松遼盆地長嶺斷陷斷層特征及其控油氣作用

左宗鑫，陸建林，王 苗，李瑞磊，李 浩, 朱建峰

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.中國石化 東北油氣分公司，長春 130062)

含油氣盆地的形成演化過程伴隨著不同性質(zhì)、不同規(guī)模的斷層活動，斷層是盆地含油氣系統(tǒng)的重要組成部分，對油氣成藏有重要的影響。國內(nèi)外學(xué)者針對斷層對油氣的控制作用開展了諸多研究，斷層對盆地內(nèi)的烴源巖發(fā)育、油氣的運移及調(diào)整、相關(guān)圈閉的形成及儲層改造都可產(chǎn)生較大的影響[1-7]，盆地內(nèi)的斷層系統(tǒng)對油氣成藏具有多種控制作用[8-17]。

松遼盆地長嶺斷陷經(jīng)歷了多期次迭加改造，斷層活動期次多，斷層復(fù)雜。本文以地震資料解釋為基礎(chǔ)，梳理了長嶺斷陷斷層特征、形成機制以及不同構(gòu)造帶斷層活動特征及差異。結(jié)合勘探實踐，分析了斷層活動對長嶺斷陷烴源巖發(fā)育、圈閉形成、油氣運移及調(diào)整的影響，指出了不同構(gòu)造區(qū)帶的油氣勘探重點方向，以期為長嶺斷陷深層油氣勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

長嶺斷陷位于松遼盆地中央坳陷區(qū)南部，是典型的斷、拗疊置型盆地，斷陷層包括下白堊統(tǒng)火石嶺組—登婁庫組，拗陷層為上白堊統(tǒng)泉頭組至新生界。受基底斷層控制，長嶺斷陷發(fā)育數(shù)個次級凹陷，凹陷之間由數(shù)個凸起分隔(圖1)。

長嶺斷陷主要經(jīng)歷了3個大的演化階段，即斷陷期、拗陷期和反轉(zhuǎn)期(圖2)[18]。其中斷陷期又分為2期幕式斷陷，相應(yīng)發(fā)育2個大的火山旋回[19]。早期斷陷以火石嶺期(K1h)巖漿活動開始，以中—基性火山巖與碎屑巖為主。隨后的沙河子期(K1sh)主要為湖相沉積，是長嶺斷陷主要的烴源巖發(fā)育期[20]。晚期斷陷以營城期(K1yc)強烈的巖漿活動為開始標(biāo)志，這一時期構(gòu)造活動強烈，形成了巨厚的火山巖與碎屑巖復(fù)合沉積。登婁庫期(K1d)短暫的斷拗轉(zhuǎn)換期后，泉頭—姚家期盆地整體進(jìn)入拗陷期，構(gòu)造活動微弱，盆地處于穩(wěn)定的熱沉降階段。嫩江—明水期伴隨區(qū)域性構(gòu)造運動，長嶺斷陷強烈反轉(zhuǎn)形成了大量的反轉(zhuǎn)構(gòu)造，隨之進(jìn)入了新生代的盆地萎縮期。

圖1 松遼盆地長嶺斷陷構(gòu)造區(qū)劃

圖2 松遼盆地長嶺斷陷白堊系構(gòu)造地層及油氣系統(tǒng)據(jù)王苗等[18],有修改。

2 斷層特征及形成機制

2.1 斷層性質(zhì)及期次

長嶺斷陷經(jīng)歷斷陷期、拗陷期、反轉(zhuǎn)期的構(gòu)造演化階段，相應(yīng)地主要發(fā)育了3期不同性質(zhì)的斷層(圖3)。(1)斷陷期是強烈的斷層活動期，以張性斷層為主，主要分布在下白堊統(tǒng)登婁庫組—火石嶺組中(K1d—K1h)。這一期斷層斷距大，平面延伸距離遠(yuǎn)。斷面特征因斷層級別而不同，控凹邊界斷層呈現(xiàn)出鏟式斷層特征，次級斷層多數(shù)為平直正斷層?？匕紨鄬釉谶@一時期的強烈活動，控制了盆地的沉積格局及火山活動。(2)拗陷期為第二個斷層活動期，斷層主要分布在泉頭組—姚家組(K2q- K2y)中，與斷陷期相比，斷層活動明顯減弱，斷層為平直正斷層，斷距小，延伸距離短。拗陷期斷層在深大斷層附近集中發(fā)育(如長嶺斷陷中部的前神子斷層)，表明部分深大斷層具有長期活動特征，拗陷期的斷層活動具有相當(dāng)?shù)睦^承性。(3)反轉(zhuǎn)期為第三個斷層活動期，主要分布在嫩江組(K2n)及以上地層。這一期的斷層活動具有明顯的帶狀分布特征，主要分布在長嶺斷陷東部伏龍泉及東嶺地區(qū)。嫩江—明水組沉積末期伴隨區(qū)域性擠壓，長嶺斷陷東部強烈反轉(zhuǎn)，形成了伏龍泉、東嶺等反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。以伏龍泉地區(qū)為例，伏龍泉斷層的大規(guī)模正反轉(zhuǎn)，形成了一系列的壓扭性逆斷層及反轉(zhuǎn)背斜。

