烏爾遜凹陷原型盆地特征分析

張紅星

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712）

1 盆地構(gòu)造背景

海拉爾盆地屬于中亞—蒙古地槽的一部分，是疊置于華北板塊和西伯利亞板塊之間的蒙古—大興安嶺古生代碰撞造山帶之上的中新生代陸相沉積盆地。西伯利亞板塊與華北板塊的碰撞，形成的一系列復(fù)背斜和復(fù)向斜構(gòu)造帶。西部為額爾古納復(fù)背斜，中部為海拉爾復(fù)向斜，東部為興安復(fù)背斜，再向東為阿爾山復(fù)背斜，直到松遼盆地西緣的富拉爾基復(fù)背斜[1]。海拉爾復(fù)向斜及其以東地區(qū)褶皺形成時(shí)間相對(duì)較晚，變質(zhì)程度弱，固化程度差，在南北向水平力作用下，應(yīng)力易于集中，對(duì)深部物質(zhì)來講是個(gè)薄弱帶，所以中生代以來構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，基底特征對(duì)上覆沉積層的控制作用明顯。

海拉爾復(fù)向斜由三坳兩隆16個(gè)凹陷組成，烏爾遜凹陷位于中部，整體呈近南北向展布，西部與嵯崗—巴蘭沙巴拉格隆起毗鄰，東部與巴彥山—貝爾布伊諾爾隆起相接，南部緊鄰貝爾凹陷，北部接新寶力格凹陷[2]。

2 殘留斷陷盆地特征

2.1 斷陷期殘留盆地特征

盆地沉積地層從下往上依次是：下白堊統(tǒng)銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組、上白堊統(tǒng)青元崗組、第三系呼查山組、第四系。盆地?cái)嘞萜诘貙影ㄣ~缽廟組和南屯組地層，地層厚度受斷層的控制作用明顯，變化大。

銅缽廟組殘余地層主沉降帶厚度一般為500～1200m，最大可達(dá)1500m以上，1000m等值線總體走向呈北東—北東東向；南屯組地層殘余主沉降帶厚度一般在500～1500m，烏北次凹北東—北東東向結(jié)構(gòu)保存較好，烏南次凹受烏西斷階的影響，呈南北向分布。

烏北次凹存在2個(gè)走向北東東的厚值區(qū)。其中一個(gè)夾持于烏北斷裂和蘇仁諾爾斷裂之間，地層厚度介于500～1500m之間，向?yàn)醣睌鄬臃较蚣眲p薄，向南往蘇仁諾爾方向呈逐漸減薄趨勢(shì)。另一個(gè)走向北東東的厚值區(qū)位于蘇仁諾爾斷層南側(cè)，北厚南薄，蘇仁諾爾斷層根部地層厚度最大，達(dá)1000m，向南南東方向漸漸減薄。

烏南—巴彥塔拉地區(qū)，在烏西斷裂以西，存在一個(gè)近南北向的厚值區(qū)，地層厚度介于600～1800m之間，局部北東東走向的跡象比較明顯。在烏西斷裂以東地區(qū)，南屯組厚度總體走向北北東，西厚東薄。在這一背景下，西部厚值區(qū)可見走向北東東的局部厚值區(qū)，地層厚度介于600～2000m之間；東部薄厚值區(qū)也可見走向北東東的局部厚值區(qū)，地層厚度最大可達(dá)500m。

南屯組下部的巖性主要為較純的泥巖夾砂巖，向上逐漸過渡為砂泥巖互層。南一段沉積時(shí)期，伸展斷裂系統(tǒng)開始活動(dòng)，地層沉積范圍從伸展斷裂根部慢慢向箕狀斷陷斜坡上傾方向超覆擴(kuò)大[3]。

2.2 斷坳轉(zhuǎn)換期殘留盆地特征

斷坳轉(zhuǎn)換期包括大磨拐河期和伊敏期，地層受斷層作用的影響越來越小。

大磨拐河組地層殘余厚度一般500～1000m，厚度分布差異較小。

大磨拐河組下部主要為厚層黑灰色泥巖夾中薄層砂巖，上部逐漸過渡為大段黑灰色泥巖、黑灰色泥巖和黑灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，有時(shí)夾中薄層砂巖、砂礫巖。

烏北次凹蘇仁諾爾斷裂兩側(cè)的2個(gè)走向北東東厚值區(qū)連為一體，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的、地層厚度介于600～1000m之間、走向北東的厚值區(qū)。

烏南—巴彥塔拉地區(qū)，在烏西斷裂以西，大磨拐河組存在一個(gè)軸向近于南北向的厚值區(qū)，地層厚度介于500～800m之間。烏西斷裂以東地層較厚，最大可達(dá)1200m，向東逐漸減薄。

