特点，因此推测黄铁矿中的硫可能为来自深部岩浆热流体并经过TSR的产物。
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4 地质意义
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4.1 热流体活动和超压成因
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松辽盆地青山口组广泛发育超压，其中青一段实测现今压力为23.88~33.98 MPa，压力系数1.16~1.50（平均1.28）。95 Ma开始由于盆地快速沉降（白垩系地层沉积速率为80 m/Ma），青山口组开始发育由欠压实作用形成的超压。嫩江组末期（77~40 Ma）盆地开始抬升剥蚀和发生构造反转，在研究区形成了大量断裂带和反转断层，使早期因欠压实作用形成的超压明显外泄。盆地流体动力场演化模拟显示，构造反转发生之前，齐家-古龙凹陷青一段压力系数接近1.5，构造反转发生后压力系数从1.5降低至不到1.2（林铁锋，2009）。由于松辽盆地经历了自白垩纪末（65 Ma）以来的异常压力消散期，即使压实作用在晚期能够减缓泥岩超压的散失，但没有新生物质的供给也很难维持古龙凹陷现今的超压系统（向才富等，2006）。因此，欠压实作用已经不再是维持该盆地异常超压的主要原因（林铁锋，2009；王璞珺等，2015）。
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图7 古龙凹陷青山口组流体包裹体荧光光谱特征
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Fig.7 Fluorescence spectral characteristics of fluid inclusions in the Qingshankou Formation of the Gulong sag
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图8 古龙凹陷青山口组流体包裹体成分特征
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Fig.8 Composition characteristics of fluid inclusions in the Qingshankou Formation of the Gulong sag
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图9 古龙凹陷青山口组不同类型碳酸盐胶结物氧同位素来源图（改自Jochen，1973）及其扫描电镜照片
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Fig.9 Oxygen isotope source diagram of different types of carbonate cement (modified from Jochen, 1973) and their SEM photos in the Qingshankou Formation of the Gulong sag
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（a）—早期白云石、铁白云石，T2021井，1578.88 m；（b）—中期亮晶方解石，GY1井，2521.70 m；（c）—晚期鞍状铁白云石，GY1井，2521.70 m；（d）—方解石脉，GY2HC井，2365.72 m
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(a) —eodiagenetic dolomite, ankerite, well T2021, 1578.88m; (b) —mesodiagenetic sparry calcite, well GY1, 2521.70 m; (c) —telodiagenetic saddle ankerite, well GY1, 2521.70 m; (d) —late hydrothermal calcite vein, well GY2HC, 2365.72 m
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赵靖舟等（2017）认为，随着埋深的增大，若声波时差增大或速度降低，密度和电阻率减小，则欠压实作用可能是超压形成的主要原因；若声波时差增大或速度降低，密度基本不变或略有减小，电阻率增大，且声波速度和电阻率的反转比密度显著，则生烃膨胀成为超压形成的主要原因；若声波时差增大或速度降低，密度增大，则可能是蒙脱石—伊利石转化成因。从古龙凹陷典型井的测井响应特征（图11）可以看出，在深度2100 m以下，随着埋深增大，声波时差增大、电阻率增大、密度略有减小趋势。青山口组烃源岩生烃门限深度位于1350 m，与超压顶界面的深度一致（林铁锋，2009；雷振宇等，2012），这些证据均暗示，生烃膨胀可能是导致松辽盆地现今发育超压的主要原因。
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在高压力区域，温度的升高是导致流体压力产生的重要因素之一（于志超，2010）。超压形成后并非一成不变，随着烃类的不断生成和黏土矿物脱水作用的持续进行，热流体等在孔隙中大量聚集，并在水热增压作用下不断膨胀，致使孔隙流体压力不断升高（黄建国，2017）。古龙凹陷现今地温梯度为4.05℃/100 m，青一段达最大埋深（2900 m）时地层温度不超过180℃（付晓飞等，2020）。中—晚白垩世古地温梯度更高（5.25~6.30℃/100 m）（张博为等，2021），白垩纪末期明水组沉积晚期松辽盆地古热流也较高（主要介于80~130 mW/m2之间）。晚白垩世以来松辽盆地先后经历了多期构造热事件与岩浆活动，与岩浆活动相关的深部热流体促进了烃源岩中有机质的热演化进程。古龙凹陷在1550~2000 m以下深度段，页岩中出现典型热液成因矿物，部分流体包裹体均一温度高于地层最大埋深温度，流体盐度明显增大，黏土矿物转化速率加快，岩石热解参数异常，镜质组反射率异常变化，方解石、铁白云石胶结物的δ18O值和岩浆岩氧同位素值区间重合，自形黄铁矿的δ34S与岩浆岩硫同位素区间重合等证据表明，埋深＞1550 m、尤其是＞2000 m的储层在中晚期成岩作用阶段，受到了来自深部高温热流体的影响。此外，古龙凹陷现今超压带发育深度基本与热流体活动带范围吻合，因此，热流体活动可能对研究区异常压力的维持也有一定贡献。
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4.2 热流体活动与超压对储层物性的影响
