松遼盆地大慶長垣以東地區深層斷陷構造特征及成因分析

梁正中

（中國科學院邊緣海地質重點實驗室，中國科學院廣州地球化學研究所，廣東廣州510640）

松遼盆地大慶長垣以東地區深層斷陷構造特征及成因分析

梁正中

（中國科學院邊緣海地質重點實驗室，中國科學院廣州地球化學研究所，廣東廣州510640）

大慶長垣以東地區斷陷的發育規模較大，是松遼盆地北部深層天然氣勘探的重點地區.西斷東超的箕狀斷陷是長垣以東地區斷陷的重要特征.晚侏羅世—早白堊世早期，各控陷斷裂均經歷了由多個區段獨立發育、相互作用、最終連為一條斷裂的動態發育過程.深層斷陷的發育經歷了火石嶺組的初始斷裂期、沙河子組的強烈斷陷期和營城組的斷陷萎縮期，其間遭受了多期重要的改造作用.伸展型構造是松遼盆地油氣成烴、成藏的根本要素，也是油氣較富集的重要因素.

大慶長垣；斷陷；控陷斷裂；改造作用；松遼盆地

晚侏羅世—早白堊世早期，東北亞地區廣泛發育了中小型斷陷盆地，松遼盆地北部深層斷陷即是這一區域性斷陷群的一部分.早白堊世中期，由于東北亞地區地質格局的變革，松遼地區發育了大型拗陷盆地，自此拉開了與周邊地區差異性的地質發展歷史.深層中小型斷陷盆地在松遼地區也被埋藏于厚逾數千米的拗陷期地層之下.隨著天然氣勘探的突破，深層斷陷研究已引起廣泛關注［1-3］.

1 大慶長垣以東地區斷陷幾何特征

1.1 構造單元劃分

松遼地區整個盆地的斷陷和斷裂分布，呈現了東西分帶、南北分塊的面貌，包括西部、中部與東部斷陷帶.大慶長垣以東地區斷陷的發育規模較大，是松遼盆地北部深層天然氣勘探的重點地區［4］.該區自西向東包括安達-肇州背斜帶、徐家圍子斷陷、肇東-朝陽溝背斜帶和鶯山斷陷帶2個正向深層二級構造單元和2個負向深層二級構造單元，面積約為9500 km2.

晚侏羅世—早白堊世大慶長垣以東地區徐西斷裂、徐中斷裂、四站斷裂、臨江斷裂、太平莊斷裂、朝陽斷裂的發育，控制了該地區斷陷盆地的發育.雖然由于各條控陷斷裂發展演化的程度不同，相應所控制的斷陷規模也有大有小，但斷陷都有獨立的沉降中心，從構造區劃的角度來講都應是獨立的區域性地質單元.以沙河子組地層的超覆展布范圍作為這些斷陷的邊界，可在大慶長垣以東地區劃分出4個相對獨立的中小型斷陷盆地：徐家圍子斷陷、鶯山斷陷、雙城斷陷、任民鎮斷陷（圖1）.

1.2 斷陷盆地概述

徐家圍子斷陷受徐西斷裂和徐中斷裂控制，近北北西向展布.該斷陷的沉降中心位于杏山地區.盆地內火山作用強烈，沉積厚度巨大，基底界面起伏明顯.盆地可劃分為總體面貌差異較大的3個二級構造單元，包括安達次拗、杏山次拗和薄荷臺次拗.

鶯山斷陷是臨江斷裂與四站斷裂共同作用的產物，走向近南北，沉降中心位于斷陷南部.古地理景觀南低北高，總體上呈雙斷結構，但斷陷南部在沙河子組早期曾存在過東斷西超的古地形.

雙城斷陷的西界為太平莊斷裂，東界為朝陽斷裂，總體走向北北東.該斷陷是太平莊斷裂與朝陽斷裂共同作用的產物，沉降幅度小，沉降中心不明顯.

