梨树断陷苏家屯地区构造特征及构造演化
2020-03-05徐天鑫杨飞蔡文杰李一超夏文豪程利远
徐天鑫 杨飞 蔡文杰 李一超 夏文豪 程利远
（1. 長江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100;
2. 中国石油吉林油田分公司 勘探开发研究院，吉林 松原 138000）
摘 要：苏家屯洼槽位于梨树断陷西北部，区内断裂极为发育。通过精细构造解释，结合测井、录井数据，对区内断裂展布特征、活动期次、组合样式和构造演化进行分析。结果表明，苏家屯次洼整体上表现为南断北剥、一洼一断阶、南部双断、北部东断西超的特征，在平面上可划分为四个构造单元：西部断阶带、中央凹陷带、东部断阶带、东北构造反转区，通过制作构造演化史剖面，在基于本次三维地震剖面上的构造层特征，以及前人对苏家屯构造演化成果的基础上将研究区构造演化划分为四大阶段：断陷期、断坳转化期、坳陷沉积期和构造反转期。
关 键 词：苏家屯地区;构造特征;断裂特征;构造演化
中图分类号：TE122 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）04-0142-06
Structural Feature and Tectonic Evolution of Sujiatun
Area in Lishu Fault Depression
XU Tian-xin1， YANG Fei1， CAI Wen-jie1， LI Yi-chao1， XIA Wen-hao1， CHENG Li-yuan2
（1. School of Geophysics and Petroleum Resources， Yangtze University， Hubei Wuhan 430100， China;
2. Exploration and Development Institute， PetroChina Jilin Oilfield Company， Jilin Songyuan138000， China）
Abstract： Sujiatun trough is located in the northwestern part of Lishu fault depression， and the fault is extremely developed. Through the fine structure interpretation， combined with logging data， fault distribution characteristics， activity periods， combination patterns and tectonic evolution in the area were analyzed. The results show that the characteristics of Sujiatun subsag are characterized by southern fault， northern erosion， one groove followed by one step， the southern double-break and the northern east fault while west supercontinent.It can be divided into four structural units on the plane： the western fault zone， the central depression zone， the eastern fault zone and the northeast structural reversal zone. Through making the tectonic evolution history profile， the tectonic evolution of the study area can be divided into four stages based on the tectonic layer features on 3D seismic section and the predecessors on the tectonic evolution of Sujiatun area： fault depression period， fault depression transformation period， depression deposition period and tectonic inversion period.
