莫里青断陷西北缘走滑断裂带特征及油气地质意义
杨玲1,2，鲍志东1，杜宜静1，侯鹏飞1，刘保磊3
(1. 中国石油大学 地球科学学院，北京，102249；
2. 中国石油集团测井有限公司 油气评价中心，陕西 西安，710077；
3. 中国石油勘探开发研究院，北京，100083)
摘要：通过对莫里青断陷构造、沉积特征及油气成藏规律系统分析，总结出西北缘走滑断裂带演化特征及其对油气勘探的意义。研究结果表明：西北缘断裂成盆期为一条高角度的走滑张性断裂，新近系受挤压应力作用发生反转，形成了内部发育众多具走滑性质的次级逆冲断层、挤压褶皱、花状等构造的西北缘走滑逆冲断裂带；宏观来看西北缘断裂经历了早期走滑拉张和晚期走滑挤压2个演化阶段；西北缘走滑断裂对油气勘探具重要意义：深大断裂通过提供大坡度构造环境、有效物源及保存条件为湖泊水下扇有效储集体形成创造了有利条件，且水下扇中扇辫状水道微相上的油气产能较高；断裂带内部形成断褶皱等构造圈闭、具有挤压性质的逆冲断层封堵油气等因素为油气聚集提供了有效圈闭条件；各条件有效配置使得研究区西北缘走滑断裂带成为较有利的油气富集区带。
关键词：莫里青断陷；西北缘走滑断裂带；挤压-逆冲反转；构造演化；油气勘探
中图分类号：TE122 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2012)08-3133-09
Strike slip fault zone characteristics of northwestern margin and geology meaning for oil-gas in Moliqing Fault Depression
YANG Ling1,2, BAO Zhi-dong1, DU Yi-jing1, HOU Peng-fei1, LIU Bao-lei3
(1. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing, 102249, China;
2. Oil and Gas Evaluation Center, Logging Company of CNPC, Xi’an 710077, China;
3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China)
Abstract: Structural, sedimentary characteristics and rules of oil and gas accumulation in Moliqing Fault Depression were analyzed. Then the evolution characteristics and meanings for oil and gas exploration of strike slip fault zone in the northwestern margin were summarized. The results show that the northwestern margin fault is a high-angle strike-slip and tensional fracture in basin forming period which is inversed by extrusion stress action in Neogene. Then the strike slip fault zone of northwestern margin is formed in which many structures such as sub-thrust faults being of strike-slip nature, compressive fold and flower liking structure are developed. From a macroscopic point of view, the northwestern margin fault has gone through two evolution stages: early strike-slip extension and lately strike-slip extrusion. The strike slip fault of northwestern margin has great significance for the oil-gas exploration: the favorable formation conditions for effective reservoir bodies of underwater fans are created by the deep fault through providing tectonic environment of large slope, effective source and