王 偉，何登發(fā)，桂寶玲.

(1.中國石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林長春 130062；2.中國地質(zhì)大學(xué)海相儲層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點實驗室，北京 100083)

松遼盆地南部茫漢斷陷結(jié)構(gòu)特征及成因機(jī)制分析

王 偉1，何登發(fā)2，桂寶玲2.*

(1.中國石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林長春 130062；2.中國地質(zhì)大學(xué)海相儲層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點實驗室，北京 100083)

茫漢斷陷為后期改造型斷陷，構(gòu)造演化復(fù)雜。采用構(gòu)造—地層分析方法，通過對多條地震剖面的二維構(gòu)造解譯、構(gòu)造恢復(fù)、斷裂三維立體分析，揭示茫漢斷陷的發(fā)育過程，分析斷陷結(jié)構(gòu)特征和斷陷成因機(jī)制。研究表明，茫漢斷陷為復(fù)式斷陷，總體上具有兩洼夾一隆的構(gòu)造格局，發(fā)育走向斜坡和中央斜向背斜兩類一級構(gòu)造變換帶；斷陷成因復(fù)雜，具有幕式活動的特征，主要經(jīng)歷早白堊世斷陷、早白堊世末—晚白堊世坳陷、晚白堊世末盆地反轉(zhuǎn)3個時期，其中早白堊世斷陷細(xì)分為兩幕斷陷、兩次擠壓反轉(zhuǎn)等4個階段。

茫漢斷陷；結(jié)構(gòu)特征；構(gòu)造演化；成因機(jī)制

對茫漢斷陷進(jìn)行了十余年的油氣勘探，一直沒有取得較大的油氣突破，對斷陷結(jié)構(gòu)的認(rèn)識不足阻礙了油氣勘探區(qū)帶的優(yōu)選。目前對斷陷結(jié)構(gòu)的認(rèn)識還處于對斷陷類型、斷裂的定性描述上，對斷陷演化及成因機(jī)制論述較少，因此通過構(gòu)造恢復(fù)及三維立體分析的方法，分析斷陷結(jié)構(gòu)特征及幕式活動的成因，對斷陷選區(qū)定帶、尋求油氣突破具有較大意義。

1 區(qū)域概況

茫漢斷陷位于松遼盆地西南隆起區(qū)，是松遼盆地的一個三級構(gòu)造單元，呈北東向狹長狀展布，東西兩側(cè)分別被東明凸起和東蘇日吐凸起所夾持，總面積為2300 m2(圖1)。斷陷內(nèi)已鉆探井4口，僅圖1中井獲低產(chǎn)油氣流，斷陷油氣勘探一直未得到大的突破。前人對于茫漢斷陷的構(gòu)造特征、烴源巖指標(biāo)、生烴潛力、成藏規(guī)律等均有不同程度的論述[1-3]，研究認(rèn)為，茫漢斷陷為受斷裂控制的斷陷盆地，斷陷內(nèi)九佛堂組發(fā)育半深湖、深湖相泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度高，具備成烴成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，具有較大的油氣資源潛力。而對于斷陷成因機(jī)制及演化分析，前人研究較少。茫漢斷陷并不是由一條邊界斷層控制的簡單箕狀斷陷，其斷層和構(gòu)造變換帶極為發(fā)育，為典型的復(fù)式斷陷，再加上經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造演化，其具有較復(fù)雜的構(gòu)造、沉積、埋藏和熱演化史。

圖1 茫漢斷陷斷裂及構(gòu)造帶綜合圖Fig.1 Comprehensive map of fault and tectonic zone in Manghan fault depression

2 構(gòu)造層

茫漢斷陷發(fā)育在海西期褶皺基底之上[4]，斷陷埋深為6000 m，沉積蓋層主要是白堊系，地層自下往上包括下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組、泉頭組以及上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組。受多期次構(gòu)造運動的影響，發(fā)育下白堊統(tǒng)義縣組底、下白堊統(tǒng)泉頭組底、上白堊統(tǒng)四方臺組底3個區(qū)域性不整合面，據(jù)此將茫漢斷陷劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4套構(gòu)造層(圖2)。

Ⅰ構(gòu)造層為基底構(gòu)造層，原巖由海相碎屑巖、灰?guī)r、火山巖和海陸交互相碎屑巖組成。前人認(rèn)為巖石多經(jīng)變質(zhì)呈大理巖、千枚狀板巖、片理化頁巖等[5]，但L1井鉆遇海相泥質(zhì)灰?guī)r，因此茫漢斷陷基底可能存在一定范圍的海相沉積地層，為探索新的勘探目的層系提供了可能。

