松辽盆地南部茫汉断陷结构特征及成因机制分析

王 伟，何登发，桂宝玲.

(1.中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林长春 130062；2.中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083)

松辽盆地南部茫汉断陷结构特征及成因机制分析

王 伟1，何登发2，桂宝玲2.*

(1.中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林长春 130062；2.中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083)

茫汉断陷为后期改造型断陷，构造演化复杂。采用构造—地层分析方法，通过对多条地震剖面的二维构造解译、构造恢复、断裂三维立体分析，揭示茫汉断陷的发育过程，分析断陷结构特征和断陷成因机制。研究表明，茫汉断陷为复式断陷，总体上具有两洼夹一隆的构造格局，发育走向斜坡和中央斜向背斜两类一级构造变换带；断陷成因复杂，具有幕式活动的特征，主要经历早白垩世断陷、早白垩世末—晚白垩世坳陷、晚白垩世末盆地反转3个时期，其中早白垩世断陷细分为两幕断陷、两次挤压反转等4个阶段。

茫汉断陷；结构特征；构造演化；成因机制

对茫汉断陷进行了十余年的油气勘探，一直没有取得较大的油气突破，对断陷结构的认识不足阻碍了油气勘探区带的优选。目前对断陷结构的认识还处于对断陷类型、断裂的定性描述上，对断陷演化及成因机制论述较少，因此通过构造恢复及三维立体分析的方法，分析断陷结构特征及幕式活动的成因，对断陷选区定带、寻求油气突破具有较大意义。

1 区域概况

茫汉断陷位于松辽盆地西南隆起区，是松辽盆地的一个三级构造单元，呈北东向狭长状展布，东西两侧分别被东明凸起和东苏日吐凸起所夹持，总面积为2300 m2(图1)。断陷内已钻探井4口，仅图1中井获低产油气流，断陷油气勘探一直未得到大的突破。前人对于茫汉断陷的构造特征、烃源岩指标、生烃潜力、成藏规律等均有不同程度的论述[1-3]，研究认为，茫汉断陷为受断裂控制的断陷盆地，断陷内九佛堂组发育半深湖、深湖相泥岩，有机质丰度高，具备成烃成藏的物质基础，具有较大的油气资源潜力。而对于断陷成因机制及演化分析，前人研究较少。茫汉断陷并不是由一条边界断层控制的简单箕状断陷，其断层和构造变换带极为发育，为典型的复式断陷，再加上经历了多期次的构造演化，其具有较复杂的构造、沉积、埋藏和热演化史。

图1 茫汉断陷断裂及构造带综合图Fig.1 Comprehensive map of fault and tectonic zone in Manghan fault depression

2 构造层

茫汉断陷发育在海西期褶皱基底之上[4]，断陷埋深为6000 m，沉积盖层主要是白垩系，地层自下往上包括下白垩统义县组、九佛堂组、沙海组、阜新组、泉头组以及上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组。受多期次构造运动的影响，发育下白垩统义县组底、下白垩统泉头组底、上白垩统四方台组底3个区域性不整合面，据此将茫汉断陷划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4套构造层(图2)。

Ⅰ构造层为基底构造层，原岩由海相碎屑岩、灰岩、火山岩和海陆交互相碎屑岩组成。前人认为岩石多经变质呈大理岩、千枚状板岩、片理化页岩等[5]，但L1井钻遇海相泥质灰岩，因此茫汉断陷基底可能存在一定范围的海相沉积地层，为探索新的勘探目的层系提供了可能。

Ⅱ构造层为断陷构造层，由义县组、九佛堂组、沙海组和阜新组组成，属早白垩世断陷期沉积层系；早期为火山沉积建造，主要分布在断陷的北部和南部[6]，中晚期为半深湖—深湖相砂泥岩沉积；地震反射层整体呈楔状结构，地层分布明显受北北东向边界断层的控制，现今残余最大厚度达2500 m，南厚北薄，北部的沙海组和阜新组遭到强烈剥蚀，斜坡带缺失。Ⅱ构造层发育多套有利生储盖组合，是茫汉断陷现今油气勘探的主要目的层。

Ⅲ构造层是坳陷构造层，由泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组组成，属早白垩世末—晚白垩世坳陷期沉积层系，为湖泊—河流相的砂泥岩沉积；地震反射表现为亚平行板状特征，分布范围远远超过Ⅱ构造层；沉积最大厚度为1500 m，整体呈现北部厚、南部薄的特征。

