南襄盆地唐河低凸起地质结构与勘探潜力

李 智，黎 腾，朱 颜，何登发 ，李 岩

1.中国地质大学（北京）能源学院，北京 海淀 100083；2.中国石化河南油田分公司，河南 南阳 473400

引言

低凸起是沉积盆地内常见的一类正向构造单元，广泛发育于拉张、走滑及挤压等多种构造应力场，是区域性油气运移的重要指向区，具有良好的成藏条件，有利于油气聚集，是勘探的重要目标，其油气成藏具有远离油源、油气多层系富集的特点[1-3]。近年来，在塔里木盆地的古城低凸起、塔中低凸起及轮南低凸起，琼东南盆地的松南低凸起及陵南低凸起，渤海湾盆地的林樊家低凸起、辽西低凸起及勃南低凸起均取得了油气勘探的突破，展示了低凸起良好的勘探前景。前人针对低凸起的构造特征、演化及动力机制、源-汇系统、沉积充填响应、古水深恢复、输导体系与油气成藏模式等已开展了多方面研究[4-13]。

唐河低凸起位于泌阳凹陷和南阳凹陷两富油凹陷之间，属凹陷边缘低凸起，为油气运移聚集的有利指向区，具有近物源、远油源的特殊石油地质特征。随着泌阳凹陷和南阳凹陷勘探程度的提高和勘探难度的日益增大，为了开拓新的勘探领域，寻找油气资源接替战场，开展唐河低凸起勘探潜力分析已迫在眉睫。南阳凹陷和泌阳凹陷以唐河低凸起相隔，因此，在两凹陷整体构造特征、断裂展布、形成演化、地层对比、沉积体系及砂体展布的解剖中，唐河低凸起地质结构研究是关键。而目前对唐河低凸起的研究仅限于其为一晚期定型的水下继承性隆起，对其构造特征、形成时间及发育机制的研究很少[14-15]。

本文以研究区露头、地震、钻井、测录井及分析化验数据为基础，结合区域地质认识，分析唐河低凸起的沉积充填和地层展布；以正断层相关褶皱理论为指导，通过多井合成记录标定，精细刻画唐河低凸起的构造特征；以平衡复原技术为指导，恢复唐河低凸起的形成演化过程；结合南襄盆地的区域地质背景，分析唐河低凸起的成因机制；最终结合地球化学、油层物理等资料，分析其石油地质特征和油气勘探潜力，为油气勘探提供借鉴。

1 地质背景

唐河低凸起地理上位于河南省唐河县，构造位置位于南襄盆地南阳凹陷桐河街断层和泌阳凹陷北部地层尖灭线之间，北接社旗凸起，平面形态呈倒三角形展布。东临泌阳凹陷井楼—古城油田，西邻南阳凹陷马店—张店—白秋油田，属凹陷边缘低凸起（图1）。

图1 唐河低凸起及周缘构造纲要和油气田分布图Fig.1 Tanghe Low Uplift and its peripheral structure outline and oil pool distribution

唐河低凸起在西大岗地区出露核桃园组，剖面连续性好，是研究南襄盆地以至华北地区新生代盆地沉积充填的天然窗口。结合周缘唐1 井--唐5 井的钻井资料，认为唐河低凸起一带自下而上发育玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、凤凰镇组及平原组（图2）。

图2 唐河低凸起地层综合图Fig.2 Comprehensive stratigraphic map of Tanghe Low Uplift

玉皇顶组为一套棕红色砾岩与棕红色、浅紫红色泥岩互层。大仓房组为紫红色砂砾岩夹少量紫红色含砾泥岩。核桃园组为凹陷斜坡边缘沉积，自下而上划分为核三段、核二段、核一段，其中，核三段下部为灰色泥岩及浅灰色含砾砂岩、粉砂岩；中部为杂色泥岩、浅灰色细、粉砂岩；上部以浅灰色、杂色泥岩为主。核二段以深灰色、灰绿色泥岩、页岩为主，夹薄层灰白色细、粉砂岩；底部发育灰绿色泥岩，其次为紫红色泥岩。核一段以深灰色、灰绿色泥岩和砂质泥岩为主，夹薄层灰色细、粉砂岩。凤凰镇组以紫红色、棕灰色及灰绿色泥岩为主，夹绿色、灰黄色砂砾岩、砾岩。平原组为棕红色泥岩、含少量石膏，底部为黄白色砾岩。

