松辽盆地油气差异富集的主控因素

Key factors controlling the differential enrichment of oil and gas in the Songliao Basin

摘要

松辽盆地是中国最重要的油气生产基地之一,陆相油气资源极其丰富,但98%以上的油气资源富集在中央坳陷区,且具有下白垩统富气、上白垩统富油的油气分布格局。本文以多圈层驱动油气形成与富集理论为指导思想,通过系统解析松辽盆地的深部动力活动和构造演化过程、古气候演变和多尺度水循环机制、生物群演化和烃源岩发育模式、油气生成和成藏富集规律,取得三项认识。(1)深部动力过程是盆地构造演化与油气差异富集的主控因素。古亚洲洋东段闭合和微陆块拼贴形成上古生界沉积和火山岩基底,中亚造山带东段地壳重力坍塌形成陆内宽裂谷盆地,古西太平洋板块和伊邪那岐板块俯冲动力驱动盆地构造沉积演化,在同裂谷期断陷环境和后裂谷期坳陷环境形成两套陆相含油气系统,这是中央坳陷区油气高度富集的根本原因。(2)区域环境和母源生物演变决定了下白垩统煤系和上白垩统湖相烃源岩的生烃潜力。火山活动影响了关键营养物供应和水迁移,深部和天文动力联合驱动了多尺度水循环和湖平面升降,有机质生源由断陷期陆生高等植物为主转变为坳陷期水生微生物为主,海侵事件进一步促进有机质生产与保存,最终导致煤系烃源岩易生气和湖相烃源岩易生油的生烃潜力差异。(3)生烃和成藏过程影响了油气分布格局和资源类型。西太平洋板块俯冲造就的盆地高地温有利于油气快速生成和运移,上白垩统烃源岩和储层、圈闭、输导体系的优质匹配形成了常规油-致密油-页岩油的有序分布,下白垩统烃源岩长期热演化生成的天然气在不同储集体中形成了碎屑岩气藏-煤岩气藏-火山岩气藏,基底及上古生界是深层天然气勘探的新领域。本文阐明了多圈层相互作用对松辽盆地油气形成和富集的驱动机制,实现了油气系统研究从传统的成因描述到过程解析的跨越。在松辽盆地“常规与非常规并重、浅层与深层气并举”的油气勘探新阶段,有必要深入剖析油气差异富集的内在逻辑和主控因素,为未来的油气勘探开发取得重大突破提供全新的理论先导。

Abstract

The Songliao Basin is a critical petroleum province in China, hosting exceptionally abundant continental hydrocarbon resources. A key scientific question is why over 98% of these resources are concentrated in the Central Depression and exhibit a distinct depth-dependent phase distribution: gas-rich in the Lower Cretaceous and oil-rich in the Upper Cretaceous. Based on the concept of multi-spheric interactions driving hydrocarbon formation and enrichment, this study systematically analyzes the basin’s deep dynamics, paleoclimate, biotic evolution, and hydrocarbon generation-accumulation processes. We present three key findings: (1) Deep dynamic processes primarily controlled the tectonic evolution and differential hydrocarbon enrichment. The closure of the eastern paleo-Asian Ocean and accretion of microcontinental blocks formed a late Paleozoic sedimentary-volcanic basement. Gravitational collapse of the eastern Central Asian Orogenic Belt then created a wide intracontinental rift. Subsequently, subduction of the paleo-West Pacific and Izanagi plates drove the basin’s tectonic-sedimentary evolution, which collectively led to the development of two continental petroleum systems in syn-rift and post-rift settings the fundamental reason for hydrocarbon concentration in the Central Depression. (2) Palaeoenvironment and precursor biota determined the source rock potential. Volcanic activity influenced nutrient supply and hydrological cycles. Multi-scale water cycles and lake-level fluctuations were driven by both deep Earth processes and astronomical forcing. The dominant organic matter precursors shifted from terrestrial higher plants during rifting to aquatic microorganisms during the sag phase, with marine incursions further affecting production and preservation. These factors ultimately resulted in Lower Cretaceous coal-bearing source rocks being primarily gas-prone, while Upper Cretaceous lacustrine source rocks are predominantly oil-prone. (3) Hydrocarbon generation and accumulation processes governed the resource distribution pattern. A high geothermal background, resulting from West Pacific Plate subduction, promoted rapid hydrocarbon generation and expulsion. Optimal coupling between Upper Cretaceous source rocks and reservoirs, traps, and carrier systems formed an orderly distribution of conventional, tight, and shale oil. Long-term thermal maturation of Lower Cretaceous source rocks generated natural gas accumulated in clastic, coal-measure, and volcanic reservoirs. The basement and upper Paleozoic strata represent a significant new frontier for deep gas exploration. This study elucidates the driving mechanisms of multi-spheric interactions for hydrocarbon formation and enrichment in the Songliao Basin, advancing the study of its petroleum systems from a traditional genetic description to a dynamic process analysis. The insights gained into the logic and controls of differential enrichment provide a new theoretical framework to guide future exploration targeting both conventional and unconventional resources across shallow and deep horizons.

Graphical abstract

关键词

多圈层相互作用 / 白垩纪 / 深部动力过程 / 松辽盆地 / 烃源岩 / 含油气系统

Key words

multi-spheric interaction / Cretaceous / deep dynamic process / Songliao Basin / source rock / petroleum system

0 引言

地球多圈层驱动的油气形成与富集理论已成为地球科学研究的前沿方向,有望为油气勘探的成熟区挖潜和新区带评价提供全新理论范式^[1]。松辽盆地位于中国东北的大兴安岭、小兴安岭和张广才岭之间(图1),面积约26×10⁴ km²,是富油气的超级盆地^[2]。截至2023年底,松辽盆地常规石油探明储量超过86×10⁸ t,其中北部(大庆油田探区)超71×10⁸ t^[3],南部(吉林油田探区)超15×10⁸ t^[4];页岩油预测资源量超172×10⁸ t,其中北部155.6×10⁸ t^[3],南部16.8×10⁸ t^[4];天然气探明储量超8 000×10⁸ m³,其中北部超6500×10⁸ m^{3 [5]},南部超1 500×10⁸ m^3[4]。松辽盆地可分为6个一级构造单元,即中央坳陷区、西部斜坡区、北部倾没区和东北、东南、西南3个隆起区,其中中央坳陷区以不足1/6的盆地面积占比,聚集了98%以上的油气资源(图1^[6])。松辽盆地的油气差异富集并非偶然,而是蕴含着多圈层驱动油气形成和富集的作用机制和内在逻辑。

长期以来,松辽盆地都是我国石油地质理论创新和实践应用的策源地。1959年,位于中央坳陷区长垣构造的松基3井喷出工业油流,发现了大庆油田,证实了陆相生油理论的科学性,激发了全国石油勘探热情^[7];2020年,位于中央坳陷区古龙凹陷的古页油平1井试油成功并取得高产,发现了古龙页岩油,证实了陆相页岩是良好的产油层^[8],标志着中国陆相页岩油革命的崭新开始。历经60多年持续勘探开发,松辽盆地常规石油产量已突破26×10⁸ t,但年产量从6 000×10⁴ t峰值降低至2024年的3 300×10⁴ t;古龙页岩油则实现连续3年产量翻番的跨越式发展,2025年产量超100×10⁴ t;天然气年产量实现连续14年稳定增长,2024年首次突破70×10⁸ m³;深层煤层气和稀贵气体(氢气和氦气等)有望成为天然气勘探开发的新战场。目前,松辽盆地油气勘探开发已全面进入“常规与非常规并重、浅层与深层并举”的新阶段^[4-5],但依然横亘着众多地质理论与工程技术难题。如何实现松辽盆地多类型油气资源的快速探明与高效开发,已成为保障国家能源安全与推动老油区可持续发展的迫切需求。

基于经典石油地质学的“生—储—盖—圈—运—保”,前人对松辽盆地油气成藏特征与分布规律开展了大量研究,基本明确了盆地断陷期沙河子组和坳陷期青山口组是已发现油气的主力烃源岩,下白垩统营城组火山岩和上白垩统泉头组至嫩江组砂岩为主要储层,与砂岩互层的泥页岩为有效盖层^[2,9]。在高地温梯度和坳陷沉降阶段,油气大量生成,运移至大型构造和地层圈闭(如火山机构、长垣背斜)中富集成藏,并保存至今,使得松辽盆地整体表现为下部富气、上部富油的特点^[2,9]。为寻找新领域、新类型的油气资源,支撑松辽盆地油气可持续生产,当前研究仍主要依据经典石油地质学理论,聚焦单一资源类型分析^[10-14],一定程度上限制了对盆地内油气资源的整体认识。全油气系统理论的提出和应用有助于揭示盆地内常规-非常规油气有序共生机制^[3,9],但仍聚焦浅表沉积物的单一圈层,缺乏对多圈层耦合驱动下油气差异富集机制的系统解析,也限制了对未知领域的探索深度。本文以多圈层驱动油气形成与富集理论为指导思想,通过系统解析松辽盆地的深部动力活动和构造演化过程、古气候演变和多尺度水循环机制、生物群演化和烃源岩发育模式、油气生成和成藏富集规律,揭示多类型油气资源同盆共生和差异富集的动力过程和主控因素,期望能为松辽盆地全层系立体式油气勘探开发提供理论支撑。

1 深部动力过程控制盆地构造演化和油气富集场所

盆地是油气形成和富集的场所。20世纪20年代,囿于“石油主要来自于海相沉积物”的学说^[15],美国地质学家布莱克韦尔德(Eliot Blackwelder)提出松辽盆地为中—新生代陆相盆地,不利于石油聚集和保存^[16]。20世纪40年代,陆相生油理论的提出和早期实践证明陆相沉积盆地可以形成大规模油气聚集^[17],由此掀起了对松辽盆地的构造属性及演化历史的长期研究热潮。

1.1 松辽盆地构造属性的长期争议和合理解释

20世纪50年代,李四光、黄汲清等提出松辽盆地为新华夏系第二沉降带或东北准地台的陆内坳陷盆地^[18-19]。20世纪60—70年代以来,板块构造理论的提出和应用使得盆地研究开始跳出盆地现有特征,从板块运动驱动盆地演化的角度进行动力学解读,先后提出松辽盆地是太平洋板块俯冲形成的断陷盆地^[20]或弧后裂谷盆地^[21]、华北与西伯利亚克拉通碰撞造山后形成的陆内裂谷盆地^[22]、古西太平洋(或伊邪那岐,Izanagi)板块俯冲形成的主动裂谷盆地^[23]、蒙古-鄂霍茨克海俯冲形成的弧后裂谷盆地^[24]、伊邪那岐板块斜向俯冲与蒙古-鄂霍茨克海板块消亡联合作用形成的断陷盆地^[25]、古西太平洋板块俯冲导致郯庐断裂带右旋走滑形成的走滑-拉分盆地^[26]等多种观点。也有研究强调深部地幔过程的主导作用,提出松辽盆地是地幔物质上涌导致大兴安岭火山岩穹窿坍塌形成的主动裂谷盆地^[27]、地幔柱上升形成的伸展性主动裂谷盆地^[28]等观点。

