海拉爾盆地烏爾遜
—貝爾凹陷構(gòu)造-古地貌對沉積砂體的控制

李占東，鮑楚慧，王殿舉，張海翔(.東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶，6338；.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京，0087)

海拉爾盆地烏爾遜
—貝爾凹陷構(gòu)造-古地貌對沉積砂體的控制

李占東1，鮑楚慧1，王殿舉2，張海翔1
(1.東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶，163318；
2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京，100871)

基于分析盆地構(gòu)造活動對沉積充填的響應(yīng)關(guān)系可以明確構(gòu)造對沉積體系發(fā)育和展布規(guī)律的控制，從而可以預(yù)測油氣藏分布，為此，通過烏爾遜—貝爾凹陷構(gòu)造-古地貌對砂體和油氣藏控制作用進(jìn)行研究。結(jié)合油氣勘探成果，探討構(gòu)造-古地貌背景下發(fā)育的砂體與油氣聚集關(guān)系。研究結(jié)果表明：構(gòu)造演化控制沉積演化，不同構(gòu)造演化階段發(fā)育的沉積砂體類型不同；緩坡、陡坡及它們之間的轉(zhuǎn)換帶為主要物源方向，局部隆起為次要物源方向；依據(jù)古地貌的形態(tài)特征及成因機(jī)制，劃分陡坡同向斷階型、緩坡同向斷階型、緩坡反向斷階型及洼槽邊緣型4種古坡折類型，不同構(gòu)造帶位置、不同類型坡折帶所發(fā)育的沉積砂體類型迥異；洼槽邊緣斷裂坡折帶是最有利的勘探部位。

海拉爾盆地；烏爾遜—貝爾凹陷；構(gòu)造-古地貌；斷裂坡折帶；油氣藏

構(gòu)造坡折帶是同沉積構(gòu)造引起的古地貌坡折或突變地帶[1]。在斷陷盆地中，規(guī)模較大的同沉積斷裂所形成的構(gòu)造坡折帶對沉積體系的發(fā)育和砂體分布起著重要控制作用。構(gòu)造坡折帶空間位置及組合樣式影響并控制著凹陷的可容空間變化及各套物源體系的分布，進(jìn)而制約了沉積砂體分散過程及展布樣式。研究構(gòu)造—古地貌與沉積砂體在空間展布上的耦合關(guān)系，不僅可以分析凹陷物源方向，而且可以揭示沉積砂體搬運路徑和展布特征，進(jìn)而預(yù)測油氣藏的分布[2]。近年來，在中國陸相湖盆油氣勘探中構(gòu)造—古地貌一直倍受地質(zhì)工作者的關(guān)注[2-8]。烏爾遜—貝爾凹陷是海拉爾盆地2個主力富油凹陷，是大慶油田主要的后備儲量戰(zhàn)略接替區(qū)，目前處于勘探中后期階段，勘探目標(biāo)已由構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向地層、巖性等隱蔽性油氣藏勘探，發(fā)育在烴源造周邊斷裂坡折帶控制的巖性油氣藏已是勘探重要目標(biāo)。侯啟軍等[9-15]對烏爾遜—貝爾凹陷的烴源巖、構(gòu)造特征、層序沉積特征及油藏分布等方面進(jìn)行了大量研究，而關(guān)于坡折帶方面的研究較少，尚未對坡折帶進(jìn)行識別與研究。為此，本文作者以斷陷湖盆構(gòu)造坡折理論為指導(dǎo)，系統(tǒng)研究構(gòu)造對沉積砂體發(fā)育和分布規(guī)律控制，確定不同構(gòu)造演化時期發(fā)育的沉積砂體類型，確定構(gòu)造—古地貌背景下的砂體與油氣聚集關(guān)系，從而達(dá)到有效預(yù)測油氣藏分布的目的。

