隋立偉

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

0 引言

古地貌恢復(fù)對(duì)物源分析和沉積體系建立具有重要指導(dǎo)意義，是含油氣盆地分析的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容［1］，相關(guān)研究也是近年來國內(nèi)外沉積盆地研究的熱點(diǎn)［2-7］。盆地古地貌是由隆起區(qū)、斜坡帶和坳陷區(qū)3 個(gè)大的構(gòu)造單元組成［8］。沉積期古地貌發(fā)育及構(gòu)造活動(dòng)特征控制著盆地的沉降速率、可容納空間和沉積中心分布，進(jìn)而控制盆地沉積體系展布及生、儲(chǔ)、蓋的組合模式，以及形成圈閉的有效性，最終影響盆地的油氣成藏過程［9-12］。

海拉爾—塔木察格盆地（簡稱海塔盆地）是中蒙邊界中生代伸展機(jī)制下形成的復(fù)雜斷陷湖盆。盆地發(fā)育受濱太平洋俯沖帶、索倫縫合帶和蒙古—鄂霍茨克縫合帶的影響，地球動(dòng)力學(xué)特征復(fù)雜，盆地經(jīng)過多期演化，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，斷裂發(fā)育及油氣富集規(guī)律復(fù)雜［13-14］。塔南凹陷位于海塔盆地中部斷陷帶的南端，是海塔中部斷陷帶最重要的含油氣凹陷。古地貌分析及構(gòu)造演化特征研究對(duì)揭示物源方向、沉積區(qū)、沉降中心的空間變化關(guān)系、沉積相展布及油氣成藏規(guī)律分析具有重要指導(dǎo)意義［15-17］。本文通過定量恢復(fù)塔南凹陷不同地質(zhì)歷史時(shí)期的古地貌發(fā)育特征結(jié)合井、震信息，明確古地貌對(duì)沉積體系和油氣分布的控制作用，為塔南凹陷的下步勘探工作指明方向。

1 塔南凹陷地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔南凹陷是海塔盆地中部斷陷帶的富油凹陷，面積3 500 km2［18］，受NE，NEE 向基底大斷裂控制，呈現(xiàn)“三凹三隆”的構(gòu)造格局，分別為東部斷鼻構(gòu)造帶、東部次凹、中部潛山斷裂帶、中部次凹、西部潛山斷裂帶、西部次凹和西部斜坡帶［19-20］［圖1（a）］。凹陷自下而上依次發(fā)育銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組及青元崗組等5 套地層，南屯組為烴源巖，主力產(chǎn)油層為銅缽廟組和南屯組［圖1（b）］。

圖1 塔南凹陷次級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑╝）及沉積綜合柱狀圖（b）Fig.1 Division of tectonic sub-unit（a）and sedimentary column（b）in Tanan Depression

1.2 構(gòu)造演化特征及斷層變形機(jī)制

研究區(qū)斷層為繼承性生長斷層，其活動(dòng)時(shí)期為銅缽廟組沉積期、南屯期組沉積和伊敏組沉積末期。斷層在平面上主要呈NE 向或NNE 向，部分次生斷層為NW 向或NNW 向。在剖面上為似花狀，這表明斷層具有走滑性質(zhì)（圖2）。通過對(duì)塔南凹陷斷層的運(yùn)動(dòng)學(xué)與幾何學(xué)研究表明，塔南凹陷共經(jīng)歷了4 個(gè)演化階段，分別為殘留盆地期、斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期和坳陷期［13，21］。斷層活動(dòng)受控于3 期構(gòu)造應(yīng)力場（圖3）。

圖2 塔南凹陷典型地震剖面Fig.2 Typical seismic section of Tanan Depression

圖3 塔南凹陷構(gòu)造演化特征及斷層變形機(jī)制Fig.3 Tectonic evolution characteristics and deformation mechanism of faults in Tanan Depression

（1）殘留盆地期。為銅缽廟組沉積期（T5—T3），其沉積為受古地貌影響的“填平補(bǔ)齊”式，其構(gòu)造應(yīng)力場為NE—SW 張性應(yīng)力場，地層沉積東陡西緩。銅缽廟組厚度變化較大，為100～500 m，沉積中心并不受主干基底斷裂的控制，而是與負(fù)向構(gòu)造的古地貌形態(tài)相吻合。