Ⅳ构造层为盆地反转构造层，由四方台组和明水组组成，属晚白垩世末盆地反转期沉积层系，主要是湖相的砂泥岩沉积；现今残余最大厚度为300 m，具有北厚南薄的特征。

3 断陷结构

3.1 断陷边界断层三维特征

茫汉断陷构造复杂，基本结构不是传统的地堑，而为典型的复式断陷，主要表现为边界断层复杂[7]。区内二维地震资料的构造解释、钻井资料和区域地质的综合分析认为，茫汉断陷边界断层主要包括3段：南段(F1)、中段(F2)和北段(F3)(图1、图3)，F1和F2的走向为北北东、倾向北西，F3的走向为北北东、倾向东南。其中，F1和F2过渡带为同向倾斜正断层，通过走向斜坡进行构造变换；F2和F3过渡带为相向倾斜正断层，通过中央斜向背斜进行构造变换。

图2 茫汉断陷地层发育构造Fig.2 Section map of stratigraphic in Manghan fault depression

图3 茫汉断陷边界断层三维图Fig.3 3D maps of boundary faults in Manghan fault depression

断陷内部次级断裂走向也基本为北北东向，多数断裂延伸距离较长、断距较大。断裂大规模形成时期在义县组和九佛堂组沉积期，阜新组沉积末基本定型。早期分段的边界断层控制小的半地堑的沉积充填，随着边界断层的侧向生长连接，早期小的半地堑形成统一的大型复式半地堑。

3.2 各段剖面结构特征

3.2.1 南段剖面特征

断陷剖面形态为东断西超的箕状断陷(图4，剖面位置如图1所示)。边界断层F1为上陡下缓的犁式断层，滑脱面的深度收敛于2.5 s处；西侧发育小的高角度反向剪切正断层，主要由一个洼陷组成，宽度为15 km。F1从义县组沉积开始活动，一直持续到阜新组沉积期，九佛堂组沉积末发生构造反转。沙海组超覆于九佛堂组之上，根据轴面特征可划分不同的等倾角区；沙海组阜新组剥蚀量较大，削蚀界面明显。泉头组地层超覆于断陷期地层之上，坳陷期层序地层产状平坦，构造反转强度小。

图4 南段AA′地震剖面Fig.4 AA′ seismic profile in south section

3.2.2 中段剖面特征

断陷剖面形态为东断西超的箕状断陷(图5，剖面位置如图1所示)，断陷宽度为20 km。边界断层F2也为上陡下缓的犁式断层，滑脱面的深度较大，收敛于3.5 s处，断陷内次级断层发育，且具有从东往西迁移的规律，西侧断层在泉头组沉积期仍持续活动。总体上，F2在九佛堂组和沙海组沉积期活动剧烈，在沙海组沉积期活动弱。阜新组沉积初期，开始发生构造反转，阜新组超覆于沙海组之上(图5a方框)；阜新组沉积末，断陷构造层在F2处反转强烈，发育挤压背斜构造，阜新组顶面甚至高出沉积基准面，其剥蚀厚度可达2000 m，断陷内部次级断裂(L1井西侧断裂)发生选择性微弱反转。

图5 中段BB′地震剖面Fig.5 BB′ seismic profile in middle part

泉头组底界为区域性不整合面，在断陷边界可见往下伏地层的超覆现象。凹陷期构造层发育一宽缓的背斜构造，轴面特征表现为前翼陡而窄、后翼缓而长。反转构造层呈楔形，可见往背斜两翼方向的上超结构(图5b方框)，表明反转构造层为生长地层，反转时间开始于上白垩统四方台组沉积时。

3.2.3 北段剖面特征

断陷剖面形态为西断东超的箕状断陷，宽度为15 km，边界断层F3为上陡下缓的犁式断层，滑脱面的深度收敛于3 s处。F3的活动时间从义县组沉积期到阜新组沉积期，阜新组沉积末，断陷构造层发生整体性强烈抬升，剥蚀强烈，凹陷构造层产状平坦，义县组底、泉头组底界的不整合面发育特征明显。

3.3 变换构造带剖面特征

变换构造是传递伸展变形的调节构造，通常发育在断层伸展量发生变化的位置，在这些位置沿走向上断层的断距、产状等一般出现消长关系，它对控制入盆水系、沉积体系的分布和圈闭的发育起重要控制作用，同时长期处于油气运移的主要指向区，有利于油气的聚集成藏[8-9]。通过分析，茫汉断陷主要发育两类一级构造变换带。