1　地質(zhì)背景

海拉爾盆地位于華北板塊與西伯利亞板塊之間，是內(nèi)蒙—大興安嶺造山帶之上的陸相沉積盆地[9]。該盆地由16個凹陷組成，其中烏爾遜凹陷和貝爾凹陷是該盆地的2個二級構(gòu)造單元(圖1)，是目前2個重要的富油凹陷[10]。烏爾遜凹陷面積為2 240 km2，為西斷東超的箕狀斷陷；貝爾凹陷面積為3 010 km2，是盆地內(nèi)最為開闊的復(fù)式斷陷[11]。2個凹陷相連通，面積均較大，均較開闊。其構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了裂陷期、斷坳期和坳陷期3個演化階段，具有典型的“斷—坳”疊合特征[12]，其中裂陷期盆地為油氣主要勘探領(lǐng)域。

盆地內(nèi)主體沉積層系是白堊系，自下而上依次為銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組及青元崗組[15]，已經(jīng)在基底、銅缽廟組、南屯組和大磨拐河組發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣藏。中下部成藏組合是海拉爾盆地勘探主要領(lǐng)域，其中南屯組為主要勘探層系，提交的儲量占總探明儲量的70%(圖1)。

2　構(gòu)造演化對沉積演化的控制

構(gòu)造演化控制了沉積充填演化，不同構(gòu)造演化時期發(fā)育的沉積砂體類型及砂體堆積樣式都表現(xiàn)出旋回呈規(guī)律變化，反映出凹陷沉積充填演化具有多期幕式的特點。運用回剝法通過去壓實和古水深及沉積物重力均衡校正，對凹陷內(nèi)沉降速率最大的地區(qū)進(jìn)行定量分析，也能夠揭示凹陷沉降具有幕式變化的特點[16]。烏爾遜—貝爾凹陷裂陷期主要發(fā)育初始裂陷期、裂陷鼎盛期和斷—拗轉(zhuǎn)換期3個構(gòu)造演化階段[12]，不同構(gòu)造演化時期發(fā)育的沉積體系類型有所差異，見圖2。

圖1　烏爾遜—貝爾凹陷地層系統(tǒng)及區(qū)域位置圖Fig.1　Stratigraphic system and regional position of Wurxun—Beir Sag

2.1初始裂陷期

初始裂陷期相當(dāng)于銅缽廟組沉積期，此時期斷裂強烈拉伸，斷塊差異沉降明顯，地形反差較大，湖盆分割性強，湖水較淺，連通性較差，表現(xiàn)為“窄盆、淺水”的沉積環(huán)境，主要發(fā)育沖積扇和扇三角洲沉積砂體(圖2)。銅缽廟組沉積期物源充足，砂體發(fā)育，沖積扇、扇三角洲砂體由四周向凹陷中心匯聚，扇體縱向上疊置、橫向上成群成帶、疊加連片。巖性主要以雜色、淺灰色砂礫巖與紫紅色、淺灰色泥巖互層為主，砂礫巖較發(fā)育，厚度較大，砂礫巖體積分?jǐn)?shù)大于75%，呈現(xiàn)“砂包泥“的沉積特點。

圖2　烏爾遜—貝爾凹陷構(gòu)造演化與沉積充填演化序列Fig.2　Tectonic evolution of Wuerxun—Beir depression and depositional filling sequences

2.2裂陷鼎盛期

該期與南屯組沉積期對應(yīng)，南一段沉積時期斷裂持續(xù)活動，活動強度急劇增大，可容空間快速增大，湖盆快速下陷，湖平面迅速上升，湖水較深，水域面積較大，連通性較好，形成“深盆、深水”的沉積環(huán)境，主要發(fā)育扇三角洲和湖底扇沉積砂體，整體表現(xiàn)為退積現(xiàn)象；同時，在南一段中部最大湖泛期沉積了一套以油頁巖、炭質(zhì)泥巖和黑色泥巖為主的細(xì)粒沉積，成為盆地良好的優(yōu)質(zhì)烴源巖。之后進(jìn)入南二段沉積時期，先存的斷裂持續(xù)活動，活動強度繼續(xù)增大，可容納空間逐漸增大，使湖水變得更深，水域面積變得更大，水體連通性更好，表現(xiàn)為“廣盆、深水”的沉積水體環(huán)境；沉積物粒度較小，主要以辮狀河三角洲和扇三角洲砂體沉積為主。其沉積砂體單層厚度較小，呈條帶狀伸入深湖—半深湖相泥巖中，整體呈現(xiàn)“泥包砂“的沉積特點(圖2)。

