松辽盆地国际大陆科学钻探松科2井基底变质岩研究

doi:10.13745/j.esf.sf.2025.5.10

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (5): 38-51.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.5.10

松辽盆地国际大陆科学钻探松科2井基底变质岩研究

王璞珺¹(), 高传承¹, 高有峰¹^,²^,^*(), 杨卓龙¹, 唐鑫¹, 郑常青¹, 刘硕¹, 刘海波¹, 李宏浩¹, 高翔¹, 高远³, 王成善³, 万晓樵³

1.吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061
2.吉林大学古生物学与地层学研究中心, 吉林长春 130026
3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083

收稿日期:2025-01-17 修回日期:2025-05-25 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-10-14
通信作者: 高有峰
作者简介:王璞珺(1959—),男,教授,博士生导师,主要从事盆地地质和火山岩储层、沉积学和火山学的研究与教学,长期担任松辽盆地国际大陆科学钻探总地质师(2005—2022年)。E-mail: wangpj@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41790453);国家自然科学基金项目(41472304);国家自然科学基金项目(42102129);国家自然科学基金项目(42102135);国家自然科学基金项目(41972313);吉林省科技厅科技发展项目(20170101001JC);国家重点科技攻关项目(2019YFC0605402);中国地质调查局项目(DD20189702)

Study on basement metamorphic rocks of the ICDP borehole SK2 in the Songliao Basin

WANG Pujun¹(), GAO Chuancheng¹, GAO Youfeng¹^,²^,^*(), YANG Zhuolong¹, TANG Xin¹, ZHENG Changqing¹, LIU Shuo¹, LIU Haibo¹, LI Honghao¹, GAO Xiang¹, GAO Yuan³, WANG Chengshan³, WAN Xiaoqiao³

1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China
2. Research Center of Paleontology and Stratigraphy, Jilin University, Changchun 130026, China
3. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China

Received:2025-01-17 Revised:2025-05-25 Online:2025-09-25 Published:2025-10-14
Contact: GAO Youfeng

摘要/Abstract

摘要：

松辽盆地国际大陆科学钻探工程及相关研究历时18年(2005—2023年),实施“三井四孔”技术方案,完成总钻探进尺14 455.06 m,总取心进尺8 528.19 m,收获岩心总长度8 261.67 m,总取心率96.87%。这使得松辽盆地成为全球首例钻穿整个沉积盖层和盆地基底顶部构造层并获取连续完整岩心的含油气盆地。这些岩心和测井录井及地震资料为全球和区域重大地质事件研究提供了全球最高精度的地质档案,从而大大提升了松辽盆地研究的国际学术地位。然而,与这项工程相关的三个基本技术问题至今还没有得到妥善解决。一是三井四孔的取心层位和取心率还没有准确统计结果和相关报道;二是松科2井的完钻井深及其相关报道尚不够清晰;三是松科2井最后100 m到底钻遇到了什么?相关的岩石类型、地层序列和测井资料,迄今未见客观翔实的科学报道。作为松辽盆地国际大陆科学钻探核心工作组之一的地质研究团队,作者拟通过本文重点回答上述3个问题。我们基于松辽盆地国际大陆科学钻探松科2井的全取心资料,通过岩石类型及变质变形特征研究,在井深7 000~7 108.88 m的中泥盆统基底序列中识别出一套动力变质岩,详细研究和报道了该套变质杂岩的岩性组合与地层序列。另外,关于松科2井的完钻井深和三井四孔的钻探取心数据在本文中也给出了翔实的统计结果。

关键词: 松辽盆地, 国际大陆科学钻探, 松科2井, 完钻井深7 108 m, 变质杂岩, 中泥盆统基底

Abstract:

A long-term International Continental Scientific Drilling Project (ICDP) in the Songliao Basin has been carried out for 18 years from 2005 to 2023. Its technical objective is to drill three wells comprising four boreholes throughout the entire basin strata and obtain a continuous and complete geological record of the basin formation. The total drilling footage is 14455.06 m and total drilling core sampling depth is 8528.19 m. The recovered core length is 8261.67 m, then the overall core recovery rate is 96.87%. This makes the Songliao Basin the first petroliferous sedimentary basin in the world to date that has been drilled through the entire basin formation and obtained a continuous core record of the entire sedimentary basin sequence from the surface down to the underlying metamorphic basement rock. These cores along with logging and seismic data provide the highest-precision geological archives for studying global and regional important geological events. the relevant research has significantly elevated the international academic standing of the Songliao Basin. However, there are still three significant technical problems that have not been resolved up to now. They include (1) The precise statistical results and documentation of coring intervals and recovery rates for the four boreholes are still lacking; (2) The final drilling depth of the ICDP borehole SK2 and its related formal reports remain unclear; (3) The geological features encountered in the final 100 m of the SK2 borehole including rock types, stratigraphic sequences, and logging data have yet to be objectively and comprehensively reported. As the key geological research team for the Songliao Basin ICDP working group, we address the three problems mentioned above. Based on a comprehensive investigation of the full-core data from the ICDP borehole SK2, we identified a suite of dynamic metamorphic rocks within the Middle Devonian basement sequence in the SK2 borehole, spanning the final core interval from 7000 m to the total depth (TD) of 7108.88 m. According to the analysis of the rock types and metamorphic-deformation characteristics, this study provides for the first time a detailed documentation of the lithological assemblages and stratigraphic sequences of these metamorphic core complexes found deep in the SK2 borehole. Additionally, the final drilling depth of the SK2 Well (7108.88 m) and the comprehensive statistical results for the coring data of the three wells and four boreholes are formally presented here for the first time.

