海塔盆地中部斷陷帶反轉構造特征及其對油氣的控制

朱麗旭，呂延防，吳 宇，魏長柱，張維君，尚 堯

（1.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318； 3.勝利油田有限責任公司河口采油廠，山東東營 257000； 4.大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163300； 5.東北石油大學 總務處，黑龍江 大慶 163318）

0 引言

反轉構造為同一地質體在不同地質歷史時期，構造作用發生反向變化所產生的與前期構造性質相反的一種復合構造［1-3］.海拉爾—塔木察格盆地（簡稱海塔盆地）中部斷陷帶自勘探開發以來，多個凹陷地震剖面顯示該區構造反轉特征，形成大規模反轉構造，這些反轉構造與油氣藏分布密切相關，多數油氣藏分布于主干反轉斷裂迭加部位［4］；反轉構造對于上部油氣藏的形成具有重要調整作用［5］.該區反轉構造大部分屬于“擠壓傾滑型”，形成的圈閉規模較大，具備形成大型油氣藏條件［6］.研究者對研究區內反轉構造與油氣藏關系、反轉構造類型及宏觀反轉成藏條件進行評價和描述［7-15］，如董煥忠、張立含等認為反轉構造與油氣藏關系密切，反轉期對油氣藏具有調整作用；崔全剛、馮志強、李明剛及付廣等認為反轉構造控制相當部分油氣藏分布；陳均亮、吳河勇等認為現今發育的反轉構造為兩期反轉產物，形成許多優異圈閉，是尋找油氣藏的有利目標.

對海塔盆地中部斷陷帶反轉構造類型及分布、形成機制、對油氣藏的控制作用等研究較為少見.筆者基于地震解釋剖面，結合區域構造地質及開發資料，對海塔盆地中部斷陷帶的反轉構造進行分類，劃分分布區域，并結合地球化學、油氣藏模擬研究結果分析研究區內不同類型反轉構造特征及分布、形成機制、形成油氣藏的原因及其對油氣成藏的控制作用，為該區勘探開發及類似反轉構造分析提供指導.

1 反轉構造類型及分布特征

海塔盆地中部斷陷帶包括烏爾遜、貝爾、南貝爾和塔南4個凹陷，已發現蘇仁諾爾、烏東、蘇德爾特、呼和諾仁、貝中、南貝爾東洼槽北次洼和塔南7個規模較大的油田，油氣含量豐富.地層層序由下至上為銅缽廟組、南屯組（包括南一、二段）、大磨拐河組（包括大一、二段）、伊敏組（包括伊敏組一、二、三段）及青元崗組.縱向上分布3套含油氣系統［16］：（1）南一段中為烴源巖，南一段下、中為儲集層，南一段上亞段為蓋層構成的下部含油氣系統；（2）南一段上為烴源巖，南一段上、南二段為儲集層，大磨拐河組一段為蓋層構成的中部含油氣系統；（3）大磨拐河組一段以上發現的后期調整的油氣［5］構成的上部含油氣系統（見表1）.

表1 海塔盆地中部斷陷帶儲蓋組合及油氣儲量分布Table 1 The reservoir cap portfolio and the oil and gas reserves of the middle rift zone of Hai-Ta basin

銅缽廟組、南屯組沉積時期為斷陷期，研究區構造變動劇烈，盆地強烈斷陷；大磨拐河組、伊敏組沉積時期為斷拗轉化期，構造運動適中，變形相對較弱；青元崗組沉積時期為拗陷演化期，構造運動微弱；伊敏組沉積末期—青元崗組沉積初期，盆地整體遭受擠壓隆升發生強烈反轉，形成大范圍、多種樣式的反轉構造.研究海塔盆地構造發育及演化特征［6，23，27］，該區反轉構造分為斷層型、褶皺型和混合型3種類型，細分為5個亞類.

