王 力，胡 斌，廖文婷，陳 俊，王小陽(yáng)

(中石化江蘇油田分公司，江蘇 南京 210046)

引 言

高郵凹陷構(gòu)造上隸屬于蘇北盆地東臺(tái)坳陷，是盆地內(nèi)沉降幅度最大、油氣資源最為豐富的一個(gè)凹陷。近年來(lái)，在其南部斷階帶的方巷、許莊、竹墩、陳堡等地區(qū)陸續(xù)取得了一系列勘探新發(fā)現(xiàn)，展示出了良好的勘探前景，其中尤以古新統(tǒng)油氣最為富集。南部斷階帶屬于典型的復(fù)式油氣分布區(qū)[1-3]，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，構(gòu)造破碎、斷裂發(fā)育，給該區(qū)的圈閉識(shí)別和勘探部署帶來(lái)了不少困難。許多學(xué)者對(duì)研究區(qū)古新統(tǒng)的斷裂構(gòu)造特征與成因機(jī)制進(jìn)行了研究[4-9]，但至今尚存在爭(zhēng)議。基于高精度三維地震資料和豐富的地質(zhì)信息，對(duì)高郵凹陷南部斷階帶古新統(tǒng)斷裂構(gòu)造進(jìn)行了系統(tǒng)解析，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景分析和物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，闡明了不同級(jí)別、不同類型斷裂構(gòu)造的形成機(jī)制，為該區(qū)的油氣成藏研究和下步勘探部署提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

高郵凹陷位于東臺(tái)坳陷中部，面積約為2 670 km2。屬于典型箕狀凹陷，具有南斷北超、南陡北緩、南深北淺的特征，由南往北可進(jìn)一步劃分為南部斷階帶、中部深凹帶和北部斜坡帶3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。南部斷階帶是指真①和真②斷層、吳①和吳②斷層之間的狹長(zhǎng)地帶，分別對(duì)應(yīng)著真武斷裂帶和吳堡斷裂帶(圖1)。前者位于研究區(qū)西段，整體走向?yàn)镹EE向;后者位于研究區(qū)東段，整體走向?yàn)镹E向。

圖1 高郵凹陷南部斷階帶T33反射層(阜寧組二段底部)斷裂分布

研究區(qū)形成于晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)，之后又經(jīng)歷了吳堡、真武、三垛等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[7，10]，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)發(fā)育了復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)。自下而上發(fā)育了泰州組(K2t)、阜寧組(E1f)、戴南組(E2d)、三垛組(E2s)、鹽城組(Ny)和東臺(tái)組(Qd)等。南部斷階帶呈現(xiàn)為窄條狀，為深入闡明其形成機(jī)制，對(duì)斜坡帶的斷裂構(gòu)造也展開(kāi)了對(duì)比分析。

2 斷裂構(gòu)造特征

2.1 斷裂平面展布特征

從平面上看，研究區(qū)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，且具有走向多變、規(guī)模不一的特征(圖1)。其中，真①斷層作為研究區(qū)同時(shí)也是蘇北盆地的南部邊界斷層，具有規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)的特征，西起黃玨東至周莊，總長(zhǎng)度約為71 km。在平面上呈現(xiàn)出明顯波狀彎曲轉(zhuǎn)折特征，屬于典型的波瓦狀伸展構(gòu)造，為一級(jí)控盆斷層。吳①斷層則控制了研究區(qū)的東南部邊界，也具有延伸遠(yuǎn)、彎曲轉(zhuǎn)折的特征，屬于亞一級(jí)控凹斷層。真②斷層和吳②斷層具有與上述邊界斷層協(xié)同彎曲變化的特征，明顯受其控制，為控制斷裂帶的二級(jí)斷層。此外，研究區(qū)古新統(tǒng)還發(fā)育了大量與主干斷層平行或斜交的的三、四級(jí)斷層，不同尺度、不同級(jí)別、不同性質(zhì)的斷層交織在一起則構(gòu)成了復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)。其具有明顯的分段性，自西往東可以分為3段，不同區(qū)段的斷層走向、組合方式等差異明顯。