圖3 松遼盆地長嶺斷陷斷層特征

2.2 斷層形成機制

基底深大斷層對盆地構(gòu)造演化及斷層的形成有重要的影響。研究表明，松遼盆地主要發(fā)育北北東向、北東向、北西向3組基底深大斷層[1-4，9]。通過對長嶺斷陷基底頂面主要斷層進(jìn)行解釋，表明長嶺斷陷也發(fā)育北北東向、北東向以及北西向3組主要斷層(圖4)，與松遼盆地深斷層系統(tǒng)一致。長嶺斷陷中部的前神子斷層、黑帝廟斷層近北北東走向，為松遼盆地區(qū)域性深斷層孫吳—雙遼斷層[1]的一部分；斷陷的東側(cè)與西側(cè)邊界為北東向與北西向斷層的組合。

長嶺斷陷基底主要斷層和次級斷層的走向主要為北北東向、北東向以及北西向。斷層平面展布具有一定的走滑特征。結(jié)合斷陷演化分析，斷層形成機制為在北北東向拉張與左行走滑的應(yīng)力背景下，產(chǎn)生了次級的北東向斷層(P剪切)和南北向—北北西向斷層(R剪切)，以及北西向斷層(T破裂)。斷陷期由于盆地持續(xù)的拉張走滑，產(chǎn)生的北西向斷層(T破裂)活動量持續(xù)加大，在其控制下，次凹的沉積中心有所遷移。如南部的龍鳳山地區(qū)，沙河子組至營城組，沉積中心向南遷移，而在伏龍泉地區(qū)，沉積中心向北遷移。

圖4 松遼盆地長嶺斷陷基底頂面主要斷層及形成機制圖解

3 斷層對油氣的控制作用

長嶺斷陷深層油氣勘探取得了較大的成效，在多個層系(火石嶺組、沙河子組、營城組、泉頭組)發(fā)現(xiàn)了多種類型(火山巖、碎屑巖)的油氣藏，不同構(gòu)造區(qū)帶油氣藏類型及規(guī)模有較大的區(qū)別。研究表明，斷層對長嶺斷陷烴源巖分布、相關(guān)圈閉的形成以及油氣運移和調(diào)整有重要的影響。

3.1 斷層對烴源巖的控制

長嶺斷陷控凹斷層在斷陷期的強烈活動，控制了盆地的沉積格局。受主要斷層的控制，長嶺斷陷形成了數(shù)個相對獨立的次級凹陷，沙河子組—營城組烴源巖集中分布在各次級凹陷的深洼帶(圖1)。

控凹斷層活動的遷移，也使得烴源分布發(fā)生相應(yīng)變化。以伏龍泉次凹為例，沙河子組烴源巖在次凹的中部及南部厚度較大(圖5a)，北部烴源相對較少，烴源巖大體沿斷層北東向展布，沉積中心在次凹的中南部。至營城組沉積時期，沉積中心向北遷移，南部烴源巖相對較薄，中部烴源巖厚度大，北部也有烴源巖發(fā)育，烴源巖開始沿斷層北西向發(fā)育(圖5b)。前述分析表明，斷陷期由于盆地持續(xù)的北北東向拉張走滑，產(chǎn)生的北西向斷層(T破裂)活動量持續(xù)加大，沉積中心向北西向斷層遷移。

圖5 松遼盆地長嶺斷陷伏龍泉次凹烴源巖厚度

3.2 斷層活動與圈閉的形成

長嶺斷陷不同期次及性質(zhì)的斷層活動，控制形成了多種類型的構(gòu)造圈閉。在斷陷期，一些鏟式控凹邊界斷層強烈活動，斷層兩盤發(fā)育牽引構(gòu)造，如查干花斷層上盤營城組頂部發(fā)育逆牽引背斜，下盤發(fā)育牽引背斜(圖6a)；在反轉(zhuǎn)期，伏龍泉斷層強烈的正反轉(zhuǎn)，形成了大量的反轉(zhuǎn)背斜(圖6b)；此外在東嶺地區(qū)，斷層走滑形成了花狀構(gòu)造及相關(guān)的斷背斜和斷塊圈閉(圖6c)。

