0 区域概况

海拉尔—塔木察格(海塔)盆地位于中亚蒙古弧形构造带东段，经多年勘探实践证实，盆地内发现的油气富集带大多分布在中部断陷带^[1]。盆地分割性极强，往往发育众多形态各异的洼槽，这些大而深的主洼槽是剩余油气资源的主要富集带，具有极大的勘探潜力。洼槽两端一般不对称^[2]，属于断陷以下次级负向构造单元，通常较陡一端为主干边界断层，较缓一端为斜坡带。每个洼槽具有不同的结构、地层沉积特点、生油条件和储层特征，每个洼槽都是一个独立的成藏单元^[3]。现今具有统一沉积、沉降特征的大且深的洼槽，可能是由若干个小型洼槽通过主干边界断层相互作用和生长连接而成^[4]。这种由多个具有相对独立的烃类生成、运移和聚集的基本地质单元特征的洼槽复合而成的断陷盆地称为“复式小型断陷湖盆群”^[5]。

海塔盆地的构造格局为“三坳两隆”，包括西部断陷带、中部断陷带和东部断陷带以及东部隆起和西部隆起(图 1a)^[6]。塔南凹陷面积为3500km²，位于海塔盆地中部断陷带的南部，整体上为NE向的大型宽缓“东断西超”的箕状断陷，构造格局为“三凹两凸一斜坡”(图 1b)^[7]。以三维地震资料解释成果为基础，可在海塔盆地中部断陷带内自下而上识别出T₅、T₃₁、T₃、T_23-2、T_23-1、T₂₃、T₂₂、T₂₁、T₂、T₁和T₀₄共11个主界面，一级层序界面为T₅、T₂₂和T₀₄，二级层序界面为T₃和T_23-1。海塔盆地在地史时期经历了5期构造演化，塔南凹陷自下而上依次为山间残留盆地(铜钵庙组)、被动裂陷盆地(南一段下和南一段中)、主动裂陷盆地(南一段上和南二段)、断坳盆地(大磨拐河组和伊敏组)和坳陷盆地(青元岗组)构造层^[8](图 2)。

目前关于洼槽的认识，仅局限于现今洼槽样式和沉积体系特征对油气藏的控制作用^[9]，对中国陆相断陷盆地内的洼槽演化过程缺乏详细研究。大位移主干边界断层的生长演化机制决定了洼槽的主要构造演化过程，因此需要研究主干边界断层的生长及活化过程，探讨其对洼槽演化的控制作用。本文以海塔盆地塔南凹陷为靶区，在三维地震解释的基础上，观察沉积地层厚度特征及其对应关系，并结合断距—距离曲线和断距—埋深曲线，通过最大断距回剥法系统分析洼槽主干边界断层生长机制和洼槽构造演化过程，明确洼槽结构对有效烃源岩分布的控制作用，对海塔盆地乃至中亚蒙古构造带东段“复式小型断陷湖盆群”油气勘探具有重要意义。

1 主干边界断层生长机制及洼槽演化过程 1.1 主干边界断层生长机制

近年来，随着研究的不断深入，人们普遍认为，洼槽演化主要源自主干边界断层位移的不断扩展^[10]，主干边界断层的整个生长过程控制了断层累计位移的空间分布，从而决定了洼槽的结构、规模以及演化模式。根据断层位移沿走向的传播方式将断层生长机制分为孤立断层生长机制、断层分段生长机制两类^[11]。通过编制的断距—距离(T-X)曲线^[12]特征分析断层的平面生长过程。以塔南凹陷东洼槽边界断层F1为例，现今为一条断面轨迹曲折的大位移断层，其T-X曲线具有2个极小值点和3个极大值点。通过最大断距回剥法^[11]恢复断层生长史(图 3b)，结果表明：南一段上沉积后，F1表现为3条NE向侧列控洼的孤立小断层F1-1、F1-2和F1-3；南二段沉积时期，F1-1、F1-2、F1-3相向生长，在测线Line517和Line741处通过传递断层“硬连接”为一条大断层；当大一段沉积后，F1进一步生长。

研究表明，裂陷盆地断层分段生长具有普遍性，初期两条孤立断层在平面上生长，逐渐转化为“软连接”阶段，持续生长进入“硬连接”阶段，在叠覆区内由断层相互作用形成的转换斜坡处总断距相对较小。由若干条小断层生长、连接形成的大断层的T-X曲线常出现多个“极大值点”和“极小值点”，其中“极小值点”一般存在于断层分段生长连接点处。因此，塔南凹陷内多数主干边界断层主要由断层分段生长机制形成。

1.2 塔南凹陷洼槽演化 1.2.1 主干边界断层活动时期厘定

洼槽主要形成于主干边界断层强烈活动时期，沿断层走向选取T-X曲线上最大断距处正交剖面的地震数据，绘制断距—埋深(T-Z)曲线^[13]，结合生长指数变化规律，明确断层各时期活动性，确定洼槽主要形成时期。

