蘇北盆地許莊構(gòu)造斷層特征及形成演化

賈京坤，陳書平，2，陳平原，楊紅彩，2

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102200； 2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 3.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇揚(yáng)州 225000）

蘇北盆地許莊構(gòu)造斷層特征及形成演化

賈京坤1，陳書平1，2，陳平原3，楊紅彩1，2

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102200； 2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 3.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇揚(yáng)州 225000）

根據(jù)地震及鉆井、測(cè)井資料，編制蘇北盆地高郵凹陷許莊構(gòu)造斷裂平面及剖面圖，分析江蘇油田蘇北盆地許莊構(gòu)造的斷層特征、構(gòu)造演化及其斷層活動(dòng)特點(diǎn).結(jié)果表明：許莊構(gòu)造為平行式階梯狀和“y”型斷層組合，真①斷層與真②斷層間所夾持的斷塊發(fā)育多米諾式正斷層.斷層演化順序?yàn)檎姊贁鄬釉谔┲萁M—阜寧組沉積時(shí)，沿先期存在的逆斷層回滑首先發(fā)育，并伴生次級(jí)斷層，戴南組—三垛組沉積時(shí)停止活動(dòng)，鹽城組又有所活動(dòng)；真②斷層在戴南組沉積時(shí)開始發(fā)育，部分延續(xù)了真①斷層伴生的次級(jí)斷層，其活動(dòng)持續(xù)到鹽城組沉積.

蘇北盆地；高郵凹陷；許莊構(gòu)造；斷層特征；構(gòu)造演化

0 引言

許莊構(gòu)造位于蘇北盆地，經(jīng)歷復(fù)雜、多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其局部應(yīng)力條件及變形巖石物理性質(zhì)的多樣性決定其斷層系統(tǒng)的復(fù)雜性.人們對(duì)許莊構(gòu)造進(jìn)行研究，因其地震資料品質(zhì)較差，對(duì)其內(nèi)部斷層系統(tǒng)、構(gòu)造樣式、構(gòu)造形成演化規(guī)律未獲得統(tǒng)一認(rèn)識(shí).在斷層組合及構(gòu)造樣式方面，普遍將許莊構(gòu)造描述為階梯狀斷層、書斜狀斷層組合和羽狀斷層組合等［1－8］.在斷層演化方面，對(duì)主斷層真①斷層和真②斷層的形成演化特征較為清楚，但尚不清楚兩者之間的關(guān)系、真②斷層的2個(gè)分支斷層之間的關(guān)系以及次級(jí)斷層與主斷層之間的關(guān)系［6－14］.在許莊構(gòu)造形成機(jī)制方面，存在2種認(rèn)識(shí)：一種是斜向拉伸，另一種是走滑［15－22］，認(rèn)識(shí)差異影響斷塊油氣藏判定準(zhǔn)確程度.筆者根據(jù)三維地震資料，結(jié)合鉆井和測(cè)井資料，對(duì)許莊構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋，分析斷層組合、構(gòu)造樣式及其形成機(jī)制和演化過程，為認(rèn)識(shí)許莊構(gòu)造油氣成藏機(jī)理和進(jìn)行油氣勘探提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

許莊構(gòu)造為蘇北盆地高郵凹陷南部斷層帶的一部分，面積約為110km2.高郵凹陷形成于晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)后期，為白堊世晚期—第四紀(jì)發(fā)育的裂陷盆地，盆地充填泰州組（K2t）、阜寧組（E1f）、戴南組（E2d）、三垛組（E2s）、鹽城組（Ny）及第四系地層.高郵凹陷南部斷層帶為夾持在真①斷層與真②斷層之間及北部的吳①斷層與吳②斷層之間的狹長地帶，其中真②斷層在研究區(qū)由真②－2和真②－1斷層組成，自西向東又劃分為方巷、許莊、竹墩、陳堡等三級(jí)構(gòu)造單元.其中許莊構(gòu)造主要由真①斷層、真②－2斷層和真②－1斷層及其間所夾持?jǐn)鄬咏M成（見圖1）.

2 斷層特征

2.1 平面特征

許莊構(gòu)造總體呈北東走向，其內(nèi)部斷層走向主要為北東向，也有近東西向的斷層發(fā)育.邊界斷層真①斷層為北東走向，西起黃玨，東至吳堡，長度約為71km，呈向南凸出的弧形展布，分隔通揚(yáng)（蘇南）隆起和高郵凹陷（見圖1、圖2）.許莊構(gòu)造區(qū)由后期發(fā)育的真②－1、真②－2所組成的真②及真①所夾持的斷層組成.真②－1斷層位于真②斷層系最東部，整體呈北東向延伸，長度約為21km；真②－2正斷層整體呈向南東凸出的弧形，其東端與真①斷層匯合，長度約為14km.

