海拉尔盆地乌尔逊凹陷构造特征与演化规律研究

海拉尔盆地乌尔逊凹陷构造特征与演化规律研究研究目标与研究意义海拉尔盆地（图1）是一个中新生代多旋回复杂叠合盆地。其构造位置特殊、后期改造强烈、油气多期成藏，是大庆油田重点勘探的外围盆地。海拉尔盆地是一个中新生代多旋回、叠合式、断陷-坳陷型盆地，以德尔布干断裂为界，西面属于萨彦一额尔古纳褶皱系，其下部为早加里东期的兴凯运动褶皱，镶嵌在西伯利亚地台边缘，东面属于内蒙一大兴安岭褶皱系，海拉尔盆地即处在两个褶皱系的接壤部位。其构造位置特殊、后期改造强烈、热演化历史复杂、油气多期成藏，是大庆油田重点勘探的外围盆地。图1乌尔逊凹陷是海拉尔盆地的重点勘探区块。乌尔逊凹陷是海拉尔盆地贝尔湖坳陷的二级构造单元，是海拉尔盆地最有潜力的勘探地区。乌尔逊凹陷位于贝尔坳陷的中部，为一南北向展布、西断东超的箕状断陷，南与贝尔凹陷，北与红旗、新宝力格凹陷局部连通。凹陷内发育南、北两个继承性次凹，北部为乌北次凹，沉积岩埋藏最深4500m，南部为乌南次凹，埋藏最深大于6000m。围绕着乌北次凹发育着苏仁诺尔、铜钵庙两个构造带；围绕着乌南次凹发育着乌南西部断阶带、乌南中部隆起带、乌南东部斜坡带及乌南南部的巴彦塔拉构造带。本次研究将在前人研究基础上，综合分析、整理已有的地质、地震及钻井资料，充分运用伸展构造、挤压构造、反转构造及断层相关褶皱等构造新理论与新方法，对乌尔逊凹陷构造特征及演化规律进行深入系统的研究，分解多期叠合盆地，并对每个时期凹陷构造特征进行剖析；搞清构造形成机制，取得符合实际区域构造变形特征的构造地质认识，为下一步油气战略勘探奠定坚实的基础。国内外研究现状海拉尔盆地是叠置于华北板块和西伯利亚板块之间的内蒙－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，与蒙古国的塔木察格盆地实质上是一个盆地。海拉尔盆地东以大兴安岭断隆与大杨树盆地和松辽盆地相隔，西以西北断隆与蒙古国巴乔山盆地相望，北与拉布达林盆地相连，西南以巴音宝力格断隆为界与二连盆地遥遥相对。古生代西伯利亚板块和华北板块之间发育古亚洲洋，亚洲洋中发育了许多大大小小的地块，古亚洲洋二叠纪末最终关闭，构成了统一的古亚洲大陆。在西伯利亚板块前缘（南缘）、沿着额尔古纳－蒙古中部德尔布干发育一条呈弧形分布、延伸很长的蛇绿岩带，这是古亚洲洋在古生代期间向西伯利亚板块俯冲的消减带；在华北板块的前缘（北缘）、沿着西拉木伦河－温都尔庙－白乃庙－索伦山一带发育了另一条蛇绿岩带，这是古亚洲洋在古生代期间向华北板块俯冲的消减带。西伯利亚板块和华北板块之间的大陆增生具有双边增生的特征。在上述两个蛇绿岩带附近还发育大量晚古生代花岗岩体、超基性岩体（丁国瑜等，1991）。西伯利亚板块和华北板块在二叠纪的碰撞过程中，主要呈现南北向挤压的特征，形成了欧亚板块中规模宏大的近东西向弧形构造带。近年来研究表明上述挤压作用一直持续到侏罗纪（郑亚东，1994；1998；刘正宏，2002）。海拉尔盆地就位于上述弧形构造带的东翼中段。海拉尔盆地的莫霍面埋深40km左右，处于莫霍面隆起的斜坡带上，莫霍面隆起与沉降中心不呈镜像关系（马杏垣等，1989），这与松辽盆地明显的不同。同时根据江苏响水至内蒙古满都拉地学断面获得邻区二连盆地上地幔密度为3350kg/m3，上地幔高导层埋深110Km，基本为正常值，具有稳定大陆岩石圈的特征。而中国东部上地幔密度偏低，约为3310kg/m3，岩石圈厚度偏薄(60～80Km)，莫霍面深度约20～36Km，如下辽河裂谷断陷由于上地幔物质上涌，使莫霍面呈多层的壳幔过渡带，地震波呈多个波组特征；中地壳具有菱形拉伸滑脱构造；莫霍面隆起与上覆凹陷呈镜象关系，具有典型的裂谷区的壳幔构造特征。