2.3斷—拗轉(zhuǎn)換期

斷—拗轉(zhuǎn)換期相當(dāng)于大磨拐河組沉積時期，經(jīng)過強烈的拉張裂陷之后，主要斷層活動強度逐漸減弱，但部分早期活動斷層仍然繼續(xù)活動，大一段沉積時期沉降速率開始有所減弱，但水域面積仍然繼續(xù)增大，水體較深，廣泛發(fā)育連通性較好的深湖—半深湖相，在洼槽帶的深湖—半深湖相中湖底扇沉積砂體較發(fā)育，而在凹陷邊部局部地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲砂體；到大磨拐河組二段時期，沉降幅度變得更小，水域面積開始縮小，此時由深水環(huán)境變?yōu)闇\水環(huán)境，表現(xiàn)為“廣盆、淺水”的沉積特征，沉積砂體類型相對單一，主要發(fā)育大型河流三角洲(圖2)。

3　古地貌形態(tài)特征對沉積砂體的控制

3.1古地貌對物源及沉積砂體分布的控制

古地貌形態(tài)對沉積砂體物源重建及砂體展布方向具有指導(dǎo)作用，通過古地貌研究，不僅可以揭示盆地的洼隆形態(tài)，而且可以揭示盆地物源區(qū)的發(fā)育位置及砂體的展布方向[17]。在烏爾遜—貝爾凹陷構(gòu)造精細(xì)解釋和地層格架建立的基礎(chǔ)上，運用回剝法通過單井去壓實以及古水深和沉積物重力均衡校正。井間利用三維地震資料對古地貌趨勢進(jìn)行補償，利用計算機(jī)模擬，定量恢復(fù)了烏爾遜—貝爾凹陷南屯組發(fā)育初期的古地貌。古地貌立體圖可直觀顯示南屯組初期“溝—脊—槽”等古地貌單元在空間上的變化特征(見圖3)，從而為物源分析夯實了基礎(chǔ)。

圖3　烏爾遜—貝爾凹陷古地貌特征與物源體系分析Fig.3　Characteristic of palaeogeomorphologyand provenance analysis of evolution in Wuerxun—Beier Sag

圖4　烏爾遜—貝爾凹陷古地貌控制下的沉積砂體展布特征Fig.4　Distribution characteristic of sand bodies controlled by palaeogeomorphology in Wuerxun—Beier Sag

南屯組沉積時期烏爾遜—貝爾凹陷的古地貌表現(xiàn)出“五洼兩隆”的構(gòu)造格局。東部巴彥山隆起、西北部嵯崗隆起和西南部貝爾布依諾兒隆起圍繞著烏爾遜—貝爾凹陷分布。這3個隆起區(qū)是南屯組沉積時期主要的沉積物源區(qū)，沉積砂體由物源區(qū)搬運過來，沿著盆緣溝谷、低隆鞍部、構(gòu)造坡折帶或轉(zhuǎn)換帶推進(jìn)，一直到凹陷內(nèi)的低洼區(qū)域才沉積下來，與構(gòu)造格架分析的結(jié)果相吻合，見圖4。通過對南屯組時期的古地貌形態(tài)重建，發(fā)現(xiàn)南屯組時期緩坡、陡坡及它們之間的轉(zhuǎn)換帶為主要物源方向，局部隆起為次要物源方向。