从图3 所示过南阳凹陷（南1 井— 魏 40 井—南41 井）— 唐河低凸起（唐5 井— 唐1 井）— 泌阳凹陷（楼浅6 井—泌43 井—泌深1 井—泌93 井）的东西向连井剖面可以看出，与相邻的泌阳凹陷和南阳凹陷相比，廖庄组全区被剥蚀。

图3 过南阳凹陷—唐河低凸起—泌阳凹陷的东西向连井剖面（剖面位置见图1）Fig.3 The east–west connecting well section of Nanyang Depression--Tanghe Low Uplift--Biyang Depression（The section position is shown in Fig.1）

2 构造特征及演化

前人从油气勘探的角度将唐河低凸起定义为“泌阳凹陷和南阳凹陷向盆缘方向核桃园组目的层剥蚀地区”，受南阳凹陷桐河街断层和泌阳凹陷北部核桃园组地层尖灭线夹持，平面呈“倒三角形”，但对其地质结构特征则缺少论述。

本文选取过唐河低凸起的3 条东西向地震剖面和一条南北向地震剖面，利用南阳凹陷、泌阳凹陷的深钻井进行地震合成记录层位标定，精细解析唐河低凸起的构造特征。

2.1 构造特征

AA′剖面西起南阳凹陷张店油田南部的南76井区，经唐河低凸起东至泌阳凹陷古城油田泌44井区，全长31.0 km（图1）。剖面西侧发育大仓房组—平原组，至唐河低凸起依次出露廖庄组、核一段及核二段，在泌阳凹陷为凤凰镇—平原组角度不整合覆盖于玉皇顶组—核三段之上。剖面中部发育呈“陡—缓—陡—缓”座椅式形态的桐河街断层（F1）；在南阳凹陷一侧发育一系列倾向平行F1的次级断裂；泌阳凹陷一侧断层相对不发育，形成“Y”字型断裂组合；基底发育“西浅东深”的滑脱断层F0，为廖庄末期挤压定型的主滑脱面（图4）。

图4 过南阳凹陷—唐河低凸起—泌阳凹陷的AA′ 剖面及其解释Fig.4 The AA′ profileacross Nanyang Depression--TangheLowUplift--Biyang Depression and its interpretation

BB′剖面西起南阳凹陷张店油田西缘龙16 井区，经唐河低凸起东至泌阳凹陷古城油田古浅3 井区，全长25.4 km（图1）。剖面西侧发育玉皇顶—平原组，至唐河低凸起依次出露廖庄组、核一段及核二段，在泌阳凹陷为凤凰镇—平原组角度不整合覆盖于玉皇顶组—核三段之上。桐河街断层（F1）几何学形态为“缓—陡—缓”的“反犁式”形态；泌阳凹陷一侧发育数条倾向平行于F1的基底断裂；向深部均收敛于滑脱断层F0（图5）。

图5 过南阳凹陷—唐河低凸起—泌阳凹陷的东西向BB′ 剖面及其解释Fig.5 The east–west BB′ profileacross NanyangDepression--Tanghe Lo wUplift--BiyangDepressionand its interpretation

CC′剖面西起南阳凹陷东部斜坡带南130 井区，经唐河低凸起东至泌阳凹陷北部斜坡带泌浅40井区，全长17.1 km（图1）。

剖面西侧发育玉皇顶组—平原组，至唐河低凸起依次出露廖庄、核一、核二、核三段及大仓房组，在泌阳凹陷为凤凰镇—平原组角度不整合覆盖于玉皇顶组—核三段之上。桐河街断层（F1）形态变化为上陡下缓的“犁式”形态；在南阳凹陷、泌阳凹陷均发育倾向平行于F1的次级断裂，呈犁式形态收敛于滑脱断层F0（图6）。

图6 过南阳凹陷—唐河低凸起—泌阳凹陷的东西向CC′ 剖面及其解释Fig.6 The east–west CC′ profile across Nanyang Depression--Tanghe Low Uplift--Biyang Depression and its interpretation

DD′剖面在南北方向纵切唐河低凸起，全长39.6 km（图1）。纵向上发育基底、玉皇顶—大仓房组、凤凰镇—平原组3 套构造层；其中，玉皇顶—大仓房组超覆不整合于基底之上，向上被凤凰镇—平原组角度不整合削截。南北向发育3 条边界断裂，形成3 个多米诺式半地堑（图7）。

