烏爾遜凹陷斷裂演化及其對油氣成藏的影響

摘 要:烏爾遜凹陷斷裂的形成具有較明顯的分期特征，通過分析構(gòu)造層序界面、生長指數(shù)、斷層活動速率以及伸展率等，得出本區(qū)斷裂的形成演化先后經(jīng)歷了早期伸展、中期走滑和晚期反轉(zhuǎn)三個階段;結(jié)合各變形時期的主要斷裂對油氣成藏的影響，認(rèn)為伸展斷陷期的主要控陷斷裂控制了烴源巖的分布;主干控陷斷層是油氣運移的主要通道;伊敏組沉積末期形成的南北向斷裂與長期發(fā)育的北東東向油源斷裂近正交組合，在大磨拐河組和伊敏組形成大量的圈閉，是油富集的主要區(qū)帶。

關(guān)鍵詞:烏爾遜凹陷 斷裂演化 油源斷層 油氣藏

中圖分類號:P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0138-02

Faults evolution and its impact on hydrocarbon accumulation in Wuerxun depression

ZHANG Ming-xue ZHANG Tian-yao LIU Qiang

(1 Dongbei Petroleum Institute， Daqing 163318， China;

2 Jilin division of Daqing Logging Company of Exploration Drilling Engineering Company Jilin 138000，China);

Abstract:The formation of faults in Wuerxun depression has obvious characters of substage ，by analysising the tectonic sequence boundaries，growth index，faults acting rate and stretch，we considered the evolution of the fault had under gone early extension，middle strile-slip and late reversion three stages. By researching the effection of the main faults formed in different periods on hydrocarbon，we have concluded the main faults which controled the depression controled the distribution of hydrocarbon rock; the main controlling faults was the main hydrocarbon migration channel; faults in the direction of SN formed at the end of Yimin group and long-term development oil source faults which in the direction of NNE perpendicular array， forming a lot of traps in Damoguaihe and Yimin group，was one of the main oil enrichment zones.

Key words:Wuerxun depression;fault evolution;source fault;oil and gas reservoir

海拉爾盆地處在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟境內(nèi)，盆地內(nèi)劃分為三坳兩隆五個一級構(gòu)造單元，進(jìn)一步分為16個凹陷、4個凸起共20個二級構(gòu)造單元。烏爾遜凹陷是海拉爾盆地貝爾湖坳陷的一個二級構(gòu)造單元，是海拉爾盆地最有潛力的勘探地區(qū)之一[1，2]。

烏爾遜凹陷為一南北向展布、西斷東超的箕狀斷陷[3]。該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂十分發(fā)育，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣藏大部分與斷層密切相關(guān)。隨著勘探工作的深入，迫切需要運用新的理論對一些現(xiàn)有的層系進(jìn)行系統(tǒng)深入細(xì)致的研究，深化石油地質(zhì)特征的認(rèn)識。因此，本文深入剖析烏爾遜凹陷斷裂構(gòu)造特征，確定斷裂的發(fā)生、發(fā)展及其演化過程，進(jìn)而探討斷裂對油氣成藏的控制作用，以利于斷陷盆地區(qū)油氣的進(jìn)一步勘探。

1 烏爾遜凹陷斷裂演化階段的劃分

構(gòu)造層序界面反映的構(gòu)造變形時期、生長指數(shù)、斷層活動速率、斷距-距離曲線以及構(gòu)造演化史剖面盡管均能反映斷裂形成和活動時期[4，5]，但每種方法均存在片面性，因此需要聯(lián)合使用這些方法才能準(zhǔn)確標(biāo)定斷裂形成和活動時期。

(1)區(qū)域性角度不整合與大規(guī)模的構(gòu)造隆升有關(guān)[6]。T5界面是盆地的基底面，在布達(dá)特群沉積后，東北地區(qū)進(jìn)入強烈的造山期，形成區(qū)域性不整合界面，為擠壓型的一級構(gòu)造層序界面。T04界面是白堊系上統(tǒng)和下統(tǒng)的分界面，該界面是早期伸展和晚期壓扭的綜合產(chǎn)物。在南屯組沉積末期，盆地發(fā)生一次隆升回返，凹陷開始隆升并遭受大規(guī)模剝蝕，形成了本區(qū)規(guī)模最大的全區(qū)不整合T22。從構(gòu)造層序界面特征看，凹陷內(nèi)3個重要的構(gòu)造層序界面T5、T22和T04為斷裂的主要變形時期，分別對應(yīng)布達(dá)特群沉積后為基底斷裂活動時期、南屯組末期的斷裂活動時期和伊敏組末期的斷裂活動時期。

