1.   地质概况

松辽盆地是一个中-新生代陆相含油气盆地，盆地呈NE向展布，垂向上为断陷与坳陷叠置的叠合型盆地(胡望水等，2005；云金表等，2008).松辽盆地北部构造演化经历了断陷、坳陷和反转3个阶段(李君等，2008；冯志强等，2012)，形成了3大构造层(图 1b)，自下而上分别为由下白垩统火石岭组(K₁h)和下白垩统沙河子组(K₁sh)、营城组(K₁yc)构成的断陷构造层、由下白垩统登娄库组(K₁d)、泉头组(K₁q)和上白垩统青山口组(K₂qn)、姚家组(K₂y)、嫩江组(K₂n)构成的坳陷构造层以及由上白垩统四方台组(K₂s)、明水组(K₂m)及新生界地层构成的反转构造层(殷进垠等，2002；付晓飞等，2007).不同构造层断裂的平面展布、剖面形态及断穿层位差异较大，这种差异是断裂的多期和多性质变形的结果，即断裂演化先后经历了断陷期火石岭组-沙河子组-营城组持续伸展变形(史双双等，2012)、坳陷期青山口组-姚家组持续张扭变形(张文军等，2004)和反转期以来嫩江组末期和明水组末期及古近纪末期的连续反转变形(殷进垠等，2002；方立敏等，2003；蒙启安等，2006)，基于以上断裂3阶段和3性质变形可将松辽盆地北部发育的断裂划分为6种类型，即分别为仅断陷期活动的断裂(Ⅰ型)、仅坳陷期活动的断裂(Ⅱ型)、仅反转期活动的断裂(Ⅲ型)、断陷-坳陷期持续活动的断裂(Ⅰ-Ⅱ型)、坳陷-反转期持续活动的断裂(Ⅱ-Ⅲ型)和断陷-坳陷-反转期持续活动的断裂(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型).

图  1  松辽盆地北部工区位置及T₂反射层断裂密集带平面、剖面特征

a.T₂反射层断裂和断裂密集带分布；b.构造层划分及T₂反射层断裂剖面特征(剖面位置见图 1a)

Fig.  1.  Work area position, plane and profile of T₂ reflector fault dense zones in Northern Songliao basin

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T₂反射层为坳陷构造层青山口组与泉头组分界，T₂反射层断层主要形成于青山口组时期，与其他层位相比断裂密度大且规模小(图 1a)(胡望水，1995；刘德来等，1996)，剖面上由“V字型”断裂或“嵌套V字型”断裂构成小型地堑或地堑系统(图 1b)，而构成这些小型地堑(地堑系统)的断裂在平面上呈条带状分布，我们称之为“断裂密集带”(图 1a).松辽盆地北部T₂反射层断层与扶杨油层油气运聚成藏关系密切，但其高密度、规模小的特征又使人们很难从断裂的变形特征和演化规律方面研究其对油气运聚的影响，因此，本文在三维地震资料拼接连片解释基础上，以断裂演化序列为主线，以构造解析思想为指导，从“断裂密集带”着手深入剖析T₂断裂的变形机制及形成演化过程，进而揭示其成因机制，这对深入认识扶杨油层油气运聚成藏规律具有重要的指导意义.受三维地震资料解释范围限制，研究区位于松辽盆地北部的中北区(图 1a)，面积4951.7km²，构造上自西向东包括中浅层的龙虎泡大安阶地、齐家古龙凹陷、大庆长垣、三肇凹陷和明水阶地等构造单元的北部地区.

2.   T₂反射层断裂及断裂密集带发育特征

断裂的发育特征主要指断裂的几何学特征，明确断裂和断裂密集带的几何学特征是认识断裂密集带形成机制的基础.

断裂产状：断裂在平面上有两个优势的走向方位，即NW-NNW走向和近SN走向(图 2).NW-NNW走向断层自西向东在龙虎泡大安阶地、齐家古龙凹陷、大庆长垣、三肇凹陷和明水阶地均有不同程度的分布，其中以大庆长垣分布最为广泛；近SN走向断层主要分布在大庆长垣以外的其他地区；NE走向和近EW走向断层在全区零星分布(图 1a).剖面上断裂形态为平直状，断层倾角较陡，一般45°~70°之间，其中倾角在55°~60°之间的断层最多，其次是50°~55°的断裂，其余倾角的断裂相对少些.

