松辽盆地梨树断陷基底结构特征

徐宏节，温升福，逄海明

（中国石化东北油气分公司，长春130062）

近年来，随着深层油气勘探的不断推进，特别是一些成果显示，松辽盆地基底存在晚古生代浅变质岩系（包括泥板岩、碳酸盐岩）。该套浅变质岩系富含有机质，其原岩为浅海相泥岩、碳酸盐岩等，具有生油潜力[1]。然而，松辽盆地晚古生代基底的勘探研究还十分薄弱，至今还没有一口井钻穿松辽盆地基底。梨树断陷在区域上位于松辽盆地东南隆起区的南端，其北部以杨大城子凸起与长岭断陷和伏龙泉断陷相邻，东北方向与德惠断陷以怀德凸起相隔，西南和昌图断陷隔沈洋凸起相望。本文主要通过重、磁数据处理和解释，并结合钻录井、薄片鉴定和同位素测龄等资料，对梨树断陷基底结构与构造进行分析。

1 地质背景

梨树断陷基底是指侏罗系之下的层系岩体，主要包括元古界、古生界的变质岩、碳酸盐岩和中酸性火成岩侵入岩体。其形成和演化受到东北地区大地构造格局与构造演化背景的影响。

东北地区是古亚洲构造域和西太平洋构造域复合地带，古生代处于西伯利亚克拉通和中朝克拉通之间的古亚洲洋[2]。海西期和印支期古亚洲洋俯冲消亡、华北板块（中朝板块）与西伯利亚板块发生对接，东北地区以索伦－林西古缝合带为界拼合为统一的复合古陆。这一时期以西伯利亚板块与中朝板块的南北向挤压构造应力为主，形成一系列东西向近平行展布的上冲断层，并且伴随有不同活动期次岩浆的侵入和喷发活动。印支—燕山期古亚洲洋的残余继续向华北板块和西伯利亚板块俯冲消减，华北板块与西伯利亚板块实现了最终拼接——欧亚板块东缘；其后板块之间的陆－陆碰撞一直持续到侏罗纪，直至早白垩世才逐渐结束。

自中晚三叠世的晚印支运动以来，东北地区和松辽盆地受到2种动力的影响和控制：一种是莫霍面拱起，地幔物质的热穹窿引起地壳初始张裂；另一种是太平洋板块向欧亚板块东缘俯冲挤压作用。盆地早期形成和发育主要受第一种动力的控制，此时期地壳发生隆起减薄，产生NENW向深大断裂，并伴随着中酸性岩浆侵入和喷发，直到燕山期的早中侏罗世在引张断裂的控制下形成了规模不等的初期裂陷，并沿断裂发生中酸性岩浆侵入活动。

2 基底的岩相组成

前人对基底的研究比较薄弱，就松辽盆地来说，盆地基底的性质、时代及对盆地演化的作用成果不多。对松辽盆地基底的认识，前人主要从基底岩心测龄和松辽盆地重磁特征方面开展了研究[1，3－5]。吴福元等（2000）对松辽盆地北部的基底花岗岩作了锆石TIMS测龄，认为松辽盆地是晚古生代末至早中生代初固结的大陆地壳[6]；王颖等（2006）认为松辽盆地的基底是古生代造山建造与（早）前寒武纪建造拼合的复合基底[7]；裴福萍等（2006）对松辽盆地基底岩石做了锆石U－Pb同位素测龄研究，指出松辽盆地存在前寒武纪基底和古生代变质岩基底，基底存在加里东和海西期岩浆活动事件，最晚一期岩浆事件发生在中侏罗世[8]。

就整个松辽盆地来看，基底具有岩性复杂、形成时代差异比较大的特点。本区已揭露的基底岩性主要以浅变质岩为主，代表中深变质程度的片麻岩只在局部零星出露。梨树断陷的基底主要有3类岩石组成：变质岩、碳酸盐岩和侵入岩体。主体为古生代的浅变质岩和侵入岩体，浅变质岩主要由片岩、千枚岩、变余砂岩等构成，局部区域保存有碳酸盐岩；侵入岩体主要以花岗岩为主，其特点是局部侵入，分布范围相对集中，并且与基底断裂的延伸方向及断裂活动特征关系密切。

梨树断陷的基底岩性与松辽盆地的基底岩性具有相似性。本区钻遇基底的钻井有20多口（表1），从揭示情况来看，主体为一套片岩、千枚岩、变余砂岩等组成的浅变质岩，是梨树断陷的主要基底构成。据前人对长岭地区SN190井绿泥绢云片岩锆石测龄，结果为450～420Ma[9]，代表了早古生代时期的岩性；据吉林油田（2006）对农43井绢云母石英片岩锆石测龄结果为213Ma，类比梨树断陷基底特征，其最后定型期应为石炭—三叠纪。SN64井揭露为灰色含生物碎屑灰岩、微晶灰岩、泥晶灰岩，表现为一套浅海的低能环境，推测为古亚洲洋消亡的残留海域。