真②－1、真②－2斷層與真①斷層相交，交角基本相同，呈平行趨勢(shì).真①與真②間夾持的斷層呈近似平行，展布以北東向?yàn)橹?，形成于真②?和真②－2斷層相同的應(yīng)力條件.部分近東西向和北北東向斷層，形成于主斷層走向變化相關(guān)的局部應(yīng)力條件.其間次級(jí)斷層或歸并于主斷層，或消失在淺層（見圖1）；真②－1和真②－2斷層向深部合并為一條斷層（見圖2），與真①斷層之間夾持北東向斷層.

圖1 許莊區(qū)段淺部T23反射層（三垛組底）斷層分布

2.2 剖面特征

選取390、590、750作為典型測(cè)線（見圖1）進(jìn)行構(gòu)造解釋、編制地質(zhì)剖面，研究許莊構(gòu)造段斷層剖面特征.從測(cè)線剖面圖（見圖3）可見，許莊構(gòu)造主要發(fā)育正斷層，其中真①斷層規(guī)模最大，下切至古生界，上切至新近系鹽二段，為控盆斷層；其斷層傾角縱向變化顯著，淺層大于50°，深部快速變緩，在4 500m深度已接近30°；在剖面上總體為上陡下緩的鏟式正斷層，其伴生的次級(jí)斷層構(gòu)成階梯狀斷層組合.真①斷層是在早期逆沖斷層基礎(chǔ)上，由新生代伸展作用下斷面回滑（負(fù)反轉(zhuǎn)）形成.由于早期逆沖斷層的傾角較緩，因此負(fù)反轉(zhuǎn)形成的正斷層傾角也較緩.

真②－1斷層傾角為35°～40°，斷穿層位為三垛組、戴南組和阜寧組二段至四段.斷層上盤相對(duì)于下盤向北東—北西方向滑動(dòng)，地層斷距為0.60km，垂直落差為0.37km，平錯(cuò)為0.47km.在許莊構(gòu)造段西部真②－1斷層在剖面上表現(xiàn)為“懸掛”式斷層，向東逐漸與真②－2斷層合并.

真②－2斷層傾角為20°～25°，斷穿層位為三垛組、戴南組及阜寧組、泰州組.斷層上盤相對(duì)于下盤向北東—北西方向滑動(dòng)，地層斷距為4.87km，垂直落差為1.53km，平錯(cuò)為4.53km.平面上，斷層向東延伸與真①斷層相接；剖面上，真②－2斷層向下部逐漸與真②－1斷層合并，在深部該斷層消失，兩者形成“y”型斷層組合.在許莊構(gòu)造及以東地區(qū)，真②－2斷層對(duì)戴南組和三垛組沉積具有嚴(yán)格控制作用，是戴南組和三垛組沉積的南邊界.

圖2 許莊區(qū)段深部T33反射層（阜寧組二段底）斷層分布

剖面上，主斷層真①斷層、真②－1斷層和真②－2斷層組成“y”型或平行狀（見圖3），斷層間的次級(jí)斷層存在幾何旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，由多米諾式斷層組成，形成典型的伸展雙重構(gòu)造.真②－1斷層與真②－2斷層由西部的平行狀斷層組合型式向東逐漸演變?yōu)椤皔”型，位移發(fā)生傳遞，兩者疊合部位存在一個(gè)變換調(diào)節(jié)帶；2條斷層上盤發(fā)育的次級(jí)斷層與主斷層組合成“y”型，有些斷層消失在戴南組中，形成“懸掛”式斷層.

綜上所述，許莊構(gòu)造的斷層組合樣式為平行式階梯狀與平行式“y”型，“平行式”指的是平面上斷層近于平行延伸，“階梯式”及“y”型指的是斷層在剖面上的組合特征.

3 斷層演化過程及形成機(jī)理

3.1 演化過程

區(qū)域性大斷層往往經(jīng)歷多次構(gòu)造活動(dòng)期，每期活動(dòng)又具有差異性，通常以斷層生長指數(shù)、生長速率作為反映斷層活動(dòng)性差異的參數(shù)，絕對(duì)生長速率表示生長斷層2盤相當(dāng)層的厚度差與頂?shù)啄挲g差之比，單位為m／Ma.考慮研究區(qū)真①斷層上升盤戴南組—三垛組長期剝蝕，以計(jì)算絕對(duì)生長速率作為參數(shù)確定真①斷層活動(dòng)性差異；真②－2斷層與真②－1斷層以計(jì)算生長指數(shù)確定斷層活動(dòng)性差異.

真①斷層在泰州組—阜寧組沉積期劇烈活動(dòng)，戴南組到三垛組沉積時(shí)主體停止活動(dòng)，鹽城組沉積時(shí)，再次發(fā)生弱活動(dòng)（見圖3）.絕對(duì)生長速率顯示，北段比南段活動(dòng)強(qiáng)度大（見圖4），說明當(dāng)時(shí)北段上盤的沉降幅度比南段的大.

