海拉爾盆地烏爾遜—貝爾凹陷層序構成樣式及油氣成藏模式

吳海波，李軍輝，劉　赫

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712）

海拉爾盆地烏爾遜—貝爾凹陷層序構成樣式及油氣成藏模式

吳海波，李軍輝，劉赫

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712）

明確不同構造背景下所發育的層序構成樣式，可以使油氣藏的預測變得更加有效。利用巖心、測井、鉆井和地震等資料，依據各層序界面的相關特征，將烏爾遜—貝爾凹陷下白堊統劃分為3個二級層序和5個三級層序。依據構造背景分析，在研究區劃分出斷控陡坡帶、緩坡斷階帶和洼槽帶3種不同類型的構造單元。基于不同的構造單元，相應建立了斷控陡坡型、緩坡斷階型和洼槽型3種層序構成樣式。不同構造單元發育的層序構成樣式各異，沉積體系域構成模式不同，其油氣成藏模式也有所差異。斷控陡坡帶主要發育斷層-巖性和斷鼻型油氣藏，緩坡斷階帶主要發育斷層-巖性和地層超覆型油氣藏，洼槽帶主要發育透鏡體型油氣藏，此外，洼槽邊緣帶常發育斷層-巖性油氣藏。

層序構成樣式；油氣成藏模式；油氣藏；烏爾遜—貝爾凹陷

0　引言

近年來，在對含油氣盆地進行的分析中，“構造地層學”已成為一個研究熱點。陸相斷陷湖盆內部持續不停的構造活動會對沉積作用產生極其重要的影響，進而會影響層序的發育樣式。在對構造演化特征研究的基礎上，再對不同構造背景下所發育的層序樣式進行準確的分析，可以進一步精確預測有利勘探區及油氣藏［1-2］。烏爾遜—貝爾凹陷是海拉爾盆地的大型主力富油凹陷。近年來，雖然對該凹陷的勘探取得了一些認識和成果，但是對其地層層序結構、沉積充填及構造演化等方面仍缺乏系統的研究，這嚴重制約了對該區的油氣勘探部署。筆者綜合利用地震、測井及鉆井等資料，根據各層序的界面特征，建立烏爾遜—貝爾凹陷層序地層格架，并在此基礎上，基于不同的構造單元，分別建立層序地層模型，以期為該凹陷油氣藏的進一步預測提供借鑒。

1　地質背景

海拉爾盆地位于內蒙古自治區北部呼倫貝爾盟境內，與蒙古國的塔木察格盆地實際上是一個盆地，為晚中生代—古近紀的斷陷-坳陷型疊合盆地［3］。海拉爾盆地具有3個坳陷、2個隆起的構造格局，可進一步劃分為16個凹陷，其中烏爾遜和貝爾凹陷是較有潛力的勘探區。烏爾遜凹陷為一南北向展布、西斷東超的箕狀斷陷，面積為2 240 km2，南與貝爾凹陷、北與紅旗凹陷和新寶力格凹陷局部連通。貝爾凹陷面積為3 010 km2，是盆地內最大的凹陷［4］，其構造演化具有中新生代“斷-坳”疊合的特征［3］，可劃分為以下3個階段：斷陷發育階段（銅缽廟組—南屯組沉積期）、斷-坳轉化階段（大磨拐河組—伊敏組沉積期）和坳陷發育階段（青元崗組沉積期）。烏爾遜—貝爾凹陷自下而上依次發育下塔木蘭溝組、銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組及青元崗組［5-6］（圖1），目前已經在基底、銅缽廟組、南屯組和大磨拐河組發現工業油氣藏。

圖1　烏爾遜—貝爾凹陷區域位置（a）及地層系統（b）Fig.1　Stratigraphic system（a）and regional location（b）of Wuerxun-Beier Depression

2　層序地層格架的建立與沉積演化

利用巖心、測井、鉆井和地震等資料，依據各層序界面的相關特征，將烏爾遜—貝爾凹陷下白堊統劃分為3個二級層序和5個三級層序［7］（圖1）。烏爾遜—貝爾凹陷層序充填過程具有明顯的階段性，與凹陷的構造演化相對應，構成了多個區域性的沉積旋回。這些沉積旋回在古構造、沉降中心、沉積體系分布等方面都存在差異，具有不同的沉積體系類型和分布樣式。