图  2  松辽盆地北部T₂反射层断裂和断裂密集带几何学特征

Fig.  2.  Geometric features of T₂ reflector fault and fault dense zones in northern Songliao basin

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断裂规模：断裂规模主要体现在断裂垂直断距和延伸长度分布上.统计发现，断裂规模相对较小，断距一般集中在0~30m，延伸长度一般集中在0~2km.

剖面组合模式和穿层性：断裂在剖面上围绕T₂界面呈现“V字型”(或“嵌套V字型”)组合模式(图 1b)，大部分与下部断陷层断裂不直接相连呈“似花状”组合，少部分是与下部断陷层断裂是硬连接构成“负花状”组合.基于这种断裂组合模式，断裂的穿层特征比较复杂，“V字型”内部断裂一般仅断穿T₂反射层，少部分断穿T₂-T₁₁(姚一段顶界)反射层，属于Ⅱ型断裂；“V字型”边部断裂既有断穿T₂-T₄(营城组顶界)反射层的，属于Ⅰ-Ⅱ型长期活动断裂，又有断穿T₂-T₆(嫩二段顶界)反射层的，属于Ⅱ-Ⅲ型长期活动断裂，极个别地区发育断穿T₄-T₂-T₆反射层的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型长期活动断裂.

平面分布规律：平面上断裂的发育程度在不同地区略有差异，大庆长垣断裂密度最大，约为1.05条/km²，其次是三肇凹陷和明水阶地，断裂密度分别约为0.74条/km²和0.61条/km²，再次是龙虎泡大安阶地和齐家古龙凹陷，断裂密度分别约为0.56条/km²和0.45条/km².相比而言，断裂密集带走向方位在不同地区都差异较大，在T₂发育的近SN向、NW-NNW向、NE向和近EW向密集带中(图 1a)，NW-NNW向密集带最为发育，共65条，主要集中分布在大庆长垣和齐家古龙凹陷的东部地区，其次是近SN向的密集带，共37条，主要集中分布在三肇凹陷、明水阶地和龙虎泡大安阶地，而NE向和近EW向密集带分别为10条和6条，在各地区均零星分布(图 2).

3.   T₂反射层断裂密集带成因机制及演化规律

松辽盆地北部成盆以来先后经历了断陷、坳陷和反转3个演化阶段，T₂断裂密集带的形成是在断陷格局作为先存构造基础上，在坳陷阶段发生张扭变形而形成，之后在盆地的晚期反转变形阶段又经历了后期的改造而定型.因此，厘定盆地不同演化阶段的断裂的变形特征及形成演化机制才能揭示T₂断裂密集带的成因机制及演化.

3.1   断裂密集带的形成背景

火石岭组-沙河子组-营城组时期为盆地的裂陷演化阶段(史双双等，2012)，盆地结构为一系列箕状半地堑(图 3和图 1b)，半地堑展布方向主要为NE走向，如大庆长垣和龙虎泡大安阶段对应的深部断陷.而三肇凹陷对应的徐家围子断陷主要为NW-NNW走向.从断陷构造走向与区域深大断裂叠合关系可知，深大断裂作为盆地断陷充填的先存构造，对盆地的格局具有明显的控制作用.NNE向大庆长垣明显受控于NNE向的克山-大安深大断裂，而NNW向徐家围子断陷主要受NNW向的滨州深大断裂，而且受NNW向滨州深大断裂与NE向海伦-任民深大断裂交叉影响，徐家围子断陷的控陷断层也表现为NNW-NE走向的变化规律(图 3).从发育的断裂类型来看，大部分为Ⅲ型断裂，其次为Ⅱ型断裂，极个别发育Ⅰ型断裂，表明断陷期活动的断裂与T₂反射层硬连接的断裂不是很发育.

