海拉爾盆地烏爾遜-貝爾凹陷下白堊統(tǒng)地層特征與構(gòu)造控制

烏爾森-貝爾塌陷是雅拉爾盆地的兩個凹陷。位于內(nèi)蒙古呼倫市。這是一個混合著內(nèi)蒙古-大興安嶺古生代沖突造山帶中的新生代盆地。基底為古生界和前古生界海相、海陸交互相地層,盆地中主要發(fā)育中生界白堊系和新生界第三系、第四系,地層總厚度達6000m,其中白堊系可劃分為1個群、5個組(圖1),即下白堊統(tǒng)興安嶺群(K1x)、銅缽廟組(K1t)、南屯組(K1n)、大磨拐河組(K1d)、伊敏組(K1y),上白堊統(tǒng)青元崗組(K2q)。主要生油層系分布于銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組,目前已經(jīng)在基底、興安嶺群、銅缽廟組、南屯組和大磨拐河組發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣藏。1對地層層序的認識烏爾遜—貝爾凹陷的地層組合和地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,雖經(jīng)多次厘定,但對地層層序的認識仍存在較大爭議1。依據(jù)層序地層學(xué)原理和孢粉組合,對鉆井和三維地震資料較多的烏爾遜—貝爾凹陷進行地層層序研究,重新確定了地層層序和各組、段級地層的內(nèi)涵。1.1地震反射層上白堊統(tǒng)基底頂面t5不整合面作為各級層序的界面,也是劃分組、段級地層的依據(jù)。烏爾遜—貝爾凹陷不整合面的確定主要依據(jù)地震剖面上的各種地震反射特征和鉆井剖面中的地層缺失。除基底頂面(T5)和上白堊統(tǒng)底面(T04)的不整合面外,在研究區(qū)還可識別出多個不整合面(地震反射層自上而下分別為T2、T21、T22、T23、T3、T4),其中T22代表了全區(qū)最重要的角度不整合面,在隆起上或盆地邊部的反射層之下存在明顯、分布廣泛的削截現(xiàn)象,在凹陷內(nèi)表現(xiàn)為該反射層之上的上超現(xiàn)象。除T22、T04反射層外,其它幾個反射界面削截現(xiàn)象分布局限,主要表現(xiàn)為向凹陷邊緣的漸次上超(圖1)。1.2頂、底界面的不整合面以地震剖面和鉆井識別的不整合面為界,考慮巖石學(xué)、生物學(xué)特征和地層空間分布等因素,確定海拉爾盆地烏爾遜—貝爾凹陷的下白堊統(tǒng)地層層序為興安嶺群、銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組(圖1)。興安嶺群在地震剖面上位于T5與T4之間,以貝16井區(qū)為例,底部為厚層安山巖或安山質(zhì)凝灰?guī)r,下部流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、流紋巖與灰綠色凝灰質(zhì)泥巖互層,上部含粗砂級沉凝灰?guī)r與凝灰質(zhì)泥巖互層,夾凝灰質(zhì)砂、礫巖。孢粉組合為巴彥花孢-無突肋紋孢-層環(huán)孢組合帶,蕨類孢子占絕對優(yōu)勢,主要分子:巴彥花孢、層環(huán)孢、石松孢、紫萁孢、帶環(huán)孢等。