Key words： Sujiatun region; Structural feature; Fault characteristics; Tectonic evolution
苏家屯地区共有探井20余口，气测显示苏家屯地区深层勘探开发潜力较大，但由于苏家屯地区断层较为发育，局部剥蚀严重，地质条件复杂，加上受前期地震资料品质及钻探程度较低等因素影响，对该区断裂特征及构造演化等方面尚不十分清楚，存在诸多地质问题，制约了苏家屯地区火石岭组、营一段和营二段气藏勘探开发进程。周卓明等认为苏家屯次洼整体上表现为南断北剥"东西超覆的特征[1]。本文以三维地震资料为基础，结合录井、测井资料，建立高精度井震结合连井对比大剖面，并进行层序地层划分与对比。在连井大剖面、井-震结合的层序地层划分和对比的基础上，建立高精度层序地层格架，查明层序地层格架内地层分布特征。在三维地震工区资料采用精细构造解释技术，从地震反射层位的地质标定、地震反射波组特征分析、不整合面的识别和多方法断层解释入手，并利用时间切片和相干切片，对研究区内断裂组合和发育演化的展开进一步研究，使断裂系统的组合更加符合地质规律，构造更加落实可靠。
1 区域地质概况
松辽盆地位于我国东北地区，是一个大型中新生代陆相沉积盆地，面积约26×104 km2，横跨黑龙江、吉林、辽宁三省。根据区域地质特征，可以将松辽盆地划分为6个一级构造单元：北部斜坡带、东北隆起带、西部斜坡带、中央凹陷区、东南隆起带和西南隆起带[2]。梨树断陷的构造位置处于松辽盆地东南隆起区，是一个自晚侏罗世以来发育而成的断坳叠置型复合盆地，总体呈北北东展向，面积大约3 900 km2。梨树断陷北部为中央凹陷带，西侧为西南隆起带，松辽盆地的展布控制着其形成和演化。研究区位于梨树断陷西北部的苏家屯地区（图1A）[3，4]。
苏家屯洼槽位于梨树断陷西北部，受曲家屯断裂与桑树台断裂分割形成独立的洼陷（图1B）。洼槽内断陷地层自下而上发育有下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组以及登娄库组地层，受区域构造运动和皮家走滑断裂长期活动的影响，北部登娄库组地层被大量剥蚀，从而在整体上形成了“南部双断地堑，北部西断东超”的构造格局[5-7]。目前苏家屯地区有探井20余口，中石化在苏家屯洼槽完钻探井13口，2015年度吉林油田公司完成三维地震200 km2，目前完钻探井13口，大多见到良好油气显示。
2 构造特征分析
苏家屯次洼面积约200 km2，苏家屯断陷登娄库组及以下地层为断陷沉积，西侧的桑树台断裂和东侧曲家断裂长期活动，控制着火石岭组、沙河子组、营城组和登娄库组沉积。研究区研究对象主要为下部断陷层系：火石岭组、沙河子组、营城组。在苏家屯次凹两侧发育的控凹断裂桑树台断裂和曲家断裂实质上分别是两组断裂，这两组断裂活动具多期性，共同控制着控制火石岭组和营城组沉积。受控于苏家屯断陷的持续活动，工区发育大量叠瓦状的拆离正断层及其反身调节断裂。在断陷沉积时期，沙河子组由东向西超覆尖灭，火石岭组、营城组和登娄库组在苏家屯断陷沉积最厚。登娄库组末期发生构造反转，构造区东北部发生强烈反转，大幅度隆升造成东北地区登娄库组剥蚀殆尽，局部甚至剥至火石岭组。
2.1 反射层特征
苏家屯次洼主要研究火石岭组、沙河子组、营城组和登娄库组沉积，各反射层在地震剖面上有如下特征（表1、图2）。
2.2 构造单元划分
苏家屯次洼在整体上表现为南断北剥、一洼一断阶、南部双断、北部西断东超的特征。苏家屯洼槽在断陷沉积期与梨树断陷相连，受区域构造运动和断裂长期活动影响，洼陷南部受苏家屯断裂和曲家屯断裂分割形成东、西断阶和中央洼陷;洼陷北部受南北向曲家屯断层分割形成中央洼陷带和东部断阶带[7-10]。
根据研究区深部地层大断裂的展布特征，将苏家屯次洼断陷期依次划分为四个构造单元：西部断阶带、中央凹陷带、东部断阶带和东北构造反转区（图3）。