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晚白垩世青山口组和明水组沉积末期为古龙凹陷断裂活动期。青山口组页岩顶、底板中发育三类断裂：仅断穿青二段—青三段底部的断裂（形成于明水组沉积末期）、仅断穿下白垩统泉四段顶部的断裂（形成于青山口组沉积末期）、同时断穿青二段—青三段底部和泉四段顶部的断裂（早期断裂后的继续活动所致）。断裂对流体是输导还是封闭取决于区域主应力与断层走向的关系。明水组沉积末期古龙凹陷区域最大主应力方向与断层走向近于平行，断层封闭性差，古近纪以来盆地进入稳定期，此时区域最大主应力方向接近东西向，对南北向断层起到较好的封闭主作用（王跃文等，2022）。
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图10 古龙凹陷青山口组页岩中自生黄铁矿的扫描电镜照片及硫同位素来源图
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Fig.10 Diagram shows sulfur isotope characteristics of the authigenic pyrites and their SEM photos pyrite in shale of the Qingshankou Formation, Gulong sag and their SEM photographs
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（a）—草莓状黄铁矿，A34井，2261.38 m；（b）—胶状黄铁矿，GY8HC井，2501.30 m；（c）—自形黄铁矿，GY2HC井，2323.79 m；（d）—他形黄铁矿，C21井，2323.79 m
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(a) —strawberry pyrite, well A34, 2261.38 m; (b) —pyrogelite pyrite, well GY8HC, 2501.30 m; (c) —euhedral pyrite, well GY2HC, 2323.79 m； (d) —xenomorphic pyrite, well C21, 2323.79 m
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研究区过井地震剖面显示，青山口组页岩中发育的断裂部分向上切穿上覆姚家组及其以上地层，绝大部分断裂向下不仅切穿青山口组，而且延伸至泉头组及其以下地层中，部分断层甚至到达基底顶部并穿入基底中（图12）。由明水组沉积末期的挤压作用形成的部分反转构造和断裂带，导致了青山口组部分断层（“T2”和“T11”断层系）复活（付晓飞等，2020）。T2、T11等断层系的复活，以及基底与盖层之间的古风化剥蚀面、泉头组与青山口组地层之间的界面，为构造热事件与岩浆活动产生的深部热液的上升提供了有利的通道。由此推断，构造活动伴随热流体从深部沿着断裂与断裂带向上运移至约2000 m，部分运移至约1550 m进入储层，从而对储层的改造产生了重大的影响。
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根据前文研究结果及热流体活动范围和分布特征，可将青山口组储层分为两个热流体活动区段。一是凹陷中心热流体活动较强的储层，储层中CO2含量较高（0~24.14%，平均9.14%），热流体活动深度主要在2000 m以下；二是外围地区热流体活动较弱的储层，储层中CO2含量较低（0~15.74%，平均2.17%）（图8a）。大多数学者认为松辽盆地CO2既有源于深部富含无机烷烃气的火山岩及深部热流体，也有源于与壳内火山岩对碳酸盐岩高温接触变质作用形成的CO2以及源于深部热流体萃取地壳内放射性物质形成的产物（Dai Jinxing et al.，1994；付晓飞和宋岩，2005；米敬奎等，2008；周荔青等，2008）。在盆地坳陷期，松辽盆地及周边地区也发育多期火山活动，深部岩浆侵入或喷出后，残余岩浆热液沿深大断裂向上运移，岩浆热液中含有大量H2O、CO2和无机烷烃以及其他稀有气体，是盆地深层内CO2气和无机天然气的主要来源（付晓飞等， 2010；孟凡超等，2020），研究区热流体中-30.6‰＜13C1＜-24.1‰，大部分样品大于有机与无机的界限值-30‰（张水昌等，2007）；-33.2‰ ＜ δ13C2 ＜-25.7‰，且δ13C1＞δ13C2，为典型的负碳同位素系列特征，属于无机成因烷烃气。青山口组页岩储层中的胶结物主要以黏土矿物为主，其次是碳酸盐、少量黄铁矿和硅质。外围地区和凹陷中心青山口组页岩储层中的黏土矿物转化存在异常、碳酸盐胶结物含量存在差异。热流体活动较弱的外围地区页岩中碳酸盐胶结物（平均15.08%）以铁白云石（平均8.43%）为主，其次为方解石（5.76%），少量菱铁矿（0.89%），不含白云石；热流体活动较强的凹陷中心页岩储层中碳酸盐胶结物（平均8.99%）以铁白云石（平均4.86%）和方解石（3.18%）为主，少量菱铁矿（0.67%）和白云石（0.28%）（图13a）。热流体活动因其较高的温度不但可以促进有机质的热演化，还可以改变成岩环境和储层物性。高温热流体活动在增高古地温场温度、加速有机质热降解的过程中，会产生大量有机酸并溶于水，从而形成有机酸性热流体，这些酸性热流体会对储层中的铝硅酸盐和碳酸盐矿物进行溶蚀，形成次生孔隙。热流体活动还可以搬运储层的溶蚀物质，有利于溶蚀作用的继续进行（孟元林等，2003）。古龙凹陷中心热流体活动较强的储层其物性（孔隙度为0.40%~11.89%，平均7.69%，水平渗透率为5.87×10-6~2.31×10-3 μm2，平均0.37×10-3 μm2）明显优于外围地区热流体活动较弱的储层（孔隙度为0.60%~3.30%，平均1.78%；水平渗透率为0.01×10-3~0.03×10-3 μm2，平均0.02×10-3 μm2）（图13b、c）。青山口组页岩储层中存在大量页理缝/层理缝及纹层，热液更易沿这些页理缝/层理缝及纹层侵入地层，并对页岩中的易溶组分进行溶蚀作用，这可能是导致页岩的水平渗透率是垂直渗透率的10~100倍（孙龙德等，2020）的主要原因之一。因此，受热流体活动影响较强的储层，CO2含量较高、碳酸盐胶结物含量较低、次生孔隙与页理缝/层理缝及纹层较发育，更有利于形成良好储集层。
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图11 古龙凹陷青山口组GY1井测井响应特征
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Fig.11 Logging response characteristics of well GY1 in Qingshankou Formation, Gulong sag
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图12 古龙凹陷过井地震剖面显示的断裂分布（剖面A—A'位置见图1）
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Fig.12 Fault distribution as shown in the seismic section with wells of the Gulong sag (location of profiles A—A′ is shown in Fig.1)
