海拉爾盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)與控藏模式

海拉爾盆地是白牙近系新生代裂裂休克的盆地，具有“底段、底段”的二元結(jié)構(gòu)（陳俊良等，2007）。發(fā)育傾斜（銅耀廟群-南屯群）、斷裂-岳洪轉(zhuǎn)化（大磨霍河群-伊敏群）和丘陵（青源崗群）三種結(jié)構(gòu)層（陳俊良等，2007；胡曉飛等，2008）。斷陷期經(jīng)歷兩期建造兩期改造,銅缽廟組沉積時(shí)期為盆地初始裂陷期,盆地表現(xiàn)為廣盆淺水的特征(蒙啟安等,2010),形成一套辮狀河三角洲為主體的砂巖夾火山巖建造,末期有明顯的抬升剝蝕,形成T3角度不整合。南屯組一段沉積時(shí)期為強(qiáng)烈裂陷期,斷陷分割性強(qiáng),充填扇三角洲砂礫巖和湖相泥巖建造,形成優(yōu)質(zhì)的烴源巖和兩套局部性蓋層。南屯組二段沉積時(shí)期為斷陷盆地萎縮期,表現(xiàn)為窄盆淺水特征(蒙啟安等,2010),以扇三角洲沉積為主,末期經(jīng)歷強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升,形成蘇德爾特隆起帶(任麗華等,2007;康德江等,2009),T22界面局部表現(xiàn)為削截型不整合。大磨拐河組—伊敏組沉積早中時(shí)期為斷-坳轉(zhuǎn)化時(shí)期,只有少部分?jǐn)鄬踊顒?dòng),盆地范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,形成盆地的區(qū)域性蓋層。強(qiáng)烈的構(gòu)造變形發(fā)生在伊敏組沉積晚期,形成上部斷裂系統(tǒng)。此時(shí)南屯組一段烴源巖開始大量生排烴,伊敏組沉積晚期為成藏的關(guān)鍵時(shí)刻,油氣側(cè)向運(yùn)移,在低勢(shì)區(qū)受斷層遮擋形成原生油藏,如蘇仁諾爾、蘇30、烏東、巴彥塔拉、蘇德爾特、呼和諾仁和貝中油藏。伊敏組沉積末期盆地回返,形成大量的反轉(zhuǎn)構(gòu)造和反轉(zhuǎn)斷層,斷層活動(dòng)性質(zhì)的改變,導(dǎo)致垂向滲漏,調(diào)整早期原生油藏,在南二段和大磨拐河組形成次生油藏,如蘇仁諾爾、烏30—烏32、霍多莫爾和貝中。青元崗組沉積時(shí)期為典型的坳陷湖盆,末期盆地進(jìn)一步回返,油氣調(diào)整作用進(jìn)一步發(fā)生。“多期建造、多期改造”形成復(fù)雜的斷裂系統(tǒng),但斷裂與油氣成藏的關(guān)系一直是爭(zhēng)議較大的問(wèn)題,為此本文以中部斷陷帶烏爾遜-貝爾凹陷為例,在全面剖析斷裂幾何學(xué)特征的基礎(chǔ)上,明確了斷裂在成藏中的作用,對(duì)進(jìn)一步油氣勘探和開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。1錯(cuò)誤構(gòu)造的基本特征1.1致斷陷期斷裂修復(fù)海拉爾盆地為斷陷-坳陷疊合盆地,區(qū)域性蓋層為大磨拐河組一段泥巖,晚期強(qiáng)烈構(gòu)造變形發(fā)生在伊敏組沉積晚期,該時(shí)期構(gòu)造變形導(dǎo)致斷陷期斷裂復(fù)活同時(shí)新生斷裂,物理模擬實(shí)驗(yàn)表明,伸展過(guò)程中塑性泥巖水平拆離作用(Richard,1991)(圖2a)導(dǎo)致上下兩套斷裂系統(tǒng)不銜接,兩套斷裂系統(tǒng)均消失在大磨拐河組泥巖中(圖1AA’)。