根据T-Z曲线的几何学特征，将断层分为3种类型^[12]：①孤立型断层，曲线形状为C型(图 4a)，成核点处断距最大，向上、下分别逐渐减小至0(图 4b)，属于一期活动断层；②先存断层向上传播再活化断层，曲线形状为折线型，曲线中部有明显的垂直段，对应于断距向上保持不变(图 4b)，表示断层静止期，为多期活动断层；③倾向连接再活化断层，曲线形状为M型，其中两个断距极大值被一个断距极小值分隔(图 4c)，说明断层存在上、下两个成核点，由两条断层Fa、Fb倾向连接形成，属于多期活动断层。因此通过研究T-Z曲线的几何学特征，可以明确断层在不同时期的活动性。

选取研究区内9条主干边界断层为研究对象。图 5为塔南凹陷主干边界断层T-Z曲线。由图可见：①断层F1自下而上断穿了铜钵庙组至伊二、三段等9套地层(图 5a)，T-Z曲线为折线型，断距自上而下先增大后保持不变再增大，在铜钵庙组和伊一段存在2个极大值点，说明F1具有2个成核点；断距在伊二、三段和铜钵庙组至南二段持续增大，生长指数大于1，说明F1在对应沉积期持续活动；断距在大一段至伊一段保持不变，生长指数等于1，说明F1在对应沉积期静止(图 5b)。②断层F2、F3、F6、F7、F9与F1相似，均为两期活动的先存断层向上传播再活化断层，其中F2和F9静止期为大一段到伊一段沉积期，F3、F6和F7静止期为伊一段沉积期(图 5c、图 5d、图 5g、图 5h、图 5j)。③断层F8自下而上断穿铜钵庙组至大一段等6套地层，T-Z曲线为C型，断距自上而下持续增大，在铜钵庙组存在1个极大值点，说明F8具有1个成核点；生长指数在断距增大时持续大于1，说明F8在铜钵庙组至大一段沉积期持续活动，为一期活动孤立型断层(图 5i)。④断层F4和F5自下而上断穿了铜钵庙组至伊一段等8套地层，T-Z曲线为M型；F4的2个极大值点位于伊一段和铜钵庙组，说明F4由上、下两个孤立断层在伊一段之上和铜钵庙组之上的地层分别成核，并在伊一段倾向连接形成，生长指数在断距增大时大于1(图 5e)；F5的2个极大值点位于伊一段和南一段下，说明F5由上、下两个孤立断层在伊一段之上和铜钵庙组之上的地层分别成核，并倾向连接形成，生长指数在断距增大时大于1(图 5f)。研究区内9条主干边界断层在南一段上和南二段沉积期断距自上而下骤增且生长指数大于1，因此认为南一段上和南二段沉积期为塔南凹陷主干边界断层的强烈活动期——洼槽主要形成期。

1.2.2 洼槽演化过程

综上所述，南一段上和南二段沉积期为塔南凹陷主干边界断层强烈活动期，故以此时期的洼槽特征分析洼槽演化过程。主干边界断层的生长机制决定了洼槽沉积、沉降中心及迁移规律，不同的断层生长机制产生了不同的演化模式。综合分析断层生长的构造特征^[14]和盆地的沉积、充填特征^[15]，可将洼槽演化模式分为孤立断层控洼(图 6a)和分段生长断层控洼2种(图 6b)。塔南凹陷存在6个主要洼槽(图 7、图 8)，由于控洼断层分段生长具有普遍性，仅洼槽3和洼槽6的控洼断层为孤立断层，洼槽宽度和厚度随控洼断层长度和断距的增长而增大，在平行于断层走向剖面上新沉积地层超覆于老地层之上，断层中部对应洼槽的沉积、沉降中心，几乎不随时间迁移，表现为孤立断层控洼演化模式(图 6a)。塔南凹陷中洼槽1、洼槽2、洼槽4和洼槽5的控洼断层均为大型分段生长断层，初期形成的几个由孤立小断层控制的小洼槽，随控洼断层生长、连接逐渐合并，最终形成由一条新连接的大位移断层控制的大型洼槽，洼槽沉降、沉积中心由各控洼小断层中部逐渐向连接形成的大控洼断层中部迁移，表现为分段生长断层控洼演化模式(图 6b)。

图 9为塔南凹陷洼槽1平面、剖面特征。由图可见：在南一段上沉积时主干边界断层F1为3条NE向的小孤立断层F1-1、F1-2和F1-3，分别控制3个小洼槽，洼槽沉积、沉降中心分别位于各孤立断层中部(图 9d)，在F1上盘发育两个横向背斜H₁和H₂(图 9a)，位置对应断层间的构造转换带，为2个南一段上地层局部减薄区，分隔3个小孤立洼槽中心，具有明显的超覆现象^[16]；在南二段沉积时3条孤立断层相互连接成一条大断层F1，3个小洼槽连为一个整体(图 9c)，此时剖面上仍发育两个背斜结构(图 9b)，但背斜两翼明显变缓，由F1-1和F1-2控制的洼槽沉降中心逐渐连为一个沉降中心。