任民鎮斷陷受宋東斷裂控制而發育，控陷斷裂傾角較緩.在控陷斷裂沙河子期的伸展活動下，火石嶺組地層強烈掀斜，地層傾角較大.在斷陷東部，火石嶺組和沙河子組的削截現象明顯，呈大角度與上伏登婁庫組地層接觸.

1.3 構造樣式特點

從斷陷的幾何學特征考慮，可將松遼盆地北部深層斷陷劃分為2種：單斷型凹陷（箕狀斷陷）（圖2）、雙斷型凹陷（地塹）（圖3）.西斷東超的箕狀斷陷是長垣以東地區斷陷的重要特征［5］.

徐家圍子大型箕狀斷陷表現為斷陷規模大，斷陷期地層厚度大.斷陷往往主要受一條邊界斷裂控制，斷陷期的沉降中心沿控陷斷裂展布，斷陷期地層在控陷斷裂根部最厚.由控陷斷裂根部向遠端不斷變薄，斷陷期地層在控陷斷裂遠端或者超覆尖滅，或者終止于另一條控陷斷裂.控陷斷裂的走向在平面上變化較大.

屬于小型箕狀斷陷的有任民鎮斷陷.斷陷的規模小，斷陷期地層薄.該類斷陷的控陷斷裂聯合程度低，延伸長度短，斷裂走向在平面上變化小，斷陷往往由單條斷裂控制，箕狀特征明顯.

中型雙斷式地塹主要有鶯山斷陷和雙城斷陷.斷陷規模中等，斷陷期地層厚度并不大，斷陷往往受對傾的具有相對對稱性的邊界斷裂控制.兩條控陷斷裂對斷陷期地層的沉積基本上起到了同等的控制作用，斷陷期并沒有明顯的主沉降中心發育.控陷斷裂的走向在平面上變化并不大.

1.4 變換構造特征

在盆地伸展構造中起著傳遞應變和協調構造樣式的構造帶即為變換帶，變換帶可在不同尺度和不同型式發生.連接基底主斷層的一些橫向、斜向斷層是典型的變換帶.斷層間也可發育走向斜坡、凸起帶等多種樣式的變換帶.升平轉換斜坡是徐家圍子斷陷徐西斷裂與徐中斷裂在沙河子組沉積時期相互作用、相互影響形成的.其原形特征表現為斜坡古地形，強烈的掀斜作用使使沙河子組在斜坡部位底超現象清楚，地層厚度西厚東薄的現象突出，構造位置見圖1.

從斷凹級整體結構來看，鶯山斷凹和雙城斷凹均屬于共軛平行相向型變換構造［6］.其發生在2條相向斷層相互平行的地方，位移是沿斷層的跡線而不是沿斷層的端部被變換的.一側斷層下降盤沉降幅度大，而與其相對應的另一側斷層下降盤的構造位置、基底沉降幅度則小.從次一級構造角度來看，研究區發育多類變換構造如共軛平行相向型變換帶和同向趨近型變換帶.同向趨近型變換帶，斷層相互趨近連鎖，但不超接.在斷層接近處斷陷深度明顯變淺，地層傾斜程度降低，一般在接近此處發育夾角較大的鼻狀或斷鼻構造，如朝陽斷裂帶內五家構造.

2 斷陷演化特征

2.1 控陷斷層演化

正斷層作為伸展背景下的一種主要構造，其生長發育過程影響著伸展區的構造格架和沉積作用，特別是控陷正斷層，對于了解斷陷構造及斷陷發育歷史具有重要的意義.位移-長度關系研究，是研究正斷層孕育、發展和最終形成的一種有效方法.通過全面地研究一條斷層沿走向位移的變化規律，對大慶長垣以東地區控陷斷層進行了分析［5］.

