乌兰花凹陷转换带特征及控藏作用

曹思佳 李 鹏 刘冬民 胡少华* 郭 波 陈 林

(①东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318；②东方地球物理公司研究院地质研究中心， 河北涿州 072750)

0 概况

转换带起初是由Dahlstrom[1]在研究加拿大落基山脉的褶皱—逆冲断层的几何形态时提出的，后来人们将转换带的概念用于研究伸展盆地[2-6]。转换带是为了保持区域伸展应变守恒而起调节作用的构造带，通常表现为横向凸起和正断层，也可以是沿与裂谷盆地走向平行的侧接处发育的横向凸起、走向斜坡或断层断垒。Morley等[7]根据成因、断裂倾向和组合关系将转换带分为接近型、叠覆型、平行型和共线型四种类型。至20世纪90年代，人们利用转换带研究中国东部伸展盆地演化及对油气成藏的控制作用[8-15]。

二连盆地位于西伯利亚板块与中朝古板块的缝合带[16]，乌兰花凹陷是二连盆地的一个次级构造单元，区域构造位置属于华北板块北缘、二连盆地南部温都尔庙隆起。乌兰花凹陷早白垩世为伸展断陷[17-18]，呈NE向展布，断陷面积为600km2。下白垩统最大厚度达3000m，自下而上划分为阿尔善组(K1ba)、腾格尔组(K1bt)、赛汉塔拉组(K1bs)，其中K1ba自下而上分为阿三段(K1ba3)、阿四段(K1ba4)(虽然温都尔庙隆起受西拉木伦和康保两条大断裂控制，从而发生剧烈的拉张作用，然而乌兰花凹陷距离较远，因此拉张的时间较晚，致使阿一、阿二段不发育)，K1bt自下而上分为腾一段(K1bt1)和腾二段(K1bt2)[19]，主要勘探目的层为K1ba和K1bt(表1)。乌兰花凹陷发育两条NE向大型边界断层(乌兰花东、西断层)，控制了凹陷的结构及演化，并将凹陷分为南、北两个次凹(图1)。早白垩世晚期发育近EW向断层，控制圈闭的形成和展布。NE向控陷断层控制构造样式转换，形成的转换带控制乌兰花凹陷的构造格局及油气成藏。

鉴于乌兰花凹陷转换带的复杂构造特征及前人未进行过系统研究，本文综合地震资料解释成果及钻、测井资料，分析了乌兰花凹陷构造演化、转换带构造特征及对油气成藏的控制作用，对该区油气藏勘探具有现实意义。

1 转换带构造特征

三维地震资料和构造研究成果表明，乌兰花凹陷为受乌兰花东、西断层控制的NE向早白垩世裂谷盆地，转换带的形成受中、新生代构造背景和古生界基底结构等边界条件的共同制约[20]。在乌兰花凹陷的不同演化阶段转换带构造特征不同，具有不同的时、空分布特点(图1)。

1.1 断陷初期(K1ba沉积时期)

K1ba沉积时期是乌兰花凹陷的初始断陷阶段。在区域NW—SE向伸展应力场作用下，早期边界断裂开始活动，开始形成NE—SW向拉张断陷，乌兰花凹陷初具雏形(图2)。在断陷早期拉张过程中，受控于基底结构和早期凹陷边界断层差异性活动等因素影响[21]，形成了相向叠覆型(土牧尔转换带)(图3a)、同向平行型(红井转换带)(图3b)两类转换带[7，22]。

图1 乌兰花凹陷K1bt构造单元划分

图2 乌兰花凹陷构造发育剖面(剖面位置见图1)