说明上地幔物质上涌对地壳拉张裂陷作用极为密切。本区的壳幔结构不具有这一特征，说明本区构造运动的动力源主要不是来自上地幔的运动，而是与太平洋板块和印度板块的活动有关。区域构造特征、沉积记录和岩浆活动性质同时说明，大规模的推覆和强烈的挤压伴随着地壳和岩石圈增厚，而区域的构造伸展、强烈的岩浆活动伴随着岩石圈的减薄。在欧亚大陆东部地区，侏罗纪前陆盆地的识别（和政军等，2003；李锦轶等，2004a）和构造变形、古地磁的研究，表明蒙古－鄂霍次克洋直到侏罗纪晚期才关闭。李锦轶等（2004b）的研究认为上述洋盆是向西伯利亚板块南缘和额尔古纳地块北缘之下长期俯冲，最后才导致该洋盆关闭的。这一俯冲带现今表现为向南北两侧俯冲，但是在该洋盆的关闭过程中，它们曾经是一条俯冲带。该俯冲作用导致了东北造山区三叠纪－侏罗纪钙碱系列岩浆活动的发生。由此可见，包括海拉尔盆地在内的中国东北地区在三叠纪－侏罗纪是处于挤压造山环境。另外，中外学者(郑亚东等，2000；Davis等,2001；赵越等，2002；崔盛芹等，2002)的研究表明中－晚侏罗世是燕山地区强烈褶皱、逆冲、地壳显著缩短和岩石圈增厚的时期，逆冲推覆作用结束于135Ma前。上述燕山板内造山带侏罗纪主要变形事件的构造分析表明，其东西向的褶皱－逆冲带的变形反映了南北向的挤压和地壳缩短（赵越等，2004），与内蒙大青山推覆构造和中蒙边境大型推覆构造的时代一致（郑亚东等，1990；1998）。这一时期的重要构造事件是蒙古－鄂霍次克海自西向东的逐渐封闭和西伯利亚板块与华北－蒙古板块的碰撞，这次碰撞事件结束于晚侏罗世（赵越等，1994；Zorin,1999）。由此可见，在燕山地区、内蒙地区和东北地区获得的证据都表明，上述地区在侏罗纪都具有相同的演化历史，主要受西伯利亚板块与华北－蒙古板块的碰撞事件控制，形成近东西向褶皱－冲断带。赵越等（1994）分析过东亚大陆活动陆缘开始的时代，并指出活动大陆边缘的出现应有2个显著的独立标志。一个是伴随洋壳消减产生的弧前增生杂岩。目前，从台湾岛、日本列岛到俄罗斯远东锡霍特阿林及中国东北角的那丹哈达，可识别的最早的连续增生杂岩带的时代是中侏罗世。另一个是大洋地壳俯冲产生的陆缘火山岩带，目前东亚大陆陆缘最早的活动陆缘岩浆岩带记录是从中－晚侏罗世开始的（赵越等，2004），这说明东亚活动大陆边缘的出现始于中－晚侏罗世。可见，尽管在华北和东北地区以东西向褶皱－逆冲带的变形为代表的南北向地壳缩短结束于135Ma±1Ma之前，但是环太平洋活动大陆边缘至少于晚侏罗世已经形成却是不争的事实（赵越等，2004）。海拉尔盆地沉积盖层下部的箕状断陷群中普遍发育一套双峰式火山熔岩、火山碎屑岩建造，反映了盆地形成初期是区域岩浆活动和火山喷发的高峰期。在海拉尔盆地贝尔凹陷的下白垩统兴安岭群火山凝灰岩的全岩K-Ar法测得的同位素年龄主要集中在141.93±2.1Ma～105.91±1.53Ma之间，标志着海拉尔地区自白垩纪开始进入了伸展盆地演化阶段。大量研究表明，在白垩纪期间，燕山地区、东北地区和华北地块均以伸展构造为主（ren等，2002；zhang等，2003）。海拉尔盆地、二连盆地、滦平盆地、阜新盆地和松辽盆地的发育和形成都与白垩纪显著的区域伸展有关。乌尔逊凹陷是海拉尔盆地中的重要凹陷，其构造十分复杂，很多学者在研究区作了大量的研究工作，提出了一系列新见解，但一直没有得到统一认识。自上世纪90年代中叶开始，大庆油田公司在二维地震工作的基础上，对乌尔逊凹陷的绝大多数地区开展了三维地震工作，特别是最近几年三维地震工作逐步覆盖了乌尔逊－贝尔凹陷，研究人员将新的构造理论应用于研究区的地震剖面解释和构造变形的几何学、运动学之中，使研究区的构造研究有了更新的认识。