高邮凹陷陈堡走滑逆断层的确定及其油气意义

王正,吴林,陈清华,程祥

(1.北京斯堪帕维科技有限公司，北京 100101；2. 中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081；3. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580)

中新生代以来，受西太平洋构造板块俯冲及后撤影响，中国东部发育松辽、渤海湾、苏北-南黄海等一系列断陷盆地群，石油资源丰富，长期肩负着国家能源安全的重要使命(Liu Yin et al.，2017；刘寅等，2014)。苏北盆地地处中国经济最为发达的长江三角洲经济带，是下扬子板块、华北板块、太平洋板块的交汇地带，西北侧以郯庐断裂带与华北板块相邻，东侧与太平洋板块相邻，构造位置特殊，深部动力背景多样(吴林等，2015)。作为苏北盆地面积最大、油气最富集的构造单元，高邮凹陷中新生界断裂非常发育，传统认为凹陷边界的真武、吴堡断裂体系均表现为伸展背景下的正断层，关于这些断裂系统的几何学、运动学特征研究较为成熟(刘寅等，2014；吴林等，2017)。然而，高邮凹陷晚白垩世以来伸展方向经历NW—NS—NW的转换，控制边界断裂体系多期斜向伸展与走滑作用(吴林等，2017)，形成走滑正断层类型及相关圈闭，但还没有挤压类构造及圈闭的报道。而处于郯庐断裂带另一侧的渤海湾中新生代断陷盆地中已发现有挤压走滑相关构造，如辽河凹陷冷家堡油田、黄骅凹陷孔店凸起、东营凹陷桩海地区等，均与油气分布密切相关(汪泽成等，1998；张明振等，2006)。因此，本次以高邮凹陷陈堡地区为对象，利用最新三维地震数据识别一条走滑逆断层，精细解析该断层的空间形态、活动特征及其成因机制，明确其油气意义，给高邮凹陷构造圈闭评价带提供新的思路。

1 地质概况

高邮凹陷发展于晚白垩世仪征运动，为典型的中、新生代断陷盆地，其属于苏北盆地认识程度较高的次级含油单元(图1a)，凹陷结构为典型的南断北超。中生代时期，由板块碰撞引起的区域推覆作用使高邮凹陷基底形成了真武断裂(陈莉琼等，2009；唐旭等，2021；戴俊生等，2011；吴林等，2015)。晚白垩世泰州组时期，区域拉张应力场使真武断裂复活并发生微弱活动，东部继承性演化为吴①断层。古近纪时期，吴②断层强烈活动，成为南部控凹边界断层，同时发育了一系列次级断层。吴①断层、吴②断层及周围次级断层共同组成走向为NE的吴堡断裂带，南邻吴堡低凸起，北邻高邮凹陷深凹带，断层倾向为NW，呈台阶状北掉(丁建荣等，2018)(图1b、图1c)。因此，吴①断层为一级断层，吴②断层为二级断层，周围次级断层为三级断层，其中三级断层非常发育，相互切割或终止于一、二级断层，这些断层垂向位移大于平面位移，总体表现为走滑正断层(吴林等，2017)。地层从新到老依次是：第四系东台组(Qd)、新近系盐城组(N2y)、古近系三垛组(E2s)、戴南组(E2d)、阜宁组(Elf)、上白垩统泰州组(K2t)，三垛组晚期该区整体抬升、剥蚀，缺失渐新统。高邮凹陷由多个次级凹陷组成，包括陈堡油田南侧的刘五舍次凹，沉积阜宁组湖相泥页岩烃源岩，上覆巨厚的古近系砂砾岩是该区主要储层，通过断裂沟通油源和储层(陈清华等，2015)。

陈堡油田是高邮凹陷南部重要油气区(图1c)，目前已有百余口钻井，陈2、陈3断块共探明含油面积3.6 km2，探明地质储量1.6万t。针对有利目标的精细构造解析是该区增储上产的重要手段。

图1 高邮凹陷陈堡油田构造位置图Fig.1 The geographical location map of the Chenbao oilfield of the Gaoyou Sag

