伸展作用與短缺作用對(duì)海拉爾盆地海拉爾盆地貝爾凹陷的控制作用

伸展作用與短缺作用對(duì)海拉爾盆地海拉爾盆地貝爾凹陷的控制作用

0拉伸斷陷盆地伸展盆地是指與巖石圈（先）的伸展（后）減小或減?。ㄏ龋┑纳煺梗ê螅┯嘘P(guān)的盆地。其中裂谷(伸展斷陷盆地)是最常見(jiàn)的類(lèi)型。Burke等對(duì)裂谷定義曾作如下補(bǔ)充和修改:“裂谷是由于整個(gè)巖石圈減薄和遭受伸展破裂而引起的,并且常常是一側(cè)為正斷層限制的斷陷盆地”。在中國(guó),大多數(shù)石油地質(zhì)家將裂谷稱(chēng)之為箕狀斷陷盆地,或者是伸展斷陷盆地,或者是裂陷盆地。伸展斷陷盆地是中國(guó)東部重要的含油氣盆地,其形成和演化對(duì)沉積層序、構(gòu)造特征以及油氣的形成、運(yùn)移和聚集起著重要的控制作用。筆者通過(guò)對(duì)海拉爾盆地貝爾凹陷形成演化的研究取得了如下進(jìn)展:(1)構(gòu)造演化中構(gòu)造幾何形態(tài)發(fā)生有規(guī)律的變化;(2)伸展盆地并非持續(xù)性伸展,伸展作用和縮短作用的交替進(jìn)行貫穿了凹陷的演化過(guò)程,多期伸展作用—縮短作用中的剝蝕過(guò)程造成伸展盆地沉積層序的多旋回性,拉張—擠壓應(yīng)力場(chǎng)的交替造成伸展構(gòu)造樣式與反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式的疊加?，F(xiàn)以貝爾凹陷為例,討論伸展盆地這種伸展斷陷—縮短上升的脈動(dòng)式演化特征。1德物造化單元—貝爾凹陷構(gòu)造格局海拉爾盆地位于大興安嶺山脈西部的呼倫貝爾草原,面積70480km2,在中國(guó)境內(nèi)的面積約為40550km2。盆地疊加于中亞—蒙古坳拉槽,基底以德?tīng)柌几蓴嗔褳榻?西部屬于西伯利亞板塊的額爾古納地塊,東部屬于天山—興安褶皺區(qū)的內(nèi)蒙—大興安嶺褶皺系。具兩隆三坳的構(gòu)造格局:即扎賚諾爾坳陷、磋崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起、呼和湖坳陷5個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元,進(jìn)一步細(xì)分為16個(gè)凹陷、3個(gè)凸起(圖1和圖2)。貝爾凹陷位于海拉爾盆地中南部,北東走向,面積約3300km2,是典型的東斷西超的箕狀凹陷。北部以巴彥塔拉斷層為界毗鄰烏爾遜凹陷,西部超覆到磋崗隆起,東部、南部構(gòu)造邊界斷裂位于蒙古國(guó)境內(nèi)。貝爾凹陷構(gòu)造單元可以劃分為“三凹兩隆一斜坡”,自西向東依次為西部斜坡、貝西洼槽帶、中央隆起帶、貝中洼槽帶、貝東隆起帶、貝東洼槽帶,基本構(gòu)造格局呈現(xiàn)東西分帶的特點(diǎn)。貝爾凹陷除貝東斷凹帶無(wú)三維地震資料覆蓋外,其余構(gòu)造單元已經(jīng)達(dá)到三維地震連片覆蓋的程度。2熱隆張裂—貝爾凹陷的形成和演化通過(guò)海拉爾盆地構(gòu)造—地層層序分析,結(jié)合平衡剖面獲得的構(gòu)造幾何形態(tài)的研究認(rèn)為,貝爾凹陷晚侏羅世—早白堊世的伸展斷陷期構(gòu)造演化分為晚侏羅世伸展斷陷期前熱隆張裂階段、早白堊世斷陷期、斷坳期和晚白堊世伸展斷陷期后坳陷發(fā)育期(圖3)。