斷陷期由控凹邊界斷層活動形成的牽引及逆牽引背斜，在沙河子、營城組烴源巖大量生排烴前就已經(jīng)形成，是原生油氣藏的有利保存場所。晚期走滑和反轉(zhuǎn)作用形成的斷背斜、斷塊及反轉(zhuǎn)背斜圈閉，有利于捕獲次生油氣藏。

3.3 斷層活動對油氣運移及調(diào)整的影響

3.3.1 不同構(gòu)造帶斷層活動差異分析

長嶺斷陷經(jīng)歷多期迭加改造。不同期次構(gòu)造運動的性質(zhì)及分布差異，使得不同構(gòu)造帶的斷層活動的類型、期次及規(guī)模有所不同。

長嶺斷陷北部達(dá)爾罕—查干花地區(qū)營城組頂部斷層走向以近南北向為主，部分為北北西向(圖7a)。登婁庫組頂部斷層走向以北北西向為主，斷層密度及規(guī)模較營城組有所減小。泉頭組頂部斷層以南北向為主，斷層密度及規(guī)模較登婁庫組顯著減小，只在局部發(fā)育微小斷層。達(dá)爾罕—查干花地區(qū)營城組—泉頭組中斷層活動分析表明，自登婁庫組沉積晚期后，斷層活動顯著減弱，至泉頭組沉積早期斷層基本停止活動，在斷陷期后的構(gòu)造活動較弱。

伏龍泉地區(qū)營城組頂部斷層走向以近南北向為主，部分為北北東向及北北西向(圖7b)。登婁庫組頂部斷層走向以北北西向為主，與營城組相比，登婁庫頂部斷層密度有所增加，但單條斷層的規(guī)模減小。泉頭組頂部斷層以北北西向為主，斷層密度及規(guī)模較登婁庫組顯著增加，單條斷層的規(guī)模繼續(xù)減小。伏龍泉地區(qū)營城組—泉頭組中斷層活動分析表明，自營城組沉積晚期后至泉頭組沉積末期，斷層持續(xù)活動，伏龍泉地區(qū)在斷陷期之后的構(gòu)造活動較強。

長嶺斷陷南部龍鳳山地區(qū)營城組頂部斷層走向以北東向為主，部分為北北東向及北北西向(圖8a)。登婁庫組頂部斷層走向以北東向為主，斷層密度及規(guī)模較營城組減小。泉頭組頂部斷層以南北向為主，斷層密度及規(guī)模較登婁庫組顯著減小，只在局部發(fā)育微小斷層。龍鳳山地區(qū)營城組—泉頭組中斷層活動分析表明，自營城晚期后，斷層活動持續(xù)減弱，至泉頭早期斷層基本停止活動，與達(dá)爾罕—查干花地區(qū)類似，龍鳳山地區(qū)斷陷期之后的構(gòu)造活動較為微弱。

東嶺地區(qū)營城組頂部斷層走向以北東向為主，部分為北北東向及近南北向(圖8b)，斷層密度較為均勻。登婁庫組頂部斷層走向主要為北北東向，斷層密度較營城組變化不大，單條斷層規(guī)模有所減?。蝗^組頂部斷層走向主要為北北東向，泉頭組頂部斷層呈帶狀分布，斷層密度不均勻，單條斷層的規(guī)模明顯變小。東嶺地區(qū)斷層具有典型的走滑特征，發(fā)育帚狀斷層體系，泉頭組頂部斷層表現(xiàn)為帶狀分布的雁列式斷層。東嶺地區(qū)營城組—泉頭組中斷層活動分析表明，自營城期后，斷層活動有所減弱，但在泉頭組沉積末期局部仍存在相當(dāng)規(guī)模的斷層活動，與龍鳳山地區(qū)相比，東嶺地區(qū)斷陷期后的構(gòu)造活動更強。

圖6 松遼盆地長嶺斷陷斷層相關(guān)圈閉示意

圖7 松遼盆地長嶺斷陷北部達(dá)爾罕查干花地區(qū)—伏龍泉地區(qū)斷層特征

圖8 松遼盆地長嶺斷陷南部龍鳳山地區(qū)—東嶺地區(qū)斷層特征

3.3.2 斷層活動對油氣的控制作用

長嶺斷陷斷層活動統(tǒng)計表明，不同構(gòu)造區(qū)帶的斷層活動差異較大。龍鳳山、達(dá)爾罕—查干花地區(qū)構(gòu)造定型早，斷陷期后的構(gòu)造改造微弱，大部分?jǐn)鄬釉谌^組沉積早期停止活動，泉頭期只在局部存在微弱的斷層活動。而東嶺、伏龍泉地區(qū)構(gòu)造定型晚，斷陷期后存在較強的構(gòu)造活動，在泉頭末期也存在較強的斷層活動。不同構(gòu)造區(qū)帶斷層活動的差異，也導(dǎo)致了油氣分布的不同。

