蒙古國(guó)塔木察格盆地塔南凹陷早白堊世構(gòu)造古地貌控砂機(jī)制*

周 勇 紀(jì)友亮 蒙啟安 萬(wàn)宏峰 張 革 任鈺濤 嚴(yán)可欣 梁 濤 陳富瑜 強(qiáng)志成

1中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 3中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江大慶 163000

“源-匯”系統(tǒng)是目前國(guó)際沉積學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而對(duì)盆地演化過(guò)程中構(gòu)造作用與沉積作用耦合分析的“構(gòu)造地層學(xué)”或“構(gòu)造沉積學(xué)”是“源-匯”系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容之一(Gawthorpe，2000；林暢松等，2003；林暢松，2006；龐雄等，2007；Allen，2008，2017；徐長(zhǎng)貴，2013；Liuetal.，2016；Duetal.，2017；Xuetal.，2017；徐長(zhǎng)貴等，2017；胡賀偉等，2020)。構(gòu)造層序地層研究表明，斷陷盆地的形成與沉積充填主要受盆緣斷裂的控制，盆緣同生斷裂活動(dòng)通過(guò)控制基底的升降運(yùn)動(dòng)直接制約著盆地可容空間的變化，進(jìn)而形成不同的層序結(jié)構(gòu)(林暢松等，2003；楊永華等，2009；Zhouetal.，2014)。同沉積斷裂活動(dòng)的幕式特征控制著不同級(jí)次層序界面的形成與沉積充填的旋回性，包括層序界面性質(zhì)、沉積充填特征、沉積物輸入位置、沉積體系成因類(lèi)型以及砂體分布等。盡管盆地構(gòu)造活動(dòng)與沉積作用的結(jié)合分析一直受到人們的重視，但結(jié)合層序地層分析，從同沉積構(gòu)造的活動(dòng)及其配置所產(chǎn)生的古地貌對(duì)沉積物分散體系和沉積體系域發(fā)育分布控制的角度開(kāi)展研究，卻是近年來(lái)構(gòu)造地層學(xué)研究的一個(gè)新亮點(diǎn)(林暢松等，2003，2015；蒙啟安和紀(jì)友亮，2009；徐長(zhǎng)貴和杜曉峰，2017；曾智偉等，2017；朱紅濤等，2017)。

塔南凹陷是蒙古國(guó)塔木察格盆地一個(gè)重要的含油氣區(qū)，目前處于勘探初期階段。勘探實(shí)踐和前人研究成果表明，塔南凹陷構(gòu)造活動(dòng)對(duì)層序結(jié)構(gòu)特征、沉積體系分布具有重要的控制作用(紀(jì)友亮等，2009a；蒙啟安和紀(jì)友亮，2009；楊永華等，2009)，但從同沉積構(gòu)造活動(dòng)及其配置所產(chǎn)生的古地貌對(duì)沉積體系和砂體分布控制的角度開(kāi)展的系統(tǒng)研究還不夠深入。在前人研究成果的基礎(chǔ)上，筆者以層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，綜合利用地震、測(cè)井、巖心資料，結(jié)合不整合接觸關(guān)系，對(duì)塔南凹陷下白堊統(tǒng)層序地層進(jìn)行劃分和對(duì)比。在層序地層格架建立的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了同沉積構(gòu)造活動(dòng)形成的古地貌類(lèi)型(構(gòu)造調(diào)節(jié)帶、坡折帶)，重點(diǎn)探討不同古地貌對(duì)層序結(jié)構(gòu)特征、沉積體系及砂體分布的控制作用和規(guī)律，以期為指導(dǎo)中國(guó)陸相斷陷盆地油氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔木察格盆地位于蒙古國(guó)東部，向北延伸進(jìn)入中國(guó)境內(nèi)，與中國(guó)的海拉爾盆地同屬一個(gè)盆地，統(tǒng)稱(chēng)海拉爾—塔木察格盆地，總面積79 610 km2。塔南凹陷位于塔木察格盆地南部，面積3500 km2，受不穩(wěn)定基底隆升及北東向、北北東向張性及張扭性大斷裂活動(dòng)的影響，整體表現(xiàn)為一個(gè)大型寬緩的“東斷西超”復(fù)式箕狀斷陷。塔南凹陷內(nèi)部可進(jìn)一步劃分出5個(gè)北北東向展布的次級(jí)構(gòu)造單元，即東部陡坡帶、東部次凹、中央低凸起、西部次凹和西部斜坡帶(圖1)(蒙啟安和紀(jì)友亮，2009)。

塔南凹陷下白堊統(tǒng)最大厚度可達(dá)4000 m，是該凹陷最主要的生油、含油層系，自下而上由粗、細(xì)、粗3套地層構(gòu)成一個(gè)完整的巨型沉積旋回，內(nèi)部又可分成多個(gè)次一級(jí)旋回。下白堊統(tǒng)從下到上依次為銅缽廟組、南屯組和大磨拐河組，其中銅缽廟組和南屯組均可分別進(jìn)一步細(xì)分為2段。銅缽廟組以沖積扇和扇三角洲礫巖、粗砂巖沉積為主；南屯組主要發(fā)育扇三角洲—深湖—湖底扇沉積體系，以灰色、灰黑色泥巖與砂礫巖、灰色粉砂巖、細(xì)砂巖不等厚互層沉積為主；大磨拐河組主要發(fā)育辮狀河—辮狀河三角洲—濱淺湖沉積體系，以灰色粉砂巖、砂巖夾灰色泥巖沉積為主(圖2)。上白堊統(tǒng)伊敏組為拗陷期沉積，主要為河流相和三角洲—濱淺湖相，以砂巖、泥巖互層沉積為主，地層厚度1200～1700 m。

圖1 塔木察格盆地塔南凹陷位置及構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Location and tectonic units of Ta’nan sag，Tamtsag Basin

