三江盆地浓江凹陷新生代断层活动及构造演化

2018-04-20刘华

中国煤炭地质 2018年3期

刘　华

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营　257015)

0　引言

中国东北地区中新生代盆山系统非常复杂，目前普遍认为该区早白垩世存在伸展性质的统一盆地，现今分隔的东部盆地群是由早白垩世统一湖盆破坏而成[1-4]。中生代之后，受东部古太平洋板块的俯冲作用及佳木斯地体、那丹哈达地体等若干外来地体拼贴作用控制[5]，松辽盆地外围发育众多盆地，三江盆地是其中一个重要的油气盆地[5]。该盆地处于中亚-蒙古构造域东部与东北亚环西太平洋构造带的复合部位，对于那丹哈达岭褶皱造山带和佳木斯隆起起到了良好的衔接作用[6-7]。综合地质露头和钻孔资料分析表明，三江盆地内各凹陷存在各自独立的构造特征和沉积特征，由西向东的基底性质存在差异，表现为地块由老变新拼合而成，不同构造部位的盖层和沉积岩石存在东西分异的特点[8-13]。目前，盆地西部绥滨凹陷发育多套煤系烃源岩，是三江盆地油气勘探突破的重要区块，在油气地质条件、构造特征及其与油气关系等方面已得到深入研究。受钻井、地震资料缺乏的限制，多期构造运动影响的前进坳陷油气勘探程度较低。前人分别对西大林子凹陷中生界构造特征和古近系烃源岩特征进行了研究，认为达连河组发育厚度稳定、有机质丰富的暗色烃源岩，具有较大的勘探前景[14]。而有关浓江凹陷构造特征、演化及其与油气关系的研究尚未开展，制约了对该区油气条件的认识和油气勘探的进程。本文综合岩心、录井、测井和地震等资料，剖析了浓江凹陷构造特征及演化规律，进而探讨构造活动对浓江凹陷油气条件的控制作用，为下一步勘探工作提供借鉴。

1　区域地质概况

三江盆地是在元古界燕山期褶皱带基础上形成的中新生代断陷盆地，在构造上位于佳木斯隆起以东，那丹哈达岭褶皱带以西，具有“两坳一隆”的构造格局，从西向东依次为绥滨坳陷、富锦隆起及前进坳陷[15]。其中前进坳陷可进一步划分为浓江凹陷、石砬子凸起、宏胜凹陷、宝清凸起和西大林子凹陷5个次级构造单元(图1)。浓江凹陷位于前进坳陷的东北部，东抵小佳河隆起、西南接石砬子凸起、西为富锦隆起、东北与俄罗斯的阿穆尔盆地相连，与宏胜、西大林子凹陷隔石砬子凸起相望，凹陷整体呈北东向展布，呈现两凹一凸的构造格局。

图1　三江盆地构造区划图(据参考文献[14]，2008有修改)Figure 1　Sanjiang Basin structural zoning (after reference [14], 2008 modified)

根据钻井、地震资料可知，前进凹陷基底为印支-燕山中晚期褶皱基底。基底之上发育了白垩系、古近系和新近系。上白垩统残存主要分布在宝清凸起及宏胜凹陷东部和西大林子凹陷的西部边缘，古近系和新近系在前进坳陷分布普遍。根据野外露头、录井、测井、地震资料，参照前人研究成果，将浓江凹陷古近系自下而上分为乌云组、新安村组、达连河组和宝泉岭组；新近系分为富锦组和道台桥组；上覆第四系。凹陷缺失上白垩统，新生界覆盖在基底之上，具有各组地层发育齐全，保存良好、厚度大的特点[16-17]。