近年来的研究逐步明确,松辽盆地的形成和演化受古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和西太平洋三大构造域的叠加影响^[6,29]。根据东北亚地区深部动力学过程及其地表响应,Meng等^[29]、Feng和Graham^[6]将先前看似矛盾的多种观点整合到一个统一的、层次分明的动力学模型中,强调古亚洲洋、华北和西伯利亚克拉通、蒙古-鄂霍茨克洋和西太平洋在不同地质时期的叠加影响,认为松辽盆地经历了早白垩世巴雷姆期(Barremian,125.77~121.4 Ma)至晚白垩世圣通期(Santonian, 85.7~83.6 Ma)的宽裂谷盆地、坎潘期(Campanian,83.6~72.2 Ma)至古新世丹麦期(Danian,66~61.66 Ma)中期(约64 Ma)的前陆盆地演化后,在新生代发生了整体抬升和构造反转,目前处于萎缩消亡阶段。松辽宽裂谷盆地的形成与中亚造山带东部地壳的加厚加热坍塌有关^[29],西太平洋板块俯冲动力变化则导致盆地发生多期构造演化^[6](图2a^[30-31])。与松辽盆地类似的是蒙古-鄂霍茨克缝合线以南,华北克拉通以北的大三江、海拉尔、二连等中大型盆地;而华北克拉通北缘的京西、滦平、朝阳、阜新等众多小盆地属于古西太平洋俯冲板块撕裂后发生岩浆底侵和上地壳熔融形成的主动裂谷盆地,华北克拉通东缘的合肥、胶莱和韩国庆尚盆地则属于古西太平洋俯冲板块回撤导致地壳拉伸和软流圈上涌形成的被动裂谷盆地,在动力学过程和构造属性上与松辽盆地都有着明显差异(图2b)^[29]。该动力学模型成功调和了有关松辽盆地伸展的主动性与被动性、动力源的深部地幔与板块边缘之间的争论,对东北亚地区广泛而复杂的地质现象给出了统一且自洽的解释。

1.2 古亚洲洋闭合和微陆块拼贴构成盆地基底

古亚洲洋是中元古代中期—古生代(1.35~0.25 Ga)位于西伯利亚与华北、塔里木以及众多微陆块之间的巨大古海洋,在其漫长的俯冲消减和碰撞闭合过程中,通过一系列复杂的板块汇聚和增生碰撞作用形成一个巨型的增生型造山带,即中亚造山带(又名阿尔泰型造山拼贴体,Altaids)^[30,32](图2a)。松辽盆地位于中亚造山带东部,基底主体由松辽地体构成,西北部与兴安增生地体(地貌表现为大兴安岭)以黑河—贺根山缝合线相接,西部与佳木斯地体(西南部分地貌表现为张广才岭)以牡丹江缝合线相接,南部则与华北克拉通北缘以索伦—西拉木伦河—长春—延吉缝合线相接^[31](图2b)。

松辽盆地基底火山岩和花岗岩的最大年龄可达(1 873±13) Ma、(1 839±7) Ma、(1 808±21) Ma^[33-34],表明盆地基底形成可追溯至古元古代,可能与华北克拉通北缘1 850 Ma变质事件^[35]具有一定亲缘关系。然而,松辽盆地基底火山岩和花岗岩的年龄绝大部分处于361~161 Ma期间,指示盆地基底的拼贴和稳定发生在石炭纪—中侏罗世^[36]。黑河—贺根山缝合线和牡丹江缝合线是古亚洲洋东部的两个分支(黑河-嫩江洋、牡丹江洋或黑龙江洋或阿穆尔洋)先后闭合的产物^[37-38]。黑河-嫩江洋闭合时间还存在争议,跨度可从中泥盆世至三叠纪,更有可能是在晚石炭世末期(约300 Ma)^[37];牡丹江洋闭合于140~130 Ma,代表着古亚洲洋最终消亡^[38]。松辽地体与南部的华北克拉通拼合于二叠纪,形成索伦—西拉木伦河—长春—延吉缝合线^[37];北部的西伯利亚克拉通右旋推动蒙古-鄂霍茨克洋于中—晚侏罗世闭合,形成蒙古—鄂霍茨克缝合线^[39](图2b)。因此,古亚洲洋东部和蒙古-鄂霍茨克洋的闭合呈现出由西向东、由南向北的“剪刀式”特征,导致松辽盆地西部和南部率先成陆,北部和东部的海洋退出则较晚。由此意味着松辽盆地基底火山岩之下发育石炭系—二叠系海相和海陆过渡相沉积,代表了全新的油气勘探领域。

1.3 中亚造山带东部坍塌形成陆内宽裂谷盆地

自二叠纪以来,西伯利亚克拉通右旋和华北克拉通左旋增强了其间松辽、兴安、佳木斯等拼贴地体的南北向挤压应力^[39];佳木斯地块向松辽地体的拼贴和牡丹江洋闭合还受到了古西太平洋板块俯冲影响,产生西向推力^[38],由此在东北亚地区形成广阔山脉和高原,即中亚造山带东段^[40](图2a)。超过50 km的加厚地壳并不稳定,中亚造山带东段自晚三叠世开始发生重力坍塌,其诱因可能包括:岩石圈分层、放射性生热元素富集导致的地壳深部加热、加厚岩石圈拆沉引发的软流圈物质上涌、古太平洋板块俯冲带来的水合作用和地幔楔熔融等^[29,40]。张广才岭和大兴安岭大量三叠纪—侏罗纪的A型花岗岩和双峰式火山岩可能与造山带塌陷期间的岩浆作用有关^[41](图2b)。

张广才岭、大兴安岭的隆升和松辽地体的相对沉降形成巨大的盆-岭构造,在厚而热的地壳之上形成一系列山间次盆,相互连通后形成统一的大盆地^[29]。松辽盆地基底花岗岩最小年龄为(161±4) Ma^[42],基底之上的火石岭组火山岩年龄被限定为(130.9±1.9) Ma^[43]至(124.2±2.0) Ma^[44]之间,期间超过30 Ma的沉积间断可能是松辽盆地动力学背景从挤压造山向伸展裂谷的转换期,深部动力环境由古亚洲洋构造域向古西太平洋构造域转换,为松辽盆地白垩系油气富集奠定了基础。

1.4 板块俯冲动力变化控制盆地构造沉积演化

自早侏罗世以来,古西太平洋板块持续向欧亚大陆东缘俯冲^[45],不仅推动了佳木斯地块与松辽地体的拼贴和牡丹江洋闭合^[38],也造成了陆地上的弧后伸展、火山喷发和断裂走滑,表现为松辽盆地沉降^[29]、大兴安岭隆升^[36]和郯庐断裂带左行平移^[46]。需要注意的是,古西太平洋板块的俯冲动力过程仍存在很多争议,但与松辽盆地构造沉积演化有很强的关联性,可能控制了松辽盆地及周缘的古地形变化和深部热体制,进而影响了区域水循环和古气候特征、古湖泊环境和生物群演化、烃源岩-储层-盖层发育,以及之后的油气生成和运移成藏,最终决定了松辽盆地的含油气系统发育和油气分布格局(图3^[2,45,47-50])。

古西太平洋板块俯冲形成的郯庐断裂带在东北地区分裂为依兰—伊通和敦化—密山两支断裂带,其中的依兰—伊通断裂带和嫩江—八里罕断裂带分别位于松辽盆地东、西两侧(图2b),且与俯冲带大致平行^[31],是影响松辽盆地构造演化和沉积充填的关键断裂带。古西太平洋板块的西北向俯冲导致上述断裂带在早白垩世发生大规模左行平移活动^[51-53],在松辽盆地内部形成一系列与断裂带平行的生长断层,表现为全盆分布的北北东-南南西向地堑和地垒(图4a^[2])。松辽盆地底部地壳熔融进一步激发了上地壳脆性变形和软流圈地幔物质上涌,形成盆内火山活动,使得厚层火山岩(如火石岭组和营城组)直接充填在地堑中,并成为沙河子组等碎屑岩沉积的主要物源(图3~5)^[54-55],对断陷期的“隆坳相间”格局起到了“填平补齐”作用。根据沙河子组火山灰锆石U-Pb年龄((118.2±1.5) Ma、(117.9±1.6) Ma、(113.9±0.9) Ma)^[56-57]和旋回地层学分析,其下段和上段沉积速率分别可以达到56 cm·ka^-1和40 cm·ka^{-1 [58]},代表了古西太平洋板块俯冲动力下的盆地快速充填,期间发育的煤和暗色泥岩是下白垩统富气的关键(图3)。

东北亚地区深部俯冲动力在早白垩世末期(约101 Ma)发生重大变化,表现为俯冲板块开始向北移动,并对大陆东部边缘发生强烈剪切作用^[29]。这可能是由于源自太平洋板块的伊邪那岐板块在约101 Ma到达东北亚大陆东部,并在渤海湾-堪察加半岛一带开始快速低角度的北北西向俯冲^[48],有别于古西太平洋板块在早白垩世的西北向俯冲^[45](图3)。俯冲板块的动力学变化对东北亚地区和松辽盆地的构造沉积环境产生了革命性影响(图4b^[54-55]):(1)应力状态由拉伸改为挤压,导致松辽盆地和东北亚地区的其他白垩纪裂谷盆地普遍出现构造反转、抬升,甚至是消亡,对应于燕山运动C幕^[29,46];(2)郯庐、依兰—伊通和敦化—密山断裂的左行走滑被重新激活^[46,59],断裂带两侧的松辽和大三江、胶莱、合肥等盆地出现后裂谷期热沉降,发育上白垩统^[29,60];(3)减弱了松辽盆地内的火山活动,形成长达25 Ma的构造宁静期,气候变化驱动的强烈大陆化学风化形成厚层土壤,为湖相富黏土页岩沉积提供物源^[61];(4)改变了松辽盆地的物源供给,周缘山脉(大兴安岭和张广才岭)和华北南部克拉通成为主要物源区^[54-55];(5)一定程度上保护了松辽盆地的刚性基底和岩石圈,使其未受到严重破坏^[29,45],进而使得盆地冷却相对缓慢,沉降速度减缓,总沉降量巨大。在上述因素的共同作用下,松辽盆地形成中央坳陷区,连续沉积的上白垩统登娄库组—嫩江组厚度达到3 000~5 000 m^[47](图5),平均沉积速率约为12~20 cm·ka^-1,且发育了青山口组和嫩江组两套优质湖相烃源岩,为盆地上白垩统富油奠定了基础(图3)。

