乌尔逊凹陷原型盆地特征分析

张红星

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712）

1 盆地构造背景

海拉尔盆地属于中亚—蒙古地槽的一部分，是叠置于华北板块和西伯利亚板块之间的蒙古—大兴安岭古生代碰撞造山带之上的中新生代陆相沉积盆地。西伯利亚板块与华北板块的碰撞，形成的一系列复背斜和复向斜构造带。西部为额尔古纳复背斜，中部为海拉尔复向斜，东部为兴安复背斜，再向东为阿尔山复背斜，直到松辽盆地西缘的富拉尔基复背斜[1]。海拉尔复向斜及其以东地区褶皱形成时间相对较晚，变质程度弱，固化程度差，在南北向水平力作用下，应力易于集中，对深部物质来讲是个薄弱带，所以中生代以来构造活动较为强烈，基底特征对上覆沉积层的控制作用明显。

海拉尔复向斜由三坳两隆16个凹陷组成，乌尔逊凹陷位于中部，整体呈近南北向展布，西部与嵯岗—巴兰沙巴拉格隆起毗邻，东部与巴彦山—贝尔布伊诺尔隆起相接，南部紧邻贝尔凹陷，北部接新宝力格凹陷[2]。

2 残留断陷盆地特征

2.1 断陷期残留盆地特征

盆地沉积地层从下往上依次是：下白垩统铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组、上白垩统青元岗组、第三系呼查山组、第四系。盆地断陷期地层包括铜钵庙组和南屯组地层，地层厚度受断层的控制作用明显，变化大。

铜钵庙组残余地层主沉降带厚度一般为500～1200m，最大可达1500m以上，1000m等值线总体走向呈北东—北东东向；南屯组地层残余主沉降带厚度一般在500～1500m，乌北次凹北东—北东东向结构保存较好，乌南次凹受乌西断阶的影响，呈南北向分布。

乌北次凹存在2个走向北东东的厚值区。其中一个夹持于乌北断裂和苏仁诺尔断裂之间，地层厚度介于500～1500m之间，向乌北断层方向急剧减薄，向南往苏仁诺尔方向呈逐渐减薄趋势。另一个走向北东东的厚值区位于苏仁诺尔断层南侧，北厚南薄，苏仁诺尔断层根部地层厚度最大，达1000m，向南南东方向渐渐减薄。

乌南—巴彦塔拉地区，在乌西断裂以西，存在一个近南北向的厚值区，地层厚度介于600～1800m之间，局部北东东走向的迹象比较明显。在乌西断裂以东地区，南屯组厚度总体走向北北东，西厚东薄。在这一背景下，西部厚值区可见走向北东东的局部厚值区，地层厚度介于600～2000m之间；东部薄厚值区也可见走向北东东的局部厚值区，地层厚度最大可达500m。

南屯组下部的岩性主要为较纯的泥岩夹砂岩，向上逐渐过渡为砂泥岩互层。南一段沉积时期，伸展断裂系统开始活动，地层沉积范围从伸展断裂根部慢慢向箕状断陷斜坡上倾方向超覆扩大[3]。

2.2 断坳转换期残留盆地特征

断坳转换期包括大磨拐河期和伊敏期，地层受断层作用的影响越来越小。

大磨拐河组地层残余厚度一般500～1000m，厚度分布差异较小。

大磨拐河组下部主要为厚层黑灰色泥岩夹中薄层砂岩，上部逐渐过渡为大段黑灰色泥岩、黑灰色泥岩和黑灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层，有时夹中薄层砂岩、砂砾岩。

乌北次凹苏仁诺尔断裂两侧的2个走向北东东厚值区连为一体，构成一个统一的、地层厚度介于600～1000m之间、走向北东的厚值区。

乌南—巴彦塔拉地区，在乌西断裂以西，大磨拐河组存在一个轴向近于南北向的厚值区，地层厚度介于500～800m之间。乌西断裂以东地层较厚，最大可达1200m，向东逐渐减薄。

大一段受古地形及构造作用的影响，沉积范围较小，厚度较小，一般在200m以下，局部可达350m，大二段沉积范围扩大至整个盆地，沉积厚度增加，大部分地区沉积厚度超过500m。

伊敏组沉积厚度总体较大，一般厚度大于500m，分布主要受控于乌西断裂，乌北地区、乌南地区、巴彦塔拉地区连为一体，在乌西断裂以东区域，伊敏组西厚东薄、南厚北薄，逐渐变化。地层厚度最大的区域位于乌南地区—巴彦塔拉地区乌西断裂根部，地层厚度介于1200～1800m之间，厚值区轴向北北西。乌西断裂以西地区，伊敏组极薄，大多数区域厚度不及200m。

总体上伊二三段沉积厚度远大于伊一段厚度，伊一段地层厚度普遍小于500m，而伊二三段地层厚度普遍大于500m。

3 盆地原型分析

3.1 地层剥蚀厚度恢复

通过对地震资料的系统解释结果表明，南屯组顶界（T22反射界面）和伊敏组顶界（T04反射界面）存在着大面积的剥蚀，南一段顶界（T23反射界面）和铜钵庙组顶界（T3反射界面）存在着局部的剥蚀，其他界面剥蚀不明显。本文主要采用构造趋势外推法计算了T22和T04这2个不整合面的剥蚀量，同时用声波时差法及镜质体反射率法结果进行了对比检验[4]。