銅缽廟組頂、底界分別相當(dāng)于T3、T4所標(biāo)示的不整合面,下部以沖積扇、扇三角洲平原厚層凝灰質(zhì)礫巖為特征,中部為扇三角洲前緣中、薄層凝灰質(zhì)礫巖夾灰綠色凝灰質(zhì)泥巖,上部為灰綠色、灰黑色凝灰質(zhì)泥巖夾薄層砂、礫巖,總體構(gòu)成向上變細的旋回。孢粉組合帶為突肋紋孢-有突肋紋孢-光面三縫孢。南屯組頂、底界分別相當(dāng)于T3、T22所標(biāo)示的不整合面,在這兩個不整合面之間還有T23所代表的分布十分局限的不整合面,因此南屯組可分為二段。南一段總體上可劃分為兩個向上變細的沉積旋回,記錄了二次基準(zhǔn)面升降旋回,以烏25井為例,南一段1650.0～1308.0m,下部為扇三角洲前緣中薄層礫巖夾薄層灰黑色泥巖,上部為深—半深湖相泥巖夾重力流成因的薄層礫巖;南二段1308.0～1100.0m,底部為扇三角洲前緣砂巖夾灰黑色泥巖,向上砂巖減薄,層數(shù)減少,頂部為深—半深湖相泥巖。整體上南一、二段兩個旋回又構(gòu)成了一個向上變細、能量減弱的大旋回。地層中普遍含有火山物質(zhì),一般為凝灰質(zhì)顆粒和粉塵混入碎屑巖中,也有砂級沉凝灰?guī)r。孢粉組合帶南一段為雙束松粉-單束松粉-原始古松粉,裸子植物占絕對優(yōu)勢,原始的松柏粉含量高;南二段為克拉梭粉-云杉粉-單束松粉。產(chǎn)介形類、葉肢介和魚化石。大磨拐河組頂、底界分別為T2和T22所代表的不整合面,據(jù)T21所標(biāo)志的不整合面和巖石組合也可分為二段,分別為砂巖層厚度向上減薄、層數(shù)減少的兩個向上變細的旋回,整體以厚層灰黑色、深灰色泥巖為主。孢粉組合以裸子植物為主,大一、二段分別對應(yīng)同心粉-杉科粉-紫箕孢和桫欏孢-杉科粉-同心粉二個組合帶。以大磨拐河組底面不整合為界,上下地層分布有較大差異。不整合面之下,凹陷內(nèi)(貝西、烏中、烏北、敖腦海等凹陷)地層發(fā)育齊全,隆起區(qū)(蘇德爾特、霍多莫爾、烏西、蘇仁諾爾)和斜坡區(qū)(貝西、烏東等)南屯組地層普遍遭受剝蝕,一般只殘留南一段,或南屯組全部被剝蝕而導(dǎo)致銅缽廟組直接與大磨拐組接觸。不整合面之上,大磨拐河組地層自凹陷中心部位向四周漸次上超,直到大二段沉積晚期逐漸覆蓋隆起和邊緣斜坡,伊敏組為一套分布廣泛的巨厚沉積層。伊敏組為分布廣泛、厚度很大的沉積層,主要為一套巨厚的河、湖、湖沼相的砂泥互層組合,夾多套煤層,巖性以灰綠、綠灰色泥質(zhì)巖為主,偶見薄層砂巖。孢粉以蕨類孢子為主,厘定后伊敏組包括三段,巖性上總體表現(xiàn)為正旋回,厚600～1000m。伊敏組一段底面(T2)在局部地段與下伏地層呈角度不整合關(guān)系,在烏南地區(qū)表現(xiàn)明顯;伊敏組頂面的不整合(T04)為上、下白堊統(tǒng)界線。伊敏組各段之間的界線主要為巖性界面。孢粉以蕨類孢子為主。青元崗組的底界(T04)為一分布比較廣泛的不整合面,與下伏反射波組呈角度不整合接觸。巖性主要為紫紅、棕紅、灰綠色泥巖夾砂巖,底部為灰白色、雜色砂礫巖,厚150～220m。該組中產(chǎn)孢粉、介形類、輪藻、腹足類等化石。由于地層分布復(fù)雜,導(dǎo)致各地區(qū)生儲蓋組合的復(fù)雜性。垂向上伊敏組區(qū)域蓋層之下,興安嶺群與銅缽廟組、南屯組一、二段和大磨拐河組一、二段,各自構(gòu)成一套儲蓋組合,因此烏爾遜—貝爾凹陷應(yīng)存在5套儲蓋組合,但由于地層的缺失和相變,5套儲蓋組合在平面上并不連續(xù)。