伊邪那岐板块在白垩纪末期可能出现俯冲速度降低且角度变大,甚至出现板片回撤现象^[46]。根据板块俯冲进程和不同阶段的动力学效应,推测可能的原因包括:(1)伊邪那岐-太平洋板块的洋中脊向海沟靠近,密度低的年轻洋壳会产生巨大的浮力,导致俯冲速度降低且无法以低角度滑入地幔,转而在海沟处发生断离,形成更陡峭的俯冲角度^[62];(2)已俯冲的伊邪那岐板片在地幔过渡带发生水平铺展和堆叠,产生向后的力矩,拉动海沟向大洋方向后退,进而导致俯冲角度增大和俯冲速度降低^[63];(3)与伊邪那岐板块同步呈放射状远离太平洋板块核部的法拉隆(Farallon)和菲尼克斯(Phoenix)板块相互远离,板块背后的推挤力减弱,俯冲速度发生降低^[48]。伊邪那岐板块俯冲动力学的调整再次改变了松辽盆地的应力状态,由拉伸转为挤压,盆地发生构造反转和整体抬升,热沉降结束,并经历了前陆盆地演化^[64]。伊邪那岐板块完全俯冲消亡后,西太平洋板块俯冲启动,印度陆块与欧亚陆块开始接触碰撞,青藏高原隆升产生的远程挤压作用等的叠加影响^[65](图2a),松辽盆地再次发生整体抬升,沉积过程基本结束,转而进入剥蚀消亡阶段。直到中新世以来,西太平洋板块向欧亚陆块的俯冲再次形成弧后伸展,印度陆块与欧亚陆块碰撞的远程挤压效应减弱,由此产生的拉张应力抵消或削弱了之前的挤压应力,盆地开始局部伸展^[65]。从新近系—第四系的沉积分布来看,伸展部位主要位于盆地中部和西部,盆地东部则持续处于隆升剥蚀状态,并为盆地中部和西部的沉积提供物源供应,由此导致松辽盆地中部埋深最大,西部次之,东部最浅,进而影响了油气生成和运移成藏(图5)。

2 区域环境和母源生物演变决定烃源岩生烃潜力

烃源岩是含油气系统的核心,也是油气生成与富集的物质基础。海相烃源岩发育和油气富集的多圈层驱动机制已被多次论证^[66-70],松辽盆地已发现油气来自于白垩系陆相烃源岩,区域性更强,是否受控于类似的圈层相互作用机制仍不清楚。近年来,松辽盆地白垩纪火山活动、气候变化、湖平面升降、生物群演化和古湖泊演变等取得大量进展,为深入理解陆相烃源岩发育机制和主控因素提供了基础。

2.1 区域火山活动影响营养物供应和水迁移

松辽盆地系列科探井(SK1、SK2和SK3)的研究结果显示,下白垩统沙河子组和上白垩统青山口组、嫩江组烃源岩发育之前均发生了岩浆流出或火山喷发事件(图3),表明火山活动对烃源岩发育可能有着重要作用。目前虽有学者提出火山喷发有利于松辽盆地陆相烃源岩发育^[71-74],但大多属于思想性论证,缺乏与火山活动关联的直接证据。从营养物输入和气候变化的角度,火山活动的影响可能包括以下三个方面。

(1)增强镁、磷、铁等关键营养物输入,有利于初级生产力勃发。湖泊初级生产力勃发所需营养物只能依靠陆地风化或深部热液,与海洋可以通过大洋环流实现营养物的全球性再分配有着显著不同。光合作用生物所需要的营养物质绝大多数都可以在上地壳、大气或水中获得,但上地壳中镁(以MgO计,平均值为2.48%)、磷(以P₂O₅计,平均值为0.15%)和铁(以Fe₂O₃计,平均值为5.04%)的含量相对偏低,且多以生物活性较低的矿物结合态存在^[75],使其成为生命活动的关键限制性元素。松辽盆地火石岭组火山岩以幔源的玄武岩、玄武安山岩为主,镁(4.68%~6.03%)、磷(0.29%~0.43%)和铁(6.72%~9.65%)含量^[76]分别是上地壳的1.9~2.4倍、1.9~2.9倍和1.3~1.9倍。此类火山岩风化可以形成明显增强的营养物输入,有利于初级生产力勃发和沙河子组烃源岩发育。这一作用机制不仅可以解释促进中元古代寡营养海洋^[77]、三叠纪寡营养湖泊^[78]在火山活动后的初级生产力勃发和黑色页岩发育,还可以解释早白垩世大洋缺氧事件多发生在磷输入通量显著提升之后^[79] (图6^{[44,49-50,56-57,79-102]})。相比而言,营城组火山岩以壳源的流纹岩为主,镁(0.05%~0.18%)、磷(0.02%~0.05%)和铁(0.46%~2.63%)含量^[76]甚至低于上地壳,风化后主要输入硅质碎屑,可能是营城组火山岩喷发后未能在松辽盆地形成烃源岩的重要原因。类似情况在中亚造山带东部和华北克拉通多个裂谷盆地中普遍存在,即火石岭组及同期火山喷发后发育优质烃源岩,而营城组及同期火山喷发后的烃源岩发育则相对局限且质量较差(图6)。

(2)隐伏火山和热液活动释放盐分、营养物和还原性物质,有利于水体分层、初级生产力上升和还原环境增强。这一作用机制是否存在,还有待进一步论证。如果存在,可能对青山口组和嫩江组烃源岩发育更为重要,因为当时的火山活动未能形成溢流岩浆,碎屑物源主要来自于周缘山脉(大兴安岭和张广才岭)和华北、西伯利亚两个远端古老克拉通^[54-55](图4b)。但是,热沉降期的松辽盆地深部岩浆活动可能依然活跃,通过热液流体为湖泊提供了盐分、营养物和还原性物质。松辽盆地中央坳陷区明显的重磁异常证明深部存在高密度、高磁性的隐伏岩浆体,青山口组页岩发现的大量热液活动证据(如铅锌矿等热液型矿物)可能形成于同沉积期或后期^[103]。另外,同为优质陆相烃源岩的准噶尔盆地二叠系风城组^[104]和鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段^[105],目前均已发现有机质富集与热液活动的密切关系。

(3)释放的温室气体(如CO₂、CH₄)和气溶胶(如硫化物)有助于陆地降水量增加和湖平面升高。充足的水源供给以平衡蒸发作用,对松辽盆地的营养物输送、湖平面升高和缺氧事件形成至关重要。白垩纪温室环境的水循环效率较高,可以加速水在海洋和陆地中的分配^[106]。火石岭组及同期的火山喷发覆盖面积尚无明确统计数据,但火石岭组在盆地断陷内的覆盖面积约占盆地现今面积的40%,与营城组火山岩覆盖面积相当,在松辽盆地外围也大面积出露^[107];东北亚地区数百个断陷内的第一套沉积序列都是火石岭组同期的火山-沉积建造^[29,107]。若推测火石岭组火山喷发面积与营城组火山岩覆盖面积(230×10⁴ km²)接近,由此释放的巨量温室气体和气溶胶可能影响全球气候变化,促进OAE1a发生^[108]。火石岭组火山喷发后还出现了海平面下降,意味着更多的水从海洋转移到陆地,有利于陆地蓄水量增加。另外,全球海洋硫酸盐硫同位素(δ³⁴S)长期稳定在20‰^[109],火山活动和海底热液带来的大量幔源硫(-1.6‰<δ³⁴S<0.6‰)输入可以导致海洋硫酸盐δ³⁴S负漂移^[110]。火石岭组时期的幔源火山喷发刚好对应着全球海洋硫酸盐δ³⁴S显著负漂移(图6),可能代表了这期火山喷发增强了全球海洋硫循环扰动,也为缺氧硫化环境形成提供了必要的硫源。相比之下,营城组时期的火山喷发伴随着全球海平面上升,未出现全球海洋硫酸盐δ³⁴S负漂移(图6),意味着更多的水从陆地转移至海洋,不利于陆相烃源岩发育。在白垩纪海平面最高期(94~92 Ma),松辽盆地蓄水量较少,以浅湖和三角洲相沉积为主,未发育烃源岩;在海平面下降期(92~83 Ma),松辽盆地蓄水量明显增加,出现深湖相沉积和湖泊缺氧事件(LAEs),是优质湖相烃源岩发育的关键(图3)。

2.2 深部和天文动力联合驱动多尺度水循环

在千万年尺度上,松辽盆地的深湖和浅湖相沉积环境出现在海平面下降期,三角洲和河流相沉积则出现在海平面上升期(图3)。这种湖平面与全球海平面的反相位关系可能代表了陆相盆地对白垩纪深部动力活动和气候变化的一级响应,因为岩石圈和下地幔的含水量远远超过地表水总量,释放或存储的水可以驱动全球性的长周期水循环和海平面变化,使得长尺度(千万年至亿年)的陆地-海洋间水循环和全球海平面变化主要受控于岩石圈和下地幔的动力学和热力学行为^[106,111]。白垩纪地幔对流具有显著的先增强再减弱的变化特征,导致大量幔源物质和能量从地球深部向表层输送,与全球地表温度升高和海平面升降具有很好的对应关系^[69]。在白垩纪热室环境下,两极无永久性冰川,陆地湖泊和地下水是调控水循环的最重要储库^[106,112],由此造成大型湖泊蓄水量受海平面升降的反向约束。

在百万年尺度上,松辽盆地的水循环变化更为复杂。尤其是在晚白垩世,不仅有着湖平面升降,还存在着河流密度、沉降中心和物源供给的显著变化^[113]。具体表现在:①登娄库组沉积期水源位于南侧,盆内河流密度较小,以中央坳陷区为沉降中心,物源主要来自于大兴安岭和张广才岭;②泉头组沉积期水源位于南侧和东侧,盆内河流密度明显增加,在青山口组一段沉积期形成大型湖泊,沉降中心从中央坳陷区向东转移,物源主要来自大兴安岭和华北、西伯利亚克拉通,之后的湖平面升降并未发生物源供给的改变;③嫩江组沉积期再次形成大型湖泊,但水源位于西侧,沉降中心也向西转移,物源主要来自于张广才岭(图7^[113])。我们推测这些变化可能受到了全球性和区域性构造事件的联合影响。从全球构造看,潘基亚超大陆在晚白垩世持续裂解,陆地山脉和高原较少,行星风系盛行^[106]。处于中纬度(40°~60°N)的松辽盆地主要受费雷尔环流和西风影响,位于现今中亚地区的副特提斯海应该是松辽盆地的重要水汽来源。数值模拟和旋回地层学研究进一步显示,东亚大陆边缘在晚白垩世已经有了来自低纬度区的古季风信号^[114-115],古西太平洋也是松辽盆地的重要水汽来源。从区域构造看,大兴安岭和张广才岭作为盆地周缘山脉,可以阻挡湿润气流形成地形雨和河流,为盆地提供水和物源供给。这其中的一个关键问题是大兴安岭和张广才岭是否发生了交替隆升,进而影响了盆地周缘地形和水源供给。一个合理的解释方案是与鄂霍茨克海板块沿东亚大陆边缘自低纬度向高纬度的移动和碰撞作用有关^[113,116]。在100~90 Ma(登娄库组至青山口组二段,图7a-d),鄂霍茨克海板块与华南陆块碰撞,形成了海拔超过2 000 m的海岸山脉,增强了来自低纬度的古东亚季风对松辽盆地的水汽输送^[115-116];在88~84 Ma(青山口组三段至嫩江组一段,图7e-g),鄂霍茨克海板块沿正弦转换断层边界向东北方向平移,远离东亚陆块,海岸山脉因剥蚀导致高度降低,季风增强效应减弱,来自低纬度的水源供给减少,湖平面下降^[116-117];在84~77 Ma(嫩江组二段至四段,图7h-j),鄂霍茨克海板块和伊邪那岐板块再次沿着东亚大陆边缘向东北方向移动,并与东北亚大陆边缘发生走滑碰撞,可能导致了张广才岭隆升和盆地沉降中心西向转移^[113,116],水源供给由古西太平洋转为副特提斯海。