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古龙凹陷现今超压带发育深度基本与热流体活动带范围吻合。青山口组区域性盖层泥质含量高、塑性强，使穿越盖层的断裂呈现塑性特征，可以很大程度上阻碍深部热流体和无机CO2的散失（付晓飞等，2005，2010）。古近纪以来盆地进入稳定期，此时断层封闭性较好（王跃文等，2022）。由晚白垩世晚期形成的深部热流体携带大量有机、无机气源，通过盆内由嫩江组沉积末期（77 Ma）构造反转产生的断裂带向上运移，侵入到古龙凹陷青山口组中。热流体带来的热量大量聚集在此，发生水热增温作用，并且其携带的烷烃、烯烃类物质为烃源岩提供了一部分额外物源供给，提高了烃源岩的产烃能力（于志超，2010）。加之青山口组烃源岩在明水组沉积末期达到生烃高峰（蒙启安等，2022），以及异常高的地温梯度加速了烃源岩的热演化，促使有机质大量生烃，并产生大量有机酸和CO2流体。烃类的大量生成与膨胀以及热流体水热增温维持了古龙凹陷现今的超压。
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图13 古龙凹陷青山口组页岩储层碳酸盐胶结物绝对含量与物性差异对比图
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Fig.13 Comparison diagram of absolute content of carbonate cement in shale reservoir and the physical properties of Qingshankou Formation, Gulong sag
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超压由于承载了一部分上覆地层压力，从而减小了岩石骨架所承载的压力，减缓了机械压实效应，被超压孔隙流体所充填的部分原生孔隙保存在较深部位（张伙兰等，2014）；此外，超压的存在还会使碳酸盐在水中的溶解度增大（于志超等，2012），胶结物更难沉淀（Jeans，1994），因此，超压环境下，随着压力及CO2分压的增大，碳酸盐矿物的溶解度增大，沉淀量减小，这可以通过下式来解释：
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沿断裂带进入储层的深部热流体带来了大量CO2，随着CO2分压及地层压力的增大，有利于上述反应向正方向进行，促使CO2气体溶解在水中，加快了碳酸盐矿物的溶蚀速率（佘敏等，2016），在一定程度上抑制了碳酸盐的胶结作用（陈彬滔，2016）。此外，超压可降低流体中K+、Al3+的浓度、延长有机质热演化生成有机酸和CO2排出的时间，增加酸性流体与碳酸盐矿物的接触时间和强度（孟元林等，2003），产生大量的有机酸、排出的CO2水解形成的无机酸等热流体对储集层产生溶蚀，形成次生孔隙发育带（黄志龙等，2015；郇金来等，2016）。研究区页岩异常高孔、高渗发育段与热流体活动段和超压发育段相吻合，显示出很好的三元耦合现象。
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综上所述，古龙凹陷青山口组沉积早期由泥岩欠压实作用形成的超压，在经历了嫩江组沉积末期（77 Ma）地层的抬升剥蚀和构造反转形成了一系列的断裂带和反转断层过程中，随着地层抬升超压明显外泄；随后由白垩纪末期的火山活动（71~61 Ma）形成的幔源热流体（伴随烃类、大量无机气和深部CO2）通过断裂带向上运移进入页岩储层，为烃源岩带来了烷烃、烯烃等额外物源，提高了其产烃能力；热流体的水热增压作用在一定程度上对异常高压带的形成有一定贡献。同时热流体活动加快了碳酸盐等矿物的溶蚀速率，促进了储层溶蚀孔的发育。古近纪以来盆地较为稳定，烃源岩的大量生烃膨胀导致了现今超压的发育，后者促使有机质生烃产生的有机酸溶蚀不稳定矿物导致溶蚀孔的增加；而早期热流体带来大量CO2使地层中CO2分压增大，抑制了碳酸盐的胶结作用，并使储层中的易溶组分发生溶解，导致储层中次生孔隙发育，从而改善了储层的物性。
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5 结论
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（1）松辽盆地古龙凹陷青山口组在埋深1550 m以下，尤其是2000 m以下深度段，镜质组反射率与岩石热解参数异常、自生黏土矿物转化速率加快、包裹体均一温度高于地层最大埋深温度、发育典型热液矿物组合、碳酸盐胶结物的氧同位素值和黄铁矿硫同位素值与相应的岩浆岩同位素值重合，暗示该深度段受到深部岩浆热流体活动的影响。
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（2）松辽盆地青山口组热流体发育段与异常高孔、高渗带和超压带具有很好的三元耦合现象。含大量有机、无机气源的热流体活动，加速了有机质成熟与大量生烃，热流体的水热增温作用强化了超压异常。现今地层超压的发育主要归因于生烃膨胀，深部热流体活动对异常压力也有贡献。
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（3）热流体活动在一定程度上抑制了碳酸盐的胶结作用，并促进了储层中易溶组分的溶解及次生溶蚀孔的发育。根据热流体的活动范围和分布特征，可将研究区分为热流体活动较弱的外围地区（储层埋深2000 m以上）和热流体活动较强的凹陷中心（埋深2000 m以下）两个区域。受热流体影响较强的凹陷中心的页岩中碳酸盐胶结物含量较低、溶蚀作用强、次生孔隙较发育，储层物性较好。
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注释
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❶ 罗静兰，张成立，白玉彬，等.2023. 古龙页岩矿物成岩演化与油藏自封闭机理研究. 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院/西北大学（内部报告）.
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参考文献
-
Chen Bintao, Pan Shuxin, Fang Lehua, Zhang Qingshi, Li Chenggang, Liang Sujuan. 2016. Reservoir characteristics of mudstone (shale) interval in the Qingshankou Formation, Qijia-Gulong sag, Songliao basin, Northeast China. Natural Gas Geosciences, 27(2): 298~308 (in Chinese with English abstract).
