苏北盆地许庄构造断层特征及形成演化

贾京坤，陈书平，2，陈平原，杨红彩，2

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102200； 2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中国石化江苏油田分公司地质科学研究院，江苏扬州 225000）

苏北盆地许庄构造断层特征及形成演化

贾京坤1，陈书平1，2，陈平原3，杨红彩1，2

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102200； 2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中国石化江苏油田分公司地质科学研究院，江苏扬州 225000）

根据地震及钻井、测井资料，编制苏北盆地高邮凹陷许庄构造断裂平面及剖面图，分析江苏油田苏北盆地许庄构造的断层特征、构造演化及其断层活动特点.结果表明：许庄构造为平行式阶梯状和“y”型断层组合，真①断层与真②断层间所夹持的断块发育多米诺式正断层.断层演化顺序为真①断层在泰州组—阜宁组沉积时，沿先期存在的逆断层回滑首先发育，并伴生次级断层，戴南组—三垛组沉积时停止活动，盐城组又有所活动；真②断层在戴南组沉积时开始发育，部分延续了真①断层伴生的次级断层，其活动持续到盐城组沉积.

苏北盆地；高邮凹陷；许庄构造；断层特征；构造演化

0 引言

许庄构造位于苏北盆地，经历复杂、多期次构造运动，其局部应力条件及变形岩石物理性质的多样性决定其断层系统的复杂性.人们对许庄构造进行研究，因其地震资料品质较差，对其内部断层系统、构造样式、构造形成演化规律未获得统一认识.在断层组合及构造样式方面，普遍将许庄构造描述为阶梯状断层、书斜状断层组合和羽状断层组合等［1－8］.在断层演化方面，对主断层真①断层和真②断层的形成演化特征较为清楚，但尚不清楚两者之间的关系、真②断层的2个分支断层之间的关系以及次级断层与主断层之间的关系［6－14］.在许庄构造形成机制方面，存在2种认识：一种是斜向拉伸，另一种是走滑［15－22］，认识差异影响断块油气藏判定准确程度.笔者根据三维地震资料，结合钻井和测井资料，对许庄构造进行精细构造解释，分析断层组合、构造样式及其形成机制和演化过程，为认识许庄构造油气成藏机理和进行油气勘探提供基础地质资料.

1 区域地质概况

许庄构造为苏北盆地高邮凹陷南部断层带的一部分，面积约为110km2.高邮凹陷形成于晚白垩世仪征运动后期，为白垩世晚期—第四纪发育的裂陷盆地，盆地充填泰州组（K2t）、阜宁组（E1f）、戴南组（E2d）、三垛组（E2s）、盐城组（Ny）及第四系地层.高邮凹陷南部断层带为夹持在真①断层与真②断层之间及北部的吴①断层与吴②断层之间的狭长地带，其中真②断层在研究区由真②－2和真②－1断层组成，自西向东又划分为方巷、许庄、竹墩、陈堡等三级构造单元.其中许庄构造主要由真①断层、真②－2断层和真②－1断层及其间所夹持断层组成（见图1）.

2 断层特征

2.1 平面特征

许庄构造总体呈北东走向，其内部断层走向主要为北东向，也有近东西向的断层发育.边界断层真①断层为北东走向，西起黄珏，东至吴堡，长度约为71km，呈向南凸出的弧形展布，分隔通扬（苏南）隆起和高邮凹陷（见图1、图2）.许庄构造区由后期发育的真②－1、真②－2所组成的真②及真①所夹持的断层组成.真②－1断层位于真②断层系最东部，整体呈北东向延伸，长度约为21km；真②－2正断层整体呈向南东凸出的弧形，其东端与真①断层汇合，长度约为14km.

真②－1、真②－2断层与真①断层相交，交角基本相同，呈平行趋势.真①与真②间夹持的断层呈近似平行，展布以北东向为主，形成于真②－1和真②－2断层相同的应力条件.部分近东西向和北北东向断层，形成于主断层走向变化相关的局部应力条件.其间次级断层或归并于主断层，或消失在浅层（见图1）；真②－1和真②－2断层向深部合并为一条断层（见图2），与真①断层之间夹持北东向断层.

图1 许庄区段浅部T23反射层（三垛组底）断层分布

2.2 剖面特征

选取390、590、750作为典型测线（见图1）进行构造解释、编制地质剖面，研究许庄构造段断层剖面特征.从测线剖面图（见图3）可见，许庄构造主要发育正断层，其中真①断层规模最大，下切至古生界，上切至新近系盐二段，为控盆断层；其断层倾角纵向变化显著，浅层大于50°，深部快速变缓，在4 500m深度已接近30°；在剖面上总体为上陡下缓的铲式正断层，其伴生的次级断层构成阶梯状断层组合.真①断层是在早期逆冲断层基础上，由新生代伸展作用下断面回滑（负反转）形成.由于早期逆冲断层的倾角较缓，因此负反转形成的正断层倾角也较缓.

