苏北盆地码头庄油田阜宁组震积岩特征及形成模式

刘金华, 乔　力, 吴立峰

(中石化江苏油田勘探开发研究院，江苏扬州225012)



苏北盆地码头庄油田阜宁组震积岩特征及形成模式

刘金华, 乔力, 吴立峰

(中石化江苏油田勘探开发研究院，江苏扬州225012)

摘要：通过岩芯观察，码头庄油田阜宁组发育了大量的同生小断层、液化岩脉、泥火山、震动液化扭曲变形、震动液化卷曲变形、自碎角砾岩等震积岩沉积构造，该类沉积构造属于软沉积变形构造，具有典型的震积岩沉积特征。首次在同期震积岩中发现同生微型正/逆断层发育，2种不同类型断层的发现，说明区内震积岩存在不同的应力环境，在滑塌体上部易形成微正断层，在滑塌体下部易形成微逆断层。认为前人对震积岩微同沉积断裂层、微褶皱变形层、碎块层、液化均一层4段分层的完整垂向序列可能过于理论化，并提出水平液化变形段、拉张段、滑脱段、沉积段、水平沉积变形段5段式震积岩立体发育模式。

关键词：震积岩；变形构造；微断层；沉积模式；码头庄油田；苏北盆地

0引言

地震是一种灾难型自然现象，是地壳板块运动的一种具体表现，地震的直接原因主要为构造活动、火山活动以及其他一些诱发因素引起的地壳快速而剧烈的颤动，是地壳内部能量的突然释放，具有巨大的破坏作用。对于地震形成的沉积物的最早研究出现在20世纪中叶，Ewing对1929年加拿大格兰德班克地震引起的浊流和海相地层中的地震位移和沉积变形构造进行了研究，随后Barrett对阿拉斯加1964年大地震后该州威廉王子海峡浅水区的沉积物进行了研究。但震积岩概念的提出最早出现于1969年，Seilacher在对美国加州地区中新世具有递变断裂的蒙特里页岩进行研究时，提出该页岩是由断层活动引发的地震形成的,并首先提出震积岩(Seismite)一词(乔秀夫等，1994；乔秀夫，1996；袁静，2004)。震积岩最初定义为一个构造活动区未固结的水下沉积物受到地震活动改造再沉积的沉积层，直至1984年,美国《MarineGeology》出版了《地震与沉积作用》专辑,对地震与沉积作用进行了系统总结。

我国可查询到的对震积岩的研究始于1988年，多年来，地质学家对地层中的震积岩开展了卓有成效的研究，涉及了华北元古宙—古生代、桂北二叠纪、四川三叠纪、南盘江盆地下—中三叠统、广西丹池盆地晚古生代、塔里木盆地志留系等不同地区、不同时代、不同构造环境和不同岩性中的震积岩，取得了丰硕的成果(乔秀夫等，1994；乔秀夫，1996；杜远生等，2000；杨剑萍等，2004,2006；曹国强等，2004；杨萍等，2006)。我国对震积岩的研究初期主要集中在古生代以前的海相碳酸盐岩地层，随着研究的深入，近年来在松辽盆地和渤海湾盆地也有相关研究，但对苏北盆地的震积岩研究尚未见报道。

本次研究针对苏北盆地高邮凹陷阜宁组地层开展震积岩特征和分布等相关研究，修正了前人对震积岩单井相序的部分认识，并提出了该区震积岩的立体成因模式。

1区域地质概况

苏北盆地位于江苏省中北部地区，划分为4个呈近EW向展布的二级构造单元，由南向北分别为东台坳陷、建湖隆起、盐阜坳陷和滨海隆起。高邮凹陷位于苏北盆地南部东台坳陷中部，南为通扬隆起，北接柘垛低凸起与建湖隆起相连，东起白驹凹陷，东南靠吴堡低凸起与溱潼凹陷相连，西接菱塘桥低凸起与金湖凹陷相隔，东西长约100km，南北宽约25～30km，面积2 670km2，呈NE向长条形分布，新生界地层沉积厚达7 000m，是苏北盆地沉降最深的一个凹陷。高邮凹陷构造单元可划分为南断阶、深洼带和北斜坡3个部分(图1)。