-
Cheng Yinhang. 2019. Sedimentary filling and tectonic thermal events since Late Cretaceous in the Songliao basin. Doctoral dissertation of China University of Geosciences (Beijing) (in Chinese with English abstract).
-
Dai Jinxing, Dai Chunsen, Song Yan, Hong Feng. 1994. Inorganic genetic carbon dioxide gas accumulation and their characteristic in east part of China. China Offshore Oil and Gas, 8(4): 3~10.
-
Denny A C, Kozdon R, Kitajima K, Valley J W. 2017. Isotopically zoned carbonate cements in early Paleozoic sandstones of the Illinois basin: δ18O and δ13C records of burial and fluid flow. Sedimentary Geology, 361: 93~110.
-
Dow W G. 1977. Kerogen studies and geological interpretations. Journal of Geochemical Exploration, 7(2): 79~99.
-
Duan Wei, Li Chunfeng, Luo Chengfei, Chen Xuegang, Biao Xiaohuan. 2018. Effect of formation overpressure on the reservoir diagenesis and its petroleum geological significance for the df11 block of the Yinggehai basin, the South China Sea. Marine and Petroleum Geology, 97: 49~65.
-
Feng Zihui, Fang Wei, Li Zhenguang, Wang Xue, Huo Qiuli, Huang Chunyan, Zhang Juhe, Zeng Huasen. 2011. Geochemical marks of sedimentary environment of continental large-scale high-quality source rocks in Songliao basin. Scientia Sinica (Terrae), 41(9): 1253~1267 (in Chinese with English abstract).
-
Fu Xiaofei, Song Yan. 2005. Inorganic gas and its resource in Songliao basin. Acta Petrolei Sinica, 26(4): 23~28 (in Chinese with English abstract).
-
Fu Xiaofei, Sha Wei, Wang Lei, Liu Xiaobo. 2010. Distribution law of mantle-origin CO2 gas reservoirs and its controlling factors in Songliao basin. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 40(2): 253~263 (in Chinese with English abstract).
-
Fu Xiaofei, Shi Haidong, Meng Qi'an, Liu Bo, Liang Jiangping, He Junling, Ran Qingchang, Gong Lei, Jia Ru. 2020. Controlling effects of the structure and deposition on the shale oil enrichment: Taking Formation qn1 in the Central depression of Songliao basin as an instance. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 39(3): 56~71 (in Chinese with English abstract).
-
Gao Bo, Tao Mingxin, Wang Wanchun. 2001. Influences of deeply sourced thermal fluid on the formation of hydrocarbon reservoirs. Bulletin of Mineralogy Petrology & Geochemistry, 20(1): 30~34 (in Chinese with English abstract).
-
Hall D L, Sterner S M, Bodnar R J. 1998. Freezing point depression of NaCl-KCl-H2O solutions. Economic Geology, 83(1): 197~202.
-
He Wenyuan, Cui Baowen, Wang Fenglan, Wang Yongzhuo, Meng Qi'an, Zhang Jinyou, Shao Hongmei, Wang Rui, Bai Yunfeng, Lin Xudong, Zhao Ying, Sun Baogang, Fu Xiuli, Xu Qingxia, Cui Kunning, Zhong Jianhua, Gao Jianbo, Sun Ningliang, Mao Cui, Shao Zhufu, Ni Liangtian, Song Quanyou, Xue Chunqi, Hao Bing, Sheng Pengpeng, Zhang Jizhen, Wang Yuhang, Zhang Wenxin. 2022a. Study on reservoir spaces and oil states of the Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao basin. Geological Review, 68(2): 693~741 (in Chinese with English abstract).
-
He Wenyuan, Feng Zihui, Zhang Jinyou, Bai Yunfeng, Fu Xiuli, Zhao Ying, Cheng Xinyang, Gao Bo, Liu Chang. 2022b. Characteristics of geological section of well-GY8HC in Gulong sag, northern Songliao basin. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 12(1): 1~9 (in Chinese with English abstract).
-
Hu Wenxuan. 2016. Origin andindicators of deep-seated fluids in sedimentary basins. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 35(5): 817~826+806 (in Chinese with English abstract).
-
Hu Yongliang, Wang Wei, Zhou Chuanming. 2020. Morphologic and isotopic characteristics of sedimentary pyrite: A case study from deepwater facies, Ediacaran Lantian Formation in South China. Acta Sedimentologica Sinica, 38(1): 138~149 (in Chinese with English abstract).
-
Huan Jinlai, Qi Zhi, Yang Zhaoqiang, Wu Qian, Gan Yongnian, Wang Ruili. 2016. Diagenesis mechanism and porosity evolution of the first Member of Huangliu Formation reservoirs in Dongfang area, Yinggehai basin. Bulletin of Geological Science and Technology, 35(1): 87~93 (in Chinese with English abstract).
-
Huang Jianguo. 2017. Analysis of development characteristics and main controlling factors in mud-shale reservoirs in the Gulong area. Master's thesis of Northeast Petroleum University (in Chinese with English abstract).
-
Huang Zhilong, Zhu Jiancheng, Ma Jian, Wu Hongzhu, Zhang Huolan. 2015. Characteristics and genesis of high-porosity and low-permeability reservoirs in the Huangliu Formation of high temperature and high pressure zone in Dongfang area, Yinggehai basin. Oil & Gas Geology, 36(2): 288~296 (in Chinese with English abstract).
-
Jeans C V. 1994. Clay diagenesis, overpressure and reservoir quality: An introduction. Clay Minerals, 29(4): 415~423.
-
Jochen H. 1973. Stable Isotope Geochemistry. Berlin, Heidelberg: Springer.
-
Lei Zhenyu, Xie Xinong, Huang Wei, Du Xuebin, Wang Wei, Wang Weian, Jiao Jinhe, Wei Wei. 2012. Abnormal pressure system characteristics of mid-shallow formation in Qijiagulong-Sanzhao depression of Songliao basin, China. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 42(S1): 96~104 (in Chinese with English abstract).
