海拉尔盆地乌尔逊-贝尔凹陷下白垩统地层特征与构造控制

海拉尔盆地乌尔逊-贝尔凹陷下白垩统地层特征与构造控制

乌尔森-贝尔塌陷是雅拉尔盆地的两个凹陷。位于内蒙古呼伦市。这是一个混合着内蒙古-大兴安岭古生代冲突造山带中的新生代盆地。基底为古生界和前古生界海相、海陆交互相地层,盆地中主要发育中生界白垩系和新生界第三系、第四系,地层总厚度达6000m,其中白垩系可划分为1个群、5个组(图1),即下白垩统兴安岭群(K1x)、铜钵庙组(K1t)、南屯组(K1n)、大磨拐河组(K1d)、伊敏组(K1y),上白垩统青元岗组(K2q)。主要生油层系分布于铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组,目前已经在基底、兴安岭群、铜钵庙组、南屯组和大磨拐河组发现工业油气藏。1对地层层序的认识乌尔逊—贝尔凹陷的地层组合和地质结构十分复杂,虽经多次厘定,但对地层层序的认识仍存在较大争议1。依据层序地层学原理和孢粉组合,对钻井和三维地震资料较多的乌尔逊—贝尔凹陷进行地层层序研究,重新确定了地层层序和各组、段级地层的内涵。1.1地震反射层上白垩统基底顶面t5不整合面作为各级层序的界面,也是划分组、段级地层的依据。乌尔逊—贝尔凹陷不整合面的确定主要依据地震剖面上的各种地震反射特征和钻井剖面中的地层缺失。除基底顶面(T5)和上白垩统底面(T04)的不整合面外,在研究区还可识别出多个不整合面(地震反射层自上而下分别为T2、T21、T22、T23、T3、T4),其中T22代表了全区最重要的角度不整合面,在隆起上或盆地边部的反射层之下存在明显、分布广泛的削截现象,在凹陷内表现为该反射层之上的上超现象。除T22、T04反射层外,其它几个反射界面削截现象分布局限,主要表现为向凹陷边缘的渐次上超(图1)。1.2顶、底界面的不整合面以地震剖面和钻井识别的不整合面为界,考虑岩石学、生物学特征和地层空间分布等因素,确定海拉尔盆地乌尔逊—贝尔凹陷的下白垩统地层层序为兴安岭群、铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组(图1)。兴安岭群在地震剖面上位于T5与T4之间,以贝16井区为例,底部为厚层安山岩或安山质凝灰岩,下部流纹质晶屑凝灰岩、流纹岩与灰绿色凝灰质泥岩互层,上部含粗砂级沉凝灰岩与凝灰质泥岩互层,夹凝灰质砂、砾岩。孢粉组合为巴彦花孢-无突肋纹孢-层环孢组合带,蕨类孢子占绝对优势,主要分子:巴彦花孢、层环孢、石松孢、紫萁孢、带环孢等。铜钵庙组顶、底界分别相当于T3、T4所标示的不整合面,下部以冲积扇、扇三角洲平原厚层凝灰质砾岩为特征,中部为扇三角洲前缘中、薄层凝灰质砾岩夹灰绿色凝灰质泥岩,上部为灰绿色、灰黑色凝灰质泥岩夹薄层砂、砾岩,总体构成向上变细的旋回。孢粉组合带为突肋纹孢-有突肋纹孢-光面三缝孢。南屯组顶、底界分别相当于T3、T22所标示的不整合面,在这两个不整合面之间还有T23所代表的分布十分局限的不整合面,因此南屯组可分为二段。南一段总体上可划分为两个向上变细的沉积旋回,记录了二次基准面升降旋回,以乌25井为例,南一段1650.0～1308.0m,下部为扇三角洲前缘中薄层砾岩夹薄层灰黑色泥岩,上部为深—半深湖相泥岩夹重力流成因的薄层砾岩;南二段1308.0～1100.0m,底部为扇三角洲前缘砂岩夹灰黑色泥岩,向上砂岩减薄,层数减少,顶部为深—半深湖相泥岩。