即使地震解釋顯示貫通性斷裂,在塑性蓋層段依然表現(xiàn)為分段擴(kuò)展(Doughty,2003),形成剪切型泥巖涂抹(Lindsayetal.,1993)(圖2b)。1.2斷裂組合模式斷陷期斷裂走向以北北東和北東東向?yàn)橹?斷-坳轉(zhuǎn)化構(gòu)造層斷裂走向?yàn)榻媳毕蚝捅北蔽飨?坳陷構(gòu)造層斷裂走向以近南北向?yàn)橹?圖3)。斷裂的規(guī)模斷陷構(gòu)造層最大,一般斷距為150~280m,最大斷距為1000m;斷-坳轉(zhuǎn)化構(gòu)造層斷裂一般斷距為50~80m,最大為120m;坳陷構(gòu)造層逆斷層一般斷距為50~100m,最大為140m。下部斷裂系斷層組合模式表現(xiàn)為伸展變形過(guò)程(圖3),主干邊界斷層呈現(xiàn)“背傾”、“對(duì)傾”、“斜列對(duì)傾”、“多米諾”等組合模式,主干邊界斷層與次級(jí)斷層表現(xiàn)為“鏟式扇”、“反向階梯式”和“同向階梯式”組合模式,上部斷層系多為“V字型”、“y字型”和“反y字型”組合,下部斷層系與上部斷層系呈現(xiàn)“似花狀”、“y字型”和“反y字型”組合,反映伊敏組沉積晚期斷裂變形具有走滑的成分。平面下部斷層系中的主控邊界斷層呈現(xiàn)“左階雁行式”排列(圖1),上部斷層系近南北向斷層與北北西向斷層、北北東向—北東東向斷層呈“梳狀”、“魚脊?fàn)睢焙汀案禒睢苯M合模式。1.3斜斜斷層發(fā)育的主要成因物理模擬實(shí)驗(yàn)表明(Withjacketal.,1986;Cliftonetal.,2000):伸展和走滑斷層可以形成于同一拉張應(yīng)力場(chǎng),當(dāng)拉張應(yīng)力場(chǎng)方向與早期斷裂之間的夾角(α)小于30°時(shí),主要形成共扼的走滑斷層,既有左旋的也有右旋的,斷層以大角度與拉張方向相交,變形帶寬度較小;當(dāng)α為30°~75°時(shí),走滑、斜滑(張扭)和張性正斷層均發(fā)育;當(dāng)α大于75°時(shí),主要形成正斷層,變形帶寬度隨著α的逐漸增大而增大。當(dāng)α等于90°時(shí),斷層延伸長(zhǎng)度最大,小于90°時(shí),斷層主要呈雁行式,斷層延伸長(zhǎng)度隨著α減小而逐漸減小。海拉爾盆地邊界的德爾布干斷裂和大興安嶺東斷裂左行走滑變形,形成了北北東和北東東向“左階雁行式”排列的基底斷裂,同時(shí)產(chǎn)生少部分近南北向和北北西向斷裂(漆家福等,2004)。斷陷期受南南東—北北西向拉張應(yīng)力場(chǎng)作用,北北東和北東東向斷裂伸展變形,控制了斷陷湖盆形成,同時(shí)造成北北西向斷裂走滑,典型的是巴彥塔拉斷裂(圖4)。伊敏組沉積晚期拉張應(yīng)力場(chǎng)方位調(diào)整為近東西向,造成早期北北東、北東東和北北西向斷裂斜滑,形成典型張扭性斷層,主斷層呈現(xiàn)雁行式排列,次級(jí)斷層為近南北向,二者構(gòu)成“梳狀”組合(圖4)。伊敏組沉積末期盆地受左旋壓扭應(yīng)力場(chǎng)作用開始回返,北北東向和北東東向斷裂強(qiáng)烈反轉(zhuǎn),形成2種性質(zhì)斷層:正反轉(zhuǎn)斷層和旋轉(zhuǎn)的斜滑正斷層。