西段是指紀(jì)3斷層以西地區(qū)，主要受真武斷裂帶控制。該區(qū)段內(nèi)真①斷層走向雖然存在變化，但整體上呈NEE走向。受真①斷層的控制，該區(qū)段斷階帶和斜坡帶均主要發(fā)育NEE向次級(jí)斷層，其往往延伸較長(zhǎng)，并呈平行式展布。此外，許莊地區(qū)次級(jí)斷層之間還發(fā)育一些NNE向和NWW向的小斷層，其形成與主斷層走向變化引起的局部應(yīng)力條件有關(guān)。

過(guò)渡段是指紀(jì)3斷層以東至周莊地區(qū)，即真武斷裂帶與吳堡斷裂帶的過(guò)渡地帶。主邊界斷層自西往東也由真①斷層逐漸過(guò)渡為吳①斷層，其走向變化較大，整體上表現(xiàn)為弧形，因而斜坡上也主要發(fā)育弧形次級(jí)斷層;而斷階帶內(nèi)還發(fā)育大型變換斷層——NNE向紀(jì)3斷層[7]，因而其次級(jí)斷層走向多變，這也充分證實(shí)了一、二級(jí)斷層走向?qū)θ⑺募?jí)斷層具有控制作用。

東段即陳堡地區(qū)，受控于吳堡斷裂帶。該段吳①斷層整體上呈現(xiàn)為NE走向，而斷階帶和斜坡帶則主要發(fā)育近EW向羽狀斷層，其與吳①斷層、吳②斷層呈低角度斜交，表明該區(qū)段明顯具有張扭性質(zhì)。這些次級(jí)斷層與西段相比在延伸距離上明顯要小。

2.2 斷裂剖面發(fā)育特征

從圖2不難看出，真①斷層傾角在縱向上變化顯著，淺層約為50°，深層降至20°，明顯向深部滑脫。其在泰州組沉積時(shí)期已經(jīng)開(kāi)始活動(dòng)，斷距大、活動(dòng)時(shí)期長(zhǎng)，為典型的鏟式邊界正斷層。吳①斷層發(fā)育特征與之類似。真②斷層傾角較真①斷層要大，且具有深層合并、淺層分散的特征，用真②-1和真②-2加以區(qū)分。其與吳②斷層均形成于吳堡運(yùn)動(dòng)末期(古新統(tǒng)沉積末期)，是控制始新統(tǒng)戴南組、三垛組沉積的二級(jí)斷層，對(duì)古新世斷層的形成無(wú)明顯控制作用。

與平面特征相似，南部斷階帶不同區(qū)段斷裂構(gòu)造的剖面特征也具有明顯的分段性。其中，西段真①斷層下切至古生界，上切至新近系鹽城組，傾向NNW(圖2a)。該段古新統(tǒng)次級(jí)斷裂較為發(fā)育，基本都切割了泰州組和阜寧組，于泰州組沉積時(shí)期開(kāi)始活動(dòng)，阜寧組沉積時(shí)期進(jìn)入活動(dòng)繁盛期。呈同向階梯狀排列，并向下延伸交于真①斷層之上，構(gòu)成典型鏟式扇特征;上部則被古新統(tǒng)沉積末期發(fā)育的真②-2斷層所削截，始新世以來(lái)未能繼續(xù)活動(dòng)。

受走向變化影響，過(guò)渡段主邊界斷層傾向變化也較大，自西往東呈現(xiàn)為N—NNW—W—NW的變化特征。其對(duì)高郵凹陷控制作用明顯，上盤(pán)地層受其控制，向NNW或NW翹起。斷階帶內(nèi)古新統(tǒng)次級(jí)斷層相對(duì)不發(fā)育，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，呈現(xiàn)為“y”字形特征(圖2b)。

東段吳①斷層也表現(xiàn)出鏟式正斷層特征，傾向NW。該段古新統(tǒng)次級(jí)斷層數(shù)量較少，斷面依次北傾，呈階梯式分布，向下被吳堡運(yùn)動(dòng)末期形成的吳②斷層所切割，構(gòu)成復(fù)式“y”字形特征(圖2c)。這些次級(jí)斷層大多切割了泰州組、阜寧組、三垛組，也于泰州組沉積時(shí)期開(kāi)始活動(dòng)，阜寧組沉積時(shí)期活動(dòng)明顯增強(qiáng)，始新世以來(lái)還發(fā)生了繼承性活動(dòng)。其斷距、活動(dòng)強(qiáng)度均較西段次級(jí)斷層要小，進(jìn)一步表明了二者的形成機(jī)制存在差異。