2　构造特征

2.1　断裂特征

浓江凹陷内部断裂发育，走向以北东向断裂为主。根据地震资料，按照断裂构造及其规模可分为三类：Ⅱ级断裂(1条)、Ⅲ级断裂(9条)和多条Ⅳ级小断裂(图2)。Ⅱ级断层(F0)位于凹陷东南部，具有持续沉降、末期局部发生构造反转的特点，对浓江凹陷古近系的形成、发展、演化起到主要的控制作用。该断层为规模较大、断面较陡的深大断裂，走向为北东-西南向，长约54km，倾向为西北向，断面倾角60°～70°，断层落差大，最大可达1 500m。该断层下降盘古近系厚度较大，最厚可达2 700m，上升盘古近系普遍较薄。Ⅲ级断层(F1～F9)控制了凹陷内部的构造格局，其中断层F1、F2、F7和F9为近北东向断层，F3、F5为北东向-北北东断层，F4、 F8为北东-北东东向断层， F6为北北东向断层。断层F1、F2、F4和F9延伸距离较长，为26～34km，断层F6延伸距离最短，约为12km；断层F1、F5、F3、F6、F8和F9倾向为东南方向，断层F2、F4和F7倾向为西北方向(图2)。地震剖面显示，Ⅲ级断层具有断穿层位多，延伸距离远的特征，表明断层活动具有较强继承性。受Ⅲ级断层分割作用，浓江凹陷形成了两洼夹一隆、堑垒间互的构造格局，其中F3和F4为洼陷带和隆起带的分割断层；F1和F2断层在东部洼陷带内夹持形成洼陷内部的地垒带；F8和F9控制了西部洼陷带的形成； F3、F4、F6和F7共同构成复杂的中央断裂背斜带(图3)。

图2　浓江凹陷古近系底面构造图Figure 2　Nongjiang depression Paleogene bottom surface structures

2.2　构造样式特征

根据断裂性质的不同，浓江凹陷断裂性质可分为张性构造和走滑构造两种。张性断层构造样式主要有“Y”型、阶梯型、堑垒结构和负花状构造等(图4)。“Y”型构造样式主要发育在Ⅲ级断层下降盘，由倾向相反的一系列Ⅳ级小断层相交在Ⅲ级断层上。剖面上，断层以铲式为主，倾角上陡下缓；平面上，Ⅳ级小断层走向呈北东东向，与北东向的Ⅲ级断层相交，主要分布在凹陷的北部。阶梯型构造样式主要由Ⅲ级断层伴生的一系列倾向一致的小断层组成，断面较陡，发育在中央地垒带的两侧。平面上，Ⅳ级小断层与Ⅲ级断层平行，分布于凹陷的中北部。堑垒型构造样式主要发育在中央地垒带，位于倾向相反的两条Ⅲ级断层形成的地垒块上，由一系列倾向相反的Ⅳ级小断层组成，断面较为陡直。平面上，主要分布在凹陷的东北部，呈雁列式排列。浓江凹陷发育负花状构造，凹陷南部受拉张走滑作用的影响，形成了一系列负花状构造，在平面上呈雁列式排列，在剖面上则为一系列倾向相对的正断层，断面以铲式为主，其倾角上陡下缓，如在测线CX-6中，断层F0和F1之间发育的地堑式构造。

浓江凹陷扭性构造样式以反转构造为主，由Ⅱ级控凹断层及一系列伴生的Ⅳ级断层构成。浓江凹陷反转构造主要发育于坳陷阶段后期，早期的正断层在坳陷晚期受到南北向挤压而产生反转，属于正反转构造。如测线CX-4处，富锦组地层拱张特征明显。

图3　浓江凹陷北西向CX_8测线地震剖面Tnf为富锦组底界、Tb4为宝泉岭四段底界、Tb3为宝泉岭组三段底界、Tb2为宝泉岭组二段底界、Tb1为宝泉岭组一段底界、Td1为达连河组底界、TE为古近系底界Figure 3　Nongjiang depression NW CX_8 line seismic section

图4　浓江凹陷新生界构造样式Figure 4　Nongjiang depression Cenozoic structural patterns

3　构造演化特征

断层活动性的研究方法主要有生成指数法、活动速率法和古落差法等[18]。其中古落差法具有不受上升盘地层是否缺失的限制和不受断陷盆地整体沉降幅度影响的优点，地质含义明确、易于对比断层的活动强度[19]。由于浓江凹陷新生界沉积时期先后经历了多期构造运动，多套地层遭受剥蚀，因此选取了垂直断层走向且断面清楚的测线进行古落差分析，以了解断层在不同地质时期的活动性(图5)。

