金湖凹陷石港断裂带构造特征及控油作用

王新新，戴俊生，马洪坤

（1.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000；2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）

金湖凹陷内部断裂活动强烈，不同走向、不同性质、不同时期的断层交织在一起，共同控制了盆地内油气资源的形成和分布。前人对于金湖凹陷断裂系统的研究主要集中在对伸展、走滑、挤压构造的识别上[1-2]，而对于在统一应力场下局部构造的形成及演化特征研究较少。本文在前人研究工作的基础上，结合石港断裂带地区的地震、钻井、测井等实测资料，进行地震资料解释，选取典型的地震剖面进行构造演化剖面编制。采用定量研究与定性分析相结合的方法，对石港断裂带阜宁期、戴南期和三垛期的断层活动性进行定量计算，在此基础上，总结出该区的构造演化史。综合分析各项研究成果，总结构造对油气成藏的控制作用，并预测出有利的含油区块。

1 区域地质概况

金湖凹陷在构造上位于苏北盆地东台坳陷的西部，是晚白垩世—新生代形成的南断北超的箕状断陷盆地[3]。金湖凹陷内部断裂系统复杂，南部的杨村断层作为凹陷主边界断层控制了箕状凹陷的形态，石港断层与铜城断层作为凹陷内二级断层，控制了凹陷内次凹的分布[4]。金湖凹陷的主要烃源岩为三河次凹和龙岗次凹的阜二段、阜四段湖相深色泥岩，于三垛末期—盐城早期大量排烃，通过渗透性砂层及断层，油气运移聚集，主要含油层系为阜宁组和戴南组。

石港断裂带位于金湖凹陷中部，三河次凹轴线以东，总体呈北东走向延伸，全长约70 km，其中主干断层的形态沿走向发生变化，并发育一系列分支断层，使断裂带结构复杂化。石港主断层为一长期活动的大断层，产生于燕山运动末期，终止于三垛期，以吴堡期最为活跃。由于该构造带临近生油深凹，尤其北部桥河口一带应是找油的有利地带[5]。研究区在阜宁组和戴南组中发现的桥河口油田、石港油田和金南油田，均属于断裂带背景上的复杂断块油田（见图1）。

图1 金湖凹陷构造区划

2 石港断裂带构造样式

2.1 石港断裂带的平面特征

本区主要发育2组断层，以北东走向为主，近东西走向为辅。北东走向的断层主要由石港断裂系组成，而近东西走向的断层大多为石港断裂系的伴生断层或调节断层组成，大多表现为横断层。平面上贯穿工区分布，向北延伸到宝应斜坡西部。它实际是由一条主断层和多条派生次级断层组成石港断裂系。

石港主断裂沿走向明显呈3段，即北段、中段、南段（见图2）。南段为石4块以南，断裂向南逐渐向西甩开呈北东向，甚至呈近东西向分布，组合形态为帚状；北段为Line1400以北，构造走向明显发生变化，主断裂近南北走向，派生雁列断裂北东—北东东走向；南段、北段之间为中段，主断层走向北东—西南向，派生雁列断层北东—北东东走向。从水平断距上来讲，由南往北断距逐渐减小，尤其在Line1400以北，断层上下盘断距很小，剖面上显示断裂对沉积的控制作用由南往北逐渐减弱。

受石港断层在不同地区活动的不均衡性及地层岩性特征的变化，在断层的左右两侧派生了一系列的近东西走向的拉张横断层。在石港断层的下降盘一侧，这些横断层大多呈北倾特征，主要断开层位E1f—E2s，自主断层根部向西侧延伸数千米后消失，自南向北上盘的羽状断层数量减少，规模也渐小。这些断层主要起到了调节石港断层断距自北向南减小的应力平衡。

图2 石港地区断裂系统分布

2.2 石港断裂带的剖面特征

过石港断层剖面显示，石港断层整体表现出正断层的性质，靠近石港断层处形成深凹带，凹陷内部地层呈北西方向翘起形成斜坡带，受断层的控制逐渐向隆起区过渡。南—北部剖面反映了石港断层不同部位结构上的差异：南部剖面切过石港断层南端尾部的分支断层，在石港断层的控制下发育了一系列次级断层；中部剖面斜坡处发育反向断层切割上部构造层；中北部剖面石港断层上盘斜坡处发育一系列次级反向断层和同向断层，主要切割上部构造层，并形成了典型的负花状构造（见图3）。