SW8、SW801、SN156等钻井揭露的基底岩性为片麻岩，锆石 U－Pb年龄分别为：SW8井1 850Ma、SW801井1 932Ma、SN156井1 834 Ma[10]，代表了早元古代的结晶基底。TG1井石英闪长岩锆石 U－Pb年龄为1 772Ma；SN55、SW7等井揭露主要为碎裂花岗岩，其锆石U－Pb年龄分别为：SN55井1 820Ma、SW7井1 893 Ma[10]，为早元古代动力变质作用的结果。

另外，钻井揭示花岗岩出露比较集中，由酸性到基性和超基性岩，随着铁磁性矿物含量逐渐增加，磁性逐渐由弱到强[11]。根据梨树地区的磁异常特征看，本区花岗岩主要由强磁性的浅灰色花岗岩和弱磁性的浅红色花岗岩构成。其中强磁性花岗岩主要在梨树断陷北部的双龙、东岭、杨大城子一带出露，另外在双城堡、大榆树、小宽地区也有分布，钻井揭示SN117井为浅灰色角闪石岩，锆石测龄结果显示为（282±4）Ma[9]，代表了海西期火山活动；SN102井、SN113井的录井为浅灰色花岗岩和花岗斑岩，岩石主要组成矿物为斜长石、钾长石、石英和少量暗色矿物，磁力异常表现的特征与SN117井相似，推测为一期火山活动的产物。SN121、SN122、SN146井等都揭示出浅红、棕红色花岗岩，岩石主要组成矿物为钾长石、斜长石、石英和少量暗色矿物。SN121、SN122、SN146井基底花岗岩锆石U－Pb同位素年龄分别为（165±1）Ma、165～181Ma[9]、（178.1±4.4）Ma[10]，形成时代为中侏罗世；城1井棕灰色二长岩锆石U－Pb年龄有2个峰值，分别是174.2Ma和157.7Ma[10]，形成于中、晚侏罗世，表明该区存在晚印支—早燕山期火山活动。

表1 钻遇基底钻井的岩性统计Table1 Lithology statistical results of the drilled basement

梨树断陷早期主要存在2期火山活动，海西期火山活动和晚印支—早燕山期火山活动。值得说明的是，这2期火山活动与断陷初期的早白垩世（中晚燕山期）火山活动是有区别的，早白垩世的火山活动以喷出岩为主，主要有安山岩、玄武岩、火山碎屑岩等，而早期的火山活动以侵入岩——花岗岩为主。

3 重磁资料处理与基底结构预测

据王家林等（2007）对梨树断陷重磁异常研究，重力异常特征方面显示浅变质岩密度较均匀，不同岩性体之间密度差异很小，密度值在2.6×103kg／m3左右变化，属中等密度体。而侵入岩体呈现出岩体由酸性－中性－基性，密度逐渐变大的特点[12]。如花岗闪长岩密度在（2.6～2.7）×103kg／m3，而角闪辉长岩密度＞3.0×103kg／m3，中基性火山岩体为本地区的高密度岩体。在布格重力异常图上，秦家屯、太平庄一带及桑树台西部显示出比较高的布格重力正异常，而在万发—大榆树一带因为片岩基底密度小的缘故表现为比较低的负异常（图1）。酸性火山岩的密度最小，中性火山岩、基性火山岩密度依次变大。沉积岩的密度低于酸性侵入岩和中基性侵入岩。因此，相对沉积岩来讲侵入岩体表现为重力正异常。另外，松辽盆地具有“镜像对称”的特征，上地壳薄的部位也表现为重力异常高值。

从梨树断陷磁性来看，基底中既存在磁性较强的地质体，也存在磁性较弱的地质体。古生代的浅变质岩磁性一般不超过50×10－5SI，为弱磁性岩体。各期侵入岩体磁性较强，除钾长花岗岩、正长花岗岩表现出弱磁性外，其他都表现为强磁性，具体受暗色矿物如黑云母、角闪石、辉石等的影响，高者达到近10 000×10－5SI。与沉积岩相比，侵入岩体因岩体性质不同会产生局部异常，中基性侵入岩体的磁性最强，能引起强的中—高频的局部磁力正异常；酸性火山岩因受暗色矿物等影响能引起高—中—低频局部磁力异常。另外，本区的片岩、千枚岩、变余砂岩等浅变质基底重磁异常主要受基底深度的影响。从磁力异常图上可以看出，磁力负异常区主要分布在有浅红色花岗岩分布的处于隆起的部位秦家屯地区和基底比较深的皮家地区、孤家子西部地区，而有浅灰色花岗岩、角闪石岩等侵入岩体分布的双龙—东岭—杨大城子及金山地区都表现为特别高的正异常特征（图2）。