3.2構(gòu)造坡折帶類型及其對沉積砂體的控制

依據(jù)古地貌的形態(tài)特征及成因機(jī)制，可劃分為4種古坡折類型，即陡坡同向斷階型、緩坡同向斷階型、緩坡反向斷階型及洼槽邊緣型。不同構(gòu)造帶位置、不同類型坡折帶所發(fā)育的沉積砂體類型迥異。通常而言，陡坡同向斷階型坡折帶地形坡度較陡，湖水較深，砂體沉積規(guī)模較小，在離岸較近的一斷階上，常發(fā)育扇三角洲沉積體系，而在離岸較遠(yuǎn)的二斷階上，常發(fā)育湖底扇沉積砂體；而緩坡不論是同向斷階型坡折帶還是反向斷階型坡折帶，其地形坡度均較緩，砂體沉積規(guī)模較大，通常發(fā)育辮狀河三角洲砂體。

3.2.1陡坡同向斷階型坡折帶與扇三角洲和湖底扇

在烏爾遜凹陷和貝爾凹陷的陡坡控陷斷層附近，常伴生發(fā)育多條同向次級斷層，形成陡坡同向斷階型坡折帶。受次級斷階控制，盆緣凸起與凹陷相接，可容納空間變小，易發(fā)育扇三角洲沉積砂體。由于物源充足充分，沉積砂體沿著古斜坡向凹陷內(nèi)推進(jìn)。而同向階梯斷層給扇三角洲沉積砂體增大了向前推進(jìn)的動力，使沉積物沿著斜坡向下搬運距離較遠(yuǎn)，在次級斷層的下降盤常發(fā)育湖底扇沉積砂體。湖底扇砂體粒度較小，沉積規(guī)模較小，延伸距離較短。如在烏爾遜凹陷的西部陡坡帶，由于西部控陷斷層派生的二級斷層存在，形成斷階型陡坡坡折帶?？拷鲾鄬硬课话l(fā)育扇三角洲沉積體系，而在二級斷層下部常發(fā)育湖底扇沉積砂體，見圖5。

3.2.2緩坡同向斷階型坡折帶與辮狀河三角洲和湖底扇

在烏爾遜凹陷和貝爾凹陷的緩坡斜坡背景上，均發(fā)育多條與斜坡走向一致的同向斷層，呈階梯狀分布，形成緩坡同向斷階型坡折帶。受多級斷階的控制，地形坡度相對較緩，砂體搬運距離較遠(yuǎn)，沉積砂體粒度較小，在離凸起邊緣較近的一、二斷階上發(fā)育辮狀河三角洲砂體，在靠近洼槽邊緣的三、四斷階上，辮狀河三角洲前緣砂體由于受重力流滑塌、濁流等作用易形成湖底扇或濁積砂體。緩坡同向斷階型坡折帶主要發(fā)育在烏南次凹、烏北次凹和貝西北次凹的斜坡帶，主要以辮狀河三角洲與湖底扇砂體沉積為主，見圖6。

圖5　陡坡斷階型坡折帶與沉積體系配置關(guān)系(烏北次凹西部斷階帶)Fig.5　Configuration relationship between steep slope faulted terrace type slope break belt and sedimentary system in north Wurxun depression sub-sag fault terrace zone

3.2.3緩坡反向斷階型坡折帶與辮狀河三角洲和湖底扇

該坡折帶與緩坡同向斷階型有所差異，其特點是在緩坡斜坡背景上，發(fā)育多條與斜坡走向相反的正斷層，呈階梯狀分布特征，受多級斷階的控制，地形坡度也相對較緩，沉積砂體搬運距離較遠(yuǎn)，砂體粒度較小，以辮狀河三角洲砂體為主；在靠近洼槽邊三、四緣斷階上，由于重力流滑塌等作用，在深湖—半深湖區(qū)域易形成湖底扇砂體。緩坡反向斷階型坡折帶主要發(fā)育在貝西南次凹緩坡帶，主要以辮狀河三角洲與湖底扇砂體沉積為主，見圖7。

