海拉爾盆地烏爾遜凹陷構(gòu)造變形對沉降中心遷移的控制

高軍義，劉志宏，吳相梅，楊 旭，黃超義，梅 梅，孫理難

1.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712 2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

海拉爾盆地烏爾遜凹陷構(gòu)造變形對沉降中心遷移的控制

高軍義1，劉志宏2，吳相梅1，楊 旭1，黃超義2，梅 梅2，孫理難2

1.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712 2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

海拉爾盆地是疊置于內(nèi)蒙-大興安嶺古生代碰撞造山帶之上的中、新生代盆地，烏爾遜凹陷是海拉爾盆地中部的1個二級構(gòu)造單元，自早白堊世開始，經(jīng)歷了3次伸展作用、2次擠壓作用，盆地中地層厚度和沉降中心的遷移主要受同生斷層和與之伴生的斷層相關(guān)褶皺所控制。在伸展作用時期：當(dāng)發(fā)育1個犁式正斷層，在其上盤形成1個箕狀斷陷，沉降中心位于斷層上盤、靠近斷層的區(qū)域，在伸展量較大的部位形成1個或多個沉降中心；當(dāng)發(fā)育多個控陷正斷層，在其上盤形成多個相互獨(dú)立的箕狀斷陷，但每一個斷陷都有各自的沉降中心，不同方向斷層的交匯部位往往就是斷陷的沉降中心。隨著伸展量的增大，斷陷的沉降中心不斷向控陷正斷層滑動的相反方向遷移，盆地的規(guī)模也隨之增大。在第一次擠壓作用中，早期NS向控陷斷層F1發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，其上盤靠近斷層的部位發(fā)生隆升，遠(yuǎn)離斷層的部位作為大型斷層傳播褶皺背斜前翼也發(fā)生旋轉(zhuǎn)式隆升，烏爾遜凹陷成為NS向大型斷層傳播褶皺背斜的前翼向斜，地層的沉積厚度在靠近斷層的部位和遠(yuǎn)離斷層的部位都很?。幌虼笮蛿鄬觽鞑ヱ薨櫛承鼻耙硐蛐辈课?，地層的沉積厚度逐漸增大，盆地的沉降中心向向斜的低洼區(qū)域遷移。在第二次擠壓作用中，早期NS向控陷斷層F2發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，在烏爾遜凹陷中部形成1個規(guī)模較大的NS向斷層傳播褶皺背斜或突發(fā)構(gòu)造，背斜或突發(fā)構(gòu)造的頂部被剝蝕，盆地的沉降中心位于中部背斜帶前、后翼向斜的低洼區(qū)域。

伸展作用；擠壓作用；構(gòu)造變形；地層厚度；沉降中心；烏爾遜凹陷；海拉爾盆地

0 引言

構(gòu)造變形及其對沉積作用的制約是研究盆地形成機(jī)制和演化過程的重要科學(xué)問題，長期以來一直倍受國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注[1]。自20世紀(jì)80年代末以來，先后有多位學(xué)者在斷裂作用、褶皺作用及其與同構(gòu)造沉積作用(或稱為地層生長作用) 之間關(guān)系的研究方面，建立了擠壓和伸展構(gòu)造體制下的生長斷層相關(guān)褶皺的幾何學(xué)與運(yùn)動學(xué)模型[2-6]，提出了隆升速率、沉積速率和斷層滑移速率之間的定量關(guān)系，為研究構(gòu)造變形及其與沉積作用的關(guān)系提供了新思路、新方法[1]。無論是拉張盆地還是擠壓盆地，其中地層的發(fā)育狀況或角度不整合是否形成主要受盆地的隆升速率、侵蝕速率和沉積速率共同控制。當(dāng)沉積速率大于構(gòu)造隆升速率，即使有構(gòu)造活動在盆地中也不會形成角度不整合，更不會出現(xiàn)地層缺失；當(dāng)盆地中某一部位的沉積速率小于構(gòu)造隆升速率和侵蝕速率時，才有可能形成角度不整合，且不整合一般只發(fā)育于盆地的邊緣或盆地中隆升幅度較大的部位，在空間上可以由不整合接觸逐漸轉(zhuǎn)化為假整合或(和)整合接觸[1-2, 6-7]。在盆地的形成和演化過程中，盆地中的很多構(gòu)造都形成于剝蝕面之下，與變形作用相伴生的連續(xù)沉積作用完整地記錄了構(gòu)造運(yùn)動的全過程，是研究盆地演化的最完整資料。海拉爾盆地烏爾遜凹陷自白堊紀(jì)形成以來經(jīng)歷了多期伸展作用與擠壓作用[8-12]，局部由于構(gòu)造隆升速率大于沉降速率而被剝蝕，大部分區(qū)域始終接受沉積，為研究構(gòu)造作用對沉積作用的控制提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。以烏爾遜凹陷為例，通過構(gòu)造活動與地層厚度、沉降中心在平面上、剖面上遷移過程的研究，探討不同構(gòu)造演化階段、不同構(gòu)造體制下構(gòu)造對盆地沉降中心遷移的控制規(guī)律。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