在十万年及以下的尺度上,松辽盆地白垩系沉积物中已发现长偏心率(E: 405 ka)、短偏心率(e: 131 ka, 124 ka, 99 ka, 95 ka)、斜率(O: 54 ka, 41 ka, 39 ka, 29 ka)、岁差(P: 24 ka, 22 ka, 19 ka, 17 ka)和偏心率振幅调制周期(2.4 Ma)、斜率振幅调制周期(1.2 Ma和173 ka)等一系列米兰科维奇旋回周期信号^{[58,61,118-121]},对应着不同尺度的沉积韵律。这是由于地球表层热量分布和蒸发-降水波动主要受太阳辐射影响,而太阳辐射通量又受地球轨道周期变化约束。轨道尺度的气候变化通过精细调控松辽盆地的降水和蒸发通量,影响了干湿气候波动、陆源输入通量、初级生产力水平和沉积速率^[114,120]。更为重要的是,青山口组烃源岩总有机碳含量(TOC)和有机碳同位素(δ¹³C_org)具有显著的173 ka周期,未发现长、短偏心率周期^[114,119];而与陆源碎屑输入有关的石英含量和黏土矿物中的伊蒙混层含量则具有显著的405 ka周期,未发现173 ka周期^[114],表现出陆源碎屑输入与湖泊生物地球化学过程的解耦特征。这可能是由于405 ka是低纬度地区季风系统的变化节律,主要控制水汽输送、陆源碎屑输入和沉积速率;而173 ka周期则主要影响关键营养物输送和有机碳循环,对初级生产力、缺氧环境形成和有机碳埋藏的影响更为重要^[114]。值得注意的是,173 ka周期虽然已在全球多个地区被发现,但多出现在斜率振幅调制序列中^[122-126], 而青山口组记录的173 ka周期同时存在于青山口组TOC的原始数据和斜率振幅调制序列,且能量很强^[114,119]。由此Huang等^[119]提出“湖泊沉积阈值响应”模式,认为173 ka周期通过“非线性”沉积过程在晚白垩世的松辽盆地得到了显著增强,进而成为控制有机碳埋藏的主控周期。这也表明与中高纬度日照量相关、受斜率周期主导的西风变化对松辽盆地有机质富集可能更为重要。为何会出现湖泊沉积阈值放大,斜率周期又在其中起到了什么作用?目前并不清楚。我们推测可能是与微生物甲烷代谢有关,因为同样在TOC的原始数据和斜率振幅调制序列中发现强烈173 ka周期的是准噶尔盆地二叠系芦草沟组^[127]。该层系与青山口组的一个重要共同点是都发生了强烈的微生物甲烷代谢,包括产甲烷作用和甲烷营养作用^[72,128]。

2.3 构造沉积环境演化影响有机质生源比例

受构造沉积环境影响,松辽盆地下白垩统沙河子组发育煤和厚层暗色泥岩,有机质主要来自于陆生高等植物,浮游藻类等水生生物的贡献相对较低^[129];上白垩统青山口组和嫩江组发育厚层黑色黏土质泥页岩,有机质主要来自于浮游藻类、细菌和古菌等微生物,陆生高等植物贡献则相对较低^[72,130]。由于高等植物生源有机质更容易生气,而微生物生源有机质更容易生油^[131],有机质生源从陆生高等植物为主向水生微生物为主的转变,是盆地构造演化和沉积环境协同作用的结果,也是导致松辽盆地上、下白垩统油气富集差异的关键因素。

(1)盆地构造演化通过影响沉积古地理与营养物供给,从根本上控制有机质生源构成。沙河子组沉积时的断陷活动在盆地内部形成地垒-地堑相间的古地理格局^[132](图4a),这种地形高差大、分割性强的环境导致湖泊范围有限,周缘陆地、河流和三角洲面积广阔。风化后的火石岭组火山岩提供的丰富营养物被优先用于支持陆上生态系统繁盛,而非输入湖泊,强化了高等植物的生态优势地位^[129]。孢粉分析结果显示,沙河子沉积期具有丰富的蕨类植物、针叶树(如松科、紫杉科、南洋杉科、红杉科)、普通苏铁和地面苔藓植物^[133],其中针叶树组合与辽西热河植物群^[134]相同,代表了热带-亚热带的气候环境。广袤的物源区和陡峭的地形坡度,使得河流系统能够将大量高等植物有机质和粗碎屑颗粒快速搬运至湖盆中(图8a);高沉积速率缩短了有机质在水体中的有氧暴露时间,有利于其保存^[129,132]。松辽盆地坳陷期的古地形趋于平坦,在青山口组一段和嫩江组一、二段沉积期,还形成广阔、稳定的深湖环境,陆地面积显著缩小^[113](图7)。湿热的气候环境和平坦的古地形导致地表化学风化强烈,形成大量黏土矿物和厚层土壤,河流搬运能力减弱,陆源有机质容易被拦截在土壤中。坳陷期的火山活动虽然相对静寂,但周缘隆起区和深部隐伏火山缓慢、持续释放的营养物可以通过地下水、河流和热液等方式输入湖泊^[103,113],为浮游藻类(如沟鞭藻和绿藻)、球形疑源类、蓝细菌等微生物勃发^[72,135]提供稳定的营养物供应(图8b),也促进了以鱼类、介形类、叶肢介为代表的松花江生物群繁盛^[136],进而使微生物生源有机质成为沉积有机质的主要来源。

(2)区域沉积环境通过影响有机质的初级生产和保存质量,从空间上调控沉积有机质的生源构成。沙河子组沉积时的湖泊水体较浅,多发育沼泽和辫状河三角洲环境,适合高等植物生长,不仅容易形成煤系地层,还可以向湖泊输入粗颗粒的陆生有机质(图8a)^[132]。来自维管植物的有机质因木质素和纤维素含量较高,形成的天然抗降解屏障可以抵御微生物及周围环境对植物组织的破坏和氧化^[137],大颗粒有机质也更容易在湖泊中沉降保存。浅湖光照深度有限,水生生物的生态空间和初级生产力水平受到限制;而且浮游生物有机质的颗粒相对较小,沉降过程中易发生化学氧化和微生物作用,导致保存效率偏低^[138]。即便在相对深水环境下,水生有机质也容易被陆生有机质稀释,无法对沉积有机质形成优势,最终形成氢指数(Hydrogen Index,HI)偏低(<200 mg HC/g TOC)、生气潜力较高的II₂-III型有机质^[129]。青山口组和嫩江组沉积时发育稳定的半深湖-深湖相环境,浮游藻类和细菌等光合作用微生物的生态空间和生产能力得到充分释放^[72,73](图8b)。这类微生物生源有机质富含类脂化合物,沉降过程中的选择性降解可以导致类脂化合物在沉积有机质中的相对富集,形成生烃潜力较高的藻类体和沥青质体等^[131]。值得注意的是,晚白垩世强烈的化学风化也使得陆源输入的黏土矿物通量大大增加,可以吸附颗粒较小的微生物生源有机质,通过物理保护降低有机质的降解效率^[139];深水环境也容易因盐度、温度和溶解氧含量等的变化形成水体分层和底水缺氧,有效抑制了穴居生物活动和微生物作用对有机质的进一步降解,最终形成HI值高(600~800 mg HC/g TOC及以上)、生油潜力高的I-II₁型有机质^[130]。另外,湖泊边缘相带沉积物因混入较多高等植物生源有机质,HI明显下降,烃源岩生油潜力具有由盆地中心向边缘逐渐变差的趋势^[140];湖平面升降导致的沉积相变化也会影响沉积有机质的丰度和生源构成(图9^[141]),进一步印证了沉积环境对有机质生源和生油气潜力的空间控制。

2.4 海侵事件影响湖泊水环境和有机质富集

湖泊作为松辽盆地有机质富集最重要的场所,自沙河子组至青山口组和嫩江组沉积期,出现了显著的缺氧、咸化程度增强的趋势,逐渐由盐度较低、整体富氧的浅湖演化为半咸水-咸水为主、氧化分层的巨型深湖^[130,132](图8)。缺氧咸化水体有利于有机质保存^[142],这一演化趋势是松辽盆地上白垩统有机质更为富集的关键环境因素。需要注意的是,湖泊扩张主要依靠大气降水和河流输送的淡水,硫酸盐含量和盐度一般很低,松辽古湖泊的演化趋势对此提出了挑战。近年来的研究显示,晚白垩世海侵事件可能对松辽古湖泊环境演化和有机质富集起到了重要作用^[73,130,143]。

在沙河子组沉积期,目前还没有发现海侵证据,低的碳酸盐岩含量(0.5%~4.4%)^[132]和低的Sr/Ba比(0.2~0.5)^[74]显示古湖泊水体盐度较低,有机质富集和保存主要依赖于水深增加导致的沉积速率降低和耗氧程度增强^[132]。值得注意的是,沙河子组碎屑岩的黄铁矿含量普遍较高,甚至可见0.4 cm厚的黄铁矿层^[132],表明古湖泊硫酸盐浓度较高。这些硫酸盐可能主要来自于火山喷发和火山岩风化后的输入,与华北和东北地区频繁的早白垩世火山活动记录相一致(图4)。虽然沙河子组深水相沉积物可能为缺氧环境,但更为广泛分布的三角洲相和浅湖相仍为弱氧化或间歇性氧化环境特征(图8a)^[74,132],表明硫酸盐还原反应主要发生在早成岩阶段,增加了对有机质的消耗。偏氧化的水体环境也会导致沉积有机质的HI下降,形成更易生气的II₂-III型有机质^[132]。