1.1 斷層型

后期擠壓反轉過程中主控構造是斷裂的反轉構造稱為斷層型反轉構造.根據反轉發育程度從弱至強分為4個亞類（見圖1）：（1）隱伏斷展型反轉構造亞類：反轉期主斷裂向上逆沖幅度較小，以伴生的滾動背斜向上隆起為特征，為弱反轉構造運動產物［26］；（2）上逆下正型（穿透斷展型）反轉構造亞類；（3）欺壓型（走滑誘導型）反轉構造亞類：反轉過程中早期正斷層的斷面傾向發生旋轉，導致上下盤倒轉.該反轉構造亞類是后期反轉應力走滑應力為主，擠壓應力為輔［17-18］的產物；（4）完全反轉型反轉構造亞類：在反轉期所有沉積層序向上逆沖超過零點位置，為強烈反轉構造運動產物.

海塔盆地中部斷陷帶主要發育隱伏斷展型和上逆下正型2種反轉構造亞類（見圖2）.其中隱伏斷展型反轉構造亞類主要發育在烏爾遜凹陷南部及塔南凹陷，主反轉斷裂向上逆沖幅度較小，平面上控制該類反轉構造的主斷裂整體表現為正斷層，以反轉背斜向上拱起為特征；上逆下正型反轉構造亞類發育在貝爾凹陷東部及南貝爾凹陷北部，主反轉斷裂逆沖強烈，剖面上斷層部分反轉，以零點為界呈上逆下正狀，平面上表現為逆斷層，且延伸較遠.

1.2 褶皺型

擠壓反轉過程中主控構造是褶皺的反轉構造稱為褶皺型反轉構造.該類反轉構造形成原因為盆地沉積前期拉張沉降，后期擠壓上隆時先存主斷裂未顯著向上逆沖，擠壓應力大多被斷裂附近的主體褶皺吸收［19］.根據反轉構造發育程度由弱至強分為2個亞類（見圖1）：（1）上凸下凹型反轉構造亞類：反映中等強度的擠壓反轉；（2）上下皆凸型反轉構造亞類：反映強烈的擠壓反轉.

海塔盆地中部斷陷帶主要發育上凸下凹型反轉構造亞類，分布在南貝爾凹陷西部及南部（見圖2），其主斷裂整體向上逆沖幅度較小，平面及剖面上表現為正斷層，但相關伴生褶皺向上強烈拱起呈凸狀.

上下皆凸型褶皺式反轉構造亞類在海塔盆地中部斷陷帶很少單獨發育，通常與其他類型反轉構造復合為混合型反轉構造.

1.3 混合型

斷層型和褶皺型反轉構造復合形成的反轉構造為混合型反轉構造，表現為反轉期斷裂向上逆沖，同時同沉積地層向上拱起形成大規模褶皺.該類反轉構造無論消除斷層因素還是褶皺因素，仍可觀察到反轉現象存在（見圖1）.混合型反轉構造表現為褶皺型與斷層型反轉構造不同亞類的復合.

海塔盆地中部斷陷帶混合型反轉構造主要發育2個亞類（見圖2）：（1）上逆下正型與上凸下凹型反轉構造亞類的復合（混合Ⅰ型）.主要發育在貝爾凹陷霍多莫爾附近，剖面上霍多莫爾斷裂向上逆沖幅度較強烈，主斷裂部分反轉，呈上逆下正狀，平面上斷裂表現為逆斷層，同時伴生褶皺向上強烈拱起呈下凹上凸狀.（2）完全反轉型、上下皆凸型及走滑誘導型反轉構造亞類的復合（混合Ⅱ型）.主要發育在南貝爾凹陷北洼槽東次凹，平面上呈凸狀隆起，兩側斷裂為逆斷層［17，20］，該斷層為斷裂反轉期西側主干正斷裂在走滑應力誘導下，斷面發生旋轉而形成的“假逆斷層”，其實質為正斷層；剖面上，斷裂反轉期東側主干斷裂向上強烈逆沖形成完全反轉斷裂，平面上整條斷裂為逆斷層.該混合型反轉構造亞類實質為反轉期在走滑應力參與下，兩側主干斷裂“裹挾”中間沉積地層向上強烈拱起形成，為強烈反轉產物.