3 斷裂形成機(jī)制

3.1 區(qū)域構(gòu)造背景

研究區(qū)隸屬于蘇北晚白堊世—新生代盆地，地處蘇魯造山帶南側(cè)的揚(yáng)子板塊北緣。中—晚三疊世華北板塊與揚(yáng)子板塊發(fā)生了陸—陸碰撞，在形成大別—蘇魯造山帶的同時(shí)致使其南側(cè)的揚(yáng)子板塊北緣成為前陸變形帶，形成了一系列平行于造山帶(走向NEE)的北傾逆沖斷層[11-12]，從而構(gòu)成了高郵凹陷內(nèi)NEE向基底斷層，真①斷層的前身即為此類斷層的典型代表。晚侏羅世，太平洋區(qū)伊澤納崎板塊以低角度高速斜向俯沖于中國(guó)東部大陸邊緣之下，致使中國(guó)東部開(kāi)始受控于太平洋板塊運(yùn)動(dòng)，形成了一系列以郯廬斷裂帶為代表、NNE向左行平移斷裂[11，13]，即構(gòu)成了高郵凹陷 NNE 向基底斷層，吳①斷層的前身即為典型代表。這2類基底斷層構(gòu)成了高郵凹陷乃至蘇北盆地的基底斷裂系統(tǒng)，并對(duì)盆地的形成和演化具有重要影響。

圖2 高郵凹陷南部斷階帶地震解釋剖面

晚白堊世初期，太平洋板塊向中國(guó)東部大陸邊緣正向俯沖，導(dǎo)致陸殼由擠壓應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹NW—SSE向拉張應(yīng)力場(chǎng)，即“黃橋轉(zhuǎn)換事件”[14]，蘇北盆地則在此拉張背景下開(kāi)始形成。始新統(tǒng)，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N向伸展[15]，盆地表現(xiàn)出強(qiáng)烈斷陷特征。新近紀(jì)以來(lái)，西太平洋板塊開(kāi)始出現(xiàn)弧后擴(kuò)張及弧后盆地，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)呈現(xiàn)為近SN向弱拉伸，斷裂活動(dòng)趨于停止，盆地也逐漸進(jìn)入拗陷階段。

3.2 物理模擬實(shí)驗(yàn)

物理模擬實(shí)驗(yàn)是研究構(gòu)造形成過(guò)程與成因機(jī)制最為直觀有效的方法之一。本次研究主要將Mcclay等人[16]所開(kāi)展的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與研究區(qū)斷裂體系特征進(jìn)行對(duì)比，探討其形成機(jī)制。實(shí)驗(yàn)是在變形裝置上進(jìn)行的，通過(guò)調(diào)節(jié)其中金屬滑動(dòng)板與拉張方向的角度，分別進(jìn)行了正交模擬和斜交模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

正交模型即伸展帶模型垂直于拉張方向，受純張應(yīng)力，其變形特征如下:地塹和地壘發(fā)育，并貫穿于整個(gè)裂谷系統(tǒng);平直斷層發(fā)育，延伸距離長(zhǎng)，走向近似，并與裂谷長(zhǎng)軸方向近于平行，所形成的斷陷總體上具有一定程度的對(duì)稱性(圖3a)。斜交60°模型即伸展帶模型與拉張方向呈60°夾角，模型受張扭性應(yīng)力作用，可分解為垂直于伸展帶的拉張應(yīng)力分量和沿伸展帶方向的剪切應(yīng)力分量，因此，其變形特征與前者差異明顯。模型中半地塹較為發(fā)育，但往往規(guī)模較小、范圍局限、不具有貫穿性;斜列式或雁列式斷裂系統(tǒng)發(fā)育，延伸距離短，斷層走向與裂谷長(zhǎng)軸方向呈一定角度，所形成的斷陷總體上不具有對(duì)稱性(圖3c)。實(shí)際情況下，斜交模型中裂谷長(zhǎng)軸與拉張方向的夾角在不同地區(qū)可能不同，但是其與正交模型的差異是始終存在的，只是程度不同。

圖3 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果[16]與南部斷階帶T33構(gòu)造圖對(duì)比