海拉爾盆地是疊置于內(nèi)蒙-大興安嶺古生代碰撞造山帶之上的中、新生代盆地，盆地基底為古生界和前古生界海相、海陸交互相地層，蓋層主要由中生界白堊系和新生界古近系、新近系組成，其中以下白堊統(tǒng)為主，地層總厚度達(dá)6 000 m。白堊系自下而上劃分為下白堊統(tǒng)興安嶺群、銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組，上白堊統(tǒng)青元崗組[8-9]。多年來，對海拉爾盆地的構(gòu)造特征、構(gòu)造演化的認(rèn)識始終存在很大爭論[13-16]，爭論的焦點(diǎn)是研究區(qū)是否存在擠壓構(gòu)造。近年來研究表明，海拉爾盆地在早白堊世經(jīng)歷4個變形階段，即興安嶺期-南屯期的拉伸作用階段、大磨拐河期-伊敏期早期的擠壓作用階段、伊敏期中期的伸展作用階段和伊敏期晚期-青元崗期的擠壓作用階段，形成了4個方向的構(gòu)造帶，即NE向斷層帶、NEE向斷層帶、NS向斷層帶和NW向斷層帶[8-12]。其中:NE向斷層帶、NEE向斷層帶和NS向斷層帶都是控制盆地形成的長期活動斷層，經(jīng)歷多期伸展作用和擠壓作用，不僅控制了烴源巖分布、油氣運(yùn)移和聚集，而且還控制了圈閉的形成和油氣分布；NW向斷層帶是較晚形成的走滑斷層帶，對早期形成的油氣藏主要起破壞或改造作用[8-9]。

1.國界；2.盆地邊界；3.一級構(gòu)造單元界線；4.二級構(gòu)造單元界線；5.斷層及其傾向；6.烏爾遜凹陷。圖1 海拉爾盆地構(gòu)造單元劃分與烏爾遜凹陷構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)Fig.1 Structural units of the Hailar basin and location of the Wuerxun sag(modified from reference[1])

海拉爾盆地總體呈NE向展布，經(jīng)地質(zhì)和地球物理工作證實,盆地由3坳、2隆5個一級構(gòu)造單元和16個凹陷組成。一級構(gòu)造單元自西向東依次為扎賁諾爾坳陷、嵯崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起和呼和湖坳陷[8-9]，烏爾遜凹陷是貝爾湖坳陷中南部的1個二級構(gòu)造單元(圖1)。

2 構(gòu)造對沉降中心的控制

2.1 平面上沉降中心的遷移

盆地中地層厚度大致代表了沉降幅度與沉降中心，也反映了控陷斷層在空間上的展布特征、規(guī)模和水平位移量的大小，因此可以用地層厚度在空間上的變化和對比研究構(gòu)造對沉降中心的控制作用。

a. 興安嶺群沉積時期；b. 南屯組沉積時期。1. 地層等厚線(地層厚度單位為m)；2. 凹陷邊界；3. 控陷正斷層；4. 走滑斷層；5.井位及井號；6. 剖面位置。圖2 烏爾遜凹陷興安嶺群沉積時期、南屯組沉積時期古構(gòu)造與地層厚度圖Fig. 2 Paleostructure and stratigraphic thickness map during Xing’anling period and Nantun period in Wuerxun sag