图  3  松辽盆地北部T₄反射层(营城组顶界)断裂类型与断陷结构、深大断裂分布叠合

Fig.  3.  Fault types, fault depression structure and huge fault distribution in T₄ (top of Yingcheng group) reflector

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依据不受先存构造影响的断陷(龙虎泡大安阶地对应的深部半地堑)走向和次级基底断裂的走向均为NE向，推测此时期区域引张应力场为NW-SE方向(图 2a)，该应力场主要受控于太平洋板块与欧亚大陆板块的俯冲造成深部地幔物质上拱(钟延秋和马文娟，2011)，该应力场作用下地壳浅表发生张裂、伸展形成大陆内裂陷盆地，同时受区域深大断裂影响，形成了NE向断陷、断裂与NNW向断陷、断裂共存的构造格局.这种构造格局对之后坳陷期T₂断裂密集带和反转期反转构造带的形成具有重要的影响.

3.2   断裂密集带形成时的变形特征

登娄库组沉积开始盆地进入坳陷演化阶段，该阶段一直持续到嫩江组沉积晚期(张文军等，2004).其中在青山口组-姚家组时期发生强烈断裂活动，形成高密度分布的T₂断裂(图 1a).从剖面上看，受泉一二段塑性泥岩盖层水平拆离作用影响，大部分密集带与深部断陷层断裂呈软连接特征，但断陷层断裂作为先存构造可以对密集带起到透入性的影响作用，即断陷层断裂作为薄弱带控制着断裂密集带的形成及带的组合模式.从密集带与T₄反射层不同类型断裂对应关系来看(图 3)，大庆长垣地区Ⅰ-Ⅱ型断裂较为发育，因断裂的持续性活动，其控制的密集带发育程度最高；其他地区只是零星发育Ⅰ-Ⅱ型持续活动的断裂，大多断裂为仅断陷期活动形成的断裂，因在之后的坳陷期未持续活动，其对密集带的形成影响小，故密集带的发育程度相对较低.

上述多方位密集带的形成除了受控于断陷期先存构造和泉一二段塑性泥岩盖层以外，还与特定的应力机制有直接关系.在盆地坳陷演化阶段，断陷期的地幔柱及火山作用均已经处于强烈热衰减阶段，其上拱的引张应力明显减弱，此时在板块作用下远程传递的应力场作用却逐渐增强.因此，水平方向的区域应力对断裂活动及断裂密集带的形成起到主导控制作用.三肇凹陷、明水阶地和龙虎泡大安阶地发育的各走向密集带内的次级断裂走向主要为近SN走向(图 4)，在盆地晚期反转时未发生明显的构造反转变形，即对坳陷期形成的断裂密集带没有进行强烈的改造作用.由此推测坳陷期的区域应力场方向为近EW向的拉张应力场，这种应力场与断陷期不同走向先存构造配置使断裂发生张扭性质的变形.三肇凹陷、明水阶段和龙虎泡大安阶段现今发育的近SN向密集带为拉张机制下的伸展型密集带，受NE向先存构造(如三肇凹陷对应的徐家围子断陷NE向断裂)影响的密集带呈右阶斜列分布，而受NNW向先存构造(如三肇凹陷对应的徐家围子断陷NNW向断裂)影响的密集带呈左阶斜列分布(图 4)；NE向和NW向密集带为斜拉机制下的调节型密集带，其斜拉机制的主控先存构造为断陷层发育的Ⅰ型断裂；近EW向密集带为走滑机制下的调节型密集带，主要调节近SN向密集带的伸展位移差异.

图  4  松辽盆地北部T₂反射层断裂密集带形成机制模式

Fig.  4.  Genetic mechanism of T₂ reflector fault dense zones in northern Songliao basin

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大庆长垣和齐家古龙凹陷东部地区地处松辽盆地北部腹地，其内发育的大量断裂密集带理应也为近EW向拉张应力场下的张扭成因机制，即密集带也应为近SN走向为主.但这两个地区发育的断裂密集带主要为NW-NNW走向，且密集带内的次级断层走向也为NW-NNW走向，经过研究发现，该地区最大特点是在盆地晚期反转时发生了强烈的构造反转变形，从而形成大庆长垣等反转构造带(图 5)，这种构造反转变形是在左旋压扭机制下发生的(后续详细分析)，从而对坳陷期形成的断裂密集带进行了逆时针旋转改造而定型.因此，大庆长垣和齐家古龙凹陷现今发育的NW-NNW向密集带为坳陷期拉张形成的近SN向伸展型密集带，受NE向先存构造影响的密集带呈右阶斜列分布(图 4)，在反转期被逆时针旋转改造而定型；现今近SN向和近EW向密集带分别为坳陷期斜拉形成的NE向和NW向调节型密集带，在反转期被逆时针旋转改造而定型；现今NE向密集带为坳陷期走滑形成的近EW向密集带，在反转期被逆时针旋转改造而定型.

