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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(xué)(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(fā)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(qū)域性不整合面，其中戴南組底界與鹽城組底界為區(qū)域性的剝蝕面，是吳堡運(yùn)動與三垛運(yùn)動在凹陷中的直接表現(xiàn)(王良書等，1991;徐旭輝等，2005)。根據(jù)這兩個構(gòu)造界面可以將凹陷劃分為下、中、上三個構(gòu)造層，對應(yīng)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(xiàn)為整體沉降，凹陷內(nèi)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(nèi)發(fā)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?jǐn)嗯璧亍?漆家福和楊橋，2007)。吳堡運(yùn)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(qiáng)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(chǎn)生的反向次級斷層繼續(xù)活動，使得半地塹結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜化，總體上看該時期以斷裂強(qiáng)烈活動為特征，表現(xiàn)為“斷陷盆地”特征。三垛運(yùn)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(wěn)定，斷層活動微弱，盆地整體表現(xiàn)為“坳陷盆地”特征。

晚白堊世－新生代斷裂系統(tǒng)

斷裂活動是金湖凹陷構(gòu)造活動的主要特征，不同尺度、不同走向、不同性質(zhì)的斷層交織在一起形成了復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)。盆地內(nèi)發(fā)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(yīng)了斷層在盆地的演化過程中扮演了不同的角色。根據(jù)斷層的特征可將該區(qū)斷裂劃分為伸展斷裂系統(tǒng)、走滑斷裂系統(tǒng)及變換斷裂三類。

1伸展斷裂系統(tǒng)

金湖凹陷大部分?jǐn)鄬泳憩F(xiàn)出正斷層的特征(圖2)，表明盆地中伸展運(yùn)動占據(jù)了主導(dǎo)地位。凹陷邊界楊村斷層及凹陷內(nèi)部的石港斷層自泰州組－戴南組沉積時期均表現(xiàn)為上陡下緩的鏟式正斷層特征，控制了其上盤斷塊持續(xù)下降，發(fā)育了一系列半地塹式的沉積坳陷(圖1)。凹陷內(nèi)部則發(fā)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(guī)模較小、對凹陷內(nèi)地層的沉積控制作用較弱。斷層生長指數(shù)顯示，控制凹陷的邊界斷層自晚白堊世至第四紀(jì)經(jīng)歷了泰州組－阜寧組弱伸展、戴南組－三垛組強(qiáng)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(qiáng)烈。根據(jù)斷層切割地層及活動性分析，凹陷內(nèi)斷層活動可以分為三期:持續(xù)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(shù)形成于阜寧組二段－四段沉積期，在吳堡運(yùn)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(nèi)的表現(xiàn)，大多分布于凹陷內(nèi)部，其中有些斷層消失于阜寧組內(nèi)部或消失于邊界斷層之上，還有部分?jǐn)鄬涌上蛳虑懈钪涟枷莼?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(jù)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(fā)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(xiàn)為被銅城斷層所切割。

2走滑斷裂系統(tǒng)

雖然凹陷內(nèi)部以伸展構(gòu)造系統(tǒng)為主，但是楊村斷層及石港斷層在三垛組沉積期表現(xiàn)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(fā)散，構(gòu)成帚狀構(gòu)造樣式(圖3)。在剖面上(圖4)則表現(xiàn)為淺層次級斷層發(fā)育與主斷層相交，至深層變?yōu)橐桓幕顦?gòu)造特征，靠近斷層面地層拖拽現(xiàn)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(fā)育在凹陷內(nèi)部，因此兩條斷層所表現(xiàn)出的走滑強(qiáng)度也有所區(qū)別，石港斷層的剖面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出負(fù)花狀特征，斷層面向深部呈高角度插入基底，分支斷層發(fā)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(jù)分支斷層切割地層厚度關(guān)系及斷層活動性分析可以判斷走滑作用主要發(fā)生在三垛組沉積期，主斷層與新生成的次級斷層共同構(gòu)成了走滑斷裂系統(tǒng)。

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(xiàn)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(zhì)。根據(jù)地層的形態(tài)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(zhì)與盆地內(nèi)主體構(gòu)造明顯不符，表明其應(yīng)為局部應(yīng)力場作用下的產(chǎn)物，因此本文稱其為調(diào)節(jié)局部應(yīng)力的變換斷層。