1.4 整體分布特征

研究區內反轉構造主要分布在烏爾遜南部、烏爾遜北部、貝爾霍多莫爾、南貝爾北洼槽和塔南北部等區域的主干斷裂附近，以斷層型為主.根據類型及反轉構造發育程度，反轉構造在這4個凹陷的分布有較大差別，烏爾遜和塔南凹陷反轉構造發育程度較弱，主要發育隱伏斷展型反轉構造亞類，平面上以反轉背斜隆起為特征；貝爾凹陷反轉構造發育程度中等，主要發育混合型反轉構造和上逆下正型反轉構造亞類，平面上以產生大量隆起和逆斷層為特征；南貝爾凹陷反轉構造發育程度最強且類型較為復雜，多種類型的反轉構造均有發育，多部分區域主斷裂全部反轉為逆斷層.

2 反轉構造形成機制

海塔盆地為在古生界基底上發育起來的中新生代陸相斷陷盆地，呈北東向展布、左階斜列分布特征，基底由早期構造應力場形成.盆地經歷4個構造變形期（見圖3）：走滑變形階段、伸展變形階段、張扭變形階段和壓扭變形階段［21］，分別對應銅一段—南一中亞段、南一上亞段—南二段、大磨拐河組—伊敏組二三段和伊敏組—青元崗組，不同沉積時期盆地運動學特征不同.

2.1 走滑變形階段

主要發育在南一下亞段沉積時期，該時期蒙古—鄂霍茨克碰撞帶最終縫合導致研究區地殼伸展減薄，在這種類似于重力垮塌成因機制［22］的影響下，盆地發生右旋簡單剪切走滑變形，并且呈現斷陷特征.研究區經過前期殘留盆地時期“填平補齊”之后，沉積上表現為“泛盆”特征，厚度小、范圍廣，全區穩定分布；巖性為黑、灰黑色泥巖、局部以油頁巖及砂巖為主，為研究區主要烴源巖層系.

2.2 伸展變形階段

主要發育在南二段沉積末期，該時期地殼深部地幔柱上拱、火山活動劇烈，地下熱物質的活動及持續的早期伸展垮塌應力，形成北西—南東方向的引張應力場，使盆地強烈伸展進而受到剝蝕，構造變形強烈.主干邊界斷裂主要受成盆前基底構造影響較大，呈現北北東、北東、北東東向展布（見圖2）.伸展構造后期反轉變形強烈，是反轉變形承載的主體.

2.3 張扭變形階段

主要發育在大磨拐河組和伊敏組沉積時期，該時期在近東西向張扭應力場作用下，盆地張扭走滑變形，沉積大套泥巖，同時在主斷裂附近派生出近南北向、北北東向的大量次級斷裂，與前期形成的主干斷裂共同構成呈規律分布的斷裂密集帶.

2.4 壓扭變形階段

主要發育在伊敏組沉積末期，該時期印度板塊與歐亞板塊陸殼碰撞，古特提斯洋消亡，青藏高原崛起，印度板塊以50mm／a的速度向北北東向推進，研究區在該時期受到東西向擠壓作用，發生大規模區域性構造反轉.該時期構造反轉變形，相當部分主干正斷層活化向上逆沖形成逆斷層，同時地層向上隆起形成多種類型反轉構造.根據反轉構造發育程度來看，北東東向主干斷裂反轉程度最大，平面上產生數條逆斷層，剖面上產生完全反轉逆斷層；北東向主干斷裂反轉程度次之，平面上以延伸較遠的逆斷層為主，剖面上為下正上逆狀；北北東向和南北向主干斷裂反轉程度較小，平面上為正斷層，剖面上反轉背斜向上強烈拱起，后期遭受剝蝕，形成明顯削截現象.

不同方位先存構造的反轉程度不同，原因為后期東西向擠壓應力場與前期不同走向先存構造直接耦合.反轉期壓扭應力場對于前期伸展構造反轉最為有利［23］，而其中壓扭應力中走滑應力占比例越大，反轉越強烈.因此，在后期近東西向擠壓應力作用下，走向為北東東向先存主干斷裂反轉程度最為強烈，北東向主干斷裂反轉程度次之，南北向及北北東向主干斷裂反轉程度較弱.