图  5  松辽盆地北部T₆(嫩二段顶界)断裂类型与次级背斜带、反转构造带分布叠合

Fig.  5.  Superimposition of fault types, subprime anticlines and structural inversion belts in T₆ reflector (top of Nener member) of northern Songliao basin

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3.3   断裂密集带的改造、定型机制分析

四方台组开始，盆地进入反转变形阶段，其中明水组末期的构造反转最为强烈(张莉等，2002；陈骁等，2010；宋鹰等，2010)，最终形成了几乎接近现今的构造格局，典型特征是形成了NE和NNE走向方位为主体的诸多反转背斜带或反转构造带.这里的构造反转变形是指盆地构造起伏在极性上的变化，即盆地在坳陷期拉张作用下后期叠加挤压作用而形成的正反转构造(Harding，1984；Mitra，1993).研究区的反转区带主要有4个(图 5)：西部龙虎泡大安阶地发育两个NE走向、左阶斜列分布反转构造带，对应龙虎泡反转背斜带的北段(张功成等，1996)；中部为一个NNE走向的反转构造带，对应大庆长垣反转背斜带的北段；东部明水阶地发育一个NE走向的反转构造带，对应安达背斜带的南段.齐家古龙凹陷和三肇凹陷均未发生明显的反转变形.从反转区带的分布规律与断陷期半地堑、基底深大断裂对应关系来看(图 3和图 5)，除了三肇凹陷对应的徐家围子断陷半地堑没有发生反转外，其他发育断陷半地堑和深大断裂的地区均在盆地的浅层对应发育着反转构造带(Koopman et al., 1987；Ventisette et al., 2006)，而且反转背斜带的长轴走向与半地堑走向和深大断裂走向一致，表明在盆地晚期回返挤压变形过程中，断陷半地堑和深大断裂作为先存构造是控制反转背斜带或反转构造带形成的主导因素，齐家古龙凹陷就是缺少先存构造条件而没有发生构造反转.西部龙虎泡侧列的两个反转背斜带仅受断陷半地堑控制形成，东部安达背斜带仅受基底深大断裂控制形成，这3个反转背斜带反转程度相对较小(图 1b)，大庆长垣反转背斜带则受断陷半地堑和克山-大安深大断裂的双重控制下形成的，其反转程度最大.

控制反转构造带形成演化的另一个因素就是区域应力场下的盆地变形场特征.从盆地反转变形伴生的构造要素特征来看，新生的断裂(Ⅲ型断裂)主要为NW走向，次级背斜长轴方向主要为NE走向(图 5)，次级背斜间呈左阶斜列关系，如龙虎泡两个背斜带.由此，推测松辽盆地北部晚期构造反转变形是在左旋压扭变形场下形成演化的(图 4)，这种变形场源自NNW-SSE方向的区域挤压应力场(张莉等，2002).影响龙虎泡背斜带和安达背斜带形成的先存构造分别为NE走向的断陷半地堑和NE走向的海伦-任民深大断裂，故其在NNW-SSE向挤压应力作用下而发生构造反转；大庆长垣对应的断陷半地堑和克山-大安深大断裂均为NNE走向，在NNW-SSE向挤压应力作用下发生左旋压扭变形，从而形成了NE走向的次级背斜带并沿着断陷半地堑和克山-大安断裂呈左阶斜列分布模式(图 5).随着左旋压扭变形的增强，最终连接成与断陷半地堑和基底深大断裂走向一致的NNE走向的大庆长垣(图 6).而现今给留下的痕迹便是大庆长垣深入西部齐家古龙凹陷的鼻状构造带，如研究区长垣西侧发育的萨尔图西鼻状构造带和杏树岗西鼻状构造带.在研究区南部的大庆长垣内还发育高台子西鼻状构造带和葡萄花西鼻状构造带.三肇凹陷对应深部的徐家围子断陷，其半地堑展布方位为NW-NNW走向，与挤压应力场方向一致，因此徐家围子断陷在盆地晚期挤压反转演化过程中没有发生明显的反转变形.