將南部斷階帶古新統(tǒng)斷裂展布特征分別與正交模型和斜交模型模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為研究區(qū)不同區(qū)段斷裂構(gòu)造的形成機(jī)制明顯不同。其中，西段與正交模型模擬結(jié)果相似:平直斷層發(fā)育，延伸距離長(zhǎng)，大多呈平行式展布，且近于平行凹陷西段長(zhǎng)軸方向(NEE向)。而東段則與斜交模型模擬結(jié)果更為近似:斜列式斷層發(fā)育，延伸距離相對(duì)要短，與主邊界斷層斜交，與裂谷長(zhǎng)軸方向(NE向)呈一定角度，具明顯走滑特征。上述分析表明，西段斷裂構(gòu)造形成于純拉張應(yīng)力作用，而東段斷裂構(gòu)造則形成于張扭性應(yīng)力作用。

3.3 斷裂形成機(jī)制

在區(qū)域構(gòu)造背景分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)斷裂構(gòu)造發(fā)育特征的系統(tǒng)分析，并結(jié)合物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，查明了南部斷階帶古新統(tǒng)不同類型斷裂的成因機(jī)制。盆地形成前往往存在早期的基底斷層，而這些基底斷層是地殼內(nèi)的薄弱帶，在盆地發(fā)育早期易于復(fù)活[17-18]，并常成為盆地的邊界斷層。前已述及，高郵凹陷存在著2種方位的基底斷層，而真①斷層就是基底斷層復(fù)活的產(chǎn)物。其主體上是沿著NEE向基底斷層復(fù)活，具體過(guò)程中又部分追蹤了NNE向基底斷層，最終復(fù)合成波狀彎曲的大型邊界正斷層，總體走向NEE。

晚白堊世—古新世區(qū)域拉伸方向?yàn)镹NW—SSE，與西段邊界斷層——真①斷層走向(代表基底斷層復(fù)活優(yōu)勢(shì)方位)近乎垂直，因而處于正向拉伸狀態(tài)。眾所周知，在純拉伸應(yīng)力場(chǎng)作用下，新形成的正斷層基本上垂直于區(qū)域拉伸方向，因而該段新生了大量NEE向正斷層，呈平行式展布，且規(guī)模與數(shù)量均較大。

東段邊界斷層——吳①斷層也是由基底斷層復(fù)活而成，并呈現(xiàn)為波狀彎曲特征，總體走向?yàn)镹E向。由于吳①斷層走向與區(qū)域拉伸方向斜交，因而處于斜向拉伸狀態(tài)[18]。主伸展應(yīng)力可分解為NW—SE向正交分量和NE—SW向走滑分量(圖3b)，正是該右行走滑分量導(dǎo)致了一系列近EW向羽狀斷層的發(fā)育。與西段相比，其正交拉張分量明顯要小，因而次級(jí)斷層的延伸距離、斷距均較小。而過(guò)渡段作為真武斷裂帶與吳堡斷裂帶結(jié)合部，也是西段NEE向斷層向東段近EW向斷層過(guò)渡的區(qū)域，因而主要發(fā)育弧形斷層。

4 結(jié)論

(1)南部斷階帶古新世主要發(fā)育真①、吳①等主邊界斷層以及大量與之平行或斜交的次級(jí)斷層，不同區(qū)段次級(jí)斷裂的發(fā)育特征差異明顯:西段以NEE向平行斷層為主，且規(guī)模較大;過(guò)渡段主要發(fā)育弧形斷層;而東段則以近EW向斜列式斷層為特征，其延伸距離、斷距較西段均要小。

(2)高郵凹陷基底斷裂系統(tǒng)主要包括NEE向北傾逆沖斷層和NNE向左行平移斷層。真①斷層主體上沿NEE向基底斷層復(fù)活，局部又追蹤了NNE向基底斷層，因而呈現(xiàn)出波狀彎曲特征，吳①斷層也具有類似的成因。

(3)不同區(qū)段古新統(tǒng)次級(jí)斷裂的形成機(jī)制不盡相同:在NNW—SSE向區(qū)域伸展應(yīng)力下，西段真①斷層受到正向拉伸，因而該段新生了大量NEE向平行正斷層;東段吳①斷層遭受了斜向拉伸，其右旋張扭作用派生了一系列近EW向羽狀斷層;二者結(jié)合部主要發(fā)育弧形斷層，起過(guò)渡作用。

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