湖泊地質論文：湖泊凹陷斷裂特點及意義

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本文作者：能源1，2漆家福2張春峰3張克鑫4任紅民3鄭元財3作者單位：1中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司2中國石油大學(北京)3中國石化江蘇油田公司4中油國際海外研究中心

晚白堊世－新生代盆地演化特征

金湖凹陷發育泰州組二段底界、阜寧組二段底界、戴南組底界、三垛組底界以及鹽城組底界五個區域性不整合面，其中戴南組底界與鹽城組底界為區域性的剝蝕面，是吳堡運動與三垛運動在凹陷中的直接表現(王良書等，1991;徐旭輝等，2005)。根據這兩個構造界面可以將凹陷劃分為下、中、上三個構造層，對應著早、中、晚三期凹陷(圖2)。早期凹陷(泰州組－阜寧組沉積期)表現為整體沉降，凹陷內地層分布均勻，沉降中心位于凹陷中部，向隆起處地層減薄;凹陷內發育少量斷層，斷層活動對凹陷沉降有一定的控制作用，但沒有起到分割凹陷的作用，因此這一期的凹陷為“拗斷盆地”(漆家福和楊橋，2007)。吳堡運動使得凹陷抬升遭受剝蝕，在戴南組－三垛組沉積期，凹陷中斷裂活動強烈，部分早期斷層繼承性活動，成為控制凹陷(次凹)沉降中心分布的主邊界斷層，早期斜坡帶產生的反向次級斷層繼續活動，使得半地塹結構進一步復雜化，總體上看該時期以斷裂強烈活動為特征，表現為“斷陷盆地”特征。三垛運動使得凹陷抬升并遭受大面積剝蝕。之后沉積的鹽城－東臺組厚度分布穩定，斷層活動微弱，盆地整體表現為“坳陷盆地”特征。

晚白堊世－新生代斷裂系統

斷裂活動是金湖凹陷構造活動的主要特征，不同尺度、不同走向、不同性質的斷層交織在一起形成了復雜的斷裂系統。盆地內發育NE、NW及近EW向斷裂，邊界斷層的走向也存在差異，楊村斷層北段及南段NE走向，中段EW走向(圖1)，石港斷層總體NE走向，而銅城斷層則為近SN走向。這種差異反應了斷層在盆地的演化過程中扮演了不同的角色。根據斷層的特征可將該區斷裂劃分為伸展斷裂系統、走滑斷裂系統及變換斷裂三類。

1伸展斷裂系統

金湖凹陷大部分斷層均表現出正斷層的特征(圖2)，表明盆地中伸展運動占據了主導地位。凹陷邊界楊村斷層及凹陷內部的石港斷層自泰州組－戴南組沉積時期均表現為上陡下緩的鏟式正斷層特征，控制了其上盤斷塊持續下降，發育了一系列半地塹式的沉積坳陷(圖1)。凹陷內部則發育一系列次級正斷層，使得凹陷更加破碎。與邊界斷層比較，次級斷層傾角較陡、規模較小、對凹陷內地層的沉積控制作用較弱。斷層生長指數顯示，控制凹陷的邊界斷層自晚白堊世至第四紀經歷了泰州組－阜寧組弱伸展、戴南組－三垛組強伸展、鹽城組－東臺組弱伸展的演化過程，在戴南組沉積期斷層活動最為強烈。根據斷層切割地層及活動性分析，凹陷內斷層活動可以分為三期:持續活動斷層，如石港斷層、楊村斷層及控制次凹分布的邊界斷層等;早期活動斷層，多數形成于阜寧組二段－四段沉積期，在吳堡運動前即停止活動;晚期活動斷層，這些斷層為吳堡事件與三垛事件在凹陷內的表現，大多分布于凹陷內部，其中有些斷層消失于阜寧組內部或消失于邊界斷層之上，還有部分斷層可向下切割至凹陷基底(圖2)。次級斷層在平面上的展布受邊界斷層的控制作用明顯，根據其走向可以分為NE向、近EW向兩組。NE向斷層分布于凹陷西部及北部斜坡帶，而楊村斷層及石港斷層上盤則發育多組近EW向次級正斷層，多與主斷層面相交。銅城斷層上下盤以NE向次級斷層為主，表現為被銅城斷層所切割。

2走滑斷裂系統

雖然凹陷內部以伸展構造系統為主，但是楊村斷層及石港斷層在三垛組沉積期表現為控沉積正斷層并兼有走滑斷層特征。其特征為:在平面上次級斷層與主斷層斜交，在主斷層的尾端發散，構成帚狀構造樣式(圖3)。在剖面上(圖4)則表現為淺層次級斷層發育與主斷層相交，至深層變為一根的花狀構造特征，靠近斷層面地層拖拽現象明顯(池英柳和趙文智，2000;董月霞等，2008;夏義平等，2007)。由于楊村斷層為凹陷的邊界斷層，而石港斷層發育在凹陷內部，因此兩條斷層所表現出的走滑強度也有所區別，石港斷層的剖面結構表現出負花狀特征，斷層面向深部呈高角度插入基底，分支斷層發育，主要切割三垛組及其以上地層(圖4a);楊村斷層分支斷層較少，斷層面向深部變緩，表明其走滑作用弱于石港斷層(圖4b)。根據分支斷層切割地層厚度關系及斷層活動性分析可以判斷走滑作用主要發生在三垛組沉積期，主斷層與新生成的次級斷層共同構成了走滑斷裂系統。

