海拉尔盆地塔木兰沟组剥蚀量恢复及原型盆地构造格局

2021-02-16刘志文侯艳平陈鸿平申文静

长江大学学报(自科版) 2021年6期

刘志文，侯艳平，陈鸿平，申文静

中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712

图1 海拉尔盆地构造单元图Fig.1 Structural unit map of Hailaer Basin

为了对海拉尔盆地塔木兰沟组的含油气性作出客观的评价，必须进行塔木兰沟组原型盆地恢复。原型盆地恢复即把盆地视为一个整体[1-4],这不仅是恢复盆地的本来面貌，而且可以以此为据阐明盆地经历的构造运动，从而进一步阐明构造活动对前期盆地的改造及对后期成盆作用的影响。原型盆地恢复的前提首先是确定剥蚀量。目前，应用较为成熟的地层剥蚀量恢复方法主要有钻井对比法、地层趋势法、声波时差法和镜质体反射率法等，但它们都具有各自的局限性。镜质体反射率法和声波时差法属于半定量方法，但是由于塔木兰沟组顶面(T4界面)后期埋深远大于其剥蚀量，这2种方法都不适用。该研究拟采用钻井地层对比法和地层趋势法，但由于钻遇塔木兰沟组的井有限，所以主要依靠地层趋势法进行研究。

1 剥蚀量恢复方法及结果

表1 T4界面不整合模式

图2 T4界面构造反转与剥蚀模式图Fig.2 Structural inversion and denudation pattern of T4 interface

塔木兰沟组剥蚀特征具有4种属性：角度不整合、平行不整合、露头区(角度不整合)和向外推测部分(塔木兰沟组被剥蚀殆尽)。向外推测部分主要依据露头。研究认为塔木兰沟期盆地与西部火山喷发连成一片是个统一的盆地。但盆外西侧主要是火山喷发，并没有形成大面积裂陷和断陷湖盆；西部仍有伸展作用，意味着与蒙古-鄂霍茨克洋闭合带有关，西部的大规模火山喷发可以很好解释西部坳陷带凝灰岩发育的原因。凝灰岩的富集对湖盆的影响后面会涉及到。剥蚀量的量化恢复主要分3步进行：首先网格化选取典型剖面，读取关键剖面和关键控制点，然后根据剥蚀量的剖面变化特征和剥蚀模式，在Surfer中数字化，最后利用数字化的数据绘制等值线图。

从塔木兰沟组剥蚀量图(见图3)上可以看出，最大剥蚀量位于乌尔逊凹陷，约550m，巴彦呼舒凹陷、呼伦湖凹陷、红旗凹陷和赫尔洪德凹陷的最大剥蚀量都超过400m。研究还示意性地恢复了隆起区剥蚀量，考虑到隆起区经历更多次的剥蚀及可能存在火山机构，认为存在被剥蚀殆尽的火山机构，隆起区最大剥蚀量也超过了400m。需要指出的是，隆起区现今残留的塔木兰沟组主要是火山岩，主要原因是火山作用多集中在斜坡和隆起上。此外，火山机构附近的沉积岩相比火山机构更易被风化。剥蚀量图上一些被断裂分割的地方并没有塔木兰沟组，所以剥蚀量为0。剥蚀量有靠近控洼断层增大的趋势(见图3)。

图3 塔木兰沟组剥蚀量图Fig.3 Denudation amount map of Tamulangou Formation

2 塔木兰沟组原始地层厚度特征

2.1 地层原始厚度

塔木兰沟组原始厚度恢复是利用计算的残余厚度与恢复的剥蚀量相加来开展的(见图4)。研究首先对比了剥蚀特征，发现剥蚀量与残余厚度相差较大，所以总体上，地层原始厚度的展布特征与残余地层特征基本一致，最大的区别是分布范围。

图4 海拉尔盆地塔木兰沟组地层原始厚度图Fig.4 Original strata thickness map of Tamulangou Formation in Hailaer Basin

塔木兰沟组原始厚度最大值位于巴彦呼舒凹陷和呼伦湖凹陷，约2500m。原始特征与残余特征相比，盆地沉降中心和洼陷展布特征都没有变化。这也与反转模式相对应。也就是说，以T4界面为主的剥蚀作用并没有改变塔木兰沟组的盆地结构。巴彦呼舒凹陷的最大沉降中心仍然位于南洼，最大厚度约2500m，远厚于北洼(约1300m)。查干诺尔凹陷的结构特征没有变化，最大厚度约2150m。呼伦湖凹陷的最大厚度约2500m，西部坳陷带与东部坳陷带之间的凸起上广泛分布着塔木兰沟组，主要为火山岩，其将西部坳陷带和中部坳陷带连为一个整体。赫尔洪德凹陷最大沉降中心仍然位于西洼，最大厚度约1900m，东洼最大厚度约1100m。红旗凹陷最大沉降中心位于北洼，最大厚度约2400m，南洼最大厚度约1900m。新宝力格凹陷仍然较薄，最大厚度不到800m。乌尔逊凹陷由于剥蚀量较大，原始厚度相对残余厚度有较大增加，最大厚度达2100m；乌尔逊凹陷仍然发育2个小规模洼陷，北洼厚于南洼，最大厚度约1550m。