（2）斷陷期。為南屯組沉積期（T3—T22），該時(shí)期斷裂活動(dòng)性強(qiáng)，受同沉積斷層影響，地層厚度變化大，該時(shí)期構(gòu)造應(yīng)力為東西向拉張應(yīng)力，發(fā)育大量小型正斷層，地層伸展作用明顯。南屯組沉積末期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，南屯組頂面形成了一套區(qū)域性不整合面。

（3）斷坳轉(zhuǎn)換期。為大磨拐河組沉積初期至伊敏組沉積末期（T22—T04）。凹陷由斷陷期向坳陷期轉(zhuǎn)變，進(jìn)入伊一段沉積期，斷裂活動(dòng)基本停止。伊二、三段沉積期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，烴源巖進(jìn)入排烴期，早期NE向的伸展斷裂繼承性發(fā)育，斷層再次活動(dòng)，輸導(dǎo)通道開啟，控制凹陷內(nèi)部的油氣運(yùn)移。

（4）坳陷期。青元崗組與下伏地層為角度不整合接觸，其底部為一套含礫粗碎屑巖，地層厚度為100～300 m。在伊敏組沉積末期，盆地發(fā)生了反轉(zhuǎn)。

2 古地貌恢復(fù)

2.1 古地貌恢復(fù)原理及流程

古地貌恢復(fù)基于井、震及沉積資料的豐富程度，其恢復(fù)精度有一定差異［22］。古地貌恢復(fù)方法主要有：層序地層法、印模法、地球物理法、沉積學(xué)法及殘余厚度法等［23-28］。本次在深入調(diào)研國內(nèi)外古地貌恢復(fù)原理和技術(shù)方法后，基于體積守恒原理和地層骨架壓實(shí)模型進(jìn)行古地貌恢復(fù)。古地貌恢復(fù)工作由構(gòu)造恢復(fù)和沉積恢復(fù)兩部分組成。構(gòu)造恢復(fù)包括地層深度等時(shí)界面加載、加載剝蝕量、斷距消除及層拉平過程，其中斷陷盆地的斷距消除工作尤為復(fù)雜，須先明確斷裂形成時(shí)期和活動(dòng)次序，對(duì)多期活動(dòng)的斷層依次進(jìn)行斷距回剝。沉積恢復(fù)是基于地層壓實(shí)骨架模型對(duì)地層進(jìn)行去壓實(shí)校正，最終得到適用于斷陷湖盆的古地貌定量分析的技術(shù)理論方法。

2.2 剝蝕量計(jì)算

剝蝕量恢復(fù)在原型古地貌構(gòu)建過程中十分重要，剝蝕量的計(jì)算方法有很多［29-30］。在井控地區(qū)，主要采用聲波時(shí)差法，剝蝕量比較容易得到。無井控地區(qū)剝蝕量恢復(fù)工作是此次研究的難點(diǎn)。利用研究區(qū)三維地震資料，將地層剝蝕特征劃分為4 類（圖4）：

A 類剝蝕為凹陷邊緣頂面的角度不整合面，為構(gòu)造成因。這種剝蝕主要發(fā)育在塔南坳陷的西部斜坡區(qū)，地層沿凹陷底面逐漸向邊緣上超，楔形減薄。剝蝕量h可表征為零剝蝕點(diǎn)（首次出現(xiàn)明顯剝蝕的位置）和邊界處第一個(gè)未沉積點(diǎn)兩者之間的差值。

圖4 塔南凹陷剝蝕類型及計(jì)算方法Fig.4 Eroded strata types and thickness restoration methods in Tanan Depression

B 類剝蝕為同沉積斷層控制的地層掀斜隆起剝蝕，在凹陷局部地區(qū)發(fā)育，為構(gòu)造成因。發(fā)育的地層受同沉積斷層控制發(fā)生旋轉(zhuǎn)、翹傾出露部分遭受削蝕，地震反射具有明顯的削截特征。其剝蝕厚度h與未發(fā)生剝蝕地層的厚度近乎相等。所以，利用地層趨勢法將剝蝕區(qū)厚度補(bǔ)出即可，剝蝕線上各點(diǎn)到地層延長線的距離h即為該點(diǎn)上的剝蝕厚度。

