松辽盆地长岭断陷断层特征及其控油气作用

左宗鑫，陆建林，王 苗，李瑞磊，李 浩, 朱建峰

(1.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126；2.中国石化 东北油气分公司，长春 130062)

含油气盆地的形成演化过程伴随着不同性质、不同规模的断层活动，断层是盆地含油气系统的重要组成部分，对油气成藏有重要的影响。国内外学者针对断层对油气的控制作用开展了诸多研究，断层对盆地内的烃源岩发育、油气的运移及调整、相关圈闭的形成及储层改造都可产生较大的影响[1-7]，盆地内的断层系统对油气成藏具有多种控制作用[8-17]。

松辽盆地长岭断陷经历了多期次迭加改造，断层活动期次多，断层复杂。本文以地震资料解释为基础，梳理了长岭断陷断层特征、形成机制以及不同构造带断层活动特征及差异。结合勘探实践，分析了断层活动对长岭断陷烃源岩发育、圈闭形成、油气运移及调整的影响，指出了不同构造区带的油气勘探重点方向，以期为长岭断陷深层油气勘探提供借鉴。

1 地质背景

长岭断陷位于松辽盆地中央坳陷区南部，是典型的断、拗叠置型盆地，断陷层包括下白垩统火石岭组—登娄库组，拗陷层为上白垩统泉头组至新生界。受基底断层控制，长岭断陷发育数个次级凹陷，凹陷之间由数个凸起分隔(图1)。

长岭断陷主要经历了3个大的演化阶段，即断陷期、拗陷期和反转期(图2)[18]。其中断陷期又分为2期幕式断陷，相应发育2个大的火山旋回[19]。早期断陷以火石岭期(K1h)岩浆活动开始，以中—基性火山岩与碎屑岩为主。随后的沙河子期(K1sh)主要为湖相沉积，是长岭断陷主要的烃源岩发育期[20]。晚期断陷以营城期(K1yc)强烈的岩浆活动为开始标志，这一时期构造活动强烈，形成了巨厚的火山岩与碎屑岩复合沉积。登娄库期(K1d)短暂的断拗转换期后，泉头—姚家期盆地整体进入拗陷期，构造活动微弱，盆地处于稳定的热沉降阶段。嫩江—明水期伴随区域性构造运动，长岭断陷强烈反转形成了大量的反转构造，随之进入了新生代的盆地萎缩期。

图1 松辽盆地长岭断陷构造区划

图2 松辽盆地长岭断陷白垩系构造地层及油气系统据王苗等[18],有修改。

2 断层特征及形成机制

2.1 断层性质及期次

长岭断陷经历断陷期、拗陷期、反转期的构造演化阶段，相应地主要发育了3期不同性质的断层(图3)。(1)断陷期是强烈的断层活动期，以张性断层为主，主要分布在下白垩统登娄库组—火石岭组中(K1d—K1h)。这一期断层断距大，平面延伸距离远。断面特征因断层级别而不同，控凹边界断层呈现出铲式断层特征，次级断层多数为平直正断层。控凹断层在这一时期的强烈活动，控制了盆地的沉积格局及火山活动。(2)拗陷期为第二个断层活动期，断层主要分布在泉头组—姚家组(K2q- K2y)中，与断陷期相比，断层活动明显减弱，断层为平直正断层，断距小，延伸距离短。拗陷期断层在深大断层附近集中发育(如长岭断陷中部的前神子断层)，表明部分深大断层具有长期活动特征，拗陷期的断层活动具有相当的继承性。(3)反转期为第三个断层活动期，主要分布在嫩江组(K2n)及以上地层。这一期的断层活动具有明显的带状分布特征，主要分布在长岭断陷东部伏龙泉及东岭地区。嫩江—明水组沉积末期伴随区域性挤压，长岭断陷东部强烈反转，形成了伏龙泉、东岭等反转构造带。以伏龙泉地区为例，伏龙泉断层的大规模正反转，形成了一系列的压扭性逆断层及反转背斜。

图3 松辽盆地长岭断陷断层特征

2.2 断层形成机制

基底深大断层对盆地构造演化及断层的形成有重要的影响。研究表明，松辽盆地主要发育北北东向、北东向、北西向3组基底深大断层[1-4，9]。通过对长岭断陷基底顶面主要断层进行解释，表明长岭断陷也发育北北东向、北东向以及北西向3组主要断层(图4)，与松辽盆地深断层系统一致。长岭断陷中部的前神子断层、黑帝庙断层近北北东走向，为松辽盆地区域性深断层孙吴—双辽断层[1]的一部分；断陷的东侧与西侧边界为北东向与北西向断层的组合。