2到東南角還沒有得到統(tǒng)一認識烏爾遜—貝爾凹陷的構(gòu)造十分復(fù)雜,很多學(xué)者做了大量的研究工作,提出了一系列新見解,到目前為止還沒有得到統(tǒng)一認識。自20世紀(jì)90年代中葉開始,大慶油田公司在二維地震工作的基礎(chǔ)上,對部分地區(qū)開展了三維地震工作,特別是最近幾年三維地震工作逐步覆蓋全區(qū),對研究區(qū)構(gòu)造特征的研究有了新認識2。2.1大磨拐河組—烏爾遜凹陷烏爾遜凹陷主體是由南北向的烏西斷層帶(烏西1號、烏西2號斷層)控制的單斷型箕狀斷陷盆地,其構(gòu)造樣式相對簡單。烏爾遜凹陷主要發(fā)育烏西斷層帶和與之伴生的一系列南北向正斷層組合(烏中斷層帶)及由其構(gòu)成的花狀構(gòu)造、北東向斷層組合(蘇仁諾爾斷層帶)和北東東向斷層帶(黃旗廟斷層帶)(圖2)。在興安嶺群—南屯組沉積時期,烏爾遜凹陷的控陷斷層主要表現(xiàn)為在斷層下盤的地層沉積厚度相對較小且穩(wěn)定,在斷層上盤的地層厚度較大,遠離斷層沉積物的厚度逐漸減小,呈現(xiàn)出明顯的生長現(xiàn)象,反映了研究區(qū)主要受到伸展變形作用。在大磨拐河組—伊敏組一段沉積時期,在控陷斷層上盤、靠近斷層的部位地層的沉積厚度最小,遠離斷層的地層厚度逐漸增大,在凹陷內(nèi)部地層的厚度基本穩(wěn)定,表現(xiàn)出靠近斷層附近構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用強烈,遠離斷層構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用較弱的特點,反映了研究區(qū)主要受到擠壓變形作用。在伊敏組二段沉積時期,烏西1號斷層基本處于穩(wěn)定狀態(tài),烏西2號斷層開始形成并強烈活動,表現(xiàn)出犁式正斷層的特點,使伊敏組二段的沉積地層在斷層上盤沉積很厚而遠離斷層部位的沉積地層厚度逐漸減小,反映了研究區(qū)又受到伸展變形作用。另外,此時形成的烏中斷層帶具有花狀構(gòu)造的特征(圖2),說明烏爾遜凹陷中的南北向構(gòu)造既具有伸展構(gòu)造的特征,又具有走滑構(gòu)造的特征。在伊敏組三段沉積時期的擠壓過程中,烏西1號斷層和烏西2號斷層都發(fā)生了反轉(zhuǎn)作用,但烏西2號斷層的反轉(zhuǎn)作用較強烈,在烏爾遜凹陷的中部形成一個軸向南北的大型背斜構(gòu)造,在大型背斜構(gòu)造上部的局部地段形成斷層傳播褶皺,并發(fā)育反向突破斷層(圖3a),使研究區(qū)普遍隆升而遭受剝蝕。上白堊統(tǒng)青元崗組以角度不整合與下伏地層接觸,青元崗組和新生界受到變形改造相對較弱,產(chǎn)狀在空間上變化較小。2.2控陷斷層與北北緣組合貝爾凹陷是一個規(guī)模比烏爾遜凹陷大得多的凹陷,其構(gòu)造樣式和構(gòu)造格局遠比烏爾遜凹陷復(fù)雜。貝爾凹陷是由一系列北東向犁式正斷層控制的箕狀斷陷(如蘇乃諾爾斷層帶)和北東東向斷層帶(如霍多莫爾斷層帶,蘇德爾特斷層帶和敖腦海斷層帶)控制的箕狀斷陷。此外,貝爾凹陷還發(fā)育少量南北向斷層組合和北西向斷層組合(圖2)。