整体上南一、二段两个旋回又构成了一个向上变细、能量减弱的大旋回。地层中普遍含有火山物质,一般为凝灰质颗粒和粉尘混入碎屑岩中,也有砂级沉凝灰岩。孢粉组合带南一段为双束松粉-单束松粉-原始古松粉,裸子植物占绝对优势,原始的松柏粉含量高;南二段为克拉梭粉-云杉粉-单束松粉。产介形类、叶肢介和鱼化石。大磨拐河组顶、底界分别为T2和T22所代表的不整合面,据T21所标志的不整合面和岩石组合也可分为二段,分别为砂岩层厚度向上减薄、层数减少的两个向上变细的旋回,整体以厚层灰黑色、深灰色泥岩为主。孢粉组合以裸子植物为主,大一、二段分别对应同心粉-杉科粉-紫箕孢和桫椤孢-杉科粉-同心粉二个组合带。以大磨拐河组底面不整合为界,上下地层分布有较大差异。不整合面之下,凹陷内(贝西、乌中、乌北、敖脑海等凹陷)地层发育齐全,隆起区(苏德尔特、霍多莫尔、乌西、苏仁诺尔)和斜坡区(贝西、乌东等)南屯组地层普遍遭受剥蚀,一般只残留南一段,或南屯组全部被剥蚀而导致铜钵庙组直接与大磨拐组接触。不整合面之上,大磨拐河组地层自凹陷中心部位向四周渐次上超,直到大二段沉积晚期逐渐覆盖隆起和边缘斜坡,伊敏组为一套分布广泛的巨厚沉积层。伊敏组为分布广泛、厚度很大的沉积层,主要为一套巨厚的河、湖、湖沼相的砂泥互层组合,夹多套煤层,岩性以灰绿、绿灰色泥质岩为主,偶见薄层砂岩。孢粉以蕨类孢子为主,厘定后伊敏组包括三段,岩性上总体表现为正旋回,厚600～1000m。伊敏组一段底面(T2)在局部地段与下伏地层呈角度不整合关系,在乌南地区表现明显;伊敏组顶面的不整合(T04)为上、下白垩统界线。伊敏组各段之间的界线主要为岩性界面。孢粉以蕨类孢子为主。青元岗组的底界(T04)为一分布比较广泛的不整合面,与下伏反射波组呈角度不整合接触。岩性主要为紫红、棕红、灰绿色泥岩夹砂岩,底部为灰白色、杂色砂砾岩,厚150～220m。该组中产孢粉、介形类、轮藻、腹足类等化石。由于地层分布复杂,导致各地区生储盖组合的复杂性。垂向上伊敏组区域盖层之下,兴安岭群与铜钵庙组、南屯组一、二段和大磨拐河组一、二段,各自构成一套储盖组合,因此乌尔逊—贝尔凹陷应存在5套储盖组合,但由于地层的缺失和相变,5套储盖组合在平面上并不连续。2到东南角还没有得到统一认识乌尔逊—贝尔凹陷的构造十分复杂,很多学者做了大量的研究工作,提出了一系列新见解,到目前为止还没有得到统一认识。自20世纪90年代中叶开始,大庆油田公司在二维地震工作的基础上,对部分地区开展了三维地震工作,特别是最近几年三维地震工作逐步覆盖全区,对研究区构造特征的研究有了新认识2。2.1大磨拐河组—乌尔逊凹陷乌尔逊凹陷主体是由南北向的乌西断层带(乌西1号、乌西2号断层)控制的单断型箕状断陷盆地,其构造样式相对简单。乌尔逊凹陷主要发育乌西断层带和与之伴生的一系列南北向正断层组合(乌中断层带)及由其构成的花状构造、北东向断层组合(苏仁诺尔断层带)和北东东向断层带(黄旗庙断层带)(图2)。在兴安岭群—南屯组沉积时期,乌尔逊凹陷的控陷断层主要表现为在断层下盘的地层沉积厚度相对较小且稳定,在断层上盘的地层厚度较大,远离断层沉积物的厚度逐渐减小,呈现出明显的生长现象,反映了研究区主要受到伸展变形作用。在大磨拐河组—伊敏组一段沉积时期,在控陷断层上盘、靠近断层的部位地层的沉积厚度最小,远离断层的地层厚度逐渐增大,在凹陷内部地层的厚度基本稳定,表现出靠近断层附近构造反转作用强烈,远离断层构造反转作用较弱的特点,反映了研究区主要受到挤压变形作用。