2 走滑逆断层精细解析

2.1 使用资料与解释方法

2.2 几何学特征

图2 陈堡油田陈堡走滑逆断层(F)发育特征Fig.2 Development characteristics of chenbao strike-thrust fault (F) in Chenbao oilfield

图3 陈堡走滑逆断层(F)断面空间形态Fig.3 Section profile of Chenbao strike-thrust fault(F)

图4 陈堡走滑逆断层时间切片Fig.4 Time slice of strike-thrust fault in Chenbao oilfield

2.3 断层活动强度

研究表明，陈堡走滑逆断层为同沉积断层。目前同沉积断层活动性分析的主要表征参数包括断层落差、活动速率、生长指数等(雷宝华，2012；王有功等，2014)。由于该断层走滑量相对较小(图4)，同时考虑到与吴①断层进行对比分析，本次选取断层生长指数表征断层活动性。断层生长指数定义为断层的上盘厚度与下盘厚度之比，生长指数>1，表明断层为正断层；生长指数<1，表明断层为逆断层。并且生长指数越接近1，表明断层活动程度越弱(图5)。

图5 吴①断层和陈堡走滑逆断层的断层生长指数Fig.5 Fault growth index of Wu ① fault and Chenbao strike-thrust fault

根据图5分析可得。陈堡走滑逆断层活动开始于晚白垩世泰州组沉积时期，古近纪阜一段至阜三段时期，断层生长指数不断减小，最低达到0.65，表明在该时期，逆断层活动逐渐增强。从阜四段开始，生长指数逐渐增大，在三垛组沉积时期达到0.95，逆断层活动程度逐渐减弱，并停止断层活动。吴①断层与陈堡走滑逆断层活动开始时间基本一致，断层活动时期处于阜宁组、戴南组沉积时期，并且存在2个活动高峰，分别为阜二段(生长指数1.5)和戴南组沉积时期(生长指数2.0)，三垛组以后断层活动性明显减弱，并停止断层活动。

通过对于断层活动的分析研究，吴①断层活动强度明显高于陈堡走滑逆断层，并且断层活动时间上，吴①断层跨越沉积时期也要长于陈堡走滑逆断层。但是在2条断层活动都比较剧烈的阜宁组时期，2条断层呈现出互补的趋势，相互影响作用强烈。从图6分析得知，陈堡走滑逆断层在东西向不同测线上，生长指数均呈现出逐渐减小的趋势，逆断层活动强度逐渐增强，这也是受吴①断层活动的控制的结果。

图6 陈堡走滑逆断层不同测线断层生长指数(测线自东向西均匀分布)Fig.6 Fault growth index of different lines in Chenbao strike-thrust fault(The survey line is evenly distributed from east to West)

2.4 断层成因机制

20世纪90年代开始，关于中国东部油气区的逆断层成因机制研究逐渐开始(罗群，2000；杨克绳等，1985；王同和，1988)，大致分为4种成因：走滑诱导、重力滑动、反转转化、流体推挤。其中，前两类为主要成因类型，目前报道有松辽盆地辽河坳陷冷家堡逆断层(吴林等，2017；罗群，2000)和渤海湾盆地冀中坳陷马西逆断层(杨克绳等，1985；王同和，1988)。事实上，苏北盆地也有逆断层报道，即金湖凹陷铜城断层。铜城断层北段为逆断层，南段为正断层，断层走向为NS，断层性质沿走向出现变化，可见有花状构造，因此铜城断层北段逆断层属于走滑诱导成因(能源等，2012)，陈堡走滑逆断层属于走滑诱导与重力滑动共同成因。重力滑动成因逆断层是指由于沉积、沉降等原因使半固结成层的沉积物在重力作用下整体沿断层滑动、后方逆冲所形成的构造(王同和，1988)。