在興安嶺群—南屯組沉積時期,北東向和北東東向斷層組合在貝爾凹陷都比較發(fā)育,是兩組最重要的控陷斷層,這兩組斷層都具有上部傾角大、下部傾角小的犁式正斷層特征,其中北東向正斷層組合在研究區(qū)最為發(fā)育(圖2),但北東東向斷層與北東向斷層有所不同,在空間上呈現(xiàn)平直延伸,在剖面上斷層的傾角較大,與這些控陷斷層伴生的還有典型的負花狀構(gòu)造,盡管上述兩個方向的斷層組合形成于同一時期,但其幾何學(xué)特征的差異是較明顯的,由此可以判斷其力學(xué)性質(zhì)是不同的。由上述特征可知,貝爾凹陷在興安嶺群—南屯組沉積時期主要受到伸展變形作用。在大磨拐河組—伊敏組一段沉積時期,早期的控陷犁式正斷層組合普遍出現(xiàn)反轉(zhuǎn)作用的特征,其中以北東向斷層表現(xiàn)得最強烈,研究區(qū)出現(xiàn)了整體抬升(圖3b),反映了研究區(qū)主要受到擠壓作用。在伊敏組二段沉積時期,貝爾凹陷也受到拉伸作用的改造,使早期的控陷斷層再次活動,沉積物在斷層上盤沉積較厚,下盤沉積較薄,又表現(xiàn)為伸展斷陷的特征,但這期伸展作用在貝爾凹陷的北東向、北東東向控陷正斷層遠不如烏爾遜凹陷的南北向控陷正斷層表現(xiàn)得清楚。在伊敏組三段—青元崗組沉積時期,貝爾凹陷的北東東向斷層受到擠壓作用,使早期形成的斷層出現(xiàn)正反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,形成規(guī)模較大的背斜構(gòu)造(圖3b)。青元崗組在大部分地段都表現(xiàn)為整合接觸。貝爾凹陷發(fā)育的北西向斷層較少,主要集中于與烏爾遜凹陷接壤的巴彥塔拉斷層帶,這些北西向斷層在平面上延伸穩(wěn)定,在剖面的地層切割關(guān)系上呈現(xiàn)出負花狀構(gòu)造的特征,而斷層之間斷夾塊的地22層又表現(xiàn)出上突的形態(tài),并切割了青元崗組之下的所有地層及早期形成的北東向和北東東向控陷斷層,說明北西向斷層組合是在伊敏組中段和上段沉積時期形成的負花狀構(gòu)造,在伊敏組三段—青元崗組沉積時期的擠壓作用過程中又受到了變形改造,表現(xiàn)出正花狀構(gòu)造的特征。3油氣藏現(xiàn)狀油氣藏海拉爾盆地是由中、小規(guī)模斷陷群組成的中新生代伸展型-擠壓型復(fù)合盆地,其中發(fā)育不同方向、不同時期的構(gòu)造。烏爾遜—貝爾凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要集中于北東向斷層帶(蘇仁諾爾斷層帶、蘇乃諾爾構(gòu)造帶)、北東東向斷層帶(蘇德爾特斷層帶、霍多莫爾斷層帶、黃旗廟斷層帶)、南北向斷層帶(烏中斷層帶)和北西向斷層帶(巴彥塔拉斷層帶)。這些構(gòu)造不僅影響了凹陷的大小、深淺、展布方向,而且會影響沉積地層的接觸關(guān)系、巖性變化和有機質(zhì)的含量、生油能力及油氣生成、運移、聚集等,所以研究區(qū)構(gòu)造與油氣成藏的關(guān)系十分密切。3.1不整合面為油氣運移提供了有利的通道角度不整合既是沉積現(xiàn)象,也是構(gòu)造現(xiàn)象,往往與構(gòu)造隆升有關(guān)。烏爾遜—貝爾凹陷中的不整合十分發(fā)育,在盆地內(nèi)可識別出多個不整合面,每個組的頂、底界都為角度不整合—平行不整合—整合接觸,層序內(nèi)部也存在局部不整合。不整合面是油氣運移的重要通道之一,尤其是銅缽廟組、南屯組和大磨拐河組一段3套成熟生油層上、下的不整合面是最有利的“聚油面”。