DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2016.07.025
海拉尔盆地乌尔逊—贝尔凹陷构造-古地貌对沉积砂体的控制
李占东1，鲍楚慧1，王殿举2，张海翔1
(1. 东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆，163318；
2. 北京大学 地球与空间科学学院，北京，100871)
摘要：基于分析盆地构造活动对沉积充填的响应关系可以明确构造对沉积体系发育和展布规律的控制，从而可以预测油气藏分布，为此，通过乌尔逊—贝尔凹陷构造-古地貌对砂体和油气藏控制作用进行研究。结合油气勘探成果，探讨构造-古地貌背景下发育的砂体与油气聚集关系。研究结果表明：构造演化控制沉积演化，不同构造演化阶段发育的沉积砂体类型不同；缓坡、陡坡及它们之间的转换带为主要物源方向，局部隆起为次要物源方向；依据古地貌的形态特征及成因机制，划分陡坡同向断阶型、缓坡同向断阶型、缓坡反向断阶型及洼槽边缘型4种古坡折类型，不同构造带位置、不同类型坡折带所发育的沉积砂体类型迥异；洼槽边缘断裂坡折带是最有利的勘探部位。
关键词：海拉尔盆地；乌尔逊—贝尔凹陷；构造-古地貌；断裂坡折带；油气藏
中图分类号：P121.3 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2016)07-2357-09
Controlling effect of structure palaeogeomorphology for sand bodies of Wuerxun—Beier Sag in Hailaer Basin
LI Zhandong1, BAO Chuhui1, WANG Dianju2, ZHANG Haixiang1
(1. College of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China;
2. School of Earth and Space Science, Peking University, Beijing 100871, China)
Abstract: Through the analysis of response relationship between tectonic activity and sedimentary filling, the controlling effect of structure for the distribution of sedimentary system can be known, and oil and gas reservoir distribution can be predicted. In this study, structure palaeogeomorphology for the sand body and oil and gas reservoirs of Wuerxun—Beier Sag in Hailaer Basin was researched. Based on the exploration practice, the relationship between the sand bodies which was controlled by structure palaeogeomorphology and accumulation of hydrocarbon was studied. The results show that the sedimentary evolution is controlled by the tectonic evolution, and there are different types of sedimentary systems in different tectonic evolution periods. The main provenance orientations lie in gentle slope, steep slope and transform zone, and the secondary provenance orientation lies in local