图1　苏北盆地码头庄油田庄2断块区域位置图1-地名；2-正向构造；3-断层；4-边界Fig.1　Map showing regional location of the fault blockZhuang 2 in the Matouzhuang Oilfield of Subei Basin

码头庄油田庄2断块油藏位于江苏省高邮市郭集乡，构造上位于苏北盆地高邮凹陷北斜坡带码头庄背斜构造的南翼，面积约为2.6km2，是1个NEE向展布的受断鼻构造控制的油藏(图1)。研究区地层平缓南倾，倾角4°～6°，东西两翼基本对称。阜宁组与下伏泰州组呈平行不整合—整合接触，与上覆戴南组呈不整合接触。前人对苏北盆地阜宁组做了大量的地层划分工作，把阜宁组划分为厚度不等的4个岩性段，自下而上为阜一段、阜二段、阜三段和阜四段，各岩性段之间大都为整合接触(吴展，2011)。本次研究地层主要为古近系阜宁组一段、二段。阜一段以暗棕色砂、泥岩不等厚互层为特征，岩性变化大，发育三角洲相沉积，主要发育三角洲前缘亚相；阜二段为暗色泥岩为主的地层，是一套有利的生油层段，下部为夹生物碎屑碳酸盐岩和鲕粒碳酸盐岩的灰黑色泥岩，主要发育滨浅湖亚相沉积。

2震积岩标志分析

通过对码头庄油田取芯井的岩芯(图2)观察，发现在该区中的砂岩、泥砂互层和泥岩中发育了大量的同生小断层、液化岩脉、泥火山、震动液化扭曲变形、震动液化卷曲变形、自碎角砾岩等一系列特殊沉积构造或岩层，该类沉积构造均属于软沉积变形构造，具有比较典型的震积岩沉积特征，因而本次研究开展了震积岩特征分析。

图2　码头庄油田震积岩岩芯(a) 微型阶梯状断层(庄2-18,1 710.1 m，阜一段)；(b) 小型正断层/液化岩脉(庄2-8,1 646.4 m，阜一段)；(c) 小型逆断层(庄2-1,1 599.42 m，阜一段)；(d) 泥火山(庄2-16,1 687.96 m，阜一段)；(e) 肠状构造+泥火山(庄2-18,1 723.6 m，阜一段)；(f) 震动液化扭曲变形(庄2-16,1 712.8 m，阜一段)；(g) 球枕状构造(庄2-22,1 666.48 m，阜一段)；(h) 震动液化卷曲变形(庄2-16,1 714.32 m，阜一段)；(i) 自碎角砾岩(庄2-16,1 713.92 m，阜一段)Fig.2　Photos showing seismite cores inthe Matouzhuang Oilfield

2.1同生微断层

研究区发育大量的同生微断层，是沉积物在沉积后经过一定的压实作用，致使地层具有一定的脆性，受到外力作用时在层内形成的微型断层(图2a、b、c)。同生微断层一般不穿层，单独或者多个阶梯状排列断层发育。由于泥岩塑性较强，砂岩脆性较强，并且在泥砂岩互层地层中该类微断层最为发育，因此泥砂岩互层中微断层得到了很好的显示，断距明显，形态清晰。

经过大量的岩芯观察后发现，研究区微断层分为2类：同生微正断层(图2a、b)、同生微逆断层(图2c)。同生微正断层为应力拉张环境形成，内部多见砂质填充物，偶见泥质充填物，断距0.5～12.0cm不等，断面充填物宽度为0～2.5cm；同生微逆断层为应力挤压环境下形成，内部无充填物，逆断层断面变形较大，两侧砂岩也多见变形现象，断距1.0～5.0cm，较微正断层、微逆断层断距普遍较小。2种不同类型断层的发现，说明研究区震积岩中存在不同的应力环境，初步分析认为，震积岩在发生滑塌过程中，在滑塌体上部易形成微正断层，下部易形成微逆断层。

