高邮凹陷横向低凸起构造特征分析

劳海港



高邮凹陷横向低凸起构造特征分析

劳海港

(华北理工大学矿业工程学院，河北唐山，063009)

选择发育典型横向低凸起的高邮凹陷作为研究对象，综合利用地震、测井、录井资料分析横向低凸起的空间展布，重构横向低凸起的演化及动力机制，探讨横向低凸起与沉积相的耦合关系。研究结果表明：高邮凹陷断层(系)产状及其联接方式的差异性形成了离散型横向低凸起和汇聚型横向低凸起；在运动学方面，断层的构造演化阶段控制了走向斜坡与横向低凸起的演化程度，但两者的演化阶段并非同步进行；在动力学方面，断层间应力状态的差异形成了倾滑横向低凸起、斜滑横向低凸起和混合横向低凸起3种类型。横向低凸起与三角洲沉积体在时空上呈现良好的耦合关系。

高邮凹陷；断层硬联接；横向低凸起几何学；横向低凸起运动学；横向低凸起动力学；沉积砂体

横向低凸起作为“凹中隆”构造的一种类型在油气勘探中具有重要的地位。具有调节构造变形的横向低凸起发育取决于2条同向叠覆型断层(系)的构造特征。2条叠覆型正断层在其叠覆部位形成走向斜坡，调节两者应变与位移的差异[1]；由于叠覆部位的断层位移快速减小，断层位移被分散到2条断层上，使得每条断层位移均降低，从而在叠覆部位的断层上盘形成横向背斜[2−3]，Anders[4]将这种构造称为intrabasin high，本文采用“横向低凸起”以便与两条趋近型断层形成的横向凸起相区分。与横向低凸起相近的2个概念是横向褶皱和横向凸起，前者是指与断层走向垂直或呈大角度相交的褶皱[5]，而后者不仅包括了发育在断层系下盘最大位移量的横向凸起(或称为横向背斜)[6]，也可以指同一条控盆断裂活动减弱部位的同向型横向凸起传递带[7]或者将其表征为裂谷系中起分段构造作用的横向传递带的构造样式[8]；其中横向褶皱包含了横向凸起，横向凸起有几种成因解释，横向低凸起则属于横向凸起的一种特殊成因类型。前人已对变换构造的分类及其地质意义进行了大量论述[9−14]，但对调节构造变形的横向低凸起这类构造尚未展开详细研究。本文作者结合已有的研究成果，选择发育典型横向低凸起的高邮凹陷作为研究对象，综合利用地震、测井、录井资料分析横向低凸起的空间展布，重构横向低凸起的演化及动力机制，探讨横向低凸起与沉积相的耦合关系，从而丰富盆地内这一特殊的构造样式。

1 区域地质概况

高邮凹陷位于苏北盆地南部(图1)，是苏北盆地中沉降幅度最大、地层发育最全、沉积厚度最大的凹陷。凹陷呈南断北超的箕状断陷结构，由南向北依次为陡坡断阶带、深凹带和缓坡带。凹陷盖层发育时间从晚白垩世至第四纪，历经三大构造演化阶段。泰州组至阜宁组沉积期为断−坳阶段，经历3次湖侵，形成河流−三角洲、冲积平原、冲积扇、扇三角洲以及湖相等相互叠置的沉积体；戴南组至三垛组沉积期为断陷阶段，强烈的断陷对沉积具有明显的控制作用，在陡坡带发育一系列近岸水下扇、扇三角洲沉积体，缓坡带发育大型三角洲沉积体或河流相沉积体；盐城组至东台组沉积期为坳陷阶段，经三垛运动，凹陷整体下降，沉积了较厚的冲积平原地层。

图1 高邮凹陷构造位置图

高邮凹陷发育真武、吴堡2条边界断层(系)，其中真武断层(系)由真①断层与真②断层组成，吴堡断层(系)在古近纪分解为吴①、吴② 2条断层(图2)。真①断层走向55°~70°，倾向NNW向，呈上陡下缓的铲式结构，主要活动期为泰州组至盐城组沉积期；真②断层走向69°~83°，倾向为NW向，平面上由一系列左列式断层组成，2条叠覆断层的断距呈互补关系，断层活动期为吴堡运动至盐城运动。吴①断层是控制阜宁组、戴南组、三垛组沉积的同生断层，吴②断层则控制戴南组和三垛组地层，2条断层的断距沿走向呈互补关系。

