王 力，胡 斌，廖文婷，陳 俊，王小陽

(中石化江蘇油田分公司，江蘇 南京 210046)

引 言

高郵凹陷構造上隸屬于蘇北盆地東臺坳陷，是盆地內沉降幅度最大、油氣資源最為豐富的一個凹陷。近年來，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，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式油氣分布區(qū)[1-3]，受多期構造運動的影響，構造破碎、斷裂發(fā)育，給該區(qū)的圈閉識別和勘探部署帶來了不少困難。許多學者對研究區(qū)古新統(tǒng)的斷裂構造特征與成因機制進行了研究[4-9]，但至今尚存在爭議。基于高精度三維地震資料和豐富的地質信息，對高郵凹陷南部斷階帶古新統(tǒng)斷裂構造進行了系統(tǒng)解析，并結合區(qū)域構造背景分析和物理模擬實驗對比研究，闡明了不同級別、不同類型斷裂構造的形成機制，為該區(qū)的油氣成藏研究和下步勘探部署提供了依據。

1 區(qū)域地質概況

高郵凹陷位于東臺坳陷中部，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，由南往北可進一步劃分為南部斷階帶、中部深凹帶和北部斜坡帶3個次級構造單元。南部斷階帶是指真①和真②斷層、吳①和吳②斷層之間的狹長地帶，分別對應著真武斷裂帶和吳堡斷裂帶(圖1)。前者位于研究區(qū)西段，整體走向為NEE向;后者位于研究區(qū)東段，整體走向為NE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動，之后又經歷了吳堡、真武、三垛等多期構造運動[7，10]，導致區(qū)內發(fā)育了復雜的斷裂系統(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)和東臺組(Qd)等。南部斷階帶呈現為窄條狀，為深入闡明其形成機制，對斜坡帶的斷裂構造也展開了對比分析。

2 斷裂構造特征

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)同時也是蘇北盆地的南部邊界斷層，具有規(guī)模大、延伸遠的特征，西起黃玨東至周莊，總長度約為71 km。在平面上呈現出明顯波狀彎曲轉折特征，屬于典型的波瓦狀伸展構造，為一級控盆斷層。吳①斷層則控制了研究區(qū)的東南部邊界，也具有延伸遠、彎曲轉折的特征，屬于亞一級控凹斷層。真②斷層和吳②斷層具有與上述邊界斷層協同彎曲變化的特征，明顯受其控制，為控制斷裂帶的二級斷層。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、四級斷層，不同尺度、不同級別、不同性質的斷層交織在一起則構成了復雜的斷裂系統(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3斷層以西地區(qū)，主要受真武斷裂帶控制。該區(qū)段內真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向次級斷層，其往往延伸較長，并呈平行式展布。此外，許莊地區(qū)次級斷層之間還發(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力條件有關。

過渡段是指紀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渡地帶。主邊界斷層自西往東也由真①斷層逐漸過渡為吳①斷層，其走向變化較大，整體上表現為弧形，因而斜坡上也主要發(fā)育弧形次級斷層;而斷階帶內還發(fā)育大型變換斷層——NNE向紀3斷層[7]，因而其次級斷層走向多變，這也充分證實了一、二級斷層走向對三、四級斷層具有控制作用。

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。這些次級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。其在泰州組沉積時期已經開始活動，斷距大、活動時期長，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動末期(古新統(tǒng)沉積末期)，是控制始新統(tǒng)戴南組、三垛組沉積的二級斷層，對古新世斷層的形成無明顯控制作用。

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，于泰州組沉積時期開始活動，阜寧組沉積時期進入活動繁盛期。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，始新世以來未能繼續(xù)活動。

受走向變化影響，過渡段主邊界斷層傾向變化也較大，自西往東呈現為N—NNW—W—NW的變化特征。其對高郵凹陷控制作用明顯，上盤地層受其控制，向NNW或NW翹起。斷階帶內古新統(tǒng)次級斷層相對不發(fā)育，構造相對簡單，呈現為“y”字形特征(圖2b)。

東段吳①斷層也表現出鏟式正斷層特征，傾向NW。該段古新統(tǒng)次級斷層數量較少，斷面依次北傾，呈階梯式分布，向下被吳堡運動末期形成的吳②斷層所切割，構成復式“y”字形特征(圖2c)。這些次級斷層大多切割了泰州組、阜寧組、三垛組，也于泰州組沉積時期開始活動，阜寧組沉積時期活動明顯增強，始新世以來還發(fā)生了繼承性活動。其斷距、活動強度均較西段次級斷層要小，進一步表明了二者的形成機制存在差異。