真②－2斷層主要活動(dòng)期在戴南組和三垛組沉積期，泰州組—阜寧組沉積期局部活動(dòng)，戴南組沉積期和三垛組沉積期劇烈活動(dòng)，鹽城組沉積期，活動(dòng)程度有所減弱，但局部表現(xiàn)出較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).真②－1斷層主要活動(dòng)期為戴南組沉積期和三剁組沉積期，鹽城組沉積時(shí)，局部活動(dòng)較強(qiáng).在計(jì)算真②斷層生長指數(shù)時(shí)，由于真②－2下盤地層缺失，所以戴南組沉積時(shí)和三剁組沉積時(shí)的生長指數(shù)趨于無窮大（見圖5）.

圖3 許莊區(qū)段不同測(cè)線典型地質(zhì)剖面

主斷層間次級(jí)斷層的活動(dòng)性與主斷層活動(dòng)相關(guān).真①與真②斷層之間的斷層主要活動(dòng)期為泰州組—阜寧組沉積期，真②斷層下方泰州組—阜寧組沉積時(shí)期發(fā)育的斷層后期仍有活動(dòng)，但受到真①和真②斷層的限制.真②斷層上盤的斷層活動(dòng)時(shí)間主要為戴南組—三垛組沉積期（見圖6）.

綜上所述，斷層活動(dòng)存在很大差異性：（1）斷層的形成具有一定的序次關(guān)系，不同斷層形成期次不同.真①斷層在泰州組—阜寧組沉積時(shí)沿先期存在的逆斷層回滑而首先發(fā)育，并伴生次級(jí)斷層，戴南組—三垛組沉積時(shí)停止活動(dòng)，鹽城組又有所活動(dòng)；真②斷層在戴南組沉積時(shí)開始發(fā)育，部分延續(xù)了真①斷層伴生的次級(jí)斷層，其活動(dòng)一直持續(xù)到鹽城組沉積時(shí)（見圖6）.（2）同一條斷層在不同地區(qū)的活動(dòng)程度不同，如真①斷層與真②－1斷層的東部斷層活動(dòng)要比西部強(qiáng)烈些，真②－2斷層西部斷層活動(dòng)比東部強(qiáng)烈些.（3）同一地區(qū)不同斷層活動(dòng)程度不同，如同一測(cè)線地區(qū)真②－2斷層與真②－1斷層活動(dòng)程度不同.

圖4 真①斷層泰州組—阜寧組沉積期絕對(duì)生長速率

圖5 許莊構(gòu)造真②斷層生長指數(shù)

3.2 形成機(jī)理

真①斷層早在泰州組沉積時(shí)期之前就已存在，為一條逆沖斷層.在泰州組—阜寧組沉積期間，在北西—南東向伸展作用下，沿早期的逆沖斷面發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn).自戴南組沉積以來，由于應(yīng)力場(chǎng)變化，加之真①斷層釋放先期存在的高孔隙壓力，作為滑脫斷層的真①斷層大部分停止活動(dòng)，僅局部地段有活動(dòng).

在阜寧組沉積期，真①斷層與真②－2斷層之間的次級(jí)斷層發(fā)育各斷層間的斷塊在拉伸作用下邊沉積邊下滑，形成多米諾式正斷層.真②－2斷層發(fā)育于阜寧組沉積末期與戴南組沉積初期，切割了真①斷層與真②－2斷層間的次級(jí)斷層，阻止其繼續(xù)發(fā)育.此時(shí)主伸展方向大致與真①斷層斷層垂直，為北西—南東向.

在阜寧組沉積末期，真②－1斷層和真②－2斷層為分散狀的斷層.自戴南組沉積以來，主伸展方向向北偏轉(zhuǎn)，先期分散斷層擴(kuò)展聯(lián)合形成真②－2斷層和真②－1斷層，斷層水平斷距中間大，向兩端變小，疊合部位存在位移傳遞，形成走向斜坡型變換構(gòu)造，許莊構(gòu)造中臺(tái)階構(gòu)造逐漸趨于定型.自戴南組沉積時(shí)期，真②－1斷層和真②－2斷層上盤的次級(jí)斷層同時(shí)發(fā)育.在三垛組沉積期時(shí)期，真②－1斷層外側(cè)斷層受上凸型斷面影響，形成分開式斷階，各主斷層及次級(jí)斷層持續(xù)發(fā)育.在鹽城組沉積時(shí)期，各次級(jí)斷層停止活動(dòng)，真①斷層復(fù)活，真②－1斷層和真②－2斷層持續(xù)活動(dòng)，并對(duì)沉積具有一定的控制作用.