從整體上看，層序在垂向上的演化特征表現為：①塔木蘭溝組為初始裂陷期，主要發育沖積扇、濱淺湖和火山巖沉積，沉降速率總體較低。②銅缽廟組為裂陷初期。該時期斷裂活動較強，斷塊間差異沉降，主要發育扇三角洲、沖積扇沉積體系，深湖—半深湖相出現在凹陷的局部深洼區，凹陷內的沉積體系特征反映了物源區地形起伏大、盆地邊緣處高差大的特征。③南屯組是強烈裂陷期。該時期斷裂持續活動，湖泊相應變深，且面積逐漸擴大，沉積物源區后退，沉積物粒度明顯變細，主要發育扇三角洲、辮狀河三角洲和湖底扇，并發育了一套以黑色泥巖為主的湖相沉積。④大磨拐河組沉積時期盆地開始熱沉降。在熱沉降初期，伸展作用較弱；在熱沉降后期，由于強烈的右旋扭張走滑作用，致使沉積物上下迥異。大磨拐河組一段沉積時期，湖水持續加深，且面積逐漸擴大，凹陷內主要發育辮狀河三角洲沉積，沉積體系類型簡單且規模較小，凹陷內局部地區發育深湖—半深湖相沉積；大磨拐河組二段沉積時期，湖盆萎縮，濱淺湖和沼澤相對發育，局部發育扇三角洲。

3　層序構成樣式

不同構造單元發育的層序構成樣式各異，沉積體系域構成模式也有所不同［8］。通過對構造背景的分析，在凹陷中識別出斷控陡坡帶、緩坡斷階帶和洼槽帶等3種典型的構造地層格架，相應地可劃分出斷控陡坡型、緩坡斷階型和洼槽型3種層序模式。

3.1斷控陡坡型層序構成樣式

斷控陡坡帶一般發育在凹陷的邊緣或者控陷斷層的下降盤，主要由主控斷層和次級斷層組成，其中主控斷層控制陡坡帶的發育，次級斷層控制斷階帶的發育。烏爾遜凹陷烏西斷階帶與貝爾凹陷貝西斜坡陡坡帶由于構造演化階段不同，所發育的斷控陡坡型層序構造樣式也表現出不同的特征。

在烏爾遜—貝爾凹陷裂陷Ⅱ期，斷層活動強烈，構造沉降差異大，表現出近源、水淺、沉降速率低的特征；在斷裂的控制下，凹陷主要發育沖積扇和扇三角洲，局部地區發育深湖—半深湖；各個體系域內發育的扇體所處位置基本相同，僅面積大小有所差異。在烏爾遜—貝爾凹陷裂陷Ⅲ期，盆地構造沉降速率達到最大，沉積特征表明該時期處于強烈裂陷沉降期，并且由于強烈的拉張作用，湖泊變得更大更深，凹陷內扇三角洲、辮狀河三角洲和湖底扇發育。低位域時期，湖泊范圍相對較小，主要發育扇三角洲，扇三角洲前緣滑塌、濁流等會使深湖區局部地區形成湖底扇。湖侵域時期，湖域擴大，湖水變深，發育連續性較好的深湖—半深湖相泥巖，成為凹陷的好烴源巖。高位域時期，扇三角洲、辮狀河三角洲向凹陷中心進積，扇體發育至最大，深湖區形成高位濁積砂體。由于Sq4層序發育時期較Sq3層序發育時期沉降速率大，導致了快速的水進，形成了半深湖—深湖，面積較Sq3層序發育時期有所擴大，沉積物粒度相對變細（圖2）。

圖2　斷控陡坡型層序構成樣式（烏北次凹陡坡帶）Fig.2　The sequence architecture pattern of fault controlled steep slope zone

在斷-坳轉換時期，構造活動強度減弱，斷層對沉積所起的控制作用也開始明顯減弱，但主控斷層仍控制著斷坡的發育，次級斷層的作用則明顯減弱。盆地先后經歷了伸展作用、右旋走滑作用，致使該期沉積物上下迥異。Sq5層序發育時期，湖水持續變深，且面積逐漸增大，沉積體系規模變小，主要發育辮狀河三角洲、曲流河三角洲和湖底扇。低位域時期，在主控斷層的控制和影響下，碎屑物質快速卸載堆積，形成曲流河三角洲或辮狀河三角洲，并在深湖區形成低位湖底扇。湖侵域時期，湖水面積快速擴大，在半深湖—深湖相中廣泛發育湖底扇和深水濁積砂體。高位域時期，物源的供砂能力大幅度增強，使三角洲向湖盆中心不斷推進，在深湖中發育有小規模的高位濁積砂（參見圖2）。Sq6層序發育時期，沉降幅度較Sq5層序發育時期小，湖泊面積縮小，主要發育濱淺湖和大型進積河流三角洲。