在初始斷陷期(興安嶺群-銅缽廟組沉積時期)，研究區(qū)受NW-SE向伸展作用影響，烏爾遜凹陷發(fā)育NE向、NS向和NEE向3個方向的控陷正斷層[8-10]，其中,NE向斷層具有典型犁式正斷層的性質(zhì)，NS向和NEE向斷層具有走滑的分量，它們共同控制了凹陷的沉積作用和沉降中心的發(fā)育，烏爾遜凹陷表現(xiàn)為伸展斷陷型盆地的地質(zhì)特征。由圖2a可知，烏爾遜凹陷在興安嶺群-銅缽廟組沉積時期具有南部和北部2個沉降中心。在烏爾遜凹陷北部，NE向、NS向和NEE向斷層為主要控陷斷層，沉降中心在斷層F0-4、斷層F4-1和斷層F4-2所圍限的區(qū)域，如銅4井、銅6井、烏101井附近的區(qū)域(圖2a)。在烏爾遜凹陷南部，NS向、NE向斷層為控陷斷層，沉降中心發(fā)育在斷層F1和斷層F5所圍限的區(qū)域，如烏7井附近的區(qū)域(圖2a)。烏爾遜凹陷中部地區(qū)NE向斷層不發(fā)育，斷陷的深度相對較小。可見，不同方向控陷正斷層交匯部位為斷陷的最大沉降區(qū)域。

在南屯組沉積時期，烏爾遜凹陷仍然處于NW-SE向伸展作用狀態(tài)[8-10]，NE向和NEE向斷層的活動強(qiáng)度減弱，NS向斷層F1的活動強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，上述南、北2個沉降中心都向西遷移至斷層F1附近，在烏爾遜凹陷的西北角和西南角盆地的沉降量達(dá)到最大，凹陷的規(guī)模也進(jìn)一步擴(kuò)大(圖2b)。在凹陷的西北角沉降中心遷移至蘇10井、銅4井以西靠近斷層F1的區(qū)域，并沿斷層F1分布，最大沉積厚度大于600 m。根據(jù)地層厚度與斷層水平伸展量之間的關(guān)系可知，斷層F1沿蘇10井-烏101井-銅4井向北的水平滑移量和水平伸展量逐漸增大。在凹陷的西南角，沉降中心集中在烏23井、烏16井、烏26井、烏7井、海參1井所圍限的區(qū)域，最大沉積厚度也超過600 m(圖2b)。盡管南屯組沉積時期基本繼承了興安嶺群-銅缽廟組沉積時期的沉積特征，但沉降中心明顯向西遷移，盆地的規(guī)模也明顯增大。

在大磨拐河組-伊敏組一段沉積時期，研究區(qū)由NW-SE向伸展作用轉(zhuǎn)變?yōu)镹W-SE向擠壓作用[8-11]，烏爾遜凹陷的早期控陷正斷層F1發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，其上盤強(qiáng)烈隆升，盆地的規(guī)模出現(xiàn)萎縮。在反轉(zhuǎn)正斷層附近地層的沉積厚度最薄，向凹陷中部的坳陷地帶地層的沉積厚度逐漸增加，在地層厚度圖上表現(xiàn)為沉降中心遠(yuǎn)離遭受反轉(zhuǎn)作用的早期控陷正斷層，凹陷的沉降中心整體由西向東遷移到盆地的中部。由于烏爾遜凹陷的南部和北部整體隆升的幅度相對較小，在凹陷北部的蘇18井、蘇20井、蘇5井附近形成1個沉降中心，地層的沉積厚度達(dá)到400 m；在凹陷南部的海參1井附近也形成1個沉降中心，地層的沉積厚度達(dá)到300 m(圖3a)。在大磨拐河組-伊敏組一段沉積時期，烏爾遜凹陷的沉積厚度在凹陷東、西兩側(cè)較薄，向凹陷中央的坳陷區(qū)逐漸增厚，顯示出擠壓坳陷型盆地的沉積特征。