大一段受古地形及構(gòu)造作用的影響，沉積范圍較小，厚度較小，一般在200m以下，局部可達(dá)350m，大二段沉積范圍擴(kuò)大至整個(gè)盆地，沉積厚度增加，大部分地區(qū)沉積厚度超過500m。

伊敏組沉積厚度總體較大，一般厚度大于500m，分布主要受控于烏西斷裂，烏北地區(qū)、烏南地區(qū)、巴彥塔拉地區(qū)連為一體，在烏西斷裂以東區(qū)域，伊敏組西厚東薄、南厚北薄，逐漸變化。地層厚度最大的區(qū)域位于烏南地區(qū)—巴彥塔拉地區(qū)烏西斷裂根部，地層厚度介于1200～1800m之間，厚值區(qū)軸向北北西。烏西斷裂以西地區(qū)，伊敏組極薄，大多數(shù)區(qū)域厚度不及200m。

總體上伊二三段沉積厚度遠(yuǎn)大于伊一段厚度，伊一段地層厚度普遍小于500m，而伊二三段地層厚度普遍大于500m。

3 盆地原型分析

3.1 地層剝蝕厚度恢復(fù)

通過對(duì)地震資料的系統(tǒng)解釋結(jié)果表明，南屯組頂界（T22反射界面）和伊敏組頂界（T04反射界面）存在著大面積的剝蝕，南一段頂界（T23反射界面）和銅缽廟組頂界（T3反射界面）存在著局部的剝蝕，其他界面剝蝕不明顯。本文主要采用構(gòu)造趨勢(shì)外推法計(jì)算了T22和T04這2個(gè)不整合面的剝蝕量，同時(shí)用聲波時(shí)差法及鏡質(zhì)體反射率法結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比檢驗(yàn)[4]。

根據(jù)地震剖面的精細(xì)解釋成果，我們需要建立盆地遭受變形剝蝕前原型模型以及剝蝕時(shí)的變形模型[5]。

3.1.1 變形剝蝕模式的建立

烏爾遜凹陷經(jīng)歷了3期主要變形改造過程，形成2個(gè)較大范圍的不整合面T22和T04。烏爾遜主要存在以下3種變形剝蝕模式：①緩坡帶的旋轉(zhuǎn)掀斜（圖1A）。②坡坪式正斷層的反轉(zhuǎn)（圖1B）。③鏟式正斷層的反轉(zhuǎn)（圖1C）。

圖1 烏爾遜凹陷變形剝蝕模式

烏爾遜凹陷早期主要發(fā)育鏟式正斷層和坡坪式正斷層，并且斷距很大，所以在剝蝕恢復(fù)解釋之前還要在斷層處以相應(yīng)層位進(jìn)行補(bǔ)充解釋，然后拉平所要恢復(fù)層的底面。剝蝕恢復(fù)解釋時(shí)還要考慮控陷斷層兩側(cè)地層原始沉積厚度的差異以及原始盆地形態(tài)和沉積厚度的趨勢(shì)變化。

3.1.2 聲波時(shí)差法與構(gòu)造趨勢(shì)外推法恢復(fù)剝蝕量結(jié)果對(duì)比分析

本次采用了聲波時(shí)差和地震趨勢(shì)法2種方法對(duì)烏爾遜凹陷的伊敏組剝蝕量進(jìn)行了求取。通過聲波時(shí)差法與地震外推法，2種不相關(guān)的方法所求取的剝蝕量還是比較接近的，因此，本次所采用的地震趨勢(shì)求取的剝蝕量還是可靠的。

3.1.3 主要不整合界面的剝蝕量及其分布特征

依據(jù)地震剖面解釋結(jié)果、基于以上剝蝕量分析原理本項(xiàng)目恢復(fù)了烏爾遜凹陷主要不整合面的剝蝕量及其分布特征。

（1）T22界面以下剝蝕量分布特征如下：

①自南向北剝蝕量逐漸增大，巴彥塔拉剝蝕量整體較小，烏南次凹在烏東斜坡部位剝蝕量較大，一般超過200m，并且遠(yuǎn)離斜坡逐漸增大，烏西斷階局部剝蝕量較大，一般小于200m，烏北次凹剝蝕量在200～400m之間（圖2）。

