方正断陷西北缘边界断层(FZ1)、东南缘边界断层(FZ2)、伊汉通断层(FZ3)和FZ5断层的形成和分布, 造成断陷结构自南而北存在明显的差异, 具有分段性。这几条断层的共同作用, 导致方正断陷在不同的断陷部位具有不同的结构特征, 自南而北整体上具有南部单一式双断、中部台阶式双断、北部复合式双断的结构特征(图 4)。断陷南部为受FZ1断层和FZ2断层控制的单一式双断结构(图 4-a)。断陷中部为受FZ1断层、FZ2断层和伊汉通断层控制, 且伊汉通断层西部沉降幅度小、东部沉降幅度大的台阶式双断结构(图 4-b)。断陷北部为受FZ1断层、FZ2断层、伊汉通断层和FZ5断层控制的复合式双断结构(图 4-c)。

图3

Fig.3

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	图3 方正断陷伊汉通断层剖面特征(剖面位置见图1) a— 南部二维地震剖面A— A′; b— 三维区南段地震剖面B— B′; c— 三维区中段地震剖面C— C′; d— 三维区北段地震剖面D— D′。地震层面名称:T1— 宝泉岭组三段顶; T2— 宝泉岭组二段顶; T21— 宝泉岭组一段顶; T3— 达连河组顶; T4— 新安村十乌云组顶; T5— 白垩系顶Fig.3 Four seismic profiles showing characteristics of Yihantong fault in Fangzheng Fault-Depression

图4

Fig.4

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	图4 方正断陷不同剖面结构特征(剖面位置见图1) a— 南部为单一式双断结构, 地震剖面a— a′; b— 中部为台阶式双断结构, 地震剖面b— b′; c— 北部为复合式双断结构, 地震剖面c— c′。地震层面名称:T1— 宝泉岭组三段顶; T2— 宝泉岭组二段顶; T21— 宝泉岭组一段顶; T3— 达连河组顶; T4— 新安村十乌云顶; T5— 白垩系顶Fig.4 Structural characteristics of three segments of Fangzheng Fault-Depression

方正断陷北西西向断层切割了北东向(或北北东)断层, 造成了方正断陷南北向(走向)的分段。位于方正断陷北部凹陷和北部凸起的近北西西向的FZ6断层与位于南部凹陷、中部凸起的近北西西向FZ7断层, 切割了北东向(或北北东)西北缘边界断层(FZ1)、东南缘边界断层(FZ2)和伊汉通断层, 造成方正断陷的南北向分段, 使方正断陷呈两凹两凸的构造格局, 自南而北依次为南部凹陷、中部凸起、北部凹陷及北部凸起 (图 1), 改变了方正断陷之前的两凹一凸两斜坡构造格局的认识。在方正断陷北部, 位于北部凹陷内的北北东走向FZ4断层与北东走向的伊汉通断层、FZ1断层和FZ2断层共同作用, 将北部凹陷进一步划分为柞树岗、德善屯和大林子3个次凹。本次研究使方正断陷的构造格局更加详细具体, 为深入开展断陷构造演化和油气有利勘探目标优选奠定了坚实基础。

伊汉通断层位于方正断陷中部, 与北东走向的西北缘边界断层(FZ1)和东南缘边界断层(FZ2)共同作用, 将方正断陷分割成伊汉通断层以西和伊汉通断层以东两个带。伊汉通断层以西地区包括南部凹陷、中部凸起大部分、北部凹陷柞树岗次凹和北部凸起小部分, 该带凹陷面积小、地层埋藏浅、厚度小。伊汉通断层以东地区包括中部凸起小部分、北部凹陷德善屯次凹和大林子次凹以及北部凸起大部分, 该带凹陷面积大、地层埋藏深、厚度大。因此, 凹陷主要分布在伊汉通断层以东地区, 不仅面积大, 而且最大埋深也分布在该地区(图 2-b)。尤其是北部凹陷, 被伊汉通断层切割成东西两部分, 伊汉通断层以东地区凹陷较以西地区更深, 分布范围更大, 是主力凹陷, 改变了以前西部是主力凹陷的认识, 为油气勘探指明了方向。

通过钻井岩心观察建立岩心相, 岩心相与测井资料结合建立单井相(图 5), 利用地震反射波的波阻特征进行地震相划分, 并在地震相与单井相对应关系研究的基础上, 对方正断陷古近系各组沉积时期的相带展布进行了研究。