（1）西南断阶带
西南断阶带位于研究区西南部，该局部构造东
部以苏家屯断裂为界，北部与中央凹陷区小次洼相接，整体呈向西部层层抬升的阶梯状地层。地层相对凹陷区要薄，其上断裂发育，主要为朝向凹陷的拆离断块，以顺向正断层（东倾）为主（图4）。
（2）中央凹陷区
中央凹陷区位于研究区中部，该局部构造西部
以苏家屯断裂为界，东部以曲家屯断裂为界，北部与构造反转区相接，整体呈以苏家屯断裂、曲家屯断裂为控陷断裂的双断式凹陷。中央凹陷区整体上呈现为NNW-NW向延展的洼槽，是受苏家屯断裂和曲家屯断裂夹持的地堑式沉积，地层稳定，断裂不发育（图4）。
（3）東部断阶带
东南断阶带位于研究区东南部，该局部构造西
部以曲家屯断裂为界，南部以皮家走滑断裂为界，整体呈层层抬升的阶梯状地层。东部断阶带发育一系列近南北向西掉四级正断层，断层断开层位至登娄库组，将其分割为多断块（图4）[7]。
（4）东北构造反转区
东北构造反转区位于研究区北部，该局部构造
南接中央凹陷区，该局部构造区由于后期构造反转抬升，使得前期的拆离断块，呈掀斜状，断裂变化为反向断层，登娄库组和营城组地层遭受剥蚀。剖面西段为工区西北的另一个次级凹陷，并被断裂撕裂复杂化（图4）。
3 断裂特征分析
3.1 断裂展布特征
通过三维地震精细构造解释，结合已钻井资料综合分析，苏家屯地区断层十分发育，不同方向、不同级别、不同期次的断层相互交错、切割，在空间上形成了错综复杂的配置关系，在平面上形成了密如蛛网的格局（图7）[10-12]，研究区断层以北东向和近南北向为主，均为正断层。在苏家屯次凹两侧发育控凹断裂，长期活动控制火石岭组、沙河子组、营城组和登娄库组沉积。
（1）断裂发育程度
受多期构造应力及火山作用的影响，凹陷内断裂十分发育。在苏家屯凹陷中，各类断层十分发育，以张性正断层为主，以地震T42反射层断裂纲要图为例，断层近150条，工区内断层最大延伸长度超过10 km，平均单条断层延伸长度为500 m;断层断距最大超过300 m。总体上苏家屯凹陷断层发育，以断距大小不等，延伸长为特点（图5）。
（2）斷裂组系
统计其大部分断裂走向表明，凹陷主要发育有北西-北北西（NW-NNW）、北北东（NNE）、和近南北向（NS）、北东向（NE））等四组断层，以北西-北北西向断裂为主，近南北向断裂次之，北东及北东东向断裂最少。这四组断裂的分布具有较强的规律性，NNW向断层主要发育于东部断阶和东北反转构造带上，而近NS向和NE向断层主要发育西部断阶上，对 NNW向断层起协调作用。这四组断裂在平面上纵横交错、在纵向上共同制约和控制了苏家屯凹陷的形成、演化，构成了凹陷现今复杂的构造面貌。
3.2 断裂分类分级与活动期次分析
苏家屯凹陷断裂极为发育，主要为正断层，大部分断层呈NNE、NW、NE走向，;按其不同的控凹（或洼）作用及活动规模，凹陷的主要断裂可以划分为两个级别，可划分为二、三级，一级控盆断裂本次研究区无涉及。
二级断层为控制凹陷边界的大断层，也是先存基底断裂，也发育早，在研究区内主要是分布于苏家屯凹陷东西两侧的苏家屯断裂和曲家断裂。三级断层是控制局部构造的断层，研究区内大部分三级断裂主要活动期在营城期和泉头组沉积时期。研究区内断裂活动时期主要分为三种：一种是长期活动的断裂，控制着凹陷的发育，也就是二级断裂;一种是营城期末形成的断裂，再就是泉头组时期形成断裂（图5）。
3.3 断裂分类分级与活动期次分析
（1）断层剖面组合样式
通过观察地震剖面，总结出研究区6种断层剖面组合样式（图6A）。简单的犁形正断层：a.一般发育单条断层，调节断层在其周缘不发育;b.Y字形组合：一条大断层与相对掉向的调节断层组合;c.马尾状组合：一条大断层与同向次级断层组合，其根部相连;d.羽状组合：一条大断层与多条相同掉向的调节断层组合;e.复合Y字形组合：由多组不同级别的Y字形断裂组合;f.断阶状组合：由两条及以上的同向正断层组合[15]。
不同断裂组合方式发育在不同的构造部位。简单的犁形正断层、Y字形组合、羽状组合和断阶状组合一般发育在构造陡坡带[13，14]。如苏家屯断层的陡坡带就是Y字形组合样式（图6B），断阶状组合一般发育在斜坡带，如苏家屯凹陷的西部断阶带带（图6C）。曲家断层的陡坡带发育马尾状组合样式（图6D）。
（2）断层平面组合样式