大慶長垣以東的控陷斷裂均經歷了由多個區段獨立發育、相互作用、通過新的斷裂連為一條斷裂的動態發育過程.就目前的殘留現狀來看，各條斷裂的演化程度參差不齊.在大慶長垣以東控陷斷層演化程度由高到低依次為：徐西斷裂—徐中斷裂—四站斷裂—臨江斷裂—太平莊斷裂—朝陽斷裂.演化程度最高的徐西斷裂，具有似橢圓形的位移-長度曲線，斷層的主要活動時間為沙河子期和營城期.平面上斷裂走向的變化小，控制了大慶長垣以東地區幅度最大的斷陷——徐家圍子斷陷西部的發育（圖1）.

演化程度僅次于徐西斷裂的徐中斷裂，其特征表現為具有似鐘狀位移-長度曲線，但各區段轉換斜坡的硬連接程度不及徐西斷裂，斷裂平面上斷裂走向的變化略大于徐西斷裂，控制了安達-杏山斷陷的發育.與徐中斷裂相比較，四站斷裂和臨江斷裂各區段的演化程度較低，為鋸齒狀位移-長度曲線.四站斷裂和臨江斷裂平面上斷裂走向的變化大，共同控制的鶯山斷陷沉降幅度較小，這些特點也說明了這2條斷裂雖然在沙河子期已完成了聯合，但演化程度并不高.太平莊斷裂同四站斷裂、臨江斷裂相比較，其演化程度更低.位移-長度曲線呈鋸齒狀，并且斷裂整體活動規模更小，平面上斷裂走向的變化大，與東界朝陽斷裂共同控制了雙城斷陷的發育.如前所述，該斷陷沉降幅度很小，且沉降中心分散.

2.2 斷陷演化階段

松遼盆地北部的構造演化過程經歷了3個演化階段，即中小型斷陷盆地發育階段、大型拗陷盆地發育階段和新近紀盆嶺伸展盆地發育階段.其中斷陷盆地期火石嶺組、沙河子組、營城組3套地層的成因機制、分布規律都存在著明顯差異［7］.結合控陷正斷層生長發育，可進一步將大慶長垣以東斷陷盆地期劃分出初始裂陷期（火石嶺期）、強烈斷陷期（沙河子期）和斷陷萎縮期（營城期）等3個階段，分別代表斷陷盆地的孕育、伸展裂陷和萎縮覆蓋3個地質階段（圖4）.

2.2.1 初始裂陷期

該期是松遼盆地蓋層火山巖大量發育時期，沉積環境主要為火山巖臺地.雖有部分斷裂活動，但火石嶺組并不受控陷斷裂控制，其厚度在古地形低凹處較厚，而在古地形較高處則沉積較薄.斷裂活動并沒有控制并形成斷陷，只是伴隨著基底斷裂的活動，在研究區形成了以裂隙式噴發為主的火山巖沉積.其中以中基性火山巖為主，其沉積特征是以深水粗碎屑及火山巖相分布為主，巖性為火山巖，局部夾黑色泥巖、砂巖、中酸性凝灰角礫巖、凝灰熔巖等.

2.2.2 強烈斷陷期

沙河子組沉積時期，盆地進入了強烈斷陷發育時期.該期是以構造沉降為主的時期，沉積地層以大斷層為邊界，斷陷不斷擴展，并使地層掀斜，該期盆地以持續伸展沉降為特點，是湖相泥巖的主要發育時期.沙河子組以湖相碎屑為主，夾有少量火山巖.上段為砂泥巖，局部地區見有藍灰、黃綠色酸性凝灰巖，靠斷陷邊緣砂礫巖增多；下段砂泥巖夾煤層，常為穩定的可開采煤層.