长岭断陷基底主要断层和次级断层的走向主要为北北东向、北东向以及北西向。断层平面展布具有一定的走滑特征。结合断陷演化分析，断层形成机制为在北北东向拉张与左行走滑的应力背景下，产生了次级的北东向断层(P剪切)和南北向—北北西向断层(R剪切)，以及北西向断层(T破裂)。断陷期由于盆地持续的拉张走滑，产生的北西向断层(T破裂)活动量持续加大，在其控制下，次凹的沉积中心有所迁移。如南部的龙凤山地区，沙河子组至营城组，沉积中心向南迁移，而在伏龙泉地区，沉积中心向北迁移。

图4 松辽盆地长岭断陷基底顶面主要断层及形成机制图解

3 断层对油气的控制作用

长岭断陷深层油气勘探取得了较大的成效，在多个层系(火石岭组、沙河子组、营城组、泉头组)发现了多种类型(火山岩、碎屑岩)的油气藏，不同构造区带油气藏类型及规模有较大的区别。研究表明，断层对长岭断陷烃源岩分布、相关圈闭的形成以及油气运移和调整有重要的影响。

3.1 断层对烃源岩的控制

长岭断陷控凹断层在断陷期的强烈活动，控制了盆地的沉积格局。受主要断层的控制，长岭断陷形成了数个相对独立的次级凹陷，沙河子组—营城组烃源岩集中分布在各次级凹陷的深洼带(图1)。

控凹断层活动的迁移，也使得烃源分布发生相应变化。以伏龙泉次凹为例，沙河子组烃源岩在次凹的中部及南部厚度较大(图5a)，北部烃源相对较少，烃源岩大体沿断层北东向展布，沉积中心在次凹的中南部。至营城组沉积时期，沉积中心向北迁移，南部烃源岩相对较薄，中部烃源岩厚度大，北部也有烃源岩发育，烃源岩开始沿断层北西向发育(图5b)。前述分析表明，断陷期由于盆地持续的北北东向拉张走滑，产生的北西向断层(T破裂)活动量持续加大，沉积中心向北西向断层迁移。

图5 松辽盆地长岭断陷伏龙泉次凹烃源岩厚度

3.2 断层活动与圈闭的形成

长岭断陷不同期次及性质的断层活动，控制形成了多种类型的构造圈闭。在断陷期，一些铲式控凹边界断层强烈活动，断层两盘发育牵引构造，如查干花断层上盘营城组顶部发育逆牵引背斜，下盘发育牵引背斜(图6a)；在反转期，伏龙泉断层强烈的正反转，形成了大量的反转背斜(图6b)；此外在东岭地区，断层走滑形成了花状构造及相关的断背斜和断块圈闭(图6c)。

断陷期由控凹边界断层活动形成的牵引及逆牵引背斜，在沙河子、营城组烃源岩大量生排烃前就已经形成，是原生油气藏的有利保存场所。晚期走滑和反转作用形成的断背斜、断块及反转背斜圈闭，有利于捕获次生油气藏。

3.3 断层活动对油气运移及调整的影响

3.3.1 不同构造带断层活动差异分析

长岭断陷经历多期迭加改造。不同期次构造运动的性质及分布差异，使得不同构造带的断层活动的类型、期次及规模有所不同。

长岭断陷北部达尔罕—查干花地区营城组顶部断层走向以近南北向为主，部分为北北西向(图7a)。登娄库组顶部断层走向以北北西向为主，断层密度及规模较营城组有所减小。泉头组顶部断层以南北向为主，断层密度及规模较登娄库组显著减小，只在局部发育微小断层。达尔罕—查干花地区营城组—泉头组中断层活动分析表明，自登娄库组沉积晚期后，断层活动显著减弱，至泉头组沉积早期断层基本停止活动，在断陷期后的构造活动较弱。

伏龙泉地区营城组顶部断层走向以近南北向为主，部分为北北东向及北北西向(图7b)。登娄库组顶部断层走向以北北西向为主，与营城组相比，登娄库顶部断层密度有所增加，但单条断层的规模减小。泉头组顶部断层以北北西向为主，断层密度及规模较登娄库组显著增加，单条断层的规模继续减小。伏龙泉地区营城组—泉头组中断层活动分析表明，自营城组沉积晚期后至泉头组沉积末期，断层持续活动，伏龙泉地区在断陷期之后的构造活动较强。

长岭断陷南部龙凤山地区营城组顶部断层走向以北东向为主，部分为北北东向及北北西向(图8a)。登娄库组顶部断层走向以北东向为主，断层密度及规模较营城组减小。泉头组顶部断层以南北向为主，断层密度及规模较登娄库组显著减小，只在局部发育微小断层。龙凤山地区营城组—泉头组中断层活动分析表明，自营城晚期后，断层活动持续减弱，至泉头早期断层基本停止活动，与达尔罕—查干花地区类似，龙凤山地区断陷期之后的构造活动较为微弱。