将苏家屯凹陷的二级控凹基底断裂与后期在沉积盖层中发育生长起来的次级小断裂分析可归纳出4种平面组合样式：a.平行组合、b.羽状组合、c.交切状组合、d.放射状组合（图7）。
平行组合主要分布在研究区东北部和西南部，如断层中发育的北北东向断层就是平行组合样式;羽状组合在凹陷边缘地区发育，如晚期北北东向次级断层斜向收敛到早期先存近南北向的苏家屯主断裂上。交切状组合主要分布在东南部和西北部局部地区，可能与后期火山活动作用，形成的断层切割早期断层有关，放射状断层主要在火山口附近周缘（图8）。
4 构造演化分析
为分析本区构造发育史，在区内选取了一条测
线，东西向的2 500地震测线，制作了1条构造发育史剖面（图9）。基于本次三维地震剖面上的构造层特征，以及前人对苏家屯构造演化成果，综合区域地质的基本认识，认为本区构造演化可简单地划分出四大阶段：断陷期、断坳转化期、坳陷沉积期和构造反转期。
（1）断陷期
松辽断陷盆地形成于晚侏罗世，此时东北亚大
陆边缘在板块运动的作用下形成大量深入地层深处的左旋走滑构造，深层物质在基底断裂的作用下上涌，同时发生一系列火山喷发和拉张运动等大规模构造运动[8]。在同时期，苏家屯基底在强烈的拉张作用下形成的NNW向和NE向基底控凹断裂。沉积了火石岭组、沙河子组、营城组等主要沉积地层。在东西向拉张力的作用下，断裂活动频繁，苏家屯次洼呈现出双断式地堑的构造特征。对于深层断陷期，依据剖面断裂特征和断陷结构特征，又可以细分为：初始期、强烈期、萎缩期。
断陷初始期：火石岭组沉积初期，此期随着区域伸展拉张，产生了NNE～NS走向的基底断裂，如本区的苏家屯断裂、曲家断裂等区内主要二级断裂就是在这种地质背景下产生的。这些断裂是该区早白垩世双断式断陷控陷断层的雏形。火石岭组沉积后期。此时凹陷的断裂活动减弱，断层控沉积作用明显减弱，转为火山活动期，特别是在早期大断裂附近，尤其是基底大断裂交汇处，往往伴有强烈的火山活动，其分布主要受火山口分布影响，火山口周缘沉积厚，远火山口，沉积厚度薄。局部区域受后期隆升剥蚀，与上覆地层呈角度不整合接触。
断陷强烈期：沙河子-营城组沉积时期，即为断陷的强烈期。沙河子-营城组沉积早中时期，凹陷的沉积作用受断层控制作用明显，断层的生长指数明显变大。沙河子组为从东向西的超覆沉积，控凹断裂发育。营城组末期，断陷活动加剧，发育一批新的控制营城三、四段的断裂，这些断裂在营三段为同沉积断裂。
（2）断坳转化期
到了登娄库组沉积时期，拉张力的作用大大减弱，早期形成的苏家屯断裂等基底断裂不再是影响地层构造形态的主要因素，两条控凹断裂虽然在此时期断穿了该层，但断距明显减小，断层的活动强度较弱。
（3）坳陷沉积期
坳陷沉积期时苏家屯次洼进入稳定沉积阶段。该阶段是明显的湖相沉积，通过研究区已钻进资料可知该处岩性为泥岩与粉砂岩互层，呈典型的湖泊沉积特征。坳陷沉降中心随着沉积作用逐渐加强而向西偏移。
（4）构造反转期
嫩江组沉积末期，研究区进入构造反转时期。该时期亚欧大陆与太平洋板块俯冲碰撞，东北亚地区在挤压力作用下，深处热地幔流上涌，致使苏家屯地区沉积地层整体发生强烈的褶皱隆升，盆地整体抬升，发生构造反转，形成了一系列二级构造[8]。嫩江运动之后，苏家屯深部地质结构调整趋于平衡。盆地整体抬升，三级构造进一步发育并定型，湖盆规模大幅萎缩，沉积的地层出现剥蚀，至第三纪，研究区基本以剥蚀为主，造成多期地层的缺失。第四纪盆地中沉积建造，活动性很弱，呈现出盆地消亡的特征。
4 結论
（1）苏家屯次洼整体上表现为南断北剥、一洼一断阶、南部双断、北部东断西超的特征。
（2）对苏家屯次洼构造分区进行了重新划分，研究区可划分为西南断阶带、东部断阶带、东北构造反转区和中央凹陷区。
（3）研究区构造演化可划分出四大阶段：断陷期、断坳转化期、坳陷沉积期和构造反转期。
（4）苏家屯凹陷具二元结构，断陷期沉积受苏家屯断裂和曲家断裂控制。苏家屯断陷登娄库组及以下地层为断陷沉积，苏家屯断陷西侧的苏家屯断裂和东侧曲家断裂长期活动，控制着火石岭组、沙河子组、营城组和登娄库组沉积。
（5）重建工区构造格局，登娄库组期末为断坳转换期，苏家屯凹陷东北部发生构造反转。登娄库组末期工区东北部发生强烈反转，大幅度隆升造成东北地区登娄库组剥蚀殆尽，局部甚至剥至火石岭组。
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