2.2.3 斷陷萎縮期

斷陷盆地萎縮時期即斷拗轉化時期，區域性沉積-沉降格局發生了變化.不僅沙河子期沉積區發生沉積作用，有些隆起地區也下降接受沉積，斷陷間隆起區變窄.營城組地層并不嚴格受控陷斷層控制，地層最厚處分布于斷陷中心部位，但遠離斷層.營城組主要為以砂泥巖及火山巖沉積為主.火山巖的噴發可分為早晚2期：早期以酸性巖為主，巖石類型主要有流紋巖、英安巖和酸性火山碎屑巖；晚期以中、基性為主，局部有酸性火山巖存在，巖石類型主要有玄武巖、安山質玄武巖、安山巖和火山碎屑巖.

3 斷陷期改造作用

在松遼盆地北部，斷陷盆地期的擠壓作用可識別出3期，即沙河子期末的局部擠壓、營城一段末的局部擠壓以及營城期末的區域性擠壓作用.從前人對大慶長垣以東構造的解釋成果看［5，8］，不論是徐家圍子地區，還是鶯山地區，晚侏羅世—早白堊世斷陷均遭受了重要的改造作用.

3.1 沙河子期末的改造格局

沙河子組期末斷陷改造以局部性擠壓褶皺凸起并伴生次級逆斷層為其基本特征.沙河子組地層頂部普遍存在的剝蝕現象，表明沙河子組沉積結束后曾發生過強烈的構造運動.該期構造運動是斷陷期大慶長垣以東地區遭受的最強烈的改造階段.在這一背景下，沙河子組的剝蝕尖滅較大面積分布于背斜頂部（圖5）.

徐家圍子斷陷的擠壓構造形跡見于徐西斷裂及徐中斷裂的右階右彎曲處即北西轉向北東的拐彎處.如升平-興城斷彎褶皺發育于徐西斷裂北端的右階右彎曲處（圖6），徐中斷裂中段的右階右彎曲結構導致了宋站鼻狀構造的派生.

鶯山斷陷主要表現在斷裂的反轉及新逆斷層的產生，造成斷裂上盤地層上隆遭受局部剝蝕，北部的擠壓構造形跡主要發育于四站斷裂的右階右彎曲處，南部的擠壓構造形跡主要發育于臨江斷裂的右階右彎曲處.雙城斷陷的擠壓構造形跡主要發育于太平莊斷裂的右階右彎曲處.

3.2 營一段沉積結束后的改造作用

大慶長垣以東地區大面積缺失營二—四段地層，說明營一段沉積后的構造改造作用不容忽視.徐家圍子斷陷營一段時古地形低平，營一段全區覆蓋，但厚度總體較薄.營一段沉積結束后，發生了規模較大的擠壓作用.該期構造運動在徐家圍子地區東部形成一系列的逆斷層，并造成了營一段的局部剝蝕.但該期構造運動并沒有改變斷陷的整體構造格局.該期擠壓作用形成了徐中斷裂以東的向斜構造，在向斜部位營二段及三段的充填厚度大，同時該向斜與榆西斷裂控制的東部背斜組成斜歪向斜-背斜對（圖7）.

鶯山地區總體上營城組沉積時期，古地貌反差較小.在中部存在一北西西向隆起，隆起部位營城組地層較薄，甚至在五深1—莊深1井區、四深1井區缺失.

3.3 營城期末區域性的剝蝕夷平作用

在濱北的林甸-黑魚泡地區，營城組地層明顯變薄.而且地震剖面揭示，營城組地層的頂面的不整合現象明顯，主要表現為營城組的頂削和上覆登婁庫組地層的超覆.在濱北的其他地區，營城組地層基本全區缺失.雖然徐家圍子地區地層呈整合接觸，營城期頂面的剝蝕現象在地震剖面上不易識別，但鏡質體反射率提供了這種剝蝕存在的證據［9］.