②剝蝕厚度與大二段厚度呈基本鏡像關(guān)系，在大二段厚度較大的部位，南屯組地層保存較好，大二段地層較薄或缺失的部位，南屯組地層剝蝕量也較大。

③剝蝕厚度等值線整體呈北東向展布，局部呈近東西向展布。

④剝蝕量大的區(qū)域基本分布在箕狀斷陷的斜坡帶或隆起部位或同沉積斷層的根部。

（2）T04界面以下剝蝕量分布特征如下（圖2）：

①剝蝕量在全區(qū)內(nèi)均有分布，剝蝕量較大，除少數(shù)部位小于200m，剝蝕厚度一般在200～500m之間。

②剝蝕量等值線走向整體呈北東向分布，局部近東西向展布。

圖2 烏爾遜凹陷殘余厚度圖

③剝蝕量趨勢(shì)值與伊二三段殘留厚度值具有相關(guān)性，在殘留薄的地方剝蝕大，殘留大的地方剝蝕小。

④數(shù)值分布大的區(qū)域地層褶皺強(qiáng)烈，多為背斜構(gòu)造，并有逆斷層發(fā)育，代表反轉(zhuǎn)活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)，北東向構(gòu)造線暗示當(dāng)時(shí)擠壓應(yīng)力可能為北西—南東向。

3.2 控陷斷裂恢復(fù)

烏爾遜凹陷斷裂十分發(fā)育，斷層密度較大，不同期次、不同規(guī)模的斷層相互交織、錯(cuò)綜復(fù)雜。本文通過對(duì)本區(qū)地震資料的詳細(xì)對(duì)比追蹤解釋及精細(xì)的構(gòu)造解析，落實(shí)了本區(qū)早期控陷斷裂的平面展布情況，研究了其發(fā)育特征、活動(dòng)時(shí)間及成因機(jī)制等，并對(duì)本區(qū)次級(jí)同沉積斷裂的平面展布、活動(dòng)時(shí)間及成因機(jī)制等進(jìn)行了分析研究[6]。

烏北次凹北東—北東東向構(gòu)造格架保存完好，識(shí)別出2條呈多米諾式排列的北東—北東東向控陷斷裂——烏北斷裂和蘇仁諾爾斷裂。烏北斷裂發(fā)育于烏北次凹北部，走向北東，原形跡在晚期遭受一定的破壞。烏北斷裂斷層層位T5-T1，控制了烏北次凹北洼槽的形成與演化。蘇仁諾爾斷裂發(fā)育于烏北次凹中部，是本區(qū)保存最為完整的一條北東東向控陷斷層，斷層層位T5-T1，控制了蘇仁諾爾斷裂的發(fā)展與演化[7-8]。

烏南次凹西部控陷斷層夾持于烏西晚期邊界斷裂及烏西斷階之間，后期改造作用強(qiáng)烈，原始形態(tài)破壞嚴(yán)重，原始形跡恢復(fù)較為困難。受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，斷層形跡破壞嚴(yán)重，殘留部分扇三角洲相沉積，斷裂規(guī)模相對(duì)于較小的一條控陷斷裂，但是保存較為完整，對(duì)東部地層的發(fā)展與演化起著至關(guān)重要的作用。

3.3 斷陷期盆地原型分析

在殘余厚度特征、剝蝕量分布特征、同沉積斷裂分布特征等基礎(chǔ)上恢復(fù)了銅缽廟期盆地原型、南屯期盆地原型、大磨拐河期盆地原型及伊敏期盆地原型。

3.3.1 銅缽廟期盆地原型分析

銅缽廟期盆地遭受剝蝕作用較小，主要在烏北有局部的剝蝕，這一期構(gòu)造作用對(duì)盆地的改造作用較小，對(duì)銅缽廟期盆地改造起關(guān)鍵作用的是大磨拐河—伊敏期走滑作用形成的烏西斷階，對(duì)銅缽廟期盆地的恢復(fù)主要是恢復(fù)到烏西斷階形成之前的狀態(tài)，即消除烏西斷階斷距對(duì)銅缽廟期盆地的影響作用，總結(jié)起來，主要有以下幾個(gè)特征：在銅缽廟期，烏爾遜凹陷主要是由北東—北東東向斷層控制的多凸多凹的復(fù)式箕狀斷陷組成。受北東烏北斷裂、北東東向蘇仁諾爾斷裂等的控制，形成多個(gè)沉積、沉降中心（圖3）。

3.3.2 南屯期盆地原型分析

南屯組地層沉積之后，盆地受到擠壓作用，上部遭受剝蝕，加之大磨拐河—伊敏期走滑作用對(duì)其進(jìn)一步改造，盆地原型受到較大程度的破壞。南屯期盆地原型恢復(fù)首先需要恢復(fù)其走滑作用之前的盆地形態(tài)及同沉積斷層展布形態(tài)，然后進(jìn)行剝蝕厚度的恢復(fù)。