在伊敏组二段沉积时期,乌西1号断层基本处于稳定状态,乌西2号断层开始形成并强烈活动,表现出犁式正断层的特点,使伊敏组二段的沉积地层在断层上盘沉积很厚而远离断层部位的沉积地层厚度逐渐减小,反映了研究区又受到伸展变形作用。另外,此时形成的乌中断层带具有花状构造的特征(图2),说明乌尔逊凹陷中的南北向构造既具有伸展构造的特征,又具有走滑构造的特征。在伊敏组三段沉积时期的挤压过程中,乌西1号断层和乌西2号断层都发生了反转作用,但乌西2号断层的反转作用较强烈,在乌尔逊凹陷的中部形成一个轴向南北的大型背斜构造,在大型背斜构造上部的局部地段形成断层传播褶皱,并发育反向突破断层(图3a),使研究区普遍隆升而遭受剥蚀。上白垩统青元岗组以角度不整合与下伏地层接触,青元岗组和新生界受到变形改造相对较弱,产状在空间上变化较小。2.2控陷断层与北北缘组合贝尔凹陷是一个规模比乌尔逊凹陷大得多的凹陷,其构造样式和构造格局远比乌尔逊凹陷复杂。贝尔凹陷是由一系列北东向犁式正断层控制的箕状断陷(如苏乃诺尔断层带)和北东东向断层带(如霍多莫尔断层带,苏德尔特断层带和敖脑海断层带)控制的箕状断陷。此外,贝尔凹陷还发育少量南北向断层组合和北西向断层组合(图2)。在兴安岭群—南屯组沉积时期,北东向和北东东向断层组合在贝尔凹陷都比较发育,是两组最重要的控陷断层,这两组断层都具有上部倾角大、下部倾角小的犁式正断层特征,其中北东向正断层组合在研究区最为发育(图2),但北东东向断层与北东向断层有所不同,在空间上呈现平直延伸,在剖面上断层的倾角较大,与这些控陷断层伴生的还有典型的负花状构造,尽管上述两个方向的断层组合形成于同一时期,但其几何学特征的差异是较明显的,由此可以判断其力学性质是不同的。由上述特征可知,贝尔凹陷在兴安岭群—南屯组沉积时期主要受到伸展变形作用。在大磨拐河组—伊敏组一段沉积时期,早期的控陷犁式正断层组合普遍出现反转作用的特征,其中以北东向断层表现得最强烈,研究区出现了整体抬升(图3b),反映了研究区主要受到挤压作用。在伊敏组二段沉积时期,贝尔凹陷也受到拉伸作用的改造,使早期的控陷断层再次活动,沉积物在断层上盘沉积较厚,下盘沉积较薄,又表现为伸展断陷的特征,但这期伸展作用在贝尔凹陷的北东向、北东东向控陷正断层远不如乌尔逊凹陷的南北向控陷正断层表现得清楚。在伊敏组三段—青元岗组沉积时期,贝尔凹陷的北东东向断层受到挤压作用,使早期形成的断层出现正反转现象,形成规模较大的背斜构造(图3b)。青元岗组在大部分地段都表现为整合接触。贝尔凹陷发育的北西向断层较少,主要集中于与乌尔逊凹陷接壤的巴彦塔拉断层带,这些北西向断层在平面上延伸稳定,在剖面的地层切割关系上呈现出负花状构造的特征,而断层之间断夹块的地22层又表现出上突的形态,并切割了青元岗组之下的所有地层及早期形成的北东向和北东东向控陷断层,说明北西向断层组合是在伊敏组中段和上段沉积时期形成的负花状构造,在伊敏组三段—青元岗组沉积时期的挤压作用过程中又受到了变形改造,表现出正花状构造的特征。3油气藏现状油气藏海拉尔盆地是由中、小规模断陷群组成的中新生代伸展型-挤压型复合盆地,其中发育不同方向、不同时期的构造。乌尔逊—贝尔凹陷已发现的油气藏主要集中于北东向断层带(苏仁诺尔断层带、苏乃诺尔构造带)、北东东向断层带(苏德尔特断层带、霍多莫尔断层带、黄旗庙断层带)、南北向断层带(乌中断层带)和北西向断层带(巴彦塔拉断层带)。