一方面直接接受上下相鄰烴源層排出的烴類,另一方面是它的上面為低水位體系域的砂體,下面是高水體系域的砂體,不整合面的存在可以改善油氣的儲集空間及性能,形成了良好的儲集空間。同時不整合面為油氣的聚集提供了有利的圈閉,沿著砂礫巖輸導(dǎo)層、斷裂和不整合側(cè)向運移的烴類,在不整合面上、下有利圈閉中聚集成藏。在盆地基巖頂部的不整合面發(fā)現(xiàn)了多個基巖油氣藏,銅缽廟組頂不整合面上、下發(fā)現(xiàn)了多個構(gòu)造-地層和斷塊型油氣藏,在南屯組頂不整合面上下發(fā)現(xiàn)了多個構(gòu)造和斷層-巖性油氣藏。因此,不整合面上、下是油氣的主要富集層段。3.2斷層開裂類構(gòu)造樣式烏爾遜—貝爾凹陷北東向斷層帶、北東東向斷層帶和南北向斷層帶都是控制盆地形成的長期活動斷層,既經(jīng)歷了伸展作用階段,又經(jīng)歷了擠壓作用階段,形成一系列斷層遮擋的斷鼻、斷塊、反轉(zhuǎn)構(gòu)造和斷層相關(guān)褶皺等多種構(gòu)造樣式,以斷塊、地層-構(gòu)造圈閉為主。上述構(gòu)造帶具有發(fā)育時間早、臨近生烴強度高的主生油洼槽(由北東向、北東向和近南北向斷層控制的大型箕狀斷陷),銅缽廟組和南屯組高位域扇三角洲、辮狀河三角洲相帶儲層厚度大、物性好,主干斷裂和不整合是油氣運移的主要通道,具有生油巖與構(gòu)造帶接觸面積大、配置關(guān)系好等有利特點。北西向斷層帶是較晚形成的走滑斷層帶,對早期形成的油氣藏進行破壞或改造,形成新的油氣藏。3.3烏爾遜—控陷斷層與油氣運移、聚集斷層的活動性是斷層封閉性研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,活動斷層的主體部分是開啟的,與生烴、排烴同期活動的斷層可作為油氣運移的通道,此時斷層活動與生烴時間匹配較好,否則斷層活動就不與生烴時間相匹配,不能成為油氣運移的有效通道,對油氣成藏不利。烏爾遜—貝爾凹陷中的控陷斷層基本上都是生長斷層,無論在伸展還是在擠壓條件下,都具有長期活動的特征,是油氣運移的主要通道,并且可以形成各種類型的油氣藏。斷裂構(gòu)造帶多為地層壓力釋放區(qū),成為油氣的有利指向區(qū)。頻繁、劇烈的斷裂活動能夠在盆地形成多個不同類型的不整合面,風(fēng)化淋濾溶蝕等物理風(fēng)化作用強烈,形成良好滲透性的風(fēng)化殼,對油氣運移和成藏起重要作用。例如,在貝爾、烏爾遜斷陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏,縱向上油氣主要富集在目的層不整合面的上、下,平面上都集中在主生油洼槽及周邊的幾個大型控陷斷裂構(gòu)造帶上,證實了主干控陷斷裂和不整合是油氣運移的主要通道。4烏爾現(xiàn)有4個斷裂帶(1)在烏爾遜—貝爾凹陷的基底頂面和上白堊統(tǒng)底面的不整合面之外,識別出多個不整合面。依據(jù)層序地層學(xué)原理和孢粉組合,確定下白堊統(tǒng)自下而上的地層層序為興安嶺群、銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組。(2)烏爾遜—貝爾凹陷主要發(fā)育4個方向的構(gòu)造帶,即北東向斷層帶、北東東向斷層帶、南北向斷層帶和北西向斷層帶。其中北東向斷層帶、北東東向斷層帶和南北向斷層帶都是控