圖2 塔木察格盆地塔南凹陷白堊紀(jì)沉積充填序列及構(gòu)造演化Fig.2 Lithostratigraphy，sequence stratigraphic framework and tectonic evolution of the Cretaceous in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

2 塔南凹陷同沉積斷裂活動(dòng)及構(gòu)造演化

2.1 斷裂活動(dòng)性分析

塔南凹陷發(fā)育一系列NE/NNE向展布的正斷層，構(gòu)成3條向西傾斜的基底斷裂帶，分別是東部陡坡斷裂帶(F1和F2)、中央隆起斷裂帶(F4)和西部緩坡斷裂帶(F5、F6和F7)(圖3)，其中F1和F2控制著東部次凹的形成與演化，F(xiàn)4控制著西部次凹的形成和演化。在研究斷層活動(dòng)性時(shí)，前人通常采用斷層生長(zhǎng)指數(shù)法和斷層活動(dòng)速率法(陳剛等，2007；陳瑋常等，2013)，但生長(zhǎng)指數(shù)法有一定的局限性，一是受地層剝蝕的影響，計(jì)算得到的生長(zhǎng)指數(shù)不能反映真實(shí)的斷層活動(dòng)強(qiáng)度，二是沒(méi)有考慮凹陷內(nèi)不同部位沉積速率差異對(duì)生長(zhǎng)指數(shù)計(jì)算的影響，造成計(jì)算的結(jié)果通常與實(shí)際情況不符；同時(shí)，由于斷陷盆地邊界控凹斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)，上升盤(pán)一側(cè)可能長(zhǎng)期沒(méi)有接受沉積，因此不能用生長(zhǎng)指數(shù)來(lái)研究斷層活動(dòng)性。反之，利用斷層活動(dòng)速率計(jì)算斷層活動(dòng)性的主要優(yōu)勢(shì)是其不受地層剝蝕的影響，更能直觀、有效地反映生長(zhǎng)斷層的相對(duì)活動(dòng)強(qiáng)度和活動(dòng)歷史。因此，筆者通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)造時(shí)期主要控凹主干斷裂(F1、F2和F4)的斷層活動(dòng)速率和凈沉降量來(lái)分析斷層的活動(dòng)性(圖4)。

圖3 塔木察格盆地塔南凹陷南屯組底面(T3地震反射界面)構(gòu)造圖Fig.3 Structural contour map of T3 seismic reflector(corresponding with the basal Nantun Formation)in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

圖4 塔木察格盆地塔南凹陷早白堊世主要控凹斷裂活動(dòng)性分析Fig.4 Tectonic activity analysis of major faults in different rifting stages of the Early Cretaceous in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

F1斷層為塔南凹陷北部東側(cè)的一條控凹斷層，長(zhǎng)期活動(dòng)，延伸長(zhǎng)度約35 km。銅缽廟組沉積期，該斷層表現(xiàn)為中部活動(dòng)強(qiáng)和南、北活動(dòng)弱的特征，中部最大斷層活動(dòng)速率達(dá)225 m/Ma，最大凈沉降量達(dá)1800 m，而南部斷層活動(dòng)性最弱，斷層凈沉降量平均約200 m。南屯組沉積期，斷層繼承性發(fā)育，活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，最大斷層活動(dòng)速率達(dá)137.5 m/Ma；該時(shí)期斷層分段生長(zhǎng)特征明顯，從南向北依次發(fā)育了3個(gè)次級(jí)沉降中心，沉降量最大依次可達(dá)1050 m、1100 m和750 m。大磨拐河組沉積期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度整體減弱，但北部斷層活動(dòng)強(qiáng)度較前一期逐漸增強(qiáng)，北部斷層凈沉降量平均約800 m(圖4-a)。

F2斷層為塔南凹陷南部東側(cè)的一條控凹斷層，與F1斷層大致平行，長(zhǎng)期活動(dòng)，延伸長(zhǎng)度約25 km。銅缽廟組沉積期，表現(xiàn)為南強(qiáng)北弱的特征，南部最大斷層活動(dòng)速率達(dá)175 m/Ma，最大凈沉降量可達(dá)1400 m，平均約1000 m，而北部斷層活動(dòng)速率較小，斷層凈沉降量平均約200 m。南屯組沉積期，斷層繼承性發(fā)育，活動(dòng)性進(jìn)一步增強(qiáng)，最大斷層活動(dòng)速率可達(dá)300 m/Ma；斷層分段生長(zhǎng)特征明顯，從南向北依次發(fā)育了3個(gè)次級(jí)沉降中心，沉降量最大依次可達(dá)1750 m、1800 m和1200 m。大磨拐河組沉積期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度整體減弱，整體斷層凈沉降量較小，均小于200 m(圖4-b)。

F4斷層位于塔南凹陷中部，長(zhǎng)期活動(dòng)，延伸長(zhǎng)度約40 km。該斷層主要控制西部次凹的形成與演化，其東部為塔南凹陷中部潛山帶。銅缽廟組沉積期，表現(xiàn)為中部活動(dòng)強(qiáng)、南北活動(dòng)弱的特征，中部最大斷層活動(dòng)速率達(dá)100 m/Ma，最大凈沉降量可達(dá)800 m，平均550 m。南屯組沉積期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到最大，最大斷層活動(dòng)速率達(dá)125 m/Ma，從南向北依次發(fā)育了3個(gè)次級(jí)沉降中心，沉降量最大依次可達(dá)450 m、750 m和400 m。大磨拐河組沉積期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度整體減弱，最大沉降量均小于400 m，平均200 m(圖4-c)。