金湖凹陷復(fù)雜斷裂系統(tǒng)演化及其成因

1金湖凹陷斷裂系統(tǒng)演化特征

綜合金湖凹陷各時期沉積地層厚度及斷裂系統(tǒng)的活動性特征對凹陷古構(gòu)造進(jìn)行恢復(fù)(圖5)，研究表明金湖凹陷斷裂系統(tǒng)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(nèi)構(gòu)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(nèi)發(fā)育多個沉積中心，表現(xiàn)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?yàn)橹鳎蠖喾植加谥鲾鄬涌刂频陌氲貕q上盤。(2)阜寧組二段－四段沉積期(圖5b):該時期凹陷內(nèi)斷裂活動繼承性發(fā)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(jié)構(gòu)，尤其是凹陷內(nèi)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(qiáng)，凹陷內(nèi)部斷層強(qiáng)烈活動，發(fā)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(gòu)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(xiàn)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(nèi)斷裂系統(tǒng)的活動性質(zhì)發(fā)生重要變化，受區(qū)域應(yīng)力場及基底斷層的影響楊村、石港斷層均表現(xiàn)出走滑性質(zhì)。在斷層上盤發(fā)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(diào)節(jié)局部應(yīng)力的變換斷層，表現(xiàn)出逆斷層的性質(zhì)。這一時期的構(gòu)造活動奠定了凹陷現(xiàn)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(gòu)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(zhì)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(qiáng)烈;晚期(三垛組沉積期－鹽城期)凹陷斷層表現(xiàn)出走滑性質(zhì)，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(zhì)的變換斷層。

2金湖凹陷斷裂系統(tǒng)成因分析

金湖凹陷所表現(xiàn)出的復(fù)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(guān)(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(nèi)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(qū)域應(yīng)力場方向的轉(zhuǎn)變，盆地內(nèi)早期正斷層發(fā)生斜向伸展，表現(xiàn)出張扭的性質(zhì)。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(nèi)斷層的走滑性質(zhì)明顯強(qiáng)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(qū)域形成轉(zhuǎn)換帶，轉(zhuǎn)換帶受到兩條斷層的擠壓作用形成了具有壓扭性質(zhì)的轉(zhuǎn)換斷層———銅城斷層。雖然銅城斷層也表現(xiàn)出走滑的性質(zhì)，但是走滑作用的成因與楊村、石港斷層不同，可以理解為區(qū)域應(yīng)力場的變化引起石港、楊村斷層發(fā)生斜向伸展，產(chǎn)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(qū)域應(yīng)力場變化的差異響應(yīng)，而后者則是對局部應(yīng)力場的調(diào)節(jié)(圖5)。

與油氣聚集關(guān)系

多年勘探表明，蘇北盆地的油氣地質(zhì)條件呈現(xiàn)為“小、碎、貧、散”四個特點(diǎn)(錢基，2001;錢基和韓征，2001)。即:油氣藏(田)規(guī)模小、構(gòu)造破碎、油氣資源豐度低、油氣藏分布分散。這些特點(diǎn)均與蘇北盆地的構(gòu)造演化特征直接相關(guān)。金湖凹陷已發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)為“拗?jǐn)唷毙团璧?，整體沉降。由于地貌反差小，碎屑物質(zhì)供應(yīng)不足，在凹陷內(nèi)部最容易形成欠補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境，有利于烴源巖的發(fā)育。后期(戴南組沉積期)凹陷強(qiáng)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(fā)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(fā)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(qiáng)烈的斷裂活動使得楊村、石港斷層上盤強(qiáng)烈沉降，地層埋深加大，形成深凹帶，促進(jìn)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(gòu)造運(yùn)動的疊加與早期基底斷裂的影響使得金湖凹陷發(fā)育豐富的構(gòu)造樣式。早期“拗?jǐn)唷迸璧爻练e期，凹陷內(nèi)構(gòu)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(nèi)幕圈閉。戴南組沉積期凹陷內(nèi)主斷層強(qiáng)烈活動，地層翹傾，自深凹帶向斜坡處發(fā)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(gòu)造相關(guān)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(yùn)移聚集關(guān)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(gòu)造面貌已經(jīng)形成。受斷層影響，油氣的運(yùn)移方向有兩種:①沿著翹傾的地層發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，生成的油氣自深凹帶向斜坡處運(yùn)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(fā)生垂向運(yùn)移在淺部儲層內(nèi)聚集。在油氣運(yùn)移過程中，凹陷內(nèi)伸展正斷層及走滑斷層所形成的相關(guān)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(fā)育使得斷塊進(jìn)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(jù)烴源巖－儲集層配置關(guān)系及油氣運(yùn)聚方式，一般將其劃分為2個含油氣系統(tǒng)(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(tǒng);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(tǒng)。兩個含油氣系統(tǒng)的分布受斷裂控制作用明顯。下含油氣系統(tǒng)一般受早期形成的伸展斷裂控制，而上含油氣系統(tǒng)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(qū)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(gòu)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(gòu)造帶均為有利的油氣聚集區(qū)，應(yīng)作為下一步勘探的重點(diǎn)。