同時(shí)產(chǎn)生4種特征不同的反轉(zhuǎn)構(gòu)造(圖5):即負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造和正反轉(zhuǎn)構(gòu)造,正反轉(zhuǎn)構(gòu)造包括斷層式反轉(zhuǎn)、褶皺式反轉(zhuǎn)和混合式反轉(zhuǎn)。1.4斷裂活動(dòng)時(shí)期及變形機(jī)制海拉爾盆地?cái)嗔褟?qiáng)烈的變形期為銅缽廟組—南屯組沉積時(shí)期(早期Ⅰ)、伊敏組沉積晚期(中期Ⅱ)和伊敏組沉積末期—青元崗組沉積末期(晚期Ⅲ)(圖6),變形機(jī)制分別為伸展、張扭和反轉(zhuǎn),按著斷裂活動(dòng)時(shí)期及變形機(jī)制將海拉爾盆地?cái)嗔褎澐譃?套斷裂系統(tǒng):即早期伸展斷裂(Ⅰ型)、早期伸展中期張扭斷裂(Ⅰ-Ⅱ型)、中期張扭斷裂(Ⅱ型)和早期伸展中期張扭晚期反轉(zhuǎn)斷裂(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型)。2斷-凹陷轉(zhuǎn)化層海拉爾盆地多層系含油,按其成因分為原生油藏和次生油藏(董煥忠,2010),原生油藏主要分布在斷陷構(gòu)造層,如蘇30、烏東、蘇德爾特、呼和諾仁、貝中和貝D8油藏。次生油藏主要分布在斷-坳轉(zhuǎn)化構(gòu)造層,部分分布在南二段,如蘇仁諾爾、烏30—烏32、霍多莫爾和貝中。但平面分布均受斷裂的控制,因此研究斷裂控藏機(jī)理對(duì)搞清油氣分布規(guī)律具有重要意義。2.1健全斷塊組合結(jié)構(gòu)典型油氣藏解剖表明(圖7),海拉爾盆地油藏主要富集在4大構(gòu)造背景中,原生油藏主要分布在“凹中隆”、“緩坡帶”和“洼槽”,次生油藏受控于“反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶”。“凹中隆”主要發(fā)育早期伸展斷層,為典型的階梯式斷層組合,斷層規(guī)模小,沒(méi)形成典型的斷圈,只是將背斜切割破碎,因此凹中隆總體為斷層復(fù)雜化的背斜構(gòu)造?！熬徠聨А卑l(fā)育早期伸展、早期伸展中期張扭和中期張扭3種類型斷裂,斷層組合模式有兩類:一是北北東向早期伸展斷裂與近南北向中期張扭斷裂交叉組合,形成典型的斷塊圈閉,如烏東南一段油藏;二是早期伸展中期張扭反向斷層在其下盤形成斷層遮擋型圈閉,代表性的是呼和諾仁和貝D8銅缽廟組油藏。洼槽內(nèi)只發(fā)現(xiàn)了蘇30南一段油藏,為典型的砂體受斷層切割形成的以巖性為主的油藏。次生油藏分布受反轉(zhuǎn)構(gòu)造控制,斷層組合均為早期伸展中期張扭晚期反轉(zhuǎn)斷裂與中期張扭斷層組合,總體呈現(xiàn)“似花狀”,平面密集成帶,次生油藏主要富集在斷裂密集帶上,典型的是蘇仁諾爾、烏30—烏32、霍多莫爾、貝中南二段和大磨拐河組油藏。區(qū)分構(gòu)造和巖性油藏除了與斷層組合有關(guān)外,還取決于儲(chǔ)層砂地比值,馮志強(qiáng)等(2009)研究表明,當(dāng)砂地比大于50%時(shí)形成構(gòu)造油藏,當(dāng)砂地比介于50%~35%之間時(shí)形成巖性-構(gòu)造油藏,當(dāng)砂地比介于35%~20%時(shí)形成構(gòu)造-巖性油藏,砂地比小于20%時(shí)形成巖性油藏。