2.2 構(gòu)造—層序演化特征

受主干控凹斷裂(F1、F2和F4)幕式活動(dòng)特征的影響(圖4)，塔南凹陷經(jīng)歷了早白堊世裂陷、晚白堊世裂后拗陷的演化過(guò)程，具有明顯的裂陷—坳陷雙層結(jié)構(gòu)(圖2；圖5-b)。結(jié)合斷層差異性活動(dòng)特征和不整合接觸關(guān)系，將塔南凹陷下白堊統(tǒng)劃分為1個(gè)一級(jí)層序、3個(gè)二級(jí)層序和4個(gè)三級(jí)層序(圖2)。下白堊統(tǒng)整體表現(xiàn)為1個(gè)粗—細(xì)—粗的完整旋回，構(gòu)成1個(gè)一級(jí)層序地層單元，頂、底分別對(duì)應(yīng)T2和T5反射界面，且這2個(gè)界面均為盆地范圍的構(gòu)造不整合面，其中頂界面T2為分割斷陷期與拗陷期的裂后不整合面(圖5-a，5-b)。早白堊世裂陷期可進(jìn)一步劃分為3個(gè)裂陷幕，即初始斷陷幕(銅缽廟組沉積期，135～123 Ma)、斷陷高峰幕(南屯組沉積期，123～116 Ma)和斷陷收斂幕(大磨拐河組沉積期，116～105 Ma)，這3個(gè)裂陷幕的沉降平均速率分別為160 m/Ma、205 m/Ma、120 m/Ma(單敬福等，2010)(圖2)。每個(gè)二級(jí)層序?qū)?yīng)著一個(gè)幕式的斷陷構(gòu)造活動(dòng)，代表了一個(gè)斷陷構(gòu)造幕的沉積充填，是盆地初始沉降、快速沉降、減弱停滯的結(jié)果(嚴(yán)德天等，2008；Houetal.，2012)。

1)斷陷初始期層序。對(duì)應(yīng)銅缽廟組沉積，包括SQ1和SQ2共2個(gè)三級(jí)層序。此時(shí)邊界斷層開(kāi)始強(qiáng)烈活動(dòng)，盆地內(nèi)部形成凸凹相間的構(gòu)造格局，各洼槽互不連通，內(nèi)部凸起提供物源，存在多個(gè)沉積中心。層序SQ1和SQ2在盆地分布相對(duì)零散，整體表現(xiàn)為從陡坡向緩坡一側(cè)呈楔狀減薄的特征，陡坡帶一側(cè)物源延伸距離短，發(fā)育的扇三角洲規(guī)模較小但厚度較大。

2)斷陷高峰期層序。對(duì)應(yīng)南屯組沉積(SQ3)，邊界斷層活動(dòng)最為強(qiáng)烈，斷層面呈鏟狀，斷層斷距大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。在該時(shí)期，早期形成的各個(gè)孤立的小凹陷開(kāi)始連為一體，沉積中心開(kāi)始慢慢統(tǒng)一，湖盆范圍達(dá)到最大，水體最深。盆地不同構(gòu)造部位沉降速率差別很大(圖4)，在盆內(nèi)中央低凸起區(qū)，受斷塊掀斜旋轉(zhuǎn)作用的影響，部分SQ3地層抬升至地表遭受剝蝕，形成SQ3頂部的削蝕不整合面，在中央低凸起兩側(cè)的東部次凹與西部次凹內(nèi)，削截不整合過(guò)渡為與之相對(duì)應(yīng)的整合面。SQ3整體表現(xiàn)為1個(gè)大規(guī)模的楔狀沉積，最大沉積厚度位于盆地邊界斷層下降盤(pán)靠近斷層面一側(cè)。

3)斷陷收斂期層序。對(duì)應(yīng)大磨拐河組沉積(SQ4)，伴隨著同生斷裂活動(dòng)的緩慢減弱，斷層上盤(pán)的掀斜旋轉(zhuǎn)活動(dòng)停止，塔南凹陷進(jìn)入緩慢沉降階段，湖盆地形開(kāi)始變得平坦，湖盆演化進(jìn)入斷坳轉(zhuǎn)換期。該時(shí)期水體變淺，早期的多物源演變成單一長(zhǎng)軸物源體系，物源供給充足，塔南凹陷以沉積充填為主，發(fā)育補(bǔ)償?shù)竭^(guò)補(bǔ)償沉積，以大型河流—三角洲、濱淺湖沉積為主(圖5-c；圖6)。在地震剖面上，可見(jiàn)到大型的反映三角洲沉積體的“S”型和斜交型前積反射結(jié)構(gòu)(圖5-a，5-b)。

圖5 塔木察格盆地塔南凹陷北部過(guò)19-X87—19-68井地震地質(zhì)剖面解釋及層序沉積充填Fig.5 Seismic profiles，interpretative line-drawing of seismic section and sequence stratigraphic framework of well-seismic correlation crossing Wells 19-X87 to 19-68 in the north part of Ta’nan sag，Tamtsag Basin

圖6 塔木察格盆地南凹陷不同構(gòu)造位置層序地層格架內(nèi)沉積充填樣式Fig.6 Sequence stratigraphic framework of well-seismic correlation in different locations of Ta’nan sag，Tamtsag Basin

3 塔南凹陷古地貌類(lèi)型及特征

同沉積斷層的時(shí)空活動(dòng)及組合樣式會(huì)形成不同類(lèi)型的古地貌，這對(duì)沉積體系演化和砂體分布具有重要的控制作用(林暢松，2006；林暢松等，2015；Allen，2017；Duetal.，2017；Xuetal.，2017；徐長(zhǎng)貴等，2017a；徐長(zhǎng)貴和杜曉峰，2017；曾智偉等，2017；朱紅濤等，2017；胡賀偉等，2020)。在斷陷高峰期(南屯組沉積期)，塔南凹陷控凹斷裂活動(dòng)最為強(qiáng)烈(圖4)，形成的古地貌特征也最為復(fù)雜，古地貌對(duì)沉積體系和砂體分布的控制作用最為明顯(紀(jì)友亮等，2009a，2009b；蒙啟安和紀(jì)友亮，2009；楊永華等，2009；Zhouetal.，2014)。以密集的鉆井資料和網(wǎng)絡(luò)狀高分辨率連片三維地震資料為基礎(chǔ)，結(jié)合斷層活動(dòng)性分析(圖4)，通過(guò)剝蝕厚度恢復(fù)得到原始沉積地層厚度(圖7)，并采用“印模法”結(jié)合古水深校正(隋立偉，2020)對(duì)南屯組沉積前古地貌進(jìn)行了恢復(fù)(圖8)。塔南凹陷斷陷高峰期主要發(fā)育構(gòu)造調(diào)節(jié)帶和構(gòu)造坡折帶2種類(lèi)型古地貌。