Ⅱ構(gòu)造層為斷陷構(gòu)造層，由義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組組成，屬早白堊世斷陷期沉積層系；早期為火山沉積建造，主要分布在斷陷的北部和南部[6]，中晚期為半深湖—深湖相砂泥巖沉積；地震反射層整體呈楔狀結(jié)構(gòu)，地層分布明顯受北北東向邊界斷層的控制，現(xiàn)今殘余最大厚度達(dá)2500 m，南厚北薄，北部的沙海組和阜新組遭到強(qiáng)烈剝蝕，斜坡帶缺失。Ⅱ構(gòu)造層發(fā)育多套有利生儲蓋組合，是茫漢斷陷現(xiàn)今油氣勘探的主要目的層。

Ⅲ構(gòu)造層是坳陷構(gòu)造層，由泉頭組、青山口組、姚家組和嫩江組組成，屬早白堊世末—晚白堊世坳陷期沉積層系，為湖泊—河流相的砂泥巖沉積；地震反射表現(xiàn)為亞平行板狀特征，分布范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Ⅱ構(gòu)造層；沉積最大厚度為1500 m，整體呈現(xiàn)北部厚、南部薄的特征。

Ⅳ構(gòu)造層為盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造層，由四方臺組和明水組組成，屬晚白堊世末盆地反轉(zhuǎn)期沉積層系，主要是湖相的砂泥巖沉積；現(xiàn)今殘余最大厚度為300 m，具有北厚南薄的特征。

3 斷陷結(jié)構(gòu)

3.1 斷陷邊界斷層三維特征

茫漢斷陷構(gòu)造復(fù)雜，基本結(jié)構(gòu)不是傳統(tǒng)的地塹，而為典型的復(fù)式斷陷，主要表現(xiàn)為邊界斷層復(fù)雜[7]。區(qū)內(nèi)二維地震資料的構(gòu)造解釋、鉆井資料和區(qū)域地質(zhì)的綜合分析認(rèn)為，茫漢斷陷邊界斷層主要包括3段：南段(F1)、中段(F2)和北段(F3)(圖1、圖3)，F(xiàn)1和F2的走向為北北東、傾向北西，F(xiàn)3的走向為北北東、傾向東南。其中，F(xiàn)1和F2過渡帶為同向傾斜正斷層，通過走向斜坡進(jìn)行構(gòu)造變換；F2和F3過渡帶為相向傾斜正斷層，通過中央斜向背斜進(jìn)行構(gòu)造變換。

圖2 茫漢斷陷地層發(fā)育構(gòu)造Fig.2 Section map of stratigraphic in Manghan fault depression

圖3 茫漢斷陷邊界斷層三維圖Fig.3 3D maps of boundary faults in Manghan fault depression

斷陷內(nèi)部次級斷裂走向也基本為北北東向，多數(shù)斷裂延伸距離較長、斷距較大。斷裂大規(guī)模形成時期在義縣組和九佛堂組沉積期，阜新組沉積末基本定型。早期分段的邊界斷層控制小的半地塹的沉積充填，隨著邊界斷層的側(cè)向生長連接，早期小的半地塹形成統(tǒng)一的大型復(fù)式半地塹。

3.2 各段剖面結(jié)構(gòu)特征

3.2.1 南段剖面特征

斷陷剖面形態(tài)為東斷西超的箕狀斷陷(圖4，剖面位置如圖1所示)。邊界斷層F1為上陡下緩的犁式斷層，滑脫面的深度收斂于2.5 s處；西側(cè)發(fā)育小的高角度反向剪切正斷層，主要由一個洼陷組成，寬度為15 km。F1從義縣組沉積開始活動，一直持續(xù)到阜新組沉積期，九佛堂組沉積末發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)。沙海組超覆于九佛堂組之上，根據(jù)軸面特征可劃分不同的等傾角區(qū)；沙海組阜新組剝蝕量較大，削蝕界面明顯。泉頭組地層超覆于斷陷期地層之上，坳陷期層序地層產(chǎn)狀平坦，構(gòu)造反轉(zhuǎn)強(qiáng)度小。