1.1.1 土牧尔转换带

土牧尔转换带位于现今乌兰花凹陷南、北部次凹之间，呈近NWW向展布，在K1ba沉积时期为向SEE倾伏的大型低凸起，平面范围约为85km2。

在K1ba3沉积时期，北部次凹开始形成，受东侧边界断层(乌兰花东断层)控制，形成“东断西超”的箕状断陷，南部次凹K1ba不发育。随着断陷进一步扩张，西侧凹陷边界断层(乌兰花西断层)活动加强，南部次凹主要受该断层控制，形成“西断东超”的箕状断陷。受乌兰花凹陷南、北部的不均衡伸展的控制，产生了调节不均衡伸展应变的土牧尔转换带，将乌兰花凹陷分隔为具明显结构性差异的南、北部次凹。根据Morley等[7]的转换带分类方案可知，土牧尔转换带为相向叠覆型(图3a)。

综上所述，乌兰花东断层活动时期相对较早，北部次凹首先快速沉降，沉降、沉积中心位于北部次凹，沉积了一套厚约1100m的K1ba3，此时土牧尔地区及南部次凹为古台地。随着断陷进入持续拉张期(K1ba4沉积时期)，湖盆范围进一步扩大，受乌兰花东、西断层控制，在各自下降盘分别形成北、南部次凹，中部形成土牧尔转换带。

在土牧尔转换带发育期(K1ba沉积时期)乌兰花凹陷基底快速沉降，加之土牧尔转换带(低凸起)周缘以抗风化能力强的花岗岩为基岩[23]，沉积物供给少，除局部短时期有小规模的湖底扇、扇三角洲、近岸水下扇沉积外，主要为深湖—半深湖沉积环境，是乌兰花凹陷烃源岩主要形成期。

K1bt1沉积时期，乌兰花东断层进一步活动，并向南延伸，北部次凹仍为“东断西超”的箕状断陷；在乌兰花西断层活动的同时，在其东部的赛乌苏断层开始发育，共同控制南部次凹构造格局，此时土牧尔转换带的作用更为突显。K1bt2沉积初期，乌兰花东断层活动逐渐变弱，赛乌苏断层活动愈发剧烈，土牧尔转换带于K1bt2沉积末期发生构造反转[24]，演变为南倾斜坡，转换作用变弱，南、北部次凹几乎不具分割性。

1.1.2 红井转换带

红井转换带主要形成于K1ba4沉积时期，该转换带在乌兰花东断层向南延伸过程中，对南部次凹控陷强度逐渐减弱，并在南部次凹东部转换为红格尔断层。同时，近EW向展布、控制南部次凹南部的边界断层(红井断层)与红格尔断层在平面上以近90°的角度相交，形成“L型”拐角断层(红格尔—红井断层)(图1)。在剖面上该拐角断层的两个走向的控凹断层在深部连为一条控凹断层，共同控制K1ba4和K1bt沉积，导致断层下降盘K1ba、K1bt厚度大，上升盘K1ba、K1bt厚度小(图4)。

图3 乌兰花凹陷转换带三维模式图[22]

因此，红井转换带是沿着红格尔断层与红井断层的正交部位发育的，也称为“横向断层转换带”[25]，类似于同向平行型(图3b)。红井转换带的形成时间略晚于土牧尔转换带，并持续活动，但后者为一个持续活动的正向构造单元，晚期有强烈反转，前者则表现为红井断阶带，且晚期没有明显构造反转[24]。

图4 过红井转换带的地震剖面(剖面位置见图1)

1.2 断陷扩张期(K1bt1沉积时期)

K1bt1沉积时期是乌兰花凹陷的断陷扩张期，也是早白垩世湖盆发育的鼎盛期，湖盆持续下沉、扩张加剧，南、北部次凹范围扩大形成统一湖盆。乌兰花西断层东侧的赛乌苏断层发育，并控制南部次凹沉积演化，乌兰花东断层向南延伸转换为红格尔断层，在两条控凹断层的应力和应变转换部位发育赛乌苏转换带、土南转换带、红格尔转换带(图1)。