3 對油氣的控制作用

反轉構造對油氣的形成、聚集、運移和保存具有重要控制作用［24-25］.反轉構造發育區域一般沉積有厚的烴源巖和儲集巖層，構造反轉活動產生的微裂縫對儲層物性改善作用顯著.

研究區反轉構造內主干斷層對烴源巖具有明顯控制作用.其附近特殊巖性段和南一下亞段烴源巖較為發育，質量好、豐度大，為生成油氣的主力烴源巖.南一中段和南二段作為主要儲集層，厚度大、連續性好；反轉構造圈閉分布范圍廣、幅度高、面積大、保存條件優越；反轉構造變形期的斷裂活動強烈，為油氣運移起重要疏導作用.研究區反轉構造具備優異的成藏條件.

3.1 反轉構造成藏耦合

在反轉構造油氣成藏過程中，烴源巖的生排烴時間與反轉時期和反轉構造圈閉的時空配置關系對油氣成藏具有重要影響［19，25-26］，烴源巖生排烴時間略早于反轉時期耦合關系最好，有利于形成豐富的油氣藏，如果過早，則油氣已發生大規模運移而不利于成藏；如果過晚，則反轉構造圈閉多為空圈閉.

根據流體包裹體均一溫度和各凹陷地層的時—溫埋藏曲線，確定2個主要成藏時期：前期時間較長，從大二段末到伊二段沉積時期均有分布，主要分布在4個凹陷的布達特群至南一段，該成藏時期與中部和下部含油氣系統有關；后期時間較短，主要為伊敏組沉積末期，主要分布在烏爾遜和貝爾凹陷的大磨拐河組和塔南凹陷的伊敏組和青元崗組，對應反轉變形時期為伊敏組末—青元崗組沉積初期，兩者時空配置關系較好，具備形成豐富油氣藏的條件.

3.1.1 上部含油氣系統油氣藏來源

以大二段為主的上部含油氣系統油氣藏，為原生油氣藏在后期反轉過程中沿反轉斷裂向上調整形成的次生油氣藏.原因為：（1）研究區大磨拐河組與下部含油氣層位油氣發育具有很強互補性，如大二段地層油氣井顯示工業油氣流，其下部地層少見工業油氣流或僅見油氣顯示；大二段下部地層油氣井顯示工業油氣流，大二段則少見工業油氣流或僅見油氣顯示，反映上部含油氣系統早聚晚調的結果（見表2）.（2）油源對比結果證明大二段與南屯組油氣來源相同，但烏南烏20井大二段儲層油氣藏GOI值低于南屯組二段砂巖層GOI值，烏南大磨拐河組原油成熟度低于南屯組原油成熟度.成熟度低的油氣聚集更早，表明大二段次生油氣藏來源于南屯組早期古油氣藏.

表2 大二段次生油氣藏縱向分布規律Table 2 The vertical distribution law of the secondary reservoir in Daer section

3.1.2 上部含油氣系統成藏模式及分布

上部含油氣系統油氣藏形成于反轉變形期反轉斷裂對原生油氣藏的垂向調整，多為斷塊型、斷背型油氣藏，一般以一側為主干反轉斷層的遮擋為主.與研究區大二段油氣藏疊合發現，該類次生油氣藏多分布于反轉構造發育區域，并且一般位于主干反轉斷裂附近（見圖3），反映主干反轉斷裂對油氣的垂向疏導作用.上部含油氣系統的主要成藏模式為：伊敏組沉積末期—青元崗組沉積初期，在整體壓扭應力作用下，研究區主干斷裂反轉活化，儲存在南屯組的原生油氣沿反轉斷裂向上疏導運移，上覆的反轉構造圈閉捕獲油氣形成油氣藏（見圖4）.該類油氣藏分布范圍較廣，在烏南、烏北蘇仁諾爾、貝西霍多莫爾和塔南南部等區域發育；油氣儲量較為豐富，具有“小而肥”的特點.

