梨樹斷陷邊界控陷斷裂活動特征及油氣地質(zhì)意義

柯 欽，郭 波，王玉柱，張洪宇，劉 偉,趙燕平

(1.東方地球物理公司研究院地質(zhì)研究中心,河北 涿州 072750；2.東方地球物理公司新興物探開發(fā)處，河北 涿州 072750；3.大慶鉆探工程公司地球物理勘探一公司,黑龍江 大慶 163712)

梨樹斷陷位于松遼盆地東部斷陷帶，是一個在晚古生代基底之上發(fā)育了斷陷層和坳陷層兩套白堊系沉積層的疊合盆地。斷陷經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，決定了沉積發(fā)育過程、現(xiàn)今分布特征的差異性，總體上經(jīng)歷了斷陷期、拗陷期和反轉(zhuǎn)期3個不同的演化時期，其中斷陷期又可分為初始斷裂期(火石嶺時期)、強烈斷陷期(沙河子-營城時期)、斷拗轉(zhuǎn)化期(登婁庫時期)三個階段。影響本區(qū)的主要構(gòu)造運動有火石嶺末期構(gòu)造運動，營城末期構(gòu)造運動，登婁庫末期構(gòu)造運動及明水末期的構(gòu)造運動，梨樹斷陷可劃分為六個二級構(gòu)造單元，分別為桑樹臺主洼、蘇家屯次洼、雙龍次洼、東南斜坡、北部斜坡、西部陡坡，斷陷內(nèi)發(fā)育了小寬、皮家、秦家屯三個NE向走滑帶[1](圖1)。

桑樹臺斷裂為梨樹斷陷內(nèi)一級斷裂，控制梨樹斷陷盆地的形成，位于盆地的西側(cè)，近SN走向，平面上呈“<”形狀，斷面東傾，剖面形態(tài)呈犁形，上陡下緩，由近60°過渡至40°左右，斷裂中段近SN向，南段呈NNW向至EW向，北段呈NNE向，斷距達(dá)8 000 m以上，延伸50 km以上。

本文利用連片的地震資料，對桑樹臺斷裂進(jìn)行了精細(xì)解釋，取得了一些新觀點，闡述桑樹臺斷裂不同時期的發(fā)育特征及其對油氣的地質(zhì)意義。

圖1 梨樹斷陷構(gòu)造單元劃分(a)及NW-SE方向地震剖面(b)

1 桑樹臺斷裂特征

1.1 火石嶺時期

1.1.1 桑樹臺斷裂展布特征

前人認(rèn)為梨樹斷陷火石嶺組沉積時期為初始裂陷期，這個時期伴隨有火山巖發(fā)育，主要集中在工區(qū)的北部。這個時期早期斷裂開始活動，斷陷受到NW-SE向拉張應(yīng)力作用，形成一系列NE向斷層，控制著一系列多米諾式的NE走向小型斷陷盆地群，主要發(fā)育了桑樹臺、金山、金崗、秦家屯四個大的分割斷陷(圖2a)。

但是，同樣的NW-SE向拉張應(yīng)力作用下桑樹臺斷陷卻是呈近SN向，金山斷陷的殘留厚度與斷裂不匹配，存在矛盾之處。通過新的地震-地質(zhì)解釋，劃分出兩條斷層，即：①皮家東斷層和②小寬斷裂南段(圖2b)。桑樹臺時期桑樹臺斷裂呈雁列展布，控制著金山、桑樹臺、蘇家屯三個NE向次洼。這樣火石嶺時期發(fā)育的三個斷陷在同樣的應(yīng)力場下，具有統(tǒng)一的走向[2]。前人認(rèn)為的金山斷陷和桑樹臺斷陷其實是同一個斷陷，是受一組北東向斷裂控制的次洼。主要依據(jù)有兩點：(1)兩個斷陷之間是斷層相隔，之間并無隆起；(2)金山次洼和桑樹臺次洼地震反射特征都是中強反射，較為連續(xù)的反射軸，反射特征類似，斷陷的地層充填一致(見圖3)。

