湖泊地质论文：湖泊凹陷断裂特点及意义

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本文作者：能源1，2漆家福2张春峰3张克鑫4任红民3郑元财3作者单位：1中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司2中国石油大学(北京)3中国石化江苏油田公司4中油国际海外研究中心

晚白垩世－新生代盆地演化特征

金湖凹陷发育泰州组二段底界、阜宁组二段底界、戴南组底界、三垛组底界以及盐城组底界五个区域性不整合面，其中戴南组底界与盐城组底界为区域性的剥蚀面，是吴堡运动与三垛运动在凹陷中的直接表现(王良书等，1991;徐旭辉等，2005)。根据这两个构造界面可以将凹陷划分为下、中、上三个构造层，对应着早、中、晚三期凹陷(图2)。早期凹陷(泰州组－阜宁组沉积期)表现为整体沉降，凹陷内地层分布均匀，沉降中心位于凹陷中部，向隆起处地层减薄;凹陷内发育少量断层，断层活动对凹陷沉降有一定的控制作用，但没有起到分割凹陷的作用，因此这一期的凹陷为“拗断盆地”(漆家福和杨桥，2007)。吴堡运动使得凹陷抬升遭受剥蚀，在戴南组－三垛组沉积期，凹陷中断裂活动强烈，部分早期断层继承性活动，成为控制凹陷(次凹)沉降中心分布的主边界断层，早期斜坡带产生的反向次级断层继续活动，使得半地堑结构进一步复杂化，总体上看该时期以断裂强烈活动为特征，表现为“断陷盆地”特征。三垛运动使得凹陷抬升并遭受大面积剥蚀。之后沉积的盐城－东台组厚度分布稳定，断层活动微弱，盆地整体表现为“坳陷盆地”特征。

晚白垩世－新生代断裂系统

断裂活动是金湖凹陷构造活动的主要特征，不同尺度、不同走向、不同性质的断层交织在一起形成了复杂的断裂系统。盆地内发育NE、NW及近EW向断裂，边界断层的走向也存在差异，杨村断层北段及南段NE走向，中段EW走向(图1)，石港断层总体NE走向，而铜城断层则为近SN走向。这种差异反应了断层在盆地的演化过程中扮演了不同的角色。根据断层的特征可将该区断裂划分为伸展断裂系统、走滑断裂系统及变换断裂三类。

1伸展断裂系统

金湖凹陷大部分断层均表现出正断层的特征(图2)，表明盆地中伸展运动占据了主导地位。凹陷边界杨村断层及凹陷内部的石港断层自泰州组－戴南组沉积时期均表现为上陡下缓的铲式正断层特征，控制了其上盘断块持续下降，发育了一系列半地堑式的沉积坳陷(图1)。凹陷内部则发育一系列次级正断层，使得凹陷更加破碎。与边界断层比较，次级断层倾角较陡、规模较小、对凹陷内地层的沉积控制作用较弱。断层生长指数显示，控制凹陷的边界断层自晚白垩世至第四纪经历了泰州组－阜宁组弱伸展、戴南组－三垛组强伸展、盐城组－东台组弱伸展的演化过程，在戴南组沉积期断层活动最为强烈。根据断层切割地层及活动性分析，凹陷内断层活动可以分为三期:持续活动断层，如石港断层、杨村断层及控制次凹分布的边界断层等;早期活动断层，多数形成于阜宁组二段－四段沉积期，在吴堡运动前即停止活动;晚期活动断层，这些断层为吴堡事件与三垛事件在凹陷内的表现，大多分布于凹陷内部，其中有些断层消失于阜宁组内部或消失于边界断层之上，还有部分断层可向下切割至凹陷基底(图2)。次级断层在平面上的展布受边界断层的控制作用明显，根据其走向可以分为NE向、近EW向两组。NE向断层分布于凹陷西部及北部斜坡带，而杨村断层及石港断层上盘则发育多组近EW向次级正断层，多与主断层面相交。铜城断层上下盘以NE向次级断层为主，表现为被铜城断层所切割。

