松辽盆地是一个中—新生代陆相含油气盆地,基底为石炭系—中二叠统的浅海相沉积[1]。中央古隆起自发现深层火成岩气藏[2-5]和基岩气藏以来,基底构造特征、基岩内幕特征的研究显得尤其重要。
关于松辽盆地基底的构造和演化方面,符伟等[6]、张梅生等[7]认为松嫩地块控制着松辽盆地的形成;而宋均秋[8]认为松辽盆地是佳木斯地体、华北板块与西伯利亚板块的三角缝合区,构造演化受这三个块体的影响。张元高[9]认为松辽盆地在古生代末期发生褶皱并伴随岩浆活动,在晚二叠世华北板块由南向北俯冲、强烈挤压。李锦轶等[10]认为松辽盆地位于二叠纪增生造山带,受晚古生代断裂和中生代断裂影响。郭刚[11]认为从三叠纪开始,松辽盆地进入滨太平洋构造域演化阶段,处于NW-SE向的剪切挤压应力场中。
关于松辽盆地基岩内幕的研究方面,符伟等[6]、王天琪等[12]分别利用过松科2井深部地震剖面,在一定程度上揭示了基岩内幕深部地层特征,但只局限于松科2井附近。王金臣[13]结合基岩内幕地球物理资料,认为基底结构可以分为两层,构造运动相反,但是并没有进一步对基岩内幕岩层进行刻画。
以往地震资料少,基底内幕地震资料品质差,同时松辽盆地基底构造演化特征复杂,导致基底构造特征和内幕结构不清楚,严重影响了中央古隆起基岩油气藏的进一步勘探。为此,利用新采集地震资料,结合钻探成果,在分析基岩内幕地震反射特征基础上,识别基岩内幕层;通过断裂特征分析,划分断裂类型、期次;进一步开展断裂成因分析,以期为基岩油气藏勘探提供参考。
1 基底内幕地层特征 1.1 已钻层地震反射特征目前,中央古隆起共52口井钻遇基底。钻井揭示了基岩顶面之下300ms以内的内幕地层,岩性主要是二叠系板岩、片岩和花岗岩侵入体。
研究区北部L1井钻遇基底厚度为1050m。基底顶部发育13m的含砾粗砂岩和17m的变质安山岩,下部以片岩为主,夹少量构造角砾岩、糜棱岩、花岗岩等。其中,片岩为一套中—强振幅、中等连续、亚平行地震反射波组,成层性好(图 1)。
研究区南部L2井钻遇基底550m,岩性主要为侏罗纪侵入的紫灰色碎裂花岗岩和绿灰色花岗岩,呈弱振幅、杂乱地震反射特征,成层性差,在地震剖面上可见高陡逆冲断层(图 2)。
同样,研究区中部L3井钻遇基岩近900m。其中,上部为糜棱岩化花岗岩和碎裂花岗岩,下部为片岩,二者之间有明显的岩性分界。地震反射特征变化明显,糜棱岩化花岗岩、碎裂花岗岩呈弱振幅杂乱地震反射;糜棱岩化片岩、灰绿色片岩呈强振幅条带地震反射,短轴状,成层性好。片岩条带自2700ms处往上倾方向延伸,并与上覆地层呈现高角度不整合接触关系(图 3)。
邻近中央古隆起的北部松科2井[14]揭示了类似的基岩地震反射特征,由此可推知L1井和L3井钻遇基岩为二叠系。
1.2 未钻层地震反射特征目前,研究区距基底顶300ms以下内幕地层还没有钻井钻遇,只能结合区域地质资料和已钻井基底内幕地震反射特征进行划分和描述。基底内幕主要存在两种比较清楚、可识别的地震反射特征,即弱振幅、连续性差、杂乱地震反射和较强振幅、中等连续波组地震反射。根据前述钻井揭示,前者为花岗岩侵入体;后者成层性好,为片岩地层。但由于构造作用,局部地区片岩遭到破坏,成层性变差(图 4矩形框内)。由图 4可见,基底内幕存在三个较明显的强地震反射界面(Tb1、Tb2、Tb3),可以相应地划分出内幕Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四套内幕地层。
内幕Ⅰ在研究区北部L1井区和L3井区主要为一套中强振幅、中高频、中等连续、平行地震反射波组,根据基底已钻地层地震反射特征,推测该区为二叠系片岩发育区。同理,内幕Ⅰ在南部L2井区主要为一套弱振幅杂乱反射波组,可推测为花岗岩发育区。图 4中可明显看到L3井以东内幕Ⅰ呈中强振幅、中高频、中等连续地震反射特征。
内幕Ⅱ主要为一套中弱—中强振幅、中高频、中等连续、平行地震反射波组,根据反射特征可推测为二叠系。局部可见弱振幅杂乱反射,它是由沿断裂或地层侵入的厚层花岗岩引起。该套波组顶界面Tb1呈强振幅、中高频、连续地震反射,可见角度不整合接触关系。
内幕Ⅲ主要为中弱—中强振幅连续反射,成层性好,推测主要为片岩的地震响应(图 4)。局部地区可见弱振幅杂乱地震反射特征。内幕Ⅲ顶界面Tb2为强振幅、较连续地震反射,与下伏地层呈角度不整合接触关系。
内幕Ⅳ位于4500ms以下,为一组强振幅、连续反射波组,成层性较好,延伸范围不大。其顶界面Tb3呈强振幅、高频、连续地震反射特征。