preservation conditions, and oil and gas productivity is high in braid channel micro-facies of middle fan. The effective traps for oil and gas accumulation are provided by factors as structure traps inside the fault zone and oil and gas sealed by thrusting fault; the strike slip fault zone in the northwestern margin is made to be a favorable oil and gas accumulation zone by effective allocation of various conditions.
Key words: Moliqing Fault Depression; strike slip fault zone of northwestern margin; extrusion-thrust inversion; tectonic evolution; oil-gas exploration
走滑构造作用可形成复杂的构造系统，且往往与油气分布关系密切，因此是构造地质学研究的热点问题之一。伊通盆地是发育于郯庐断裂带北段佳木斯—伊通断裂带上的走滑性盆地，而莫里青断陷位于伊通盆地南段，是伊通盆地的一个二级构造单元，其发育受郯庐断裂带复杂动力背景控制[1-2]。莫里青断陷演化经历走滑拉张、挤压等多重应力作用，使得西北缘构造特征极其复杂[3-4]。众多学者讨论过伊通段的控盆边界断裂特征及其挤压逆冲现象，如：童亨茂等[5-6]根据露头、地震、测井等资料分析认为西北缘边界断裂是一条走滑性质的断裂，经历过右旋张扭和右旋压扭两重作用，并对盆地的形成和演化起控制作用；孙晓猛等[7]根据露头观察认为伊通西北缘发育断裂带为大型逆冲构造带，在白垩纪以来至少发生两期强烈的逆冲作用；刘万崧等[3]根据重磁资料处理解释结果认为西北缘边界断裂呈现张性特征，属高角度正断层，且在伊通地堑西北边缘盆地内侧存在宽度2 km左右的破碎带。上述研究多对西北缘断裂的性质、挤压和逆冲等活动的存在性进行讨论，但对断裂带内部构造特征的研究不够深入，特别是其对油气勘探的作用认识不清，进而影响到对莫里青断陷的构造、沉积特征及油气富集规律的正确认识，制约了该区的进一步油气勘探。本文作者综合多种资料和研究成果，对莫里青断陷西北缘走滑断裂带的特征及其油气成藏的作用进行分析。
1 地质背景
莫里青断陷位于伊通地堑南段，西南以东辽河断裂为界，其东北以伊丹隆起相隔与鹿乡断陷为邻，其西北边界为产状近于直立的控盆断裂，其东南呈缓坡状或断阶状与那丹哈达岭相邻，是一个断裂构造复杂的狭长半地堑式走滑盆地。伊通地堑在构造上分为岔路河断陷、鹿乡断陷和莫里青断陷3个二级构造单元，见图1，而莫里青断陷又可进一步划分为靠山凹陷带、小孤山斜坡带、马鞍山断阶带、尖山断隆带和西北缘褶皱带等三级构造单元[8]。断陷内沉积充填西北厚、东南薄，地层产状倾向西北；基底为大面积分布的海西期、燕山期花岗岩，少部分为古生代变质岩和中生代火山岩。沉积盖层主要为古近系、新近系，自下而上依次为双阳组、奢岭组、永吉组、万昌组、齐家组、岔路河组等，见表1。
表1 莫里青地区地层划分表
Table 1 Stratigraphic division table of Moliqing Fault Depression
2 西北缘走滑断裂带构造特征
西北缘断裂属郯-庐断裂带北段依兰-伊通断裂带的南段，是一条具有典型走滑性质的高角度断裂[9]，它控制了莫里青断陷的发育。由于西北缘断裂经历了走滑拉张、挤压、基底隆升等多重应力的综合作用，使得断陷西北缘逆冲断层及挤压褶皱十分发育，形成了构造特征十分复杂的西北缘走滑断裂带。
2.1 西北缘走滑断裂带特征
研究区三维地震资料精细解释表明，莫里青断陷西北缘断裂在成盆期是一条具有走滑性质的高角度张性深大断裂，断入岩石圈基底，新生代以来，西北缘边界断裂以垂直升降为主，右行走滑为辅，由于晚期(新近系时期)受区域挤压应力及大黑山隆升共同作用发生挤压反转，使得盆地西北缘断裂及附近地层发生了强烈的挤压、逆冲和褶皱等构造变形，形成一条平行于盆地西北缘展布的、宽约2 km左右的逆冲挤压破碎带，即西北缘走滑断裂带(图2)。断褶带内部构造相当复杂，发育众多具有走滑性质的次级逆冲断层、挤压褶皱，断褶带内地层变形(破碎)强烈，但其外边界相对较明确，为盆地边缘强烈挤压变形带与盆内较稳定地层的分界。垂向上看，西北缘走滑断裂带浅层断裂及褶皱更加比深层更发育，往深部断褶带范围逐渐变窄且断裂及褶皱也随之减少，呈花状断裂构造特征(图3(b)~(e))，表明晚期挤压反转构造具有走滑性质。这与反转期的区域右行挤压应力方式和盆缘大黑山地垒隆升特征密切相关。西北缘走滑断裂带内断层的冲断形式有简单逆冲、似花状逆冲等。