圖7 塔木察格盆地塔南凹陷南屯組一段(SQ3-LST+TST)地層厚度圖Fig.7 Strata thickness map of the First Member of Nantun Formation(SQ3-LST+TST)in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

圖8 塔木察格盆地塔南凹陷南屯組沉積前古地貌特征Fig.8 Characteristics of paleomorphology formed before the deposition of Nantun Formation in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

3.1 構(gòu)造調(diào)節(jié)帶

大量研究表明，斷陷盆地主干邊界斷裂大多具有分段生長(zhǎng)機(jī)制，斷層的分段生長(zhǎng)經(jīng)歷了“孤立成核—軟連接—硬連接”3個(gè)階段(Morleyetal.，1990；Gawthorpe and Hurst，1993；劉哲等，2012；付曉飛等，2015)，斷層分段生長(zhǎng)過(guò)程伴隨著不同類(lèi)型構(gòu)造調(diào)節(jié)帶的形成。在伸展構(gòu)造中，構(gòu)造調(diào)節(jié)帶被定義為構(gòu)造變形中在區(qū)域上保持縮短量或伸展量守恒而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)構(gòu)造(Morleyetal.，1990；Nelsonetal.，1992；Houetal.，2012)。構(gòu)造調(diào)節(jié)帶的形成與斷層位移沿走向的變化密切相關(guān)，控凹主斷裂沿走向可以通過(guò)其他形式(如分支正斷層、凸起、走向斜坡或撕裂斷層)傳遞或轉(zhuǎn)換為另一條控凹正斷層(Morleyetal.，1990；王紀(jì)祥等，2003)。

塔南凹陷東部的控凹陷斷裂為F1和F2，呈NE向雁列式伸展，分別控制著凹陷北部和南部陡坡邊界的形態(tài)(圖7；圖8)。付曉飛等(2015)利用“斷距回剝”技術(shù)對(duì)塔南凹陷控凹斷裂F1和F2分段生長(zhǎng)演化過(guò)程進(jìn)行了定量恢復(fù)。由于控凹斷裂的分段性和差異斷陷活動(dòng)(圖4)，塔南凹陷東部陡坡帶發(fā)育了多種類(lèi)型的構(gòu)造調(diào)節(jié)帶。參照Morley等(1990)對(duì)伸展斷層構(gòu)造調(diào)節(jié)帶的分類(lèi)，將塔南凹陷裂陷期發(fā)育的構(gòu)造調(diào)節(jié)帶劃分為2類(lèi)：同向傾斜未疊置型構(gòu)造調(diào)節(jié)帶和同向傾斜疊置型構(gòu)造調(diào)節(jié)帶(圖9)。

圖9 塔木察格盆地塔南凹陷南屯組構(gòu)造調(diào)節(jié)帶類(lèi)型及發(fā)育模式Fig.9 Types and development models of transfer zones of the Nantun Formation in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

3.1.1 同向傾斜未疊置型調(diào)節(jié)帶——橫向凸起地貌

同向傾斜未疊置調(diào)節(jié)帶的形成與盆緣主干斷層位移沿走向發(fā)生變化(差異性活動(dòng))有關(guān)。受差異沉降作用影響，斷層強(qiáng)烈活動(dòng)段上盤(pán)沉降量大，下盤(pán)均衡抬升量也大；而分段生長(zhǎng)部位上盤(pán)沉降量較小，其下盤(pán)均衡上升量也較小，在上盤(pán)形成橫向隆起(斷鼻構(gòu)造)來(lái)調(diào)節(jié)斷層沿走向上斷距的變化(圖8；圖9)。橫向凸起調(diào)節(jié)帶通常沿主干斷層走向形成多個(gè)古地貌的高點(diǎn)(圖3；圖8)，作為正向地貌單元可將塔南凹陷沿走向分割為若干直接對(duì)應(yīng)于半地塹的獨(dú)立沉積中心，這種控制作用會(huì)一直持續(xù)到裂陷期結(jié)束。

研究區(qū)橫向凸起調(diào)節(jié)帶主要分布在凹陷東部F1斷層南部19-73井區(qū)及F2斷層南部19-65井區(qū)，對(duì)應(yīng)斷層分段生長(zhǎng)部位(圖8)。垂直斷層F1斷面方向的地震剖面顯示，在斷層上盤(pán)一側(cè)，自斷面向凹陷中心，地層厚度呈楔狀減薄(圖10-a)；平行斷面方向的地震剖面顯示，在斷距較小位置，形成一個(gè)凸起構(gòu)造(橫向凸起)(圖10-b)。自橫向凸起向兩側(cè)斷層的主要沉降區(qū)，地勢(shì)起伏不斷減小，調(diào)節(jié)帶對(duì)應(yīng)于地層厚度較小的部位，而其兩側(cè)斷層位移最大處對(duì)應(yīng)的地層厚度也最大，如19-73井區(qū)橫向調(diào)節(jié)帶地層厚度為700 m，兩側(cè)主要沉降區(qū)地層厚度可達(dá)1000 m；19-65井區(qū)橫向凸起調(diào)節(jié)帶地層厚度為1000 m，兩側(cè)主要沉降區(qū)地層厚度可達(dá)1800 m(圖7)，這表明主干斷層F1和F2的斷距在調(diào)節(jié)帶附近減小。

圖10 塔木察格盆地塔南凹陷南屯組橫向凸起調(diào)節(jié)帶地震剖面特征Fig.10 Seismic profiles showing characteristics of transverse uplift of the Nantun Formation in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