东岭地区营城组顶部断层走向以北东向为主，部分为北北东向及近南北向(图8b)，断层密度较为均匀。登娄库组顶部断层走向主要为北北东向，断层密度较营城组变化不大，单条断层规模有所减小；泉头组顶部断层走向主要为北北东向，泉头组顶部断层呈带状分布，断层密度不均匀，单条断层的规模明显变小。东岭地区断层具有典型的走滑特征，发育帚状断层体系，泉头组顶部断层表现为带状分布的雁列式断层。东岭地区营城组—泉头组中断层活动分析表明，自营城期后，断层活动有所减弱，但在泉头组沉积末期局部仍存在相当规模的断层活动，与龙凤山地区相比，东岭地区断陷期后的构造活动更强。

图6 松辽盆地长岭断陷断层相关圈闭示意

图7 松辽盆地长岭断陷北部达尔罕查干花地区—伏龙泉地区断层特征

图8 松辽盆地长岭断陷南部龙凤山地区—东岭地区断层特征

3.3.2 断层活动对油气的控制作用

长岭断陷断层活动统计表明，不同构造区带的断层活动差异较大。龙凤山、达尔罕—查干花地区构造定型早，断陷期后的构造改造微弱，大部分断层在泉头组沉积早期停止活动，泉头期只在局部存在微弱的断层活动。而东岭、伏龙泉地区构造定型晚，断陷期后存在较强的构造活动，在泉头末期也存在较强的断层活动。不同构造区带断层活动的差异，也导致了油气分布的不同。

长岭断陷深层油气来源主要为沙河子组及营城组烃源岩[20]，除沙河子、营城组发现的断陷层原生油气藏外，在登娄库组、泉头组也有次生油气藏发现，不同构造区带发现的油气藏类型差异较大，研究表明，断层活动是导致这种差异的重要原因。

长岭断陷龙凤山地区以及达尔罕—查干花地区，分别在沙河子组(B2井)和营城组(YS1井)发现了碎屑岩及火山岩油气藏，登娄库组及之上地层基本无油气发现。而伏龙泉地区的登娄库组(SL2井)以及东岭地区的泉头组(SN108井)均获得油气发现(图3，9)。前述长岭断陷不同构造带断层活动差异分析表明，龙凤山、达尔罕—查干花地区断陷期后的断层活动基本停止，油气难以向上运移至拗陷层中，原生油气藏保存较好，主要形成沙河子组、营城组原生油气藏。而东岭、伏龙泉地区构造定型晚，后期改造强烈，使得深部的油气发生调整，向上运移到浅部，形成了登娄库组、泉头组次生油气藏。

图9 松辽盆地长岭断陷龙凤山—东岭地区断层控藏模式

综上所述，长岭断陷断层活动控制了沉积中心的迁移与烃源的分布，同时断层控制了大量的牵引背斜、反转背斜、断块及断背斜等相关圈闭的形成，断层活动同样对油气的运移及调整具有控制作用。长岭断陷中部的查干花—达尔罕、龙凤山地区，晚期断层活动微弱，原生油气藏保存较好。东部的伏龙泉地区、东岭地区，晚期断层的反转及走滑作用强烈，部分原生油气藏发生破坏调整，形成次生油气藏，断陷的中—西部与东部地区应分别开展针对性的勘探。

4 结论

(1)松辽盆地长岭断陷发育断陷期、拗陷期及反转期3期不同性质的断层，断陷期是断层的最大活动期，断层形成机制为在北北东向左行拉张走滑的应力背景下，产生次级的北东向断层(P剪切)、南北向—北北西向断层(R剪切)以及北西向断层(T破裂)。

(2)长岭断陷不同构造区带的断层活动有较大差异，龙凤山、达尔罕—查干花地区在营城组沉积期后断层活动显著减弱，登娄库组—泉头组沉积时期只存在微弱的断层活动；东岭、伏龙泉地区拗陷期也存在较强的构造活动，在泉头组沉积末期也存在较强的断层活动。断层控制了长岭断陷的沉积迁移与烃源岩分布，同时控制形成了多种类型的构造圈闭，如牵引及逆牵引背斜、反转背斜、花状构造带及相关的断块与断背斜圈闭。

(3)断层活动对长岭断陷油气运移及调整有重要的控制作用。在构造定型早、拗陷期断层活动微弱的龙凤山、达尔罕—查干花等地区，原生油气藏保存较好，要注重火石岭组、沙河子组、营城组原生油气藏的勘探。而在断层活动持续时间长，尤其是存在反转的深大断层及走滑断层的伏龙泉、东岭等地区，次生油气藏是重要的勘探方向。