在伊敏組中、上段沉積時期，研究區(qū)受近EW向伸展作用影響，烏爾遜凹陷再次進(jìn)入伸展斷陷演化階段，凹陷中NS向犁式控陷正斷層F2活動強(qiáng)烈，盆地的沉降中心向斷層F2上盤、靠近斷層的部位遷移，地層的沉積厚度在控陷斷層上盤、靠近斷層的部位最大，遠(yuǎn)離斷層地層的厚度逐漸減小，盆地再次表現(xiàn)為伸展斷陷盆地的地質(zhì)特征(圖3b)。由于斷層F2在空間上的伸展量不同，形成的伸展斷陷的深度也存在差異。在北部的蘇5井、蘇20井、蘇11井附近形成一個沉降中心，地層的沉積厚度達(dá)到500 m；在南部的烏26井、烏7井附近也形成一個沉降中心，地層的沉積厚度達(dá)到500 m(圖3b)。

上述研究表明，烏爾遜凹陷不同地質(zhì)時期的構(gòu)造格局主要與當(dāng)時的構(gòu)造應(yīng)力場特征和構(gòu)造變形的幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)特征有關(guān)，盆地中地層的厚度、展布特征和沉降中心的遷移主要受同生斷層所控制。在伸展作用時期，盆地的沉降中心主要發(fā)育在控陷正斷層上盤、伸展量較大、靠近控陷斷層的區(qū)域，隨著盆地伸展量的增大，盆地的沉降中心不斷向控陷正斷層滑動的相反方向遷移，盆地的規(guī)模也隨之增大。當(dāng)有多個不同方向的伸展構(gòu)造共同控制斷陷發(fā)育時，不同方向斷層的交匯部位往往是斷陷的沉降中心。在擠壓作用時期，早期控陷正斷層上盤發(fā)生反轉(zhuǎn)作用而隆升，出現(xiàn)剝蝕或沉積地層的厚度較薄，向擠壓坳陷的中部區(qū)域地層的沉積厚度逐漸增大，沉降中心由早期靠近控陷斷層的區(qū)域向盆地的中央?yún)^(qū)域遷移，盆地的規(guī)模出現(xiàn)萎縮，顯示出擠壓坳陷型盆地的沉積特征。

2.2 剖面上視沉降中心的遷移

在地震剖面中，凹陷的視沉降中心在垂向上和平面上的遷移十分明顯，其遷移過程反映了不同構(gòu)造演化階段控陷斷層的性質(zhì)和運(yùn)動學(xué)特征及其對沉積作用的控制，也反映了沉積作用對構(gòu)造變形的響應(yīng)。

烏爾遜凹陷的北部和南部的構(gòu)造特征有所差異，北部地區(qū)發(fā)育NS向、NE向以及NEE向3個方向的控陷斷層組合，南部地區(qū)發(fā)育NS向、NE向2個方向的控陷斷層組合(圖2、圖3)。以烏爾遜凹陷北部的wrxb-line 250和南部的tbmn-line 864地震剖面(圖4)為例，探討研究區(qū)不同構(gòu)造變形階段構(gòu)造活動對凹陷視沉降中心遷移的控制。

a. 大磨拐河組-伊敏組一段沉積時期：1. 地層等厚線(地層厚度單位為m)；2. 凹陷邊界；3. 逆斷層；4. 走滑斷層；5.井位；6. 剖面位置。b. 伊敏組二段沉積時期： 1. 地層等厚線(地層厚度單位為m)；2. 凹陷邊界；3. 新生正斷層；4. 反轉(zhuǎn)正斷層；5. 走滑斷層；6.井位及井號；7. 剖面位置。圖3 烏爾遜凹陷大磨拐河組-伊敏組一段沉積時期、伊敏組二段沉積時期古構(gòu)造與地層厚度圖Fig. 3 Paleostructure and stratigraphic thickness map during Damoguaihe period to Early Yimin period and Medium Yimin period in Wuerxun sag

T04. 青元崗組底界；T04-2. 伊敏組三段底界；T1. 伊敏組二段底界；T2. 伊敏組一段底界；T20. 大磨拐河組二段內(nèi)的亞層底界；T21. 大磨拐河組二段底界；T22. 大磨拐河組一段底界；T23. 南屯組二段底界；T3. 南屯組一段底界；T5. 基底頂界。沉降中心用字母表示，詳見正文。剖面位置見圖2、圖3。圖4 烏爾遜凹陷地震剖面wrxb-line 250(a)、tbmn-line 864(b)地質(zhì)解釋與視沉降中心遷移圖(據(jù)腳注①修改)Fig. 4 Geological interpretation and apparent subsidence center transition of seismic profiles wrxb-line 250 (a) and tbmn-line 864 (b) in Wuerxun sag (modified from footnote *劉志宏，柳行軍，李傳順，等. 海拉爾盆地各二級構(gòu)造單元關(guān)系及斷面圖編制方法研究. 大慶：大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，2004.)

