莫里青斷陷西北緣走滑斷裂帶特征及油氣地質(zhì)意義

楊玲，鮑志東，杜宜靜，侯鵬飛，劉保磊

(1. 中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京，102249；2. 中國石油集團(tuán)測井有限公司 油氣評價中心，陜西 西安，710077；3. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083)

走滑構(gòu)造作用可形成復(fù)雜的構(gòu)造系統(tǒng)，且往往與油氣分布關(guān)系密切，因此是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。伊通盆地是發(fā)育于郯廬斷裂帶北段佳木斯—伊通斷裂帶上的走滑性盆地，而莫里青斷陷位于伊通盆地南段，是伊通盆地的一個二級構(gòu)造單元，其發(fā)育受郯廬斷裂帶復(fù)雜動力背景控制[1-2]。莫里青斷陷演化經(jīng)歷走滑拉張、擠壓等多重應(yīng)力作用，使得西北緣構(gòu)造特征極其復(fù)雜[3-4]。眾多學(xué)者討論過伊通段的控盆邊界斷裂特征及其擠壓逆沖現(xiàn)象，如：童亨茂等[5-6]根據(jù)露頭、地震、測井等資料分析認(rèn)為西北緣邊界斷裂是一條走滑性質(zhì)的斷裂，經(jīng)歷過右旋張扭和右旋壓扭兩重作用，并對盆地的形成和演化起控制作用；孫曉猛等[7]根據(jù)露頭觀察認(rèn)為伊通西北緣發(fā)育斷裂帶為大型逆沖構(gòu)造帶，在白堊紀(jì)以來至少發(fā)生兩期強(qiáng)烈的逆沖作用；劉萬崧等[3]根據(jù)重磁資料處理解釋結(jié)果認(rèn)為西北緣邊界斷裂呈現(xiàn)張性特征，屬高角度正斷層，且在伊通地塹西北邊緣盆地內(nèi)側(cè)存在寬度2 km左右的破碎帶。上述研究多對西北緣斷裂的性質(zhì)、擠壓和逆沖等活動的存在性進(jìn)行討論，但對斷裂帶內(nèi)部構(gòu)造特征的研究不夠深入，特別是其對油氣勘探的作用認(rèn)識不清，進(jìn)而影響到對莫里青斷陷的構(gòu)造、沉積特征及油氣富集規(guī)律的正確認(rèn)識，制約了該區(qū)的進(jìn)一步油氣勘探。本文作者綜合多種資料和研究成果，對莫里青斷陷西北緣走滑斷裂帶的特征及其油氣成藏的作用進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)背景

莫里青斷陷位于伊通地塹南段，西南以東遼河斷裂為界，其東北以伊丹隆起相隔與鹿鄉(xiāng)斷陷為鄰，其西北邊界為產(chǎn)狀近于直立的控盆斷裂，其東南呈緩坡狀或斷階狀與那丹哈達(dá)嶺相鄰，是一個斷裂構(gòu)造復(fù)雜的狹長半地塹式走滑盆地。伊通地塹在構(gòu)造上分為岔路河斷陷、鹿鄉(xiāng)斷陷和莫里青斷陷3個二級構(gòu)造單元，見圖1，而莫里青斷陷又可進(jìn)一步劃分為靠山凹陷帶、小孤山斜坡帶、馬鞍山斷階帶、尖山斷隆帶和西北緣褶皺帶等三級構(gòu)造單元[8]。斷陷內(nèi)沉積充填西北厚、東南薄，地層產(chǎn)狀傾向西北；基底為大面積分布的海西期、燕山期花崗巖，少部分為古生代變質(zhì)巖和中生代火山巖。沉積蓋層主要為古近系、新近系，自下而上依次為雙陽組、奢嶺組、永吉組、萬昌組、齊家組、岔路河組等，見表1。

表1 莫里青地區(qū)地層劃分表Table 1 Stratigraphic division table of Moliqing Fault Depression

2 西北緣走滑斷裂帶構(gòu)造特征

西北緣斷裂屬郯-廬斷裂帶北段依蘭-伊通斷裂帶的南段，是一條具有典型走滑性質(zhì)的高角度斷裂[9]，它控制了莫里青斷陷的發(fā)育。由于西北緣斷裂經(jīng)歷了走滑拉張、擠壓、基底隆升等多重應(yīng)力的綜合作用，使得斷陷西北緣逆沖斷層及擠壓褶皺十分發(fā)育，形成了構(gòu)造特征十分復(fù)雜的西北緣走滑斷裂帶。