2走滑断裂系统

虽然凹陷内部以伸展构造系统为主，但是杨村断层及石港断层在三垛组沉积期表现为控沉积正断层并兼有走滑断层特征。其特征为:在平面上次级断层与主断层斜交，在主断层的尾端发散，构成帚状构造样式(图3)。在剖面上(图4)则表现为浅层次级断层发育与主断层相交，至深层变为一根的花状构造特征，靠近断层面地层拖拽现象明显(池英柳和赵文智，2000;董月霞等，2008;夏义平等，2007)。由于杨村断层为凹陷的边界断层，而石港断层发育在凹陷内部，因此两条断层所表现出的走滑强度也有所区别，石港断层的剖面结构表现出负花状特征，断层面向深部呈高角度插入基底，分支断层发育，主要切割三垛组及其以上地层(图4a);杨村断层分支断层较少，断层面向深部变缓，表明其走滑作用弱于石港断层(图4b)。根据分支断层切割地层厚度关系及断层活动性分析可以判断走滑作用主要发生在三垛组沉积期，主断层与新生成的次级断层共同构成了走滑断裂系统。

3变换断裂

铜城断层位于杨村断层上盘中部，走向北西，向北延伸至石港断层末端。在剖面上铜城断层表现出逆断层特征(图4c)，断层上盘地层受到挤压变形形成背斜，整体抬升，而下盘地层仍然保持向断层面倾斜，局部地层受断面拖拽作用影响向断面翘起。平面上铜城断层切割了北东走向的正断层，这些特征表明铜城断层具有逆断层的性质。根据地层的形态及地震剖面的反射特征，可以判断铜城断层主要形成于三垛组沉积期。铜城断层所具有的特殊的走向与活动性质与盆地内主体构造明显不符，表明其应为局部应力场作用下的产物，因此本文称其为调节局部应力的变换断层。

金湖凹陷复杂断裂系统演化及其成因

1金湖凹陷断裂系统演化特征

综合金湖凹陷各时期沉积地层厚度及断裂系统的活动性特征对凹陷古构造进行恢复(图5)，研究表明金湖凹陷断裂系统的演化分为四个主要阶段:(1)泰州组二段－阜宁组一段沉积期(图5a):该时期凹陷内构造活动微弱，杨村、石港断层受基底断层(刘玉瑞等，2004)的影响开始活动。断裂活动对于凹陷沉积地层影响较弱，凹陷内发育多个沉积中心，表现为整体沉降特征。部分早期断层开始形成，且走向与边界断层一致，均以NE走向为主，大多分布于主断层控制的半地堑上盘。(2)阜宁组二段－四段沉积期(图5b):该时期凹陷内断裂活动继承性发展，主要沉积中心分布在杨村断层和石港断层上盘。表明这一时期断层的活动开始影响凹陷结构，尤其是凹陷内部石港断层的活动在其上盘形成三河次凹的雏形。(3)戴南组沉积期(图5c):这一时期凹陷伸展作用加强，凹陷内部断层强烈活动，发育大量NE向次级断层。杨村断裂和石港断裂控制了上盘半地堑的构造变形和地层沉积。戴南组沉积末期，虽然在石港断层和杨村断层之间出现铜城断层的雏形，但是对汊涧－龙岗次凹起控制作用的仍是杨村断层。(4)三垛组沉积期(图5d):这一时期凹陷内断裂系统的活动性质发生重要变化，受区域应力场及基底断层的影响杨村、石港断层均表现出走滑性质。在断层上盘发育大量近EW走向与主断层斜交的次级断层。铜城断层在南北两条走滑断层的共同影响下成为调节局部应力的变换断层，表现出逆断层的性质。这一时期的构造活动奠定了凹陷现今的面貌。之后的盐城组－东台组沉积期继承了三垛期所形成的构造格局，断层活动性也逐渐减弱。上述分析表明金湖凹陷断层活动性质具有两期叠加性:早期(泰州组－戴南组沉积期)凹陷以伸展作用为主形成正断层系，在戴南组沉积期活动最强烈;晚期(三垛组沉积期－盐城期)凹陷断层表现出走滑性质，杨村、石港断层为晚期张扭断层，而铜城断层则为具有逆断层性质的变换断层。

2金湖凹陷断裂系统成因分析

金湖凹陷所表现出的复杂的断层活动特征与太平洋板块的俯冲作用和郯庐断裂活动相关(马力等，1990;杨占宝，2006;王巍等，1999;彭文绪等，2010)。早期太平洋板块的俯冲作用引起了金湖凹陷NW-SE向伸展、形成了盆地内NE向正断层;晚期郯庐断裂带的右旋走滑作用引起金湖凹陷近SN向伸展。由于区域应力场方向的转变，盆地内早期正断层发生斜向伸展，表现出张扭的性质。受断层在凹陷中的位置、级别影响，断层的张扭程度存在差异，凹陷内断层的走滑性质明显强于边界断层。受石港断层与杨村断层晚期的右旋走滑作用的影响，在两条断层叠置区域形成转换带，转换带受到两条断层的挤压作用形成了具有压扭性质的转换断层———铜城断层。虽然铜城断层也表现出走滑的性质，但是走滑作用的成因与杨村、石港断层不同，可以理解为区域应力场的变化引起石港、杨村断层发生斜向伸展，产生走滑分量;两条右旋走滑断层相互作用又引起了铜城断层局部的逆冲走滑。前者的形成是对区域应力场变化的差异响应，而后者则是对局部应力场的调节(图5)。