構(gòu)造幾何形態(tài)演化過(guò)程為熱隆張裂—同向不對(duì)稱(chēng)半地塹、半地壘、半地塹組合(圖4中A)—不對(duì)稱(chēng)雙斷半地塹、半地壘、半地塹組合(圖4中B)—對(duì)稱(chēng)的斷坳、斷隆、斷坳組合(圖4中C)—碟形坳陷(圖4中D)。根據(jù)不整合面和其間斷陷的3期沉積旋回還可以把伸展斷陷的演化劃分成3個(gè)伸展作用幕和3個(gè)縮短作用幕,其中最后一期縮短作用幕擠壓程度高,為構(gòu)造反轉(zhuǎn)幕(圖5)。2.1量沼沉積型目前在凸起上鉆井中可見(jiàn)到較厚的火山巖,巖性為偏酸性火山碎屑巖,中酸性、中基性高鉀鈣堿性系列火山巖夾少量沼澤沉積。斷凹內(nèi)為凝灰?guī)r,以灰綠色安山質(zhì)凝灰?guī)r和灰白色流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主,火山巖厚度分布不受目前伸展斷陷形態(tài)的控制。推測(cè)這套地層是那達(dá)哈達(dá)嶺洋閉合或伊澤納奇板塊陸內(nèi)俯沖的產(chǎn)物,深部巖漿熔融作用、地幔拆沉作用導(dǎo)致地殼抬升、加熱和加速伸展,從而在早白堊世進(jìn)入東北裂谷系(包括海拉爾、二連裂谷系)的裂谷階段。2.2晚侏羅世火成巖地層斷陷Ⅰ幕,凹陷內(nèi)發(fā)育不對(duì)稱(chēng)的單斷半地塹、半地壘、半地塹組合,其中半地塹充填的銅缽廟組沉積具有正—反旋回特征,底部發(fā)育一套較粗的碎屑巖沉積,超覆在裂谷期前布達(dá)特群變質(zhì)巖和晚侏羅世火成巖地層之上。巖性以灰綠色、灰色礫巖為主,夾有灰色、綠灰色凝灰質(zhì)粉砂巖、中細(xì)砂巖和灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等。中部發(fā)育一套區(qū)域上分布穩(wěn)定的泥巖,厚度為8～97.9m,為本區(qū)第一套烴源巖。在地震剖面上地震反射為單軌,高—中振幅、連續(xù)—斷續(xù)反射。礫巖呈雜亂或中—低振幅、斷續(xù)—較連續(xù)反射。頂部為粗碎屑沉積組成的反旋回,并遭受剝蝕,與上覆南屯組地層呈低角度不整合接觸(圖6中A1處)。反映貝爾凹陷發(fā)生了第一次微弱的回返上升,構(gòu)成縮短作用Ⅰ幕。2.3南屯組二期沉積時(shí)期縮短作用Ⅰ幕之后,伸展斷陷再次繼承性發(fā)育,貝爾凹陷幾何形態(tài)由不對(duì)稱(chēng)的單斷半地塹、半地壘、半地塹組合變?yōu)椴粚?duì)稱(chēng)雙斷地塹、地壘、地塹組合。南一段正旋回底沉積一套砂礫巖沉積,超覆在銅缽廟組之上。之后,湖水?dāng)U張遍布全凹陷,包括中央隆起帶都沉積了一套區(qū)域穩(wěn)定分布的暗色泥巖,厚度為90～120m,為本區(qū)第二套烴源巖,也是凹陷最重要的烴源巖。進(jìn)入南屯組二段沉積時(shí)期(T23-T22)后,構(gòu)造微弱抬升,湖水變淺,形成細(xì)砂巖與泥巖交互沉積。之后構(gòu)造沉降,湖水?dāng)U張,為深湖—半深湖沉積。巖性為厚層暗色泥巖,局部有油頁(yè)巖夾厚層粉砂巖,是凹陷第三、四套烴源巖,頂為砂礫巖,與南一段共同構(gòu)成粗—細(xì)—粗的正—反旋回。南屯組沉積末期斷陷抬升,凸起部位遭受劇烈剝蝕,形成T22區(qū)域不整合面,大磨拐河組與下伏南屯組地層呈高角度削截關(guān)系(圖6中A2處)。