| 松南新区与长岭凹陷断陷期盆地构造解析与对比分析及有利勘探方向预测 |
松辽盆地位于欧亚大陆东缘,是晚中生代以来发育的典型断坳叠合盆地。盆地基底是西伯利亚板块和华北板块之间的古亚洲洋关闭和众多微板块或地体拼合形成的复合陆块,岩性主要包括海西—印支期浅变质岩、古生代—早中生代花岗岩和少量前寒武纪花岗岩,基底断裂以NE-NNE向、NW向和近EW向为主,这些基底断裂,特别是NE-NNE向的深大断裂对盆地的形成演化起着重要的控制作用[1]。根据松辽盆地断陷期构造格局,将断陷层划分为西部、中部、东部三个断陷带,松南新区断陷群主要分布于中部和东部断陷带,长岭凹陷主体位于中部断陷带(图 1)。随着勘探开发工作的不断深入,发现松南新区断陷群与长岭凹陷断陷期的成盆机制存在较大差异,用单一受控于EW向弧后伸展构造背景并不能完整的解释断陷盆地结构、充填样式及展布特征,需要进一步深入分析二者的差异,笔者通过对上述两者大地构造背景、基底特征、盆地构造几何学、运动学及动力学特征等深入的盆地构造解析和对比分析,以长岭凹陷龙凤山油气藏的成功发现为契机和指引,总结分段式基底断裂带主要断裂的控盆、控烃和控藏的共性特点,以此来预测并指导松南新区断陷群的有利油气勘探方向。
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| ( ①嫩江—八里罕断裂带;②伊安—通榆断裂带;③大庆—长岭断裂带;④佳木斯—伊兰断裂带;⑤赤峰—开原断裂带;⑥西拉木伦河断裂带;⑦科右前旗—伊通断裂带;⑧扎莱特—吉林断裂带;⑨滨州断裂带) 图 1 松辽盆地断陷层构造单元与基底断裂叠合图 |
2 关于断陷成因的认识
松辽盆地断陷层成盆动力机制一直以来是备受关注和争论的焦点,前人对于断陷期的成盆机制进行了大量研究[1-9],闰全人等(2002)认为中生代时期由于太平洋板块对欧亚板块区域性挤压应力松弛下降,地幔底辟作用增强,由先前的挤压构造应力转为拉张构造应力,形成一系列规模不等的断陷盆地,并伴有中—酸性岩浆侵入和喷发,形成了独特的火山—湖相沉积盆地。颜丹平等(2003)通过平衡剖面反演技术对松辽盆地南部吉林两井油田扶余油层4条剖面逐层回剥恢复,复原出盆地不同时代的构造演化剖面,揭示出松辽盆地南部以浅表构造层次的负花状构造及深层剥离断层为特征,同时断层生长指数、盆地的伸展史和伸展量等参数显示,晚白垩世前该区主要表现为走滑性质,而晚白垩世后以伸展作用为主,推测松辽盆地主体为一个受太平洋板块俯冲控制的弧后构造盆地[10]。张庆龙等(2005)认为郯庐断裂北段在早、中侏罗世直至早白垩世时以拉张作用为主,断裂带之间地质体发生大规模陷落,为晚侏罗世、白垩世巨厚的陆相沉积和火山活动奠定了基础[11]。葛荣峰等(2009)提出松辽盆地断陷期的伸展构造并非单一的拉张背景下的产物,而是由早、晚两期脉冲式伸展事件组成。每个伸展脉冲都由早期的快速伸展阶段和其后的缓慢伸展阶段组成,前者分别与火石岭期和营城期两个火山活动高峰相一致,而后者则分别与沙河子期两个伸展脉冲之间的构造转换和登娄库期断陷向坳陷的构造转换相对应[1]。
综合上述研究成果,不同学者对于松辽盆地断陷期成盆机制因研究区块构造位置、构造样式、盆地充填结构等差异得出了不同的认识,但趋于共性的是均反映了断陷期因板块俯冲产生EW向弧后伸展构造背景的动力学机制。松南新区断陷群与长岭凹陷在断陷期同样受控于这一主导应力控制,断陷主体格局呈NE向展布,局部地区周边界条件差异而复杂化。
3 断陷期盆地构造解析与对比分析 3.1 长岭凹陷断陷期盆地构造解析 3.1.1 龙凤山地区构造解析长岭凹陷龙凤山地区油气勘探获得重大突破,沙河子组沉积期分段式基底断裂带主要断裂体系以NE、NW向为主,平面上断裂组合由NE、NW向断裂呈钝角方式连接(图 2),过井地震剖面(图 3、图 4)显示,龙凤山次洼主体由NE向基底拆离断层控制形成盆地基础,之上发育次级的NE向断裂体系,沙河子组地层厚度呈现由次级NE、NW向连接断裂系控制的多个沉积中心(图 5),后期随着断陷规模进一步扩大,湖泛扩张使得多个次级沉积中心叠合连片,整体上成为一个东西向分布的生烃凹陷。
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| 图 2 龙凤山地区沙河子组顶面构造图 |
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| 图 3 A-B测线地震剖面 |
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| 图 4 C-D地震剖面 |
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| 图 5 龙凤山地区沙河子组地层厚度图 |
3.1.2 长岭凹陷断陷期成盆机制分析