Key words: Songliao Basin, International Continental Scientific Drilling Project (ICDP), the ICDP borehole SK2, final drilling bottom depth of 7108 m in the SK2 borehole, metamorphic complexes, Middle Devonian basement sequence

中图分类号:

王璞珺, 高传承, 高有峰, 杨卓龙, 唐鑫, 郑常青, 刘硕, 刘海波, 李宏浩, 高翔, 高远, 王成善, 万晓樵. 松辽盆地国际大陆科学钻探松科2井基底变质岩研究[J]. 地学前缘, 2025, 32(5): 38-51.

WANG Pujun, GAO Chuancheng, GAO Youfeng, YANG Zhuolong, TANG Xin, ZHENG Changqing, LIU Shuo, LIU Haibo, LI Honghao, GAO Xiang, GAO Yuan, WANG Chengshan, WAN Xiaoqiao. Study on basement metamorphic rocks of the ICDP borehole SK2 in the Songliao Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(5): 38-51.

图/表 11

图1 过科探井和重点井的松辽盆地东西向地质大剖面和过松科2井地震剖面(b据文献[2,13]修改;c据文献[12]修改) (a)—松辽盆地在中国的地理位置;大剖面在松辽盆地中的位置;三井四孔(松科1井南孔和北孔、松科2井和松科3井)在松辽盆地的分布位置。(b)—过松科2井地质大剖面和井号、构造单元及下伏地质结构;其中T4以上地质结构据王成善等[2]图6修改;T4以下地质结构据图c地震剖面解释结果。(c)—过松科2井地震剖面,剖面线W-E位置对应于图b中的W和E两点。b图图框中地层特征按照c图图框中的地震剖面解释,且与b图相比,c图的横向比例尺放大27.5倍,但b图和c图的纵向比例尺相同。(1)图b中所加构造分区和井号与本文图2对应,井位均为实际井位投影到剖面线上所得;(2)图c据Wang等[12]图4b修改,营城组、沙河子组、火石岭组等地层厚度对应于实际钻获的岩心长度;(3)松科3井钻遇地层据高航等[13]表1修改,泉头组、登娄库组、沙河子组地层厚度与实际钻获的岩心长度相对应;其余地质层位和构造解释依据大庆油田勘探开发研究院陈树民团队于2024年6月重新处理的松北地震大剖面L7线;(4)深度标尺据松科2井钻井资料及双程反射时间计算;(5)全面钻进指不取岩心只取岩屑的钻进层段;(6)图b中松科2井7 108~7 355 m的黄色虚线非钻进层段,为过井地震数据;(7)图b、c中高角度红色粗线代表控陷断裂,T5反射层为三叠系顶面,埋深5 960 m,T6反射层为三叠系底界面,埋深6 960 m,箭头G和F代表层间滑动剪切变形构造。

Fig.1 E-W geological section of Songliao Basin traversing ICDP borehole and important wells, and seismic profile traversing ICDP borehole SK2. b modified after [2,13] ; c modified after [12].

表1 松辽盆地白垩纪大陆科学钻探取心数据汇总表

Table 1 Songliao Basin Cretaceous international continental scientific drilling project core data summary table