C 類剝蝕為古潛山地層剝蝕，為構(gòu)造成因。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，凹陷內(nèi)部沉積斜坡發(fā)生抬升隆起形成潛山。潛山帶兩側(cè)沉積的地層保留基本完整，地層的變化趨勢保持基本不變。因此，潛山帶地層剝蝕量h為兩側(cè)地層趨勢連接線之間的垂直距離。

D 類剝蝕為凹陷帶內(nèi)的平行不整合面，為沉積成因。在地震剖面上沒有明顯的剝蝕點(diǎn)，不整合面與地層界面基本平行，剝蝕厚度計(jì)算可根據(jù)全區(qū)地層厚度變化特征進(jìn)行綜合插值。

2.3 壓實(shí)系數(shù)確定

古地貌恢復(fù)工作中地層去壓實(shí)校正是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。根據(jù)地層壓實(shí)骨架模型建立孔隙度變化與深度之間的定量關(guān)系式，來恢復(fù)地層的壓實(shí)厚度。不同巖性發(fā)生壓實(shí)作用時(shí)存在一些差異，斷陷湖盆中的泥巖、砂巖的初始孔隙度分別為52%和50%，經(jīng)壓實(shí)后可降到10% 以下［33］。根據(jù)以往的研究成果［34-35］，地層孔隙度隨深度增加有規(guī)律地減小，孔隙度與深度之間存在以下關(guān)系

式中：Φ為地層深度H處孔隙度，%；Φ0為地表初始孔隙度，%；C為壓實(shí)系數(shù)；H為深度，m。

實(shí)驗(yàn)研究表明，泥巖壓實(shí)系數(shù)比砂巖壓實(shí)系數(shù)大，而碳酸鹽巖壓實(shí)系數(shù)介于泥巖與砂巖之間。利用實(shí)測孔隙度數(shù)據(jù)建立塔南地區(qū)泥巖、砂巖孔隙度與深度的數(shù)學(xué)定量關(guān)系式（圖5）。

2.4 古水深估算

古地貌研究中古水深確定比較困難，目前主要用沉積環(huán)境進(jìn)行分析，包括沉積相、沉積構(gòu)造地球化學(xué)資料以及古生物化石來推斷古水深。一般通過經(jīng)驗(yàn)值去代替古水深，沖積—河流相古水深為0 m；濱湖相古水深小于5 m；淺湖亞相的古水深為5～20 m；深湖亞相的古水深為20～50 m 或更深；扇三角洲沉積環(huán)境的古水深不超過30 m［31］。利用構(gòu)造建模軟件輸入地層古水深、壓實(shí)系數(shù)、泥質(zhì)含量（不同巖性的壓實(shí)具有差異性）以及加載地層剝蝕量，自下而上按斷層的活動(dòng)時(shí)期對(duì)斷層進(jìn)行逐一的斷距恢復(fù)、地層的層拉平以及去壓實(shí)作用，最終得到該地質(zhì)歷史時(shí)期的古地貌圖件，并進(jìn)行精細(xì)修正，消除斷距和橫向差異的壓實(shí)影響。

圖5 塔南坳陷泥巖、砂巖孔隙度隨深度的關(guān)系曲線Fig.5 Variation curves of porosity of mudstone and sandstone versus depth in Tanan Depression

3 塔南凹陷古地貌對(duì)沉積的控制作用

根據(jù)文獻(xiàn)［8］報(bào)道，E.H.佩爾米亞科夫建議，以該地區(qū)的深度平均值為界限，小于深度平均值的地區(qū)定為相對(duì)坳陷區(qū)。大于平均深度地區(qū)界定為斜坡區(qū)和隆起區(qū)。其中，以大于平均深度一半的區(qū)域確定為隆起區(qū)，而介于隆起區(qū)與坳陷區(qū)之間的過渡區(qū)為斜坡區(qū)，進(jìn)一步將古地貌按照深度標(biāo)準(zhǔn)劃分古隆起、古斜坡和古坳陷等3 個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。通過上述方法，恢復(fù)了海塔盆地塔南凹陷銅缽廟組和南屯組沉積前古地貌，由于塔南凹陷面積大、構(gòu)造演化復(fù)雜，凹陷不同部位不同時(shí)期古地貌特征及沉積體系具有明顯差異性。

