海拉尔盆地乌尔逊凹陷北部晚期构造变形与油气聚集.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J OURNAI OF DAQI NG PETROLEUM I NS TI TUTE 第 3 4卷 第 6期 2 0 1 0年 1 2月 Vo 1 ．3 4 No ．6 De c ． 2 0 1 0 海拉尔盆地 乌尔逊 凹陷北 部 晚期构造变形与油气聚集 董焕 忠 。 1 ．中国地质大学 北京地球科学与资源学院 ， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．大庆油田有 限责任公司 ， 黑龙江 大庆1 6 4 3 2 5 摘要 为研究海拉尔盆地乌尔逊凹陷北部 晚期构造变形与油气聚集 的关系 ， 分析伊敏组沉 积末期张扭变形 和青 元 岗组末期反转变形， 利用生物标志化合物及含氮化合物定量分析 技术 ， 分析 油气藏分布 与晚期变形构 造关系 ， 以及 构造 变形对油气运聚的控制作用． 结果表明 苏仁诺 尔构造型油气藏的形成分为横 向运移 、 垂 向运移及调整 3个 阶段． 伊 敏组 末期第一阶段断裂变形前 ， 乌尔逊凹陷北部油气 以长距离横向运移为主； 伊敏组末期第二 阶段断裂变形后油气 以短距 离 垂 向运移为主 ； 青元 岗末期第三阶段反转变形以油气藏调整为 主． 晚期的构造变 形不但 为油 气运移提 供了输导通 道， 同 时也为油气聚集提供了圈闭条件． 关键词 海拉尔盆地 ；乌尔逊凹陷北部 ；构造变形 ；油气聚集；成藏期 ； 改造期 中图分类号 T El 2 2 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 01 8 9 1 2 0 1 0 0 6 0 0 3 2 0 5 0 引言 油气运移和聚集是油藏形成的关键因素， 目前仍是石油地质学研究领域 的薄弱环节__ 1 ] ． 构造变形是石 油聚集控制因素之一， 油气地球化学指标是揭示油气运移路径的有效手段 ， 只有二者有机结合才能刻画出 油 气聚集 过程 ． 研 究者 利用油 气地 球化学 分析 技术 对海拉 尔盆 地乌 尔逊 凹陷油 气运 移 方 式 、 优 势 油 气运 移 路径 及 成 藏期次进行了研究 ] ， 但缺少结合乌尔逊凹陷晚期构造变形对石油运移的分析． 海拉尔盆地的发育并非 是持续性建造过程 ， 而是建造作用和改造作用交替进行贯穿盆地的演化过程， 尤其是伊敏组末期张扭变形 和青元岗末期反转变形决定了乌尔逊凹陷油气运移和油藏的形成lL 4 ] ． 海拉尔盆地经历 3期构造变形 ， 早期 构造变形发生在烃源岩排烃前 ， 中、 晚期构造变形伴随烃源岩大量排烃． 笔者通过分析海拉尔盆地乌尔逊 凹陷北部晚期构造变形与油气聚集的关系， 揭示乌尔逊凹陷北部油气的富集规律 ， 对指导乌尔逊凹陷和盆 地 内其 他 凹陷油气 勘探 具有实 际意 义． 1 构造变形期次与特征 海拉尔盆地是一个多期叠合和多期改造的中生代断陷盆地 ， 经历 了 5个形成期和 4个改造期． 5 个形 成期为初始张裂期 塔木兰沟组 、 断陷期 铜钵庙组 、 断拗期 南屯组、 大磨拐河组、 伊敏组 、 拗陷期 青元 岗组 和萎缩 期 新 生代 ； 4个 改造期 为早期 的塔 木兰 沟组末 期伸 展翘 倾期 、 铜 钵 庙组 末期 张 扭变 形期 、 晚 期 的伊敏组 末期 张扭 变形期 和青元 岗组 末期 反转 变形期 ． 伊 敏组 沉积末 期 盆地构 造应 力场 发 生 转 变 ， 产成 张扭 改 造 变形 ] ， 形成 由犁 式 正 断层 控 制 的箕 状 断 陷、 南北向和北西向分布的负花状构造 见图 1 ． 这些构造叠加在早期伸展构造和挤压构造之上 ， 反映海 拉尔盆地此时受到北西西一南东东向拉伸作用． 