在青山口组一段和嫩江组一、二段沉积期,大量古生物(如鱼、生物标志物、钙质超微化石)和地球化学证据(如黄铁矿硫同位素、白云石锶同位素)表明当时发生了海侵事件^[144-147]。密度大、富含氧化剂(溶解氧、硫酸盐等)的海水进入湖泊深处,将破坏原有的水体环境,对有机质富集产生“双刃剑”效应(图8b)^[73,130,148]:①形成最小含氧带(oxygen minimum zone,OMZ)水体环境,有利于有机质的区域性富集,靠海一侧的底水氧化,不利于有机质保存;②改变古湖泊盐度和碱度,在贫硫酸盐水体环境中更容易因产甲烷作用生成白云石,对有机质形成稀释作用;③海侵带来的营养物(如磷)和海洋生物(如沟鞭藻、海相金藻)促进了初级生产力勃发;④海侵后的古湖泊盐度增加,更容易形成分层水体和底水缺氧环境。因此,海侵对松辽古湖泊生态环境的改变是多元的,有可能决定了优质烃源岩和生烃中心的展布,有必要对此进行深入研究。

3 生烃和成藏过程影响油气分布格局和资源类型

沉积环境演变对松辽盆地油气分布格局的影响是多角度的,除最为核心的驱动烃源岩发育外,还包括通过湖平面升降导致盆缘三角洲体系频繁进退,形成多套规模巨大的砂岩输导层和储集体,以及通过深埋和抬升过程导致烃源岩快速热成熟演化、大型构造-地层圈闭形成、垂向断裂开启和关闭^[2],最终影响了油气生成运移和富集成藏,塑造了上白垩统富油、下白垩统富气的油气分布格局。

3.1 中浅层上白垩统富油

松辽盆地坳陷期在构造和沉积作用下,逐渐在中央坳陷区形成3个凹陷区和1个凸起的地形差异,即西部的齐家—古龙凹陷、南部的长岭凹陷、东部的三肇凹陷和凹陷间的长垣凸起^[6]。持续的差异沉降导致凹陷区的烃源岩厚度大、埋深大、热演化成熟度高,成为最重要的生烃中心;长垣凸起则形成背斜构造和大型地层-岩性圈闭^[2]。西太平洋板块俯冲导致的松辽盆地岩石圈发生显著减薄,深部热流值高,晚白垩世末期—古近纪(78~64 Ma)的地温梯度最高达到49 °C/km,使得青山口组和嫩江组烃源岩可以快速进入生油期^[149]。盆地构造反转和抬升过程中还因应力方向改变,形成大量垂向断层,有利于凹陷区生成的油气在浮力作用下经断层和砂岩疏导层进行长距离的垂向和侧向运移,在凹陷区和长垣的砂岩中富集(图5),形成黑帝庙、萨尔图、葡萄花、高台子等常规油层^[3](图3)。其中,松辽盆地西部的齐家—古龙凹陷因嫩江组沉积期的沉降中心转移,易生油的青山口组烃源岩埋深最大、成熟度最高,对盆地内已发现原油的贡献最大;嫩江组烃源岩埋深较浅,成熟度较低,所生成的烃类有限,仅对黑帝庙和萨尔图油层中的石油有所贡献^[3](图3)。另外,油气生成过程中的生烃增压是一种重要的异常压力机制,不仅改善了青山口组和嫩江组的源内储集空间,形成了青山口组和嫩江组页岩油层^[150];还迫使青山口组生成的原油向下覆泉头组致密砂岩进行“非浮力”的侧向和垂向近距离运移,形成扶余、杨大城子和农安等致密油层^[3](图3)。因此,松辽盆地中浅层表现出典型的多源生烃、立体成藏、常规油-致密油-页岩油有序分布的全油气系统特点^[3,150]。

值得注意的是,古龙凹陷过成熟区的青山口组一段古龙页岩油含量具有随TOC协同变化的旋回特征,表现出显著的173 ka周期^[114]。该周期是地球和土星之间轨道倾角长期频率扰动的非常规斜率调制周期^[151],意味着地球轨道周期和太阳辐照能量通过圈层相互作用,实现从气候变化到有机质和页岩油富集的多级传递,最终影响页岩油的甜点层。由于173 ka周期对应的 12~13 m沉积厚度处于青山口组页岩压裂所生成的最优缝高范围(10~15 m)^[152-153],可考虑作为过成熟区青山口组页岩油开发的箱体高度和压裂峰高,将页岩油含量高值点作为水平井靶层。这一源于多圈层相互作用思想的油气定量预测方法十分有必要在工业界进行论证,充分评估其在页岩油勘探开发中的工程适用性与经济价值。

3.2 中深层下白垩统富气

中深层下白垩统是以沙河子组烃源岩为核心的富气系统(图3)。一方面,沙河子组烃源岩以更容易生气的Ⅲ型干酪根为主^[129];另一方面,长期的构造深埋和高的地温梯度使得下白垩统烃源岩已演化到过成熟阶段,早期生成的液态烃已全部发生热裂解,转化为干气^[2]。早白垩世断裂活动不仅直接控制了断块、断鼻等构造圈闭形成,还约束了三角洲、冲积扇等有利于形成地层圈闭的沉积体发育(图8a)^[132]。下白垩统储层以致密砂岩和火山岩为主,原岩普遍低孔低渗,但与断层相关的裂缝系统和与风化相关的不整合面极大地改善了储层的渗透率和连通性^[2,154],是天然气富集的关键。登娄库组泥页岩作为区域性盖层,也是松辽盆地上、下白垩统油气系统的关键隔层(图3)。在晚白垩世末期以来的构造反转中,松辽盆地东部斜坡区不仅被抬升剥蚀,还形成了深大断裂网络,导致下白垩统天然气可以穿越多套上白垩统泥岩盖层,在浅层砂岩储层中富集成藏^[2](图5)。近年来,下白垩统深层煤层气^[12,155]、氢气^[14,156-158]、氦气^[159-160]等资源的发现,进一步凸显了下白垩统富气系统的重大勘探价值。

3.3 基底和上古生界含气

值得关注的是,松辽盆地深层氢气包括幔源氢、水-岩反应释氢(如铁镁质岩石发生蛇纹石化)、放射性释氢等多种成因,总量可能高达万亿方^[157],且主要来源于基底。但氢气极易逃逸,如何富集成藏并形成有经济价值的矿产资源,仍值得深入研究^[161]。氦气主要来源于基底岩石中的铀、钍等元素放射性衰变,可通过深大断裂运移,作为伴生气与天然气共同富集在圈闭中^[159-160]。松辽盆地基底火山岩与深层下白垩统直接接触,两侧斜坡区埋深较浅,是寻找天然氢气藏和富氦气藏的有利方向。

大地电磁测深显示松辽盆地深部发育上古生界^[162-163],目前已有50多口钻井钻遇,并发现了上二叠统林西组烃源岩和天然气^[164]。这些海相和海陆过渡相层系埋深更大,热演化时间更长,古老深层天然气的成藏规律可能同样受控于独特的圈层相互作用,但研究程度极低,代表着全新的油气勘探领域,也是对松辽盆地基底结构、深部构造和古老烃源岩等最深部圈层认知的极大挑战。

4 结论与展望

多圈层驱动油气形成和富集理论为油气地质研究提供了全新范式,从传统的“生—储—盖—圈—运—保”的要素分析,提升到探索驱动机制和作用过程的高度。基于全新理论框架和现有地质认识,本文实现了从成因描述到过程解析的跨越,阐明了多圈层相互作用对松辽盆地油气形成和富集的驱动机制,明确了深部动力过程是盆地构造演化和油气差异富集的主控因素,揭示了区域环境和母源生物演变对下白垩统煤系和上白垩统湖相烃源岩生烃潜力的控制作用,强调了快速生烃和高效成藏是多类型油气资源有序分布和差异富集的关键。

以多圈层驱动油气形成和富集理论为指导,继续深入剖析松辽盆地油气差异富集的内在逻辑和主控因素,有望为新领域的油气勘探开发取得重大突破提供全新的理论先导。未来的研究方向展望如下:①构建多圈层耦合的数值模拟与定量预测系统,实现从深部动力到表层响应的全过程模拟;②攻关常规-非常规油气“甜点”形成的多圈层动态控制机理与预测技术,实现对多类型油气资源空间分布的综合预测与资源量动态评价;③拓展多圈层理论在能源转型与绿色开发中的应用,系统评估松辽盆地地热、氦气、氢气等战略新兴矿产资源的形成条件与富集规律,开拓能源勘探新方向。

感谢大庆油田勘探开发研究院副院长张金友对相关研究工作的支持与帮助,衷心感谢两位审稿专家和编辑在审稿过程中对本文提出的宝贵修改意见。

参考文献

[1] 朱日祥, 张旺, 王华建, 等. 多圈层驱动的油气形成与富集理论[J]. 中国科学: 地球科学, 2025, 55(8): 2603-2620.

[2] LIU B, LIU L, FU J, et al. The Songliao super basin in northeastern China[J]. AAPG Bulletin, 2023, 107(8): 1257-1297.

[3] 张赫, 王小军, 贾承造, 等. 松辽盆地北部中浅层全油气系统特征与油气成藏聚集模式[J]. 石油勘探与开发, 2023, 50(4): 683-694.

[4] 沈华, 杨亮, 韩昊天, 等. 松辽盆地南部油气勘探新领域、新类型及资源潜力[J]. 石油学报, 2023, 44(12): 2104-2121.

[5] 王小军, 白雪峰, 陆加敏, 等. 松辽盆地北部油气勘探新领域、新类型及资源潜力[J]. 石油学报, 2023, 44(12): 2091-2103+2178.

[6] FENG Z, GRAHAM S A. The Songliao basin, China[M]//CHIARELLA D, SCARSELLI N, ADAM J. Regional geology and tectonics (Second Edition). Amsterdam: Elsevier, 2024: 121-145.

[7] 王华建, 付秀丽. 松辽古大湖地宫寻宝[J]. 石油知识, 2024(5): 13-15.

[8] 孙龙德, 刘合, 何文渊, 等. 大庆古龙页岩油重大科学问题与研究路径探析[J]. 石油勘探与开发, 2021, 48(3): 453-463.

[9] 白雪峰, 陆加敏, 李军辉, 等. 松辽盆地北部全油气系统成藏模式与勘探潜力[J]. 大庆石油地质与开发, 2024, 43(3): 49-61.

[10] 朱国文, 王小军, 白雪峰, 等. 松辽盆地北部致密油勘探新领域及资源潜力[J]. 石油学报, 2025, 46(1): 33-47.