(2)生長指數(shù)同斷層垂直活動速率對比使用，能夠準(zhǔn)確標(biāo)定斷裂活動時期。從典型地震剖面上斷裂的生長指數(shù)及活動速率對比來看，烏爾遜凹陷斷裂多期活動特點顯著。銅缽廟組～南屯組沉積時期發(fā)生強烈伸展構(gòu)造變形，控制盆地的形成及盆地內(nèi)的沉積充填;大磨拐河組沉積時期活動有所減弱，受西邊界大斷裂活動的影響下，形成部分后生斷裂;伊敏組時期，早期控陷的主干基底斷層再次復(fù)活，形成大量次級斷層，這些斷層構(gòu)成負(fù)花狀構(gòu)造組合，顯示顯著的走滑構(gòu)造變形;青元崗組時期，部分先期多次活動的斷層再次發(fā)生擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形，局部形成逆斷層型反轉(zhuǎn)構(gòu)造和褶皺型反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

(3)伸展率和伸展速率參數(shù)是反映斷裂構(gòu)造活動強度的重要指標(biāo)之一，一般是通過垂直于主干構(gòu)造走向的剖面來分析構(gòu)造變形過程。從典型地質(zhì)剖面的伸展率和伸展速率得到，整個烏爾遜凹陷在銅缽廟組、南屯組、伊敏組二三段以及青元崗組時期均具有較大的伸展變形強度，為斷裂的主要活動時期。但是，在不同的沉積時期，不同地區(qū)的伸展變形強度有一定差異，在銅缽廟組沉積過程中，烏南和巴彥塔拉地區(qū)的伸展強度較大;在南屯組沉積時期，全區(qū)的伸展率和伸展速率均較大;大磨拐河組～伊一段沉積時期，全區(qū)伸展變形強度均較小;伊二三段沉積時期，在斷裂走滑變形的作用下使活動的斷層發(fā)生較大的水平位移，因而具有較大的伸展率和伸展速率;青元崗組時期，反轉(zhuǎn)區(qū)域應(yīng)力場作用使部分?jǐn)嗔寻l(fā)生反轉(zhuǎn)該時期部分?jǐn)鄬泳哂惺湛s位移量，而另一部分?jǐn)鄬泳哂猩煺刮灰屏俊?/p>

綜合上述各個指標(biāo)反映的斷裂變形期次的特征，認(rèn)為烏爾遜凹陷斷裂的形成演化先后經(jīng)歷了銅缽廟組～大磨拐河組時期的伸展變形;伊敏組時期的走滑變形;青元崗組時期的反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形。

2 斷裂不同演化階段特征

2.1 伸展變形階段(銅缽廟組～大磨拐河組沉積時期)

斷裂的伸展變形發(fā)生在銅缽廟組沉積時期，為盆地的初始裂陷階段。該時期形成的伴生次級斷層主要是NE走向。從剖面上看，烏西斷層是該時期烏爾遜凹陷的主要控陷斷層。該時期盆地拉伸量較大，沉積了一套粗碎屑沉積物，與上覆南屯組地層呈低角度不整合接觸，反映烏爾遜凹陷銅缽廟組沉積末期發(fā)生了一次微弱的回返上升。

經(jīng)過短暫的回返上升之后，斷裂伸展變形再次繼承性發(fā)育，形成了南屯組地層，該時期斷裂發(fā)生強烈的伸展構(gòu)造變形，為斷陷盆地發(fā)育的鼎盛時期。先期烏西斷裂、蘇仁諾爾斷裂、銅缽廟斷裂、巴彥塔拉斷裂等大型控陷斷層持續(xù)活動，并形成大量NE向展布的次級基底斷裂。此時，烏爾遜地區(qū)基本形成了湖盆，沉積了一套湖相細(xì)碎屑沉積物。

大磨拐河組沉積時期以弱的伸展變形為主。烏爾遜整體上盆地范圍有所增大，但地層的厚度變化逐漸趨于穩(wěn)定，沉積晚期逐漸覆蓋隆起和斜坡，表明斷陷在向拗陷階段過渡。

2.2 走滑變形階段(伊敏組沉積時期)

從伊敏組沉積時期開始，盆地進(jìn)入后裂陷的拗陷演化階段，斷裂在演化過程中其變形特征存在明顯差異。伊一段沉積時期，烏爾遜凹陷整體隆升萎縮，由前期的湖相變?yōu)楹恿髡訚上酁橹鳎练e了較薄但全區(qū)穩(wěn)定分布的伊一段地層。在伊二三段沉積時期，斷裂發(fā)生強烈的張扭變形使烏爾遜凹陷早期的SN向烏西斷裂發(fā)生伸展變形，從構(gòu)造發(fā)育史剖面來看，由于烏西斷裂是發(fā)生純伸展變形，故伊敏組地層在該斷層上盤表現(xiàn)明顯的楔狀體結(jié)構(gòu)。而NEE向蘇仁諾爾斷裂、NE向的銅缽廟斷裂控陷斷層、和巴彥塔拉斷裂帶復(fù)活發(fā)生張扭變形，形成斷裂密集帶，同時形成大量近SN向的次級蓋層斷層，這些斷層全區(qū)廣泛分布，且大部分向下消失于大一段泥巖地層，在不發(fā)育長期活動斷裂的區(qū)域還存在一些無根的花狀斷裂組合，這主要是由于塑性地層可以吸收斷層位移量，從而形成似花狀斷裂組合。

2.3 反轉(zhuǎn)變形階段(青元崗組沉積時期)