銅缽廟組油層砂地比普遍大于70%,以構(gòu)造油藏為主;貝中和蘇德爾特南一段油藏砂地比大于50%,以構(gòu)造油藏為主;烏東南一段油藏烏27區(qū)塊砂地比大于40%,以構(gòu)造油藏為主,烏31—烏130-100區(qū)塊砂地比為20%~30%,以構(gòu)造-巖性油藏為主,烏108-100區(qū)塊砂地比小于10%,以巖性油藏為主。蘇仁諾爾南二段油藏砂地比大于50%,為典型的構(gòu)造油藏。大磨拐河組砂地比小于30%,以巖性油藏為主。2.2封閉斷層—不同斷裂系統(tǒng)在成藏中的作用海拉爾盆地油氣成藏的關(guān)鍵時(shí)刻為伊敏組沉積晚期(霍秋立等,2006),依據(jù)斷裂活動(dòng)時(shí)期及與成藏時(shí)刻的關(guān)系,結(jié)合斷裂封閉性演化歷史,分析不同斷裂系統(tǒng)在成藏中的作用。早期伸展斷裂在銅缽廟組—南屯組沉積時(shí)活動(dòng),在泥質(zhì)含量較高的砂層形成層狀硅酸鹽-框架斷層巖充填,在南一段下部泥巖層和上部泥巖層形成剪切型泥巖涂抹,在南屯組沉積后停止活動(dòng),早期形成的封閉條件伴隨大磨拐河組和伊敏組沉積,壓實(shí)作用使封閉能力越來(lái)越強(qiáng),因此在成藏的關(guān)鍵時(shí)刻為典型的封閉斷層,對(duì)油氣運(yùn)聚起到遮擋作用(圖8),現(xiàn)今表現(xiàn)為斷層兩側(cè)油水關(guān)系不同,產(chǎn)能差異較大,代表性斷裂為烏東、貝中和蘇德爾特油藏中的早期伸展斷裂。早期伸展中期張扭斷裂在成藏關(guān)鍵時(shí)刻活動(dòng),應(yīng)該為油源斷層,垂向輸導(dǎo)油氣造成跨層分布,但呼和諾仁油田油藏主要富集在銅缽廟組,并沒(méi)有跨層運(yùn)移,根本原因在于斷層在南一段和大磨拐河組一段區(qū)域性蓋層中分段擴(kuò)展,形成剪切型泥巖涂抹,通過(guò)塔南凹陷控油斷裂在蓋層段SSF(垂直斷距/泥巖厚度)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)SSF最大不超過(guò)5(付曉飛等,2011),沒(méi)有達(dá)到剪切型泥巖涂抹破裂的標(biāo)準(zhǔn)[6~8(Takahashi,2003;Childsetal.,2007)],因此油氣主要富集在區(qū)域性蓋層下部的儲(chǔ)層中,油藏類型為典型的斷層遮擋型油藏,因此這類斷層盡管在成藏關(guān)鍵時(shí)刻活動(dòng),但仍然是遮擋型斷層。早期伸展中期張扭晚期反轉(zhuǎn)斷層,因斷層活動(dòng)性質(zhì)改變,易于破壞早期形成的封閉條件(呂延防等,2003),特別是早期形成的剪切型泥巖涂抹,從而調(diào)整早期聚集的油氣在南二段或大磨拐河組形成次生油藏,GOI測(cè)試表明(董煥忠,2010):烏20井南二段和南一段均存在古油藏,證實(shí)這種調(diào)整過(guò)程存在。典型的次生油藏為蘇仁諾爾、烏30—烏32、霍多莫爾、貝中南二段和大磨拐河組油藏。因此,海拉爾盆地原生油藏和次生油藏具有“互補(bǔ)型”分布的特征。