[11] 陆加敏, 李军辉, 杨亮, 等. 松辽盆地北部致密气勘探新领域及资源潜力[J]. 石油学报, 2025, 46(1): 48-60+88.

[12] 白雪峰, 陆加敏, 李军辉, 等. 松辽盆地北部白垩系沙河子组煤岩气成藏条件及勘探潜力[J]. 石油与天然气地质, 2025, 46(1): 1-15.

[13] 孙龙德, 贾承造, 张君峰, 等. 松辽盆地古龙页岩油资源潜力[J]. 石油学报, 2024, 45(12): 1699-1714.

[14] 孙龙德, 冯子辉, 江航, 等. 松辽盆地富氢天然气地质调查与研究[J]. 大庆石油地质与开发, 2024, 43(3): 7-16.

[15] LOGAN W E, MURRAY A, HUNT T S, et al. Geology of Canada-report of progress from its commencement to 1863[M]. Montreal, Canada: Dawson Brothers, 1863.

[16] BLACKWELDER E. Petroleum resources of China and Siberia[J]. Transactions of the AIME, 1923, 68(1): 1105-1111.

[17] PAN C. Nonmarine origin of petroleum in north Shensi, and the Cretaceous of Szechuan, China[J]. Bulletin of the American Association of Petroleum Geologists, 1941, 25(11): 2058-2068.

[18] 黄汲清. 中国东部大地构造分区及其特点的新认识[J]. 地质学报, 1959, 39(2): 115-134.

[19] 李四光. 受了歪曲的亚洲大陆(节要)[J]. 地质论评, 1951, 16(1): 1-5.

[20] 朱夏. 中国东部板块内部盆地形成机制的初步探讨[J]. 石油实验地质, 1979(1): 1-9.

[21] 高名修, 高文学. 地裂运动与石油盆地[J]. 天然气工业, 1982, 2: 10-16.

[22] 任纪舜. 中国东部及邻区大地构造演化的新见解[J]. 中国区域地质, 1989, 4: 1-12.

[23] 刘德来, 陈发景, 关德范, 等. 松辽盆地形成、发展与岩石圈动力学[J]. 地质科学, 1996, 31(4): 397-408.

[24] WANG P, REN Y, SHAN X, et al. The Cretaceous volcanic succession around the Songliao Basin, NE China: relationship between volcanism and sedimentation[J]. Geological Journal, 2002, 37(2): 97-115.

[25] 葛荣峰, 张庆龙, 王良书, 等. 松辽盆地构造演化与中国东部构造体制转换[J]. 地质论评, 2010, 56(2): 180-195.

[26] WANG W, JIN Q, MA Z. Meso-Cenozoic evolution of the Tanlu Fault and formation of sedimentary basins[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 1998, 72(4): 350-362.

[27] 罗志立, 姚军辉. 试论松辽盆地新的成因模式及其地质构造和油气勘探意义[J]. 天然气地球科学, 1992, 1: 1-10.

[28] 肖龙, 王方正, 王华, 等. 地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约[J]. 地球科学, 2004, 29(3): 283-292.

[29] MENG Q, ZHOU Z, ZHU R, et al. Cretaceous basin evolution in northeast Asia: tectonic responses to the paleo-Pacific plate subduction[J]. National Science Review, 2022, 9(1): nwab088.

[30] XIAO W J, MAO Q G, WINDLEY B F, et al. Paleozoic multiple accretionary and collisional processes of the Beishan orogenic collage[J]. American Journal of Science, 2010, 310(10): 1553-1594.

[31] LIU Y, LI W, MA Y, et al. An orocline in the eastern Central Asian Orogenic Belt[J]. Earth-Science Reviews, 2021, 221: 103808.

[32] WAN B, LI S, XIAO W, et al. Where and when did the Paleo-Asian ocean form?[J]. Precambrian Research, 2018, 317: 241-252.

[33] 王颖, 张福勤, 张大伟, 等. 松辽盆地南部变闪长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义[J]. 科学通报, 2006(15): 1811-1816.

[34] 裴福萍, 许文良, 杨德彬, 等. 松辽盆地基底变质岩中锆石U-Pb年代学及其地质意义[J]. 科学通报, 2006, 51(24): 2881-2887.

[35] 翟明国, 彭澎. 华北克拉通古元古代构造事件[J]. 岩石学报, 2007, 23(11): 2665-2682.

[36] WU F, SUN D, GE W, et al. Geochronology of the Phanerozoic granitoids in northeastern China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2011, 41(1): 1-30.

[37] CHEN Z, ZHOU J B, LI G Y, et al. The nature and spatial-temporal evolution of suture zones in Northeast China[J]. Earth-Science Reviews, 2023, 241: 104437.

[38] ZHU C Y, GAO R, ZHAO G. Permian to Cretaceous tectonic evolution of the Jiamusi and Songliao blocks in NE China: transition from the closure of the Paleo-Asian Ocean to the subduction of the Paleo-Pacific Ocean[J]. Gondwana Research, 2022, 103: 371-388.

[39] 赵盼, 徐备, 陈岩. 蒙古-鄂霍茨克洋: 演化过程和最终闭合[J]. 中国科学: 地球科学, 2023, 53(11): 2541-2559.

[40] WANG H, MA X, HAWKESWORTH C J, et al. How does a soft collision orogen uplift and collapse? Insight from the eastern Central Asian Orogenic Belt[J]. GSA Bulletin, 2024, 137(3/4): 1628-1648.

[41] ZHOU J, DUNKL I, LIU Y, et al. Cretaceous source to sink system reconstruction of northeastern Asian continental margin: insight from integrated detrital geochronology in NE China[J]. Geoscience Frontiers, 2023, 14(5): 101616.

[42] 高福红, 许文良, 杨德彬, 等. 松辽盆地南部基底花岗质岩石锆石LA-ICP-MS U-Pb定年: 对盆地基底形成时代的制约[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2007, 37(3): 331-335.

[43] WANG C, ZHANG M, SUN K, et al. Latest zircon U-Pb geochronology of the Huoshiling Formation volcanic rocks in the southeastern margin of the Songliao Basin[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2017, 91(5): 1924-1925.

[44] WANG C L, SONG L B, YUAN H Q. Zircon U-Pb age of the volcanic rock from the Huoshiling Formation in the Yingtai Fault Depression, Songliao Basin, China[J]. China Geology, 2023, 6(4): 751-752.

[45] 朱日祥, 徐义刚. 西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏[J]. 中国科学: 地球科学, 2019, 49(9): 1346-1356.

[46] 朱光, 刘程, 顾承串, 等. 郯庐断裂带晚中生代演化对西太平洋俯冲历史的指示[J]. 中国科学: 地球科学, 2018, 48(4): 415-435.

[47] XI D, WU H, LI G, et al. Cretaceous stratigraphy in the Songliao Basin, NE China[J]. Geological Society, London, Special Publications, 2025, 545(1): SP545-2023-175.

[48] WU J, LIN Y A, FLAMENT N, et al. Northwest Pacific-Izanagi plate tectonics since Cretaceous times from western Pacific mantle structure[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 583: 117445.

[49] HAQ B U. Cretaceous eustasy revisited[J]. Global and Planetary Change, 2014, 113: 44-58.

[50] CRAMER B, JARVIS I. Carbon isotope stratigraphy[M]//GRADSTEIN F M, OGG J G, SCHMITZ M D, et al. Geologic time scale 2020. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2020: 309-343.

[51] 顾承串, 朱光, 翟明见, 等. 依兰-伊通断裂带中生代走滑构造特征与起源时代[J]. 中国科学: 地球科学, 2016, 46(12): 1579-1601.

[52] 王枫, 许文良, 葛文春, 等. 敦化-密山断裂带的平移距离: 来自松嫩-张广才岭-佳木斯-兴凯地块古生代-中生代岩浆作用的制约[J]. 岩石学报, 2016, 32(4): 1129-1140.

[53] HAN G, LIU Y, NEUBAUER F, et al. Characteristics, timing, and offsets of the middle-southern segment of the western boundary strike-slip fault of the Songliao Basin in Northeast China[J]. Science China Earth Sciences, 2012, 55(3): 464-475.

[54] SONG Y, REN J, LIU K, et al. Syn-rift to post-rift tectonic transition and drainage reorganization in continental rifting basins: detrital zircon analysis from the Songliao Basin, NE China[J]. Geoscience Frontiers, 2022, 13(3): 101377.

[55] WANG S, CHENG Y, JIN R, et al. Detrital zircon U-Pb ages of the Cretaceous strata in the southern Songliao Basin, NE China: constraints on basin-and-range evolution[J]. Sedimentary Geology, 2022, 433: 106133.

[56] LIU H, WANG P, GAO Y, et al. New data from ICDP borehole SK2 and its constraint on the beginning of the Lower Cretaceous Shahezi Formation in the Songliao Basin, NE China[J]. Science Bulletin, 2021, 66(5): 411-413.

[57] YU Z, HE H, DENG C, et al. New SIMS U-Pb geochronology for the Shahezi Formation from CCSD-SK-IIe borehole in the Songliao Basin, NE China[J]. Science Bulletin, 2020, 65(13): 1049-1051.

[58] 麻晓娟, 李山, 褚润健, 等. 松辽盆地松科2井早白垩世沙河子组天文年代标尺[J]. 第四纪研究, 2023, 43(6): 1573-1583.

[59] LIU C, ZHU G, ZHANG S, et al. Mesozoic strike-slip movement of the Dunhua-Mishan Fault Zone in NE China: a response to oceanic plate subduction[J]. Tectonophysics, 2018, 723: 201-222.

[60] ZHANG F Q, CHEN H L, YANG S F, et al. Late Mesozoic-Cenozoic evolution of the Sanjiang Basin in NE China and its tectonic implications for the West Pacific continental margin[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2012, 49: 287-299.

[61] LI X, HUANG Y, ZHANG Z, et al. Orbitally forced chemical weathering in the Late Cretaceous northeastern China: implications for paleoclimate change[J]. Global and Planetary Change, 2022, 218: 103982.

[62] WU J T J, WU J. Izanagi-Pacific ridge subduction revealed by a 56 to 46 Ma magmatic gap along the northeast Asian margin[J]. Geology, 2019, 47(10): 953-957.

[63] WU B, WANG Y, HUANG J. Dynamics of the subducted Izanagi-Pacific plates since the Mesozoic and its implications for the formation of big mantle wedge beneath eastern Asia[J]. Frontiers in Earth Science, 2022, 10: 829163.

[64] FENG Z, GRAHAM S A. From foredeep to orogenic wedge-top: the Cretaceous Songliao retroforeland basin, China[J]. Geoscience Frontiers, 2023, 14(3): 101527.

[65] SONG Y, STEPASHKO A, LIU K, et al. Post-rift tectonic history of the Songliao Basin, NE China: cooling events and post-rift unconformities driven by orogenic pulses from plate boundaries[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2018, 123(3): 2363-2395.