3.2緩坡斷階型層序構成樣式

該層序樣式是由多級順向斷層一起構成的斷階帶，成為運輸沉積物的多層次路徑。在盆地的不同充填演化時期，多級斷裂坡折控制著沉積相帶展布。

在研究區，烏爾遜凹陷烏東弧形構造帶以及貝爾凹陷貝西斜坡均屬于該類型層序樣式。由于受多級同沉積斷裂的控制，因而砂體搬運路徑較長，使沉積物粒度較細。在不同構造演化時期，所發育的層序樣式也有所不同。受同沉積斷裂控制，下降盤方向的沉積體系呈垂向加積。伴隨著湖水的加深，沉積體系從扇三角洲向辮狀河三角洲或曲流河三角洲演化。總體上看，緩坡斷階帶控制著低位域邊界的發育。低位域時期，湖盆縮小，物源充足，砂體快速向凹陷中心推進，此時斷階上發育的扇體規模較大，而在局部深湖區內，由于重力流的滑塌作用和濁流作用，形成了湖底扇沉積體系；湖侵域時期，湖盆快速擴張，在深湖—半深湖環境下廣泛發育深水濁積砂體；高位域時期，水域面積最大，砂體在近岸處大量堆積，向湖推進距離短，且整體規模較小（圖3）。

圖3　緩坡斷階型層序構成樣式（烏東斜坡帶）Fig.3　The sequence architecture pattern of gentle slope fault terrace zone

圖4　洼槽型層序構成樣式Fig.4　The sequence architecture pattern of depression zone

3.3洼槽型層序構成樣式

洼槽帶指湖盆中央緩坡和陡坡之間的地帶，通常是水體最深、沉積厚度最大的區域，且斷裂活動少，主要發育深湖—半深湖和湖底扇，而洼槽帶邊緣部位常發育扇三角洲和辮狀河三角洲。洼槽帶的物源方向以短軸向為主。在裂陷Ⅱ期，構造沉降差異大，致使沉積物快速沉積，粒度較粗，在洼槽兩側發育扇三角洲和沖積扇，內部一般發育濱淺湖。在裂陷Ⅲ期，研究區處于強烈裂陷沉降期，斷裂活動頻繁，湖水加深，水域面積擴大，臨近陡坡帶邊緣發育扇三角洲，臨近緩坡帶邊緣發育辮狀河三角洲，且越靠近洼槽帶，出現的以重力流為主的深水濁積扇就越多，通過巖心觀察描述，可識別出遞變層理、包卷層理、重荷膜、滑塌構造、枕狀構造及泥巖撕裂塊等沉積構造（圖4）；在斷-坳轉換時期，沉積物粒度相對較細，且由于盆地受到的構造應力機制不同，沉積物上、下差異顯著。Sq5層序發育時期，洼槽兩旁主要發育曲河流三角洲沉積體系，洼槽內重力流常形成深水濁積砂和湖底扇。Sq6層序發育時期，沉降幅度相對較小，湖盆面積縮小，以濱淺湖沉積為主，而高位域時期以大型進積三角洲沉積為主。

圖5　烏爾遜—貝爾凹陷不同構造帶油氣成藏模式Fig.5　The hydrocarbon accumulation model of different structural belts in Wuerxun-Beier Depression

4　層序構成樣式及油氣成藏模式

不同構造單元發育的層序構成樣式各異，沉積體系域構成模式不同，其油氣成藏模式也有所差異。斷控陡坡帶控制著砂體厚度及展布方向，同時影響著優質烴源巖的發育，進而制約著巖性油氣藏富集帶［8］。下降盤低位域砂體廣泛發育并且儲層物性較好，湖侵域和高位域烴源巖發育在低位域砂體之上，它們對低位域砂體而言，既是直接的烴源巖，又是良好的蓋層，從而形成了較好的生儲蓋組合。斷控陡坡帶斷層生長指數較大，易造成側向封堵，進而形成斷層封閉［9］。在斷控坡折帶通常易形成斷層-巖性和斷鼻油氣藏，并且能夠多位置成藏，具有單個油藏油柱高度不大、油水系統多及油水分異不徹底等特點，但是在整個油藏復合體范圍內，總油層厚度大，例如蘇德爾特油藏［圖5（a）］。