2.2震裂缝

震裂缝形成于与同生微断层相同的应力环境，地震发生过程中，由于地层经受的应力大小不同，并且地层性质存在差异，经受应力破坏的能力也有差异，较小的应力或者较强的地层导致形成的裂缝两侧地层未出现明显位移(图2d、e)，但从整体上看，形成震裂缝的应力远小于形成同生微断层的应力。震裂缝多发育于泥砂岩互层地层和砂岩地层中，裂缝内常见泥质或砂岩填充物，充填物宽度0.3～3.0cm，并且常与泥火山、泄水构造等伴生，震裂缝在震积岩滑塌体大部分地区上部均可发育。

2.3液化岩脉与泄水构造

液化岩脉是地层受到剧烈震动后含水较高的岩层出现液化现象，液化后的泥岩、砂岩沿着地层应力薄弱位置穿透上下岩层而形成泥、砂质岩脉或岩墙(图2d、e)。液化岩脉常与同生微正断层、微裂缝伴生，多呈不规则状延伸，沿断层或者薄弱位置切穿地层的层理；液化岩脉大小不等，一般宽0.2～2.5cm，长1～30cm。液化岩脉剖面呈弯曲不规则形态，多数情况下中部膨大，向两端变细，但发育于微断层内部的液化岩脉沿断层分布，分叉现象较普遍。液化岩脉在穿入围岩时常因围岩存在一定的塑性，导致围岩层理发生弯曲。

泄水构造与液化岩脉形成于相同的环境，也是地层岩体液化后形成的变形构造(图2f)。由于地震产生的剪切力促使同生沉积物中的颗粒发生位移，从而改变原有的排列状态，原始地层骨架颗粒的支撑力由砂粒骨架转移至孔隙水，从而引起孔隙水压力变大，最终导致砂层产生液化作用，液化岩体内部压力超出围岩应力承受能力时便产生泄水构造，泄水构造多与震动液化扭曲变形伴生。与液化岩脉相比，泄水构造边界不清晰，而且液化岩脉可出现泥岩岩脉，泄水构造基本为砂岩孔隙水向泥岩泄露。

2.4泥/砂火山

泥/砂火山常与液化岩脉共生，也是地层液化后的一种特殊变形构造。泥/砂火山岩性与围岩不同，多数为富含水分的砂岩、粉砂岩，偶见泥岩。单个泥/砂火山多呈圆形或椭圆形，岩芯观察中由于岩芯尺寸限制，泥/砂火山多数不完整，部分泥/砂火山只可见“火山口”或只能看到液化岩体上涌形成的“火山通道”(图2d)，“火山通道”的围岩形成向上倾斜的变形，“火山通道”平面横断面为圆形或椭圆形，一般可以观察到泥/砂火山具有明显的液化砂体腔，该腔体保存了完整的强烈液化状态的岩体，是泥/砂火山的重要标志之一。

2.5震动液化变形

震动液化变形是震积岩中发育最多、最常见的变形构造，该类沉积构造属于岩体受震动后液化变形，但没有穿透围岩，在自身地层中的变形。根据震动强度，震动液化变形构造可分为震动液化扭曲变形、震动液化卷曲变形、砂枕构造3种(图2f、g、h)。

(1) 震动液化扭曲变形是应力较弱情况下形成的震动液化变形，该类变形构造在研究区最为常见，震动液化扭曲变形的表现是在应力作用下具有层理特征的砂岩、泥质砂岩出现的层理面的轻度弯曲来显示的(图2f)。

(2) 震动液化卷曲变形是应力较强情况下形成的震动液化变形，卷曲变形仅仅是在程度上比扭曲变形更强烈，在成因上没有明显区别(图2h)。

(3) 砂枕构造是应力非常强的情况下形成的震动液化变形(图2g)，又称之为枕状层，枕状体是液化的沙体在地震过程中下沉而成。沉积物经液化后形成不规则枕状、球状，剖面上多呈长椭圆状、不规则状(图2g)。单个枕状体宽度为5～20cm，高度5～10cm、长度20～40cm。枕状体一般呈层状，枕状层厚变化较大，从20～150cm不等。砂枕构造的发育对地层有一定的要求，砂枕构造主要发育于泥砂互层中，砂岩厚度不宜过大，因而能够发育砂枕构造的地层较少，而且成层分布，这便是砂枕构造一般呈层状分布的主要原因。枕状层通常形成大的负荷体，层内伴生枕状构造和火焰构造。纵向上，枕状层常与震动液化扭曲变形或卷曲变形伴生。