图7 过唐河低凸起的南北向DD′ 剖面及其解释Fig.7 The north–south DD′ profile across Tanghe Low Uplift and its interpretation

2.2 构造演化

2.2.1 构造演化过程

平衡剖面是构造演化历史恢复的常用方法，其原理是遵循物质守恒定律，将现今剖面回剥反演至地层各原始沉积状态，再现盆地演化过程和不同历史时期构造形态。唐河低凸起地区沉积以砂岩和泥页岩等流动性差的能干性地层为主，在二维空间演化符合层长守恒和面积守恒等物质守恒定律；其古近纪末期的地层抬升剥蚀量可通过过剖面典型井的泥岩声波速度计算加以约束。根据基干地震剖面的平衡复原，结合钻井和岩性资料，将唐河低凸起的构造演化划分为4 个阶段：玉皇顶—大仓房期的统一沉降期、核桃园—廖庄期的差异沉降期、廖庄末期的挤压定型期和凤凰镇—平原期的拗陷期（图8）。

图8 过南阳凹陷—唐河低凸起—泌阳凹陷的东西向复原演化剖面Fig.8 Balance profile of east--west section across Nanyang Depression--Tanghe Low Uplift--Biyang Depression

（1）统一沉降期

玉皇顶—大仓房期，受NE—SW 向区域伸展应力场作用，唐河—栗园断层、禹桐断层及新野断层等多条NW—SE 向断裂均发生活动，此时泌阳、南阳两凹陷的沉降—沉积连为一片，呈NW—SE向平行边界断层展布，唐河低凸起尚未形成。

玉皇顶期，唐河低凸起一带为禹桐断层和唐河—栗园断层的硬连接部位，沉积地层相对略薄，向两凹陷逐渐加厚。唐河低凸起唐1 井钻遇488 m的棕红色砾岩与棕红色、浅紫红色泥岩互层；泌阳凹陷泌深1 井钻遇2 163 m 杂色含砾细砂岩、细砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。

大仓房期，禹桐断层和唐河—栗园断层统一活动，唐河低凸起地区为沉降—沉积中心。唐河低凸起唐1 井钻遇1 130 m 的棕红色泥岩与浅灰色粉砂岩互层；南阳凹陷魏40 井钻遇1 254 m 棕红色泥岩为主夹肉红色细砂岩；泌阳凹陷泌深1 井钻遇730 m 灰白色粉细砂岩。

（2）差异沉降期

核桃园—廖庄期，桐河街断层发生活动，唐河低凸起雏形形成，继承性发育，泌阳、南阳两凹陷差异沉降。这一时期，受区域应力场方向转换影响，NE—SW 向展布的桐河街断层及泌阳—栗园断层开始活动，凹陷沉降—沉积中心逐渐发生偏移。唐河低凸起一带相对泌阳凹陷表现为泌阳—栗园沉积中心的西部斜坡带，沉积地层厚度减薄，从东向西由泌93 井→泌深1井→泌43 井→楼浅6 井，核三段地层厚度由1 817 m→1 434 m→1 089 m→186 m；相对南阳凹陷表现为桐河街断层的下盘，沉降速率较上盘小，低凸起的雏形继承性发育；泌阳、南阳两凹陷被唐河低凸起雏形分隔差异沉降，但沉积水体依旧连通。

（3）挤压定型期

廖庄末期，南襄盆地及邻区发生大规模挤压抬升，沉积地层整体遭受隆升剥蚀。泌阳凹陷地层剥蚀量相对较大，且北部大于南部，西部大于东部，靠近唐河低凸起一侧抬升剥蚀量约1 300～1 500 m。南阳凹陷地层剥蚀量相对较小，且北部大于南部，东部大于西部，靠近唐河低凸起一侧抬升剥蚀量约300～500 m。两凹陷斜坡带的隆升剥蚀作用使唐河低凸起最终定型，在唐1 井可见新近系直接不整合覆盖于大仓房组之上，核桃园组和廖庄组全部遭受剥蚀。

（4）拗陷期

凤凰镇—平原期，南襄盆地及邻区由断陷进入拗陷阶段，沉积了一套灰黄色黏土和砂砾岩层，地层厚度在唐河低凸起最薄，近百余米；向南阳凹陷由东向西逐渐加厚，可达500 m；在泌阳凹陷厚度较为稳定，为200 m 左右[16]。