3變換斷裂

銅城斷層位于楊村斷層上盤中部，走向北西，向北延伸至石港斷層末端。在剖面上銅城斷層表現出逆斷層特征(圖4c)，斷層上盤地層受到擠壓變形形成背斜，整體抬升，而下盤地層仍然保持向斷層面傾斜，局部地層受斷面拖拽作用影響向斷面翹起。平面上銅城斷層切割了北東走向的正斷層，這些特征表明銅城斷層具有逆斷層的性質。根據地層的形態及地震剖面的反射特征，可以判斷銅城斷層主要形成于三垛組沉積期。銅城斷層所具有的特殊的走向與活動性質與盆地內主體構造明顯不符，表明其應為局部應力場作用下的產物，因此本文稱其為調節局部應力的變換斷層。

金湖凹陷復雜斷裂系統演化及其成因

1金湖凹陷斷裂系統演化特征

綜合金湖凹陷各時期沉積地層厚度及斷裂系統的活動性特征對凹陷古構造進行恢復(圖5)，研究表明金湖凹陷斷裂系統的演化分為四個主要階段:(1)泰州組二段－阜寧組一段沉積期(圖5a):該時期凹陷內構造活動微弱，楊村、石港斷層受基底斷層(劉玉瑞等，2004)的影響開始活動。斷裂活動對于凹陷沉積地層影響較弱，凹陷內發育多個沉積中心，表現為整體沉降特征。部分早期斷層開始形成，且走向與邊界斷層一致，均以NE走向為主，大多分布于主斷層控制的半地塹上盤。(2)阜寧組二段－四段沉積期(圖5b):該時期凹陷內斷裂活動繼承性發展，主要沉積中心分布在楊村斷層和石港斷層上盤。表明這一時期斷層的活動開始影響凹陷結構，尤其是凹陷內部石港斷層的活動在其上盤形成三河次凹的雛形。(3)戴南組沉積期(圖5c):這一時期凹陷伸展作用加強，凹陷內部斷層強烈活動，發育大量NE向次級斷層。楊村斷裂和石港斷裂控制了上盤半地塹的構造變形和地層沉積。戴南組沉積末期，雖然在石港斷層和楊村斷層之間出現銅城斷層的雛形，但是對汊澗－龍崗次凹起控制作用的仍是楊村斷層。(4)三垛組沉積期(圖5d):這一時期凹陷內斷裂系統的活動性質發生重要變化，受區域應力場及基底斷層的影響楊村、石港斷層均表現出走滑性質。在斷層上盤發育大量近EW走向與主斷層斜交的次級斷層。銅城斷層在南北兩條走滑斷層的共同影響下成為調節局部應力的變換斷層，表現出逆斷層的性質。這一時期的構造活動奠定了凹陷現今的面貌。之后的鹽城組－東臺組沉積期繼承了三垛期所形成的構造格局，斷層活動性也逐漸減弱。上述分析表明金湖凹陷斷層活動性質具有兩期疊加性:早期(泰州組－戴南組沉積期)凹陷以伸展作用為主形成正斷層系，在戴南組沉積期活動最強烈;晚期(三垛組沉積期－鹽城期)凹陷斷層表現出走滑性質，楊村、石港斷層為晚期張扭斷層，而銅城斷層則為具有逆斷層性質的變換斷層。

2金湖凹陷斷裂系統成因分析

金湖凹陷所表現出的復雜的斷層活動特征與太平洋板塊的俯沖作用和郯廬斷裂活動相關(馬力等，1990;楊占寶，2006;王巍等，1999;彭文緒等，2010)。早期太平洋板塊的俯沖作用引起了金湖凹陷NW-SE向伸展、形成了盆地內NE向正斷層;晚期郯廬斷裂帶的右旋走滑作用引起金湖凹陷近SN向伸展。由于區域應力場方向的轉變，盆地內早期正斷層發生斜向伸展，表現出張扭的性質。受斷層在凹陷中的位置、級別影響，斷層的張扭程度存在差異，凹陷內斷層的走滑性質明顯強于邊界斷層。受石港斷層與楊村斷層晚期的右旋走滑作用的影響，在兩條斷層疊置區域形成轉換帶，轉換帶受到兩條斷層的擠壓作用形成了具有壓扭性質的轉換斷層———銅城斷層。雖然銅城斷層也表現出走滑的性質，但是走滑作用的成因與楊村、石港斷層不同，可以理解為區域應力場的變化引起石港、楊村斷層發生斜向伸展，產生走滑分量;兩條右旋走滑斷層相互作用又引起了銅城斷層局部的逆沖走滑。前者的形成是對區域應力場變化的差異響應，而后者則是對局部應力場的調節(圖5)。