2.6自碎角砾岩

自碎角砾岩是震积岩中破碎程度最高的一类岩石，在震积岩保存较完整的滑塌岩层中可以看到。滑塌体产生一系列滑动面，滑动面附近形成了不规则的角砾岩化(图2i)，角砾大小从几毫米到十几厘米不等，排列杂乱，多为棱角状、次棱角状，没有分选性，最常见者为泥岩自碎角砾岩。

3震积岩相序分析

前人对震积岩垂向序列研究已经形成了较为完整的一套沉积相序(图3)。例如魏垂高等(2006，2007)提出震积岩垂向序列基本包括了底部未震层、液化卷曲变形层、阶梯状微断层、震塌岩层、砂岩脉层、顶部未震层等基本的震积岩内部4段分层；夏青松等(2007)提出了微同沉积断裂层、微褶皱变形层、碎块层、液化均一层4段分层的垂向序列。

图3　震积岩垂向序列特征(据魏垂高等，2006；夏青松等，2007)Fig.3　Vertical sequence of the seismite(after Wei et al., 2006; Xia et al., 2007)

虽然不同专家对震积岩的相序有不同见解，但基本上为在单一地区出现的完整序列。通过本次研究，从岩芯角度分析，江苏油田高邮凹陷内发育的震积岩观察到了前人研究过程中提到的绝大多数沉积构造，并且在地层中也出现了明显的同层分布的规律，但是在垂向上未发现前人研究中提到的完整垂向序列，多为垂向序列中的1～3层的组合特征，因而对此特征进行了深入分析。通过大量的岩芯分析，没有找到前人的完整的垂向序列，平面上看，从斜坡顶部到斜坡底部发育了不同的震积岩垂向序列，而且震积岩层的厚度变化也较大，并且在岩芯观察中提出同一期震积岩中同时发育同生逆断层与同生正断层，由于不同的微断层发育于不同的应力环境，这也说明前人从单一的垂向序列进行相序分析存在一定的弊端。本次研究从三维立体角度总结震积岩的发育模式。

4震积岩成因模式

通过对码头庄油田庄2断块中10余口取芯井的岩芯观察，发现该区中的软沉积变形构造类型多样，特征丰富，全面分析后，提出研究区震积岩具有多段式立体发育模式。码头庄地区虽然构造上属于背斜构造的南翼，但在阜宁组沉积时期属于北斜坡沉积的一部分，为具有4°～6°倾角的缓坡沉积环境，在该时期研究区具有丰富的物源，为震积岩的发育和保存提供了有利环境。

码头庄油田震积岩由于主要由多个震积滑塌体和未明显滑塌区域组成，在剖面上分为5个部分：水平液化变形段、拉张段、滑脱段、沉积段和水平沉积变形段。其中，水平液化变形段属于未明显滑塌区域沉积，其余4段沉积物均属于震积滑塌体沉积(图4)。

图4　江苏油田高邮凹陷震积岩发育模式图1-微型正断层；2-微型逆断层；3-负荷构造；4-火焰构造；5-液化扭曲变形；6-液化岩脉；7-泥火山；8-液化卷曲变形；9-自碎角砾岩Fig.4　Development model of the seismite in the Gaoyou Sag of Jiangsu oilfield

水平液化变形段主要发育于相对海拔较高并且地层近水平的区域，受地震影响程度较小，已经沉积的地层受到地震的作用形成了明显的液化扭曲变形、火焰构造，顶面形成微裂缝，微裂缝多被后期沉积物充填。