[66] 朱日祥, 张水昌, 万博, 等. 新特提斯域演化对波斯湾超级含油气盆地形成的影响[J]. 石油勘探与开发, 2023, 50(1): 1-11.

[67] 朱日祥, 王红军, 王华建, 等. 东南亚多岛海构造体系圈层相互作用与油气富集机理[J]. 中国科学: 地球科学, 2024, 54(2): 587-603.

[68] 朱日祥, 张水昌, 王华建, 等. 多圈层作用驱动北海盆地油气形成与富集[J]. 中国科学: 地球科学, 2024, 54(11): 3433-3457.

[69] 朱日祥, 王华建, 张旺, 等. 白垩系全球油气富集的多圈层驱动机制[J]. 地学前缘, 2026, 33(6): 6-24.

[70] 张水昌, 王华建, 苏劲, 等. 地球系统演化对中国海相超深层油气形成与富集的控制作用[J]. 石油勘探与开发, 2024, 51(4): 759-773.

[71] ZHANG S, WANG H, LIU Y, et al. Lacustrine carbon sink: a hidden driver of the Late Cretaceous Cooling Event[J]. Science Bulletin, 2024, 69(24): 3949-3958.

[72] 王华建, 柳宇柯, 王晓梅, 等. 松辽盆地青山口组页岩有机质的源-汇过程与地质驱动因素[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2024, 43(2): 306-318.

[73] 商斐, 周海燕, 刘勇, 等. 松辽盆地嫩江组泥页岩有机质富集模式探讨: 以嫩江组一、二段油页岩为例[J]. 中国地质, 2020, 47(1): 236-248.

[74] HAN S, DU X, HE Y, et al. Sedimentary paleoenvironment and organic matter enrichment characteristics of lacustrine Shahezi shale in Songliao Basin: insights from the continental scientific drilling[J]. ACS Omega, 2024, 9(19): 21097-21115.

[75] RUDNICK R L, GAO S. Composition of the continental crust[M]//RUDNICK R L. Treatise on geochemistry. Amsterdam: Elsevier, 2003: 1-64.

[76] 张钊. 松科二井中生代火山岩岩石成因及对松辽盆地形成和演化的指示[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2023.

[77] ZHANG S, WANG H, WANG X, et al. Subaerial volcanism broke Mid-Proterozoic environmental stasis[J]. Science Advances, 2024, 10: eadk5991.

[78] LIU Q, PANG Q, SHEN J, et al. Volcanic fertilization of Late Triassic lacustrine algal blooms[J]. Communications Earth & Environment, 2025, 6(1): 201.

[79] GERNON T M, MILLS B J W, HINCKS T K, et al. Solid Earth forcing of Mesozoic oceanic anoxic events[J]. Nature Geoscience, 2024, 17: 926-935.

[80] PAYTAN A, YAO W, FAUL K L, et al. Sulfur isotope stratigraphy[M]//GRADSTEIN F M, OGG J G, SCHMITZ M D, et al. Geologic time scale 2020. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2020: 259-278.

[81] DAVIDSON P C, KOPPERS A A P, SANO T, et al. A younger and protracted emplacement of the Ontong Java Plateau[J]. Science, 2023, 380(6650): 1185-1188.

[82] LI Y, SINGER B S, TAKASHIMA R, et al. Radioisotopic chronology of Ocean Anoxic Event 1a: framework for analysis of driving mechanisms[J]. Science Advances, 2024, 10(47): eadn8365.

[83] FENG Y, YANG T, LIANG F, et al. New zircon U-Pb age of the Didao Formation in Jixi Basin and its significance for the geology and paleogeography in Jixi and eastern Heilongjiang region in the Early Cretaceous[J]. Cretaceous Research, 2022, 135: 105169.

[84] CHEN D, ZHANG F, TIAN Y, et al. Timing of the late Jehol Biota: new geochronometric constraints from the Jixi Basin, NE China[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2018, 492: 41-49.

[85] ZHANG S, FANG S, SHAO H, et al. A new zircon U-Pb age of 107.15 Ma for the Dongshan Formation, Boli Basin, Northeast China[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2020, 94(2): 568-571.

[86] WANG T, WANG C, RAMEZANI J, et al. High-precision geochronology of the Early Cretaceous Yingcheng Formation and its stratigraphic implications for Songliao Basin, China[J]. Geoscience Frontiers, 2022, 13(4): 101386.

[87] 章凤奇, 庞彦明, 杨树锋, 等. 松辽盆地北部断陷区营城组火山岩锆石SHRIMP年代学、地球化学及其意义[J]. 地质学报, 2007(9): 1248-1258.

[88] JI Z, WAN C B, MENG Q A, et al. Chronostratigraphic framework of Late Mesozoic terrestrial strata in the Hailar-Tamtsag Basin, Northeast China, and its geodynamic implication[J]. Geological Journal, 2020, 55(7): 5197-5215.

[89] TANG J, ZHANG Z, ALLEN M B, et al. Origin of Early Cretaceous mafic volcanic rocks from the Erlian Basin west of the Great Xing’an Range of North China: implications for the tectono-magmatic evolution of East Asia[J]. GSA Bulletin, 2023, 136(7/8): 3085-3102.

[90] 王思恩, 高林志, 万晓樵, 等. 辽西-冀北地区土城子组的地质时代、年龄及其国际地层对比[J]. 地质通报, 2013, 32(11): 1673-1690.

[91] ZHANG H, WEI Z, LIU X, et al. Constraints on the age of the Tuchengzi Formation by LA-ICP-MS dating in northern Hebei-western Liaoning, China[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2009, 52(4): 461-470.

[92] CHANG S C, GAO K Q, ZHOU C F, et al. New chronostratigraphic constraints on the Yixian Formation with implications for the Jehol Biota[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2017, 487: 399-406.

[93] YANG W, LI S, JIANG B. New evidence for Cretaceous age of the feathered dinosaurs of Liaoning: zircon U-Pb SHRIMP dating of the Yixian Formation in Sihetun, northeast China[J]. Cretaceous Research, 2007, 28(2): 177-182.

[94] SUN M D, LIN Q, RAMEZANI J, et al. Terrestrial ecosystem response to Early Cretaceous global environmental change: a calibrated, high-resolution Aptian record from Northeast China[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2025, 653: 119206.

[95] XU X T, SHAO L Y, ERIKSSON K A, et al. Terrestrial records of the early Albian Ocean Anoxic Event: evidence from the Fuxin lacustrine basin, NE China[J]. Geoscience Frontiers, 2022, 13(1): 101275.

[96] TAN X, FENG Y, LIANG F, et al. Lower Cretaceous palynoflora from the Binggou Formation of Jianchang Basin, western Liaoning, NE China and its U-Pb zircon age[J]. Cretaceous Research, 2026, 179: 106247.

[97] GAO J, FENG Q, ZHANG X, et al. Zircon U-Pb geochronology of crystal tuff on Lingshan Island and its geological implications for magmatism, stratigraphic age and geological events[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1): 12718.

[98] ZHOU J B, HAN W, SONG M C, et al. Zircon U-Pb ages of the cetaceous sedimentary rocks in the Laiyang Basin, eastern China and their tectonic implications[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2020, 194: 103956.

[99] YANG J, MENG F, ZHANG J, et al. The shoshonitic volcanic rocks at Hongliuxia: pulses of the Altyn Tagh fault in Cretaceous?[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2001(S1): 94-102.

[100] SUN F, LUO G, PANCOST R D, et al. Methane fueled lake pelagic food webs in a Cretaceous greenhouse world[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2024, 121(44): e2411413121.

[101] 白晓寅, 韩长春, 贺永红, 等. 银额盆地哈日凹陷火成岩发育特征及其成藏作用[J]. 岩性油气藏, 2018, 30(6): 18-26.

[102] 钟福平, 钟建华, 王毅, 等. 银根-额济纳旗盆地苏红图坳陷早白垩世火山岩对阿尔金断裂研究的科学意义[J]. 地学前缘, 2011, 18(3): 233-240.

[103] 何文渊, 白雪峰, 王瑞, 等. 松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩的岩浆热液作用证据[J]. 石油学报, 2024, 45(10): 1462-1479.

[104] 张志杰, 袁选俊, 汪梦诗, 等. 准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组碱湖沉积特征与古环境演化[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(6): 972-984.

[105] 贺聪, 吉利明, 苏奥, 等. 鄂尔多斯盆地南部延长组热水沉积作用与烃源岩发育的关系[J]. 地学前缘, 2017, 24(6): 277-285.

[106] SCOTESE C R, VÉRARD C, BURGENER L, et al. The Cretaceous world: plate tectonics, paleogeography, and paleoclimate[M]//HART M B, BATENBURG S J, HUBER B T, et al. Cretaceous project 200 volume 1: the Cretaceous world. London: Geological Society, London, Special Publications, 2025: SP544-2024-28.

[107] 瞿雪姣, 张琪, 王璞珺, 等. 松辽盆地断陷期充填时空差异及机制: 基于松科2井的火石岭组再认识[J]. 岩石学报, 2025, 41(9): 3209-3224.

[108] WANG P, CHEN C, LIU H. Aptian giant explosive volcanic eruptions in the Songliao Basin and northeast Asia: a possible cause for global climate change and OAE-1a[J]. Cretaceous Research, 2016, 62: 98-108.

[109] KRAUSE A J, SHIELDS G A, NEWTON R J, et al. Modelling sulfate concentrations in the global ocean through Phanerozoic time[J]. Journal of the Geological Society, 2024, 181(4): jgs2023-184.

[110] LABIDI J, CARTIGNY P, HAMELIN C, et al. Sulfur isotope budget (³²S, ³³S, ³⁴S and ³⁶S) in Pacific-Antarctic ridge basalts: a record of mantle source heterogeneity and hydrothermal sulfide assimilation[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014, 133: 47-67.

[111] MILLER K G, KOMINZ M A, BROWNING J V, et al. The Phanerozoic record of global sea-level change[J]. Science, 2005, 310(5752): 1293-1298.

[112] JUDD E J, TIERNEY J E, LUNT D J, et al. A 485-million-year history of Earth’s surface temperature[J]. Science, 2024, 385(6715): eadk3705.

[113] ZHANG F Q, DILEK Y, CHEN H L, et al. Structural architecture and stratigraphic record of Late Mesozoic sedimentary basins in NE China: tectonic archives of the Late Cretaceous continental margin evolution in East Asia[J]. Earth-Science Reviews, 2017, 171: 598-620.

[114] 王华建, 刘真吾, 李山, 等. 从轨道强迫气候变化到有机质和页岩油富集的传递机制: 以松辽盆地白垩系青山口组古龙页岩油为例[J]. 石油勘探与开发, 2025, 52(5): 1080-1091.