圖4 南段AA′地震剖面Fig.4 AA′ seismic profile in south section

3.2.2 中段剖面特征

斷陷剖面形態(tài)為東斷西超的箕狀斷陷(圖5，剖面位置如圖1所示)，斷陷寬度為20 km。邊界斷層F2也為上陡下緩的犁式斷層，滑脫面的深度較大，收斂于3.5 s處，斷陷內(nèi)次級斷層發(fā)育，且具有從東往西遷移的規(guī)律，西側(cè)斷層在泉頭組沉積期仍持續(xù)活動?？傮w上，F(xiàn)2在九佛堂組和沙海組沉積期活動劇烈，在沙海組沉積期活動弱。阜新組沉積初期，開始發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，阜新組超覆于沙海組之上(圖5a方框)；阜新組沉積末，斷陷構(gòu)造層在F2處反轉(zhuǎn)強(qiáng)烈，發(fā)育擠壓背斜構(gòu)造，阜新組頂面甚至高出沉積基準(zhǔn)面，其剝蝕厚度可達(dá)2000 m，斷陷內(nèi)部次級斷裂(L1井西側(cè)斷裂)發(fā)生選擇性微弱反轉(zhuǎn)。

圖5 中段BB′地震剖面Fig.5 BB′ seismic profile in middle part

泉頭組底界為區(qū)域性不整合面，在斷陷邊界可見往下伏地層的超覆現(xiàn)象。凹陷期構(gòu)造層發(fā)育一寬緩的背斜構(gòu)造，軸面特征表現(xiàn)為前翼陡而窄、后翼緩而長。反轉(zhuǎn)構(gòu)造層呈楔形，可見往背斜兩翼方向的上超結(jié)構(gòu)(圖5b方框)，表明反轉(zhuǎn)構(gòu)造層為生長地層，反轉(zhuǎn)時間開始于上白堊統(tǒng)四方臺組沉積時。

3.2.3 北段剖面特征

斷陷剖面形態(tài)為西斷東超的箕狀斷陷，寬度為15 km，邊界斷層F3為上陡下緩的犁式斷層，滑脫面的深度收斂于3 s處。F3的活動時間從義縣組沉積期到阜新組沉積期，阜新組沉積末，斷陷構(gòu)造層發(fā)生整體性強(qiáng)烈抬升，剝蝕強(qiáng)烈，凹陷構(gòu)造層產(chǎn)狀平坦，義縣組底、泉頭組底界的不整合面發(fā)育特征明顯。

3.3 變換構(gòu)造帶剖面特征

變換構(gòu)造是傳遞伸展變形的調(diào)節(jié)構(gòu)造，通常發(fā)育在斷層伸展量發(fā)生變化的位置，在這些位置沿走向上斷層的斷距、產(chǎn)狀等一般出現(xiàn)消長關(guān)系，它對控制入盆水系、沉積體系的分布和圈閉的發(fā)育起重要控制作用，同時長期處于油氣運移的主要指向區(qū)，有利于油氣的聚集成藏[8-9]。通過分析，茫漢斷陷主要發(fā)育兩類一級構(gòu)造變換帶。

3.3.1 走向斜坡構(gòu)造帶

位于茫漢斷陷南部F1和F2過渡部位，F(xiàn)1和F2側(cè)列式排列，為同向傾斜正斷層(圖1)，過渡帶位置通過走向斜坡進(jìn)行構(gòu)造變換。F1和F2從義縣組沉積期開始活動，F(xiàn)1從南往北、F2從北往南逼近，一直持續(xù)到阜新組沉積末；但阜新組沉積末的反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在F1處，使斷陷構(gòu)造層發(fā)生斷塊的翹起和擠壓背斜構(gòu)造的形成，是有利的圈閉發(fā)育區(qū)。走向斜坡構(gòu)造帶常為物源的優(yōu)勢供給區(qū)，隆起帶物源通過走向斜坡向斷陷內(nèi)傾注，并且F1附近下降盤是砂體發(fā)育的有力地帶，是油氣聚集的有利區(qū)帶。

3.3.2 中央斜向背斜構(gòu)造帶

位于茫漢斷陷中部的F2和F3過渡部位，F(xiàn)2和F3為疊覆型相向傾斜正斷層(圖6，剖面位置如圖1所示)，過渡帶位置通過中央斜向背斜進(jìn)行構(gòu)造變換，變換帶走向為北東向，內(nèi)部發(fā)育一些小型的近南北向的次級斷層，它們共同控制了大型同沉積背斜構(gòu)造的發(fā)育。斷陷層在邊界斷層F2和F3處都發(fā)生一定程度的反轉(zhuǎn)，且F2處反轉(zhuǎn)強(qiáng)烈，軸面特征明顯；坳陷層發(fā)育寬緩背斜構(gòu)造，特征與中段相似。