伊敏组沉积末期的张扭变形在演化史剖面上表现为强烈 的褶皱和断裂变形，隆起部分遭受剥蚀形成明显的削截不整合， 拗陷部分与上覆地层形成上超不整合 见 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 6 ； 审稿 人 张云峰 ； 编辑 任志平 ， 张兆虹 基金项 目 中国石油天然气集 团公司重大科技专项 2 0 0 8 B--0 1 0 6 作者简介 董焕忠 1 9 6 6 一 ， 男， 博士 ， 教授级高级 工程师， 主要从事油气田勘探开 发方面的研究 3 2 第 6 期 董焕忠 海拉尔盆地乌尔逊 凹陷北部晚期构造变形与油气 聚集 图 2 ． 该 期 发育 断裂 部 分 收敛 于 大 磨 拐 河组 一 段泥 岩 中 ， 部 分先 存 断层被 重 新激 活 ， 新生 断层 具有 倾角 陡立 、 数 量 多 、 规 模 小 的特点 ． 青元 岗 组 沉 积 末 期 盆 地 发 生 了 反 转 变 形 ] ， 在海 拉尔 盆 地 随处 可 见 挤 压 反 转 后 留下 的迹 象 ， 如反 转 背 斜 、 逆 断 层 等 ． 盆 地 内可 识 别 出多 条 逆 断 层 ， 大 多 数 断 穿 了 T O 4地 震 反 射 层． 大部 分 逆 断 层 和反 转构 造 在 剖 面 上 可 以看 出青 元 岗组 地 层参 与其 中 ， 说 明海 拉 尔 盆地 的 构造 反 转 期 在 青元 岗组 沉 积 后 至新 近纪 之 间． 通过重 新 处理 的地 震 剖 面可 见 见 图 1 ， 青元 岗 距 离 ／ k in 0 4． 0 8 ． 0 1 2 ． 0 1 6 ． 0 2 0 ， 0 2 4 ． 0 2 8 ． 0 3 2 ． 0 O 5 豆 o 1 5 惩 2 ．0 2 5 3 ． 0 离 ／ k m 0 4 ． 0 8 ． 0 1 2 0 1 6 ． 0 2 0 ． 0 2 4 ． 0 2 8 ． 0 3 2 ． 0 O 5 互 o 1 ． 5 2 ． 0 2 5 3 ． 0 图 1 乌尔逊 凹陷构造 层序地 震剖面 距离 ／ k m 0 4 ． 0 8 ． 0 l 2 ． 0 l 6 ． 0 2 0 ． 0 2 4 ． 0 2 8 ． 0 3 2 ． 0 O - 5 互 0 妄1 ． 5 送2 ．0 2 5 3 ． 0 距 离 ／ k in O 4 ． 0 8 ． 0 1 2 ． 0 1 6 ． 0 2 0 ． 0 2 4 ． 0 2 8 ． 0 3 2 ． 0 O 5 豆 0 1 ． 5 2 ． O 2 ． 5 3 ． O 距 离 ／ k in O 4 ． O 8 ． 0 l 2 ． 0 1 6 ． 0 2 0 ． 0 2 4 ． 0 2 8 ． 0 3 2 ． 0 O 5 目 1 ． 0 ． 交1 ． 5 2 ． 0 2 5 3．0 - 锏钵庙组 瓣 渤 伊 敏 组 柰 巢 图 2 乌尔逊 凹陷北部 晚期构造变形剖面 组地 层参 与褶 皱 变形 ， 上覆 地 层 与青 元 岗组顶 界 面为上 超 不整合 接 触 ， 说 明第 三系 沉积 是在 青元 岗组反转 变 形后 进行 的 ， 进 而 将海 拉 尔盆地 的反转 变形 期界 定 为青 元 岗组沉 积末 期 ． 青元 岗组沉 积末 期反 转 变形 与 大兴安岭以东松辽盆地明水组沉积末期构造反转相吻合 ， 即这 2个盆地 的构造反转期为白垩纪末期 ． 大庆石油学院学报 第 3 4卷2 0 1 0年 2 油气藏分布及其 与晚期变形构造 关系 乌 尔 逊 凹 陷北 部 早 期 只 发 育 苏 仁诺尔断裂 、 乌西 断裂 和铜 钵庙 断 裂， 构造圈闭主要形成于晚期． 伊敏 组沉积 末期 发育 大量 近南北 向 、 北 东 向正 断层 ， 与近东 西 向苏仁诺 尔断 裂 斜交形 成多个 北 东 向断块构 造 ； 青 元 岗组 沉积末 期发 育压扭 构造 ， 部分 下 盘断块 构 造 转 化 为断 背 斜 或 断 鼻 构 造． 