在拗陷階段的青元崗組沉積時期，斷裂主要發(fā)生反轉(zhuǎn)變形，這種反轉(zhuǎn)變形從伊敏組沉積末期就開始出現(xiàn)，主要是在近EW向弱擠壓應(yīng)力場作用下，使早期的大多數(shù)正斷層尤其是規(guī)模較大的控陷斷層受到擠壓作用發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成相應(yīng)的反轉(zhuǎn)構(gòu)造。早期的正斷層發(fā)生反向滑動，早期的負(fù)花狀構(gòu)造出現(xiàn)正反轉(zhuǎn)特征。其中近SN向的烏西斷裂主要發(fā)生壓性變形，而蘇仁諾爾斷裂和銅缽廟斷裂和巴彥塔拉斷裂帶等一些列長期發(fā)育的斷裂主要發(fā)生壓扭變形。該時期主干斷層只是在局部出現(xiàn)逆斷層，其特征是斷開層位少，斷距小，有些向下轉(zhuǎn)變?yōu)檎龜鄬印?/p>

3 斷裂對油氣藏形成的影響

3.1 控陷斷層對烴源巖分布的影響

烏爾遜凹陷的優(yōu)質(zhì)源巖受下部伸展斷陷盆地期的主要控陷斷裂與沉積相帶控制，主要分布在伸展斷陷盆地的內(nèi)部。控陷斷層控制的深斷陷具有沉降速度相對較快、沉積厚度大、湖相沉積發(fā)育、暗色泥巖厚度大、有機質(zhì)豐度高且類型好、轉(zhuǎn)化程度高、油源充足等特點[7]。在斷裂伸展變形時期發(fā)育的南屯組、大磨拐河組是該區(qū)主要的生油巖層。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的工業(yè)勘探區(qū)帶都位于深斷陷中的烴源區(qū)內(nèi)或邊緣，如蘇仁諾爾區(qū)塊分布在烏北深斷陷周圍的有利構(gòu)造帶上。在深斷陷中發(fā)育多套生儲巖系，可形成多套含油氣層系。

3.2 斷層對油氣運移、聚集的影響

斷裂是油氣運移的主要通道，當(dāng)斷裂活動時，可以使烴源巖與儲層在側(cè)向和垂向上直接溝通接觸[8，9]。烏爾遜凹陷中的控陷斷層基本上都是生長斷層，無論在伸展還是在擠壓條件下，都具有長期活動的特征，是油氣運移的主要通道。斷層不但自身可以成為油氣運移的良好通道，而且斷層可以將上下不整合面及砂體溝通，從而使油氣呈“階梯狀”運移。烏爾遜凹陷斷裂十分發(fā)育，斷層開啟和封閉機制十分復(fù)雜，在實際中油氣一般是沿滲透性運載層發(fā)生側(cè)向運移，受阻后再沿斷層發(fā)生垂向運移，封閉后再側(cè)向運移的，形成各種類型的油氣藏。

3.3 斷層帶對油氣分布的影響

烏爾遜凹陷目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要集中于北東向斷層帶(蘇仁諾爾斷層帶)、北東東向斷層帶(銅缽廟斷層帶)和北西向斷層帶(巴彥塔拉斷層帶)，其中北東向和北東東向斷層帶都是控制盆地形成的長期活動斷層，既經(jīng)歷了伸展作用階段，又經(jīng)歷了擠壓作用階段，形成一系列斷層遮擋的斷鼻、斷塊、反轉(zhuǎn)構(gòu)造和斷層相關(guān)褶皺等多種構(gòu)造圈閉。北東東向長期發(fā)育的油源斷裂與伊敏組沉積晚期形成的南北向上部斷裂系統(tǒng)近正交組合，在大磨拐河組和伊敏組形成大量的圈閉，是油富集的主要區(qū)帶。對烏爾遜凹陷油氣藏運聚成藏分析認(rèn)為，發(fā)育時間早，鄰近生烴強度高的主生油洼槽，與銅缽廟組和南屯組高位域扇三角洲、辮狀河三角洲相帶儲層厚度大、物性好，具有生油巖等接觸面積大、配置關(guān)系好的有利構(gòu)造帶，為油氣相對富集區(qū)。

4 結(jié)語

(1)烏爾遜凹陷斷裂的形成演化先后經(jīng)歷了銅缽廟組～大磨拐河組時期的伸展變形，其間由又細(xì)分為不同的伸展構(gòu)造時期，分別控制斷陷盆地的發(fā)生、發(fā)展、消亡的演化過程;伊敏組時期主要發(fā)生走滑變形，形成了一系列沿著主干基底斷層發(fā)育的斷裂密集帶;青元崗組時期主要發(fā)生反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形，表現(xiàn)為部分主干基底斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形。

(2)伸展斷陷期的主要控陷斷裂控制了烴源巖的分布;主干控陷斷層是油氣運移的主要通道;伊敏組沉積末期形成的南北向斷裂與長期發(fā)育的北東東向油源斷裂近正交組合，在大磨拐河組和伊敏組形成大量的圈閉，是油富集的主要區(qū)帶。

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