浓江凹陷各级断层活动性在不同地质时期、不同构造位置存在着差异。F0断层在新生代时期持续活动，在新安村组、达连河组和宝泉岭组时期活动性较强，在富锦组时期活动性较弱，且在富锦组末期部分断裂发生反转。该断裂中段和南段的活动性强，而断裂北段活动性较弱。断层F1在新安村组、宝泉岭组二段、三段时期断层活动强烈，尤其是断层中段活动性最为强烈，断层两端活动性相对较弱或不活动。在达连河组、宝泉岭组一段、四段时期断层活动较弱。断层F2活动性存在较大的强弱变化，在新安村组和达连河组时期，断层活动强度较大，断层东北段基本不活动。宝泉岭组沉积时期断层活动性存在较大差异，宝泉岭组一段时期，断层活动性较弱甚至不活动。宝泉岭组二段、三段时期，断层活动性逐渐加强，在宝泉岭组三段时期活动性最强，宝泉岭组四段、富锦组时期断层活动性逐渐减弱。断层F3在新生代时期持续活动，西南段断层在新安村组活动性最强，之后强度有所降低，达连河组、宝泉岭组、富锦组活动持续活动；北段断层在宝泉岭组一段至三段时期活动性持续增强，宝泉岭组二、三段时期活动性最强，宝泉岭组四段时期后强度逐渐减弱。断层F4南段整个时期持续活动，宝泉岭组一段活动性最强，断层北段宝泉岭组二段时期活动性最强。断层F5和F6均在新安村组至宝泉岭一段时期活动较强，后期具有逐渐减弱的趋势，断层F5在富锦组时期断层停止活动。断层F7除达连河时期停止活动后，其他时间持续活动，中段断层宝泉岭组二段时期活动性最强，北部宝泉岭二段时期活动相对较弱(图5)。

综上所述，浓江凹陷Ⅱ级断裂持续活动且活动强烈，在富锦组时期活动性减弱、发生部分断层发生反转。各Ⅲ级断层主要活动时期为新安村组、宝泉岭组二段、三段时期，其次为达连河和宝泉岭组一段时期。断层活动性整体具有由强-弱-强-弱的变化规律。

4　构造演化阶段

晚白垩世，在依-舒地堑及敦密断裂活动影响下，泛三江盆地基本结束，晚白垩三江盆地普遍隆升，剥蚀，被改造和破坏强烈，白垩纪末期形成了不整合面。由于新生代大洋板块向西俯冲，导致该区晚白垩世期间形成的挤压隆升背景发生转变，郯庐断裂走滑作用的加强，依-舒地堑在中新代残留盆地的基础上发生走滑拉分，在依-舒与敦密断裂的共同控制下，三江等盆地发育了狭长断陷盆地[20-21]。

依据浓江凹陷的沉积充填特征、基底与盖层构造，结合地震剖面、断层活动强度，运用平衡剖面法，分析了凹陷的构造演化史。凹陷先后经历了初始裂陷、强烈断陷、断坳转换、坳陷、挤压反转及稳定沉降6个演化阶段，经历了两期沉降-抬升的构造活动(图6)。

图5　浓江凹陷断层古落差分布图Figure 5　Nongjiang depression fault paleothrow distribution

4.1　初始裂陷阶段(乌云组至达连河组时期)