uplift. According to the morphological feature and contributing factor, there are four kinds of slope break zones, i.e., the same dip fault terrace zone in steep slope, the same dip fault terrace zone in gentle slope, opposite dip fault terrace zone in gentle slope and margin fault terrace zone in sag.There are different types of sand bodies in different locations of structural zone and different kinds of slope break zones. The margin fault terrace zone in sag is the most favorable exploration area.
Key words: Hailaer Basin; Wuerxun—Beier sag; structure palaeogeomorphology; fracture slope-break zone; oil and gas reservoirs
构造坡折带是同沉积构造引起的古地貌坡折或突变地带[1]。在断陷盆地中，规模较大的同沉积断裂所形成的构造坡折带对沉积体系的发育和砂体分布起着重要控制作用。构造坡折带空间位置及组合样式影响并控制着凹陷的可容空间变化及各套物源体系的分布，进而制约了沉积砂体分散过程及展布样式。研究构造—古地貌与沉积砂体在空间展布上的耦合关系，不仅可以分析凹陷物源方向，而且可以揭示沉积砂体搬运路径和展布特征，进而预测油气藏的分布[2]。近年来，在中国陆相湖盆油气勘探中构造—古地貌一直倍受地质工作者的关注[2-8]。乌尔逊—贝尔凹陷是海拉尔盆地2个主力富油凹陷，是大庆油田主要的后备储量战略接替区，目前处于勘探中后期阶段，勘探目标已由构造油气藏转向地层、岩性等隐蔽性油气藏勘探，发育在烃源造周边断裂坡折带控制的岩性油气藏已是勘探重要目标。侯启军等[9-15]对乌尔逊—贝尔凹陷的烃源岩、构造特征、层序沉积特征及油藏分布等方面进行了大量研究，而关于坡折带方面的研究较少，尚未对坡折带进行识别与研究。为此，本文作者以断陷湖盆构造坡折理论为指导，系统研究构造对沉积砂体发育和分布规律控制，确定不同构造演化时期发育的沉积砂体类型，确定构造—古地貌背景下的砂体与油气聚集关系，从而达到有效预测油气藏分布的目的。
1 地质背景
海拉尔盆地位于华北板块与西伯利亚板块之间，是内蒙—大兴安岭造山带之上的陆相沉积盆地[9]。该盆地由16个凹陷组成，其中乌尔逊凹陷和贝尔凹陷是该盆地的2个二级构造单元(图1)，是目前2个重要的富油凹陷[10]。乌尔逊凹陷面积为2 240 km2，为西断东超的箕状断陷；贝尔凹陷面积为3 010 km2，是盆地内最为开阔的复式断陷[11]。2个凹陷相连通，面积均较大，均较开阔。其构造演化主要经历了裂陷期、断坳期和坳陷期3个演化阶段，具有典型的“断—坳”叠合特征[12]，其中裂陷期盆地为油气主要勘探领域。
盆地内主体沉积层系是白垩系，自下而上依次为铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组及青元岗组[15]，已经在基底、铜钵庙组、南屯组和大磨拐河组发现工业油气藏。中下部成藏组合是海拉尔盆地勘探主要领域，其中南屯组为主要勘探层系，提交的储量占总探明储量的70%(图1)。
2 构造演化对沉积演化的控制
构造演化控制了沉积充填演化，不同构造演化时期发育的沉积砂体类型及砂体堆积样式都表现出旋回呈规律变化，反映出凹陷沉积充填演化具有多期幕式的特点。运用回剥法通过去压实和古水深及沉积物重力均衡校正，对凹陷内沉降速率最大的地区进行定量分析，也能够揭示凹陷沉降具有幕式变化的特点[16]。乌尔逊—贝尔凹陷裂陷期主要发育初始裂陷期、裂陷鼎盛期和断—拗转换期3个构造演化阶段[12]，不同构造演化时期发育的沉积体系类型有所差异，见图2。
图1 乌尔逊—贝尔凹陷地层系统及区域位置图