-
Li Hong, Wang Liangjun, Liu Yiqun, Zeng Tao, Zhang Dongdong, Li Wenhou, Zhou Dingwu, Yang Kang, Dong Yangkun, Peng Yifeng. 2021. Hydrothermal activities in the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan basin. Journal of Palaeogeography (Chinese Edition), 23(1): 153~174 (in Chinese with English abstract).
-
Li Kaikai, Cai Chunfang, Tan Xiaofeng, Jiang Hua, Fan Junjia. 2022. Multiple fluid flow events and diversity of hydrothermal minerals in Neoproterozoic to lower Paleozoic carbonate reservoirs, Tarim basin, NW China. Journal of Asian Earth Sciences, 233: 105260.
-
Lin Tiefeng. 2009. Late stage tectonic inversion and its controlled hydrocarbon migration and accumulation in the Songliao basin, Northeast China. Doctoral dissertation of China University of Geosciences (Beijing) (in Chinese with English abstract).
-
Lu Xuesong, Song Yan, Liu Shaobo, Hong Feng, Fu Xiaofei. 2008. Progress in the studies of mantle-derived CO2 degassing mechanism, degassing model and pool forming mechanism. Earth Science Frontiers, 15(6): 293~302 (in Chinese with English abstract).
-
Luo Jinglan, He Min, Pang Xiong, Li Chi, Liu Baojun, Lei Chuan, Ma Yongkun, Pang Jiang. 2019. Diagenetic response on thermal evolution events and high geothermal gradients in the southern pear river mouth basin and its enlightenment to hydrocarbon exploration. Acta Petrolei Sinica, 40(S1): 90~104 (in Chinese with English abstract).
-
Ma Xiaoxiao. 2019. Oil yeild heterogeneity characterization of Paleogene lacustrine shales, eastern China. Doctoral dissertation of China University of Petroleum, Beijing (in Chinese with English abstract).
-
Meng Fanchao, Cui Yan, Zhang Yuejing, Wang Lin, Du Qing, Liu Haoyi, Zuo Gengchao, Tian Yulu. 2020. Geochemical characteristics of abiogenic gas in the quartz veins in the basement rocks of the Songliaobasin and their indicative significance. Natural Gas Industry, 40(10): 29~37 (in Chinese with English abstract).
-
Meng Qi'an, Lin Tiefeng, Zhang Jinyou, Liu Zhao, Lv Jiancai, Cheng Xinyang. 2022. In-situ accumulation process and reservoir characteristics of shale oil: A case study of Gulong shale oil in Songliaobasin. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 41(3): 24~37 (in Chinese with English abstract).
-
Meng Yuanlin, Xiao Lihua, Yin Xiulan, Li Chen, Qin Jianzhong, Feng Wenyan. 2003. The activity of high-temperature hydrothermal fluids and the formation of the hydrocarbon reservoirs in the Wen'an slope of the Bohaiwan basin, Acta Petrologica Sinica, 19(2): 337~347 (in Chinese with English abstract).
-
Mi Jingkui, Zhang Shuichang, Tao Shizhen, Liu Ting, Luo Xia. 2008. Genesis and accumulation period of the CO in Changling fault depression of Songliao basin, northeastern China. Natural Gas Geoscience, 19(4): 452~456 (in Chinese with English abstract).
-
Moreira L, Bruno E T, Leonardo R S P, Andre L S, Roberto V V, Joselito C P G, Jarbas V D R, Luiz F. 2020. Deep-burial hydrothermal alteration of the pre-salt carbonate reservoirs from northern Campos basin, offshore Brazil: Evidence from petrography, fluid inclusions, Sr, C and O isotopes. Marine and Petroleum Geology, 113.
-
Romero-Sarmiento M F, Pillot D, Letort G, Lamoureux-Var V, Beaumont V, Huc A Y, Garcia B. 2016. New Rock-Evalmethod for characterization of unconventional shale resource systems. Oil & Gas Science and Technology-Revue d'IFP Energies Nouvelles, 71(3): 37.
-
She Min, Shou Jianfeng, Shen Anjiang, Pan Liyin, Hu Anping, Hu Yuanyuan. 2016. Experimental simulation of dissolution law and porosity evolution of carbonate rock. Petroleum Exploration and Development, 43(4): 564~572 (in Chinese with English abstract).
-
Sugisaki R, Mimura K. 1994. Mantle hydrocarbons: Abiotic or biotic? Geochimica et Cosmochimica Acta, 58(11): 2527~2542.
-
Sun Longde. 2020. Gulong shale oil (generation sequence). Petroleum Geology& Oilfield Development in Daqing, 39(3): 1~7 (in Chinese with English abstract).
-
Sun Yongchuan, Chen Honghan, Li Huisheng, Lu Yongchao. 1995. Thermal fluid flows and their organic/inorganic responsesin YAB-1 gas field of Yinggehai-Qiongdongnan basins, South China Sea. Earth Sciences Journal of China University of Geosciences, 20(3): 276~282 (in Chinese with English abstract).
-
Wang Pujun, Zhao Ranlei, Meng Qi'an, Qu Xuejiao, Zhu Defeng, Gao Youfeng. 2015. The Cretaceous Songliao basin: Dynamic background from volcanic rift to interior sag basin. Earth Science Frontiers, 22(3): 99~117 (in Chinese with English abstract).
-
Wang Yuewen, Chen Baiju, Chen Junliang, Cao Weifu, Niu Wen, Jia Qiong. 2022. Roof and floor faults seal of Gulong shale oil reservoir in Songliao basin and optimization of favorable areas for oil and gas accumulation. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 41(3): 53~67 (in Chinese with English abstract).