这些构造不仅影响了凹陷的大小、深浅、展布方向,而且会影响沉积地层的接触关系、岩性变化和有机质的含量、生油能力及油气生成、运移、聚集等,所以研究区构造与油气成藏的关系十分密切。3.1不整合面为油气运移提供了有利的通道角度不整合既是沉积现象,也是构造现象,往往与构造隆升有关。乌尔逊—贝尔凹陷中的不整合十分发育,在盆地内可识别出多个不整合面,每个组的顶、底界都为角度不整合—平行不整合—整合接触,层序内部也存在局部不整合。不整合面是油气运移的重要通道之一,尤其是铜钵庙组、南屯组和大磨拐河组一段3套成熟生油层上、下的不整合面是最有利的“聚油面”。一方面直接接受上下相邻烃源层排出的烃类,另一方面是它的上面为低水位体系域的砂体,下面是高水体系域的砂体,不整合面的存在可以改善油气的储集空间及性能,形成了良好的储集空间。同时不整合面为油气的聚集提供了有利的圈闭,沿着砂砾岩输导层、断裂和不整合侧向运移的烃类,在不整合面上、下有利圈闭中聚集成藏。在盆地基岩顶部的不整合面发现了多个基岩油气藏,铜钵庙组顶不整合面上、下发现了多个构造-地层和断块型油气藏,在南屯组顶不整合面上下发现了多个构造和断层-岩性油气藏。因此,不整合面上、下是油气的主要富集层段。3.2断层开裂类构造样式乌尔逊—贝尔凹陷北东向断层带、北东东向断层带和南北向断层带都是控制盆地形成的长期活动断层,既经历了伸展作用阶段,又经历了挤压作用阶段,形成一系列断层遮挡的断鼻、断块、反转构造和断层相关褶皱等多种构造样式,以断块、地层-构造圈闭为主。上述构造带具有发育时间早、临近生烃强度高的主生油洼槽(由北东向、北东向和近南北向断层控制的大型箕状断陷),铜钵庙组和南屯组高位域扇三角洲、辫状河三角洲相带储层厚度大、物性好,主干断裂和不整合是油气运移的主要通道,具有生油岩与构造带接触面积大、配置关系好等有利特点。北西向断层带是较晚形成的走滑断层带,对早期形成的油气藏进行破坏或改造,形成新的油气藏。3.3乌尔逊—控陷断层与油气运移、聚集断层的活动性是断层封闭性研究的基础和关键,活动断层的主体部分是开启的,与生烃、排烃同期活动的断层可作为油气运移的通道,此时断层活动与生烃时间匹配较好,否则断层活动就不与生烃时间相匹配,不能成为油气运移的有效通道,对油气成藏不利。乌尔逊—贝尔凹陷中的控陷断层基本上都是生长断层,无论在伸展还是在挤压条件下,都具有长期活动的特征,是油气运移的主要通道,并且可以形成各种类型的油气藏。断裂构造带多为地层压力释放区,成为油气的有利指向区。频繁、剧烈的断裂活动能够在盆地形成多个不同类型的不整合面,风化淋滤溶蚀等物理风化作用强烈,形成良好渗透性的风化壳,对油气运移和成藏起重要作用。例如,在贝尔、乌尔逊断陷已发现的油气藏,纵向上油气主要富集在目的层不整合面的上、下,平面上都集中在主生油洼槽及周边的几个大型控陷断裂构造带上,证实了主干控陷断裂和不整合是油气运移的主要通道。4乌尔现有4个断裂带(1)在乌尔逊—贝尔凹陷的基底顶面和上白垩统底面的不整合面之外,识别出多个不整合面。依据层序地层学原理和孢粉组合,确定下白垩统自下而上的地层层序为兴安岭群、铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组。(2)乌尔逊—贝尔凹陷主要发育4个方向的构造带,即北东向断层带、北东东向断层带、南北向断层带和北西向断层带。其中北东向断层带、北东东向断层带和南北向断层带都是控