图2 高邮凹陷构造纲要图

2 横向低凸起构造特征

2.1 横向低凸起几何学特征

断层(系)联接方式可分为软联接(soft linkage)和硬联接(hard linkage) 2种形式[15−16]。断层由分段活动向单条线状断层(系)演化，随之断层联接方式也由软联接逐渐向硬联接过渡[15−20]。断层硬联接发育的地质体变形不仅取决于2条断层的活动强度，同时也受断层间联接方式的影响。根据同向硬联接断层间相交角度不同，可分为离散斜交型硬联接与汇聚斜交型硬联接(图3)；在断层上盘两者均发育以横向低凸起为特征的构造样式，其构造特征却明显不同。离散斜交型硬联接发育的横向低凸起呈发散性向盆地内延伸，构造幅度相对较低，低凸起枢纽与两侧主断层交角均大于90°，面积相对较大；汇聚斜交型硬联接在叠覆段形成的横向低凸起由于受主断层控制，向盆地方向逐渐收敛，构造幅度相对较高，低凸起枢纽与两侧主断层交角小于90°，而面积则相对较小。

(a) 离散斜交型硬联接；(b) 汇聚斜交型硬联接

真②断层系的真②−②断层与真②−①断层通过走向斜坡上的斜向及横向传递断层(oblique or lateral transfer fault[4])联接，表现为离散斜交型硬联接；在走向斜坡相邻的断层系上盘发育真武横向低凸起，该低凸起枢纽产状为339°∠17°，优势枢纽产状为345°∠11.8°，与2条断层走向夹角均大于90°(图4(a))，呈发散状向樊川次凹和邵伯次凹延伸，向走向斜坡处收敛，构造面积大。真武断层系与吴堡断层系首尾间相互扩展、联接，形成汇聚斜交型硬联接，在断层系联接部位的上盘发育富民横向低凸起；该低凸起向凹陷内趋于收敛，枢纽产状为356°∠5.5°(图4(b))，与吴堡断层呈锐角相交，构造幅度相对真武低凸起明显增大，构造面积却相对较小。吴①断层与吴②断层在花瓦地区相交，呈离散斜交型硬联接，在断层系叠覆联接部位上盘发育花瓦横向低凸起；该低凸起枢纽产状为295°∠0.7°，与2条断层近于垂直；而其优势枢纽产状为3°∠0.8°(图4(c))，其优势枢纽产状与吴②断层呈锐角相交。

(a) 真②−②断层、真②−①断层及真武横向低凸起产状投影；(b) 真武断层系、吴堡断层系及富民横向低凸起产状投影；(c) 吴①断层、吴②断层及花瓦横向低凸起产状投影

由此看出：2类横向低凸起的枢纽与控制其形成的断层在产状配置方面有所变化。离散斜交型硬联接发育的横向低凸起轴向与两侧断层走向夹角基本一致，而其优势轴向与两侧断层夹角并不对等，这可能与后期的改造有关。汇聚斜交型硬联接发育的横向低凸起与两侧相关断层的走向角度差变化很大，且其没有优势轴向的发育，反应了这类横向低凸起基本没有受后期构造活动的影响。

2.2 横向低凸起运动学特征

横向低凸起的演化过程与叠覆断层(段)相互作用及联接程度、走向斜坡的演化阶段密切相关。断层(段)由非共线孤立断层阶段向连锁阶段转变过程中，伴随着走向斜坡的形成、次级联接断层切割走向斜坡和走向斜坡破裂消亡3个阶段[12, 17]，其伴生的横向低凸起经历形成阶段、持续形成阶段、次级联接断层切割低凸起阶段和破裂消亡阶段4个阶段(表1)。