4.1.1 新安村+乌云组沉积时期

新安村+乌云组沉积时期, 沿两条边界断层下降盘发育了5个规模较大的扇三角洲沉积体系, 西北缘边界断层下降盘发育北西、北东方向4个扇三角洲沉积体系, 东南缘边界断层下降盘发育南东方向1个扇三角洲沉积体系, 一些小规模的近岸水下扇沿边界断层近岸排列, 局部扇三角洲前缘砂体滑塌进入深湖— 半深湖区, 形成一些远岸湖底扇, 总体构成了扇三角洲— 滨浅湖— 深湖— 半深湖沉积体系(图 6)。5个规模较大的扇三角洲沉积体系中, 通河县附近的北西向物源最大, 分布最广, 在西北缘边界断层下降盘形成3个扇三角洲叠加沉积, 控制了中部凸起和柞树岗次凹南部斜坡砂体分布。在祥顺乡附近北东向物源形成的裙带状扇三角洲, 控制了柞树岗— 大林子次凹北部斜坡砂体分布。东南缘边界断层的南东向物源形成的扇三角洲, 控制了德善屯次凹北部及大林子次凹南部砂体分布。两条边界断层之间以滨浅湖和半深湖— 深湖沉积为主, 湖相沉积范围较大, 其中滨浅湖沉积沿扇三角洲前缘外侧环形分布, 向断陷中心变为半深湖— 深湖区, 是方正断陷最主要的烃源岩形成区。平面上看, 沉积相带主要受东、西边界断层控制, 断陷特征明显。

图5

Fig.5

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	图5 方正断陷方4井综合柱状图Fig.5 Comprehensive column of Well Fang 4 in Fangzheng Fault-Depression

图6

Fig.6

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	图6 方正断陷新安村+乌云组沉积相展布Fig.6 Sedimentary facies distribution of the Xin′ancun+Wuyun Formation in Fangzheng Fault-Depression

4.1.2 达连河期

达连河期, 方正断陷继承了新安村+乌云组沉积时期的扇三角洲— 滨浅湖— 深湖— 半深湖沉积体系特点, 由北西、北东及南东方向物源形成的扇三角洲向湖盆方向进一步推进, 扇体规模扩大。两条边界断层的中间仍以滨浅湖和半深湖— 深湖沉积为主, 但湖相沉积范围比新安村+乌云组沉积时期变小。达连河组沉积末期, 方正断陷整体抬升, 柞树岗— 大林子地区受剥蚀影响, 原有沉积环境及沉积相带遭破坏。

4.1.3 宝泉岭期

宝泉岭组一段沉积时期, 沉积中心在大林子次凹的东北部, 物源主要来自北东和南东2个方向, 发育扇三角洲— 湖相沉积体系。北东向祥顺乡物源形成了中小规模扇三角洲, 控制了大林子次凹北部斜坡的砂体分布。南东向物源形成的扇三角洲, 控制了大林子次凹东南部斜坡的砂体分布。另外, 根据地震资料推测东边界断层北侧下降盘的深湖— 半深湖地区存在一些近岸水下扇沉积, 可形成大林子次凹东部砂体发育区。

宝泉岭组二段沉积时期为方正断陷最大湖泛期, 全区整体沉降接受沉积, 滨浅湖— 半深湖— 深湖区面积扩大, 扇三角洲数量减少, 北西向物源中部凸起和柞树岗次凹南部形成两个扇三角洲, 扇体面积明显小于新安村+乌云组和达连河组沉积时期, 北东及南东方向物源形成的扇三角洲面积也相应减小。早期以欠补偿沉积为主, 全区主要发育湖相暗色泥岩; 晚期湖盆面积有所回缩, 物源供给能力增强, 粗碎屑沉积增多, 扇体面积相应增大。

宝泉岭组三段沉积时期研究区整体回返抬升, 水体变浅, 物源以北东— 南西方向为主, 发育扇三角洲— 滨浅湖沉积。

图7

Fig.7

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	图7 方正断陷过伊汉通断层构造发育史Fig.7 Tectonic history of Yihantong fault in Fangzheng Fault-Depression

对方正断陷沉积起到重要控制作用的断层主要是西北缘边界断层(FZ1)、东南缘边界断层(FZ2)和伊汉通断层(FZ3), 伊汉通断层在不同时期、不同地段的活动强度不同(图 7), 造成不同时期、不同地段沉积相带具有差异(图 8)。新三维地震资料解释中, 两条边界断层的特征及其对沉积的控制作用没有十分明显的变化, 但伊汉通断层的特征及其对沉积的控制作用变化十分明显, 因此, 文中简述两条边界断层对沉积的控制作用, 重点论述伊汉通断层对沉积的控制作用。