3.2.4洼槽邊緣型坡折帶與湖底扇

洼槽帶位于緩坡帶和陡坡帶之間的中央地區(qū)，通常是湖盆沉積中心和沉降中心，構(gòu)造活動相對較弱，烏爾遜—貝爾凹陷的烏南、烏北、貝西等洼槽帶都屬于此類型。陡坡帶發(fā)育的扇三角洲砂體，緩坡帶發(fā)育的辮狀河三角洲砂體，在深洼沉積背景下，由于重力流滑塌等作用，在深湖—半深湖區(qū)域廣泛發(fā)育湖底扇和深水濁積砂體(見圖8)，地震上呈丘狀或透鏡狀反射特征；巖心上可見滑塌-攪混構(gòu)造、泥巖撕裂塊、鮑瑪序列、沖刷面及變形層理等沉積構(gòu)造；粒度概率曲線多為寬緩上拱型曲線，表明分選差、粒度小特征，C-M圖也證實了具有重力流搬運機(jī)制特征(其中，C為累積曲線上1%處對應(yīng)的粒度即最粗顆粒粒度，M 為50%處對應(yīng)的粒度即粒度中值)，見圖9。

圖6　烏東斜坡帶緩坡同向斷階型坡折帶與沉積體系配置關(guān)系Fig.6　Configuration relationship between synthetic faulted type slope break belt and sedimentary system in east Wudong gentle slope

圖7　呼和諾仁緩坡帶緩坡同向斷階型坡折帶與沉積體系配置關(guān)系Fig.7　Configurationrelationship between synthetic faulted terrace type slope break belt and sedimentary system in Huhenuoren gentle slope

圖8　洼槽邊緣型坡折帶與沉積體系配置關(guān)系Fig.8　Configuration relationship between sub-sag edge type slope break belt and sedimentary system

圖9　洼漕帶重力流沉積的識別標(biāo)志Fig.9　Identification sign of gravity flow deposition in sag belt

4　構(gòu)造-古地貌背景下的砂體與油氣聚集關(guān)系

構(gòu)造-古地貌不僅控制沉積砂體的厚度和展布方向，同時也控制深湖相暗色泥巖的分布，進(jìn)而可以預(yù)測有利油氣藏的分布[17]。不同構(gòu)造帶位置、不同類型坡折帶所發(fā)育的沉積砂體類型迥異，致使不同構(gòu)造單元發(fā)育的油氣藏類型也有明顯差異。

陡坡坡折帶由于物源充足，扇三角洲砂體較發(fā)育，受同向階梯斷層控制，搬運距離較遠(yuǎn)，分選較好，扇三角洲前緣砂體儲層物性良好，與深湖相的優(yōu)質(zhì)烴源巖緊鄰，構(gòu)成了良好的源儲配置關(guān)系。由于陡坡坡折帶控沉積斷層生長指數(shù)相對較大，較易造成斷面泥質(zhì)涂抹層，從而形成斷層側(cè)向封堵[6]，形成有利圈閉，因此，在陡坡坡折帶斷鼻和斷層-巖性油氣藏相對較發(fā)育。

緩坡斷階帶由于受多級斷階的控制，砂體較發(fā)育，砂體搬運距離較遠(yuǎn)，儲層物性良好，且由于緩坡帶內(nèi)臨生油洼槽、地層現(xiàn)今坡度小，構(gòu)造變動相對緩慢，地層超覆不整合發(fā)育，有利于油氣側(cè)向運移。來自緩坡的辮狀河三角洲前緣砂體與被深湖相的優(yōu)質(zhì)烴源巖所包裹，源儲緊鄰，油氣運移距離短，易于油氣聚集，在緩坡斷階帶外側(cè)易形成地層油氣藏，而內(nèi)側(cè)砂體與斷層相互匹配，易形成斷層-巖性和斷塊型油氣藏。

洼槽帶位于盆地中央洼陷部位，不僅是湖盆的沉積中心和沉降中心，而且是湖盆的油源中心，構(gòu)造活動較弱，巖性油藏類型單一，主要為透鏡體砂巖巖性油氣藏。來自陡坡、緩坡的扇三角洲前緣和辮狀河三角洲前緣砂體受重力流等作用，在洼槽區(qū)垮塌沉積形成廣泛發(fā)育的湖底扇和濁積砂體，該砂體被深湖相暗色泥巖所包裹，源儲一體，成藏條件極其優(yōu)越，易形成巖性透鏡體油氣藏。而在洼槽兩側(cè)坡折帶的扇三角洲前緣砂體和辮狀河三角洲前緣砂體與深湖相泥巖直接接觸，與斷層相互溝通匹配，易形成斷層-巖性油氣藏，見圖10。