在興安嶺群-銅缽廟組(T5-T3)沉積時期，烏爾遜凹陷受到NW-SE向伸展作用[8-10]，由圖2和地震剖面wrxb-line 250(圖4a)可知：烏爾遜凹陷北部發(fā)育了NS向斷層F1、NE向斷層F0-2、F0-3，它們共同控制了該時期沉積作用，為盆地的控陷斷層，在盆地中形成了3個獨(dú)立的箕狀斷陷[4-6]；每一個斷陷都有各自的視沉降中心(A1、A2、A3)，視沉降中心位于斷層上盤、靠近斷層的位置，在地震剖面上表現(xiàn)為靠近控陷斷層的部位地層的沉積厚度最大，遠(yuǎn)離控陷斷層地層的沉積厚度逐漸減薄，地層的地震相單元外形呈現(xiàn)為向控陷正斷層方向撒開的扇形楔形體。在南屯組(T3-T22)沉積時期，盆地的構(gòu)造演化繼承了早期伸展斷陷的特點(diǎn)，斷層F1、F0-2、F0-3依然為盆地的控陷正斷層，但規(guī)模出現(xiàn)差異，斷層F1、F0-3的斷距較大，形成的斷陷較大，斷層F0-2的斷距較小，形成的斷陷較小;但盆地中仍具有3個箕狀斷陷，其構(gòu)造特征和沉積特征與早期基本類似，每一斷陷都具有各自的視沉降中心(B1、B2、B3)，但視沉降中心都表現(xiàn)為向控陷正斷層滑動的反方向遷移，反映了隨著控陷斷層斷距的增大，盆地的規(guī)模也隨之增大的演化過程。在大磨拐河組一段(T22-T21)沉積時期，烏爾遜凹陷受到NW-SE向擠壓作用[8-11]，早期的控陷正斷層F0-2、F0-3基本停止活動，斷層F1的反轉(zhuǎn)作用[17]強(qiáng)度較大，其上盤靠近斷層的部位由于逆沖滑動而隆升。但斷層F1上部的逆沖滑動量十分有限，此時可以把烏爾遜凹陷看作由斷層F1控制的NS向大型斷層傳播褶皺[18]背斜的前翼向斜，由于斷層F1下部的逆沖滑動量遠(yuǎn)大于其在上部的逆沖滑動量，斷層傳播褶皺背斜前翼就會發(fā)生旋轉(zhuǎn)式隆升[12]，烏爾遜凹陷的東、西兩側(cè)都由于隆升作用而使地層的沉積厚度較小，在凹陷中部相對低洼的區(qū)域沉積厚度最大，盆地的視沉降中心由早期的3個轉(zhuǎn)變?yōu)?個(C)。在大磨拐河組二段(T21-T2)、伊敏組一段(T2-T1)沉積時期基本上延續(xù)了大磨拐河組一段(T22-T21)沉積時期的構(gòu)造變形特征，但由于斷層F1控制的大型傳播褶皺背斜前翼的旋轉(zhuǎn)式隆升速率大于該斷層上部逆沖滑動的隆升速率，導(dǎo)致盆地的視沉降中心由東部向西部遷移，即由C點(diǎn)→D點(diǎn)→E點(diǎn)。在伊敏組二段(T1-T04-2)沉積時期，烏爾遜凹陷受到近EW向伸展作用[8-10]。在烏爾遜凹陷形成了近NS向控陷正斷層F2和由其控制的大型箕狀斷陷，在控陷斷層上盤靠近斷層的部位為凹陷的視沉降中心(F)，地層的沉積厚度最大，遠(yuǎn)離斷層地層的沉積厚度逐漸減小。在伊敏組三段(T04-2-T04)沉積時期，烏爾遜凹陷受到近EW向擠壓作用[8-11]，斷層F2發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，但由于斷層F2上部的傾角較陡，在發(fā)生逆沖滑動時受阻，但其深部的逆沖量很大，在斷層上盤形成了一個大型斷層傳播褶皺;另外早期的控陷正斷層F0-2在這次擠壓過程中再次復(fù)活出現(xiàn)逆沖滑動，在該斷層上部也形成了一個大型斷層傳播褶皺;由斷層F2和F0-22個逆沖斷層限定的區(qū)域出現(xiàn)明顯隆升，在空間上構(gòu)成了1個NS向大型突發(fā)構(gòu)造(pop up)，由于中部的隆升而被剝蝕，兩側(cè)相對沉降接受沉積，形成了2個視沉降中心(G1、G2)。在上白堊統(tǒng)青元崗組(T04之上)沉積時期，烏爾遜凹陷總體上進(jìn)入坳陷演化期[8-10]。構(gòu)造活動微弱，在青元崗組沉積初期以伸展作用為主，斷層F2又轉(zhuǎn)化為正斷層切穿青元崗組底界T04反射層，為控陷正斷層，視沉降中心遷移至H處。