4 伸展構造成因分析

松遼中新生代盆地的發育演化是太平洋構造域板塊間的相互作用和深部熱力作用發育演化的結果［7］.晚侏羅世以來，太平洋板塊向中國大陸板塊發生強烈俯沖碰撞，引起東部地區地殼伸展減薄，地慢隆起，巖漿噴發，地殼上部裂陷成盆并形成一系列北東向展布的隆起與拗陷格局，同生斷層較為活躍.晚侏羅世—早白堊世是該區斷陷盆地發育和巖漿噴發的極盛時期.在區域伸展作用過程中，在伊澤奈歧板塊北北西向運動的作用下，研究區內產生了近南北向擠壓、近東西向拉張的區域構造應力場（圖8）.隨著主干邊界斷裂伸展拆離，盆地基底快速大幅度沉降，同時斷裂上盤塊體發生翹傾掀斜.

隨著區域伸展作用的減弱，原先隆升的地幔差異回落，凹陷基底也開始慢速差異沉降，這種沉降迅速加劇了盆地區與造山區重力不均衡，但不均衡是短暫的.在重力均衡調整的過程中，造山區的不均衡重力逐漸轉換為側向收縮擠壓力，在逐漸轉換的過程中重力達到均衡.同時由于區域應力場的改變，在收縮擠壓應力場作用下，凹陷開始收縮反轉，早期構造選擇性反轉活動，產生了反轉構造，并疊加在早期伸展構造上，產生復合疊加構造.從形成時期上分析，本階段擠壓改造作用形成于北方鄂霍茨克海于早白堊世末關閉產生的擠壓碰撞.

5 構造控制天然氣成藏的討論

伸展型構造是松遼盆地油氣成烴、成藏的根本要素，也是油氣較富集的重要因素［11］.構造發育演化的周期旋回性直接控制著油氣系統的多期疊加.大慶長垣以東地區的主干控陷斷裂的活動控制著烴源巖的分布、生油凹陷的形成和發育［12-14］.構造可通過控制沉積、熱史來控制油氣的生成和聚集，同時斷裂還可作為油氣運移的通道.沙河子期徐家圍子斷陷原型盆地的沉降沉積中心，偏靠斷陷主控陷斷層，沙河子組沉積厚度最大達3800 m，沙河子組暗色泥巖和煤系地層厚達500～700 m以上，是最好的烴源區.沿基底主干斷層集中分布的火石嶺組、營城組火山巖，是深層最好的儲層.同時該區的斷裂活動既改善了儲層物性，也有利于天然氣從沙河子組烴源巖向儲層運移和深部無機成因天然氣就近富集，在基底斷層和變換帶控制的構造或巖性圈閉內成藏.因此，進一步研究斷陷構造和斷裂活動對于確定有利的替代天然氣勘探目標意義重大.

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Abstract：The extensional fault-depressions occurring broadly on the east of Daqing placanticline are the advantageous areas for natural gas exploration in the deep-layer of northern Songliao Basin.The fault-depressions are characterized by half-graben basins.From Late Jurassic to Early Cretaceous,the depression-controlling faults experienced the developing processes from independence,interaction to the unification.The deep fault-depressions in northern Songliao Basin went through three developing stages,i.e.the initial faulting stage in Huoshiling Period,the strong downfaulting stage in Shahezi Period,and the fault-depression depauperization stage in Yingcheng Period.The fault-depressions also underwent several compressive tectonic activities.The extensional structures provide excellent traps for oi1 and gas accumulations in the Songliao Basin.

Key words：Daqing placanticline;fault-depression;depression-controlling fault;reformation;Songliao Basin

THE DEEP FAULT DEPRESSIONS AND THEIR GENESIS ON THE EAST OF DAQING PLACANTICLINE IN SONGLIAO BASIN

LIANG Zheng-zhong
（Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China）

1671-1947（2010）02-0093-06

P542

A

2008－11－26；

2009-01-10.張哲編輯.

大慶有限責任公司攻關項目（DQYT-12-1002-2007-11812）資助.

梁正中（1978—），男，博士生，2003年畢業于石油大學（北京），研究方向盆地分析、儲層描述，通信地址廣東廣州五山中科院廣州地球化學研究所邊緣海實驗室，郵政編碼510640.