銅缽廟組沉積前為山間殘留盆地［15，21，32］，古地貌表現(xiàn)為“東陡西緩、南低北高”的特征。地貌古海拔為-2 835.3～1 283.3 m，其中0 m 僅代表古海拔為0 m 的點(diǎn)，它可以位于整個(gè)地貌的斜坡區(qū)或者隆起區(qū)，正負(fù)向構(gòu)造差異明顯，表現(xiàn)為多沉降中心和多物源沉積特征［圖6（a）］。西部次凹高差變化小，坡度平緩，表現(xiàn)為“洼淺水淺”的特征，東部次凹受先存古基底斷裂控制，形成的洼槽陡而深，且有“洼深水淺”的特征，該時(shí)期沉積以砂礫巖快速堆積為主，湖相泥巖不發(fā)育。

銅缽廟組下段沉積主要為沖積扇—扇三角洲—濱淺湖沉積。沖積扇形成與分布受控于凹陷北部規(guī)模較大的古斜坡區(qū)，基底古隆起遭受風(fēng)化剝蝕，沉積物剝落就近以沖積扇形式雜亂堆積到凹陷內(nèi)部沉降中心（圖7）。扇三角洲的物源來源于凹陷外部，為NW—SE 向，其次為同沉積斷層控制的NE向扇三角洲［圖6（b）］。銅缽廟組上段的沉積類型為扇三角洲—近岸水下扇和少量的濱淺湖沉積（圖819-7-2 井）。近岸水下扇的位置與早期形成沖積扇的區(qū)域重疊，兩者的形成條件都是在較陡的古隆起及古斜坡區(qū)域，近岸水下扇形成表明隆起區(qū)附近的沉降中心具有一定的水深［圖6（c）］。

圖7 塔南凹陷沉積相類型、巖心特征及識(shí)別標(biāo)志Fig.7 Sedimentary facies types，core characteristics and identification marks in Tanan Depression

圖8 塔南凹陷油氣成藏模式Fig.8 Hydrocarbon accumulation model in Tanan Depression

南屯組沉積期，沉降中心與烴源巖厚度分布能很好匹配。古地貌洼槽沉降中心向凹陷中部次凹遷移，4 個(gè)沉降中心控制了南屯組4 個(gè)主要的生烴中心［圖9（a）］。該時(shí)期仍是NW—SE 向物源為主，NE 向和凹陷內(nèi)部局部隆起為次要物源。與銅缽廟組沉積期相比，該時(shí)期凹陷處于斷陷期，斷裂活動(dòng)性強(qiáng)，凹陷進(jìn)一步擴(kuò)張，在拉張應(yīng)力場作用下NE 向伸展斷層繼承性發(fā)育，同沉積作用明顯。

圖9 塔南凹陷南屯組古地貌特征及沉積體系Fig.9 Paleogeomorphologic characteristics and sedimentary system distribution of Nantun Formation in Tanan Depression

南屯組沉積期，洼槽水體逐漸加深。隨著不斷匯水（水進(jìn)過程），沉積穩(wěn)定，發(fā)育了南屯組主力烴源巖。南一段沉積期，主要發(fā)育近岸水下扇—扇三角洲—湖底扇—濱淺湖沉積，且近岸水下扇受古隆起和陡坡區(qū)控制。凹陷在受到NE 向拉張時(shí)，斷層在原斷層面處再次滑脫或在附近發(fā)育新斷層，形成的斷階使陡坡區(qū)發(fā)育的近岸水下扇滑塌至凹陷中心形成湖底扇［圖9（b）、圖7］。南二段沉積期，水體進(jìn)一步加深，古隆起潛沒。物源全部來自凹陷外部，沉積主要為湖相沉積和遠(yuǎn)源河流三角洲，方向?yàn)镹W—SE 向［圖9（c）］，該時(shí)期的沉積對(duì)南一段和銅缽廟組的油氣保存具有重要意義。

4 塔南凹陷古地貌對(duì)油氣分布的控制作用

目前的勘探成果表明，塔南凹陷東、西次凹都是油氣的富集區(qū)，且油氣成藏特征具有明顯差異。東部次凹以南屯組巖性油藏為主，西部次凹以銅缽廟組構(gòu)造油藏為主，這種差異源于東、西部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)古地貌的差異改造。塔南凹陷共發(fā)育4 個(gè)生烴洼槽［參見圖9（a）］中沉降中心位置，其中東部沉降中心和南部沉降中心的洼槽較深，烴源巖發(fā)育厚度大，生烴條件好，但東部次凹油氣聚集較少，表明油氣沒有形成大規(guī)?！熬徒刹亍?。銅缽廟組、南屯組沉積期古地貌在一定程度上控制了油藏的富集和保存。塔南凹陷古地貌對(duì)油氣分布控制作用歸納為“古隆-坡控儲(chǔ)、古坳陷控源、古斷-坡控藏”。