3.1.2 同向傾斜疊置型調(diào)節(jié)帶——走向斜坡地貌

同向傾斜疊置型調(diào)節(jié)帶主要發(fā)育在塔南凹陷東部2條同傾向側(cè)列斷層(F1和F2)的疊置處(19-38井區(qū))(圖7；圖8)，在2條斷層的傾末端會(huì)形成1個(gè)走向斜坡來(lái)調(diào)節(jié)2條斷層斷距沿走向的變化。走向斜坡連接著1條斷層的下盤(pán)與另1條斷層的上盤(pán)，斜坡走向通常與邊界斷層走向近垂直(Peacock，1994)。從地層厚度來(lái)看，走向斜坡對(duì)應(yīng)于地層厚度較小的部位，如19-38井區(qū)地層厚度約為300 m，而其兩側(cè)隨著斷層位移的增大，地層厚度也逐漸增大，可達(dá)1200 m(圖7)。

3.2 構(gòu)造坡折帶

“構(gòu)造坡折帶”定義為由同沉積構(gòu)造長(zhǎng)期活動(dòng)引起的沉積斜坡明顯突變的地帶(林暢松等，2003；王英民等，2003；馮有良，2006；馮有良等，2010；侯宇光等，2010)。塔南凹陷經(jīng)過(guò)多期的幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，除了形成多種構(gòu)造調(diào)節(jié)帶外，在盆地不同構(gòu)造部位，不同級(jí)別的同沉積斷裂還可形成多級(jí)構(gòu)造坡折帶，形成復(fù)雜的構(gòu)造古地貌，尤其是在強(qiáng)烈裂陷期，構(gòu)造坡折帶最為發(fā)育。根據(jù)斷層的幾何形態(tài)及發(fā)育部位，在塔南凹陷斷陷高峰期可識(shí)別出4種構(gòu)造坡折帶類(lèi)型，即陡坡斷崖型坡折帶、陡坡斷階型坡折帶、緩坡反向斷階型坡折帶和盆內(nèi)坡折帶(圖6)。

陡坡斷崖型坡折帶主要分布于塔南凹陷東部陡坡帶，是塔南凹陷最常見(jiàn)的一種坡折帶類(lèi)型(圖6)。該類(lèi)型坡折帶的發(fā)育主要受盆地邊界控凹大斷裂(F1、F2)控制，斷層形成時(shí)間早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、規(guī)模大。由于斷面較陡，斷層與湖區(qū)構(gòu)成斷崖地貌，凸起前緣直接過(guò)渡為深湖區(qū)，為湖盆最大可容空間發(fā)育區(qū)。

陡坡斷階型坡折帶分布于塔南凹陷東部次凹南部靠陡坡一側(cè)，主要受邊界控凹斷裂(F2)及其所派生的次一級(jí)斷裂(F3)活動(dòng)控制形成，次一級(jí)斷裂走向與邊界斷裂走向一致(圖7)。F2和F3斷層在凹陷南部的活動(dòng)強(qiáng)度都較大，且2個(gè)斷層之間的斷塊發(fā)生了明顯的旋轉(zhuǎn)，從陡坡邊緣向盆地內(nèi)部形成多個(gè)階梯狀臺(tái)階(圖6-b)。

緩坡反向斷階型坡折帶發(fā)育在塔南凹陷西部緩坡帶，斷裂帶自南向北由F5、F6、F7構(gòu)成，使得西部斜坡復(fù)雜化，早期為分散的小斷洼，后期成為具反向斷階的斜坡(圖6)。從南到北，由于斷裂活動(dòng)強(qiáng)度的差異，盆地不同部位的結(jié)構(gòu)也有很大差別。

盆內(nèi)坡折帶的形成與塔南凹陷中央斷裂(F4)的活動(dòng)有關(guān)。受斷塊構(gòu)造掀斜活動(dòng)影響，F(xiàn)4斷層兩盤(pán)構(gòu)造沉降速率的顯著差異造成盆地內(nèi)部地形坡度突變而形成盆內(nèi)坡折，最大可容空間位于斷層下降盤(pán)靠近斷層一側(cè)。由于F4斷層南、北段的活動(dòng)強(qiáng)度不同(圖4)，在盆地不同構(gòu)造部位所形成的盆內(nèi)坡折帶特征也差別較大(圖6)。在塔南凹陷北部SQ3沉積早期，盆內(nèi)地貌形態(tài)為水下盆內(nèi)坡折；后期斷層活動(dòng)強(qiáng)度加大，上升盤(pán)抬升速度加快，發(fā)生強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)；至SQ3沉積晚期，上升盤(pán)出露地表，發(fā)育局部削蝕不整合，此時(shí)盆內(nèi)坡折轉(zhuǎn)化為中央低凸起，把凹陷分隔成了東部次凹和西部次凹(圖5)。在塔南凹陷南部，F(xiàn)4斷層活動(dòng)強(qiáng)度較小，其地貌形態(tài)一直都是水下盆內(nèi)坡折帶。

4 塔南凹陷構(gòu)造古地貌控砂機(jī)制

在對(duì)同沉積構(gòu)造差異性活動(dòng)及其配置所產(chǎn)生的古地貌研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合塔南凹陷不同構(gòu)造位置層序地層格架內(nèi)沉積充填樣式(圖6)，闡明了塔南凹陷斷陷高峰期不同類(lèi)型古地貌的控砂機(jī)制。

4.1 構(gòu)造調(diào)節(jié)帶控制水系入湖通道

在斷陷盆地中，構(gòu)造調(diào)節(jié)帶常是水流攜帶碎屑物質(zhì)注入盆地的通道，進(jìn)而控制著盆地強(qiáng)烈沉降期層序地層形成的主體物源方向、沉積體系類(lèi)型與分布特征(Morleyetal.，1990；Nelsonetal.，1992；鄧宏文等，2001，2008)。