根据地震剖面的精细解释成果，我们需要建立盆地遭受变形剥蚀前原型模型以及剥蚀时的变形模型[5]。

3.1.1 变形剥蚀模式的建立

乌尔逊凹陷经历了3期主要变形改造过程，形成2个较大范围的不整合面T22和T04。乌尔逊主要存在以下3种变形剥蚀模式：①缓坡带的旋转掀斜（图1A）。②坡坪式正断层的反转（图1B）。③铲式正断层的反转（图1C）。

图1 乌尔逊凹陷变形剥蚀模式

乌尔逊凹陷早期主要发育铲式正断层和坡坪式正断层，并且断距很大，所以在剥蚀恢复解释之前还要在断层处以相应层位进行补充解释，然后拉平所要恢复层的底面。剥蚀恢复解释时还要考虑控陷断层两侧地层原始沉积厚度的差异以及原始盆地形态和沉积厚度的趋势变化。

3.1.2 声波时差法与构造趋势外推法恢复剥蚀量结果对比分析

本次采用了声波时差和地震趋势法2种方法对乌尔逊凹陷的伊敏组剥蚀量进行了求取。通过声波时差法与地震外推法，2种不相关的方法所求取的剥蚀量还是比较接近的，因此，本次所采用的地震趋势求取的剥蚀量还是可靠的。

3.1.3 主要不整合界面的剥蚀量及其分布特征

依据地震剖面解释结果、基于以上剥蚀量分析原理本项目恢复了乌尔逊凹陷主要不整合面的剥蚀量及其分布特征。

（1）T22界面以下剥蚀量分布特征如下：

①自南向北剥蚀量逐渐增大，巴彦塔拉剥蚀量整体较小，乌南次凹在乌东斜坡部位剥蚀量较大，一般超过200m，并且远离斜坡逐渐增大，乌西断阶局部剥蚀量较大，一般小于200m，乌北次凹剥蚀量在200～400m之间（图2）。

②剥蚀厚度与大二段厚度呈基本镜像关系，在大二段厚度较大的部位，南屯组地层保存较好，大二段地层较薄或缺失的部位，南屯组地层剥蚀量也较大。

③剥蚀厚度等值线整体呈北东向展布，局部呈近东西向展布。

④剥蚀量大的区域基本分布在箕状断陷的斜坡带或隆起部位或同沉积断层的根部。

（2）T04界面以下剥蚀量分布特征如下（图2）：

①剥蚀量在全区内均有分布，剥蚀量较大，除少数部位小于200m，剥蚀厚度一般在200～500m之间。

②剥蚀量等值线走向整体呈北东向分布，局部近东西向展布。

图2 乌尔逊凹陷残余厚度图

③剥蚀量趋势值与伊二三段残留厚度值具有相关性，在残留薄的地方剥蚀大，残留大的地方剥蚀小。

④数值分布大的区域地层褶皱强烈，多为背斜构造，并有逆断层发育，代表反转活动最强烈的地区，北东向构造线暗示当时挤压应力可能为北西—南东向。

3.2 控陷断裂恢复

乌尔逊凹陷断裂十分发育，断层密度较大，不同期次、不同规模的断层相互交织、错综复杂。本文通过对本区地震资料的详细对比追踪解释及精细的构造解析，落实了本区早期控陷断裂的平面展布情况，研究了其发育特征、活动时间及成因机制等，并对本区次级同沉积断裂的平面展布、活动时间及成因机制等进行了分析研究[6]。

乌北次凹北东—北东东向构造格架保存完好，识别出2条呈多米诺式排列的北东—北东东向控陷断裂——乌北断裂和苏仁诺尔断裂。乌北断裂发育于乌北次凹北部，走向北东，原形迹在晚期遭受一定的破坏。乌北断裂断层层位T5-T1，控制了乌北次凹北洼槽的形成与演化。苏仁诺尔断裂发育于乌北次凹中部，是本区保存最为完整的一条北东东向控陷断层，断层层位T5-T1，控制了苏仁诺尔断裂的发展与演化[7-8]。

乌南次凹西部控陷断层夹持于乌西晚期边界断裂及乌西断阶之间，后期改造作用强烈，原始形态破坏严重，原始形迹恢复较为困难。受后期构造运动改造，断层形迹破坏严重，残留部分扇三角洲相沉积，断裂规模相对于较小的一条控陷断裂，但是保存较为完整，对东部地层的发展与演化起着至关重要的作用。