（1）古隆-坡控儲(chǔ)。古隆起和古斜坡都是有利儲(chǔ)層發(fā)育的區(qū)域。古隆起控制儲(chǔ)層的次生孔隙改造，而古斜坡控制的儲(chǔ)層主要是原生的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體。古隆起作為母巖，表層受大氣、雨水淋濾而形成次生孔隙，儲(chǔ)層條件較好，形成潛山型油藏（塔19-67）。古斜坡優(yōu)質(zhì)砂體富集區(qū)，如銅缽廟組沉積時(shí)期古斜坡控制扇體沉積（參見圖8）。

（2）古坳陷控源。南屯組沉積期，構(gòu)造演化處于強(qiáng)斷陷期，發(fā)育4 個(gè)沉降中心，與烴源巖厚度分布能很好匹配，凹陷擴(kuò)張發(fā)育的4 個(gè)洼槽控制了生烴中心。

（3）古斷-坡控藏。油氣主要成藏期為伊二、三段沉積末期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，銅缽廟組和南屯組沉積期發(fā)育NE 向斷層再次活動(dòng)，作為油氣的主要運(yùn)移通道。西部次凹在銅缽廟組沉積期以斜坡沉積為主，南屯組沉積期受調(diào)節(jié)斷層作用，形成了多個(gè)深洼，“先坡后洼”的地貌演化過程控制了油氣“旁生側(cè)儲(chǔ)”，形成了“源-儲(chǔ)對(duì)接”的反向斷階構(gòu)造油藏（塔19-X70、19-17）。東部次凹古地貌特征繼承性發(fā)育，控凹斷裂斷距大，形成陡而深的洼槽，斷層下盤處古隆起區(qū)作為局部物源形成的近岸水下扇和湖底扇進(jìn)入凹陷底部，具有“先砂后泥”的沉積特征，缺少有利運(yùn)移通道，油氣主要通過源-儲(chǔ)接觸面運(yùn)移，富集在南屯組暗色泥巖中的濁積砂體，油藏規(guī)模相對(duì)較?。ㄋ?9-78、19-83、塔19-7-2）（參見圖8）。

古地貌演化特征和“古斷-坡”組合對(duì)源、儲(chǔ)空間配置及油氣運(yùn)、聚起決定性作用。塔南凹陷的西部油源條件好、油源斷裂發(fā)育，其古地貌具有“凹中隆”特征，油氣成藏條件好，發(fā)育多套油層，深部具有較大勘探潛力。

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)塔南凹陷原型古地貌構(gòu)建，恢復(fù)了銅缽廟組和南屯組沉積前古地貌發(fā)育特征。銅缽廟組沉積期，具有“泛洼槽多物源”的特征，物源主要來自NW—SE 向扇三角洲和WS 向凹陷古隆起。南屯組沉積期在全區(qū)發(fā)育4 個(gè)規(guī)模較大的沉降中心，并從西次凹逐漸向凹陷中心遷移。

（2）銅缽廟組沉積期主要發(fā)育沖積扇、扇三角洲和濱淺湖沉積，凹陷內(nèi)部古隆起控制了沖積扇的形成與分布。南屯組主要發(fā)育三角洲、扇三角洲、近岸水下扇、湖底扇和湖相沉積，古隆起、古坳陷分別控制了近岸水下扇的形成與烴源巖展布。

（3）塔南凹陷古地貌對(duì)油氣分布的控制作用表現(xiàn)為“古隆-坡控儲(chǔ)、古坳陷控源、古斷-坡控藏”。西部為“源-儲(chǔ)對(duì)接”、“古斷-坡”組合控運(yùn)聚的構(gòu)造油藏，東部為陡坡控制下以近岸水下扇和湖底扇為儲(chǔ)集體的巖性油藏，古地貌演化特征和“古斷-坡”組合對(duì)源、儲(chǔ)空間配置及油氣運(yùn)、聚起決定性作用。