4.2.1 边界断层对沉积的控制作用

西北缘边界断层(FZ1)是控制方正断陷形成和演化的主控断层, 具有长期活动的特点, 活动强度由南向北具有“ 强— 弱— 强— 弱” 的变化规律。新安村+乌云组沉积时期, FZ1断层强烈活动, 在该断层北部分布一系列的扇三角洲, 扇三角洲之间为滨浅湖、深湖— 半深湖, 靠近断层边界为扇三角洲平原亚相, 远离边界断层逐渐演变为扇三角洲前缘亚相、滨浅湖亚相、深湖— 半深湖亚相,

图8

Fig.8

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	图8 方正断陷方8— 方10— 方12井沉积相剖面Fig.8 Sedimentary facies section across Wells of Fang 8-Fang 10-Fang 12 in Fangzheng Fault-Depression

在深湖— 半深湖中还发育有湖底扇沉积; 在该断层的南部以深湖— 半深湖亚相为主, 还发育有近岸水下扇沉积。达连河期基本继承了新安村+乌云组沉积时期的沉积特征, 但由于FZ1断层活动强度相对减弱, 水体变浅, 因此扇三角洲沉积更发育。宝泉岭期, FZ1断层又开始强烈活动, 虽然大的沉积展布特征与新安村+乌云组及达连河组沉积时期差别不大, 但是在宝泉岭组沉积早期, 由于该断层强烈活动, 因此沉积了一套以深湖— 半深湖亚相为主的地层; 宝泉岭组沉积晚期, 由于该断层活动减弱, 因此沉积了一套以扇三角洲相为主的地层。FZ1断层控制了整个断陷西部的沉积-构造演化。

东南缘边界断层(FZ2)的活动及其对沉积的控制作用与西北缘边界断层(FZ1)相似, 不同之处是东南缘的物源较西北缘少、水体更深、湖相地层更发育。新安村+乌云组沉积时期, 沿FZ2断层以深湖— 半深湖沉积为主, 还发育有扇三角洲和近岸水下扇沉积, 远离该断层发育有湖底扇沉积。达连河期和宝泉岭期基本继承了新安村+乌云组沉积时期的沉积特征, 但总体上东南缘的水体较西北缘深、沉积物粒度较细。

4.2.2 伊汉通断层对沉积的控制作用

伊汉通断层是方正断陷内部对断陷沉积-构造演化具有重要控制作用的一条断层, 该断层在德善屯地区活动最强, 对方正断陷古近系新安村+乌云组、达连河组和宝泉岭组的沉积均有控制作用, 尤其对宝泉岭组沉积控制明显, 断层上盘地层厚度是下盘的一倍以上, 断层生长指数达到2以上(图 7)。

新安村+乌云组沉积时期, 伊汉通断层对沉积的控制作用很弱。地震剖面显示伊汉通断层两侧新安村+乌云组厚度大体相当(图 4-b蓝色线和酱色线之间的地层)。钻探证实伊汉通断层以西地区的方1井和方16井钻遇新安村+乌云组厚度分别为748 m和610 m。方1井新安村+乌云组的岩性为灰色、杂色砂砾岩, 深灰色、灰色泥岩和灰色粉砂质泥岩, 局部夹煤层, 主要为扇三角洲平原和前缘沉积; 方16井新安村+乌云组为灰色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩, 夹灰色砂砾岩和煤线, 为扇三角洲前缘和滨浅湖沉积。伊汉通断层以东地区的方10井钻遇的新安村+乌云组厚度为736 m, 方8井由于没有钻穿宝泉岭组, 无法得知新安村+乌云组的实际厚度值; 方10井新安村+乌云组的岩性为深灰色、黑灰色、灰黑色泥岩和深灰色粉砂质泥岩, 夹灰色砂质砾岩, 为半深湖— 深湖和湖底扇沉积。地震和钻井资料研究表明新安村+乌云组沉积时期, 伊汉通断层两侧的沉积厚度接近, 岩性特征和沉积相带体现了由湖岸到深湖的正常的连续渐变, 表明这一时期伊汉通断层几乎没有对沉积起控制作用或起微弱的控制作用。

达连河期, 伊汉通断层对沉积的控制作用也很弱。地震剖面显示伊汉通断层两侧达连河组厚度大体相当(图 4-b棕色线和粉色线之间的地层)。伊汉通断层以西地区的方1井和方16井达连河组厚度为300~500 m; 岩性为灰色泥岩和粉砂质、泥质砂砾岩, 沉积相带为扇三角洲前缘亚相。伊汉通断层以东地区的方8井无法得知达连河组实际厚度值。地震资料研究表明达连河期, 伊汉通断层两侧的沉积厚度接近, 表明这一时期伊汉通断层几乎没有对沉积起控制作用或起微弱的控制作用。