Fig. 1 Stratigraphic system and regional position of Wurxun—Beir Sag
图2 乌尔逊—贝尔凹陷构造演化与沉积充填演化序列
Fig. 2 Tectonic evolution of Wuerxun—Beir depression and depositional filling sequences
2.1 初始裂陷期
初始裂陷期相当于铜钵庙组沉积期，此时期断裂强烈拉伸，断块差异沉降明显，地形反差较大，湖盆分割性强，湖水较浅，连通性较差，表现为“窄盆、浅水”的沉积环境，主要发育冲积扇和扇三角洲沉积砂体(图2)。铜钵庙组沉积期物源充足，砂体发育，冲积扇、扇三角洲砂体由四周向凹陷中心汇聚，扇体纵向上叠置、横向上成群成带、叠加连片。岩性主要以杂色、浅灰色砂砾岩与紫红色、浅灰色泥岩互层为主，砂砾岩较发育，厚度较大，砂砾岩体积分数大于75%，呈现“砂包泥“的沉积特点。
2.2 裂陷鼎盛期
该期与南屯组沉积期对应，南一段沉积时期断裂持续活动，活动强度急剧增大，可容空间快速增大，湖盆快速下陷，湖平面迅速上升，湖水较深，水域面积较大，连通性较好，形成“深盆、深水”的沉积环境，主要发育扇三角洲和湖底扇沉积砂体，整体表现为退积现象；同时，在南一段中部最大湖泛期沉积了一套以油页岩、炭质泥岩和黑色泥岩为主的细粒沉积，成为盆地良好的优质烃源岩。之后进入南二段沉积时期，先存的断裂持续活动，活动强度继续增大，可容纳空间逐渐增大，使湖水变得更深，水域面积变得更大，水体连通性更好，表现为“广盆、深水”的沉积水体环境；沉积物粒度较小，主要以辫状河三角洲和扇三角洲砂体沉积为主。其沉积砂体单层厚度较小，呈条带状伸入深湖—半深湖相泥岩中，整体呈现“泥包砂“的沉积特点(图2)。
2.3 断—拗转换期
断—拗转换期相当于大磨拐河组沉积时期，经过强烈的拉张裂陷之后，主要断层活动强度逐渐减弱，但部分早期活动断层仍然继续活动，大一段沉积时期沉降速率开始有所减弱，但水域面积仍然继续增大，水体较深，广泛发育连通性较好的深湖—半深湖相，在洼槽带的深湖—半深湖相中湖底扇沉积砂体较发育，而在凹陷边部局部地区发育辫状河三角洲砂体；到大磨拐河组二段时期，沉降幅度变得更小，水域面积开始缩小，此时由深水环境变为浅水环境，表现为“广盆、浅水”的沉积特征，沉积砂体类型相对单一，主要发育大型河流三角洲(图2)。
3 古地貌形态特征对沉积砂体的控制
3.1 古地貌对物源及沉积砂体分布的控制
古地貌形态对沉积砂体物源重建及砂体展布方向具有指导作用，通过古地貌研究，不仅可以揭示盆地的洼隆形态，而且可以揭示盆地物源区的发育位置及砂体的展布方向[17]。在乌尔逊—贝尔凹陷构造精细解释和地层格架建立的基础上，运用回剥法通过单井去压实以及古水深和沉积物重力均衡校正。井间利用三维地震资料对古地貌趋势进行补偿，利用计算机模拟，定量恢复了乌尔逊—贝尔凹陷南屯组发育初期的古地貌。古地貌立体图可直观显示南屯组初期“沟—脊—槽”等古地貌单元在空间上的变化特征(见图3)，从而为物源分析夯实了基础。
南屯组沉积时期乌尔逊—贝尔凹陷的古地貌表现出“五洼两隆”的构造格局。东部巴彦山隆起、西北部嵯岗隆起和西南部贝尔布依诺儿隆起围绕着乌尔逊—贝尔凹陷分布。这3个隆起区是南屯组沉积时期主要的沉积物源区，沉积砂体由物源区搬运过来，沿着盆缘沟谷、低隆鞍部、构造坡折带或转换带推进，一直到凹陷内的低洼区域才沉积下来，与构造格架分析的结果相吻合，见图4。通过对南屯组时期的古地貌形态重建，发现南屯组时期缓坡、陡坡及它们之间的转换带为主要物源方向，局部隆起为次要物源方向。
图3 乌尔逊—贝尔凹陷古地貌特征与物源体系分析
Fig. 3 Characteristic of palaeogeomorphology and provenance analysis of evolution in Wuerxun—Beier Sag
图4 乌尔逊—贝尔凹陷古地貌控制下的沉积砂体展布特征
Fig. 4 Distribution characteristic of sand bodies controlled by palaeogeomorphology in Wuerxun—Beier Sag
3.2 构造坡折带类型及其对沉积砂体的控制