与油气聚集关系

多年勘探表明，苏北盆地的油气地质条件呈现为“小、碎、贫、散”四个特点(钱基，2001;钱基和韩征，2001)。即:油气藏(田)规模小、构造破碎、油气资源丰度低、油气藏分布分散。这些特点均与苏北盆地的构造演化特征直接相关。金湖凹陷已发现近百个油气藏，累计探明储量在50×106t(陈宪和等，2000)。断裂活动对油气聚集具有重要的影响(邱旭明等，2007;邱旭明，2004)，具体表现在以下几个方面:(1)断裂活动对烃源岩的影响:金湖凹陷烃源岩主要发育在阜宁组二段及阜宁组四段，断层对烃源岩分布具有明显的控制作用。凹陷沉降早期(泰州组－阜宁组沉积期)，凹陷表现为“拗断”型盆地，整体沉降。由于地貌反差小，碎屑物质供应不足，在凹陷内部最容易形成欠补偿的环境，有利于烃源岩的发育。后期(戴南组沉积期)凹陷强烈伸展，主断层控制的上盘断块快速沉降同样可以为烃源岩的发育提供有利条件。因此金湖凹陷烃源岩主要分布于石港、杨村断层的上盘(图6)。断裂活动不但影响了烃源岩的发育，而且影响了烃源岩的成熟(鲁东升和薛建华，1999)。戴南组沉积期强烈的断裂活动使得杨村、石港断层上盘强烈沉降，地层埋深加大，形成深凹带，促进了阜宁组烃源岩的成熟。(2)断裂活动对圈闭的控制:金湖凹陷油气圈闭的主要类型为断鼻和断块，断层是形成该类圈闭的主控因素。两期构造运动的叠加与早期基底断裂的影响使得金湖凹陷发育丰富的构造样式。早期“拗断”盆地沉积期，凹陷内构造样式以垒－堑式为主，在断层的控制下块体间差异升降，可以形成受基底断裂控制的基岩断块和“潜山”内幕圈闭。戴南组沉积期凹陷内主断层强烈活动，地层翘倾，自深凹带向斜坡处发育大量反向断层可以形成局部高部位有利于油气的聚集(图6)。三垛组沉积期受主断层走滑作用的影响在主断层附近可形成一系列走滑及变换构造相关的断块圈闭(邱旭明等，2007;邱旭明，2004;刘世丽等，2006)，为油气的聚集提供良好场所。(3)断裂活动与油气运移聚集关系:三垛组沉积时期是金湖凹陷烃源岩大量生烃、排烃的时期(刘世丽等，2006)，该时期凹陷的基本构造面貌已经形成。受断层影响，油气的运移方向有两种:①沿着翘倾的地层发生侧向运移，生成的油气自深凹带向斜坡处运移(刘世丽等，2006;刘军等，2005);②由于杨村、石港、铜城断层邻近油源且均切割至深部地层，油气沿主断层发生垂向运移在浅部储层内聚集。在油气运移过程中，凹陷内伸展正断层及走滑断层所形成的相关圈闭均可以成为油气聚集的有利场所。因此金湖凹陷的主要油气田大多围绕着主断层及其所控制的深凹带分布(图6)。但是由于断层发育使得断块进一步破碎，往往使油气相对分散，使得油气藏碎而贫，总体上以小型油气藏为主(钱基，2001)。(4)含油气组合:根据烃源岩－储集层配置关系及油气运聚方式，一般将其划分为2个含油气系统(图6)。即以阜宁组四段为源岩，三垛组、戴南组为主要储集层系的上含油气系统;和以阜宁组二段烃源岩为源岩，以阜宁组二段及泰州组一段为主要储集层系的下含油气系统。两个含油气系统的分布受断裂控制作用明显。下含油气系统一般受早期形成的伸展断裂控制，而上含油气系统则受晚期形成的伸展与走滑断裂的共同控制。综上所述，金湖凹陷的有利油气聚集区带仍然以主干断层及其控制的深凹带周缘为主，由于两期构造形成了丰富的圈闭类型，因此石港断层南部断裂系、三河次凹的西斜坡、铜城断裂带北部变换构造带均为有利的油气聚集区，应作为下一步勘探的重点。