通过三维地震资料的重新研究，结合前人工作，运用几何学及运动学分析，对石港断裂带构造样式进行了研究。石港断裂带发育典型的走滑构造样式、伸展构造样式、走滑-伸展构造样式及反转构造样式。沿走向构造样式有所不同，北部发育典型的走滑构造样式，以发育负花状构造为主要特征；中部发育走滑-伸展构造样式，在伸展、走滑共同作用下形成帚状，表现为在深部聚敛为1条主断层，往上分为2～3条次级断裂分叉中撒开，但倾向与主断裂一致；南部发育典型伸展构造样式，剖面上呈铲式或阶梯状。另外，在每一期裂陷结束时，地幔物质冷却收缩，发生构造反转。单条断裂呈铲式，多条铲式断裂近平行组成构造阶梯状组合，断裂对地层控制作用明显。

3 构造演化

3.1 构造演化剖面的编制

平衡剖面的概念是由Dahlstrom首先详细讨论的，后来国内外一些学者的进一步研究，日益丰富和完善了平衡剖面技术和理论[6-11]。本文采用旋转法，以现今构造剖面图为依据，遵循沉积界面和剥蚀界面的水平原理，由新到老逐个地质时期进行恢复。

石港断层在阜宁期之前形成，活动至今，是一条长期活动的同沉积断层。石港断层在阜宁期活动性较弱，戴南期断层数量增多，活动性增强。石港断层控制盆地边缘，由盆地边缘到盆地中心，地层厚度增大。三垛期，在石港断层的控制下，形成一系列北倾断层及倾向相反的断层，并构成了典型的负花状构造，向下与主断层合并，主断层下部切入盆地基底，次级反向断层主要切割上部构造层。随后的地质历史时期中，大断层持续活动直至构造格局稳定。

通过构造演化剖面（见图4）可以看出，石港断裂带古近纪经历了由简单到复杂的演化过程，阜宁期在主断层活动过程中两侧断层发育，戴南、三垛期负花状构造形成，断层落差急剧扩大，早期伸展活动明显，晚期走滑活动强烈。

图3 石港断层不同部位地震剖面

3.2 断层活动性分析

断层活动性分析是断层运动学研究的主要内容，目前定量表征断层活动性的参数主要有断层生长指数、断层落差、断层活动速率等，定量分析断层活动强度为研究断层的发育期次、组合样式、成因机制及断层活动对油气成藏的控制等提供了很好的基础[12-14]。本文采用断层落差法对研究区阜宁期、戴南期、三垛期的断层活动性进行了研究。

图4 石港断裂带构造演化剖面

分析断层落差可以看出，石港断裂带戴南三垛期活动强度大于阜宁期。阜宁早期伴随主断层活动的还有南、北2段的次级断层，阜二期活动强度大于阜一期；阜宁晚期次级断层活动弱，自阜三期至阜四期主断层强烈活动段由南向北迁移。戴南期到三垛期强烈活动断层由负花状构造的西部扩展到东部，垛二期断层活动强度达到峰值，整体表现为南强北弱。

平面上，断层的发育是不均衡的：一方面指同一条断层在不同地段的活动程度不同。由戴一期断层落差平面图可以看出，主干断层石港断层南部断层落差大于50 m，中部断层落差在30～50 m，北部断层落差小于30 m。南部断层活动性大于中部，中部断层活动性又大于北部。石港断层的活动性整体上表现为自南向北逐渐减小，表明断层对沉积的控制作用自南向北减弱。另一方面则是指在同一地段不同断层的活动程度也有所差异[15-17]。由于石港断层带中，主断层与分支断层交切关系复杂，断层活动性产生部分异常值。如图5所示，次级断层与主干断层的活动时期既存在一致性，又存在差异性；南部的次级断层与主干断层的活动时期一致。石港断层在戴二期和垛二期最活跃，而中部及北部的次级断层的主要活动时期是三垛期。

图5 不同地区次级断层的断层落差均值

剖面上不同地质时期断层活动性也存在差异。由断层落差均值直方图（见图6）可以看出，阜宁组沉积时期石港断层活动性较弱，戴南组沉积时期断层的活动性增强；三垛期，断层分段活动的影响导致垛一期垂向断层落差较小，垛二期石港断层垂向活动性强。