這表明南屯組沉積末期,貝爾凹陷發(fā)生了縮短作用Ⅱ幕,斷陷發(fā)生回返剝蝕。2.4正—斷陷Ⅲ幕(T22—T04大磨拐河組K1d—伊敏組K1y)在經(jīng)過(guò)斷陷Ⅱ幕末期的斷陷回返后,貝爾凹陷構(gòu)造幾何形態(tài)由不對(duì)稱(chēng)雙斷地塹、地壘、地塹組合變?yōu)閷?duì)稱(chēng)雙斷斷坳、斷隆、斷坳組合,控陷斷層對(duì)沉積的控制作用開(kāi)始弱化。大磨拐河組一伊敏組沉積時(shí)期,沉積旋回具正—反旋回特征,大磨拐河組一段底為厚層砂巖,中部沉積一套褐色泥巖,具有密集段的特征,是凹陷內(nèi)第五套烴源巖,在地震上表現(xiàn)為4～5個(gè)高振幅強(qiáng)連續(xù)同相軸。大磨拐河組二段—伊敏組沉積時(shí)期,沉積旋回具反旋回特征,下部為淺湖三角洲沉積,上部為河流—沼澤沉積。頂部見(jiàn)有煤層的湖泊—沼澤相地層。在地震剖面上表現(xiàn)為雙軌或多軌的底部,高—中振幅、連續(xù)—較連續(xù)反射。頂部遭受劇烈剝蝕,形成T04區(qū)域不整合面,不整合面與下伏地層呈高角度削截關(guān)系(圖6中A3處)。這表明貝爾凹陷發(fā)生了縮短作用Ⅲ幕,縮短作用強(qiáng)烈,發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用,在西部洼槽伊敏組地層受擠壓形成褶皺(圖6中B處)。2.5下伏地層與斷陷幕伊敏組頂界的T04界面在海拉爾盆地的演化過(guò)程中是一個(gè)非常重要的界面,標(biāo)志著伸展斷陷結(jié)束,進(jìn)入穩(wěn)定大陸內(nèi)淺坳陷階段,河流相沉積遍布全區(qū)。青元崗組沉積時(shí)為坳陷階段,為一套紫紅、棕紅、灰綠色泥巖夾砂巖,底部為灰白色雜色砂礫巖,厚150～220m。與下伏伊敏組地層呈角度不整合接觸。新近系巖性為松散砂層,棕黃、紅色粘土,灰綠色泥巖互層,底部具厚層雜色砂礫,厚39.8～83.5m。與下伏地層呈不整合接觸。第四系地層在全盆地發(fā)育,分布較穩(wěn)定,沉積厚度變化不大,為泛濫平原相沉積。貝爾凹陷3個(gè)斷陷作用幕,通過(guò)伸展量計(jì)算(圖7)和單井埋藏史(圖8)研究認(rèn)為斷陷Ⅰ幕埋藏史曲線斜率最大,反映斷陷Ⅰ幕處于強(qiáng)伸展—快速堆積階段;斷陷Ⅱ幕水平伸展系數(shù)1.078～1.057,埋藏史曲線斜率中等,反映斷陷Ⅱ幕穩(wěn)定伸展—?jiǎng)蛩俪练e;斷陷Ⅲ幕水平伸展系數(shù)1.035～1.017,沉降曲線斜率平緩,反映斷陷處于弱伸展—低速沉積階段。3結(jié)構(gòu)發(fā)展與石油和天然氣儲(chǔ)存的關(guān)系為伸展構(gòu)造演化控制的正、反旋回沉積控制了生儲(chǔ)蓋層的垂向分布,5套烴源巖與砂體空間配套,構(gòu)成生儲(chǔ)蓋組合。3.1大磨拐河組幾種典型泥巖通過(guò)對(duì)貝爾凹陷構(gòu)造沉積演化研究,發(fā)現(xiàn)在斷陷Ⅰ幕—斷陷Ⅲ幕的正旋回上部地層中,銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組一段總計(jì)發(fā)育5套分布穩(wěn)定的泥巖。