3.3.1 走向斜坡构造带

位于茫汉断陷南部F1和F2过渡部位，F1和F2侧列式排列，为同向倾斜正断层(图1)，过渡带位置通过走向斜坡进行构造变换。F1和F2从义县组沉积期开始活动，F1从南往北、F2从北往南逼近，一直持续到阜新组沉积末；但阜新组沉积末的反转主要发生在F1处，使断陷构造层发生断块的翘起和挤压背斜构造的形成，是有利的圈闭发育区。走向斜坡构造带常为物源的优势供给区，隆起带物源通过走向斜坡向断陷内倾注，并且F1附近下降盘是砂体发育的有力地带，是油气聚集的有利区带。

3.3.2 中央斜向背斜构造带

位于茫汉断陷中部的F2和F3过渡部位，F2和F3为叠覆型相向倾斜正断层(图6，剖面位置如图1所示)，过渡带位置通过中央斜向背斜进行构造变换，变换带走向为北东向，内部发育一些小型的近南北向的次级断层，它们共同控制了大型同沉积背斜构造的发育。断陷层在边界断层F2和F3处都发生一定程度的反转，且F2处反转强烈，轴面特征明显；坳陷层发育宽缓背斜构造，特征与中段相似。

图6 北部过渡带EE′地震剖面Fig.6 EE′ seismic profile in north transition zone

4 构造单元划分

茫汉断陷的地质结构总体上可分为两洼夹一隆，即北部洼陷、中部隆起及南部洼陷。其中，南部洼陷是油气聚集的有力地带[10]。

4.1 北部洼陷

位于茫汉断陷北部，主要受西侧边界断层F3控制，呈北北东向展布，南北长为45 km，东西宽为16 km，面积为550 km2。此构造带结构相对简单，次级断层不发育，阜新组沉积末期经历整体性抬升，发育挤压背斜构造。

4.2 中部隆起

位于茫汉断陷中部F2、F3边界断层所夹持的构造变换带部位，呈北北东向展布，南北长为8 km，东西宽为25 km，面积为230 km2。隆起区断陷层系较薄或不发育，生烃能力较差[4]。由于发育同沉积背斜构造及基底隆起构造，靠近南部洼陷区可聚集南部洼陷区运移来的油气，具有一定的油气勘探前景。

4.3 南部洼陷

位于茫汉断陷南部，南北长为30 km，东西宽为25 km，面积为1200 km2。钻井揭示九佛堂组底界埋深近4000 m，断陷层最厚可达2800 m，烃源岩发育，是茫汉断陷最有利的勘探区。根据次级断裂及局部构造发育特征等，南部洼陷又可进一步划分为东部陡坡反转构造带、东部主洼带、西部次洼带及西部缓坡带4个次一级构造单元。

4.3.1 东部陡坡反转构造带

该构造带位于茫汉断陷东南部靠近东侧的边界陡坡一带，宽为4～11 km。主要受边界断层F2和两条与其近乎平行的次级断层控制，呈北北东向展布，北宽南窄。建造时整体呈北北东向逐级西掉的阶梯状构造。改造时边界陡坡控盆断层及次级断层先后经历了阜新组沉积末期、嫩江组沉积末期多次反转叠加改造，从北到南发育查干楚鲁、哈图、沙尔好来、北喇嘛包等较大的褶皱构造。圈闭发育，是茫汉断陷最主要的油气聚集带。

4.3.2 东部主洼带

该深洼带位于来1、哲参2井一带，主要受两条北北东向次级断层控制，呈北北东向展布，最大埋深为4575 m，南北长为20 km，东西宽为10 km。该深洼带为茫汉断陷的主体沉降带，九佛堂组最大埋深近4000 m。该深洼带也是茫汉断陷主要的烃源岩发育区。

4.3.3 西部次洼带

西部次洼带与东部主洼带以来1井西侧断层分隔，呈北北东向展布，最大埋深为4375 m，是茫汉断陷次级沉降带，发育断块及断鼻构造。

4.3.4 西部缓坡带

该缓坡带位于茫汉断陷南部靠近西侧的边界一带，呈北北东向条带状展布，北窄南宽。南部的局部地区在靠近西侧边界处的断陷期地层遭受了剥蚀，整体呈西高东低的斜坡褶皱构造。

5 断陷成因机制

茫汉断陷主要是在海西期褶皱基底之上发育起来的，自白垩纪以来，经历多期构造运动，区域构造应力场发生多次转变[11]，基底发生强烈的构造变形，形成不同级别、不同性质的生长断层，并在白垩纪末期最终定型(图7)。

