断陷盆地作为我国重要的含油气盆地类型,其油气资源极其丰富。然而,人们在以往的研究中更多的集中于大中型断陷盆地,而对于面积小、水体浅、物源近且沉积速率大的深层小型断陷湖盆关注较少。松辽盆地作为我国东部大型的中新生代含油气盆地,其深层发育多个大小不一的断陷盆地,目前针对这些断陷的油气勘探工作已经取得了一些进展,先后发现了徐深1、汪家屯、昌德、肇州西、秦家屯、腰英台、长岭等多个大气田,但主要突破多集中于大中型断陷盆地(>1000km2)及营城组火山岩及以上地层中,对于小型断陷沙河子组以下碎屑岩地层突破较少。最新完钻的徐家围子北部条带状窄断陷区的宋深9H井在沙河子组获得日产20.8×104m3的工业气流,显示出该地区深层小型断陷沙河子组碎屑岩同样具有良好的勘探潜力,可以作为松辽盆地北部深层天然气储量的重要接替领域。由于小型断陷湖盆的油气勘探工作长期以来没有得到重视,人们对于深层小型断陷湖盆的地质研究工作较为薄弱,其油气富集规律认识尚不深入,特别是这种深层小型断陷湖盆沉积充填特征及其对油气富集的控制机制还不清楚,导致目前针对小型断陷湖盆的油气勘探受到了严重制约。为此本文以徐家围子北部小型断陷区强烈断陷期沙河子组为研究对象,充分利用现有的地质、测井以及地震资料,开展层序地层学研究、沉积体系研究以及油气富集规律分析,总结小型断陷湖盆强烈断陷期沉积特征,指出小型断陷湖盆有利勘探区带,为松辽盆地深层小型断陷和相类似断陷盆地的油气勘探提供指导依据。本文通过相关研究主要取得了以下几个方面的成果认识:(1)提出了适用于所有背景条件下的陆相湖盆二分型层序地层结构模式,据此识别出了研究区沙河子组不同级别层序界面,并重新建立了沙河子组层序地层格架,分析了不同构造背景和物源体系下小型断陷湖盆层序构成样式。在一个湖平面变化周期内将湖平面变化趋势中相对湖平面最高与最低的时期形成的等时界面作为体系域边界,将一个层序划分为湖侵和湖退体系域,并根据二分单元内是否具有初始稳定湖平面上升阶段和初始稳定湖平面下降阶段,将其层序划分为早期湖侵、晚期湖侵、早期湖退和晚期湖退四个体系域。根据这一新的层序结构模型,识别了沙河子组不同级别的层序界面,并将沙河子组划分为一个二级层序和四个三级层序,自下而上分别是Sq1、Sq2、Sq3与Sq4,下部三个三级层序可划分为湖侵体系域与湖退体系域,上部Sq4由于资料较为丰富,根据单井旋回特征可划分为早期湖侵体系域、晚期湖侵体系域和湖退体系域。由此建立徐家围子断陷沙河子组层序地层格架,并提出了小型断陷湖盆层序地层发育模式。(2)通过岩心精细观察与描述,结合测录井资料综合分析,确定了研究区沙河子组沉积相类型,明确了不同沉积相的地质-测井响应特征和解释模式。结果显示研究区沙河子组岩石类型包括砾岩、角砾岩、砂岩、泥岩、煤层以及火山沉沉积岩等。沉积相类型可划分为扇三角洲、辫状河三角洲、湖泊、近岸水下扇以及火山沉积五类。扇三角洲作为快速混杂堆积的产物,以典型的厚层角砾岩或砾岩沉积为特征,成像测井上砾石亮斑模糊,暗色高导杂基多见,测井曲线箱状特征不明显,多锯齿化;辫状河三角洲以砂岩或砂质砾岩沉积为特征,砾石分选磨圆好,成像测井上可见明显的亮色轮廓,测井曲线上箱状特征明显;湖泊相多为大套暗色泥岩夹煤层沉积,成像测井上可见亮色高阻条带;火山沉积岩测井曲线上为异常自然伽马响应,成像测井上为线状模式;近岸水下扇为以典型的暗色泥质杂基支撑砾岩沉积为特征,见于盆地陡坡带边缘。(3)通过地震剖面的精细观察与对比,确定了研究区沙河子组地震相类型,通过单井沉积相标定确定了不同地震相的沉积解释模式,刻画出沙河子组层序格架内地震相平面分布规律。研究区沙河子组地震相根据地震剖面上的外部形态、内部结构、顶底同相轴接触关系以及振幅等参数,将划分为板状前积、透镜状前积、楔状前积、丘状杂乱、楔状杂乱、锥状杂乱、席状平行-亚平行中强振幅、席状平行-亚平行中弱振幅、席状披盖反射和条带状异常强反射等10类。其中楔状或丘状杂乱地震相以及楔状或透镜状前积地震相主要代表的多是扇三角洲沉积,席状平行-亚平行地震相多代表的是辫状河三角洲和湖泊沉积相,板状前积地震相代表辫状河三角洲沉积,条带状异常强反射代表的是火山沉积环境,席状披盖代表湖泊沉积,锥状杂乱反射地震相为构造活动影响下的结果。通过line地震剖面的逐一观察解释,刻画了层序格架内地震相平面分布规律。(4)在三级层序体系域单元内,通过多因素综合分析,刻画了研究区沙河子组沉积体系分展布特征,分析了沙河子组在垂向上的沉积演化规律,总结了小型断陷湖盆沉积充填特殊性。研究区沙河子组主要受多个东西向短轴物源供给的影响。在沙河子组早期,盆地范围小、物源近、沉积物搬运距离短、岩石成熟度低,沉积体系主要为扇三角洲,湖泊受短轴物源影响发育局限;随着断陷活动的持续加强,盆地范围不断扩大,沉积相带展布开始出现东西分异特征,东部缓坡带过渡为辫状河三角洲沉积,西部陡坡带仍为扇三角洲沉积,湖泊相带的分布范围随着盆地的扩大而逐渐扩大。在此基础上,通过与渤海湾盆地东营凹陷强烈断陷期沙河街组沙三段对比,总结出了研究区小型断陷湖盆强烈断陷期盆地沉积特殊性,并建立了相应的沉积模式。(5)根据沙河子组沉积充填演化规律,结合储层与烃源岩发育特征以及最新的勘探实践成果,指出了小型断陷强烈断陷期地层有利勘探区带。分析结果显示研究区沙河子组烃源岩厚度大、有机碳含量高、成熟度高,有机质类型以Ⅱ型干酪根为主,利于大量生气。烃源岩赋存样式有砂泥交互型和煤泥交互型两种,其中优质烃源岩通常发育于盆地范围较大时期的深断带内且以煤泥交互型为主。储层分析发现,沙河子组扇三角洲与辫状河三角洲砂砾岩普遍含气且均可作为储层,但储层物性都较差,孔隙度多低于10%,渗透率普遍低于1×10-3um2,属于低孔低渗储层,厚层连续沉积砂砾岩储层通常发育于盆地边缘。现今勘探结果显示,产气层多为沙河子组Sq4,特别是Sq4-RST与厚层优质湖相烃源岩相邻或覆盖其上的大套厚层砂砾岩,表明在小型断陷湖盆油气勘探工作中确定大套厚层优质烃源岩的发育位置、发育层位以及与之具有良好空间配置关系的砂砾岩体是取得勘探突破的关键。