1.2.1 赛乌苏转换带

赛乌苏转换带位于乌兰花凹陷南部次凹西部赛乌苏断阶带，呈近EW向展布，以向东倾没的走向斜坡形式出现，平面范围约为45km2。在K1bt1沉积时期赛乌苏断层活动强度较大，导致断层下降盘K1bt1厚度大，上升盘K1bt1厚度小。在K1bt1沉积时期，赛乌苏断层在南部次凹西部衍生为北、中、南三段，平面上形成“S形”断裂系统，在赛乌苏断层南段与中段交会处，形成了赛乌苏转换带。因此，赛乌苏转换带的形成与赛乌苏断层南、中段的差异性活动有关。赛乌苏断层中段和南段走向近乎平行(均为NEE向)，在赛乌苏转换带部位赛乌苏断层(走向为NE向)与中段、南段呈斜交硬连接，因此赛乌苏转换带为同向趋近型(图3c)。

1.2.2 土南转换带

土南转换带位于南部次凹西北部的土牧尔低凸起与赛乌苏断阶带之间，呈近NS向展布，以向南倾没的断坡形式出现，平面范围约为25km2(图1)。赛乌苏断层北段向南延伸断距逐渐减小，与中段发生构造转换，走向由NNW向转为NE向，在断层走向转换部位形成土南转换带。因此，土南转换带的形成与赛乌苏断层中、北段的差异性活动有关。依据土南转换带的发育部位及控制转换带的断层产状，将该转换带归为同向叠覆型(图3d)，发育时期为K1bt1沉积时期。

1.2.3 红格尔转换带

红格尔转换带位于南部次凹东部的乌兰花东断层与红格尔断层之间，呈NS向展布，以“南高北低”的斜坡形式出现，平面范围约为20km2(图1)。红格尔转换带的形成与乌兰花东断层、红格尔断层的差异性活动有关。在K1bt1沉积时期，红格尔断层剧烈活动，对K1bt1、K1bt2及K1bs的沉积具有明显控制作用，导致断层下降盘K1bt1、K1bt2及K1bs厚度大，上升盘K1bt1厚度小、K1bt2及K1bs大部分被剥蚀。乌兰花东断层的南延段与红格尔断层在平面上呈锐角相交，在两条断层的交叉处形成红格尔转换带。依据红格尔转换带的发育部位及控制转换带的断层产状，将该转换带归为同向叠覆型(图3d)。

1.3 断陷萎缩期(K1bt2沉积时期)

至K1bt2沉积末期，乌兰花凹陷区域应力机制由伸展演变为弱挤压，乌兰花凹陷进入断陷萎缩期，发生了强烈的构造挤压反转[26]，表现为南、北边缘剧烈抬升，地层遭受严重剥蚀，致使K1bt2顶部地层与上覆K1bs呈高角度不整合接触(表1)。此时土牧尔转换带再次分割南、北部次凹，并成为油气成藏最有利的正向构造单元。这一时期南部次凹周缘早期形成的转换带被改造，出现土牧尔、赛乌苏、红井、红格尔四个反转构造带。土牧尔转换带翼部反转抬升形成大量构造圈闭，同时使洼槽的K1bt1砂体向构造高部位上倾尖灭——南部次凹油气运移的优势方向，形成了土牧尔转换带南翼的有利构造—岩性圈闭群。红井转换带表现为受持续活动的红井、红格尔等断层控制形成的断坡，在继承性发育的扇三角洲前缘形成岩性—构造圈闭群。K1bt2原型盆地改造大，早期盆地改造相对较小，因此K1bt2沉积时期奠定了凹陷基本构造格局。

2 转换带对油气成藏的控制作用

断陷盆地转换带往往是油气成藏的有利区带，是为了保持区域应变守恒而起调节作用的构造带，其本身不具备油气成藏的必要条件，但控制或影响油气成藏的“生、储、盖、圈、运、保”等必要条件的某些因素。乌兰花凹陷转换带对油气成藏的控制作用体现在以下方面。