早白垩世，随着古太平洋板块向欧亚板块俯冲及其所引起的拆沉作用的影响，整个东北地区岩石圈减薄量达到最大[12]，松辽盆地进入大规模断陷盆地发育期。就茫汉断陷而言，处于北西—南东向的拉张应力场中，主要表现为边界断层开始活动，如F1、F2、F3(图1)，该期拉张活动一直持续到九佛堂组沉积末(图7、图8)，发生短暂的挤压反转，沙海组地层超覆于下伏九佛堂组之上。

图7 茫汉断陷北西—南东向构造演化剖面Fig.7 NW-SE sections of tectonic evolution in Manghan fault depression

图8 茫汉断陷成因机制模型Fig.8 Model of genetic mechanism in Manghan fault depression

早白垩世阜新组沉积初期，随着蒙古—鄂霍茨克洋逐渐关闭，松辽盆地遭受北西—南东向的挤压应力作用，阜新组超覆于沙海组之上。阜新组沉积末，断陷南部断陷构造层沿早期控盆断裂发生强烈的构造反转，地层强烈变形，多形成挤压背斜构造，顶部的阜新组剥蚀量可达2000 m；断陷北部断陷构造层发生整体性抬升，地层多由负向构造改造为正向构造。

早白垩世末，伊泽纳奇板块俯冲带回卷后撤，造成伸展活动往东迁移，岩石圈开始冷却收缩和均衡调整，软流圈—岩石圈界面回落，引起区域性大规模的沉降。在此背景下，茫汉断陷发生整体沉降，由断陷期进入坳陷期，泉头组底界的不整合界面全区分布，坳陷期持续到姚家组沉积末。

晚白垩世末，伊泽纳奇板块消亡，太平洋板块开始向欧亚板块北北西向俯冲，发生古太平洋构造域向太平洋构造域的转换，使得整个松辽盆地普遍受到北西西向脉冲式挤压而发生构造反转，断陷逐渐消亡。茫汉断陷坳陷构造层在挤压应力作用下开始发育宽缓的生长背斜，反转构造层出现顶薄翼厚的结构，坳陷期反转强度从断陷北部往南减弱。

6 结论

(1)茫汉断陷为复式断陷，边界断层包括3段，从南往北分别为F1、F2、F3，发育走向斜坡和中央斜向背斜两类一级构造变换带。断陷总体上具有两洼夹一隆的构造格局，即北部洼陷、中部隆起、南部洼陷，南部洼陷又可细分为4个次级单元。

(2)茫汉断陷成因复杂，发育在海西期褶皱基底之上，主要受环太平洋构造带晚中生代伸展构造体制的控制，具有幕式活动的特征，主要经历早白垩世断陷、早白垩世末—晚白垩世坳陷、晚白垩世末盆地反转3个时期，其中早白垩世断陷细分为两幕断陷、两次挤压反转4个阶段。

(3)构造演化控制了断陷内早白垩世含油气系统的形成，东部反转构造带及构造变换带具有良好的油气聚集条件，是有利的油气勘探目标区域。

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AnalysisoftheStructureFeatureandGeneticMechanismofManghanFaultDepressioninSouthSongliaoBasin

Wang Wei1, He Dengfa2, Gui Baoling2

(1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,NortheastOil&GasBranch,SINOPEC,Changchun,Jilin130062,China; 2.KeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAccumulationMechanismoftheMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing10083,China)

Manghan depression is the late reformation fault depression, of complex structural evolution. Using construction-stratigraphic analysis method, through the two-dimensional structure interpretation of multiple seismic sections, structural recovery, three-dimensional fracture analysis, this study revealed the development process of Manghan depression, analyzed the structure feature and genetic mechanism of Manghan depression. The research results showed that Manghan fault depression is a complicated fault depression, generally has two sags and one uplift, develop trend of slope and central oblique anticline of two tectonic transformation belts. The depression has complex causes, features of episodic activities, mainly through three periods of the early Cretaceous rifting, early Cretaceous and late Cretaceous depression and late Cretaceous basin inversion, the early Cretaceous faulted rift subdivided into four stages of two act and two inversion.

Manghan fault depression; structure feature; structural evolution; genetic mechanism

中国石化科技部项目“松南新区改造型盆地资源潜力分析及勘探方向研究” (T11072)资助。

王伟 (1980—)，男，硕士，工程师，主要从事油气勘探工作。邮箱：Summerwangwei@126.com.

TE121.1

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