首先，区域应力环境是陈堡走滑逆断层的构造背景。前人研究表明，印支期下扬子板块与华北板块拼贴碰撞，包括高邮凹陷在内的苏北盆地深部形成一系列走向NE、倾向NW的叠瓦式逆冲断层(图7)(朱光等，2013；练铭祥等，2001)。这些逆冲断层形成苏北盆地的基底断层，控制着次级凹陷的形成演化，这是高邮凹陷边界(包括吴①断层)呈NE走向的主要原因。燕山期，受控于太平洋板块NNW向俯冲于欧亚板块之下，高邮凹陷处于弧后扩张环境，处于NW—NS向的区域伸展作用中，早期逆冲断层发生构造反转(练铭祥等，2001)，在浅部直接继承形成边界控凹正断层(如吴①断层)，同时也会形成新生的阶梯式次级正断层(如F2断层)。由于高邮凹陷伸展方位经历NW—NS—NW转变过程，吴①断层及次级断层发生斜滑作用，形成平面斜交式、剖面Y型的断层组合样式(图1、图2)，因此陈堡地区具有走滑应力环境。

图7 陈堡走滑逆断层成因解释Fig.7 Genetic interpretation of Chenbao strike-thrust fault

其次，长期的重力滑动是陈堡走滑逆断层的直接原因。晚白垩世以来，由于长期的区域斜向伸展作用，陈堡地区边沉积边沉降。在部分断层(F2)上盘，靠近断层一侧沉积物向下滑动，而远离断层一侧沉积物由于调节应变量而向上滑动，由于相邻吴①断层上盘沉积物的重力较大，陈9断块向上滑动的沉积物难以克服，并不断受到挤压，当挤压力超过岩层强度时产生破裂，形成了与F2断层倾向相反的逆断层F。在重力作用下，这种断层很容易沿破裂软弱面快速逆冲(罗群等，2000)，因此重力滑动是陈堡走滑逆断层的重要成因。

3 走滑逆断层的油气意义

根据地质资料解释的结果，受地质构造的影响，陈堡地区主要存在断块、断鼻等油气藏。陈3断块已部署开发井100余口，开发效果良好。同沉积构造作用下的陈堡走滑逆断层，位于陈2、陈3富油断块的邻部，控制陈9断块油气储集，因此陈堡走滑逆断层的研究对油气勘探具有重要的指导意义。

3.1 走滑逆断层控制了烃源岩形成

前人研究认为，包括陈9断块在内的陈堡油田油气主要来源于高邮凹陷北部的刘五舍次凹阜二段烃源岩(陈莉琼等，2009；陈清华等，2015；邱贻博等，2007)，而吴①断层和陈堡走滑逆断层临近生烃凹陷，在阜二段—阜四段时期断层活动性最强，逆断层的活动时间与烃源岩形成时间一致，且为同沉积断层，因此陈堡走滑逆断层控制着烃源岩形成。

3.2 走滑逆断层控制了油气运移成藏

断层分布、封闭性等是油气运聚分析的重要内容(姜素华等，2004；黄小青等，2020)。陈堡走滑逆断层的几何学研究表明，逆断层倾角大，向南倾斜，指向临近的刘五舍次凹烃源岩，位于陈堡油田与生烃中心之间，有利于陈堡油田的油气运移。同时，陈堡走滑逆断层封闭能力较强。三垛组沉积时期是陈堡油田大规模油气运移期，此时吴①断层持续活动，断层封闭性较差，南部刘五舍次凹油气沿NE走向的吴①断层向高部位的陈9断块运移(图8)，而陈堡逆走滑断层已停止活动，封闭性较好。三垛运动后，吴①断层和陈3断层两盘均为砂泥岩对接，封闭性较好(邱贻博等，2007)。因此在断层和构造形态的双重作用下，受陈堡走滑逆断层、吴①断层、陈3断层共同控制，陈9断块中油气易被遮挡而聚集成藏。

图8 陈堡油田陈9断块反射层构造图Fig.8 Structural map of reflector in Chen 9 fault block of Chenbao Oilfield

3.3 走滑逆断层控制了有利构造圈闭

4 结论

(1)在高邮凹陷构造特征研究中已有伸展、走滑构造的论述，但关于走滑逆断层的报道尚属首次，在今后的研究工作中值得注意。

(3)陈堡走滑逆断层对烃源岩、油气运移、圈闭发育都具有一定的控制作用。根据构造解释结果评价了陈9断块有利圈闭，其平面投影面积为1.85 km2。逆断层控制下的有利圈闭的发现为研究区油气勘探提供了新的方向。