海塔盆地中部断陷带反转构造特征及其对油气的控制

朱丽旭，吕延防，吴 宇，魏长柱，张维君，尚 尧

（1.东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318； 3.胜利油田有限责任公司河口采油厂，山东东营 257000； 4.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆 163300； 5.东北石油大学 总务处，黑龙江 大庆 163318）

0 引言

反转构造为同一地质体在不同地质历史时期，构造作用发生反向变化所产生的与前期构造性质相反的一种复合构造［1-3］.海拉尔—塔木察格盆地（简称海塔盆地）中部断陷带自勘探开发以来，多个凹陷地震剖面显示该区构造反转特征，形成大规模反转构造，这些反转构造与油气藏分布密切相关，多数油气藏分布于主干反转断裂迭加部位［4］；反转构造对于上部油气藏的形成具有重要调整作用［5］.该区反转构造大部分属于“挤压倾滑型”，形成的圈闭规模较大，具备形成大型油气藏条件［6］.研究者对研究区内反转构造与油气藏关系、反转构造类型及宏观反转成藏条件进行评价和描述［7-15］，如董焕忠、张立含等认为反转构造与油气藏关系密切，反转期对油气藏具有调整作用；崔全刚、冯志强、李明刚及付广等认为反转构造控制相当部分油气藏分布；陈均亮、吴河勇等认为现今发育的反转构造为两期反转产物，形成许多优异圈闭，是寻找油气藏的有利目标.

对海塔盆地中部断陷带反转构造类型及分布、形成机制、对油气藏的控制作用等研究较为少见.笔者基于地震解释剖面，结合区域构造地质及开发资料，对海塔盆地中部断陷带的反转构造进行分类，划分分布区域，并结合地球化学、油气藏模拟研究结果分析研究区内不同类型反转构造特征及分布、形成机制、形成油气藏的原因及其对油气成藏的控制作用，为该区勘探开发及类似反转构造分析提供指导.

1 反转构造类型及分布特征

海塔盆地中部断陷带包括乌尔逊、贝尔、南贝尔和塔南4个凹陷，已发现苏仁诺尔、乌东、苏德尔特、呼和诺仁、贝中、南贝尔东洼槽北次洼和塔南7个规模较大的油田，油气含量丰富.地层层序由下至上为铜钵庙组、南屯组（包括南一、二段）、大磨拐河组（包括大一、二段）、伊敏组（包括伊敏组一、二、三段）及青元岗组.纵向上分布3套含油气系统［16］：（1）南一段中为烃源岩，南一段下、中为储集层，南一段上亚段为盖层构成的下部含油气系统；（2）南一段上为烃源岩，南一段上、南二段为储集层，大磨拐河组一段为盖层构成的中部含油气系统；（3）大磨拐河组一段以上发现的后期调整的油气［5］构成的上部含油气系统（见表1）.

表1 海塔盆地中部断陷带储盖组合及油气储量分布Table 1 The reservoir cap portfolio and the oil and gas reserves of the middle rift zone of Hai-Ta basin

铜钵庙组、南屯组沉积时期为断陷期，研究区构造变动剧烈，盆地强烈断陷；大磨拐河组、伊敏组沉积时期为断拗转化期，构造运动适中，变形相对较弱；青元岗组沉积时期为拗陷演化期，构造运动微弱；伊敏组沉积末期—青元岗组沉积初期，盆地整体遭受挤压隆升发生强烈反转，形成大范围、多种样式的反转构造.研究海塔盆地构造发育及演化特征［6，23，27］，该区反转构造分为断层型、褶皱型和混合型3种类型，细分为5个亚类.

1.1 断层型

后期挤压反转过程中主控构造是断裂的反转构造称为断层型反转构造.根据反转发育程度从弱至强分为4个亚类（见图1）：（1）隐伏断展型反转构造亚类：反转期主断裂向上逆冲幅度较小，以伴生的滚动背斜向上隆起为特征，为弱反转构造运动产物［26］；（2）上逆下正型（穿透断展型）反转构造亚类；（3）欺压型（走滑诱导型）反转构造亚类：反转过程中早期正断层的断面倾向发生旋转，导致上下盘倒转.该反转构造亚类是后期反转应力走滑应力为主，挤压应力为辅［17-18］的产物；（4）完全反转型反转构造亚类：在反转期所有沉积层序向上逆冲超过零点位置，为强烈反转构造运动产物.

海塔盆地中部断陷带主要发育隐伏断展型和上逆下正型2种反转构造亚类（见图2）.其中隐伏断展型反转构造亚类主要发育在乌尔逊凹陷南部及塔南凹陷，主反转断裂向上逆冲幅度较小，平面上控制该类反转构造的主断裂整体表现为正断层，以反转背斜向上拱起为特征；上逆下正型反转构造亚类发育在贝尔凹陷东部及南贝尔凹陷北部，主反转断裂逆冲强烈，剖面上断层部分反转，以零点为界呈上逆下正状，平面上表现为逆断层，且延伸较远.