烏北次凹南屯期的沉降格架受烏北斷裂和蘇仁諾爾斷裂2條主干伸展斷裂控制，2條斷裂在空間上呈多米諾式排列，控制了2個(gè)箕狀斷陷的發(fā)育。烏北次凹受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，構(gòu)造格架遭受了極大的破壞，烏北斷裂形態(tài)破壞嚴(yán)重。本文通過對(duì)剝蝕量的計(jì)算、沉積相的分析及地震剖面的詳細(xì)解析，認(rèn)為烏北斷裂控制的北部箕狀斷陷，沉降規(guī)模應(yīng)與蘇仁諾爾斷裂控制的南部箕狀斷陷相當(dāng)，或者更大。蘇仁諾爾斷裂保存相對(duì)完整，表現(xiàn)出自西向東逐漸減小的特點(diǎn)，在烏西斷層附近，蘇仁諾爾斷層特征變得模糊，表明蘇仁諾爾斷裂西段受后期斷層的改造較強(qiáng)，向西應(yīng)該有一定的發(fā)育范圍。烏北次凹伸展系統(tǒng)中的次級(jí)斷裂將烏北斷陷的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，形成多個(gè)次級(jí)沉降中心（圖3）。

圖3 斷陷期原型盆地分布圖

3.4 斷坳轉(zhuǎn)換期盆地原型分析

3.4.1 大磨拐河期盆地原型

大磨拐河期盆地原型在后期演化中遭受破壞程度小，盆地原型基本得以保存，其殘留格局基本可以代表其盆地原型。

大磨拐河期沉降格局與斷陷期沉降格局存在顯著差異，盆地構(gòu)造活動(dòng)整體較弱，烏西斷階已經(jīng)開始發(fā)育，北東—北東東向少量斷層繼承發(fā)育，水體逐漸擴(kuò)張，控陷斷裂基本停止活動(dòng)，整個(gè)湖盆連通，形成一個(gè)統(tǒng)一的盆地，凹陷整體處于遠(yuǎn)源深水泥頁(yè)巖沉積背景下。

大一段沉積時(shí)期，盆地范圍較小，烏南次凹沉積厚度小于烏北，巴彥塔拉轉(zhuǎn)換帶上部分地區(qū)缺失大一段沉積物，受地形控制，沉積物呈中間厚兩側(cè)薄的特征。

大二段沉積時(shí)期，水體擴(kuò)大，各孤立的斷陷完全連通，形成一個(gè)統(tǒng)一的盆地，沉積物覆蓋全盆。早期地形對(duì)地層分布仍然具有較大的影響，地層仍呈中間厚向兩側(cè)減薄的特征，這一時(shí)期，烏西斷階已經(jīng)開始發(fā)育，逐漸控制了烏南次凹的沉積格局。

另外，大二段盆地受到右旋張扭作用的影響，在凹陷中部發(fā)育多期烏南南西向、烏北北東向前進(jìn)的前積體，加大了沉積物厚度[9-10]。

3.4.2 伊敏期盆地原型

伊敏組沉積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，此時(shí)期沉積物的分布面積最廣泛。伊敏組末期的改造作用使地層發(fā)生褶皺變形，并使伊二三段地層大面積遭受剝蝕，但是對(duì)整體沉積格局改造不大。

伊敏組受張扭作用的影響，部分早期主干斷層活化，重新活動(dòng)，重新控制地層的發(fā)育，1000m等值線主要呈北東向分布。烏西斷階是這個(gè)時(shí)期發(fā)育的最重要的一條斷裂，控制了烏爾遜凹陷伊敏組地層的形成，在烏西斷裂上盤沉積了巨厚的沉積物，最厚達(dá)2000m，主沉降帶（大于1000m）走向沿著烏西斷裂，呈近南北向分布。伊敏組末期的改造作用對(duì)烏爾遜凹陷的伊敏組地層改造較為強(qiáng)烈，地層剝蝕厚度大，一般在300～500m。

3.5 坳陷期盆地原型分析

該期盆地主要指青元崗組沉積時(shí)期的盆地，體現(xiàn)了整體均衡坳陷沉降特征。該期盆地類型屬于重力均衡作用控制的坳陷型盆地，全區(qū)都處于微弱沉降狀態(tài)，沒有統(tǒng)一邊界。

4 結(jié)論

（1）由于南屯組后期地層厚度大于其剝蝕厚度，主要采用地層趨勢(shì)法進(jìn)行恢復(fù)，剝蝕厚度南薄北厚、東厚西薄。

（2）烏爾遜凹陷銅缽廟組—南二段為繼承性發(fā)育的北東—北東東向斷層控制的箕狀斷陷，首次提出烏南地區(qū)與貝爾凹陷為相向傾斜的半地塹，中間以構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶分割。

（3）大磨拐河期沉降格局與斷陷期沉降格局存在顯著差異，盆地構(gòu)造活動(dòng)整體較弱，凹陷整體處于遠(yuǎn)源深水泥頁(yè)巖沉積背景下。

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