乌云组至达连河组沉积时期为凹陷初始形成阶段，控凹断层开始活动，具有双断结构，形成了东南断阶带、东部洼陷带、中央断裂背斜带和西部洼陷带的构造格局。该阶段凹陷接受乌云组至达连河组沉积，发育多个半深湖沉积中心。乌云组和新安村时期，东部洼陷带西南部和西部洼陷带东北部为主要地层沉积区域。凹陷滨浅湖相分布广泛，中央断陷背斜带地层厚度薄，西北、北部和东南边部物源区发育扇三角洲沉积。在达连河时期，洼陷有所萎缩，东部洼陷带沉积中心紧邻F0断层中段，西部洼陷沉积中心向西迁移。QC2井岩性表明，乌云组为深灰色、灰色泥岩与灰色砂砾岩、灰色细砂岩不等厚互层，夹有薄煤层，整体为扇三角洲相沉积。新安村组为灰色、深灰色泥岩与灰色泥质粉砂岩、砂质泥岩不等厚薄互层的半深湖亚相沉积。达连河组为深灰色泥岩、灰白色砂砾岩、灰色含砾细砂岩、灰色粉砂岩、炭质泥岩、黑色煤层不等厚互层，以扇三角洲平原亚相沉积为主。受基底地形影响，该时期沉积地层与基底存在明显超覆关系。

4.2　强烈断陷阶段(宝泉岭组一段至三段时期)

宝泉岭组时期为强烈断陷阶段，控凹断层F0及Ⅲ级断层活动剧烈，凹陷整体发生沉降，水体突然加深，早期多个沉积中心扩大成一体，形成大面积半深湖相。宝泉岭组一段沉积期，水体范围达到最大，凹陷水体较深，其中东部洼陷带和西部洼陷带东北部为沉积中心，且两个沉积中心彼此连通，东部洼陷带受控于F0断层，面积和地层沉积厚度大于西部洼陷带。宝泉岭组二、三段湖盆逐渐萎缩，全区主要为滨浅湖沉积，凹陷周缘扇体发育，物源供给丰富。QC2井岩性表明，宝泉岭组一段发育深灰色厚层泥岩夹薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩的半深湖相沉积。宝泉岭二段以灰色泥岩、砂质泥岩、灰色细砂岩、含砾砂岩和砂砾岩不等厚互层沉积。宝泉岭组三段为厚层深灰色泥岩与灰色砂砾岩、细砂岩互层。

图6　浓江凹陷cx_8测线新生代地层构造演化剖面Figure 6　Nongjiang depression CX_8 line Cenozoic strata structural evolution section

4.3　断坳转换阶段(宝泉岭组四段末期)

宝泉岭四段沉积时期为断坳转换阶段，凹陷构造活动由断陷活动转变为坳陷活动为主。宝泉岭组四段早期为继承断陷阶段，随着断裂活动减弱，水体逐渐变浅，河流相沉积为主。该时期沉积以暗色泥岩、炭质泥岩夹含砾砂岩、细砂岩为主，宝泉岭四段末期发生构造形变，地层发生抬升，宝泉岭四段遭受普遍剥蚀作用，其中西部洼陷带的西部大部分地层剥蚀尤为强烈，剥蚀厚度超过200m。

4.4　坳陷阶段(富锦组时期)

富锦组沉积时期，以坳陷沉积作用为主，整体呈现出广覆型坳陷沉积特征，以厚层河流相砂砾岩沉积为主，夹有暗色泥岩。西部洼陷带沉积地层厚度略大于东部洼陷带。

4.5　挤压反转阶段(富锦组末期)

富锦组末期时，由于太平洋板块转向向西俯冲，在日本海强烈扩张作用影响下[20-21]，在区域构造背景的影响下，浓江凹陷断裂系统以走滑运动为主，出现了一期短暂挤压反转运动，这次运动导致得富锦组地层在东部洼陷带西南部区域出现挤压拱张现象，地层遭到剥蚀，剥蚀厚度超过200m。

4.6　稳定沉降阶段(道台桥组-现今)