-
Wei Wei, Zhu Xiaomin, Tan Mingxuan, Wu Chenbingjie, Xue Mengge, Guo Dianbin, Jiang Feihu, Lv Sihan. 2017. The Early Cretaceous thermal fluid activities and their impacts on clastic reservoir rocks in the Bayingebi Formation of Chagan sag. Oil & Gas Geology, 38(2): 270~280 (in Chinese with English abstract).
-
Xiang Caifu, Feng Zhiqiang, Wu Heyong, Pang Xiongqi, Li Junhong. 2006. Three abnormal pressure systems developed in the Songliao basin Northeast China and their genesis. Acta Geologica Sinica, 80(11): 1752~1759 (in Chinese with English abstract).
-
Xie Xinong, Li Sitian, Dong Weiliang, Zhang Minqiang, Yang Jihai. 1999. Trace marker of hot fluid flow and their geological implications—A case study of Yinggehai basin. Earth Science, (2): 75~80 (in Chinese with English abstract).
-
Xie Xinong, Jiang Tao, Wang Hua, Lu Yongchao, Xie Yuhong. 2006. Expulsion of cover pressured fluid revealed by geochemistry of formation water in the dirpiric structures of Yinggehai basin. Acta Petrologica Sinica, 22(8): 2243~2248 (in Chinese with English abstract).
-
Xie Xinong, Cheng Jianmei, Meng Yuanlin. 2009. Basin fluid flow and associated diagenetic processes. Acta Sedimentologica Sinica, 27(5): 863~871 (in Chinese with English abstract).
-
Yang Ping, Xie Yuan, Wang Zhengjiang, Li Qiyan, Liu Jiahong, Zhang Di, Yang Zhi, Yin Feng. 2014. Fluid activity and hydrocarbon accumulation period of Sinian Dengying Formation innorthern Guizhou, South China. Petroleum Exploration and Development, 41(3): 313~322+335 (in Chinese with English abstract).
-
Yu Zhichao. 2010. The Paleogene thermal fluid activities and their impact on clastic reservoir in Qikou sag. Master's thesis of Jilin University (in Chinese with English abstract).
-
Yu Zhichao, Liu Li, Sun Xiaoming, Qu Xiyu, Yu Mia. 2012. Evidence of Paleogenethermal fluid activities and their impact on porosity-permeability of reservoir in Qikou sag. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 42(S3): 1~13 (in Chinese with English abstract).
-
Yuan Jing, Zhou Tao, Zhao Guanghao. 2023. Identification marks of deep thermal fluid activity and its effect on reservoir transformation. Acta Geologica Sinica, 97(6): 2067~2083 (in Chinese with English abstract).
-
Zhang Bowei, Zhang Juhe, Feng Zihui, Zeng Huasen, Huo Qiuli, Zhang Kun. 2021. Geological conditions and resource potential for the formation of light crude oil from Gulong shale in Qingshankou Formation, Songliao basin. Acta Petrolei Sinica, 42(12): 15 (in Chinese with English abstract).
-
Zhang Huolan, Xie Jinyou, Liu Yi, Yuan Chao. 2014. Controlling factors of storage capacity differences of Huangliu Fm sandstone in XF area of the Yinggehai basin and their geologic significance. Natural Gas Industry, 34(5): 43~48 (in Chinese with English abstract).
-
Zhang Shuichang, Zhu Guangyou. 2007. Distribution of large and medium-sized gas fields and genesis of natural gas in sedimentary basins of China. Scientia Sinica (Terrae), 37(S2): 1~11 (in Chinese with English abstract).
-
Zhao Jingzhou, Li Jun, Xu Zeyang. 2017. Advances in the origin of overpressures in sedimentary basins. Acta Petrolei Sinica, 38(9): 973~998 (in Chinese with English abstract).
-
Zhou Liqing, Jin Zhijun. 2009. Formation and distribution features of the abiogenic gas pools and their exploration strategies in the Songliao basin. Petroieum Geology & Experiment, 31(1): 12~18 (in Chinese with English abstract).
-
Zuo Yinhui, Qiu Nansheng, Hao Qingqing, Pang Xiongqi, Gao Xia, Wang Xuejun, Luo Xiaoping, Zhao Zhongying. 2015. Geothermal regime and source rock thermal evolution in the Chagan sag, Inner Mongolia, northern China. Marine and Petroleum Geology, 59: 245~267.
-
Zhu Dongya, Meng Qingqiang. 2010. Genesis of pyrite in Ordovician carbonate of the Tarim basin. Acta Petrologica et Mineralogica, 29(5): 516~524 (in Chinese with English abstract).
-
陈彬滔， 潘树新， 方乐华， 张庆石， 李成刚， 梁苏娟. 2016. 松辽盆地齐家-古龙凹陷青山口组泥页岩层段储层特征. 天然气地球科学， 27(2): 298~308.
-
程银行. 2019. 松辽盆地晚白垩世以来沉积充填及构造演化研究. 中国地质大学(北京)博士学位论文.
-
冯子辉, 方伟, 李振广, 王雪, 霍秋立, 黄春艳, 张居和, 曾花森. 2011. 松辽盆地陆相大规模优质烃源岩沉积环境的地球化学标志. 中国科学: 地球科学, 41(9): 1253~1267.
-
付晓飞， 宋岩. 2005. 松辽盆地无机成因气及气源模式. 石油学报， 26(4): 23~28.
-
付晓飞， 沙威， 王磊， 刘晓波. 2010. 松辽盆地幔源成因CO2气藏分布规律及控制因素. 吉林大学学报(地球科学版)， 40(2): 253~263.
-
付晓飞， 石海东， 蒙启安， 柳波， 梁江平， 贺君玲， 冉清昌， 巩磊， 贾茹. 2020. 构造和沉积对页岩油富集的控制作用——以松辽盆地中央坳陷区青一段为例. 大庆石油地质与开发， 39(3): 56~71.