图1 梨树断陷布格重力异常图Fig.1 Bouguer gravity anomaly in the Lishu fault depression

4 基底断裂特征

据高瑞琪、蔡希源（1997）研究，松辽盆地基底发育北东－北北东、北西－北北西、近东西、近南北向4组主干断裂[13]。梨树断陷基底主要发育北东－北北东、北西－北北西和近东西向断裂：F1、F2、F3、F4为北东－北北东向张性断裂，它们与后期断陷盆地的形成具有继承性；F5、F6为北西－北北西向张性断裂，为北东－北北东向基底断裂在伸展拆离过程中的调节断裂；近东西向断裂推测为索伦－林西缝合带。其中北东－北北东、北西－北北西向断裂后期继续发育，对断陷期构造格架的定型起控制作用（图3）。

4.1 北东－北北东向断裂

北东－北北东向对后期构造起控制作用的深大断裂有4条，分别是F1、F2、F3、F4（图4）。

F1：发育在玻璃城子镇附近，呈北东向展布的断裂。其发育规模受岩性影响，在断裂上升盘基底为花岗岩体，下降盘为片岩，断层切割比较浅，后期活动比较弱。断裂主要在晚侏罗—早白垩世受北东向张应力影响的作用，形成伸展断层，断层活动和延伸与火山活动关系密切。

F2：在皮家附近呈北东向展布的断裂。断裂切割深，倾向东南，倾角比较陡，是后期受构造运动影响一直活动的断裂。

F3：是发育在梨树断陷中部的北东向断裂。其早期发育受北东向张应力的作用，断裂是在变质岩基底之上发育的，小宽断裂后期受左旋应力作用发生走滑，是梨树断陷的应力集中区，也为油气运移和聚集提供了有利渠道。

F4：在秦家屯以东发育的北北东向断层。断裂上升盘有大规模花岗岩体，为后期地层沉积形成了稳定坚硬的平台；下降盘为浅变质岩体，为断陷期烃源岩富集和储层的形成提供了沉积空间。

4.2 北西－北北西向断裂

此方向发育的早期断裂与北东－北北东向断裂为同时期形成的2组断裂（图5）。

图3 梨树断陷基底岩性与深大断裂分布Fig.3 Basement lithology and major fractures of the Lishu fault depression

图4 梨树断陷北西－南东向地层叠置关系Fig.4 NW－SE strata superimposition relationship of the Lishu fault depression

图5 梨树断陷南西－北东向地层叠置关系Fig.5 SW－NE strata superimposition relationship of the Lishu fault depression

F5：在浅变质岩基底上受早期张应力作用发育的断裂。断层切割比较深，后期继续活动，成为控制梨树断陷的控盆断裂。

F6：为沿老公林子—孤家子一带发育的北西向调节断裂，与F5呈斜列式分布。其下降盘地层减薄，造成岩浆在热隆起阶段侵入，所以在下降盘有大量火山岩存在。

综合上述断裂分布特征表明，这些深大断裂都是在地壳大范围隆起、地壳减薄和岩浆侵入的背景下开始的。北东－北北东向断裂活动造成半地堑式的构造样式，后期断裂继续活动，地层连续沉积，发育了断拗叠置的2套沉积层系。而F3、F4之间花岗岩体的存在形成了很好的地台体，为晚侏罗—早白垩世以后地层沉积厘定了格局。北北东向F1和北北西向F5断裂后期继续活动控制断陷期地层沉积，奠定了梨树断陷西断东超的箕状断陷雏形。

4.3 近东西向断裂

索伦－林西缝合带：该断裂为推测断裂，沿太平庄附近近呈东西向展布，在SW8、SN156井附近出露前寒武纪片麻岩基底，SN55、SW7井出露碎裂花岗岩。从成因上来看，为处于断层附近坚硬的岩石受强烈挤压作用发生动力变质形成，其时代为早元古代。在西部SN64井发育灰岩，为华北古陆与西伯利亚板块拼合过程中古亚洲洋消亡的部位，推测索伦－林西缝合带由此经过。

5 结论

中国东部构造活动和岩浆作用的显著特征为：火山岩多沿深大断裂分布，深大断裂则为火山熔浆上涌和喷发提供通道，同时为油气运移提供有利通道。

通过对梨树断陷基底岩性的分布特征研究，同位素测龄、重磁异常特征研究和断裂展布规律研究，认为梨树断陷基底结构具有以下特征：

a.白垩纪沉积之前基底至少存在2期火山活动：海西期、印支—早燕山期火山侵入活动。海西期侵入岩体以浅灰色为主，表现为重力正异常、磁力正异常；印支—早燕山期侵入岩体以浅红色、棕红色为主，表现为重力负异常和正异常、磁力负异常。

b.该区主体岩相组成为片岩、千枚岩、变余砂岩等浅变质岩，最后定型期为石炭－三叠纪，局部存在早元古代片麻岩结晶基底。

c.早期存在北东－北北东向、北西－北北西向、近东西向断裂，索伦—林西缝合带从梨树断陷经过。

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