其中,南屯組泥巖分布穩(wěn)定,有機(jī)質(zhì)豐度均較高,干酪根類(lèi)型亦較好(表1),是貝爾凹陷最佳生油層系;銅缽廟組泥巖厚度較薄,有機(jī)碳含量和總烴含量遜色于南屯組的泥巖;大磨拐河組烴源巖的成熟度低,有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率低。3.2地層厚度及孔隙度貝爾凹陷的儲(chǔ)層主要分布在正旋回的底部和反旋回的頂部,即南屯組和銅缽廟組的頂?shù)?也即是不整合面上、下砂礫巖層。其次為反旋回下部,如大磨拐河組二段上部。上述儲(chǔ)層以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖為主,一般石英含量在10%～15%范圍,中酸性或中基性巖屑含量為50%～70%,泥質(zhì)膠結(jié)物含量在10%～20%范圍。根據(jù)統(tǒng)計(jì),單砂層厚度一般為1～3m;最大累計(jì)厚度為135m,占地層總厚度的36.8%(貝10井),最小累計(jì)厚度26.5m,占地層總厚度7.2%(德8井)。為一套中—低孔、低滲儲(chǔ)層,平均有效孔隙度13.45%;平均空氣滲透率為0.4×10-3～1.6×10-3μm2,但是儲(chǔ)層物性差中有好,如貝302井在1448.02～1807.5m井段的孔隙度在18.88%～21.5%之間,滲透率在133.56×10-3～869.45×10-3μm2之間。3.3南屯組、銅缽廟組貝爾凹陷銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組一段5套分布穩(wěn)定的的泥巖都具有作為蓋層的條件,其中,南屯組、銅缽廟組泥巖在構(gòu)造高部位缺失,只有大磨拐河組一段泥巖遍及全區(qū),單層厚度大,并位于主要儲(chǔ)集層段上部,是貝爾凹陷最佳的區(qū)域性蓋層。據(jù)巖心樣品測(cè)定,大磨拐河組一段的厚層泥巖孔隙度為8%～12%,滲透率小于0.014×10-3μm2,封蓋能力很強(qiáng),是良好的蓋層。3.4油氣藏地質(zhì)控制因素貝爾凹陷的油氣藏分布主要集中在南屯組,其次是大磨拐河組一段和銅缽廟組和布達(dá)特群火成巖、變質(zhì)巖。貝爾凹陷油氣藏主要分布在成熟烴源層中不整合面上、下的厚層塊狀砂巖、砂礫巖和基底變質(zhì)巖中?？s短作用幕構(gòu)造隆升,使得湖水退出,發(fā)育大型扇三角洲等沉積,厚層塊狀的砂巖、砂礫巖具有良好的儲(chǔ)集條件,是良好的儲(chǔ)集空間。油藏的形成主要與控制油氣運(yùn)移、聚集的伸展構(gòu)造密切相關(guān),油氣沿砂巖儲(chǔ)層、不整合面和斷層由斷凹向斷凸和斜坡方向運(yùn)移。不整合面和砂層作為油氣運(yùn)移的主要輸導(dǎo)層,提供橫向運(yùn)移的通道,斷裂提供垂向運(yùn)移通道。兩者匹配,油氣沿砂巖儲(chǔ)層、不整合面和斷層由斷凹向斷凸和斜坡方向運(yùn)移。油氣主要聚集在半地塹低隆起(圖9中①)和地壘狀斷隆(圖9中②)、緩坡斷階(圖9中③)和陡坡帶逆牽引背斜(圖9中④)中。反轉(zhuǎn)背斜中(圖9中⑤)油氣藏不發(fā)育的原因是由于大磨拐河組一段區(qū)域蓋層發(fā)育和斷層落差小,油氣不能向上垂直運(yùn)移所致。4構(gòu)造背景及生儲(chǔ)蓋層垂向分布特征因子分析,是構(gòu)造演化的控制(1)貝爾凹陷晚侏羅世—早白堊世的演化分為伸展斷陷期前熱隆、斷陷期、斷坳期和