图6 不同时期石港断层落差均值

3.3 构造演化阶段划分

依据构造演化剖面的特征，结合区域构造背景和断层古落差的计算和分析，石港断裂带地区构造演化可分为3个阶段。

1）阜宁期伸展主断层活动阶段。苏北盆地早期断—坳陷阶段，地表区域性快速坳陷下沉，石港断层开始发育，表现为伸展断裂，成为金湖凹陷内部的次级正断层。

2）戴南、三垛期强伸展走滑负花状构造发育阶段。戴南期区域上处于中期断陷阶段，吴堡运动使原有的生长断层进一步活动，石港断层演化成为控制三河次凹的主边界断层。三垛期，断层的分段性质明显。北段、中段、南段各不相同。北段以走滑作用为主，垂向上的断层活动性减弱；南段仍以伸展作用为主，垂向上断层活动性较强；而中段居于两者之间。

3）新近纪—第四纪构造稳定阶段。新近纪和第四纪是苏北盆地裂陷期后的坳陷阶段，进入新近系盐城组沉积初期，此时断裂活动基本停止，构造运动缓和，地壳发生均衡调节，表现为整体下陷。

4 构造控制油气成藏

构造对油气藏分布的影响首先体现在对生油次凹的影响，构造应力场决定了生油次凹的沉降中心。石港断层形成以后，深凹带内迅速沉降，出现了生油次凹和构造高带交替出现的现象。构造作用控制油气的运移体现在构造作用产生的不整合面和断裂是油气运移的主要通道。三垛期尤其是垛二期，深凹带内四级断层活动数量增多，活动性增强，先前形成的二级、三级断层均有较强的活动性，纵向上沟通了不同层位的储集层，并与阜四段烃源岩的生烃排烃时间一致，非常有利于油气的运移。深凹带在石港断层拉张走滑作用下，在其下降盘产生雁列式排列次级断层的同时，又在斜向挤压分量的作用下，形成断鼻构造与复杂断块圈闭[18]。

通过对石港断裂带石油地质条件和已知油藏的分析，石港断裂带戴南组主要为下生上储型油藏。以三河次凹阜四段暗色泥岩为生油岩，戴南组砂岩为储层，戴南组内部泥岩为盖层。阜四段烃源岩生成的油气经过初次运移进入上部阜宁组顶部不整合面或者上部输导层，然后侧向运移至相对低势区石港断裂带，在石港断裂带发生垂向运移与侧向运移，进入圈闭聚集成藏。断层、储层和不整合面为油气运移通道（见图7）。

图7 石港断裂带成藏模式

石港断裂带戴南组的油气藏整体上主要受构造的控制，储盖组合是油气成藏的必备条件，断裂封闭性是本区油气成藏的关键。石港主控断层在不同位置的封闭性存在很大的差异，具有“南开北闭”特征，表现为断层在南部开启，在北部闭合，从而有效地封闭油气。北部的次级派生断层封闭性较好，在局部形成断层遮挡油气藏。结合裂缝预测结果，裂缝在阜宁晚期古应力场下产生，在现今应力场中被改造。石港断层附近裂缝最为发育，裂缝优势发育方向与NNE向断裂一致。石港地区裂缝密度、开度、孔隙度和渗透率高值区主要分布于石3—石10断块与石4断块西北部（见图8、图9）。石港断裂系的东侧断裂夹缝带、石港和桥河口地区是油气的主要富集区。

图8 石港地区东西向现今裂缝开度

图9 石港地区东西向现今裂缝渗透率

5 结论

1）地震资料解释石港断裂带构造样式，平面上，具有分段性，南段表现为帚状，中段为羽状断裂组合，北段为雁列状；垂向上，具有分层性，在阜宁组表现为断阶状，在戴南组和三垛组表现为负花状构造。

2）分析断层落差可以看出，石港断裂带戴南、三垛期活动强度大于阜宁期。阜宁早期断层数量较少，断层活动强度较弱，自阜三期至阜四期主断层强烈活动段由南向北迁移。戴南期到三垛期强烈活动断层由西部扩展到东部，垛二期断层活动强度达到峰值，整体表现为南强北弱。

3）综合分析地层厚度、构造演化剖面、断层活动规律等，石港断裂带的构造演化可分为3个阶段：阜宁期走滑伸展主断层活动阶段，戴南、三垛期强伸展走滑负花状构造发育阶段，新近纪第四纪构造稳定阶段。

4）石港断裂带成藏模式主要为下生上储型，戴南组的油气藏整体上主要受构造的控制，结合断层封闭性及裂缝预测结果，认为石港断裂系的东侧断裂夹缝带、石港和桥河口地区是油气的主要富集区。

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