表1 非共线断层系及变换构造演化阶段对比

2.2.1 形成阶段

非共线孤立阶段是指两条控凹(或次凹)断层在平面上独立演化，相互不叠覆，且不在同一条构造线上。非共线孤立断层(段)由各自独立演化阶段向叠覆演化阶段(早期)转变过程中，走向斜坡开始出现，横向凸起则向横向低凸起转变，为横向低凸起的形成阶段，走向斜坡与横向低凸起皆处于形成阶段[2]。

2.2.2 持续形成阶段

随着叠覆断层(段)之间进一步相互扩展(即叠覆阶段晚期)，走向斜坡内产生应力集中带，地层形成较陡的位移梯度，发育一系列的横向至斜向的次级联接断层和裂缝，调节断层(段)间的应力与位移；而发育在断层系上盘的横向低凸起由于“传递”断层(段)之间的应力相对较小，并没有发育次级断层，横向低凸起仍然处于形成阶段。例如，发育在真②断层系内断层段叠覆部位的走向斜坡，断层段末端在此开始发生弯曲，走向斜坡内部形成纵向与横向次级断层，断层段之间主要通过走向斜坡及其次级联接断层调节应变，走向斜坡处于演化的第2阶段；此时真武横向低凸起基本保持完整的构造形态(图5)，与其形成阶段的特征相似，为持续形成阶段。

图5 高邮凹陷横向低凸起展布(T25构造图)

2.2.3 次级联接断层切割低凸起阶段

叠覆断层(段)遵循长度−位移比例关系向连锁断层系过渡(即连锁阶段早期)，2条断层段直接联接起来，断层段间的应变与应力主要通过分叉联接线直接“传递”[18]，走向斜坡遭受破坏，近于消亡；同时，横向低凸起调节了部分位移量与应变，因而形成一些次级断层。此构造演化阶段高邮凹陷断层(段)硬联接方式可分为2种：一种是断层段沿线性方向相互联接，真武断层与吴堡断层的硬联接方式就是通过这种方式进行的(图5)，其伴生的富民横向低凸起发育一系列横向次级断层，且横向次级断层受限于纵向次级断层；另一种是断层段从走向斜坡的两端同时联接，形成菱形断层夹块[15]。吴①断层与吴②断层在走向斜坡两端相互联接形成菱形断夹块，使得走向斜坡处于消亡阶段；同时，花瓦横向低凸起变换了部分应力与应变而发育横向断层，将横向低凸起切分成大小不等的断块(图5)。因此，在断层连锁阶段早期走向斜坡处于破裂消亡演化阶段，横向低凸起随处于其本身的第3演化阶段，在调节应变与应力方面所起到的作用相当于走向斜坡在叠覆阶段晚期所起的作用。

2.2.4 破裂消亡阶段

随着断层(段)间进一步扩展与连锁(即连锁阶段晚期)，断层遵循长度−位移比例关系而形成统一的断层系[4]，横向低凸起向正牵引构造演化而趋于消亡[15]。

可见，横向低凸起与走向斜坡两者间的演化阶段并非同步进行，横向低凸起的演化阶段明显滞后于走向斜坡，其原因可能是断层间的变换构造(如走向斜坡)因调节应变而首先遭受破坏；随着断层(段)向统一断层系演化，变换构造调节应力与应变的增大，紧邻断层的变换构造(如横向低凸起)被切割分化，进而形成统一断层系的结果。

2.3 横向低凸起动力学特征

据高邮凹陷形成横向低凸起的断层(系)力学性质不同，可将横向低凸起划分为倾滑横向低凸起、斜滑横向低凸起和混合横向低凸起3类型，这3种类型的横向低凸起可同时出现在走滑拉分盆地中不同构造部位，倾滑横向低凸起出现在张性破裂带之间，斜滑横向低凸起形成于剪切破裂带之间，混合横向低凸起则发育在张性破裂带与剪切破裂带之间的构造部位。