宝泉岭期, 伊汉通断层对沉积的控制作用十分明显。地震剖面显示伊汉通断层两侧宝泉岭组厚度差别巨大(图 4-b粉色线和橘黄色线之间的地层)。钻探证实伊汉通断层以西地区的方1井和方16井钻遇的宝泉岭组厚度分别为565, m和1021 m; 方1井宝泉岭组下部为灰色、深灰色泥岩与灰色粉砂质泥岩及泥质粉砂岩互层, 为扇三角洲前缘沉积, 上部为厚层杂色砂砾岩夹灰色泥岩, 为扇三角洲平原沉积; 方16井宝泉岭组下部为灰绿色粉砂质泥岩和灰色泥质粉砂岩互层, 局部夹灰色粉砂岩, 为扇三角洲前缘和滨浅湖沉积, 上部主要为深灰色、灰色泥岩和灰色、杂色砂砾岩, 为扇三角洲平原沉积。伊汉通断层以东地区方8井和方10井钻遇的宝泉岭组厚度分别为3751 m(未钻穿)和2535 m; 方8井宝泉岭组下部主要为黑灰色和深灰色泥岩, 灰色粗砂岩、砂砾岩、粉砂岩和砂岩, 局部可见粉砂岩、砂岩和泥岩的薄互层, 为半深湖— 深湖及水下扇沉积; 上部为厚层的杂色、灰色砂砾岩, 灰绿色泥岩, 夹灰色粉砂岩, 以扇三角洲前缘沉积为主, 扇三角洲平原沉积为辅; 方10井宝泉岭组下部为深灰色、黑灰色泥岩、灰色泥岩, 夹灰色泥质粉砂岩, 为半深湖— 深湖、水下扇沉积; 中上部以绿灰色泥岩为主, 夹灰色砂砾岩、泥质粉砂岩和细砂岩, 顶部见厚层灰色、杂色砂砾岩, 以扇三角洲前缘沉积为主, 扇三角洲平原沉积为辅。地震和钻井资料研究表明宝泉岭期, 伊汉通断层两侧的沉积厚度差别很大, 断层两侧的岩性特征和沉积相带存在差异, 说明这一时期伊汉通断层对沉积起明显控制作用。

方正断陷新生代发育的地层为古近系古新统— 始新统新安村+乌云组、始新统达连河组、渐新统宝泉岭组、新近系中新统富锦组, 其中古近系新安村+乌云组、达连河组和宝泉岭组最为发育。古近系分布范围严格受边界断层控制, 两条大致平行的北东向边界断层以及中部的伊汉通断层控制了方正断陷新生代的沉积-构造格局及其演化。依据沉积和构造特征确定方正断陷新生代经历了古近纪古新世— 始新世断陷期和渐新世差异沉降期两个沉积-构造演化阶段(图 9), 以及始新世末和古近纪末期至新近纪初期的两期挤压反转。

4.3.1 古近纪古新世— 始新世断陷期

新安村+乌云组沉积时期, 在右旋张扭应力作用下, 方正断陷西北缘边界断层(FZ1)和东南缘边界断层(FZ2)开始强烈活动, 沉积了一套扇三角洲相、滨浅湖亚相和深湖— 半深湖亚相地层。垂向上新安村+乌云组下部为粗碎屑岩、中部为泥质岩、顶部为粗碎屑岩, 具有粗— 细— 粗的旋回特征, 反映了沉积相由扇三角洲到湖泊再到扇三角洲的演化。平面上扇三角洲主要沿着边界断层分布, 湖泊主要分布在断陷中央, 此时伊汉通断层也开始活动, 但活动较弱, 几乎没有控制沉积, 因此, 两条边界断层的强烈活动造成了方正断陷具有单一的双断型的结构特征, 这一时期近北西西向的FZ6和FZ7断层也开始活动, 初步形成方正断陷凹凸相间的沉积-构造格局。

达连河期, 方正断陷基本上继承了新安村+乌云组沉积时期的沉积-构造格局, 也沉积了一套扇三角洲相、滨浅湖亚相和深湖— 半深湖亚相地层, 但由于达连河期沉降幅度减小, 因此以滨浅湖亚相和扇三角洲相为主。垂向上达连河组下部为砂岩、砂砾岩与泥岩互层, 上部为砂岩、砂砾岩夹泥岩和煤层, 具有向上变粗的旋回特征, 反映了沉积相由滨浅湖、深湖— 半深湖到滨浅湖、扇三角洲再到扇三角洲的演化, 平面上扇三角洲相主要沿着边界断层分布, 湖泊相主要分布在断陷中央。此时伊汉通断层也在活动, 但活动较弱, 几乎没有控制沉积, 因此, 仍然是两条边界断层的强烈活动造成了方正断陷具有单一的双断型的结构特征, 另外, 近北西西向的FZ6和FZ7断层也在活动, 方正断陷在达连河期仍然是凹凸相间的沉积-构造格局。