井号	钻探时间	井深/m	层位	钻进类型	取心类型	取心进尺/m	岩心长度/m	取心率/%
松科1井南孔海拔:135 m E 124°40'16″ N 45°34'14″	2006-08-18— 2006-11-04	0~955.00	泰康组—嫩江组	全面钻进
松科1井南孔海拔:135 m E 124°40'16″ N 45°34'14″	2006-08-18— 2006-11-04	955.00~ 1 935.00	嫩江组—泉头组	钻井取心	常规取心保形取心定向取心	946.83	944.23	99.73
松科1井北孔海拔:134 m E 124°15'57″ N 46°12'44″	2006-08-29— 2007-10-20	0~160.51	泰康组	全面钻进
		160.51~ 233.56	泰康组—明水组	钻井取心	保形取心	1 630.41	1 541.66	94.56
		233.56~ 1 811.18	明水组—嫩江组	钻井取心	常规取心	1 630.41	1 541.66	94.56
松科2井海拔:164 m E125°21'47″ N 46°14'27″	2014-04-13— 2018-05-26	0~1 074.00	泰康组—嫩江组	全面钻进
		1 074.00~ 1 256.01	嫩江组	钻井取心	常规取心	145.13	130.87	90.17
		1 256.01~ 2 863.23	姚家组— 登娄库组	全面钻进
		2 863.23~ 7 018	登娄库组—基底	钻井取心	常规取心	4 134.60	4 003.94	96.84
		7 018~ 7 108.88	中泥盆统变质岩基底	钻井取心	常规取心	90.88	74.71	82.20
松科3井海拔:173 m E 125°17'40″ N 44°16'20″	2020-09-24— 2021-01-30	0~839.75	泰康组— 青山口组	全面钻进
		839.75~ 2 420.09	泉头组— 登娄库组	钻井取心	常规取心	1 580.34	1 566.26	99.10
		2 420.09~ 3 600.00	沙河子组— 火石岭组	全面钻进
总计		总进尺14 455.06				8 528.19	8 261.67	96.87

图2 松辽盆地断陷层序的构造单元划分和科探井及重点井的井位分布图(据文献[13,39-40]修改) (1)构造单元划分据《中国石油地质志》(第二版)[39],p100,图1-4-26。(2)井位据2019年大庆油田勘探开发研究院松辽盆地北部勘探部署图;补充了科探井井位,资料来源本项目组,时间截至2023年。(3)I-VI及其下角标为断陷层的一级和二级构造单元分布范围,其名称和面积对应于表2。(4)图中补充地名:富裕、依安、北安、双城、兰西、拜泉、呼兰、绥化、嫩江、铁力、赤峰、义县、德都(五大连池)、尚志、五常、八里罕、巴林左旗、孙吴、双辽和甘南等,依据百度地图给出其经纬度坐标点。(5)图中原资料修订处:(a)表2原表中I4林甸断陷未在图2原图中标注,本文给出I4林甸断陷的位置据程日辉等[40]图3;(b)图2原图中标注的4个断陷编号III6、V9、V10、V11在表2原表中未给出断陷名称,本文根据断陷在图2中的位置于百度地图中找到最接近的地名,从而对断陷名称进行命名并依据图2中断陷的分布范围用Mapgis软件来计算断陷面积数值新补充至表2中;(c)本文于图2中补充构造分区VI东部隆起带和VI1德惠断陷,资料来源据[13],图1。

Fig.2 Structural unit division of rift sequences in Songliao Basin and well location distribution map of ICDP boreholes and important wells. Modified after [13,39-40].

图3 松科2井7 000~7 108.88 m中泥盆统基底岩石类型、岩性序列和常规测井综合柱状图 (1)图例说明[47]:1—碎裂化绢云母千糜岩;2—绢云母千糜岩;3—绢云母千糜碎裂岩;4—碎裂角砾岩;5—碎裂化白云母糜棱片岩;6—白云母糜棱片岩;7—长英质糜棱岩;GSA(The Geology Society of America: Rock-Color Chart)颜色代码指美国地质学会颜色代码,是国际大洋钻探颜色描述通用标准。颜色代码:N7—浅灰色;N2—黑灰色;5YR6/1—浅棕灰色;N4—中深灰色。(2)该图基于岩心、薄片和本团队现场录井描述结果综合整理。(3)地质时代据[12],图1b。

Fig.3 Composite columnar chart of rock types, lithologic succession, and conventional logging in Middle Devonian basement rocks from ICDP borehole SK2 7000-7108.88 m

表2 松辽盆地主要断陷层序的构造单元划分表(据文献[12-13,39]修改)

Table 2 Structural unit division table of major rift sequences in Songliao Basin. Modified after [12-13,39].