真②－1断层倾角为35°～40°，断穿层位为三垛组、戴南组和阜宁组二段至四段.断层上盘相对于下盘向北东—北西方向滑动，地层断距为0.60km，垂直落差为0.37km，平错为0.47km.在许庄构造段西部真②－1断层在剖面上表现为“悬挂”式断层，向东逐渐与真②－2断层合并.

真②－2断层倾角为20°～25°，断穿层位为三垛组、戴南组及阜宁组、泰州组.断层上盘相对于下盘向北东—北西方向滑动，地层断距为4.87km，垂直落差为1.53km，平错为4.53km.平面上，断层向东延伸与真①断层相接；剖面上，真②－2断层向下部逐渐与真②－1断层合并，在深部该断层消失，两者形成“y”型断层组合.在许庄构造及以东地区，真②－2断层对戴南组和三垛组沉积具有严格控制作用，是戴南组和三垛组沉积的南边界.

图2 许庄区段深部T33反射层（阜宁组二段底）断层分布

剖面上，主断层真①断层、真②－1断层和真②－2断层组成“y”型或平行状（见图3），断层间的次级断层存在几何旋转现象，由多米诺式断层组成，形成典型的伸展双重构造.真②－1断层与真②－2断层由西部的平行状断层组合型式向东逐渐演变为“y”型，位移发生传递，两者叠合部位存在一个变换调节带；2条断层上盘发育的次级断层与主断层组合成“y”型，有些断层消失在戴南组中，形成“悬挂”式断层.

综上所述，许庄构造的断层组合样式为平行式阶梯状与平行式“y”型，“平行式”指的是平面上断层近于平行延伸，“阶梯式”及“y”型指的是断层在剖面上的组合特征.

3 断层演化过程及形成机理

3.1 演化过程

区域性大断层往往经历多次构造活动期，每期活动又具有差异性，通常以断层生长指数、生长速率作为反映断层活动性差异的参数，绝对生长速率表示生长断层2盘相当层的厚度差与顶底年龄差之比，单位为m／Ma.考虑研究区真①断层上升盘戴南组—三垛组长期剥蚀，以计算绝对生长速率作为参数确定真①断层活动性差异；真②－2断层与真②－1断层以计算生长指数确定断层活动性差异.

真①断层在泰州组—阜宁组沉积期剧烈活动，戴南组到三垛组沉积时主体停止活动，盐城组沉积时，再次发生弱活动（见图3）.绝对生长速率显示，北段比南段活动强度大（见图4），说明当时北段上盘的沉降幅度比南段的大.

真②－2断层主要活动期在戴南组和三垛组沉积期，泰州组—阜宁组沉积期局部活动，戴南组沉积期和三垛组沉积期剧烈活动，盐城组沉积期，活动程度有所减弱，但局部表现出较强的运动趋势.真②－1断层主要活动期为戴南组沉积期和三剁组沉积期，盐城组沉积时，局部活动较强.在计算真②断层生长指数时，由于真②－2下盘地层缺失，所以戴南组沉积时和三剁组沉积时的生长指数趋于无穷大（见图5）.

图3 许庄区段不同测线典型地质剖面

主断层间次级断层的活动性与主断层活动相关.真①与真②断层之间的断层主要活动期为泰州组—阜宁组沉积期，真②断层下方泰州组—阜宁组沉积时期发育的断层后期仍有活动，但受到真①和真②断层的限制.真②断层上盘的断层活动时间主要为戴南组—三垛组沉积期（见图6）.

综上所述，断层活动存在很大差异性：（1）断层的形成具有一定的序次关系，不同断层形成期次不同.真①断层在泰州组—阜宁组沉积时沿先期存在的逆断层回滑而首先发育，并伴生次级断层，戴南组—三垛组沉积时停止活动，盐城组又有所活动；真②断层在戴南组沉积时开始发育，部分延续了真①断层伴生的次级断层，其活动一直持续到盐城组沉积时（见图6）.（2）同一条断层在不同地区的活动程度不同，如真①断层与真②－1断层的东部断层活动要比西部强烈些，真②－2断层西部断层活动比东部强烈些.（3）同一地区不同断层活动程度不同，如同一测线地区真②－2断层与真②－1断层活动程度不同.