1)橫向凸起調(diào)節(jié)帶。由于主斷層中心地帶斷層位移量大而分段生長(zhǎng)部位(調(diào)節(jié)帶)斷層位移量減小，在調(diào)節(jié)帶處其下盤(pán)會(huì)形成漏斗狀的相對(duì)低地或緩坡，主水系會(huì)從橫向調(diào)節(jié)帶相對(duì)較低的地形進(jìn)入凹陷中，之后在上盤(pán)橫向凸起上向四周分散，形成富砂扇三角洲或近岸水下扇沉積體系(圖9)。如19-33和19-73井，發(fā)育厚層近岸水下扇砂礫巖沉積(圖10-c，10-d)，平行物源方向的地震剖面顯示多期前積結(jié)構(gòu)(圖10-a)，垂直物源方向的地震剖面呈透鏡狀(圖10-b)。大量勘探實(shí)踐也證明，在同一條控凹斷層的下降盤(pán)，不同部位的扇三角洲或水下扇砂體的規(guī)模差別懸殊，以粗碎屑為主的大型扇三角洲或水下扇砂體往往只在構(gòu)造調(diào)節(jié)帶處發(fā)育，而其他部位僅發(fā)育由粉—細(xì)砂巖組成的小型砂體(鄧宏文等，2001；王紀(jì)祥等，2003；王家豪等，2008)。

2)走向斜坡調(diào)節(jié)帶。走向斜坡的形成與邊界控凹斷層F1和F2的側(cè)接有關(guān)，在主斷層斷距較大的部位，其下盤(pán)相對(duì)隆起而阻礙了物源的導(dǎo)入，下盤(pán)的水系會(huì)向主斷層斷距較小的部位(調(diào)節(jié)帶)匯聚，然后沿走向斜坡注入盆地，沉積物在斜坡坡腳沉積，以扇三角洲沉積為主。南屯組中下部(SQ3 LST+TST)均方根振幅地震屬性圖(圖11)顯示，部分沉積物會(huì)繼續(xù)沿F1斷層的傾末端向其斷距最大處搬運(yùn)，并沿其走向分散，向東北方向遷移至19-7井區(qū)橫向凸起處。整個(gè)裂陷期，東部隆起物源供應(yīng)充足，沉積物沿走向斜坡持續(xù)注入到凹陷中，在走向斜坡調(diào)節(jié)帶兩側(cè)的沉降中心沉積了大套的扇三角洲砂體，地層最大厚度可達(dá)1000 m(圖7)。

圖11 塔木察格盆地塔南凹陷東部次凹南部南屯組中下部均方根振幅屬性圖Fig.11 RMS attribute map showing distribution of sandbodies of the lower-middle Nantun Formation in southeast part of Ta’nan sag，Tamtsag Basin

4.2 構(gòu)造坡折帶控制沉積體系類(lèi)型及砂體分布特征

1)陡坡斷崖型坡折帶與扇三角洲。在塔南凹陷東部陡坡帶，受控凹斷裂及派生斷裂的影響，主要發(fā)育陡坡斷崖型和陡坡斷階型2種構(gòu)造坡折帶。東部隆起是主要的物源補(bǔ)給區(qū)，沉積物主要沿盆緣溝谷或橫向凸起調(diào)節(jié)帶注入湖盆，形成扇三角洲或近岸水下扇沉積體系。在陡坡斷崖型坡折帶，凹陷的沉降中心、沉積中心位于斷層下降盤(pán)靠近凸起一側(cè)，所沉積的地層厚度也最大。從不同位置沉積剖面來(lái)看(圖5-c；圖6)，在控陷斷層(F1)下降盤(pán)發(fā)育的扇三角洲砂體在剖面上呈楔形展布，靠近邊界斷層一側(cè)厚度最大，單層厚度可達(dá)30 m，向凹陷方向，厚度明顯減薄。

2)陡坡斷階型坡折帶與扇三角洲和遠(yuǎn)岸湖底扇。在陡坡斷階型斷裂坡折帶，由于近岸斷階的不斷旋轉(zhuǎn)，靠近邊界斷層一側(cè)可容空間不斷增大，發(fā)育多期退積型扇三角洲沉積，該扇三角洲在剖面上表現(xiàn)為明顯的退積型楔狀體，如19-38井區(qū)。在離岸較遠(yuǎn)、由次級(jí)斷裂形成的遠(yuǎn)岸斷階處，由于距物源區(qū)較遠(yuǎn)，沉積物以遠(yuǎn)岸水下扇、滑塌濁積體沉積為主，如19-82井鉆遇遠(yuǎn)岸湖底扇，剖面呈透鏡狀，電測(cè)曲線上與泥巖基線呈指狀交互(圖6-b)。

3)緩坡反向斷階型坡折帶與辮狀河三角洲。在塔南凹陷西部緩坡帶主要發(fā)育反向斷階型坡折帶。由于基底整體沉降幅度不大，沉積可容空間相對(duì)較小，易發(fā)育斜坡背景下的辮狀河三角洲沉積體系。由西部凸起提供物源的辮狀河三角洲體系沿斜坡向下進(jìn)入湖區(qū)，階梯狀分布的反向斷裂阻礙了三角洲扇體向盆內(nèi)繼續(xù)遷移，使沉積物沿斜坡向下搬運(yùn)一定的距離后便沿?cái)嗔炎呦蚍植?。從沉積剖面看，靠近緩坡一側(cè)發(fā)育辮狀河三角洲前緣相，而反向斷階向盆地一側(cè)由于物源供應(yīng)較少，以濱淺湖—半深湖泥巖沉積為主(圖5-c；圖6)。

圖12 塔木察格盆地塔南凹陷同沉積斷裂平面組合樣式及砂體分布Fig.12 Faults arrangement patterns and their controls on distribution of sandbodies in Ta’nan sag，Tamtsag Basin