乌 尔逊 凹陷北 部 以构造 型油气 藏 为 主 ， 主要 分 布 于 苏 仁 诺 尔 变 换 带 上． 苏 仁诺 尔构造 型油气 藏 不仅沿 北 东东 向苏 仁诺尔 变换带 分 布 ， 也受 到 北东 向断 裂 的分 割 见 图 3 ． 乌尔 逊 北部南 屯 组 和 铜钵 庙 组 储 层 流 体 包 裹体 均一 温度大 致可 划分 为 2段 7 5 ～ 1 0 5℃ 和 1 1 0～ 1 2 5℃． 通 过 沉 积 埋藏 史和 热史分 析 ， 可 以确 定油气 充 注成 藏 的 时 间分 别 为 1 2 5 ～ 1 1 0 Ma 和 1 0 0 ～9 O Ma ， 即伊 敏 组 沉 积 初 期 和伊 敏组 沉积末 期 ， 以伊敏 组沉 积末 图3 乌尔逊凹陷北部构造油气藏与圈闭叠合 期充注为主E 引 ． 乌尔逊凹陷北部油气藏发育分 2期 早期形成 的油藏有苏 2 1油 田、 苏 2 7油 田和新乌 1油 田， 气藏只有苏 2气 田； 晚期油气藏极为发育 ， 除苏仁诺尔构造带中间连片发育的大油田外， 还发育苏 6和 苏 3油气 田， 油气藏面积为 4 3 ． 5 k m ， 几乎为早期发育油气藏面积的 6倍． 早期形成的油气藏分布于苏仁 诺 尔构造 带 的两端 ； 晚期形 成油 气藏 的分 布于构 造带 的 中间． 早期 油气 藏 保存 比较完 整 ， 主要受 北 东 东 向 的苏仁诺尔断裂控制， 形成于半背斜或断鼻圈闭； 晚期油气藏形成于北东东向苏仁诺尔断裂分割成断块型 圈闭 ． 3 构造变形对 油气运聚 的控制作用 3 ． 1 输 导通 道 大磨 拐河 组沉 积早期 ， 乌 尔逊 凹陷北部 铜钵 庙组 和南 屯组烃 源岩进 人生 烃 门限 ， 至伊 敏 组沉积 早期进 入 生排烃 阶段 ， 距今 1 ～ 1 2 0 Ma时开始 大量排 烃 ， 相 当 于伊敏 组 沉积 中一 末期 ． 乌 尔逊 凹陷北 部铜 钵庙 组 和南 屯组烃 源岩 在伊敏 组沉 积末 期埋藏 达 到最深 ， 随后经 历强 烈褶皱 和 断裂变 形 ， 导 致该 区油气 大量 生 成和排出， 排出的油气可以运移到铜钵庙组和南屯组储层中并聚集成藏． 由此认为， 伊敏组沉积中一末期 是乌尔逊凹陷北部油气生成并运聚成藏时期口 “ ] ． 铜钵庙组和南屯组暗色泥岩为乌尔逊 凹陷北部的主力烃源岩， 烃源灶 主要分布在近南北 向的乌西断 裂 、 北东 东 向的苏 仁诺 尔断裂 以及北 东 向的铜 钵庙 断裂所 围 限的深洼槽 内． 该 区原油生 物标 志化合 物分 布 具 有极 大 的相 似性 ， 表 明原油来 自同一烃 源灶口 ． 生物标 志化 合物 指标 、 含氮 化 合物 绝对 量 及对 比研 究 结 果表 明 原 油沿 苏仁 诺 尔 断裂 带 和 T 3不 整合 面 由中间 向两 侧运 移 ， 油气 成 藏 主要 时间 为伊 敏组 末 期． 苏 2 1 井 、 新乌 1 井远离烃源灶 ， 原油成熟度相对较低 ； 与源岩灶 内的苏 3 0 1井相 比， 苏 2 l 井 、 苏 2井和新乌 1 井铜钵庙组和南屯组储层 自生伊利石 KAr同位素年代明显偏早， 苏 3 0 1井油气充注时间距今为 9 3 Ma ； 苏 1 3 1井油 气充 注时 间距今 为 1 0 2 Ma ； 苏 2 1 井 、 苏 2井 和新乌 1井油 气充 注时 间距今 为 1 1 9 Ma ， 表 第 6期 董焕忠 海拉尔盆地乌尔逊 凹陷北部 晚期构造变形 与油气 聚集 明距源 岩 区越远 ， 油 气充 注成 藏 时间 越早 见 图 4 ． 构 造演 化 研 究 表 明乌 尔 逊 凹 陷北 部 现 今 油 气 藏 是 “ 张 扭 ” 变 形 的 结 果 见 表 1 ． 