依据古地貌的形态特征及成因机制，可划分为4种古坡折类型，即陡坡同向断阶型、缓坡同向断阶型、缓坡反向断阶型及洼槽边缘型。不同构造带位置、不同类型坡折带所发育的沉积砂体类型迥异。通常而言，陡坡同向断阶型坡折带地形坡度较陡，湖水较深，砂体沉积规模较小，在离岸较近的一断阶上，常发育扇三角洲沉积体系，而在离岸较远的二断阶上，常发育湖底扇沉积砂体；而缓坡不论是同向断阶型坡折带还是反向断阶型坡折带，其地形坡度均较缓，砂体沉积规模较大，通常发育辫状河三角洲砂体。
3.2.1 陡坡同向断阶型坡折带与扇三角洲和湖底扇
在乌尔逊凹陷和贝尔凹陷的陡坡控陷断层附近，常伴生发育多条同向次级断层，形成陡坡同向断阶型坡折带。受次级断阶控制，盆缘凸起与凹陷相接，可容纳空间变小，易发育扇三角洲沉积砂体。由于物源充足充分，沉积砂体沿着古斜坡向凹陷内推进。而同向阶梯断层给扇三角洲沉积砂体增大了向前推进的动力，使沉积物沿着斜坡向下搬运距离较远，在次级断层的下降盘常发育湖底扇沉积砂体。湖底扇砂体粒度较小，沉积规模较小，延伸距离较短。如在乌尔逊凹陷的西部陡坡带，由于西部控陷断层派生的二级断层存在，形成断阶型陡坡坡折带。靠近主断层部位发育扇三角洲沉积体系，而在二级断层下部常发育湖底扇沉积砂体，见图5。
3.2.2 缓坡同向断阶型坡折带与辫状河三角洲和湖底扇
在乌尔逊凹陷和贝尔凹陷的缓坡斜坡背景上，均发育多条与斜坡走向一致的同向断层，呈阶梯状分布，形成缓坡同向断阶型坡折带。受多级断阶的控制，地形坡度相对较缓，砂体搬运距离较远，沉积砂体粒度较小，在离凸起边缘较近的一、二断阶上发育辫状河三角洲砂体，在靠近洼槽边缘的三、四断阶上，辫状河三角洲前缘砂体由于受重力流滑塌、浊流等作用易形成湖底扇或浊积砂体。缓坡同向断阶型坡折带主要发育在乌南次凹、乌北次凹和贝西北次凹的斜坡带，主要以辫状河三角洲与湖底扇砂体沉积为主，见图6。
3.2.3 缓坡反向断阶型坡折带与辫状河三角洲和湖底扇
该坡折带与缓坡同向断阶型有所差异，其特点是在缓坡斜坡背景上，发育多条与斜坡走向相反的正断层，呈阶梯状分布特征，受多级断阶的控制，地形坡度也相对较缓，沉积砂体搬运距离较远，砂体粒度较小，以辫状河三角洲砂体为主；在靠近洼槽边三、四缘断阶上，由于重力流滑塌等作用，在深湖—半深湖区域易形成湖底扇砂体。缓坡反向断阶型坡折带主要发育在贝西南次凹缓坡带，主要以辫状河三角洲与湖底扇砂体沉积为主，见图7。
3.2.4 洼槽边缘型坡折带与湖底扇
洼槽带位于缓坡带和陡坡带之间的中央地区，通常是湖盆沉积中心和沉降中心，构造活动相对较弱，乌尔逊—贝尔凹陷的乌南、乌北、贝西等洼槽带都属于此类型。陡坡带发育的扇三角洲砂体，缓坡带发育的辫状河三角洲砂体，在深洼沉积背景下，由于重力流滑塌等作用，在深湖—半深湖区域广泛发育湖底扇和深水浊积砂体(见图8)，地震上呈丘状或透镜状反射特征；岩心上可见滑塌-搅混构造、泥岩撕裂块、鲍玛序列、冲刷面及变形层理等沉积构造；粒度概率曲线多为宽缓上拱型曲线，表明分选差、粒度小特征，C-M图也证实了具有重力流搬运机制特征(其中，C为累积曲线上1%处对应的粒度即最粗颗粒粒度，M为50%处对应的粒度即粒度中值)，见图9。
图5 陡坡断阶型坡折带与沉积体系配置关系(乌北次凹西部断阶带)
Fig. 5 Configuration relationship between steep slope faulted terrace type slope break belt and sedimentary system in north Wurxun depression sub-sag fault terrace zone
图6 乌东斜坡带缓坡同向断阶型坡折带与沉积体系配置关系
Fig. 6 Configuration relationship between synthetic faulted type slope break belt and sedimentary system in east Wudong gentle slope
图7 呼和诺仁缓坡带缓坡同向断阶型坡折带与沉积体系配置关系
Fig. 7 Configuration relationship between synthetic faulted terrace type slope break belt and sedimentary system in Huhenuoren gentle slope
图8 洼槽边缘型坡折带与沉积体系配置关系