4)盆內(nèi)坡折帶與軸向近岸湖底扇。在塔南凹陷中部，受中央斷裂構(gòu)造掀斜活動(dòng)影響，主要發(fā)育盆內(nèi)坡折帶。南屯組沉積早期，地貌形態(tài)為水下盆內(nèi)坡折，后期隨斷層活動(dòng)強(qiáng)度加大，盆內(nèi)坡折轉(zhuǎn)化為水下低凸起，把凹陷分隔成了東部次凹和西部次凹(圖5)。由于東次凹古地貌呈箕狀斷陷，因此來(lái)自東部物源的扇體難以越過(guò)箕狀斷陷到盆內(nèi)坡折帶下降盤(pán)沉積。但是盆內(nèi)坡折帶下降盤(pán)的西部次凹地貌上表現(xiàn)為沿NE向伸展的斷槽，來(lái)自北部中央低凸起的沉積物可沿?cái)嗖巯騍W方向輸運(yùn)沉積物，形成近岸水下扇沉積，如19-53井和19-76井(圖6-a；圖12-c)。

4.3 斷裂平面組合樣式控制盆內(nèi)砂體展布

盆地內(nèi)的同沉積斷裂在規(guī)模和組合樣式上具多樣化，其受控于構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、先存斷裂系再活動(dòng)及重力調(diào)節(jié)作用(林暢松等，2003；馮有良，2006)。1條斷裂帶通常是由幾條斷層構(gòu)成，或由1條主斷層與多條低級(jí)序斷層構(gòu)成(張宗檁，2004)。低級(jí)序斷層多為主干斷裂的伴生斷層或調(diào)節(jié)斷層，與主干斷層屬于同一應(yīng)力場(chǎng)背景。塔南凹陷共發(fā)育了3種同沉積斷裂平面組合樣式，分別是梳狀斷裂系、叉狀斷裂系和平行斷裂系(圖12)，不同的同沉積斷裂組合樣式形成了特定的構(gòu)造古地貌。結(jié)合波阻抗反演及地震屬性分析成果，對(duì)塔南凹陷同沉積斷裂組合樣式對(duì)沉積物分散體系和砂體分布的控制作用進(jìn)行了分析。

4.3.1 梳狀斷裂系與砂體分布

梳狀斷裂系的形成與邊界斷層的張扭性活動(dòng)有關(guān)，在右旋剪切作用下或邊界斷層兩盤(pán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，會(huì)形成一系列雁列式排列的低級(jí)序斷層，與邊界大斷層呈高角度斜交。梳狀斷裂系主要發(fā)育在塔南凹陷東部次凹北洼漕，由主干同沉積斷裂F1和發(fā)育于下降盤(pán)并與之高角度相交的一組伴生次級(jí)斷裂組成，次級(jí)斷裂呈NW-SE走向。

梳狀斷裂系常常產(chǎn)生特定的構(gòu)造古地貌，控制著一個(gè)“沉積相域”的總體分布(林暢松等，2003)。如19-33井區(qū)發(fā)育的扇三角洲的分布特征主要受梳狀斷裂系所控制，盆地規(guī)模較大的調(diào)節(jié)斷裂或盆緣溝谷控制著水道的發(fā)育部位，砂體一般沿這些次級(jí)同沉積斷裂向盆地方向延伸，平面上在斷腳底部發(fā)育較厚的砂體，又稱(chēng)為“斷腳砂體”(圖12-a)。

4.3.2 叉狀斷裂系與砂體分布

圖13 塔木察格盆地塔南凹陷斷陷高峰期(南屯組)構(gòu)造-沉積響應(yīng)綜合模式Fig.13 Schematic block diagram showing sand bodies distribution model in rift climax stage(Nantun Formation)of Ta’nan sag，Tamtsag Basin

叉狀斷裂系是由主干斷層及其一側(cè)或兩側(cè)派生的低級(jí)序分支斷層構(gòu)成，主干斷層與分支斷層呈銳角相交，其內(nèi)叉角是構(gòu)造低部位，水系沿主斷裂與次級(jí)斷裂的交角處注入凹陷，2條斷裂的交角處多發(fā)育較厚砂體，砂體的展布形態(tài)受2條斷裂共同控制(林暢松等，2003)，如21-13井區(qū)(圖12-b)。叉狀斷裂系也常常與其他類(lèi)型同生斷裂組合配合共同控制砂體橫向展布，如塔21-12井區(qū)東北側(cè)，沿叉狀斷裂系注入盆地的砂體在向凹陷內(nèi)遷移的過(guò)程中，會(huì)沿另一條調(diào)節(jié)斷層的傾末端注入凹陷，繼而沿調(diào)節(jié)斷層走向分散(圖12-b)。叉狀斷裂系在塔南凹陷也比較常見(jiàn)，如盆地中央斷層F4也可與其伴生的次級(jí)斷層相交構(gòu)成叉狀斷裂系，控制凹陷內(nèi)部來(lái)自北部中央凸起區(qū)湖底扇砂體的分布，如19-53與19-76井區(qū)砂體(圖12-c)。

4.3.3 平行斷裂系與砂體分布

階梯狀平行斷裂系的形成往往與區(qū)域拉張拆離作用機(jī)制有關(guān)，主要發(fā)育在塔南凹陷東部次凹南洼槽帶沿陡坡帶一側(cè)，由邊界控凹斷裂F2及其所派生的次一級(jí)斷裂所組成，次一級(jí)斷裂走向與邊界斷裂走向一致，從盆地邊緣向盆地內(nèi)部形成多個(gè)階梯狀臺(tái)階，在剖面上與陡坡斷階型坡折帶相對(duì)應(yīng)。受不同斷塊差異構(gòu)造沉降的影響，平行斷裂系可形成特定的多級(jí)臺(tái)階古地貌，控制著沉積體系和砂體的分布特征。在19-X79井區(qū)，主干斷層下降盤(pán)一側(cè)發(fā)育的扇三角洲砂體可沿著臺(tái)階斷層向盆內(nèi)遷移，在離岸較遠(yuǎn)的多級(jí)坡折臺(tái)階之下的19-80井區(qū)，可發(fā)育陡坡帶扇三角洲前緣滑塌形成的遠(yuǎn)岸湖底扇(圖12-d)。