早期以褶 皱变形并形成鼻状构造带 为主调 ， 局 部发 育 背斜 ， 横 切 构 造 的剖 面 为 被断 裂分 割 的背斜 ， 顺 切构 造 的剖 面为 完 整 的斜 坡 见 图 5 a ， 在 此 基 础 上 产 生 大量油气运移， 尤其是沿鼻状构造带长距 离 油气 运移 均 发 生 在 此 期 见 图 5 b ． 伊 敏组 沉 积初期 ， 乌尔逊 凹陷北 部烃 源灶 内 的铜 钵庙 组 和南 屯组 源岩 已开始成 熟 ， 且 源 岩生 成 的油 气 也 运 移 到 铜 钵 庙 组 和 南 屯 组 储 层 中 ， 此 时该 地 区 的 断 裂 活 动 较 图4 海拉尔盆地乌尔逊凹陷北部原油含氮化合物指标变化图 表 1乌尔逊 凹陷北部 晚期构造 变形与油气运移关 系 弱 ， 油 气 主要沿 铜钵 庙末 期 所形 成 的不整 合 面运 移 ， 苏 l 3井 以东 地层 明显 翘 倾 ， 又 没有 断 面 的遮 挡 ； 所 以 油气 可 以沿不 整合 面在 横 向上运 移 较长 距离 ， 向东最 远 运移 到 苏 2 1井 ， 向西 运 移 到 苏 2井 和新 乌 1井 圈 闭中聚集起来． 通常情况下 ， 同一烃源灶 中初期排 出油的成熟度较末期排 出油 的要低 ， 故远离烃源灶的苏 2 1井原 油成 熟度 偏低 ． 伊 敏组 沉 积末期 在 张扭 应力 作用 下 ， 伴 随强烈 的断 裂变 形 ， 完 整 的斜 坡 被 断 裂 切割 为 多 个 断块 ． 断裂 变 形 的结果 ， 不 仅使 构造 格 局发 生变 化 ， 同时 也导 致垂 向油气 运 移 通 道 的发 育 ， 初 期 运 移 后形 成 的油 气藏 重 新得 到分 配 与调 整 ， 该 期 是油气 运 移 和 油气 藏形 成 期 见 图 5 c ． 伊 敏 组 沉 积 末 期烃 源 灶 中 的源 岩 开始 大 量生 油 ， 该 区在张扭 应 力作 用 下 ， 伴 随强 烈 的断 裂变 形 ， 产生 多条 断裂 ， 使 得油 气在 横 向上 沿不 整合 面运 移 时受 到断 裂 的遮挡 ， 主 要 以垂 向运 移为 主 ， 一般 就近 聚 集成 藏 ． 伊 敏 组沉 积 末 期 断 裂变 形 后 的油气 没有 能 运 移至苏 2 1 、 苏 2和新 乌 1井 区 ， 最远 仅能 运移 到苏 1 3 1 井 附 近成 藏． 苏 3 0 1 井 油 藏处 于烃 源灶 内 ， 为近 距 离油 气运 移 的产物 ． 因此 ， 在整 个苏 仁诺 尔 构造 带上 显示 出两 端 油气成 藏 早 、 中间 油气 成藏 晚 的特征 ． 总 之 ， 乌尔 逊 凹陷北 部 由于 早期 断裂 不发 育 ， 不整 合 面成 为横 向油 气 运移 的最 有 利通 道 ， 具 有 运 移距 离 长 的 特点 ； 伊 敏组 沉积 末期 强 烈断 裂变 形后 ， 产 生 多条 断裂 ， 以垂 向运移 为主 ， 具 有运 移距 离短 的特点 ． 新 生代构 造 变形 为压 扭反 转 ， 主要 为褶 皱 变形 和逆 冲变形 ， 由 于原 始 构 造形 态 改 造 不 大 ， 只 以加 强 为 主 ， 因此该 期 以局 部油 气 藏调整 为 主 ， 油气 沿断 面做 纵横 向再 次 运移 为辅 见 图 5 c ． 3 ． 2 圈闭条 件 乌尔 逊 凹陷北 部早 期 构造 变形 具有 数 量少 、 规模 大 的特点 ， 主要 发 育北 东东 向 的苏 仁诺 尔断 裂 、 近 南 北 向的乌 西断 裂及 北东 向的铜 钵庙 断裂 ， 在 铜钵 庙组 地 层 沉积 时 期 断层 活 动 量 最 大 ， 南 屯组 、 大磨 拐 河 组 和伊敏组一段沉积过程 中苏仁诺尔断裂活动性表现 出逐渐减弱 的趋势 引． 晚期构造变形发生于伊敏组 沉积 末期 ， 盆 地受 到 NW S E向右 旋 张一 剪构 造作 用 改造 ， 伴 生 大量 近 南 北 向、 北 东 向 正 断层 ， 由于 近 东 西 向苏仁 诺尔 断 裂与北 东 向及 近南 北 向断 裂斜 交 ， 形 成 多 个北 东 向断块 构 造 ． 