图1 莫里青断陷区域构造位置
Fig.1 Regional structure location of Moliqing Fault Depression
图2 莫里青断陷双一段顶面断裂分布及主应力方向
Fig.2 Fault distribution on top surface of Shuang 1 Member and direction of principal stress in Moliqing Fault Depression
钻井岩心也揭示了断陷西北缘地层强烈褶皱变形等特征，如伊50井双阳组岩心揭示了该处地层强烈破碎及变形，断裂发育且切割关系复杂(图3(f))；伊8井双阳组岩心显示灰黑色薄层泥岩较规则夹于灰色砂岩中，两侧突变界面呈倾斜状，且下部砂岩中发育小型断裂，这些特点都清楚解释了西北缘地层曾遭受强烈的构造变形作用(图3(g))。
图3 莫里青断陷西北缘断裂带地震剖面及岩心特征
Fig.3 Seismic section and core characteristics of northwestern margin fault zone in Moliqing Fault Depression
2.2 西北缘走滑断裂带演化及成因
莫里青断陷是在两边界断裂控制下形成并发育起来的走滑型断陷盆地，综合地震剖面上西北缘的走滑逆冲及花状等构造特征、盆地东南缘尖山构造带的隆起形态及地层剥蚀情况、平衡剖面分析等来看(图4)，莫里青断陷都经历过后期的挤压逆冲反转及抬升作用。可见：西北缘走滑断裂的发育宏观上经历了早期张扭和晚期压扭两个演化阶段(图5)。
新生代始新世，东亚地区普遍处于伸展应力场 中[10-11]，早始新世时期，太平洋板块运动方向由北北西向转为北西西向，使得佳木斯—伊通断裂两侧块体相对右行走滑[12-14]，即莫里青断陷两侧的大黑山地垒和那丹哈达岭地块发生分离运动，其间的块体则在剪切—伸展应力作用下开始裂陷并沉降，莫里青断陷开始发育。早始新世末期，莫里青断陷开始进入主成盆期，大黑山和那丹哈达岭两陆块相对右行滑动所产生的近南北向张扭应力进一步加强，见图2。块体两侧断裂进一步活动，使得裂陷加宽加深而形成断陷盆地。此应力作用下，莫里青断陷发育的伸展期断裂系统在平面上主要由近EW向的张性正断层和NE走向的张扭性断层组成，同时在大黑山一侧则形成了一条具有走滑性质的高角度张性深大断裂，该西北缘边界断裂对断陷盆地的发育起主要控制作用。
图4 莫里青断陷地震剖面构造特征
Fig.4 Structural features on seismic section of Moliqing Fault Depression
图5 莫里青断陷西北缘断裂带构造演化模式
Fig.5 Structure evolution mode of northwestern margin fault zone in Moliqing Fault Depression
渐新世末期，区域应力场发生转变，大黑山地垒和那丹哈达岭地块发生滑动的同时也相互汇聚，使得区域应力场由先前的张扭转变为压扭(图2)，盆地发生构造反转。在该应力场作用下，盆地开始压扭隆升，盆地东南缘尖山等构造高部分地层(图5(b))在压扭及基底隆升的共同作用下呈上拱弧形形态，并同时发育众多正逆断层。而盆地西北缘断裂发生挤压逆冲活动而形成逆冲断层及褶皱带，形成了独具特色的西北缘走滑断裂带。漆家福等[15-16]研究也认为郯庐断裂带在经历了伸展断陷活动后，晚期的构造运动表现为新近纪以来的挤压逆冲及小幅度右行平移。
3 走滑断裂带的油气勘探的意义
走滑断裂与油气分布关系密切[17-18]，莫里青断陷西北缘走滑断裂系我国东部郯庐断裂带的一部分，也对油气分布具有明显的控制作用。
3.1 走滑逆冲断裂带与水下扇储集体
由于莫里青断陷西北缘走滑断裂为同生控盆深大断裂，导致盆地边缘地形高差十分悬殊，坡度很大，易形成重力流沉积，且重力流下切侵蚀作用强烈，是研究区双阳组、奢岭组等沉积时期发育大规模水下扇的构造原因。西北缘同生断裂的活动不仅造成大的地形高差，同时也促进了物源区风化作用和剥蚀作用的加强，使西北缘老山成为水下扇的主要物源区。研究区水下扇以多个平行的点物源为特征，形成相互独立的扇体。当物源供给充足时，相邻扇体(尤其是外扇)相连或叠置，在平面上呈扇裙分布(图6(a))。另外，西北缘大断裂使得断陷西北方向沿控盆断裂直接进入深湖区，一方面深湖区是盆地最低洼带，是水下重力流运动的指向区，另一方面深湖区一般水体条件稳定，使得水下扇得以很好的保存。上述与莫里青断陷西北缘走滑大断裂密切联系的地形、物源等条件综合作用，使得沿西北缘断裂一线发育了一系列湖泊水下扇(图6(a))，可见西北缘走滑断裂为盆地水下扇沉积提供了有利条件。