2.2.2 成因机制分析

唐河低凸起的成因机制与区域构造应力场转换下控凹边界断层的差异活动密切相关。

三叠纪，扬子板块向华北板块俯冲碰撞形成秦岭—桐柏—大别褶皱造山带，并形成了商丹断裂（即禹桐断层、唐河—栗园断层等一系列NW—SE 向断层雏形的总和）等一系列NW—SE 向逆冲断层。早白垩世，扬子板块的深俯冲作用导致岩石圈熔融，发生大规模岩浆上涌，在碰撞弧后形成拉张环境，早期逆冲断层发生反转，开始形成凹陷雏形。晚白垩世，NW—SE 向的禹桐、新野、唐河—栗园等伸展拆离断层均分段活动，上白垩统沉积孤立不连片。玉皇顶期，禹桐断层与唐河—栗园断层逐渐连锁，至大仓房期在唐河低凸起一带形成统一的沉降中心，此时泌阳、南阳两凹陷水体连通，沉积连片，为统一的南泌凹陷，唐河低凸起尚不存在。

白垩纪，太平洋板块沿NWW—SEE 向俯冲于欧亚大陆之下，岩石圈减薄，弧后拉张形成近NW—SE 向的伸展。核桃园期，NE—SW 向的桐河街断层、泌阳—栗园断层开始活动，且活动强度逐渐增大。在南阳凹陷，禹桐断层的活动速率减缓，所控制的桐寨铺次洼近似废弃；新野断层的活动速率增大，控制了南阳凹陷沉降—沉积；桐河街断层逐渐开始活动，对南阳凹陷沉降开始起控制作用。泌阳凹陷的沉降—沉积逐渐平行于泌阳—栗园断层一侧，唐河低凸起一带相当于凹陷的西部斜坡带，沉积逐渐减薄剥蚀。唐河低凸起的雏形逐渐形成，泌阳、南阳两凹陷水体被低隆起所分隔，发生差异沉降；至廖庄末期受挤压隆升剥蚀，构造最终定型，形成“两凹夹一凸”的区域构造格局。

在西大岗露头区核二段中亚段和核二段上亚段间发育一层稳定分布的裹着褐铁矿表皮的黄铁矿，代表水体突然加深，由水下分流河道转变为深湖—半深湖环境的离裂不整合面[17-18]。可代表桐河街断层的主活动期，即唐河低凸起在核桃园组构造应力场由NE—SW 向NW—SE 转化的时间[19]。

3 勘探潜力分析

唐河低凸起是一核桃园期继承性发育，晚期定型的水下隆起，处于油气运移的有利指向区，生、储、盖等油气成藏要素配置良好，具一定油气勘探潜力。

3.1 多凹陷烃源岩供烃

唐河低凸起分隔了泌阳凹陷和南阳凹陷两富油生烃洼陷，左右逢源，具有较好的供烃条件。东侧的泌阳凹陷安棚—安店生油中心，发育深水还原—强还原环境的核桃园组褐色、褐灰色页岩、油页岩、泥岩，累计厚度3 700 m，面积635 km2，干酪根类型为I 型和Ia型，有机碳含量平均值1.77%，生烃门限在1 650～1 700 m，目前都已进入生油高峰阶段。西侧的南阳凹陷牛三门生油中心，发育深水—半深水还原环境的核桃园组暗色泥岩，累计厚度2 500 m，面积195 km2，干酪根类型为I 型和II 型，有机碳含量平均值1.02%，生烃门限在1 850～1 900 m，目前也已进入生油高峰阶段。根据盆地模拟，两凹陷的原始生烃量达40.44×108t，为唐河低凸起油气富集提供了坚实的资源基础。且唐河低凸起地区的唐1井在玉皇顶组—大仓房组钻遇了灰绿色泥岩、泥质白云岩、钙质泥岩及泥灰岩，岩屑石油指标分析认为，有机碳含量在0.01%～0.28%，二价硫含量在0.01%～0.10%，荧光沥青含量在0～0.313‰；唐2井钻遇核桃园组灰绿色砂质泥岩和暗灰色泥岩，岩屑石油指标分析认为，有机碳含量为0.43%，氯仿沥青“A”含量为0.029 3%，也应具备一定生烃条件。