一级构造	面积/km²	二级构造	面积/km²
I西部断陷带	5 115	I₁梅里斯断陷	2 547
		I₂宝山断陷	790
		I₃富裕断陷	749
		I₄林甸断陷	1 029
II西部隆起带	302	II₁依安西断陷	302
III中部断陷带	8 792	III₁依安中断陷	483
		III₂依安东断陷	812
		III₃黑鱼泡断陷	2 087
		III₄小林克断陷	270
		III₅古龙断陷	3 374
		III₆泰来断陷	1 766
IV中部隆起带	2 767	IV₁中和断陷	484
IV中部隆起带	2 767	IV₂北安断陷	2 283
V东部断陷带	16 805	V₁莺山断陷	1 661
		V₂双城断陷	980
		V₃徐家围子断陷	5 682
		V₄任民镇断陷	678
		V₅兰西断陷	1 156
		V₆呼兰北断陷	1 036
		V₇绥化断陷	3 523
		V₈兴华断陷	758
		V₉宾县西断陷	102
		V₁₀宾县南断陷	253
		V₁₁宾县东断陷	976
VI东部隆起带	3 500	VI₁德惠断陷	3 500

表3 松科2井动力变质岩(脆性变形为主)类型与鉴定标准(据文献[42-46]修改)

Table 3 Types and identification criteria of dynamic metamorphic rocks (dominantly brittle deformation) in ICDP borehole SK2. Modified after [42-46].

表4 松科2 井动力变质岩(韧性变形为主)类型与鉴定标准(据文献[42-46]修改)

Table 4 Types and identification criteria of dynamic metamorphic rocks (dominantly ductile deformation) in ICDP borehole SK2. Modified after [42-46].

图4 松科2井7 000~7 108.88 m井段中泥盆统基底典型岩心照片 (a)—井深6 997.4 m,岩性为浅灰色长英质糜棱岩;(b)—井深7 001.4 m,岩性为浅灰色碎裂化绢云母千糜岩;(c)—井深7 014.07 m,岩性为浅棕灰色绢云母千糜岩;(d)—井深7 036.90 m,岩性为黑灰色绢云母千糜岩,白色箭头所指处发育小型韧性剪切带,为左旋逆时针剪切;(e)—井深7 038.83 m,岩性为黑灰色绢云母千糜岩;(f)—井深7 046.32 m,岩性为浅棕灰色碎裂化绢云母千糜岩;(g)—井深7 052.06 m,岩性为浅棕灰色绢云母千糜碎裂岩;(h)—井深7 059.22 m,岩性为浅棕灰色绢云母千糜岩;(i)—井深7 063.52 m, 岩性为浅棕灰色碎裂角砾岩,白色箭头所指处为前期雁列节理因应力系统发生改变而发生走滑伸展,然后进一步破裂所形成的拉分构造,其中拉分区发育同样碎裂角砾岩;(j)—井深7 069.87 m,岩性为中深灰色碎裂化白云母糜棱片岩;(k)—井深7 084.82 m,岩性为中深灰色白云母糜棱片岩;(l)—井深7 097.67 m,岩性为黑灰色长英质糜棱岩。注:(1)图中红色箭头所指处发育短而宽的张节理,裂缝中充填方解石脉(Cal);(2)图中蓝色箭头所指处发育碎裂组构;(3)图中绿色箭头所指处发育塑性流动。

Fig.4 Typical core photos of the Middle Devonian basement from the 7000-7108.88 m interval in ICDP borehole SK2

图5 松科2井7 000~7 108.88 m井段中泥盆统基底岩心典型薄片照片 (a)—井深7 001.40 m,岩性为碎裂化绢云母千糜岩,残斑为半自形石英颗粒,基质为重结晶形成的细小绢云母;(b)—井深7 038.83 m,岩性为绢云母千糜岩,可见残斑拖尾,基质为重结晶形成的细小绢云母;(c)—井深7 052.06 m,岩性为绢云母千糜碎裂岩,可见残斑发生韧性变形;(d)—井深7 069.87 m,岩性为碎裂化白云母糜棱片岩,可见长石旋转残斑,颗粒中间绿泥石化;(e)—井深7 084.82 m,岩性为白云母糜棱片岩,可见石英的动态重结晶,细小白云母围绕其分布,呈核幔结构;(f)—井深7 097.67 m,岩性为长英质糜棱岩,可见在原有层理之上发育后期构造变形。矿物缩写:Ser—绢云母;Qtz—石英;Pl—斜长石;Ms—白云母;Chl—绿泥石。

Fig.5 ICDP borehole SK2 7000-7108.88 m interval Middle Devonian basement core typical thin section Photographs

图6 松科2井井底7 108.88 m岩心现场照片(a)和岩心现场扫描照片(b)

Fig.6 ICDP borehole SK2 bottom 7108.88 m core in-situ photograph (a) and core in-situ scan photograph (b)

图7 松科2井基底施工条件与施工现场责任表(来自松科2井5开测井数据)

Fig.7 ICDP borehole SK2 basement construction conditions and construction site responsibility table (from ICDP borehole SK2 5th opening logging data)

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松辽盆地国际大陆科学钻探松科2井基底变质岩研究

Study on basement metamorphic rocks of the ICDP borehole SK2 in the Songliao Basin

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