图9

Fig.9

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	图9 方正断陷古近纪沉积-构造演化序列Fig.9 Succession of sedimento-tectonic evolution of the Paleogene in Fangzheng Fault-Depression

4.3.2 始新世末的挤压反转期

始新世末期, 方正断陷经历了一次规模较大的挤压抬升运动, 断陷北部抬升较高, 新安村+乌云组及达连河组遭受强烈剥蚀, 在柞树岗次凹以及FZ4断层以北地区达连河组剥蚀殆尽, 新安村+乌云组也遭受到一定的剥蚀, 形成了新安村+乌云组、达连河组与宝泉岭组之间的角度不整合。

4.3.3 渐新世差异沉降期

宝泉岭期, 在右旋张扭应力作用下, 方正断陷再次沉降, 接受沉积。宝一段沉积时期断陷开始进入差异沉降阶段, 两条边界断层FZ1、FZ2断层和伊汉通断层开始活动, 伊汉通断层北段活动强烈, 造成大林子次凹沉降、柞树岗次凹相对隆升。受东北高、西南低的古地貌影响, 沉积中心位于方正断陷东北部, 宝一段由断陷东北部向断陷西南超覆, 在伊汉通断层以东至方8井区超覆尖灭, 在伊汉通断层以西至柞树岗次凹北部超覆尖灭, 岩性组合为泥岩夹砂岩、粉砂岩, 主要以滨浅湖、深湖— 半深湖亚沉积为主。宝二段沉积时期, FZ1、FZ2断层强烈活动, 方正断陷整体沉降, 沉积了巨厚地层, 同时, 伊汉通断层强烈活动, 造成该断层东侧的地层厚度明显大于西侧; 该时期沉积水体较宝一段沉积时期更深, 主要以深湖— 半深湖沉积为主、滨浅湖沉积为辅, 在方正断陷沉积了一套稳定分布的厚层泥岩。宝二段沉积后期, 水体逐渐变浅, 主要以扇三角洲相— 滨浅湖亚相的砂砾岩沉积为主。宝三段沉积时期, 基本继承了宝二段沉积时期的构造格局, 但该时期FZ1、FZ2断层活动减弱, 方正断陷沉降幅度较宝二段沉积时期减小, 伊汉通断层仍然强烈活动, 造成该断层东侧的地层厚度明显大于西侧。岩性主要为砂岩、砂砾岩夹泥岩, 为一套以扇三角洲相— 滨浅湖亚相为主的地层。此外, 宝一段中部和宝二段下部发育有玄武岩, 也进一步证明宝一段和宝二段沉积时期断层活动强烈。

两条边界断层和伊汉通断层的共同控制作用, 造成宝泉岭组垂向上具有由粗到细再到粗的旋回特征, 宝一段以细碎屑沉积为主, 宝二段以泥岩沉积为主, 宝三段以粗碎屑沉积为主, 反映了沉积相由滨浅湖、深湖— 半深湖到深湖— 半深湖再到扇三角洲— 滨浅湖的演化。平面上沉积相的变化规律与新安村+乌云组和达连河组大体一致, 扇三角洲主要沿着边界断层分布, 湖泊主要分布在断陷中央, 但此时伊汉通断层活动非常强烈, 明显控制宝泉岭组沉积, 在伊汉通断层东侧下降盘也有扇三角洲分布。两条边界断层和伊汉通断层的活动造成了方正断陷中部凸起和北部凹陷具有台阶式双断的结构特征, 两条边界断层、伊汉通断层和FZ5断层的活动造成了方正断陷北部凸起具有复合式双断的结构特征。伊汉通断层活动强烈, 在伊汉通断层东侧下降盘形成德善屯次凹和大林子次凹, 形成方正断陷东西分带的沉积-构造格局, 此时近北西西向的FZ6和FZ7断层也在活动, 形成方正断陷凹凸相间的沉积-构造格局。因此, 宝泉岭期, 方正断陷东西分带、南北分段的沉积-构造格局已经形成。

4.3.4 古近纪末期至新近纪初期的挤压反转

古近纪末期至新近纪以来, 受区域挤压应力影响, 方正断陷强烈隆升, 遭受剥蚀, 形成古近系和新近系的角度不整合。这次挤压反转造成方正断陷的消亡。