在緩坡斷階帶上，扇三角洲或辮狀河三角洲砂體受同沉積斷裂的控制作用而廣泛發育，使儲層物性較好。對于生油凹陷中心來說，緩坡帶是低勢區并且挨著生油中心，是油氣運移的優勢區。舌狀的低位域砂體與水進域和高位域泥巖組合在一起，使緩坡斷階帶外側易形成地層油氣藏，而在斷階帶內側，由于斷層較為發育，并與砂體配合，有利于形成斷層-巖性以及斷塊型油氣藏，具有油層分布穩定、厚度大、產能高及規模大等特點，例如烏東斜坡油藏［圖5（b）］。

洼槽帶不僅是盆地的沉積中心，同時也是盆地的油源中心，通常巖性圈閉較發育。廣泛分布的低位扇三角洲或辮狀河三角洲前緣砂體，物性較好，與生油巖呈側向交叉接觸或直接被生油巖包圍，具有十分優越的油源條件。受控陷斷裂和同沉積斷裂的共同作用，洼槽內的構造十分復雜，常常發育斷階帶和低凸起帶。由于具備有利的生儲蓋組合關系，斷階陡坡坡折帶、洼槽區內低凸起帶常常形成以斷層-巖性、構造-巖性及砂巖透鏡體等油氣藏為主的油氣聚集帶，如貝中次凹油藏［圖5（c）］。

5　結論

（1）海拉爾盆地烏爾遜—貝爾凹陷沉積充填演化過程與構造演化階段對應，具有明顯的階段性。銅缽廟組沖積扇和扇三角洲相對發育；南屯組主要發育扇三角洲、辮狀河三角洲和湖底扇；大磨拐河組主要發育曲流河三角洲和濱淺湖。

（2）根據構造背景分析，在研究區劃分出斷控陡坡帶、緩坡斷階帶和洼槽帶3種不同類型的構造單元，基于不同的構造單元，相應建立了斷控陡坡型、緩坡斷階型和洼槽型3種層序構成樣式。不同構造單元發育的層序構成樣式各異，沉積體系域構成模式也有所不同。

（3）不同構造單元發育的油氣藏類型有所差異。斷控陡坡帶主要發育斷層-巖性和斷鼻型油氣藏，緩坡斷階帶主要發育斷層-巖性和地層超覆型油氣藏，洼槽帶主要發育透鏡體型油氣藏，此外，洼槽邊緣帶常發育斷層-巖性油氣藏。

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（本文編輯：于惠宇）

Sequence architecture pattern and hydrocarbon accumulation model of Lower Cretaceous in Wuerxun-Beier Depression，Hailaer Basin

Wu Haibo，Li Junhui，Liu He
（Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Daqing Oilfield Company Ltd.，Daqing 163712，Heilongjiang，China）

Favorable exploration areas and oil and gas reservoir can be predicted more accurately though the analysis of sequence architecture pattern in different tectonic settings.By the use of core，drilling，logging and seismic data，and accorded to sequence interface characteristics，the Lower Cretaceous in Wuerxun-Beier Depression was divided into 3 second-order sequences and 5 third-order sequences.According to the structural setting，Wuerxun-Beier Depression can be divided into fault controlled steep slope zone，gentle slope fault terrace zone and depression zone.Based on these tectonic units，different sequence architecture patterns were established such as fault controlled steep slope，gentle slope fault terrace and depression zone.Different sequence architecture patterns and sedimentary system tract lead to different hydrocarbon accumulation models.Fault-lithology reservoir and fault reservoir mainly developed in fault controlled steep slope zone，fault-lithology reservoir and stratigraphic overlap reservoir mainly developed in gentle slope fault terrace zone，and lens reservoir mainly developed in depression zone.Moreover，fault-lithology reservoir developed in marginal zone of depression.

sequence architecture pattern；hydrocarbon accumulation model；reservoir；Wuerxun-Beier Depression

TE121.3

A

1673-8926（2015）05-0155-06

2015-05-10；

2015-07-18

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“海拉爾—塔木察格盆地綜合地質研究及勘探配套技術”（編號：2011E-1202）資助

吳海波（1965-），男，博士，高級工程師，主要從事油氣勘探研究工作。地址：（163712）黑龍江省大慶市讓胡路區勘探開發研究院海拉爾勘探評價研究室。E-mail：wuhaib@petrochina.com.cn。