[115] ZHANG J, FLÖGEL S, HU Y, et al. Coastal mountains amplified the impacts of orbital forcing on East Asian climate in the Late Cretaceous[J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50(23): e2023GL105932.

[116] YANG Y. An unrecognized major collision of the Okhotomorsk Block with East Asia during the Late Cretaceous, constraints on the plate reorganization of the Northwest Pacific[J]. Earth-Science Reviews, 2013, 126: 96-115.

[117] ZHANG L, WANG C, CAO K, et al. High elevation of Jiaolai Basin during the Late Cretaceous: implication for the coastal mountains along the East Asian margin[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2016, 456: 112-123.

[118] WU H, HINNOV L A, ZHANG S, et al. Continental geological evidence for Solar System chaotic behavior in the Late Cretaceous[J]. Geological Society of America Bulletin, 2022, 135(3/4): 712-724.

[119] HUANG H, GAO Y, MA C, et al. Organic carbon burial is paced by a -173-ka obliquity cycle in the middle to high latitudes[J]. Science Advances, 2021, 7(28): eabf9489.

[120] LI X, HUANG Y, ZHANG Z, et al. Chemical weathering characteristics of the Late Cretaceous Nenjiang Formation from the Songliao Basin (Northeastern China) reveal prominent Milankovitch band variations[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2022, 601: 111130.

[121] WU H, ZHANG S, HINNOV L A, et al. Cyclostratigraphy and orbital tuning of the terrestrial Upper Santonian-Lower Danian in Songliao Basin, northeastern China[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2014, 407: 82-95.

[122] BOULILA S, VAHLENKAMP M, DE VLEESCHOUWER D, et al. Towards a robust and consistent Middle Eocene astronomical timescale[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 486: 94-107.

[123] CHARBONNIER G, BOULILA S, SPANGENBERG J E, et al. Obliquity pacing of the hydrological cycle during the Oceanic Anoxic Event 2[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 499: 266-277.

[124] ZHANG R, LI X, XU Y, et al. The 173-kyr obliquity cycle pacing the Asian monsoon in the eastern Chinese loess plateau from Late Miocene to Pliocene[J]. Geophysical Research Letters, 2022, 49(2): e2021GL097008.

[125] LI Y, HUANG H, GAO Y, et al. The -170 kyr astronomical cycle in the Early Permian Lucaogou Formation of the Junggar Basin[J]. Frontiers in Earth Science, 2024, 12: 1272857.

[126] YAMAMOTO Y, FUKAMI H, LIPPERT P C. Eocene relative paleointensity of the geomagnetic field from integrated ocean drilling program site U1403 and U1408 sediments in the northwest Atlantic[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 584: 117518.

[127] WEI R, ZHANG R, LI M, et al. Obliquity forcing of lake-level changes and organic carbon burial during the Late Paleozoic Ice Age[J]. Global and Planetary Change, 2023, 223: 104092.

[128] SUN F, HU W, CAO J, et al. Sustained and intensified lacustrine methane cycling during Early Permian climate warming[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 4856.

[129] WANG Q, LI Y, UTLEY J E P, et al. Terrestrial dominance of organic carbon in an Early Cretaceous syn-rift lake and its correlation with depositional sequences and paleoclimate[J]. Sedimentary Geology, 2023, 455: 106472.

[130] XU J, LIU Z, BECHTEL A, et al. Organic matter accumulation in the Upper Cretaceous Qingshankou and Nenjiang Formations, Songliao Basin (NE China): implications from high-resolution geochemical analysis[J]. Marine and Petroleum Geology, 2019, 102: 187-201.

[131] PICKEL W, KUS J, FLORES D, et al. Classification of liptinite-ICCP System 1994[J]. International Journal of Coal Geology, 2017, 169: 40-61.

[132] WANG Q, LI Y, SANEI H, et al. Lacustrine and fan-delta sediments in syn-rift lake basins[J]. The Depositional Record, 2025, 11(3): 857-892.

[133] LIN M, LI J, WU Y, et al. Vegetation and climate during the primary formation of the Songliao Basin, NE China[J]. Cretaceous Research, 2026, 178: 106217.

[134] DING Q, TIAN N, WANG Y, et al. Fossil coniferous wood from the Early Cretaceous Jehol Biota in western Liaoning, NE China: new material and palaeoclimate implications[J]. Cretaceous Research, 2016, 61: 57-70.

[135] WANG H, WAN Y, LIU Y, et al. Proven and potential microbial contributions to the Gulong shale oil[J]. Journal of Earth Science, 2024, 35(6): 2149-2153.

[136] 陈丕基, 施泽龙, 叶宁, 等. 松花江生物群与东北白垩系地层序列[J]. 古生物学报, 1998(3): 122-127.

[137] HIMMEL M E, DING S Y, JOHNSON D K, et al. Biomass recalcitrance: engineering plants and enzymes for biofuels production[J]. Science, 2007, 315(5813): 804-807.

[138] ZHANG C, DANG H, AZAM F, et al. Evolving paradigms in biological carbon cycling in the ocean[J]. National Science Review, 2018, 5(4): 481-499.

[139] GAO Y, WANG C, LIU Z, et al. Diagenetic and paleoenvironmental controls on Late Cretaceous clay minerals in the Songliao Basin, Northeast China[J]. Clays and Clay Minerals, 2015, 63(6): 469-484.

[140] LIU B, WANG H, FU X, et al. Lithofacies and depositional setting of a highly prospective lacustrine shale oil succession from the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the Gulong sag, northern Songliao Basin, northeast China[J]. AAPG Bulletin, 2019, 103(2): 405-432.

[141] HU J, PENG P A, LIU M, et al. Seawater incursion events in a Cretaceous paleo-lake revealed by specific marine biological markers[J]. Scientific Reports, 2015, 5: 9508.

[142] 梁新平, 金之钧, 刘全有, 等. 陆相淡水与咸化湖盆页岩有机质差异富集机理[J]. 科学通报, 2025, 70(2): 262-274.

[143] ZHU X, CAO J, XIA L, et al. Links between marine incursions, lacustrine anoxia and organic matter enrichment in the Upper Cretaceous Qingshankou Formation, Songliao Basin, China[J]. Marine and Petroleum Geology, 2023, 158: 106536.

[144] XI D, CAO W, HUANG Q, et al. Late Cretaceous marine fossils and seawater incursion events in the Songliao Basin, NE China[J]. Cretaceous Research, 2016, 62: 172-182.

[145] CAO H, HE W, CHEN F, et al. Superheavy pyrite in the Upper Cretaceous mudstone of the Songliao Basin, NE China and its implication for paleolimnological environments[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2020, 189: 104156.

[146] CAO H, HE W, CHEN F, et al. Integrated chemostratigraphy (δ¹³C-δ³⁴S-δ¹⁵N) constrains Cretaceous lacustrine anoxic events triggered by marine sulfate input[J]. Chemical Geology, 2021, 559: 119912.

[147] LIU Y, WANG H, ZHANG J, et al. Rare earth elemental and Sr isotopic evidence for seawater intrusion event of the Songliao Basin 91 million years ago[J]. Petroleum Science, 2023, 20: 1347-1362.

[148] LIU Y, WANG H, ZHANG J, et al. Uncover the diagenetic water condition and dolomite formation in the Songliao Basin 91 Ma[J]. Journal of Earth Science, 2025, 36(3): 1109-1128.

[149] LIU Y, LIU B, CHENG L, et al. Modeling of tectonic-thermal evolution of Cretaceous Qingshankou shale in the Changling Sag, southern Songliao Basin, NE China[J]. Frontiers in Earth Science, 2021, 9: 694906.

[150] 张水昌, 张斌, 王晓梅, 等. 松辽盆地古龙页岩油富集机制与常规-非常规油有序分布[J]. 石油勘探与开发, 2023, 50(5): 911-923.

[151] LASKAR J. Astrochronology[M]//GRADSTEIN F M, OGG J G, SCHMITZ M D, et al. Geologic time scale 2020. Amsterdam: Elsevier, 2020: 139-158.

[152] 张永平, 魏旭, 唐鹏飞, 等. 松辽盆地古龙页岩油储层压裂裂缝扩展机理与压裂工程技术[J]. 大庆石油地质与开发, 2020, 39(3): 170-175.

[153] 王永卓, 王瑞, 代旭, 等. 松辽盆地古龙页岩油水平井箱体开发设计方法[J]. 大庆石油地质与开发, 2021, 40(5): 157-169.

[154] LIU C, CHI H, SHAN X, et al. The identification and modeling of the volcanic weathering crust in the Yingcheng Formation of the Xujiaweizi Fault Depression, Songliao Basin[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2017, 91(4): 1339-1351.

[155] 孙永河, 刘玉敏, 田文广. 松辽盆地王府断陷断裂构造特征及其对煤岩气富集的控制作用[J]. 石油勘探与开发, 2025, 52(3): 580-592.

[156] 韩双彪, 王缙, 黄劼, 等. 松辽盆地大陆科学钻探井天然氢气吸附特征及赋存规律[J]. 石油与天然气地质, 2025, 46(2): 462-477.

[157] LIU Q, WEI Y, LI P, et al. Natural hydrogen in the volcanic-bearing sedimentary basin: origin, conversion, and production rates[J]. Science Advances, 2025, 11(4): eadr6771.

[158] HAN S, TANG Z, WANG C, et al. Hydrogen-rich gas discovery in continental scientific drilling project of Songliao Basin, Northeast China: new insights into deep Earth exploration[J]. Science Bulletin, 2022, 67(10): 1003-1006.

[159] 陈悦, 陶士振, 杨怡青, 等. 壳-幔混源氦气成因机制与富集因素: 以松辽盆地深层天然气中氦气为例[J]. 地学前缘, 2025, 32(6): 457-472.

[160] 赵欢欢, 梁慨慷, 魏志福, 等. 松辽盆地富氦气藏差异性富集规律及有利区预测[J]. 天然气地球科学, 2023, 34(4): 628-646.

[161] MILKOV A V. Molecular hydrogen in surface and subsurface natural gases: abundance, origins and ideas for deliberate exploration[J]. Earth-Science Reviews, 2022, 230: 104063.

[162] 王天琪. 大地电磁测深揭示的松辽盆地域多重构造体制作用及上古生界油气前景[D]. 长春: 吉林大学, 2023.

[163] 张小博, 袁永真, 方慧, 等. 松辽盆地上古生界低阻层的分布特征及意义[J]. 地质论评, 2025, 71(增刊1): 215-217.

[164] 黎思成, 白悦悦, 孙平昌, 等. 松辽盆地四深1井区上古生界烃源岩原始品质特征恢复及排烃量估算[J]. 地质通报, 2024, 43(11): 2001-2014.

基金资助

国家自然科学基金项目(42372162)

国家自然科学基金项目(4242050)