图  6  先存构造走滑递进位移引起的浅部地层变形过程(Harding and Lowell, 1979)

Fig.  6.  Pre-structure Strike-slip progression displacement caused by formation of low layer

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综上所述，区域挤压应力场方向与先存的断陷主干边界断裂高角度作用是控制反转构造带形成的主导因素.物理模拟证实，当区域应力场高角度作用先存主干边界断裂上盘的半地堑时，沿着主干边界断裂上盘发育冲起构造(McClay，1995；Amilibia et al., 2005)，即形成反转构造.

松辽盆地北部晚期构造反转除了形成反转背斜外，活动的断裂也受反转变形影响而发生旋转变形.从反转构造带(如大庆长垣)内断裂展布来看，主要为NW-NNW走向，其中新生的Ⅲ型断裂主要受左旋压扭变形场下次级NE-SW向伸展应力分量控制形成的.Ⅱ-Ⅲ型断裂在坳陷期活动时为近SN走向，为T₂断裂密集带的边部断裂，其在盆地晚期左旋压扭变形中形成次级反转背斜的同时复活并发生逆时针旋转，与此同时在次级NE-SW向伸展应力分量作用下进一步活动形成NW-NNW走向的正断层.由于大庆长垣反转程度大，其反转变形波及的层位较深，故导致T₂断裂密集带均被改造成NW-NNW走向(图 1a和图 4).从T₂断裂密集带断裂在构造反转期主要是密集带边缘部断裂，即Ⅱ-Ⅲ型断裂强烈活动，而反转期恰为油气的成藏关键时刻(侯贵廷等，2004；张学军等，2008；陈骁等，2010；付秀丽等，2010；于丹等，2010).因此，Ⅱ-Ⅲ型断裂是中浅层油气的主要油源断层.其中在反转构造带内，因地层上弯形成大背斜圈闭条件，沿NW-NNW向的Ⅱ-Ⅲ型断裂运移的油气在密集带内和带外具有油气聚集，这主要受控于背斜的圈闭条件.而未发生反转区域，断裂的活动往往在断裂下盘即断裂密集带外区域形成高断块圈闭条件，沿近SN向的Ⅱ-Ⅲ型断裂运移的油气更多聚集在断裂密集带外的断块或断背斜圈闭中.

4.   结论

(1) T₂反射层断裂走向主要为NW-NNW向和近SN走向，断面平直状且倾角陡、规模小.剖面呈“V字型”构成“负花状”或“似花状”组合，平面上构成断裂密集带.大庆长垣和齐家古龙凹陷东部主要发育NW-NNW向密集带，零星分布近SN向、近EW向和NE向密集带；三肇凹陷、明水阶地和龙虎泡大安阶地主要发育近SN向密集带，零星分布NW向、NE向和近EW向密集带.

(2) 断陷期断裂先存构造、泉一二段塑性泥岩盖层的水平拆离、坳陷期近EW向拉张应力场控制了T₂反射层全区近SN向拉张机制下的伸展型密集带的形成，受先存构造影响呈右阶或左阶斜列分布，而形成时的NE向、NW向和近EW向密集带分别为斜拉机制下的调节型密集带和走滑机制下的调节型密集带.

(3) 断陷箕状半地堑、基底深大断裂和左旋压扭变形场控制了反转期反转构造带的形成演化，导致反转构造带内的T₂断裂密集带发生逆时针旋转改造而定型，最终形成了反转构造带的大庆长垣和齐家古龙东部的现今T₂断裂密集带以NW-NWW向为主，而为反转的三肇凹陷、明水阶地和龙虎泡大安阶地的现今T₂断裂密集带以近SN向为主.

(4) 反转构造带内的T₂断裂密集带边部断裂(NW-NNW向)和未反转区带的T₂断裂密集带边部断裂(近SN向)为坳陷期活动形成、反转期持续活动的断裂，是中浅层油气运聚成藏的油源断层.