2.1 转换带控制不同时期凹陷的沉降、沉积中心迁移

土牧尔转换带控制乌兰花凹陷南、北部次凹的沉降构造格局，使不同时期沉积、沉降中心迁移。在K1ba3沉积时期，乌兰花东断层活动相对较早，北部次凹首先快速沉降，沉降、沉积中心位于北部次凹；在K1ba4沉积时期，乌兰花西断层开始活动，乌兰花凹陷受东、西部边界断层控制，湖盆范围进一步扩大，形成南、北两个沉降、沉积中心。乌兰花凹陷在K1ba沉积时期快速成盆，且持续沉降幅度较大，最大沉降厚度达2600m。此期间深湖区暗色泥岩普遍发育，为第一套烃源岩发育期，烃源岩厚度大、品质好、分布广，油源条件十分有利。

在K1bt1沉积时期，在乌兰花西断层开始活动的同时，赛乌苏断层开始发育，共同控制南部次凹构造格局，土牧尔转换带作用更突显，进一步分割南、北部次凹。此期间构造运动加剧，乌兰花凹陷水体深度和范围较大，为湖盆发育鼎盛期，深湖区广布，气候温暖潮湿，暗色泥岩普遍发育，形成第二套烃源岩及区域盖层，厚层暗色泥岩为生油提供了物质基础。此时沉降、沉积中心开始向南部次凹迁移，K1bt1暗色泥岩厚度及分布范围大于北部次凹(图5)。

在K1bt2沉积时期，土牧尔转换带演变为南倾斜坡，转换作用变弱，南、北部次凹几乎不具分割性。在K1bt2沉积早期湖盆开始抬升，发生短期水退，之后很快下沉，进入了广湖盆、浅水体发育阶段，为断陷湖盆稳定期。相对K1bt1沉积时期，K1bt2沉积时期的沉降、沉积中心迁移至南部次凹，北部次凹总体为南倾斜坡。

图5 乌兰花凹陷K1bt1厚度图

2.2 转换带控制有利沉积砂体的展布

裂陷盆地中控陷断层的活动明显控制盆地的沉降—沉积作用[27]。转换带是裂陷盆地中发育的典型构造，一方面在盆地边缘构成相对低地势，在盆地内部形成可容空间；另一方面由于断裂转换在湖岸隆起形成沟谷体系，成为水系流入裂陷盆地的通道，通常由大量富砂沉积物提供物源[28-31]。两方面因素决定转换带部位发育富砂冲积扇、扇三角洲和浊流沉积等，也是有利储层发育区带[32-33]。

乌兰花凹陷早白垩世转换带主要表现为沿侧列断层相向叠覆型走向斜坡，主水系从下盘地形高处沿走向斜坡进入盆地，形成一系列与转换带有关的三角洲或湖底扇砂体(图6)。

在K1ba沉积时期形成土牧尔和红井转换带，物源主要由东、西、西南、东南四个方向汇入凹陷。此时东面物源小部分由乌兰花东断层地势较高的下盘进入北部次凹形成小范围近岸水下扇，大部分则在土牧尔转换带及红格尔断层影响下汇入南部次凹。受红井转换带影响，在其附近发育扇三角洲。由于该时期物源供给少，因此四个物源方向汇入湖盆均形成小规模沉积体系(图7)。

在K1bt1沉积时期形成赛乌苏、红格尔及土南转换带，物源方向主要来自南部。乌兰花西断层活动性强于东断层，南部地层的抬升造成基岩剥蚀作用加强，湖盆进入鼎盛时期，水动力作用强，此时物源丰富加之转换带所处地势相对较低，可作为局部物源，大规模扇三角洲呈裙带状连片分布(图8)。

乌兰花凹陷西部K1bt1呈弱振幅、较连续反射，为典型的扇三角洲平原反射特征；经过转换带进入南部次凹振幅变强，连续性变好，频率变高，为扇三角洲前缘反射特征(图9中阴影区，阴影颜色与沉积相颜色相同)。因此赛乌苏转换带具有局部物源的作用，并作为通道使沉积物通过其走向斜坡区向东经过塞乌苏断裂注入南部次凹，对物源具有明显的控制作用。