1.2 褶皱型

挤压反转过程中主控构造是褶皱的反转构造称为褶皱型反转构造.该类反转构造形成原因为盆地沉积前期拉张沉降，后期挤压上隆时先存主断裂未显著向上逆冲，挤压应力大多被断裂附近的主体褶皱吸收［19］.根据反转构造发育程度由弱至强分为2个亚类（见图1）：（1）上凸下凹型反转构造亚类：反映中等强度的挤压反转；（2）上下皆凸型反转构造亚类：反映强烈的挤压反转.

海塔盆地中部断陷带主要发育上凸下凹型反转构造亚类，分布在南贝尔凹陷西部及南部（见图2），其主断裂整体向上逆冲幅度较小，平面及剖面上表现为正断层，但相关伴生褶皱向上强烈拱起呈凸状.

上下皆凸型褶皱式反转构造亚类在海塔盆地中部断陷带很少单独发育，通常与其他类型反转构造复合为混合型反转构造.

1.3 混合型

断层型和褶皱型反转构造复合形成的反转构造为混合型反转构造，表现为反转期断裂向上逆冲，同时同沉积地层向上拱起形成大规模褶皱.该类反转构造无论消除断层因素还是褶皱因素，仍可观察到反转现象存在（见图1）.混合型反转构造表现为褶皱型与断层型反转构造不同亚类的复合.

海塔盆地中部断陷带混合型反转构造主要发育2个亚类（见图2）：（1）上逆下正型与上凸下凹型反转构造亚类的复合（混合Ⅰ型）.主要发育在贝尔凹陷霍多莫尔附近，剖面上霍多莫尔断裂向上逆冲幅度较强烈，主断裂部分反转，呈上逆下正状，平面上断裂表现为逆断层，同时伴生褶皱向上强烈拱起呈下凹上凸状.（2）完全反转型、上下皆凸型及走滑诱导型反转构造亚类的复合（混合Ⅱ型）.主要发育在南贝尔凹陷北洼槽东次凹，平面上呈凸状隆起，两侧断裂为逆断层［17，20］，该断层为断裂反转期西侧主干正断裂在走滑应力诱导下，断面发生旋转而形成的“假逆断层”，其实质为正断层；剖面上，断裂反转期东侧主干断裂向上强烈逆冲形成完全反转断裂，平面上整条断裂为逆断层.该混合型反转构造亚类实质为反转期在走滑应力参与下，两侧主干断裂“裹挟”中间沉积地层向上强烈拱起形成，为强烈反转产物.

1.4 整体分布特征

研究区内反转构造主要分布在乌尔逊南部、乌尔逊北部、贝尔霍多莫尔、南贝尔北洼槽和塔南北部等区域的主干断裂附近，以断层型为主.根据类型及反转构造发育程度，反转构造在这4个凹陷的分布有较大差别，乌尔逊和塔南凹陷反转构造发育程度较弱，主要发育隐伏断展型反转构造亚类，平面上以反转背斜隆起为特征；贝尔凹陷反转构造发育程度中等，主要发育混合型反转构造和上逆下正型反转构造亚类，平面上以产生大量隆起和逆断层为特征；南贝尔凹陷反转构造发育程度最强且类型较为复杂，多种类型的反转构造均有发育，多部分区域主断裂全部反转为逆断层.

2 反转构造形成机制

海塔盆地为在古生界基底上发育起来的中新生代陆相断陷盆地，呈北东向展布、左阶斜列分布特征，基底由早期构造应力场形成.盆地经历4个构造变形期（见图3）：走滑变形阶段、伸展变形阶段、张扭变形阶段和压扭变形阶段［21］，分别对应铜一段—南一中亚段、南一上亚段—南二段、大磨拐河组—伊敏组二三段和伊敏组—青元岗组，不同沉积时期盆地运动学特征不同.

2.1 走滑变形阶段

主要发育在南一下亚段沉积时期，该时期蒙古—鄂霍茨克碰撞带最终缝合导致研究区地壳伸展减薄，在这种类似于重力垮塌成因机制［22］的影响下，盆地发生右旋简单剪切走滑变形，并且呈现断陷特征.研究区经过前期残留盆地时期“填平补齐”之后，沉积上表现为“泛盆”特征，厚度小、范围广，全区稳定分布；岩性为黑、灰黑色泥岩、局部以油页岩及砂岩为主，为研究区主要烃源岩层系.