與油氣聚集關系

多年勘探表明，蘇北盆地的油氣地質條件呈現為“小、碎、貧、散”四個特點(錢基，2001;錢基和韓征，2001)。即:油氣藏(田)規模小、構造破碎、油氣資源豐度低、油氣藏分布分散。這些特點均與蘇北盆地的構造演化特征直接相關。金湖凹陷已發現近百個油氣藏，累計探明儲量在50×106t(陳憲和等，2000)。斷裂活動對油氣聚集具有重要的影響(邱旭明等，2007;邱旭明，2004)，具體表現在以下幾個方面:(1)斷裂活動對烴源巖的影響:金湖凹陷烴源巖主要發育在阜寧組二段及阜寧組四段，斷層對烴源巖分布具有明顯的控制作用。凹陷沉降早期(泰州組－阜寧組沉積期)，凹陷表現為“拗斷”型盆地，整體沉降。由于地貌反差小，碎屑物質供應不足，在凹陷內部最容易形成欠補償的環境，有利于烴源巖的發育。后期(戴南組沉積期)凹陷強烈伸展，主斷層控制的上盤斷塊快速沉降同樣可以為烴源巖的發育提供有利條件。因此金湖凹陷烴源巖主要分布于石港、楊村斷層的上盤(圖6)。斷裂活動不但影響了烴源巖的發育，而且影響了烴源巖的成熟(魯東升和薛建華，1999)。戴南組沉積期強烈的斷裂活動使得楊村、石港斷層上盤強烈沉降，地層埋深加大，形成深凹帶，促進了阜寧組烴源巖的成熟。(2)斷裂活動對圈閉的控制:金湖凹陷油氣圈閉的主要類型為斷鼻和斷塊，斷層是形成該類圈閉的主控因素。兩期構造運動的疊加與早期基底斷裂的影響使得金湖凹陷發育豐富的構造樣式。早期“拗斷”盆地沉積期，凹陷內構造樣式以壘－塹式為主，在斷層的控制下塊體間差異升降，可以形成受基底斷裂控制的基巖斷塊和“潛山”內幕圈閉。戴南組沉積期凹陷內主斷層強烈活動，地層翹傾，自深凹帶向斜坡處發育大量反向斷層可以形成局部高部位有利于油氣的聚集(圖6)。三垛組沉積期受主斷層走滑作用的影響在主斷層附近可形成一系列走滑及變換構造相關的斷塊圈閉(邱旭明等，2007;邱旭明，2004;劉世麗等，2006)，為油氣的聚集提供良好場所。(3)斷裂活動與油氣運移聚集關系:三垛組沉積時期是金湖凹陷烴源巖大量生烴、排烴的時期(劉世麗等，2006)，該時期凹陷的基本構造面貌已經形成。受斷層影響，油氣的運移方向有兩種:①沿著翹傾的地層發生側向運移，生成的油氣自深凹帶向斜坡處運移(劉世麗等，2006;劉軍等，2005);②由于楊村、石港、銅城斷層鄰近油源且均切割至深部地層，油氣沿主斷層發生垂向運移在淺部儲層內聚集。在油氣運移過程中，凹陷內伸展正斷層及走滑斷層所形成的相關圈閉均可以成為油氣聚集的有利場所。因此金湖凹陷的主要油氣田大多圍繞著主斷層及其所控制的深凹帶分布(圖6)。但是由于斷層發育使得斷塊進一步破碎，往往使油氣相對分散，使得油氣藏碎而貧，總體上以小型油氣藏為主(錢基，2001)。(4)含油氣組合:根據烴源巖－儲集層配置關系及油氣運聚方式，一般將其劃分為2個含油氣系統(圖6)。即以阜寧組四段為源巖，三垛組、戴南組為主要儲集層系的上含油氣系統;和以阜寧組二段烴源巖為源巖，以阜寧組二段及泰州組一段為主要儲集層系的下含油氣系統。兩個含油氣系統的分布受斷裂控制作用明顯。下含油氣系統一般受早期形成的伸展斷裂控制，而上含油氣系統則受晚期形成的伸展與走滑斷裂的共同控制。綜上所述，金湖凹陷的有利油氣聚集區帶仍然以主干斷層及其控制的深凹帶周緣為主，由于兩期構造形成了豐富的圈閉類型，因此石港斷層南部斷裂系、三河次凹的西斜坡、銅城斷裂帶北部變換構造帶均為有利的油氣聚集區，應作為下一步勘探的重點。