2.3最大烴柱高度與油藏界面接觸參數(shù)的確定決定斷層封閉能力關(guān)鍵因素為斷裂帶中泥質(zhì)含量(SGR)(Yielding,1997;Bretan,2003),基于埋深不同的斷層建立了斷層封閉的最大烴柱高度與SGR(shalegougeratio)之間的定量關(guān)系為:式中:H為斷層面某點(diǎn)支撐的烴柱高度,m;SGR為斷層面某點(diǎn)斷層泥比率,為介于0~100之間的數(shù),%;d為需要標(biāo)定的參數(shù),0~200;c為常數(shù),當(dāng)埋深小于3000m時(shí)為0.5,當(dāng)埋深介于3000~3500m之間時(shí)為0.25,當(dāng)埋深超過(guò)3500m時(shí)為0;ρw為油藏中水的密度,kg/m3;ρo為油藏中油的密度,kg/m3;g為重力加速度,m/s2。式(1)中d為與實(shí)際地質(zhì)條件有關(guān)的變量,不同盆地、同一盆地不同區(qū)帶存在差異,一般而言,d為臨界SGR值2倍。假定臨界的SGR為一定值,建立斷層所能封閉的烴柱高度與SGR關(guān)系,計(jì)算已知油水界面的油藏中斷層所能封閉的最大烴柱高度和油水界面,當(dāng)計(jì)算值與實(shí)際油水界面吻合時(shí),這個(gè)假定的SGR值就是臨界值。根據(jù)已知油水界面的烏27(烏爾遜南一段油藏)油藏標(biāo)定d值為50,從而建立斷層面泥質(zhì)含量與所能封閉的最大烴柱高度之間的定量關(guān)系。根據(jù)這種定量關(guān)系對(duì)烏東斷層所能支撐的最大烴柱高度和斷圈油水界面進(jìn)行定量預(yù)測(cè)(圖9),圈閉有效性分為3類:一是完全有效的圈閉,如烏108-100斷塊;二是部分有效的圈閉,大部分圈閉屬于此類;三是完全無(wú)效的圈閉,如烏3圈閉。3海拉爾盆地?cái)嗔褦嗔褞У湫陀筒仡愋图疤攸c(diǎn)斷裂控藏模式建立需要考慮3大因素:一是富油構(gòu)造屬性及與烴灶關(guān)系;二是斷層與砂體、不整合面匹配關(guān)系確定的輸導(dǎo)體系構(gòu)成;三是斷裂活動(dòng)時(shí)期與成藏時(shí)期耦合關(guān)系。海拉爾盆地中部斷陷帶油藏賦存在3大構(gòu)造背景中,即凹中隆(貝中和蘇德爾特油藏)、緩坡帶(烏東和呼和諾仁油藏)和反轉(zhuǎn)構(gòu)造(蘇仁諾爾、烏30-烏20-烏32油藏、霍多莫爾和貝中希64-64油藏),所有的油藏均在南一段有效烴灶內(nèi)及邊緣,油藏至烴灶的距離不超過(guò)5km,源控特征明顯。海拉爾盆地“兩期”成藏:一期是伊敏組沉積晚期,為成藏的關(guān)鍵時(shí)刻,南一段主力烴源巖大量生排烴,早期伸展斷裂和早期伸展中期張扭斷裂主要起到遮擋作用,油氣側(cè)向運(yùn)移在“凹中隆”、斜坡和洼槽內(nèi)聚集形成原生油藏,烴源巖與油藏同層;二期為伊敏組沉積末期—青元崗組沉積末期,伴隨著構(gòu)造反轉(zhuǎn),早期伸展中期張扭晚期反轉(zhuǎn)斷裂調(diào)整早期聚集的油氣,以垂向運(yùn)移為主,在南二段和大磨拐河組形成次生油藏,且主要富集在反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶上。