圖6 北部過渡帶EE′地震剖面Fig.6 EE′ seismic profile in north transition zone

4 構(gòu)造單元劃分

茫漢斷陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)總體上可分為兩洼夾一隆，即北部洼陷、中部隆起及南部洼陷。其中，南部洼陷是油氣聚集的有力地帶[10]。

4.1 北部洼陷

位于茫漢斷陷北部，主要受西側(cè)邊界斷層F3控制，呈北北東向展布，南北長為45 km，東西寬為16 km，面積為550 km2。此構(gòu)造帶結(jié)構(gòu)相對簡單，次級斷層不發(fā)育，阜新組沉積末期經(jīng)歷整體性抬升，發(fā)育擠壓背斜構(gòu)造。

4.2 中部隆起

位于茫漢斷陷中部F2、F3邊界斷層所夾持的構(gòu)造變換帶部位，呈北北東向展布，南北長為8 km，東西寬為25 km，面積為230 km2。隆起區(qū)斷陷層系較薄或不發(fā)育，生烴能力較差[4]。由于發(fā)育同沉積背斜構(gòu)造及基底隆起構(gòu)造，靠近南部洼陷區(qū)可聚集南部洼陷區(qū)運移來的油氣，具有一定的油氣勘探前景。

4.3 南部洼陷

位于茫漢斷陷南部，南北長為30 km，東西寬為25 km，面積為1200 km2。鉆井揭示九佛堂組底界埋深近4000 m，斷陷層最厚可達(dá)2800 m，烴源巖發(fā)育，是茫漢斷陷最有利的勘探區(qū)。根據(jù)次級斷裂及局部構(gòu)造發(fā)育特征等，南部洼陷又可進(jìn)一步劃分為東部陡坡反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部主洼帶、西部次洼帶及西部緩坡帶4個次一級構(gòu)造單元。

4.3.1 東部陡坡反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶

該構(gòu)造帶位于茫漢斷陷東南部靠近東側(cè)的邊界陡坡一帶，寬為4～11 km。主要受邊界斷層F2和兩條與其近乎平行的次級斷層控制，呈北北東向展布，北寬南窄。建造時整體呈北北東向逐級西掉的階梯狀構(gòu)造。改造時邊界陡坡控盆斷層及次級斷層先后經(jīng)歷了阜新組沉積末期、嫩江組沉積末期多次反轉(zhuǎn)疊加改造，從北到南發(fā)育查干楚魯、哈圖、沙爾好來、北喇嘛包等較大的褶皺構(gòu)造。圈閉發(fā)育，是茫漢斷陷最主要的油氣聚集帶。

4.3.2 東部主洼帶

該深洼帶位于來1、哲參2井一帶，主要受兩條北北東向次級斷層控制，呈北北東向展布，最大埋深為4575 m，南北長為20 km，東西寬為10 km。該深洼帶為茫漢斷陷的主體沉降帶，九佛堂組最大埋深近4000 m。該深洼帶也是茫漢斷陷主要的烴源巖發(fā)育區(qū)。

4.3.3 西部次洼帶

西部次洼帶與東部主洼帶以來1井西側(cè)斷層分隔，呈北北東向展布，最大埋深為4375 m，是茫漢斷陷次級沉降帶，發(fā)育斷塊及斷鼻構(gòu)造。

4.3.4 西部緩坡帶

該緩坡帶位于茫漢斷陷南部靠近西側(cè)的邊界一帶，呈北北東向條帶狀展布，北窄南寬。南部的局部地區(qū)在靠近西側(cè)邊界處的斷陷期地層遭受了剝蝕，整體呈西高東低的斜坡褶皺構(gòu)造。

5 斷陷成因機(jī)制

茫漢斷陷主要是在海西期褶皺基底之上發(fā)育起來的，自白堊紀(jì)以來，經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生多次轉(zhuǎn)變[11]，基底發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，形成不同級別、不同性質(zhì)的生長斷層，并在白堊紀(jì)末期最終定型(圖7)。

早白堊世，隨著古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖及其所引起的拆沉作用的影響，整個東北地區(qū)巖石圈減薄量達(dá)到最大[12]，松遼盆地進(jìn)入大規(guī)模斷陷盆地發(fā)育期。就茫漢斷陷而言，處于北西—南東向的拉張應(yīng)力場中，主要表現(xiàn)為邊界斷層開始活動，如F1、F2、F3(圖1)，該期拉張活動一直持續(xù)到九佛堂組沉積末(圖7、圖8)，發(fā)生短暫的擠壓反轉(zhuǎn)，沙海組地層超覆于下伏九佛堂組之上。

圖7 茫漢斷陷北西—南東向構(gòu)造演化剖面Fig.7 NW-SE sections of tectonic evolution in Manghan fault depression