2.2 伸展变形阶段

主要发育在南二段沉积末期，该时期地壳深部地幔柱上拱、火山活动剧烈，地下热物质的活动及持续的早期伸展垮塌应力，形成北西—南东方向的引张应力场，使盆地强烈伸展进而受到剥蚀，构造变形强烈.主干边界断裂主要受成盆前基底构造影响较大，呈现北北东、北东、北东东向展布（见图2）.伸展构造后期反转变形强烈，是反转变形承载的主体.

2.3 张扭变形阶段

主要发育在大磨拐河组和伊敏组沉积时期，该时期在近东西向张扭应力场作用下，盆地张扭走滑变形，沉积大套泥岩，同时在主断裂附近派生出近南北向、北北东向的大量次级断裂，与前期形成的主干断裂共同构成呈规律分布的断裂密集带.

2.4 压扭变形阶段

主要发育在伊敏组沉积末期，该时期印度板块与欧亚板块陆壳碰撞，古特提斯洋消亡，青藏高原崛起，印度板块以50mm／a的速度向北北东向推进，研究区在该时期受到东西向挤压作用，发生大规模区域性构造反转.该时期构造反转变形，相当部分主干正断层活化向上逆冲形成逆断层，同时地层向上隆起形成多种类型反转构造.根据反转构造发育程度来看，北东东向主干断裂反转程度最大，平面上产生数条逆断层，剖面上产生完全反转逆断层；北东向主干断裂反转程度次之，平面上以延伸较远的逆断层为主，剖面上为下正上逆状；北北东向和南北向主干断裂反转程度较小，平面上为正断层，剖面上反转背斜向上强烈拱起，后期遭受剥蚀，形成明显削截现象.

不同方位先存构造的反转程度不同，原因为后期东西向挤压应力场与前期不同走向先存构造直接耦合.反转期压扭应力场对于前期伸展构造反转最为有利［23］，而其中压扭应力中走滑应力占比例越大，反转越强烈.因此，在后期近东西向挤压应力作用下，走向为北东东向先存主干断裂反转程度最为强烈，北东向主干断裂反转程度次之，南北向及北北东向主干断裂反转程度较弱.

3 对油气的控制作用

反转构造对油气的形成、聚集、运移和保存具有重要控制作用［24-25］.反转构造发育区域一般沉积有厚的烃源岩和储集岩层，构造反转活动产生的微裂缝对储层物性改善作用显著.

研究区反转构造内主干断层对烃源岩具有明显控制作用.其附近特殊岩性段和南一下亚段烃源岩较为发育，质量好、丰度大，为生成油气的主力烃源岩.南一中段和南二段作为主要储集层，厚度大、连续性好；反转构造圈闭分布范围广、幅度高、面积大、保存条件优越；反转构造变形期的断裂活动强烈，为油气运移起重要疏导作用.研究区反转构造具备优异的成藏条件.

3.1 反转构造成藏耦合

在反转构造油气成藏过程中，烃源岩的生排烃时间与反转时期和反转构造圈闭的时空配置关系对油气成藏具有重要影响［19，25-26］，烃源岩生排烃时间略早于反转时期耦合关系最好，有利于形成丰富的油气藏，如果过早，则油气已发生大规模运移而不利于成藏；如果过晚，则反转构造圈闭多为空圈闭.

根据流体包裹体均一温度和各凹陷地层的时—温埋藏曲线，确定2个主要成藏时期：前期时间较长，从大二段末到伊二段沉积时期均有分布，主要分布在4个凹陷的布达特群至南一段，该成藏时期与中部和下部含油气系统有关；后期时间较短，主要为伊敏组沉积末期，主要分布在乌尔逊和贝尔凹陷的大磨拐河组和塔南凹陷的伊敏组和青元岗组，对应反转变形时期为伊敏组末—青元岗组沉积初期，两者时空配置关系较好，具备形成丰富油气藏的条件.

3.1.1 上部含油气系统油气藏来源

以大二段为主的上部含油气系统油气藏，为原生油气藏在后期反转过程中沿反转断裂向上调整形成的次生油气藏.原因为：（1）研究区大磨拐河组与下部含油气层位油气发育具有很强互补性，如大二段地层油气井显示工业油气流，其下部地层少见工业油气流或仅见油气显示；大二段下部地层油气井显示工业油气流，大二段则少见工业油气流或仅见油气显示，反映上部含油气系统早聚晚调的结果（见表2）.（2）油源对比结果证明大二段与南屯组油气来源相同，但乌南乌20井大二段储层油气藏GOI值低于南屯组二段砂岩层GOI值，乌南大磨拐河组原油成熟度低于南屯组原油成熟度.成熟度低的油气聚集更早，表明大二段次生油气藏来源于南屯组早期古油气藏.