圖2 火石嶺時期梨樹斷陷分布及斷裂模式

1.1.2 火石嶺末期走滑作用

皮家東斷層和小寬斷層南段這兩條斷層既有控制洼陷的作用，又具有走滑性質(zhì)。這兩條斷層本身為斜列的控陷斷層，斷層南部都具有控陷作用，在火石嶺末期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，受到NW-SE向的擠壓應(yīng)力，在斷層的疊接處出現(xiàn)走滑，致使斷層的北段出現(xiàn)走滑，斷層變得相對直立。

(1)小寬斷裂南段

火石嶺時期，桑樹臺次洼和金山次洼由小寬斷裂南段相隔，斷裂兩側(cè)火石嶺組地層地震反射特征截然不同，并且厚度也存在很大差異，斷層兩側(cè)地層厚度嚴(yán)重不協(xié)調(diào)(圖4)。

圖3 過桑樹臺斷陷蘇家屯、桑樹臺、金山次洼地震剖面

圖4 過小寬斷裂南段主測線地震剖面

斷層早期主要控制金山次洼，斷層兩側(cè)地震剖面中的火石嶺組地層相對協(xié)調(diào),地震切片及相干體切片中可以看出在火石嶺末期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，在擠壓的作用下，早期斜列的控陷斷層疊接處出現(xiàn)走滑，走滑距離2.5 km。因此在火石嶺末期，小寬走滑斷裂帶已經(jīng)發(fā)育，到了營城組和登婁庫時期，小寬斷裂北段繼續(xù)走滑，整個小寬走滑斷裂一直延伸至桑樹臺斷裂(圖5)。

(2)皮家東斷層

皮家東斷層與小寬斷裂類似，早期控制桑樹臺次洼，基底以下為角度不整合，皮家東斷層下降盤地層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上升盤地層，為同沉積斷層(圖6a)。皮家東斷層北段，斷層出現(xiàn)走滑，變得直立。兩側(cè)地層反射特征中地層產(chǎn)狀也不一致，西側(cè)地震反射弱，與東側(cè)強反射地震相對應(yīng)(圖6b)；地震時間切片上，反射軸錯斷，走滑距離1 km(圖7)。

圖5 金山次洼2 800 ms地震剖面

圖6 過皮家東斷層地震剖面

圖7 過皮家東斷層2 700 ms地震時間切片

1.2 沙河子-登婁庫時期

桑樹臺斷裂從火石嶺時期一直持續(xù)到登婁庫末期。斷層的持續(xù)活動控制了梨樹斷陷的整體填充過程，沉積中心向北遷移。

火石嶺時期，桑樹臺斷裂分南、中、北三段獨立活動，分別控制三個次洼的沉積。沙河子時期繼承火石嶺時期的活動，主體發(fā)生拼接，形成統(tǒng)一的斷層，北段活動量比較小，主要在中段、南段活動，沙河子組時期為斷陷快速生長期。營城組沉積時期,桑樹臺斷裂繼續(xù)活動，但南段活動減弱，而中段和北段加強，具有活動強度向北轉(zhuǎn)移的特征。桑樹臺斷裂在營城組時期的斷層位移量最大，說明了營城期為梨樹斷陷快速發(fā)育期。登婁庫時期，梨樹斷陷進(jìn)入斷坳轉(zhuǎn)換期，桑樹臺斷裂活動開始減弱。登婁庫末期，桑樹臺斷裂北段與中段在拼接的部位隨著皮家斷裂左行走滑構(gòu)造運動被皮家斷裂錯斷，重新分割出桑樹臺主洼與蘇家屯次洼兩個相對獨立的洼陷[3-7](圖8、圖9)。

圖8 梨樹斷陷不同時期構(gòu)造綱要

圖9 梨樹斷陷構(gòu)造演化剖面

2 油氣地質(zhì)意義

2.1 桑樹臺斷裂控制有效烴源巖的分布

梨樹斷陷油氣勘探的實踐已經(jīng)證實，梨樹斷陷油氣主要來源于沙河子組和營城組兩套烴源巖，以ⅡB和Ⅲ型有機質(zhì)為主，沙二上段、營一段最好，發(fā)育ⅡA-ⅡB型、偶然見Ⅰ型有機質(zhì)。沙河子組—營城組地層沉積時期為強烈斷陷時期，桑樹臺斷裂控制了沙河子組-營城組地層沉積，主要沉積環(huán)境為深湖-半深湖環(huán)境，有利于烴源巖發(fā)育，也決定了烴源巖的分布范圍[8]。