圖8 茫漢斷陷成因機(jī)制模型Fig.8 Model of genetic mechanism in Manghan fault depression

早白堊世阜新組沉積初期，隨著蒙古—鄂霍茨克洋逐漸關(guān)閉，松遼盆地遭受北西—南東向的擠壓應(yīng)力作用，阜新組超覆于沙海組之上。阜新組沉積末，斷陷南部斷陷構(gòu)造層沿早期控盆斷裂發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，地層強(qiáng)烈變形，多形成擠壓背斜構(gòu)造，頂部的阜新組剝蝕量可達(dá)2000 m；斷陷北部斷陷構(gòu)造層發(fā)生整體性抬升，地層多由負(fù)向構(gòu)造改造為正向構(gòu)造。

早白堊世末，伊澤納奇板塊俯沖帶回卷后撤，造成伸展活動往東遷移，巖石圈開始冷卻收縮和均衡調(diào)整，軟流圈—巖石圈界面回落，引起區(qū)域性大規(guī)模的沉降。在此背景下，茫漢斷陷發(fā)生整體沉降，由斷陷期進(jìn)入坳陷期，泉頭組底界的不整合界面全區(qū)分布，坳陷期持續(xù)到姚家組沉積末。

晚白堊世末，伊澤納奇板塊消亡，太平洋板塊開始向歐亞板塊北北西向俯沖，發(fā)生古太平洋構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換，使得整個松遼盆地普遍受到北西西向脈沖式擠壓而發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，斷陷逐漸消亡。茫漢斷陷坳陷構(gòu)造層在擠壓應(yīng)力作用下開始發(fā)育寬緩的生長背斜，反轉(zhuǎn)構(gòu)造層出現(xiàn)頂薄翼厚的結(jié)構(gòu)，坳陷期反轉(zhuǎn)強(qiáng)度從斷陷北部往南減弱。

6 結(jié)論

(1)茫漢斷陷為復(fù)式斷陷，邊界斷層包括3段，從南往北分別為F1、F2、F3，發(fā)育走向斜坡和中央斜向背斜兩類一級構(gòu)造變換帶。斷陷總體上具有兩洼夾一隆的構(gòu)造格局，即北部洼陷、中部隆起、南部洼陷，南部洼陷又可細(xì)分為4個次級單元。

(2)茫漢斷陷成因復(fù)雜，發(fā)育在海西期褶皺基底之上，主要受環(huán)太平洋構(gòu)造帶晚中生代伸展構(gòu)造體制的控制，具有幕式活動的特征，主要經(jīng)歷早白堊世斷陷、早白堊世末—晚白堊世坳陷、晚白堊世末盆地反轉(zhuǎn)3個時期，其中早白堊世斷陷細(xì)分為兩幕斷陷、兩次擠壓反轉(zhuǎn)4個階段。

(3)構(gòu)造演化控制了斷陷內(nèi)早白堊世含油氣系統(tǒng)的形成，東部反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶及構(gòu)造變換帶具有良好的油氣聚集條件，是有利的油氣勘探目標(biāo)區(qū)域。

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AnalysisoftheStructureFeatureandGeneticMechanismofManghanFaultDepressioninSouthSongliaoBasin

Wang Wei1, He Dengfa2, Gui Baoling2

(1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,NortheastOil&GasBranch,SINOPEC,Changchun,Jilin130062,China; 2.KeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAccumulationMechanismoftheMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing10083,China)

Manghan depression is the late reformation fault depression, of complex structural evolution. Using construction-stratigraphic analysis method, through the two-dimensional structure interpretation of multiple seismic sections, structural recovery, three-dimensional fracture analysis, this study revealed the development process of Manghan depression, analyzed the structure feature and genetic mechanism of Manghan depression. The research results showed that Manghan fault depression is a complicated fault depression, generally has two sags and one uplift, develop trend of slope and central oblique anticline of two tectonic transformation belts. The depression has complex causes, features of episodic activities, mainly through three periods of the early Cretaceous rifting, early Cretaceous and late Cretaceous depression and late Cretaceous basin inversion, the early Cretaceous faulted rift subdivided into four stages of two act and two inversion.

Manghan fault depression; structure feature; structural evolution; genetic mechanism

中國石化科技部項目“松南新區(qū)改造型盆地資源潛力分析及勘探方向研究” (T11072)資助。

王偉 (1980—)，男，碩士，工程師，主要從事油氣勘探工作。郵箱：Summerwangwei@126.com.

TE121.1

A