典型油藏解剖表明,海拉爾盆地油氣輸導(dǎo)體系主要由砂體和斷層構(gòu)成,可劃分為5種類型:一是“屋脊?fàn)睢陛攲?dǎo)體系,主要由砂體和反向斷層構(gòu)成,油氣沿砂體側(cè)向運(yùn)移受反向斷層遮擋富集成藏,典型的是呼和諾仁油田,這種模式油氣均在灶緣分布;二是“階梯式”輸導(dǎo)體系,主要由“舌狀”深入源區(qū)內(nèi)的砂體和階梯式斷層構(gòu)成,油氣沿砂體側(cè)向運(yùn)移,受階梯式斷層封閉作用,每個(gè)斷塊有各自獨(dú)立的油水界面,典型的是烏東油藏;三是“箱式”輸導(dǎo)體系,烴源巖與儲(chǔ)集層互層,儲(chǔ)集層受早期伸展斷裂切割形成封閉斷塊,油氣經(jīng)初次運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層,受斷層遮擋成藏,每個(gè)斷塊好比一個(gè)封閉的箱體,均具有獨(dú)立的油水系統(tǒng),代表性油藏為蘇德爾特油藏;四是“彌散式”輸導(dǎo)體系,發(fā)育于洼中隆構(gòu)造背景下,主要輸導(dǎo)體系為砂體,斷裂規(guī)模小,不將隆起切割成獨(dú)立的斷塊,對(duì)油氣聚集起到暫時(shí)遮擋作用,大量油氣仍通過(guò)斷層之間的部位向背斜頂部匯聚,典型油藏為貝中油藏,這3種模式油氣均在灶內(nèi),且源儲(chǔ)同層;五是“傘形”輸導(dǎo)體系,早期伸展中期張扭晚期反轉(zhuǎn)斷層為傘柄,是油氣垂向輸導(dǎo)通道,中期張扭斷層及其切割的砂體為傘蓋,油氣先垂向運(yùn)移后經(jīng)砂體側(cè)向運(yùn)移,受中期張扭斷層遮擋富集成藏,油氣主要分布在斷-坳轉(zhuǎn)化構(gòu)造層的斷裂密集帶上,如蘇仁諾爾油藏、烏30-烏20-烏32油藏、霍多莫爾油藏、貝中希64-64油藏和希2油藏?；谳攲?dǎo)體系、斷裂活動(dòng)期與成藏關(guān)鍵時(shí)刻耦合關(guān)系和油藏所在構(gòu)造背景分析,海拉爾盆地?cái)嗔芽夭啬Ｊ椒譃槎?類(圖10),二型為原生油藏和次生油藏。原生油藏包括3類:一是灶緣油氣側(cè)向運(yùn)移反向斷層遮擋成藏模式,如呼和諾仁油藏和塔南油藏,控藏?cái)嗔褳樵缙谏煺怪衅趶埮嗔严到y(tǒng);二是灶內(nèi)油氣初次運(yùn)移斷層遮擋“箱內(nèi)”成藏模式,如蘇德爾特油藏和烏東油藏;三是灶內(nèi)凹中隆油氣側(cè)向運(yùn)移“彌散式”成藏模式,如貝中油藏。后兩種模式控藏?cái)嗔丫鶠樵缙谏煺箶嗔?。次生油藏為油氣沿?cái)嗔汛瓜蜻\(yùn)移“傘式”成藏模式,控藏?cái)嗔褳樵缙谏煺怪衅趶埮ね砥诜崔D(zhuǎn)斷裂系統(tǒng),油氣沿該類型斷裂垂向運(yùn)移后短距離側(cè)向運(yùn)移,受中期張扭斷裂遮擋在斷裂密集帶內(nèi)富集成藏。4斷陷構(gòu)造層體系(1)海拉爾盆地以大磨拐河組泥巖為拆離層發(fā)育上下兩套斷裂系統(tǒng),下部斷裂系統(tǒng)受南南東—北北西向拉張應(yīng)力場(chǎng)控制,主要為北北東和北東東向,上部斷層系受近東西拉張應(yīng)力場(chǎng)控制,主要發(fā)育南北向斷裂。早期斷裂走向與主應(yīng)力方位之間的夾角不同,斷裂表現(xiàn)出不同的變形機(jī)制,斷陷期北北西向斷裂明顯走滑,斷-坳轉(zhuǎn)化期北北東、北東東和北北西向斷裂具有明顯的張扭特征。(2)斷裂三期強(qiáng)烈變形,即銅缽廟組—南屯組伸展變形、伊敏