-
高波， 陶明信， 王万春. 2001. 深部热流体对油气成藏的影响. 矿物岩石地球化学通报， (1): 30~34.
-
何文渊, 崔宝文, 王凤兰, 王永卓, 蒙启安, 张金友, 邵红梅, 王瑞, 白云风, 林旭东, 赵莹, 孙宝刚, 付秀丽, 徐庆霞, 崔坤宁, 钟建华, 高剑波, 孙宁亮, 毛毳, 邵珠福, 倪良田, 宋全友, 薛纯琦, 郝兵, 圣朋朋, 张继震, 王宇航, 张文鑫. 2022a. 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组储集空间与油态研究. 地质论评, 68(2): 693~741.
-
何文渊， 冯子辉， 张金友， 白云风， 付秀丽， 赵莹， 程心阳， 高波， 刘畅. 2022b. 松辽盆地北部古龙凹陷古页8HC井地质剖面特征. 油气藏评价与开发， 12(1): 1~9.
-
胡文瑄. 2016. 盆地深部流体主要来源及判识标志研究. 矿物岩石地球化学通报， 35(5): 817~826+806.
-
胡永亮， 王伟， 周传明. 2020. 沉积地层中的黄铁矿形态及同位素特征初探——以华南埃迪卡拉纪深水相地层为例. 沉积学报， 38(1): 138~149.
-
郇金来， 漆智， 杨朝强， 吴倩， 甘永年， 王瑞丽. 2016. 莺歌海盆地东方区黄流组一段储层成岩作用机理及孔隙演化. 地质科技情报， 35(1): 87~93.
-
黄建国. 2017. 古龙地区青山口组泥页岩储层裂缝发育特征及主控因素. 东北石油大学硕士学位论文.
-
黄志龙， 朱建成， 马剑， 吴红烛， 张伙兰. 2015. 莺歌海盆地东方区高温高压带黄流组储层特征及高孔低渗成因. 石油与天然气地质， 36(2): 288~296.
-
雷振宇， 解习农， 黄卫， 杜学斌， 王伟， 王维安， 焦金鹤， 魏巍. 2012. 松辽盆地齐家古龙凹陷—三肇凹陷中浅层异常压力系统特征. 吉林大学学报(地球科学版)， 42(S1): 96~104.
-
李红， 王良军， 柳益群， 曾韬， 张冬冬， 李文厚， 周鼎武， 杨康， 董杨坤， 彭毅峰. 2021. 四川盆地东部中二叠统茅口组热液活动特征. 古地理学报， 23(1): 153~174.
-
林铁锋. 2009. 松辽盆地晚期构造反转与油气成藏效应. 中国地质大学(北京)博士学位论文.
-
鲁雪松， 宋岩， 柳少波， 洪峰， 付晓飞. 2008. 幔源CO2释出机理、脱气模式及成藏机制研究进展. 地学前缘， 15(6): 293~302.
-
罗静兰， 何敏， 庞雄， 李弛， 柳保军， 雷川， 马永坤， 庞江. 2019. 珠江口盆地南部热演化事件与高地温梯度的成岩响应及其对油气勘探的启示. 石油学报， 40(S1): 90~104.
-
马晓潇. 2019. 中国东部古近系陆相页岩含油非均质性表征方法研究. 中国石油大学(北京)博士学位论文.
-
蒙启安， 林铁锋， 张金友， 刘召， 吕建才， 程心阳. 2022. 页岩油原位成藏过程及油藏特征——以松辽盆地古龙页岩油为例. 大庆石油地质与开发, 41(3): 24~37.
-
孟凡超， 崔岩， 张曰静， 王林， 杜青， 刘浩毅， 左耿超， 田雨露. 2020. 松辽盆地基底石英脉中无机成因气的地球化学特征及指示意义. 天然气工业， 40(10): 29~37.
-
孟元林， 肖丽华， 殷秀兰， 李臣， 秦建忠， 冯文彦. 2003. 渤海湾盆地文安斜坡高温热流体活动与油气藏形成. 岩石学报， 19(2): 337~347.
-
米敬奎， 张水昌， 陶士振， 刘婷， 罗霞. 2008. 松辽盆地南部长岭断陷CO2成因与成藏期研究. 天然气地球科学， 19(4): 452~456.
-
佘敏， 寿建峰， 沈安江， 潘立银， 胡安平， 胡圆圆. 2016. 碳酸盐岩溶蚀规律与孔隙演化实验研究. 石油勘探与开发， 43(4): 564~572.
-
孙龙德. 2020. 古龙页岩油(代序). 大庆石油地质与开发， 39(3): 1~7.
-
孙永传， 陈红汉， 李蕙生， 陆永潮. 1995. 莺-琼盆地YA13-1气田热流体活动与有机/无机成岩响应. 地球科学： 中国地质大学学报， 20(3): 276~282.
-
王璞珺， 赵然磊， 蒙启安， 瞿雪姣， 朱德丰， 高有峰. 2015. 白垩纪松辽盆地: 从火山裂谷到陆内拗陷的动力学环境. 地学前缘， 22(3): 99~117.
-
王跃文， 陈百军， 陈均亮， 曹维福， 牛文， 贾琼. 2022. 松辽盆地古龙页岩油层顶底板断层封闭性及油气聚集有利区优选. 大庆石油地质与开发， 41(3): 53~67.
-
魏巍， 朱筱敏， 谈明轩， 吴陈冰洁， 薛梦戈， 国殿斌， 蒋飞虎， 吕思翰. 2017. 查干凹陷早白垩世热流体活动的证据及其对巴音戈壁组碎屑岩储层的影响. 石油与天然气地质， 38(2): 270~280.