2.1 西北緣走滑斷裂帶特征

研究區(qū)三維地震資料精細(xì)解釋表明，莫里青斷陷西北緣斷裂在成盆期是一條具有走滑性質(zhì)的高角度張性深大斷裂，斷入巖石圈基底，新生代以來，西北緣邊界斷裂以垂直升降為主，右行走滑為輔，由于晚期(新近系時期)受區(qū)域擠壓應(yīng)力及大黑山隆升共同作用發(fā)生擠壓反轉(zhuǎn)，使得盆地西北緣斷裂及附近地層發(fā)生了強(qiáng)烈的擠壓、逆沖和褶皺等構(gòu)造變形，形成一條平行于盆地西北緣展布的、寬約2 km左右的逆沖擠壓破碎帶，即西北緣走滑斷裂帶(圖2)。斷褶帶內(nèi)部構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，發(fā)育眾多具有走滑性質(zhì)的次級逆沖斷層、擠壓褶皺，斷褶帶內(nèi)地層變形(破碎)強(qiáng)烈，但其外邊界相對較明確，為盆地邊緣強(qiáng)烈擠壓變形帶與盆內(nèi)較穩(wěn)定地層的分界。垂向上看，西北緣走滑斷裂帶淺層斷裂及褶皺更加比深層更發(fā)育，往深部斷褶帶范圍逐漸變窄且斷裂及褶皺也隨之減少，呈花狀斷裂構(gòu)造特征(圖3(b)～(e))，表明晚期擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造具有走滑性質(zhì)。這與反轉(zhuǎn)期的區(qū)域右行擠壓應(yīng)力方式和盆緣大黑山地壘隆升特征密切相關(guān)。西北緣走滑斷裂帶內(nèi)斷層的沖斷形式有簡單逆沖、似花狀逆沖等。

圖1 莫里青斷陷區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Regional structure location of Moliqing Fault Depression

圖2 莫里青斷陷雙一段頂面斷裂分布及主應(yīng)力方向Fig.2 Fault distribution on top surface of Shuang 1 Member and direction of principal stress in Moliqing Fault Depression

鉆井巖心也揭示了斷陷西北緣地層強(qiáng)烈褶皺變形等特征，如伊50井雙陽組巖心揭示了該處地層強(qiáng)烈破碎及變形，斷裂發(fā)育且切割關(guān)系復(fù)雜(圖 3(f))；伊 8井雙陽組巖心顯示灰黑色薄層泥巖較規(guī)則夾于灰色砂巖中，兩側(cè)突變界面呈傾斜狀，且下部砂巖中發(fā)育小型斷裂，這些特點(diǎn)都清楚解釋了西北緣地層曾遭受強(qiáng)烈的構(gòu)造變形作用(圖3(g))。

圖3 莫里青斷陷西北緣斷裂帶地震剖面及巖心特征Fig.3 Seismic section and core characteristics of northwestern margin fault zone in Moliqing Fault Depression

2.2 西北緣走滑斷裂帶演化及成因

莫里青斷陷是在兩邊界斷裂控制下形成并發(fā)育起來的走滑型斷陷盆地，綜合地震剖面上西北緣的走滑逆沖及花狀等構(gòu)造特征、盆地東南緣尖山構(gòu)造帶的隆起形態(tài)及地層剝蝕情況、平衡剖面分析等來看(圖4)，莫里青斷陷都經(jīng)歷過后期的擠壓逆沖反轉(zhuǎn)及抬升作用。可見：西北緣走滑斷裂的發(fā)育宏觀上經(jīng)歷了早期張扭和晚期壓扭兩個演化階段(圖5)。

新生代始新世，東亞地區(qū)普遍處于伸展應(yīng)力場中[10-11]，早始新世時期，太平洋板塊運(yùn)動方向由北北西向轉(zhuǎn)為北西西向，使得佳木斯—伊通斷裂兩側(cè)塊體相對右行走滑[12-14]，即莫里青斷陷兩側(cè)的大黑山地壘和那丹哈達(dá)嶺地塊發(fā)生分離運(yùn)動，其間的塊體則在剪切—伸展應(yīng)力作用下開始裂陷并沉降，莫里青斷陷開始發(fā)育。早始新世末期，莫里青斷陷開始進(jìn)入主成盆期，大黑山和那丹哈達(dá)嶺兩陸塊相對右行滑動所產(chǎn)生的近南北向張扭應(yīng)力進(jìn)一步加強(qiáng)，見圖 2。塊體兩側(cè)斷裂進(jìn)一步活動，使得裂陷加寬加深而形成斷陷盆地。此應(yīng)力作用下，莫里青斷陷發(fā)育的伸展期斷裂系統(tǒng)在平面上主要由近EW向的張性正斷層和NE走向的張扭性斷層組成，同時在大黑山一側(cè)則形成了一條具有走滑性質(zhì)的高角度張性深大斷裂，該西北緣邊界斷裂對斷陷盆地的發(fā)育起主要控制作用。