3.3 断陷期盆地原型分析

在残余厚度特征、剥蚀量分布特征、同沉积断裂分布特征等基础上恢复了铜钵庙期盆地原型、南屯期盆地原型、大磨拐河期盆地原型及伊敏期盆地原型。

3.3.1 铜钵庙期盆地原型分析

铜钵庙期盆地遭受剥蚀作用较小，主要在乌北有局部的剥蚀，这一期构造作用对盆地的改造作用较小，对铜钵庙期盆地改造起关键作用的是大磨拐河—伊敏期走滑作用形成的乌西断阶，对铜钵庙期盆地的恢复主要是恢复到乌西断阶形成之前的状态，即消除乌西断阶断距对铜钵庙期盆地的影响作用，总结起来，主要有以下几个特征：在铜钵庙期，乌尔逊凹陷主要是由北东—北东东向断层控制的多凸多凹的复式箕状断陷组成。受北东乌北断裂、北东东向苏仁诺尔断裂等的控制，形成多个沉积、沉降中心（图3）。

3.3.2 南屯期盆地原型分析

南屯组地层沉积之后，盆地受到挤压作用，上部遭受剥蚀，加之大磨拐河—伊敏期走滑作用对其进一步改造，盆地原型受到较大程度的破坏。南屯期盆地原型恢复首先需要恢复其走滑作用之前的盆地形态及同沉积断层展布形态，然后进行剥蚀厚度的恢复。

乌北次凹南屯期的沉降格架受乌北断裂和苏仁诺尔断裂2条主干伸展断裂控制，2条断裂在空间上呈多米诺式排列，控制了2个箕状断陷的发育。乌北次凹受后期构造运动的影响，构造格架遭受了极大的破坏，乌北断裂形态破坏严重。本文通过对剥蚀量的计算、沉积相的分析及地震剖面的详细解析，认为乌北断裂控制的北部箕状断陷，沉降规模应与苏仁诺尔断裂控制的南部箕状断陷相当，或者更大。苏仁诺尔断裂保存相对完整，表现出自西向东逐渐减小的特点，在乌西断层附近，苏仁诺尔断层特征变得模糊，表明苏仁诺尔断裂西段受后期断层的改造较强，向西应该有一定的发育范围。乌北次凹伸展系统中的次级断裂将乌北断陷的结构复杂化，形成多个次级沉降中心（图3）。

图3 断陷期原型盆地分布图

3.4 断坳转换期盆地原型分析

3.4.1 大磨拐河期盆地原型

大磨拐河期盆地原型在后期演化中遭受破坏程度小，盆地原型基本得以保存，其残留格局基本可以代表其盆地原型。

大磨拐河期沉降格局与断陷期沉降格局存在显著差异，盆地构造活动整体较弱，乌西断阶已经开始发育，北东—北东东向少量断层继承发育，水体逐渐扩张，控陷断裂基本停止活动，整个湖盆连通，形成一个统一的盆地，凹陷整体处于远源深水泥页岩沉积背景下。

大一段沉积时期，盆地范围较小，乌南次凹沉积厚度小于乌北，巴彦塔拉转换带上部分地区缺失大一段沉积物，受地形控制，沉积物呈中间厚两侧薄的特征。

大二段沉积时期，水体扩大，各孤立的断陷完全连通，形成一个统一的盆地，沉积物覆盖全盆。早期地形对地层分布仍然具有较大的影响，地层仍呈中间厚向两侧减薄的特征，这一时期，乌西断阶已经开始发育，逐渐控制了乌南次凹的沉积格局。

另外，大二段盆地受到右旋张扭作用的影响，在凹陷中部发育多期乌南南西向、乌北北东向前进的前积体，加大了沉积物厚度[9-10]。

3.4.2 伊敏期盆地原型

伊敏组沉积范围进一步扩大，此时期沉积物的分布面积最广泛。伊敏组末期的改造作用使地层发生褶皱变形，并使伊二三段地层大面积遭受剥蚀，但是对整体沉积格局改造不大。

伊敏组受张扭作用的影响，部分早期主干断层活化，重新活动，重新控制地层的发育，1000m等值线主要呈北东向分布。乌西断阶是这个时期发育的最重要的一条断裂，控制了乌尔逊凹陷伊敏组地层的形成，在乌西断裂上盘沉积了巨厚的沉积物，最厚达2000m，主沉降带（大于1000m）走向沿着乌西断裂，呈近南北向分布。伊敏组末期的改造作用对乌尔逊凹陷的伊敏组地层改造较为强烈，地层剥蚀厚度大，一般在300～500m。

3.5 坳陷期盆地原型分析

该期盆地主要指青元岗组沉积时期的盆地，体现了整体均衡坳陷沉降特征。该期盆地类型属于重力均衡作用控制的坳陷型盆地，全区都处于微弱沉降状态，没有统一边界。

4 结论

（1）由于南屯组后期地层厚度大于其剥蚀厚度，主要采用地层趋势法进行恢复，剥蚀厚度南薄北厚、东厚西薄。

（2）乌尔逊凹陷铜钵庙组—南二段为继承性发育的北东—北东东向断层控制的箕状断陷，首次提出乌南地区与贝尔凹陷为相向倾斜的半地堑，中间以构造转换带分割。

（3）大磨拐河期沉降格局与断陷期沉降格局存在显著差异，盆地构造活动整体较弱，凹陷整体处于远源深水泥页岩沉积背景下。

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