由图 5可见,L2井区基岩呈杂乱地震反射特征,内幕反射界面不清晰,仅在4000ms处存在一中强振幅、连续地震反射波组。L2井钻遇花岗岩,推测L2井区基底为大规模侵入的花岗岩。L2井与L1井之间区域,四套内幕层地震波组特征较清楚,Tb1、Tb2、Tb3均为强反射界面。至L1井区,由于花岗岩的侵入和构造的挤压褶皱、抬升和剥蚀,内幕层地震波组反射特征不明显。
松辽盆地基底经历了海西期、印支期构造运动的改造,断裂特征复杂[15]。
2.1 内幕断裂特征基岩内幕主要发育四种断层,即高陡的逆冲断层、低角度的逆冲滑脱断层、近直立的压扭性断层和控洼正断层。
高陡的逆冲断层除了同相轴有明显错断外,大多数两侧地震反射特征差异较大,为中强振幅、中等连续地震反射与中弱振幅、杂乱地震反射对接(图 5、图 6中紫红色断层)。
低角度逆冲断层主要为受挤压作用形成的逆冲滑脱断层。断面与上盘地层产状一致,与下盘地层呈角度接触关系(图 5、图 6中深绿色断层)。在横向上滑脱层对比性差,难以连续追踪,仅在内幕Ⅰ、内幕Ⅱ中可识别。
压扭性断层断距不大,近直立,持续活动到断陷期,大部分表现为正断层特征(图 5、图 6中深蓝色断层)。
控洼正断层断距较大,表现为铲式正断层,控制了基岩上覆的沙河子组和营城组沉积(图 5、图 6中红色断层)。
2.2 内幕断裂期次划分根据内幕断裂特征及其相互切割关系可将断层划分为四期,分别是形成于前Tb2反射界面、后Tb2反射界面、早中侏罗世压扭期和白垩纪断陷期。
由图 6可见,前Tb2反射界面发育的逆冲断层(紫红色)主要位于基岩下部,一般在3000ms以下,消失于Tb2反射界面,削截、不整合特征清晰;后Tb2反射界面形成的逆冲断层(深绿色)具逆冲滑脱特征,与上覆地层呈低角度相交;早中侏罗世发育压扭性质断层(蓝色),近直立,断距较小;白垩纪发育断陷期正断层(红色),断距大,普遍为生长断层。徐西断层(图 6)是研究区规模最大的控陷断层,发育时间长,对研究区沙河子组和营城组沉积起主要控制作用。
基底内幕断裂在平面上成排、成带展布,以NW、NE向为主。由图 7可见,前Tb2反射界面形成的断层主要位于研究区中部,延伸不长,多被晚期断层切割、错断;后Tb2反射界面形成的断层主要呈NE向展布,在中部呈雁列状展布;早中侏罗世扭动断层主要呈NEE向和NW向展布,南北方向发育3排断裂带,延伸较长;断陷期断层以徐西和徐中断层为主,呈NW向展布,延伸长度较长,控制着中央古隆起的东部边界。
结合区域构造地质背景和基岩内幕断裂特征,可推测中央古隆起基底内幕断裂形成模式,主要经历以下几个阶段(图 8)。
早二叠世末(海西期),华北板块向北俯冲,由南向北的强烈挤压形成三条大的逆冲断层(粉色断层),并伴随大规模花岗岩侵入(图 8b)。
晚二叠世末(印支期),受西伯利亚板块拼接作用的影响,发育大型逆冲断层,破坏了海西期断层上部,可识别两条大的逆冲断层(深绿色断层),并伴随大规模花岗岩侵入(图 8c)。
早中侏罗世,太平洋板块与研究区所在板块相互作用逐渐加剧,在太平洋板块俯冲作用下发育压扭性质断层,断层近直立,断距较小(深蓝色断层)(图 8d)。
中央古隆起持续抬升,遭受剥蚀。白垩纪早期,松辽盆地处于NE-SW向拉张伸展环境,发育正断层,控制断陷期的沉积(图 8e)。早期压扭性质断层再次活动,受拉张应力作用,发育张性正断层。徐西断层也是在此时期再次活动,并形成徐西深大断裂。在早白垩世晚期,松辽盆地开始了大面积的构造沉降和沉积。中央古隆起被登娄库组及以上地层沉积覆盖,该期发育的断层对基岩影响不大,中央古隆起基底得以持续稳定埋藏,形成现今构造格局(图 8f)。
4 结论(1) 根据地震反射特征,松辽盆地中央古隆起基岩内幕可识别三个地震反射界面和四套内幕岩层。
(2) 基岩内幕主要发育逆冲断层和张性正断层,可划分为四个发育期次,分别是前Tb2地震反射界面形成的逆冲断层、后Tb2地震反射界面形成的逆冲断层、压扭期断层和白垩纪断陷期断层;中央古隆起基岩断裂主要形成于四个阶段,即海西挤压期、印支挤压期、早中侏罗世压扭期和白垩纪断陷期。
(3) 基岩内幕断裂的形成与海西期华北板块俯冲、印支期西伯利亚板块拼接、早中侏罗世太平洋板块俯冲及早白垩世松辽盆地的拉张、伸展相关。本文基岩内幕发育模式可为该区构造研究和基岩油气藏的勘探提供参考。
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