3 斷裂形成機制

3.1 區(qū)域構造背景

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的揚子板塊北緣。中—晚三疊世華北板塊與揚子板塊發(fā)生了陸—陸碰撞，在形成大別—蘇魯造山帶的同時致使其南側的揚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]，從而構成了高郵凹陷內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東部大陸邊緣之下，致使中國東部開始受控于太平洋板塊運動，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類基底斷層構成了高郵凹陷乃至蘇北盆地的基底斷裂系統(tǒng)，并對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，太平洋板塊向中國東部大陸邊緣正向俯沖，導致陸殼由擠壓應力場轉變?yōu)镹NW—SSE向拉張應力場，即“黃橋轉換事件”[14]，蘇北盆地則在此拉張背景下開始形成。始新統(tǒng)，區(qū)域應力場轉變?yōu)榻黃N向伸展[15]，盆地表現出強烈斷陷特征。新近紀以來，西太平洋板塊開始出現弧后擴張及弧后盆地，區(qū)域應力場呈現為近SN向弱拉伸，斷裂活動趨于停止，盆地也逐漸進入拗陷階段。

3.2 物理模擬實驗

物理模擬實驗是研究構造形成過程與成因機制最為直觀有效的方法之一。本次研究主要將Mcclay等人[16]所開展的物理模擬實驗結果與研究區(qū)斷裂體系特征進行對比，探討其形成機制。實驗是在變形裝置上進行的，通過調節(jié)其中金屬滑動板與拉張方向的角度，分別進行了正交模擬和斜交模擬，實驗結果如圖3所示。

正交模型即伸展帶模型垂直于拉張方向，受純張應力，其變形特征如下:地塹和地壘發(fā)育，并貫穿于整個裂谷系統(tǒng);平直斷層發(fā)育，延伸距離長，走向近似，并與裂谷長軸方向近于平行，所形成的斷陷總體上具有一定程度的對稱性(圖3a)。斜交60°模型即伸展帶模型與拉張方向呈60°夾角，模型受張扭性應力作用，可分解為垂直于伸展帶的拉張應力分量和沿伸展帶方向的剪切應力分量，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，斷層走向與裂谷長軸方向呈一定角度，所形成的斷陷總體上不具有對稱性(圖3c)。實際情況下，斜交模型中裂谷長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 模擬實驗結果[16]與南部斷階帶T33構造圖對比

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果進行對比，認為研究區(qū)不同區(qū)段斷裂構造的形成機制明顯不同。其中，西段與正交模型模擬結果相似:平直斷層發(fā)育，延伸距離長，大多呈平行式展布，且近于平行凹陷西段長軸方向(NEE向)。而東段則與斜交模型模擬結果更為近似:斜列式斷層發(fā)育，延伸距離相對要短，與主邊界斷層斜交，與裂谷長軸方向(NE向)呈一定角度，具明顯走滑特征。上述分析表明，西段斷裂構造形成于純拉張應力作用，而東段斷裂構造則形成于張扭性應力作用。

3.3 斷裂形成機制

在區(qū)域構造背景分析的基礎上，通過對斷裂構造發(fā)育特征的系統(tǒng)分析，并結合物理模擬實驗對比研究，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的薄弱帶，在盆地發(fā)育早期易于復活[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活的產物。其主體上是沿著NEE向基底斷層復活，具體過程中又部分追蹤了NNE向基底斷層，最終復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)域拉伸方向為NNW—SSE，與西段邊界斷層——真①斷層走向(代表基底斷層復活優(yōu)勢方位)近乎垂直，因而處于正向拉伸狀態(tài)。眾所周知，在純拉伸應力場作用下，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)模與數量均較大。

東段邊界斷層——吳①斷層也是由基底斷層復活而成，并呈現為波狀彎曲特征，總體走向為NE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，因而次級斷層的延伸距離、斷距均較小。而過渡段作為真武斷裂帶與吳堡斷裂帶結合部，也是西段NEE向斷層向東段近EW向斷層過渡的區(qū)域，因而主要發(fā)育弧形斷層。

4 結論

(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斷層，不同區(qū)段次級斷裂的發(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向基底斷層復活，局部又追蹤了NNE向基底斷層，因而呈現出波狀彎曲特征，吳①斷層也具有類似的成因。

(3)不同區(qū)段古新統(tǒng)次級斷裂的形成機制不盡相同:在NNW—SSE向區(qū)域伸展應力下，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;二者結合部主要發(fā)育弧形斷層，起過渡作用。

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