圖10　烏爾遜—貝爾凹陷油氣成藏模式圖(烏南次凹)Fig.10　Diagram of oil-gas accumulation mode in Wuerxun—Beier Sag(south Wurxun depression sub-sag)

5　結(jié)論

1)構(gòu)造演化控制沉積演化，不同構(gòu)造演化階段發(fā)育的沉積砂體類型不同。在初始裂陷期，湖水較淺，主要發(fā)育沖積扇和扇三角洲砂體；在裂陷鼎盛期，湖水相對較深，主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲和湖底扇砂體；在斷—拗轉(zhuǎn)換期，湖泊面積較大，主要發(fā)育辮狀河三角洲、河三角洲和湖底扇砂體。

2)緩坡、陡坡及它們之間的轉(zhuǎn)換帶為主要物源方向，局部隆起為次要物源方向；同時依據(jù)古地貌的形態(tài)特征及成因機(jī)制，劃分出陡坡同向斷階型、緩坡同向斷階型、緩坡反向斷階型及洼槽邊緣型4種古坡折類型，不同構(gòu)造帶位置、不同類型坡折帶所發(fā)育的沉積砂體類型迥異。

3)不同的構(gòu)造單元發(fā)育的油氣藏類型有明顯差異。在陡坡坡折帶斷鼻和斷層-巖性油氣藏較發(fā)育；在緩坡斷階帶外側(cè)易形成地層油氣藏，而內(nèi)側(cè)易形成斷層-巖性和斷塊型油氣藏；在洼槽帶易形成巖性透鏡體油氣藏，而在洼槽邊緣斷裂坡折帶發(fā)育斷層-巖性油氣藏，通常是有利勘探部位。

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(編輯陳燦華)

Controlling effect of structure palaeogeomorphology for sand bodies of Wuerxun—Beier Sag in Hailaer Basin

LI Zhandong1,BAO Chuhui1,WANG Dianju2,ZHANG Haixiang1
(1.College of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;
2.School of Earth and Space Science,Peking University,Beijing 100871,China)

Through the analysis of response relationship between tectonic activity and sedimentary filling,the controlling effect of structure for the distribution of sedimentary system can be known,and oil and gas reservoir distribution can be predicted.In this study,structure palaeogeomorphology for the sand body and oil and gas reservoirs of Wuerxun—Beier Sag in Hailaer Basin was researched.Based on the exploration practice,the relationship between the sand bodies which was controlled by structure palaeogeomorphology and accumulation of hydrocarbon was studied.The results show that the sedimentary evolution is controlled by the tectonic evolution,and there are different types of sedimentary systems in different tectonic evolution periods.The main provenance orientations lie in gentle slope,steep slope and transform zone, and the secondary provenance orientation lies in local uplift.According to the morphological feature and contributing factor,there are four kinds of slope break zones,i.e.,the same dip fault terrace zone in steep slope,the same dip fault terrace zone in gentle slope,opposite dip fault terrace zone in gentle slope and margin fault terrace zone in sag.There are different types of sand bodies in different locations of structural zone and different kinds of slope break zones.The margin fault terrace zone in sag is the most favorable exploration area.

Hailaer Basin;Wuerxun—Beier sag;structure palaeogeomorphology;fracture slope-break zone;oil and gas reservoirs

李占東，博士(后)，副教授，從事油藏描述及油田開發(fā)研究；E-mail:13644593771@163.com

P121.3

A

1672-7207(2016)07-2357-09

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.07.025

2015-07-18；

2015-09-22

教育部重點實驗室開發(fā)性課題(NEPU-EOR-2014-010)；東北石油大學(xué)校培育基金資助項目(XN2014127)(Project (NEPU-EOR-2014-010)supported by the Key Laboratory of the Ministry of Education;Project(XN2014127)supported by the Cultivating Foundation of Northeast Petroleum University)