图6 乌兰花凹陷转换带控砂模式

图7 乌兰花凹陷K1ba沉积相

图8 乌兰花凹陷K1bt1沉积相

红格尔转换带K1bt1呈杂乱、空白、断续反射，经过转换带后变为中低频、连续强反射(图10)。在K1ba和K1bt沉积时期分别发育一套三角洲沉积体系，呈叠置关系并持续发育。

红井转换带作为在两条主控边界断层交接部位形成的“横向断层转换带”，是拉张应力集中区，断层位移大，往往是次级凹陷的沉降、沉积中心，同时也是凹陷物源和大型扇三角洲发育部位。过红井转换带地震剖面(图11)的反射特征表明， 扇三角洲前缘砂体多逐层上倾尖灭向盆内沉积中心发育。土南转换带的反射特征及对砂体控制作用与上述转换带类似，本文不再赘述。

总之，乌兰花凹陷转换带控制南部次凹的主要物源体系，形成红格尔、红井、赛乌苏三大扇三角州体系，为油气成藏提供了有利储集条件。

图9 过赛乌苏转换带地震剖面(剖面位置见图8)

图10 过红格尔转换带地震剖面(剖面位置见图8)

图11 过红井转换带地震剖面(剖面位置见图8)

2.3 转换带控制油气聚集的有利方向

在K1ba—K1bt沉积时期，乌兰花凹陷形成K1bt1下生上储和K1ba自生自储两套生储盖组合。晚期生成的油气主要沿着NE向断层和不整合面向构造高部位和有利储层发育区运移、聚集成藏。图12为乌兰花凹陷油藏剖面，表明乌兰花凹陷存在多种油气藏。土牧尔转换带在K1ba—K1bt沉积时期为一大型低凸起，是油气运移指向区，在K1bt2沉积末期构造反转，大量断层交叉分布切割储层，形成大量断块、断鼻圈闭，为油气聚集提供了储集空间；南部次凹周缘早期形成的转换带被改造，形成土牧尔、赛乌苏、红井、红格尔四个反转构造带，是油气运移的优势指向区，同时转换带也是有利储层发育区，油气运聚时空关系配置好，具备形成较大规模构造、构造—岩性油气藏的有利条件。勘探实践证实，转换带是乌兰花凹陷油气富集区，围绕转换带获得较好勘探效果。在K1ba和K1bt1主要勘探目的层发现了亿吨级规模储量，已发现的土牧尔、赛乌苏、红井、红格尔等油田均处于转换带[24]。转换带通过控制构造格局控制物源和沉积体系展布，进而控制有利储层分布，后期反转改造形成的隆起区，是油气运移指向区。

图12 乌兰花凹陷油藏剖面(剖面位置见图8)

3 结论

乌兰花凹陷发育五个转换带，对油气成藏具有重要控制作用。土牧尔转换带为相向叠覆型，发育于K1ba沉积时期，K1bt1沉积时期成型，K1bt2沉积时期演变为南倾斜坡，晚期强烈反转。长期凸起背景是油气运移指向区，晚期反转形成了构造圈闭，是油气勘探的有利区带。红井转换带为“横向断层转换带”，发育于K1ba沉积时期，控制K1bt1扇三角洲沉积体系。土南和红格尔转换带为同向叠覆型，赛乌苏转换带为同向趋近型，三者均发育于K1bt1沉积时期，控制扇三角州沉积体系。乌兰花凹陷构造转换带与油气成藏关系密切，控制南、北部次凹构造样式、地层充填、烃源岩、储层分布，油气运聚时空关系配置好，具备形成较大规模构造、构造—岩性油气藏的有利条件，是油气勘探的有利区带。断陷盆地转换带研究对准确掌握盆地构造特征和评价油气勘探有利区带具有重要意义。