沉積中心和優(yōu)質(zhì)烴源巖區(qū)的遷移、匹配形成了下生上儲的成藏組合。南部沉積體系進(jìn)積、北部沉積體系退積，北部斜坡帶成為鄰近湖盆中心的有利近源聚集區(qū)，主力勘探層系向北遷移，沙河子組下一步勘探有利區(qū)為桑樹臺斷裂的中段、南段，營城組下一步勘探的有利區(qū)為桑樹臺斷裂的中段、北段。

2.2 斷層分段生長控制儲層的展布

邊界控陷斷層由分段生長至連接過程中斷層橫向發(fā)生位移而形成調(diào)節(jié)帶，在調(diào)節(jié)帶兩側(cè)由于差異沉降形成比兩翼斷層相對低緩的轉(zhuǎn)換斜坡，成為物源進(jìn)入湖盆的主要通道，控制了古水流位置、沉積類型以及砂體的發(fā)育規(guī)模和空間展布，一般情況下，長期繼承性發(fā)育的調(diào)節(jié)帶附近砂體是最為發(fā)育的。桑樹臺斷裂從沙河子組地層沉積時期到登婁庫組地層沉積時期，平面上中段活動性最強，北段次之，南段最弱；縱向上營城組沉積期活動性最強，沙河子組沉積期次之，登婁庫組沉積期最弱。在斷層分段生長過程中，沙河子儲層主要發(fā)育在中段和南段，營城組儲層主要發(fā)育在中段和北段[9]。

2.3 小寬斷裂走滑帶油氣有利區(qū)延伸至桑樹臺斷裂

梨樹斷陷油氣資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)眾多油氣藏。目前勘探成果揭示，勘探層系多(基底、火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組和泉頭組)，油氣藏類型多樣(基巖潛山、構(gòu)造、地層或巖性、復(fù)合類型等)，油和氣并存，油氣主要富集于3大走滑斷裂構(gòu)造帶(小寬、皮家東和秦家屯)和反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶?；鹗瘞X末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)，在擠壓的作用下出現(xiàn)走滑，小寬走滑帶在火石嶺末期初始發(fā)育。具備以下3個有利成藏條件：①圈閉發(fā)育；②斷裂發(fā)育，可成為油源通道；③裂縫發(fā)育，改善儲集層物性。擴大了斷陷南部深層有利勘探區(qū)范圍，桑樹臺斷層西南側(cè)基巖潛山也成為下一步有利勘探區(qū)域[10]。

3 結(jié)論

(1)梨樹斷陷邊界控陷桑樹臺斷裂在火石嶺時期具有分段生長特征，火石嶺時期由三條NE向斜列斷層組成，控制著三個NE向次洼。

(2)火石嶺末期，發(fā)育小寬斷裂南段和皮家東兩條走滑斷層，小寬走滑斷裂帶在火石嶺末期開始發(fā)育，一直延伸至桑樹臺斷裂，擴大了小寬走滑斷裂帶的勘探范圍；深部的天然氣以及西側(cè)的基巖是下一步有利勘探區(qū)域。

(3)邊界控陷斷層分段生長演化歷史具有差異，不僅控制了烴源巖的分布范圍，邊界控陷斷層分段生長連接部位形成的調(diào)節(jié)帶是控制三角洲砂體進(jìn)入湖盆的通道，進(jìn)而控制著碎屑巖儲層的分布。

(4)桑樹臺控盆斷層在不同時期、不同部位活動強度存在明顯差異，決定了不同層系勘探方向不同：沙河子組下一步勘探有利區(qū)為桑樹臺斷裂帶的中段、南段，營城組下一步勘探有利區(qū)為桑樹臺斷裂帶的中段、北段。