高邮凹陷晚白垩世−古近纪受郯庐断层右旋拉张作用的影响[21−23]，高邮凹陷发育由右旋力偶所诱导的不同性质的断层共生组合。真武断层系处于张性破裂构造部位[24]，沿早期的逆冲断层面发生强烈的伸展拆离作用，沿断陷发育了NE向的沉积中心，在断层系上盘发育真武横向低凸起，调节断层系内部断层段之间的应变，其轴向与伸展方向近于平行，与2条叠覆断层系均成钝角相交(图4(a)和图6(a))，形成倾滑横向低凸起。吴堡断层系受区域应力场影响，构造应力状态发生斜向伸展运动至走滑运动，表现为右旋斜 滑[24]，吴①断层与吴②断层之间形成了调节应变的走向斜坡与横向低凸起；受右旋斜滑的影响，横向低凸起轴向发生偏转，由NW向转至近NS向，使得横向低凸起优势轴向与吴②呈锐角相交，从而形成斜滑横向低凸起(图4(c)和图6(b))。处于真武断层系与吴堡断层系之间的变换构造(包括走向斜坡和横向低凸起)，既调节了2个断层系伸展应力，又变换了2个断层系之间的走滑应变，致使该地质体处于复杂的构造变形状态，形成富民混合横向低凸起，与斜滑横向低凸起相比，其与主断层系的锐夹角相对较大。

(a) 倾滑横向低凸起；(b) 斜滑横向低凸起

横向凸起带两侧洼陷的构造沉降量的相对大小也是影响其枢纽轴向偏转的重要动因。如富民横向低凸起西侧的樊川洼陷构造沉积小于其东侧的刘五舍洼陷构造沉积，使得横向低凸起走向向刘五舍洼陷发生偏移，造成横向低凸起轴向与吴堡断层系的夹角明显小于其与真武断层系之间的夹角(图4(b))。

3 横向低凸起与沉积相的时空耦合

综合利用钻井、录井及测井资料，在分析戴南组砂体展布及沉积相分布的基础上研究横向低凸起与沉积相之间的关系。勘探实践证实，断陷盆地中大型三角洲的时空分布与变换带有着密切的内在联系，表现为变换构造体系(即变换带)控制大型三角洲及大型三角洲对变换构造体系响应的耦合关系。

3.1 变换带对大型三角洲的控制

断陷盆地中一个完整的变换构造体系至少包括走向斜坡和横向低凸起2个要素，其对大型三角洲的控制表现为：1) 走向斜坡对入盆沉积扇体的导入[25]；2) 横向低凸起对扇体的分散。戴南组沉积期高邮凹陷进入一个强烈伸展断陷期，伴随着真②断层与吴堡断层的分段活动，形成3个走向斜坡，分别对应真武、富民、陈堡等3个横向低凸起。来自通扬隆起、吴堡凸起两大物源区的沉积物由3个走向斜坡进入盆地后，沿横向低凸起的位置发育了大型的辫状河三角洲(图7)。

图7 高邮凹陷陡坡带戴二段三亚段沉积相展布

不同类型的横向低凸起、横向低凸起所处的不同演化阶段均控制着沉积物入盆后的分散方式。离散斜交型硬联接所形成的真武横向低凸起、花瓦低凸起构造幅度相对较低，辫状河三角洲沿低幅度横向凸起呈发散状展布，平面分布范围大，延伸距离长，横向低凸起的局部构造位置沉积物呈现“过路不沉积”的现象；而汇聚斜交型硬联接所发育的富民横向低凸构造幅度高，沉积物主要以单河道的方式呈汇聚状向盆内推进。在构造演化阶段角度分析，演化程度较高的富民横向低凸起及花瓦横向低凸起之上均发育横向次级断层(图5)，所发育的断沟对沉积物的分散起到疏导作用(图8)，故来自陡坡带的沉积物沿富民横向低凸起向盆地内延伸较远；受吴堡凸起物源区供给沉积物较少的缘故，花瓦横向低凸起之上断沟沉积物延伸不远，即停止发育。