長嶺斷陷深層油氣來源主要為沙河子組及營城組烴源巖[20]，除沙河子、營城組發(fā)現(xiàn)的斷陷層原生油氣藏外，在登婁庫組、泉頭組也有次生油氣藏發(fā)現(xiàn)，不同構(gòu)造區(qū)帶發(fā)現(xiàn)的油氣藏類型差異較大，研究表明，斷層活動是導(dǎo)致這種差異的重要原因。

長嶺斷陷龍鳳山地區(qū)以及達(dá)爾罕—查干花地區(qū)，分別在沙河子組(B2井)和營城組(YS1井)發(fā)現(xiàn)了碎屑巖及火山巖油氣藏，登婁庫組及之上地層基本無油氣發(fā)現(xiàn)。而伏龍泉地區(qū)的登婁庫組(SL2井)以及東嶺地區(qū)的泉頭組(SN108井)均獲得油氣發(fā)現(xiàn)(圖3，9)。前述長嶺斷陷不同構(gòu)造帶斷層活動差異分析表明，龍鳳山、達(dá)爾罕—查干花地區(qū)斷陷期后的斷層活動基本停止，油氣難以向上運移至拗陷層中，原生油氣藏保存較好，主要形成沙河子組、營城組原生油氣藏。而東嶺、伏龍泉地區(qū)構(gòu)造定型晚，后期改造強烈，使得深部的油氣發(fā)生調(diào)整，向上運移到淺部，形成了登婁庫組、泉頭組次生油氣藏。

圖9 松遼盆地長嶺斷陷龍鳳山—東嶺地區(qū)斷層控藏模式

綜上所述，長嶺斷陷斷層活動控制了沉積中心的遷移與烴源的分布，同時斷層控制了大量的牽引背斜、反轉(zhuǎn)背斜、斷塊及斷背斜等相關(guān)圈閉的形成，斷層活動同樣對油氣的運移及調(diào)整具有控制作用。長嶺斷陷中部的查干花—達(dá)爾罕、龍鳳山地區(qū)，晚期斷層活動微弱，原生油氣藏保存較好。東部的伏龍泉地區(qū)、東嶺地區(qū)，晚期斷層的反轉(zhuǎn)及走滑作用強烈，部分原生油氣藏發(fā)生破壞調(diào)整，形成次生油氣藏，斷陷的中—西部與東部地區(qū)應(yīng)分別開展針對性的勘探。

4 結(jié)論

(1)松遼盆地長嶺斷陷發(fā)育斷陷期、拗陷期及反轉(zhuǎn)期3期不同性質(zhì)的斷層，斷陷期是斷層的最大活動期，斷層形成機制為在北北東向左行拉張走滑的應(yīng)力背景下，產(chǎn)生次級的北東向斷層(P剪切)、南北向—北北西向斷層(R剪切)以及北西向斷層(T破裂)。

(2)長嶺斷陷不同構(gòu)造區(qū)帶的斷層活動有較大差異，龍鳳山、達(dá)爾罕—查干花地區(qū)在營城組沉積期后斷層活動顯著減弱，登婁庫組—泉頭組沉積時期只存在微弱的斷層活動；東嶺、伏龍泉地區(qū)拗陷期也存在較強的構(gòu)造活動，在泉頭組沉積末期也存在較強的斷層活動。斷層控制了長嶺斷陷的沉積遷移與烴源巖分布，同時控制形成了多種類型的構(gòu)造圈閉，如牽引及逆牽引背斜、反轉(zhuǎn)背斜、花狀構(gòu)造帶及相關(guān)的斷塊與斷背斜圈閉。

(3)斷層活動對長嶺斷陷油氣運移及調(diào)整有重要的控制作用。在構(gòu)造定型早、拗陷期斷層活動微弱的龍鳳山、達(dá)爾罕—查干花等地區(qū)，原生油氣藏保存較好，要注重火石嶺組、沙河子組、營城組原生油氣藏的勘探。而在斷層活動持續(xù)時間長，尤其是存在反轉(zhuǎn)的深大斷層及走滑斷層的伏龍泉、東嶺等地區(qū)，次生油氣藏是重要的勘探方向。