2.2 古地貌

进行古地貌恢复不但可以更为直观地反映盆地同沉积期湖盆可容纳空间，还可以有效揭示物源区、沉积物的搬运通道、沉积区以及沉积体系的展布样式等特征。因此，古地貌分析已成为油气勘探的首要任务。在具体古地貌恢复过程中，首先基于原始地层厚度数据重建了塔木兰沟期各层系的古地貌，并在此基础上分析了古地貌对沉积体系和砂体展布的控制作用。关于古地貌对沉积的控制作用在沉积部分详细分析，这里只论述盆地的古地貌特征。

基于塔木兰沟组的原始厚度，研究恢复重建了盆地塔木兰沟期古地貌[5-8](见图5)。塔木兰沟组沉积期，盆地分为西部联片和东部2个独立的断陷。西部坳陷带与东部坳陷带连成一片，被中间凸起分割。每个凹陷的深洼是地势最低的地方，代表湖盆最深的地方，可能是泥岩发育的有利区。西部坳陷带发育3个深洼区，分别为巴彦呼舒凹陷南洼、查干诺尔凹陷南洼和呼伦湖凹陷。中部坳陷带发育5个深洼区，分别为赫尔洪德凹陷西洼北部、红旗凹陷北洼及南洼、乌尔逊凹陷2个次洼。贝尔凹陷北洼的规模较小，深度不及上述深洼。东明凹陷和呼和湖凹陷也比较浅。整个盆地表现为西深东浅、中部次之的特征。考虑到西部坳陷带被更西侧的大量火山灰注入，后期湖水的深浅可能是西部坳陷带与中部坳陷带一样，甚至是中部坳陷带要深于西部坳陷带。隆起上发育一些非断控的低洼区，是火山机构的发育区[9-12]。所以，塔木兰沟组的古地貌与湖水的深浅在火山发育区还有所差别，火山机构导致局部地区湖水变浅。

图5 海拉尔盆地塔木兰沟期古地貌图Fig.5 Palaeogeomorphologic map of Tamulangou stage in Hailaer Basin

3 塔木兰沟期盆地原型特征

塔木兰沟组归属于侏罗纪，也就是说，侏罗纪盆地的属性与塔木兰沟组盆地原型密切相关。因此，研究重建了侏罗纪盆地原型，根据构造属性和盆地沉积充填特征，侏罗纪盆地原型可分为前陆-褶皱冲断盆地和伸展盆地2个阶段。

早-中侏罗世，盆地遭受来自西部的蒙古-鄂霍茨克洋闭合和碰撞的挤压作用与东部古太平洋板块平板俯冲的挤压作用。盆地基底与中古生界发生大规模褶皱冲断作用，形成宽阔连片的褶皱冲断带。与此同时，褶皱冲断带内部的低洼区，发生挤压作用导致的沉降，沉积了一套前陆粗碎屑沉积夹煤层。此外，早期的深大断裂体系被进一步挤压改造，倾向和走向都发生了局部调整。此时盆地的范围不仅局限于海拉尔盆地本身，更与周缘连成一片，形成统一的褶皱冲断带。

晚侏罗世，古太平洋板块由平板俯冲转为回撤，对东亚大陆的作用也由挤压转为伸展；鄂霍茨克洋闭合后，板片发生断离，诱发增厚的地壳垮塌；两者的联合作用，导致海拉尔盆地及其周缘由挤压环境进入裂陷期，早期深大断裂与逆冲褶皱体系解体、反转，沉积了断层-火山联合控制的塔木兰沟组(见图6)。

图6 海拉尔盆地晚侏罗世盆地原型图Fig.6 Prototype map of Hailaer Basin in Late Jurassic

从构造作用上看，盆外西侧此时处于强火山作用为主，局部有弱断陷作用，以火山喷发为主。盆地西部坳陷带与中部坳陷带都处于强火山作用和强断裂作用，发育大量正断层控制的断陷，在断陷内部、斜坡处和凸起上，有强烈的火山喷发作用。西部坳陷带逆冲断层充分反转，而中部坳陷带还有一部分逆冲断层没有反转，坳陷发育的还不是很完全。东部坳陷带处于弱火山作用和弱断陷作用，大部分逆冲断层还没有反转，仅仅发育2个孤立的小凹陷。

从沉积充填特征来看，盆外西侧主要以火山熔岩和火山碎屑岩为主，小断陷内部可能发育小规模湖相沉积。由于火山作用十分强烈，小断陷内部可能以凝灰岩为主。西部坳陷带此时为断陷湖盆，受断层-火山联合控制，但输入的凝灰岩占据了较多的可容纳空间，影响了湖水的深浅，在一定程度上限制了泥岩的发育。中部坳陷带此时亦为断陷湖盆，受断层-火山联合控制，与典型的断陷湖盆较为接近，在断陷强烈的地区，湖盆较深，可能发育半深湖-深湖相，有可能发育较好的泥岩。东部坳陷带此时的湖盆为2个独立的小断陷，也受断层-火山联合控制，由于断陷作用不强，湖盆可能较浅，限制了泥岩的发育。此时的盆地与盆外西侧连成一片，西部坳陷带全区进入伸展演化阶段，中部坳陷带大部分地区为断陷湖盆，而东部坳陷带仅局部地区发育断陷湖盆。