Fig. 8 Configuration relationship between sub-sag edge type slope break belt and sedimentary system
图9 洼漕带重力流沉积的识别标志
Fig. 9 Identification sign of gravity flow deposition in sag belt
4 构造-古地貌背景下的砂体与油气聚集关系
构造-古地貌不仅控制沉积砂体的厚度和展布方向，同时也控制深湖相暗色泥岩的分布，进而可以预测有利油气藏的分布[17]。不同构造带位置、不同类型坡折带所发育的沉积砂体类型迥异，致使不同构造单元发育的油气藏类型也有明显差异。
陡坡坡折带由于物源充足，扇三角洲砂体较发育，受同向阶梯断层控制，搬运距离较远，分选较好，扇三角洲前缘砂体储层物性良好，与深湖相的优质烃源岩紧邻，构成了良好的源储配置关系。由于陡坡坡折带控沉积断层生长指数相对较大，较易造成断面泥质涂抹层，从而形成断层侧向封堵[6]，形成有利圈闭，因此，在陡坡坡折带断鼻和断层-岩性油气藏相对较发育。
缓坡断阶带由于受多级断阶的控制，砂体较发育，砂体搬运距离较远，储层物性良好，且由于缓坡带内临生油洼槽、地层现今坡度小，构造变动相对缓慢，地层超覆不整合发育，有利于油气侧向运移。来自缓坡的辫状河三角洲前缘砂体与被深湖相的优质烃源岩所包裹，源储紧邻，油气运移距离短，易于油气聚集，在缓坡断阶带外侧易形成地层油气藏，而内侧砂体与断层相互匹配，易形成断层-岩性和断块型油气藏。
洼槽带位于盆地中央洼陷部位，不仅是湖盆的沉积中心和沉降中心，而且是湖盆的油源中心，构造活动较弱，岩性油藏类型单一，主要为透镜体砂岩岩性油气藏。来自陡坡、缓坡的扇三角洲前缘和辫状河三角洲前缘砂体受重力流等作用，在洼槽区垮塌沉积形成广泛发育的湖底扇和浊积砂体，该砂体被深湖相暗色泥岩所包裹，源储一体，成藏条件极其优越，易形成岩性透镜体油气藏。而在洼槽两侧坡折带的扇三角洲前缘砂体和辫状河三角洲前缘砂体与深湖相泥岩直接接触，与断层相互沟通匹配，易形成断层-岩性油气藏，见图10。
图10 乌尔逊—贝尔凹陷油气成藏模式图(乌南次凹)
Fig. 10 Diagram of oil-gas accumulation mode in Wuerxun—Beier Sag (south Wurxun depression sub-sag)
5 结论
1) 构造演化控制沉积演化，不同构造演化阶段发育的沉积砂体类型不同。在初始裂陷期，湖水较浅，主要发育冲积扇和扇三角洲砂体；在裂陷鼎盛期，湖水相对较深，主要发育扇三角洲、辫状河三角洲和湖底扇砂体；在断—拗转换期，湖泊面积较大，主要发育辫状河三角洲、河三角洲和湖底扇砂体。
2) 缓坡、陡坡及它们之间的转换带为主要物源方向，局部隆起为次要物源方向；同时依据古地貌的形态特征及成因机制，划分出陡坡同向断阶型、缓坡同向断阶型、缓坡反向断阶型及洼槽边缘型4种古坡折类型，不同构造带位置、不同类型坡折带所发育的沉积砂体类型迥异。
3) 不同的构造单元发育的油气藏类型有明显差异。在陡坡坡折带断鼻和断层-岩性油气藏较发育；在缓坡断阶带外侧易形成地层油气藏，而内侧易形成断层-岩性和断块型油气藏；在洼槽带易形成岩性透镜体油气藏，而在洼槽边缘断裂坡折带发育断层-岩性油气藏，通常是有利勘探部位。
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(编辑 陈灿华)
收稿日期：2015-07-18；修回日期：2015-09-22
基金项目(Foundation item)：教育部重点实验室开发性课题(NEPU-EOR-2014-010)；东北石油大学校培育基金资助项目(XN2014127) (Project (NEPU-EOR-2014-010 ) supported by the Key Laboratory of the Ministry of Education; Project(XN2014127) supported by the Cultivating Foundation of Northeast Petroleum University)
通信作者：李占东，博士(后)，副教授，从事油藏描述及油田开发研究；E-mail: 13644593771@163.com