长岭凹陷位于松辽盆地中南部,临近松嫩—佳木斯板块与华北板块古生代缝合带,南侧紧邻华北板块北缘晚古生代增生褶皱带,总体呈NNE向展布,盆地内部受不同走向的大型同沉积断层控制,形成多个沉积中心。
长岭凹陷断陷期断裂系统格局与龙凤山地区极为相似,具有统一的成盆背景,表现为多应力叠加效应控制下的“弧形断裂系”成盆机制(图 6)。
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| 图 6 长岭凹陷断陷期应力场解析 |
(1) J左旋压剪、K1左旋张剪效应
J时期由西伯利亚板块对东北地区SN向阻挡推挤作用及古太平洋板块斜向俯冲引起东北地区发生大规模NE向左旋走滑,同时在SN向挤压作用下形成东北地区NNE及NNW向共轭断裂体系。
K1时期NE向基底走滑断裂受弧后伸展背景影响表现为左旋张剪性质。
(2) K1追踪张节理效应
在前期共轭剪裂的基础上,由SN向挤压及EW向弧后拉张应力共同影响,追踪早期共轭剪节理形成,追踪轨迹沿共轭节理钝角处呈弧形带裂开并逐渐延伸。
(3) K1时期NNE向左旋张剪基底断裂派生应力场效应
靠近剪切带附近由剪切力偶派生NNW向压应力及NNE向张应力,由张应力形成NNW向张破裂;由剪切作用派生两组与主剪切带成锐角相交的羽状剪节理,在查干花断裂带附近尤为典型。
3.2 松南新区断陷群盆地构造解析与对比分析松南新区断陷盆地依据深大断裂位置划分为吉西、辽北、辽西三个一级构造分区,其中辽北盆地区以NE向断裂为界又划分为西部、中西部、中东部三个二级断陷区[12]。辽北盆地区中西部,一方面受EW向西拉木伦河断裂、赤峰—开原断裂及NE向嫩江—八里罕断裂、依安—通榆断裂两对剪切力偶共同影响,另一方面,受到来自弧后伸展背景形成的EW拉张应力作用,整体表现为旋扭应力场的特点,为张扭背景下的旋扭应力场控制成盆,尤其剪切带附近断裂系统呈弧形帚状散开,平面展布呈特征的“反S”形(图 7);中东部因EW向深大断裂走滑位移至端部影响减弱,主要受EW向拉张应力控制成盆,平面断裂系统呈“SN”向展布;在走滑剪切带附近盆地(昌图断陷)则主要受剪切带影响控制。这种张扭背景下的“旋扭应力场”成盆背景受控于以下方面。
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| 图 7 松南新区断陷群断陷期应力场解析 |
(1)基底稳定性:中西部<中东部
基底刚性强,结构稳定均一,应力易于单一方向集中,断裂切割深度大;而基底结构不均一,地幔热流易于扩散,使其刚性程度减弱,塑性程度增加,在应力作用下易沿断裂或结构不均匀处发生拆离作用,应力易于弥散。
(2) EW向伸展效应
受太平洋板块俯冲形成EW弧后伸展背景。
(3) EW向走滑位移效应
断陷期西拉木伦河断裂走滑位移最大影响至中西部,赤峰—开原断裂影响至中东部,因此总体上中西部走滑剪切效应大于中东部。
3.3 断陷期盆地构造对比分析长岭凹陷与松南新区断陷群断陷期成盆背景既有共性,也存差异(表 1),二者不同的大地构造位置决定了成盆的基础条件,盆地构造变形又使得盆内格局更加复杂化,但趋于共性的是二者均受控于统一地球动力学环境,主体断裂格局呈NE向分布,断裂具分段发育特点,分段控制烃源岩发育层段,分段源控成藏。
| 表 1 长岭凹陷与松南新区断陷群断陷期成盆背景对比表 |
4 有利勘探方向预测
以长岭凹陷龙凤山地区油气藏的成功发现为契机和指引,认识到分段式基底断裂带“控洼—控沉—控源—控藏”的特点(图 8),松南新区断陷群的有利勘探方向可在分段基底断裂附近寻源,在最大断距处寻找沉积中心,依据“主控断裂寻源、前缘相带寻储、稳定沉积寻盖、构造复原寻聚、动态演化寻藏”的思路寻找和发现新的油气藏。预测松南新区断陷群有利勘探方向:茫汉断陷分段式弧形控盆断裂带最大断距处指示沉积中心,可在附近寻找烃源灶区,近源寻藏。
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| 图 8 龙凤山地区分段式基底断裂与含油气区叠合图 |
5 结论
松南新区与长岭凹陷在早白垩世均受到近EW向弧后伸展构造背景的影响,形成断坳叠置盆地,长岭凹陷表现为多应力叠加效应“弧形断裂系”成盆机制,松南新区断陷群表现为张扭背景下的“旋扭应力场”成盆机制。龙凤山地区的成功突破揭示了分段式基底断裂带“控洼—控沉—控源—控藏”的经验,松南新区断陷群成盆机制虽与长岭凹陷存在差异,但共同点均表现出基底断裂分段发育特点。因此,以长岭凹陷成功突破的经验和启示为指导,预测松南新区断陷群的有利勘探方向可在茫汉断陷分段式基底断裂附近寻源,在最大断距处寻找沉积中心,依据“主控断裂寻源、前缘相带寻储、稳定沉积寻盖、构造复原寻聚、动态演化寻藏”的思路寻找和发现新的油气藏。
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| 图 9 茫汉断陷有利勘探方向预测 |
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