晚 白垩 系 地层 形 成 后 相 当 于晚燕山运动第二幕 ， 海拉尔盆地开始发生区域性挤压上隆，青元 岗组沉积末期 区域应力场又改变为近 大庆石油学院学报 第 3 4卷2 0 1 0年 a 苏仁诺尔构造带立体 T 2 2 反射层 0 5 0 0 互 1 0 0 0 ＼ 送1 5 0 0 20 0 0 2 5 0 0 0 5 0 0 至 1 0 0 0 嚣 1 5 0 0 20 0 0 2 5 0 0 b 伊敏组末期构造变形前油气运移 团 釉一圆 鬈田 E 不 移圈青 元 岗 组囤伊 敏 组 口大 磨 拐 河 组圈南 屯 组[ 鲴 铜 钵 庙 组 图 5 乌尔逊 凹陷苏仁诺 尔构造带油气运移剖面 东 西 向的挤压 ， 北北 东 和北 东 向的断 陷反转 量大 ， 形成 多个北 东 向反转 构 造带 ， 在 T0 4反 射层 构造 上 表现 为 北东 向展 布的珠 串状正 向构 造带及 多条 北东 向逆 断层 ． 海拉 尔 盆地 构造 反 转在 平 面上 具 有“ 东 强西 弱 ， 南强北弱” 的特点 ， 地震剖面上以 T 2层为分界面表现为上凸下凹特征 ， 具有镜像关系， 青元岗组顶界面的 削截特征明显 1 ． 在青元岗组沉积末期构造反转中， 苏仁诺尔断裂的两侧块体发生走滑作用 ， 发育压扭构 造 ， 部分 下盘 断块构 造转 化为 断背斜 或断 鼻构造 口 ． 因此 ， 苏 仁诺尔 断裂下 盘 产生 的构 造 样式 和 圈闭更 丰 富 见 图 3 ， 一 系列构造 变形 为油 气 聚集 提供 了圈闭条件 ． 4 结论 1 海拉尔盆地晚期构造变形促使苏仁诺尔构造带发育了丰富的构造样式和圈闭条件 ， 苏仁诺尔构造 带 是乌 尔逊 凹陷北 部构 造型 油气藏 重点 勘探 目标． 2 苏仁 诺尔 油气 藏是早 期横 向运 移 、 中期 垂 向运移 以及 晚期调 整 的结 果． 3 伊敏 组末期 断 裂变形 前 ， 乌尔逊 凹陷北 部油 气 以长 距离 横 向运 移为 主 ； 伊 敏组 末期 断裂 变形 后 油 气以短距离垂向运移为主 ； 青元岗组末期反转变形后 以油气藏调整为主． 参考文献 [ 1 ] 张厚福 ， 金之钧． 我国油气运移的研究现状与展望E J ] ． 石油大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 0 ， 2 4 4 1 3 ． I- 2 ] 侯启军 ， 冯 子辉， 霍秋立． 海拉尔盆地乌尔逊凹陷石油运移模式与成藏期 [ J ] ． 地球科学 ， 2 0 0 4 ， 2 9 4 3 9 7 -4 0 3 ． [ 3 ] 付广 ， 孟庆芬 ， 王朋岩． 乌北南二段输导层 油气运移优势路径演化研究 [ J ] ． 西南石油学院学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 6 l 一4 ． [ 4 ] 曹瑞成 ， 朱德丰， 陈均亮 ， 等． 海拉尔塔木察 格盆地构造演化特征I- J ] ． 大庆石油地质 与开发 ， 2 0 0 9 ， 2 8 5 3 9 4 3 下 转第 5 2页 大庆石油学院学报 第 3 4卷2 0 1 0年 [ 1 3 ] E 1 4 ] [ 1 5 1 [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] 吴德超 ， 魏显贵 ， 杜思 清， 等． 米仓山叠加型推覆构造几何结构及演化[ J ] ． 矿物岩石， I 9 9 8 ， 1 8 增刊 1 6 2 0 ． 张 国伟 ， 张本仁 ， 袁学诚． 秦岭造 山带与大陆动力学[ M] ． 北京 科学出版 ， 2 0 0 1 ． 陕西省地质矿产局． 陕西 省区域地质志[ M] ． 北京 地 质出版社 ， 1 9 8 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