图8 高邮凹陷富民横向低凸起控砂模式

3.2 大型三角洲对变换带响应

大型三角洲对变换带的响应包括扇体的横向展布与垂向叠加样式。戴二段沉积期，沿真②断层及吴堡断层发育一系列辫状河三角洲沉积体系，其中在真武、富民横向凸起带分别发育2个大型辫状河三角洲，而洼陷部位多靠近断层根部发育小型三角洲。根据岩性及测井相统计，戴二段横向低凸起处的辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体密度大于50%，倾缓的地势有利于水下分流河道长距离向湖推进，形成规模较大的扇体，使不同水道砂体的侧向连接。横向低凸起相对于次凹来说，相对较缓的构造地貌也造成入湖三角洲水道频繁改道。

垂直方向上，变换带的持续发育造成低凸起构造部位的辫状河三角洲多期扇体垂向叠加，形成砂体厚度大、砂岩含量高的地层(图9)。戴二4、3亚段沉积时期，富民横向低凸起部位三角洲砂体厚度达35~55 m，砂岩质量分数为50%~65%；而位于樊川次洼内的辫状河三角洲沉积不仅规模小，而且砂岩明显锐减，厚度仅为5~20 m，砂岩质量分数为5%~15%。

图9 高邮凹陷戴二段4亚段砂体剖面图(剖面位置见图7)

4 结论

1) 高邮凹陷断层(系)硬联接方式分为离散斜交型与汇聚斜交型2类，相应地发育离散斜交型和汇聚斜交型横向低凸起，2类横向低凸起在展布形态、构造幅度、面积及与主断层产状等方面存在明显差别。

2) 断层(段)由非共线孤立断层阶段向连锁阶段转变过程中，其发育的走向斜坡经历形成、次级联接断层切割走向斜坡至走向斜坡破裂消亡3个阶段，其伴生的横向低凸起经历形成阶段、持续形成阶段、次级联接断层切割低凸起阶段和消亡阶段等4个阶段，其中横向低凸起的演化阶段明显滞后于走向斜坡。

3) 受断层(系)力学性质的影响，高邮凹陷发育倾滑横向低凸起、斜滑横向低凸起和混合横向低凸起3种类型，依次对应真武横向低凸起、花瓦横向低凸起和富民横向低凸起。横向凸起带两侧洼陷的构造沉降量的差异也是影响其枢纽轴向偏转的重要动因。

4) 高邮凹陷中大型三角洲与横向低凸起耦合关系表现为横向低凸起控制大型三角洲空间分布及大型三角洲受横向低凸起影响形成纵向叠置、横向连通的砂体。

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Structural characteristics of lateral low uplift in Gaoyou sag

LAO Haigang

(College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan 063009, China)

According to the seismic, well logging and mud logging data, spatial distribution of lateral low uplifts was analyzed, the evolution and dynamic mechanism were reconstructed and the coupling between the lateral low uplifts and sedimentary facies was investigated by taking typical lateral low uplifts in Gaoyou sag as research subjects. The results show that it is the difference in fault attitude and its connection mode in the Gaoyou sag that leads to the formation of different types of lateral low uplifts. In the geometry, dispersion inclined hard linkage between the faults forms the dispersion lateral low uplift, and the convergent inclined hard linkage forms the convergent lateral low uplift. In the kinematics, the structural evolution of faults controls the evolvement degree of strike slope and lateral low uplift, but their evolutionary stages are not experienced at the same time. In the dynamics, the difference in stress status between faults can leads to the formation of three types lateral low uplift, i.e. dip slip lateral low uplift, slanted slip lateral low uplift and mixing lateral low uplift. Lateral low uplift and delta depositional system show good coupling relationship between space and time.

Gaoyou sag; hard linkage of faults; geometry of lateral low uplift; kinematics of lateral low uplift; dynamics of lateral low uplift; sand body

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.05.026

TE122.1

A

1672−7207(2015)05−1763−09

2014−04−10；

2014−07−29

国家重大科技专项(2011ZX05006) (Project(2011ZX05006) supported by the Major National Projects of Science and Technology)

劳海港，博士，讲师，从事盆地构造解析研究；E-mail: 920197209@qq.com

(编辑 赵俊)