a.興安嶺群-銅缽廟組沉積時期；b.南屯組下段沉積時期；c.南屯組上段沉積時期；d.大磨拐河組-伊敏組一段沉積時期；e.伊敏組二段沉積時期；f.伊敏組三段沉積時期；g.青元崗組沉積時期至今。沉降中心用字母表示，詳見正文。圖5 烏爾遜凹陷剖面tbmn-line 864構(gòu)造發(fā)育史與沉降中心遷移圖Fig. 5 Structural development process and apparent subsidence center transition of profiles tbmn-line 864 in Wuerxun sag

在興安嶺群-銅缽廟組(T5-T3)沉積時期，烏爾遜凹陷受到NW-SE向伸展作用[8-10]。在地震剖面tbmn-line 864地質(zhì)解釋圖(圖4b)和剖面構(gòu)造發(fā)育史圖(圖5)中，烏爾遜凹陷南部發(fā)育了NS向斷層F1、F2，它們?yōu)榕璧氐目叵輸鄬?，共同控制了該時期沉積作用，在盆地中形成了2個獨(dú)立的箕狀斷陷;其中,由斷層F1控制的箕狀斷陷規(guī)模較小，斷層F2控制的箕狀斷陷規(guī)模較大，每一個箕狀斷陷都有各自的視沉降中心(A1、A2)。在南屯組下段(T3-T23)沉積時期，盆地的構(gòu)造演化繼承了早期伸展斷陷的特點(diǎn)，斷層F1、F2依然為盆地的控陷正斷層，其構(gòu)造特征和沉積特征與早期基本類似，每一斷陷都具有各自的視沉降中心，盆地的視沉降中心分別向斷層滑動相反的方向遷移(A1→B1、A2→B2)。在南屯組上段(T23-T22)沉積時期，盆地仍然受到伸展作用，斷層F1為盆地的控陷正斷層，斷層F2停止活動，在斷層F1上盤靠近斷層的部位地層的沉積厚度最大，盆地的視沉降中心由前期的2個轉(zhuǎn)變?yōu)?個，盆地的視沉降中心繼續(xù)向西部遷移，由B1遷移到C。總之，隨著控陷正斷層伸展量的逐漸增大，盆地的沉降中心逐漸向控陷正斷層滑動方向相反的方向遷移，盆地的規(guī)模逐漸擴(kuò)大。在大磨拐河組下段(T22-T21)沉積時期，烏爾遜凹陷受到NW-SE向擠壓作用[8-11]，斷層F1發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，其上盤出現(xiàn)逆沖滑動，向靠近斷層的部位地層的沉積厚度逐漸減薄，早期的小型正斷層F3發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，在剖面的東部形成1個規(guī)模較大的斷層轉(zhuǎn)折-滑脫混生褶皺，在背斜高部位構(gòu)造隆升速率大于沉積速率，南屯組部分地層被剝蝕，在背斜后翼和斷層F1之間的構(gòu)造低部位、背斜前翼向斜部位形成了D1、D22個視沉降中心。