2 塔南凹陷洼槽结构对有效烃源岩分布的控制

烃源岩是油气成藏的基础，确定有效烃源岩的分布是发现有效资源潜力的前提^[17-18]。结合塔南凹陷现有烃源岩资料，探究主干边界断层对有效烃源岩分布的控制作用，可在深入研究洼槽构造演化的基础上预测有效烃源岩发育的有利区带。

2.1 主干边界断层生长机制对烃源岩分布的控制

塔南凹陷主要发育南一段中和南一段上两套烃源岩^[9]。在南一段中沉积时塔南凹陷呈泛盆结构，该时期烃源岩分割性弱并成片状分布^[9]；在南一段上沉积时烃源岩主要沿主干边界断层发育，并分布于由断层控制的洼槽内部，具有明显分割性，说明该时期主干边界断层活动对烃源岩的分布具有控制作用。

不同的主干边界断层生长机制对应不同的洼槽演化模式，据此可将洼槽对有效烃源岩分布的控制方式分为孤立洼槽控源和分段生长洼槽控源(图 10)。在南一段上地层中，孤立洼槽控源表现为有效烃源岩厚度中心位于孤立洼槽中部，与洼槽沉积中心和沉降中心一致；分段生长洼槽控源表现为有效烃源岩厚度中心分别位于被横向背斜隔开的多个小洼槽中部，洼槽间的横向背斜处有效烃源岩厚度明显减小或是不发育有效烃源岩(图 11)。因此，主干边界断层生长机制有效控制了塔南凹陷南一段上有效烃源岩分布。

2.2 主干边界断层活动性对烃源岩演化的控制

分析表明，长期继承性发育和多期活动是塔南凹陷主干边界断层的重要特征。南一段上沉积时期主干边界断层的强烈活动控制了凹陷内洼槽的形成和演化，洼槽内部沉积了极厚的地层，使整个南一段上厚度分布呈明显的块状特征，沿主干边界断层走向展布，体现了主干边界断层的强分割性。

南一段上沉积时期，主干边界断层活动最强且活动时间较长，使整个凹陷的沉降速度增大，造成沉积泥岩的厚度持续增大，为有效烃源岩的形成提供了大量可容空间。

就主干边界断层对烃源岩发育、演化的控制作用来说，断层活动对现今有机质的成熟度并无太大影响，但伴随断层强烈活动产生的区域沉降和热作用对烃源岩的演化具有极大的促进作用，尤其是断层长期继承性生长引发的持续沉降作用越剧烈，烃源岩成熟度就越高^[19-21]。

南一段上沉积时期，伴随塔南凹陷主干边界断层强烈活动而产生的区域沉降和热作用促进了有机质的保存和转化，使南一段上烃源岩有机质丰度高，分布范围广且厚度大，具有极大生烃潜力^[8]。该套烃源岩有机碳含量为0.129%~5.220%，洼槽内部为有机碳丰度最高区，有机碳含量为1.500%~2.500%，有机碳含量向洼槽斜坡区逐渐降低；氯仿沥青“A”含量为0.0023%~0.488%，生烃潜量为0.06~24.36mg/g；有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主；烃源岩R_o值为0.51%~1.22%，其中洼槽区内烃源岩为优质烃源岩，R_o值基本大于0.7%，属于大量油气生成时期^[8]。因此，主干边界断层活动性有效控制了塔南凹陷南一段上烃源岩的演化。

塔南凹陷油气分布(图 11)和纵向含油面积统计结果(图 12)表明，平面上油富集区呈“马铃薯”状分布于有效烃源岩范围内并沿控洼主干边界断层展布，具有“小而多”的特征；纵向上油主要分布在源岩层和邻近地层内，即南屯组和铜钵庙组内，其他距源岩层较远地层含油分布面积极小。

3 结论

(1) 塔南凹陷主干边界断层具有多期活动的特征，凹陷内分割性强，每一个洼槽均为独立的成藏单元，具有不同的结构、地层沉积特点、生油条件和储层特征。凹陷内主干边界断层的生长机制分为孤立断层生长机制和断层分段生长连接机制两类，断层主要活动时期为南一段上和南二段沉积时期。

(2) 主干边界断层不同生长机制对应不同洼槽演化模式，即分为孤立断层控洼和分段生长断层控洼两种演化模式。前者的孤立断层生长控制了洼槽宽度和厚度增长，洼槽沉积、沉降中心始终位于控洼孤立断层中部；后者的断层分段生长使南一段上沉积期由孤立小断层控制的多个小洼槽在南二段沉积期合并为一个洼槽，沉积、沉降中心向大洼槽中部迁移。

(3) 塔南凹陷南一段上洼槽控源分布方式依据洼槽演化模式分为孤立洼槽控源分布和分段生长洼槽控源分布。主干边界断层在南一段上沉积期强烈活动并继承性生长，为有效烃源岩形成提供了大量可容空间，同时促进了烃源岩的演化，形成了分布广且厚度大，具有极大生烃潜力的南一段上有效烃源岩。塔南凹陷含油富集区在平面上呈“马铃薯”状分布于有效烃源岩范围内并沿主干边界断层展布，具有“小而多”的特征，纵向上主要分布在南屯组和铜钵庙组内。