漸新世末期，區(qū)域應(yīng)力場發(fā)生轉(zhuǎn)變，大黑山地壘和那丹哈達(dá)嶺地塊發(fā)生滑動的同時也相互匯聚，使得區(qū)域應(yīng)力場由先前的張扭轉(zhuǎn)變?yōu)閴号?圖2)，盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)。在該應(yīng)力場作用下，盆地開始壓扭隆升，盆地東南緣尖山等構(gòu)造高部分地層(圖 5(b))在壓扭及基底隆升的共同作用下呈上拱弧形形態(tài)，并同時發(fā)育眾多正逆斷層。而盆地西北緣斷裂發(fā)生擠壓逆沖活動而形成逆沖斷層及褶皺帶，形成了獨(dú)具特色的西北緣走滑斷裂帶。漆家福等[15-16]研究也認(rèn)為郯廬斷裂帶在經(jīng)歷了伸展斷陷活動后，晚期的構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)為新近紀(jì)以來的擠壓逆沖及小幅度右行平移。

3 走滑斷裂帶的油氣勘探的意義

走滑斷裂與油氣分布關(guān)系密切[17-18]，莫里青斷陷西北緣走滑斷裂系我國東部郯廬斷裂帶的一部分，也對油氣分布具有明顯的控制作用。

3.1 走滑逆沖斷裂帶與水下扇儲集體

由于莫里青斷陷西北緣走滑斷裂為同生控盆深大斷裂，導(dǎo)致盆地邊緣地形高差十分懸殊，坡度很大，易形成重力流沉積，且重力流下切侵蝕作用強(qiáng)烈，是研究區(qū)雙陽組、奢嶺組等沉積時期發(fā)育大規(guī)模水下扇的構(gòu)造原因。西北緣同生斷裂的活動不僅造成大的地形高差，同時也促進(jìn)了物源區(qū)風(fēng)化作用和剝蝕作用的加強(qiáng)，使西北緣老山成為水下扇的主要物源區(qū)。研究區(qū)水下扇以多個平行的點(diǎn)物源為特征，形成相互獨(dú)立的扇體。當(dāng)物源供給充足時，相鄰扇體(尤其是外扇)相連或疊置，在平面上呈扇裙分布(圖6(a))。另外，西北緣大斷裂使得斷陷西北方向沿控盆斷裂直接進(jìn)入深湖區(qū)，一方面深湖區(qū)是盆地最低洼帶，是水下重力流運(yùn)動的指向區(qū)，另一方面深湖區(qū)一般水體條件穩(wěn)定，使得水下扇得以很好的保存。上述與莫里青斷陷西北緣走滑大斷裂密切聯(lián)系的地形、物源等條件綜合作用，使得沿西北緣斷裂一線發(fā)育了一系列湖泊水下扇(圖6(a))，可見西北緣走滑斷裂為盆地水下扇沉積提供了有利條件。

圖6 莫里青斷陷西北緣水下扇沉積特征Fig.6 Sediment features of underwater fan in northwestern margin of Moliqing Fault Depression

通過巖心、錄井、鉆測井和地震等資料的綜合分析，發(fā)現(xiàn)莫里青斷陷西北緣水下扇具有以下基本特征：水下扇可以進(jìn)一步分為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相；巖性主要為灰色顆粒支撐的砂礫巖、砂巖與灰色或深灰色泥巖、粉砂巖互層，水下扇沉積體中常見砂巖混雜堆積(圖6(b))、泥巖撕裂構(gòu)造(圖6(c))、疊狀構(gòu)造、重荷模等構(gòu)造，反應(yīng)了重力流沉積特點(diǎn)；從單井上看，水下扇沉積上下常為灰黑色半深湖泥巖，測井曲線總體上呈漏斗狀或指狀(圖6(e))；概率累積曲線圖上，水下扇中扇的粒度分布為三段式或二段式，總體斜率較低(圖6(f))，表明分選較差，且懸浮總體含量高，充分反應(yīng)了濁流懸浮搬運(yùn)的方式；在地震剖面上，水下扇在橫向上(盆地軸向)總體呈丘狀雜亂反射，縱向上呈楔狀雜亂反射結(jié)構(gòu)(圖6(d))。

3.2 水下扇儲集體與油氣關(guān)系

前已述及西北緣走滑斷裂為莫里青斷陷水下扇沉積提供了有利條件，使得沿西北緣斷裂一線分布了一系列水下扇砂體，其中物性好的砂體成為儲集油氣的有效砂體。本次對水下扇沉積體與油氣關(guān)系作進(jìn)一步分析，以便更深入了解走滑斷裂帶對油氣聚集的作用。