滑塌区沉积主要分为4段，滑塌沉积从相对海拔较高部位开始发育，逐渐下滑至低部位水平区域，形成较为完整的一个扇形滑塌体。(1) 较高部位发育拉张段，该段是滑塌体下滑形成的张应力发育段，主要发育微型正断层、微裂缝、液化岩脉等沉积构造。(2) 随着顶部沉积物的下滑，在滑塌体中部形成滑脱段，滑脱段变形构造最为发育，主要发育液化扭曲变形、液化卷曲变形、泄水构造、液化岩脉、负荷构造等多种变形构造，并且在该段的下部挤压环境发育微逆断层。(3) 随着沉积物继续下滑，在地层倾角变缓的环境下形成沉积段，沉积段多发育自碎角砾岩、液化卷曲变形等沉积构造。(4) 在滑塌区末端发育受滑塌沉积挤压的水平段，该段无明显上部物质的沉积，但受到滑塌体的整体挤压，形成液化扭曲变形等沉积构造。

本次研究首次发现震积岩发育微正断层与微逆断层2种不同的微型断层，并且提出2种断层发育于同期震积岩的不同位置。震积岩不同应力环境的变化导致其在横向上发育了不同的垂向序列，因而前人使用单一的垂向序列来描述震积岩存在欠缺，本次研究从立体角度分析震积岩的发育特征。

震积岩的研究在2个方面对油气储层研究具有指导意义：(1) 震积岩作为瞬时的沉积体系，单期次的震积岩可以作为地层等时对比的标准之一；(2) 震积岩的发育对已沉积储层进行了改造，使储层的泥质含量增加，物性变差，但这类改造往往更易出现岩性控制的油气藏。因此，对该区震积岩的研究可以为油气储层分布和预测提供理论依据。

5结论

(1) 码头庄油田阜宁组岩芯中发育了大量的同生小断层、液化岩脉、泥火山、震动液化扭曲变形、震动液化卷曲变形、自碎角砾岩等一系列震积岩沉积构造，该类沉积构造属于软沉积变形构造，具有典型的震积岩沉积特征。本次研究首次发现同生微型正/逆断层发育于同期震积岩中。

(2) 提出前人对震积岩微同沉积断裂层、微褶皱变形层、碎块层、液化均一层4段分层的完整垂向序列可能存在过于理论化的弊端。通过对研究区震积岩的立体分析，提出水平液化变形段、拉张段、滑脱段、沉积段、水平沉积变形段5段式震积岩立体发育模式。

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Characteristics and developmental model of the Funing Formation seismite in the Matouzhuang Oilfield, Subei Basin

LIU Jinhua, QIAO Li, WU Lifeng

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfield,Sinopec,Yangzhou225012,Jiangsu,China)

Abstract：The observation of the drill cores in the Matouzhuang Oilfield of Subei Basin suggests that the Funing Formation develops many kinds of sedimentary structures, such as syngenetic microfaults, liquefied veins, hervideros, seismic liquefaction-induced deformation, seismic liquefaction-induced covolution and autoclastic breccia. All these sedimentary structures are soft sedimentary structures, and have typical characteristics of seismites. This study first discovered syngenetic normal/abnormal faults formed in single stage of seismites, suggesting there are different stress environments, with normal faults developed on top of the seismite bodies and abnormal faults at the bottom. It is inferred that the previously defined vertical depositional sequence of seismites, including four segments of micro syndeposit faulting, micro crinkling deformation, fragmental segment and liquefied homogeneous segment, may be too theoretical. We set up a new stereoscopic developmental model of the seismites, i.e., horizontal liquefied deformation section, tensional section, decollement section, sediment section and horizontal sedimentary deformation section.

Keywords：seismite; deformation structure; microfault; sedimentary model; Matouzhuang Oilfield; Subei Basin

收稿日期：2015-06-07；修回日期：2015-11-23；编辑：陆李萍

基金项目：中国石油天然气股份有限公司科技风险创新基金项目(W060134A)

作者简介：刘金华(1981—)，男，高级工程师，博士，从事石油与天然气地质研究，E-mail: liujinhua.jsyt@sinopec.com

中图分类号：P588.2

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0247-06

:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.247