在大磨拐河組中段-伊敏組下段(T21-T1)沉積時期，烏爾遜凹陷仍然受到NW-SE向擠壓作用[8-11]，斷層F1發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，其上盤出現(xiàn)強(qiáng)烈逆沖滑動，向靠近斷層的部位地層的沉積厚度逐漸減薄或上超，剖面東部由斷層F3控制的斷層轉(zhuǎn)折-滑脫混生褶皺停止活動，此時可以把烏爾遜凹陷看作由斷層F1控制的大型斷層傳播褶皺背斜的前翼向斜；斷層F1下部的逆沖滑動量遠(yuǎn)大于其在上部的逆沖滑動量，斷層傳播褶皺背斜前翼就會發(fā)生旋轉(zhuǎn)式隆升[12]，地層的沉積厚度逐漸向東部減薄，盆地的沉降中心向中部的低洼區(qū)域遷移，這時的視沉降中心在垂向上由E點(diǎn)依次向F點(diǎn)、G點(diǎn)遷移。但在平面上的遷移范圍非常有限，說明斷層F1上部逆沖滑動隆升速率與其控制的大型傳播褶皺背斜前翼旋轉(zhuǎn)式隆升速率基本相當(dāng)，烏爾遜凹陷表現(xiàn)為擠壓坳陷型盆地的特征。在伊敏組二段(T1-T04-2)沉積時期，烏爾遜凹陷受到近EW向伸展作用[8-10]，斷層F1基本處于不活動狀態(tài)，盆地中的早期近NS向控陷正斷層F2重新活動，在其上盤形成一個大型箕狀斷陷，在斷層上盤靠近斷層附近地層的沉積厚度最大，遠(yuǎn)離斷層地層的沉積厚度逐漸減小，沉積地層覆蓋全區(qū)，體現(xiàn)了烏爾遜凹陷在伸展期整體沉降的特點(diǎn)，此時的沉降中心為H點(diǎn)。在伊敏組三段(T04-2-T04)沉積時期，烏爾遜凹陷受到近EW向擠壓作用[8-11]，斷層F2發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，在其上盤形成1個規(guī)模較大斷層傳播褶皺背斜，由于背斜構(gòu)造高部位的隆升速率大于沉積速率，被風(fēng)化剝蝕，在構(gòu)造低部位沉積了一套厚度不大的擠壓凹陷層序(T04-2-T04)，在背斜前、后翼向斜部位分別形成了2個視沉降中心(I1點(diǎn)、I2點(diǎn))。在上白堊統(tǒng)青元崗組-新生界(T04之上)沉積時期，構(gòu)造活動十分微弱，斷層F2、F4僅在青元崗組下部沉積時期有過活動，表現(xiàn)為正斷層，但斷距很小；青元崗組下部的沉積作用受斷層F2、F4控制，視沉降中心為J1點(diǎn)、J2點(diǎn)，但地層厚度在空間上變化很小。

3 結(jié)論

海拉爾盆地烏爾遜凹陷為經(jīng)歷多次變形作用的中、新生代斷陷-坳陷型盆地，其中地層的展布特征、厚度和沉降中心的遷移主要受同生斷層和與之伴生的斷層相關(guān)褶皺控制。

1)在興安嶺群-南屯組沉積時期，烏爾遜凹陷受到NW-SE向伸展作用，在盆地中形成了多個相互獨(dú)立的箕狀斷陷，盆地的沉降中心主要發(fā)育在控陷正斷層上盤、伸展量最大、靠近控陷斷層的區(qū)域，隨著伸展作用的持續(xù)，斷陷的沉降中心不斷向控陷正斷層滑動的相反方向遷移。同一時期多個方向斷層的交匯部位伸展量最大，構(gòu)成凹陷的沉降中心。

2)在大磨拐河組-伊敏組一段沉積時期，烏爾遜凹陷受到NW-SE向擠壓作用，早期控陷正斷層F1上盤靠近斷層的部位，由于反轉(zhuǎn)作用發(fā)生隆升，該凹陷成為大型斷層傳播褶皺背斜的前翼向斜，盆地的沉降中心逐漸向向斜的低洼區(qū)域遷移，由于變形強(qiáng)度在空間上存在差異，分別在整體隆升幅度較小的南部、北部區(qū)域形成沉降中心。