表2 大二段次生油气藏纵向分布规律Table 2 The vertical distribution law of the secondary reservoir in Daer section

3.1.2 上部含油气系统成藏模式及分布

上部含油气系统油气藏形成于反转变形期反转断裂对原生油气藏的垂向调整，多为断块型、断背型油气藏，一般以一侧为主干反转断层的遮挡为主.与研究区大二段油气藏叠合发现，该类次生油气藏多分布于反转构造发育区域，并且一般位于主干反转断裂附近（见图3），反映主干反转断裂对油气的垂向疏导作用.上部含油气系统的主要成藏模式为：伊敏组沉积末期—青元岗组沉积初期，在整体压扭应力作用下，研究区主干断裂反转活化，储存在南屯组的原生油气沿反转断裂向上疏导运移，上覆的反转构造圈闭捕获油气形成油气藏（见图4）.该类油气藏分布范围较广，在乌南、乌北苏仁诺尔、贝西霍多莫尔和塔南南部等区域发育；油气储量较为丰富，具有“小而肥”的特点.

3.2 反转构造控藏特征

不同类型反转构造发育程度对油气藏分布影响不同，次生油气藏多形成于隐伏断展型、混合Ⅰ型和上逆下正型等反转构造发育区域（见图3）.其中隐伏断展型反转构造与次生油气藏成藏耦合关系最好，次生油气藏多数发育于其中.在上逆下正型、混合Ⅱ型反转构造发育区域（如南贝尔北洼槽东次凹、乌北铜钵庙断裂）大二段少见工业油气流井或仅见油气显示，反映强反转构造发育程度不利于次生油气藏形成，而弱和中等发育程度反转构造有利于油气成藏.

虽然在隐伏断展型、混合Ⅰ型和上逆下正型等弱到中等发育程度反转构造区域次生油气藏都有分布（见图3），但是以塔南凹陷隐伏断展型反转构造圈闭次生油气藏分布最为广泛，乌尔逊凹陷、贝尔凹陷隐伏断展型、上逆下正型反转构造发育区域次生油气藏分布较少.原因是后期反转应力场与先存的伸展构造主断裂走向耦合具有差异性.塔南凹陷反转构造中主干反转断裂的走向为北北东向，相对于伊敏组沉积末期近东西向的挤压应力场，前期伸展构造易于在扭压应力作用下发生反转［23］.相对于塔南凹陷隐伏断展型反转构造中的北北东向主干反转断裂，东西向的挤压应力场以挤压应力为主，走滑应力为辅；因此该凹陷的伸展构造在反转期反转范围虽然很大，但反转强度较适中.前期产生的油气藏既可以通过主反转断裂向上输导到反转构造圈闭中，适度的反转又可以保证所形成的油气藏不被破坏.

南贝尔和贝尔凹陷以中等—强发育程度的上逆下正、混合Ⅱ型反转构造为主，其主反转断裂走向多为北东东向，相对于主反转断裂，后期反转应力场更易于产生反转，但以走滑应力为主的反转活动往往过于强烈，导致油气不易保存而难以形成次生油气藏，因此这2个凹陷次生油气藏分布较少，仅贝尔凹陷霍多莫尔断裂附近零星分布.

乌尔逊凹陷以弱发育程度的隐伏断展型反转构造为主，主干反转断裂走向多为南北向，相对于后期近东西向应力场，前期伸展构造遭受正向挤压，断裂对于后期油气藏的调整较前期更为困难［23，28］.虽然该区发育大规模的隐伏断展型反转构造，但次生油气藏分布较少，仅在乌南地区零星分布.后期近东西向的挤压应力场作用于不同走向的先存主干正断层，造成次生油气藏现今分布差异，因此应在北北东向主干断裂控制的隐伏断展型反转构造发育的区域寻找次生油气藏.

4 结论

（1）海塔盆地为中新生代断陷盆地，其中部断陷带先期伸展构造在伊敏组末期—青元岗组初期近东西向挤压应力场作用下发生大规模反转，形成多种类型反转构造.

（2）海塔盆地中部断陷带反转构造分为断层型、褶皱型和混合型3类5个亚类.乌尔逊凹陷和塔南凹陷主要发育隐伏断展型反转构造亚类；贝尔凹陷主要发育混合型和上逆下正型反转构造亚类；南贝尔凹陷多种类型反转构造发育.

（3）研究区内反转构造控制上部含油气系统中次生油气藏的形成，成藏模式：烃源为南屯组原生油气藏，储层为大二段砂岩，盖层为伊敏组泥岩，疏导通道为主反转构造中断层.

（4）次生油气藏分布范围与反转构造发育程度密切相关，取决于不同主干反转断裂走向与后期挤压应力场的耦合.研究区次生油气藏形成于反转构造发育程度较弱、主断裂走向为北北东向的塔南凹陷隐伏断展型反转构造发育的区域.

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