3.2 反轉構造控藏特征

不同類型反轉構造發育程度對油氣藏分布影響不同，次生油氣藏多形成于隱伏斷展型、混合Ⅰ型和上逆下正型等反轉構造發育區域（見圖3）.其中隱伏斷展型反轉構造與次生油氣藏成藏耦合關系最好，次生油氣藏多數發育于其中.在上逆下正型、混合Ⅱ型反轉構造發育區域（如南貝爾北洼槽東次凹、烏北銅缽廟斷裂）大二段少見工業油氣流井或僅見油氣顯示，反映強反轉構造發育程度不利于次生油氣藏形成，而弱和中等發育程度反轉構造有利于油氣成藏.

雖然在隱伏斷展型、混合Ⅰ型和上逆下正型等弱到中等發育程度反轉構造區域次生油氣藏都有分布（見圖3），但是以塔南凹陷隱伏斷展型反轉構造圈閉次生油氣藏分布最為廣泛，烏爾遜凹陷、貝爾凹陷隱伏斷展型、上逆下正型反轉構造發育區域次生油氣藏分布較少.原因是后期反轉應力場與先存的伸展構造主斷裂走向耦合具有差異性.塔南凹陷反轉構造中主干反轉斷裂的走向為北北東向，相對于伊敏組沉積末期近東西向的擠壓應力場，前期伸展構造易于在扭壓應力作用下發生反轉［23］.相對于塔南凹陷隱伏斷展型反轉構造中的北北東向主干反轉斷裂，東西向的擠壓應力場以擠壓應力為主，走滑應力為輔；因此該凹陷的伸展構造在反轉期反轉范圍雖然很大，但反轉強度較適中.前期產生的油氣藏既可以通過主反轉斷裂向上輸導到反轉構造圈閉中，適度的反轉又可以保證所形成的油氣藏不被破壞.

南貝爾和貝爾凹陷以中等—強發育程度的上逆下正、混合Ⅱ型反轉構造為主，其主反轉斷裂走向多為北東東向，相對于主反轉斷裂，后期反轉應力場更易于產生反轉，但以走滑應力為主的反轉活動往往過于強烈，導致油氣不易保存而難以形成次生油氣藏，因此這2個凹陷次生油氣藏分布較少，僅貝爾凹陷霍多莫爾斷裂附近零星分布.

烏爾遜凹陷以弱發育程度的隱伏斷展型反轉構造為主，主干反轉斷裂走向多為南北向，相對于后期近東西向應力場，前期伸展構造遭受正向擠壓，斷裂對于后期油氣藏的調整較前期更為困難［23，28］.雖然該區發育大規模的隱伏斷展型反轉構造，但次生油氣藏分布較少，僅在烏南地區零星分布.后期近東西向的擠壓應力場作用于不同走向的先存主干正斷層，造成次生油氣藏現今分布差異，因此應在北北東向主干斷裂控制的隱伏斷展型反轉構造發育的區域尋找次生油氣藏.

4 結論

（1）海塔盆地為中新生代斷陷盆地，其中部斷陷帶先期伸展構造在伊敏組末期—青元崗組初期近東西向擠壓應力場作用下發生大規模反轉，形成多種類型反轉構造.

（2）海塔盆地中部斷陷帶反轉構造分為斷層型、褶皺型和混合型3類5個亞類.烏爾遜凹陷和塔南凹陷主要發育隱伏斷展型反轉構造亞類；貝爾凹陷主要發育混合型和上逆下正型反轉構造亞類；南貝爾凹陷多種類型反轉構造發育.

（3）研究區內反轉構造控制上部含油氣系統中次生油氣藏的形成，成藏模式：烴源為南屯組原生油氣藏，儲層為大二段砂巖，蓋層為伊敏組泥巖，疏導通道為主反轉構造中斷層.

（4）次生油氣藏分布范圍與反轉構造發育程度密切相關，取決于不同主干反轉斷裂走向與后期擠壓應力場的耦合.研究區次生油氣藏形成于反轉構造發育程度較弱、主斷裂走向為北北東向的塔南凹陷隱伏斷展型反轉構造發育的區域.

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