道台桥组沉积开始，洼陷再次进入整体持续坳陷沉降阶段。从构造演化剖面上来看，道台桥组沉积之后，凹陷内次级断层活动较弱，第四系厚度相对稳定。

5　构造演化与油气的关系

浓江凹陷构造活动控制着地层沉积充填过程，与油气关系密切[20-21]。古近系沉积以来，各级断裂持续活动，当断层活动强度较弱时，以浅水广盆沉积为主，发育湖相沼泽，有利于形成煤系烃源岩地层，如乌云组顶部和达连河组顶部均发育含煤地层。当断坳活动强烈时，凹陷以深水湖盆沉积为主，有利于形成厚层湖相烃源岩地层，如宝泉岭一段泥岩烃源岩沉积地层。暗色泥岩厚度统计结果表明，乌云组-新安村组、宝泉岭一段泥岩厚度最大，其次为达连河组。其中乌云组-新安村组泥地比为60%，达连河组泥地比为48%，宝泉岭一段泥地比为57%，宝泉岭二段泥地比为24%。利用录井、测井、地震资料，结合地震属性分析结果对研究区暗色泥岩的分布范围进行预测，乌云组-新安村组暗色泥岩主要分布在东部洼陷带QC2井周围及其西南部、西部洼陷带东北部，其中东部洼陷带最大厚度约400m，厚度超过100m的暗色泥岩面积约160km2。达连河组暗色泥岩面积有所减小，东部洼陷带厚度最大约250m，其次为西部洼陷带厚度最大约200m，全区泥岩厚度大于100m的面积约110km2。宝泉岭组一段暗色泥岩面积发育最广，东部洼陷带与西部洼陷带连接成片，大于100m的面积达到了270km2。泥岩最厚可达400m，位于东部次洼带。西部次洼带东北部泥岩厚度可达200m。

构造旋回控制沉积旋回的发育，浓江凹陷主要储集层为乌云组、达连河组、宝二段，乌云组、新安村组、达连河组和宝泉岭组各段发育的暗色泥岩、炭质泥岩是良好的盖层，构成了自生自储和下生上储的储盖组合。浓江凹陷在白垩纪以来经历多期复杂沉降和抬升的构造运动，不同断层在不同时期的活动强度存在差异，构造活动控制着圈闭的形成及分布。研究区以构造圈闭为主，断块圈闭主要发育在中央断裂背斜带、背斜带两侧及南部洼陷带中部地区，反转构造形成的圈闭分布在东部次洼中部地区(如CX-4与断层F0相交处)。断裂是油气运移的主要通道，在构造演化过程中，长期、多期的构造活动能够促使地层中形成不同类型和不同规模的断裂构造，这些断裂构造能够使烃源岩与储层以侧式、上覆式直接相接。各级断层是油气向有利构造圈闭和岩性圈闭运移的良好通道。

6　结论

(1)三江盆地为东北中新生界叠合残留盆地，新生代构造演化具有复杂性和多样性，断裂以北东向为主。浓江凹陷断裂性质可分为张性构造和扭性构造两种。张性构造样式有“Y”型、阶梯型和堑垒结构等，扭性构造样式可分为反转构造和负花状构造。

(2)浓江凹陷断层生成演化过程中存在一定差异。Ⅱ级断裂持续活动，在宝泉岭组时期活动较强烈，在富锦组时期活动较弱，且在富锦组末期发生部分反转。断裂中部和南部古落差较大，断裂活动强烈，Ⅲ级断层主要活动时期为宝二至宝三段时期，其次为达连河和宝一段时期。

(3)构造演化分析结果表明，达连河组及其之前，凹陷具有双断结构，南部断层和

北部断层均为控制沉积的边界断层，东西两洼陷带开始形成。宝泉岭组时期，东部洼陷的发育规模明显大于西部洼陷，具有南沉北翘的特点。宝泉岭组沉积末期地层抬升剥蚀，西部洼陷带地层具有明显的削截现象。富锦组段时期坳陷整体沉降，富锦组末期凹陷发生挤压反转，凹陷东部洼陷带地层上拱遭受明显剥蚀，新近系持续沉降。多期构造活动控制盆地演化的同时影响着烃源岩的沉积，构造控制着圈闭的类型及分布，断裂有利于油气向有利的储集圈闭运聚。

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