目前研究存在的问题海拉尔盆地乌尔逊凹陷是典型的断陷盆地，具有多物源、短物源、相变快、断裂系统复杂等特点，所以在海拉尔盆地各个断陷同一地质界限的地震相反射特征往往存在一定的差异，给地震解释和地层对比带来诸多不便。另外，海拉尔盆地是一个经历多期强烈伸展作用和反转作用改造的多期叠加盆地，构造变形特征十分复杂，给构造期次的划分、构造演化研究和原型盆地的恢复等造成很多难题，导致数十年来不同单位或个人，对海拉尔盆地的构造演化或不同地质历史时期海拉尔盆地原型盆地性质的认识存在着巨大分歧。由于上述原因，海拉尔盆地乌尔逊凹陷在地震解释和地层对比时存在以下难点：（1）大型断裂两侧地层同相轴、波组难以准确对比海拉尔盆地的大型断裂往往是控陷断层，断距较大，断层两侧沉积物的沉积相特征存在一定的差异，所以隆起两侧的同相轴、波组特征也存在一定的差异；另外，即使该大型断层不是控陷断层，由于其断距大、与之伴生的同向或反向断层复杂，将沉积地层的部分特征予以破坏，加之断陷中沉积物相变快的特征，也使大型断裂两侧地层的同相轴、波组难以准确对比。（2）以往地震解释层位不统一由于上述种种原因，在对海拉尔盆地或贝尔、乌尔逊凹陷内部进行地震解释时，对同一地震反射界面的认识存在着较大的差异，不同的单位或个人将同一地震反射界面标定的位置在有的部位相差数百毫秒。（3）构造解释、原型盆地恢复困难由于海拉尔盆地的地层层位难以准确对比，构造特征又十分复杂，给构造解释、原型盆地的恢复带来困难。海拉尔盆地经历多期伸展与挤压作用的叠加，现在所见到的构造特征是多次构造变形叠加的结果。如果要恢复原型盆地，就必须将不同期次构造变形的性质、变形量的大小及变形持续的时间等予以确定，在此基础上开展研究区的构造发育史研究，进而探讨研究区的构造演化，恢复原型盆地。尽管前人做了大量的研究工作，由于工作程度的不同和认识水平的差异，到目前仍没有统一的认识。在本次工作中，借鉴了数十年的研究成果，开展了对乌尔逊凹陷的系统解释和重新成图工作，但由于研究程度和认识上的差距，对海拉尔盆地的构造解释、原型盆地的恢复等方面依然存在较大的困难。（4）盆地类型不清楚：乌尔逊凹陷是多期叠合和多期改造的产物，纵向上有多套盆地类型的划分方案，在剖面上没有确凿的证据，也没有从形成机制上阐述清楚。本次研究将以构造特征与与变形特征入手，分析盆地叠合与改造。研究内容及其技术路线研究内容（1）地震反射层的统一及区域构造地层格架的建立通过地质、钻井和地震资料分析结合以往地震解释情况，识别并确定主要地震反射界面；制作工区内探井和评价井的合成地震记录，进行层位标定，通过钻井—地震层序交互对比分析，使钻井与地震层序界面划分相统一；通过搭建连井剖面和骨干剖面，实现乌南、乌北和巴彦塔拉地区之间地震反射层的统一并建立区域构造地层格架。（2）三维地震资料解释（3）构造特征研究建立乌尔逊凹陷剖面构造样式，并分析其成因机制。（4）断裂体系研究从乌尔逊凹陷断裂体系具有不同时期发育的特点出发，结合地震剖面识别出纵向和平面上的组合规律；确定不同时期断裂类型、分布特征。（5）构造演化和原型凹陷的恢复通过对新老构造行迹的识别和剥蚀量的恢复，达到对多期叠合盆地分解的目的，并对每个时期建造特征和改造特征进行研究，并刻画不同期凹陷的迁移规律。技术路线乌尔逊凹陷北部构造特征与形成机理的研究我们主要从几何学、运动学、动力学三方面入手（图1）。几何学方面主要包括包括构造样式和分布规律；运动学方面我们主要制作平衡剖面，研究剖面演化，进行盆地分析；动力学方面主要针对成因机制进行分析。图1主要技术思路（1）构造特征研究研究其构造特征，划分构造层，解析各个构造层的构造样式以及它们之间的关系。（2）形成机理研究制作初期断陷盆地的演化模式和多期盆地叠合的演化模式图。