5 構(gòu)造-沉積響應(yīng)綜合模式

在綜合分析層序地層格架、沉積體系和構(gòu)造古地貌的基礎(chǔ)上，建立起塔南凹陷斷陷高峰期(南屯組沉積期)的構(gòu)造-沉積響應(yīng)綜合模式(圖13)。塔南凹陷在控凹主干斷層F1、F2和F4的控制下發(fā)生斷陷活動(dòng)，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，物源區(qū)地形起伏高差大、盆緣陡，來(lái)自東部隆起的物源豐富。在陡坡一側(cè)，邊界主干斷層F1和F2分段生長(zhǎng)導(dǎo)致沿?cái)鄬幼呦驍嗑嗟淖兓?，在斷層分段生長(zhǎng)部位形成橫向凸起調(diào)節(jié)帶；F1和F2斷層側(cè)接，導(dǎo)致了走向斜坡調(diào)節(jié)帶的形成。來(lái)自東部隆起的碎屑物質(zhì)沿橫向凸起型調(diào)節(jié)帶、走向斜坡型調(diào)節(jié)帶及盆緣溝谷形成的物源通道進(jìn)入塔南凹陷，持續(xù)發(fā)育扇三角洲或近岸水下扇沉積。

沉積物入湖后，構(gòu)造坡折帶和同沉積斷裂平面組合樣式控制了沉積體系和砂體的展布特征。在陡坡斷崖坡折帶，來(lái)自凸起上的水系所攜帶的沉積物主要沿盆緣溝谷注入湖盆，形成扇三角洲沉積體系，沉積相帶窄、砂體規(guī)模較?。簧绑w的分布特征主要受梳狀斷裂系所控制，一般沿這些次級(jí)同沉積斷裂向盆地方向延伸。在塔南凹陷南部陡坡斷階型坡折帶，砂體的分散受平行斷裂系控制，近岸的高臺(tái)階常發(fā)育水下扇或扇三角洲沉積體系，在離岸較遠(yuǎn)的低臺(tái)階常發(fā)育遠(yuǎn)岸湖底扇沉積體系。在塔南凹陷中央盆內(nèi)坡折帶，受中央斷裂F4構(gòu)造掀斜活動(dòng)影響，后期演化為水下低凸起，把凹陷分隔成了東部次凹和西部次凹，來(lái)自東部物源的扇體無(wú)法越過(guò)東部次凹箕狀斷陷到盆內(nèi)坡折帶下降盤(pán)沉積，但是盆內(nèi)坡折帶下降盤(pán)的西部次凹地貌上表現(xiàn)為NE向伸展的斷槽，來(lái)自北部中央低凸起的沉積物可沿?cái)嗖巯騍W方向輸運(yùn)砂體，形成近岸水下扇沉積。在塔南凹陷西部緩坡一側(cè)，來(lái)自西部隆起的碎屑物質(zhì)主要堆積在緩坡反向斷階帶之下，物源體系較單一，可形成辮狀河三角洲沉積體系，砂體的展布明顯受坡折帶的走向控制。與構(gòu)造調(diào)節(jié)帶相對(duì)應(yīng)的斷裂坡折帶低部位是大型儲(chǔ)層砂體，特別是低位扇三角洲或盆底扇砂體發(fā)育的有利部位，是尋找砂巖油氣藏的有利區(qū)帶。

6 結(jié)論

1)塔木察格盆地塔南凹陷裂陷期構(gòu)造演化分為3幕：初始斷陷幕、斷陷高峰幕和斷陷收斂幕。下白堊統(tǒng)可劃分為1個(gè)一級(jí)層序、3個(gè)二級(jí)層序、4個(gè)三級(jí)層序，每個(gè)二級(jí)層序?qū)?yīng)著一個(gè)幕式的斷陷構(gòu)造活動(dòng)，代表了一個(gè)斷陷構(gòu)造幕的沉積充填。

2)受控盆主斷裂的幕式斷陷活動(dòng)及同沉積斷裂的差異斷陷活動(dòng)影響，塔南凹陷發(fā)育2種類(lèi)型的構(gòu)造調(diào)節(jié)帶：橫向凸起調(diào)節(jié)帶和走向斜坡調(diào)節(jié)帶。構(gòu)造調(diào)節(jié)帶是水系入盆的通道，控制著盆地的主體物源方向、沉積體系類(lèi)型與分布特征。

3)塔南凹陷斷陷高峰期發(fā)育4種類(lèi)型坡折帶，控制著不同沉積體系的分布特征。在陡坡斷崖坡折帶，主要發(fā)育扇三角洲沉積體系；在陡坡斷階型坡折帶，近岸的高臺(tái)階常發(fā)育水下扇或扇三角洲沉積體系，在離岸較遠(yuǎn)的低臺(tái)階常發(fā)育遠(yuǎn)岸湖底扇沉積體系；在盆內(nèi)坡折帶，東部物源扇體難以越過(guò)箕狀斷陷到盆內(nèi)坡折帶下降盤(pán)沉積，來(lái)自北部中央低凸起的沉積物可沿?cái)嗖巯騍W方向輸運(yùn)砂體，形成近岸水下扇沉積；在西部緩坡反向斷階坡折帶，主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系。

4)塔南凹陷共發(fā)育3種同沉積斷裂平面組合樣式：梳狀斷裂系、叉狀斷裂系和平行斷裂系。這些斷裂的平面組合樣式控制盆內(nèi)砂體分散體系展布。

致謝在文章的審閱及修改過(guò)程中，審稿專(zhuān)家提出了建設(shè)性的修改意見(jiàn)，在此表示衷心的感謝!