3)在伊敏組二段沉積時期，烏爾遜凹陷受到近EW向伸展作用，在早期控陷斷層F1上盤形成了近NS向大型犁式正斷層F2，由于該斷層在凹陷南部、北部區(qū)域伸展量較大，分別在上述區(qū)域形成沉降中心。

4)在伊敏組三段沉積時期，烏爾遜凹陷受到近EW向擠壓作用，在凹陷中部形成1個規(guī)模較大的NS向斷層相關(guān)褶皺背斜，背斜頂部區(qū)域明顯隆升而被剝蝕，盆地的沉降中心位于該背斜帶兩側(cè)。

5)在上白堊統(tǒng)青元崗組沉積時期，烏爾遜凹陷總體上進(jìn)入坳陷演化階段，構(gòu)造活動微弱，在青元崗組沉積初期以伸展作用為主，盆地的沉降中心遷移至斷層F2上盤伸展量較大的部位。

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Structural Deformation Control over the Subsidence Center Migration of Wuerxun Sag in Hailar Basin

Gao Junyi1,Liu Zhihong2,Wu Xiangmei1,Yang xu1,Huang Chaoyi2,Mei Mei2,Sun Linan2

1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,DaqingOilFieldCompany,Ltd.,PetroChina,Daqing163712,Heilongjiang,China2.CollageofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun130061,China

Hailar basin is a Meso-Cenozoic basin which superimposed on the Inner Mongolia-Greater Hinggan Mountain Paleozoic collision orogenic belt. Wuerxun sag which is a second-order structural unit in the middle part of Hailar basin, has been experienced 3 times extension and 2 times compression since the Early Cretaceous. The stratigraphic thickness and migration of subsidence centers in Wuerxun sag are mainly controlled by syngenetic fault and fault-related fold. On the extension period, when a half-graben formed on the hanging wall of the listric normal fault, one or more subsidence centers which located in hanging wall of the fault and near the fault formed at the part of the fault that the stretching amount is lager than the other part; When the multiple independent half-grabens formed on the hanging wall of the listric normal faults, every half-graben has its own subsidence center, and the intersection of different direction faults is often the subsidence center of the fault depression. With the increase of stretch amount, the subsidence center of the fault depression constantly migrated to the opposite direction of the slip direction of the control subsidence fault, and the scale of the basin gradually increased. On the first compression period, the early NS trending control subsidence fault F1reversed, the hanging wall near the fault occurred uplift, and the part away from the fault, as the front limb of a large fault-propagation fold anticline, also occurred rotary uplift. Wuerxun sag became the front syncline of a large NS trending fault-propagation fold anticline, the stratigraphic thickness is very thin near the fault and away from the fault, the stratigraphic thickness gradually increases to the front syncline of the large fault-propagation fold anticline, and the subsidence center migrates to the low-lying areas of the syncline. On the second compression period, the early NS trending control subsidence fault F2reversed, a large-scale NS trending fault propagation fold anticline or pop up formed in the middle part of Wuerxun sag. The top of the anticline or pop up were eroded, and the subsidence centers located in the low-lying area of the front and rear synclines.

extension; compression; structural deformation; stratigraphic thickness; subsidence center; Wuerxun sag; Hailar basin

10.13278/j.cnki.jjuese.201401102.

2013-06-30

國家自然科學(xué)基金項目(41072150)

高軍義(1957-)，男，工程師，主要從事石油地質(zhì)與盆地構(gòu)造研究，E-mail:gaojunyi@petrochina.com.cn

劉志宏(1962-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事造山帶演化與盆地構(gòu)造研究，E-mail:liuzhih@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201401102

P544.4

A

高軍義，劉志宏，吳相梅,等.海拉爾盆地烏爾遜凹陷構(gòu)造變形對沉降中心遷移的控制.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版,2014,44(1):15-24.

Gao Junyi,Liu Zhihong,Wu Xiangmei,et al.Structural Deformation Control over the Subsidence Center Migration of Wuerxun Sag in Hailar Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(1):15-24.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201401102.