通过岩心、录井、钻测井和地震等资料的综合分析，发现莫里青断陷西北缘水下扇具有以下基本特征：水下扇可以进一步分为内扇、中扇和外扇3个亚相；岩性主要为灰色颗粒支撑的砂砾岩、砂岩与灰色或深灰色泥岩、粉砂岩互层，水下扇沉积体中常见砂岩混杂堆积(图6(b))、泥岩撕裂构造(图6(c))、叠状构造、重荷模等构造，反应了重力流沉积特点；从单井上看，水下扇沉积上下常为灰黑色半深湖泥岩，测井曲线总体上呈漏斗状或指状(图6(e))；概率累积曲线图上，水下扇中扇的粒度分布为三段式或二段式，总体斜率较低(图6(f))，表明分选较差，且悬浮总体含量高，充分反应了浊流悬浮搬运的方式；在地震剖面上，水下扇在横向上(盆地轴向)总体呈丘状杂乱反射，纵向上呈楔状杂乱反射结构(图6(d))。
图6 莫里青断陷西北缘水下扇沉积特征
Fig.6 Sediment features of underwater fan in northwestern margin of Moliqing Fault Depression
3.2 水下扇储集体与油气关系
前已述及西北缘走滑断裂为莫里青断陷水下扇沉积提供了有利条件，使得沿西北缘断裂一线分布了一系列水下扇砂体，其中物性好的砂体成为储集油气的有效砂体。本次对水下扇沉积体与油气关系作进一步分析，以便更深入了解走滑断裂带对油气聚集的 作用。
勘探结果表明：水下扇是研究区双阳组目前发现油气井最多的相区，油气高产井主要分布于盆地西北缘水下扇的中扇区，水下扇的内扇和外扇分布较少(图6)。原因可能是水下扇内扇相的砂体离物源较近，分选较差，物性条件不利于油气聚集成藏；而水下扇外扇以泥质沉积为主，储集体久发育，也不利于油气的聚集。此外，沉积微相类型与产能关系图(图7)表明：水下扇中扇辫状水道(BS)的油气产能较高；叠覆扇舌和外扇薄层砂等微相油气产能相对较低。双阳组水下扇中扇辫状水道微相上的单井油气产能多在17 t/d以上，最高可达147.2 t/d，是油气藏的主要分布区，伊60井2 079~2 074 m等处的油层皆是水下扇中扇辫状水道产层的典型实例。
3.3 走滑逆冲断裂遮挡油气
走滑断裂带对油气的生、运、聚具有重要的控制作用[19-20]。莫里青断陷西北缘走滑断裂所控制的临近深湖凹陷中发育的双阳组、奢岭组等暗色泥岩具有较高的有机质丰度，为研究区油气成藏提供了很好的烃源岩条件。同时沿西北缘走滑断裂发育的一系列水下扇砂体可作为储层。此外西北缘走滑断裂带内发育的花状构造、断褶皱等构造圈闭可以为油气聚集提供场所，断层活动又为油气运移提供了有效通道。另一方面，一些断层由早期的正断层转变为后期的具有挤压性质的压性断层，在逆冲断层附近由于挤压和断层泥的涂抹作用，能够作为油气进一步上移的遮挡(图8)。烃源岩、储集层、圈闭、运移、遮挡等条件的有效配置，为莫里青断陷油气聚集成藏提供有利条件。莫里青断陷西北缘走滑-逆冲构造特征及油气分布规律表明整个断陷的油气富集条件并没有因晚期构造反转而遭受严重破坏，反而在西北缘发生的适当的逆冲断层活动和褶皱变形使得油气得以更好的聚集成藏。因 此，研究区西北缘走滑断裂带是较有利的油气富集 区带。
图7 莫里青断陷双阳组沉积微相与油气产能关系
Fig.7 Relationship between sedimentary micro-facies and productivity of Shuangyang formation in Moliqing Fault Depression
图8 莫里青断陷双二段油层分布剖面图
Fig.8 Oil layer distribution of second segment of Shuang 2 Member in Moliqing Fault Depression
4 结论
(1) 莫里青断陷西北缘断裂宏观上经历了早期张扭和晚期压扭2个阶段，该断裂在成盆期是一条具有走滑性质的高角度张性断裂，新近系时期受挤压应力发生反转，使断裂及附近地层发生了强烈的构造变形，形成一条平行于盆地西北缘展布的走滑断裂带。断裂带内发育众多具有走滑性质的次级逆冲断层、挤压褶皱、花状等构造。
(2) 莫里青断陷西北缘走滑大断裂通过使盆地边缘地形高差悬殊、促进物源区风化作用和剥蚀作用、且靠近西北缘断裂发育深湖区等因素为湖泊水下扇沉积创造了有利条件，为研究区油气聚集提供了有效储层条件，且水下扇中扇辫状水道微相上的油气产能 较高。
(3) 莫里青断陷西北缘走滑断裂带是较有利的油气富集和勘探区带。沿西北缘走滑断裂发育的水下扇中扇辫状水道砂体物性较好且靠近深湖相烃源岩，断裂带内的花状构造及褶皱等构造圈闭为油气聚集提供有利场所，且断层活动为油气运移提供有效通道，晚期具有挤压性质的压性断层又可以阻止油气运移，各种条件的有效配置为莫里青断陷油气聚集成藏提供有利条件。
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(编辑 赵俊)
收稿日期：2011-10-14；修回日期：2011-12-30
基金项目：国家重点基础研究规划(“973”计划)项目(2006CB202300)
通信作者：杨玲(1985-)，女，安徽滁州人，博士研究生，从事沉积(岩石)学与储层地质学研究；电话：15810866592；E-mail：yangling8472657@yahoo.com.cn