3.2 多层系有效储层发育

唐河低凸起南邻新野凸起，北邻社旗凸起，发育南北物源体系，具近物源沉积的特点。自上而下发育核桃园组、玉皇顶—大仓房组、基岩等多套有效储集层系。

在靠近唐河低凸起西侧的西大岗露头区，核桃园组沉积期主要为辫状河三角洲沉积体系，发育含砾粗砂岩、细粒砂岩及粉砂岩[20]，与泌阳凹陷、南阳凹陷储集层可类比，具备较好储集条件。

唐1 井钻遇大仓房组粉砂岩、细砂岩及砾岩，连通孔隙度为4.97%～30.43%，平均15.84%，具备较好孔渗性能。

南襄盆地基底受北西向深大断裂分隔，形成NW—SE 向展布的基底构造—岩相带，根据区域地质认识，唐河低凸起位于中元古界大河群构造—岩相带。在这一构造—岩相带内，在泌阳凹陷栗园地区多口井钻遇蔡家凹组大理岩裂缝油藏；在南阳凹陷张官营地区钻遇白云岩或白云质大理岩，钻井中泥浆漏失，表明基岩内幕缝洞发育；类比可知唐河低凸起地区基岩内也应发育大理岩裂缝储集体。

3.3 长期高效输导体系

长期继承性发育的来自北西方向的泌阳凹陷古城曲流河三角洲和来自东北方向的南阳凹陷张店复合三角洲均呈舌状、指状或朵状伸入各凹陷生油洼陷内（图9），与生油岩大面积接触；剖面上，烃源岩、砂体呈指状交错配置，构成砂泥岩交互沉积，为油气初次和二次运移提供了良好条件。断裂发育，油气遇断层视封堵性不同可发生垂向运移或穿层运移。

图9 唐河低凸起及邻区核桃园组沉积体系示意图Fig.9 Sedimentary system of Hetaoyuan Formation in Tanghe Low Uplift and its peripheral area

3.4 多类型圈闭垂向叠加

唐河低凸起位于泌阳凹陷和南阳凹陷两斜坡带之间，断裂复杂，发育近物源砂体，上部地层剥蚀形成不整合面，可形成多种圈闭类型（图10）。

图10 过南阳凹陷—唐河低凸起—泌阳凹陷的油气成藏模式图Fig.10 Oil and gas accumulation model map of Nanyang Depression--Tanghe Low Uplift--Biyang Depressiont

唐河低凸起地区在宽缓的鼻状隆起和斜坡构造背景上，断裂发育，切割地层可形成一系列断鼻、断块构造圈闭。来自新野低凸起一侧的南部物源砂体，与构造配置可形成砂岩上倾尖灭圈闭；来自社旗凸起的北部物源砂体，被北西及北东向断层切割可形成“切香肠”式断层—岩性圈闭。靠近泌阳凹陷北部斜坡带一侧，构造抬升导致核桃园组地层遭受剥蚀，形成不整合面，油层上倾部位受稠油、沥青塞或上覆泥岩封堵，可形成地层不整合遮挡圈闭。

综上分析可知，来自安棚—安店和牛三门两个生油洼陷的石油与天然气，通过砂体和断层接力运移，在唐河低凸起的多套有效储层内可形成构造、岩性、断层—岩性、基岩等油气藏，具备较大的勘探潜力。

4 结论

（1）唐河低凸起构造位置位于南阳凹陷桐河街断层和泌阳凹陷北部地层尖灭线之间，平面形态呈倒三角形，自下而上发育玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、凤凰镇组和平原组。

（2）唐河低凸起构造东西分块，为受桐河街断层分隔的南阳、泌阳两凹陷斜坡带组成的“类地垒”结构；南北分带，呈多个半地堑形态；构造演化划分为统一沉降期、差异沉降期、挤压定型期及拗陷期4个阶段。

（3）唐河低凸起的成因机制与区域构造应力场转换下边界断层的差异活动密切相关；核二段中亚段与核二段上亚段间离裂不整合面代表构造应力由NE—SW 向NW—SE 转化的关键变革期。

（4）唐河低凸起具多凹陷烃源岩供烃、多层系有效储层发育、长期高效输导体系、多类型圈闭垂向叠加的有利条件，具一定油气勘探潜力。