-
向才富， 冯志强， 吴河勇， 庞雄奇， 李军虹. 2006. 松辽盆地异常压力系统及其形成原因探讨. 地质学报， 80(11): 1752~1759.
-
解习农， 李思田， 董伟良， 张敏强. 1999. 热流体活动示踪标志及其地质意义——以莺歌海盆地为例. 地球科学， (2): 75~80.
-
解习农， 姜涛， 王华， 陆永潮， 谢玉洪. 2006. 莺歌海盆地底辟带热流体突破的地层水化学证据. 岩石学报， (8): 2243~2248.
-
解习农， 成建梅， 孟元林. 2009. 沉积盆地流体活动及其成岩响应. 沉积学报, 27(5): 863~871.
-
杨平， 谢渊， 汪正江， 李奇艳， 刘家洪， 张娣， 杨智， 印峰. 2014. 黔北震旦系灯影组流体活动与油气成藏期次. 石油勘探与开发， 41(3): 313~322+335.
-
于志超. 2010. 歧口凹陷古近纪热流体活动及其对碎屑岩储层的影响. 吉林大学硕士学位论文.
-
于志超， 刘立， 孙晓明， 孙晓明， 曲希玉， 于淼. 2012. 歧口凹陷古近纪热流体活动的证据及其对储层物性的影响. 吉林大学学报(地球科学版)， 42(S3): 1~13.
-
袁静， 周涛， 赵广昊. 2023. 深部热流体活动的识别标志及其对储层的改造作用. 地质学报， 97(6): 2067~2083.
-
张博为， 张居和， 冯子辉， 曾花森， 霍秋立， 张琨. 2021. 松辽盆地青山口组古龙页岩轻质原油形成地质条件与资源潜力. 石油学报， 42(12): 15.
-
张伙兰， 谢金有， 刘亿， 袁超. 2014. 莺歌海盆地XF区黄流组砂岩储集性能差异的控制因素及其地质意义. 天然气工业， 34(5): 43~48.
-
张水昌， 朱光有. 2007. 中国沉积盆地大中型气田分布与天然气成因. 中国科学(D辑: 地球科学), 37(S2): 1~11.
-
赵靖舟， 李军， 徐泽阳. 2017. 沉积盆地超压成因研究进展. 石油学报， 38(9): 973~998.
-
周荔青， 金之钧. 2009. 松辽盆地无机成因气藏形成分布特征及勘探方向. 石油实验地质， 31(1): 12~18.
-
朱东亚， 孟庆强. 2010. 塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩中黄铁矿的成因. 岩石矿物学杂志, 29(5): 516~524.
-
摘要
为了解松辽盆地热流体的活动范围和特征，分析热流体活动对储层物性的影响以及其与现今超压的关系，本文通过铸体薄片、扫描电镜、电子探针、黏土矿物XRD、包裹体均一温度、镜质组反射率、岩石热解参数及碳酸盐胶结物的碳、氧同位素等分析测试方法，结合前人研究成果，对松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩开展了相关研究。结果表明，在与构造热事件和岩浆活动相关的热流体影响下，储层表现出镜质组反射率与岩石热解参数异常、自生黏土矿物转化速率加快、大量流体包裹体均一温度高于地层最大埋深温度、碳酸盐胶结物的δ18O和自生黄铁矿的δ34S值与岩浆岩同位素区间值重合、热液矿物组合发育等特点。古龙凹陷深部热流体的主要活动范围在2000 m以下。青山口组页岩的高孔、高渗带与热流体活动段和超压发育带吻合。热流体活动伴随大量无机CO2侵入页岩储层中，在一定程度上抑制了碳酸盐胶结作用，促进了易溶矿物的溶解，导致储层中次生孔隙发育，从而改善了页岩储层的物性。此外，热流体活动加速了有机质的热演化，促使烃源岩大量生烃，提高了烃源岩的产烃能力。目前古龙凹陷地层的异常压力主要归因于生烃膨胀作用，热流体活动及其水热增温对维持超压也有一定贡献。
Abstract
To understand the activity range and characteristics of hydrothermal fluids in the Songliao basin and analyze their influence on the porosity-permeability of the shale reservoir,as well as their relationship with present-day overpressure, this study focuses on the Qingshankou Formation shale in the Gulongsag. Our research combines microscopic and scanning electron microscope observations, electron probe measurement, XRD analyses of clay minerals, homogenization temperature and Laser Raman spectroscopy of fluid inclusions, vitrinitereflectance, rock pyrolysis, and carbon and oxygen isotope analysis of carbonate cement. We integrate these findings with previous research results. Our results show that hydrothermal fluids, associated with tectonothermal events and magmatic activity, have significantly impacted the shale reservoir. This is evidenced by anomalies invitrinite reflectance and rock pyrolysis parameters, accelerated transformation rates of authigenic clay minerals, and a higher fluid inclusion homogenization temperature than expected based on maximum buried depth. The δ18O values of carbonate cement and δ34S values of authigenic pyrite are consistent with those of magmatic rocks,further supporting the influence of hydrothermal fluids. We identified a typical hydrothermal mineral assemblage in the shale, suggesting that deep hydrothermal fluid activity primarily occurred below 2000 m. The zones of high porosity and permeability in the Qingshankou shale coincide with zones of hydrothermal fluid activity and overpressure development. The intrusion of hydrothermal fluids, rich in inorganic CO2, inhibited carbonate cementationto some extent and promoted the dissolution of soluble minerals, leading to the formation of secondary pores and improving the physical properties of the shale reservoirs. Meanwhile, hydrothermal activity accelerated the thermal maturation of organic matter,enhancing hydrocarbon generation from the source rocks and increasing its hydrocarbon production capacity. We propose that the abnormal pressure in the Gulong sag is mainly due to hydrocarbon-generating expansion, with hydrothermal activity and its associated heating effect also contributing to the maintenance of overpressure.