圖6 許莊區(qū)段490測(cè)線構(gòu)造演化剖面

因此，許莊構(gòu)造的形成與3個(gè)因素有關(guān)：高臺(tái)階為伸展作用下真①斷層上凸斷面控制的同向斷層形成的斷階；中臺(tái)階構(gòu)造的形成為構(gòu)造變換的結(jié)果；低臺(tái)階構(gòu)造的形成與上凸型斷面有關(guān).

演化過程的簡(jiǎn)化模型見圖7.在主要斷層拉伸期間，真①斷層與真②斷層間的次級(jí)斷層受正向拉伸的影響，發(fā)育多米諾式斷層.在保持其斷塊長度與面積不變的前提下，此種正斷層隨著斷層拉伸發(fā)生斷層面與斷塊一同旋轉(zhuǎn)并受到簡(jiǎn)單剪切；由于地層中存在超壓軟層（阜寧組泥巖），斷層上部分合并生成滑脫斷層，形成目前的真②斷層上半支，下半支延續(xù)了早期斷層.該演化過程與報(bào)導(dǎo)的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似［17］.

圖7 斷層演化模式

4 結(jié)論

（1）許莊構(gòu)造斷層真①斷層和真②－1斷層、真②－2斷層為鏟式正斷層，且呈NE—SW方向展布；真①斷層和真②斷層剖面上呈相交狀態(tài)，真①斷層和真②－2斷層間的次級(jí)斷層發(fā)育多米諾式斷塊，與真①斷層和真②斷層組合成伸展雙重構(gòu)造；真②－1斷層、真②－2斷層以及與伴生的次級(jí)斷層平面上以平行狀為主，剖面上成“y”型斷層組合.整體上，許莊構(gòu)造斷層組合樣式為平行式階梯狀和平行式“y”型.

（2）蘇北盆地許莊構(gòu)造演化過程順序?yàn)椋菏紫?，在泰州組—阜寧組沉積期，真①斷層和真①斷層與真②－2斷層間的次級(jí)斷層發(fā)育；隨后，在戴南組沉積期，真②－2斷層、真②－1斷層及相關(guān)次級(jí)斷層發(fā)育，并持續(xù)到三垛組沉積時(shí)；在戴南組—三垛組沉積時(shí)期，真①斷層停止活動(dòng)；自鹽城組沉積以來，大部分次級(jí)斷層停止活動(dòng)，真①斷層及真②－2和真②－1斷層持續(xù)活動(dòng).

（3）許莊構(gòu)造的形成是伸展作用的結(jié)果.根據(jù)斷層發(fā)育及展布特點(diǎn)，泰州組—阜寧組沉積時(shí)期，主伸展方向?yàn)楸蔽飨?；自戴南組沉積以來，主伸展方向向北偏轉(zhuǎn)，因此引起2期斷層走向的差異.

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Characteristics，formation and evolution of the faults of Xuzhuang structure in Subei basin／2012，36（3）：46－51

JIA Jing－kun1，CHEN Shu－ping1，2，CHEN Ping－yuan3，YANG Hong－cai1，2
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing102200，China；2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Geological Science Research Institute of Jiangsu Oilfield Company，Sinopec，Yangzhou，Jiangsu225000，China）

Based on seismic data and well drilling and logging data，through drawing up structural maps and cross sections of Subei basin，faultcharacteristics，tectonic evolution and faultactive characteristics of Xuzhuang segmentof the southern faultzone in Gaoyou depression have been analyzed.Faultcombination type of the Xuzhuang segmentis parallel and ladder－like and parallel and"y"type.The faultsheets between Zhen－①faultand Zhen－②developed domino－type normal faults.Faultevolution sequence is that，the Zhen－①faultfirstdeveloped along the pre－existing reverse faultslipping back in the sedimentary period of Taizhou formation and Funing formation，then，the associated secondary faults of the Zhen－①faultdeveloped，and then，the Zhen－②faultbegan to develop in the sedimentary period of Dainan formation.The Zhen－①faultstopped its activities in the sedimentary period of Dainan formation，and there are minor activities in the sedimentary period of Yancheng formation.The activities of the Zhen－②faultcontinued until the sedimentary period of Yancheng formation.Complex faultevolution of Xuzhuang segmentdeveloped into multiple faultblock reservoirs.

Subei basin；Gaoyou depression；Xuzhuang structure；faultcharacteristics；structural evolution

book=3,ebook=12

TE122

A

1000－1891（2012）03－0046－06

2012－03－20；編輯：張兆虹

國家自然科學(xué)基金（41172124；90814007）；中國石油大學(xué)（北京）大學(xué)生科技創(chuàng)新基金

賈京坤（1990－），男，主要從事盆地構(gòu)造分析方面的研究.