勘探結(jié)果表明：水下扇是研究區(qū)雙陽組目前發(fā)現(xiàn)油氣井最多的相區(qū)，油氣高產(chǎn)井主要分布于盆地西北緣水下扇的中扇區(qū)，水下扇的內(nèi)扇和外扇分布較少(圖6)。原因可能是水下扇內(nèi)扇相的砂體離物源較近，分選較差，物性條件不利于油氣聚集成藏；而水下扇外扇以泥質(zhì)沉積為主，儲集體久發(fā)育，也不利于油氣的聚集。此外，沉積微相類型與產(chǎn)能關(guān)系圖(圖7)表明：水下扇中扇辮狀水道(BS)的油氣產(chǎn)能較高；疊覆扇舌和外扇薄層砂等微相油氣產(chǎn)能相對較低。雙陽組水下扇中扇辮狀水道微相上的單井油氣產(chǎn)能多在17 t/d以上，最高可達(dá)147.2 t/d，是油氣藏的主要分布區(qū)，伊60井2 079～2 074 m等處的油層皆是水下扇中扇辮狀水道產(chǎn)層的典型實(shí)例。

3.3 走滑逆沖斷裂遮擋油氣

走滑斷裂帶對油氣的生、運(yùn)、聚具有重要的控制作用[19-20]。莫里青斷陷西北緣走滑斷裂所控制的臨近深湖凹陷中發(fā)育的雙陽組、奢嶺組等暗色泥巖具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度，為研究區(qū)油氣成藏提供了很好的烴源巖條件。同時沿西北緣走滑斷裂發(fā)育的一系列水下扇砂體可作為儲層。此外西北緣走滑斷裂帶內(nèi)發(fā)育的花狀構(gòu)造、斷褶皺等構(gòu)造圈閉可以為油氣聚集提供場所，斷層活動又為油氣運(yùn)移提供了有效通道。另一方面，一些斷層由早期的正斷層轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诘木哂袛D壓性質(zhì)的壓性斷層，在逆沖斷層附近由于擠壓和斷層泥的涂抹作用，能夠作為油氣進(jìn)一步上移的遮擋(圖8)。烴源巖、儲集層、圈閉、運(yùn)移、遮擋等條件的有效配置，為莫里青斷陷油氣聚集成藏提供有利條件。莫里青斷陷西北緣走滑-逆沖構(gòu)造特征及油氣分布規(guī)律表明整個斷陷的油氣富集條件并沒有因晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)而遭受嚴(yán)重破壞，反而在西北緣發(fā)生的適當(dāng)?shù)哪鏇_斷層活動和褶皺變形使得油氣得以更好的聚集成藏。因此，研究區(qū)西北緣走滑斷裂帶是較有利的油氣富集區(qū)帶。

圖7 莫里青斷陷雙陽組沉積微相與油氣產(chǎn)能關(guān)系Fig.7 Relationship between sedimentary micro-facies and productivity of Shuangyang formation in Moliqing Fault Depression

圖8 莫里青斷陷雙二段油層分布剖面圖Fig.8 Oil layer distribution of second segment of Shuang 2 Member in Moliqing Fault Depression

4 結(jié)論

(1)莫里青斷陷西北緣斷裂宏觀上經(jīng)歷了早期張扭和晚期壓扭2個階段，該斷裂在成盆期是一條具有走滑性質(zhì)的高角度張性斷裂，新近系時期受擠壓應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)，使斷裂及附近地層發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，形成一條平行于盆地西北緣展布的走滑斷裂帶。斷裂帶內(nèi)發(fā)育眾多具有走滑性質(zhì)的次級逆沖斷層、擠壓褶皺、花狀等構(gòu)造。

(2)莫里青斷陷西北緣走滑大斷裂通過使盆地邊緣地形高差懸殊、促進(jìn)物源區(qū)風(fēng)化作用和剝蝕作用、且靠近西北緣斷裂發(fā)育深湖區(qū)等因素為湖泊水下扇沉積創(chuàng)造了有利條件，為研究區(qū)油氣聚集提供了有效儲層條件，且水下扇中扇辮狀水道微相上的油氣產(chǎn)能較高。

(3)莫里青斷陷西北緣走滑斷裂帶是較有利的油氣富集和勘探區(qū)帶。沿西北緣走滑斷裂發(fā)育的水下扇中扇辮狀水道砂體物性較好且靠近深湖相烴源巖，斷裂帶內(nèi)的花狀構(gòu)造及褶皺等構(gòu)造圈閉為油氣聚集提供有利場所，且斷層活動為油氣運(yùn)移提供有效通道，晚期具有擠壓性質(zhì)的壓性斷層又可以阻止油氣運(yùn)移，各種條件的有效配置為莫里青斷陷油氣聚集成藏提供有利條件。

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