图4 真①断层泰州组—阜宁组沉积期绝对生长速率

图5 许庄构造真②断层生长指数

3.2 形成机理

真①断层早在泰州组沉积时期之前就已存在，为一条逆冲断层.在泰州组—阜宁组沉积期间，在北西—南东向伸展作用下，沿早期的逆冲断面发生负反转.自戴南组沉积以来，由于应力场变化，加之真①断层释放先期存在的高孔隙压力，作为滑脱断层的真①断层大部分停止活动，仅局部地段有活动.

在阜宁组沉积期，真①断层与真②－2断层之间的次级断层发育各断层间的断块在拉伸作用下边沉积边下滑，形成多米诺式正断层.真②－2断层发育于阜宁组沉积末期与戴南组沉积初期，切割了真①断层与真②－2断层间的次级断层，阻止其继续发育.此时主伸展方向大致与真①断层断层垂直，为北西—南东向.

在阜宁组沉积末期，真②－1断层和真②－2断层为分散状的断层.自戴南组沉积以来，主伸展方向向北偏转，先期分散断层扩展联合形成真②－2断层和真②－1断层，断层水平断距中间大，向两端变小，叠合部位存在位移传递，形成走向斜坡型变换构造，许庄构造中台阶构造逐渐趋于定型.自戴南组沉积时期，真②－1断层和真②－2断层上盘的次级断层同时发育.在三垛组沉积期时期，真②－1断层外侧断层受上凸型断面影响，形成分开式断阶，各主断层及次级断层持续发育.在盐城组沉积时期，各次级断层停止活动，真①断层复活，真②－1断层和真②－2断层持续活动，并对沉积具有一定的控制作用.

图6 许庄区段490测线构造演化剖面

因此，许庄构造的形成与3个因素有关：高台阶为伸展作用下真①断层上凸断面控制的同向断层形成的断阶；中台阶构造的形成为构造变换的结果；低台阶构造的形成与上凸型断面有关.

演化过程的简化模型见图7.在主要断层拉伸期间，真①断层与真②断层间的次级断层受正向拉伸的影响，发育多米诺式断层.在保持其断块长度与面积不变的前提下，此种正断层随着断层拉伸发生断层面与断块一同旋转并受到简单剪切；由于地层中存在超压软层（阜宁组泥岩），断层上部分合并生成滑脱断层，形成目前的真②断层上半支，下半支延续了早期断层.该演化过程与报导的构造物理模拟实验结果相似［17］.

图7 断层演化模式

4 结论

（1）许庄构造断层真①断层和真②－1断层、真②－2断层为铲式正断层，且呈NE—SW方向展布；真①断层和真②断层剖面上呈相交状态，真①断层和真②－2断层间的次级断层发育多米诺式断块，与真①断层和真②断层组合成伸展双重构造；真②－1断层、真②－2断层以及与伴生的次级断层平面上以平行状为主，剖面上成“y”型断层组合.整体上，许庄构造断层组合样式为平行式阶梯状和平行式“y”型.

（2）苏北盆地许庄构造演化过程顺序为：首先，在泰州组—阜宁组沉积期，真①断层和真①断层与真②－2断层间的次级断层发育；随后，在戴南组沉积期，真②－2断层、真②－1断层及相关次级断层发育，并持续到三垛组沉积时；在戴南组—三垛组沉积时期，真①断层停止活动；自盐城组沉积以来，大部分次级断层停止活动，真①断层及真②－2和真②－1断层持续活动.

（3）许庄构造的形成是伸展作用的结果.根据断层发育及展布特点，泰州组—阜宁组沉积时期，主伸展方向为北西向；自戴南组沉积以来，主伸展方向向北偏转，因此引起2期断层走向的差异.

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Characteristics，formation and evolution of the faults of Xuzhuang structure in Subei basin／2012，36（3）：46－51

JIA Jing－kun1，CHEN Shu－ping1，2，CHEN Ping－yuan3，YANG Hong－cai1，2
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing102200，China；2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Geological Science Research Institute of Jiangsu Oilfield Company，Sinopec，Yangzhou，Jiangsu225000，China）

Based on seismic data and well drilling and logging data，through drawing up structural maps and cross sections of Subei basin，faultcharacteristics，tectonic evolution and faultactive characteristics of Xuzhuang segmentof the southern faultzone in Gaoyou depression have been analyzed.Faultcombination type of the Xuzhuang segmentis parallel and ladder－like and parallel and"y"type.The faultsheets between Zhen－①faultand Zhen－②developed domino－type normal faults.Faultevolution sequence is that，the Zhen－①faultfirstdeveloped along the pre－existing reverse faultslipping back in the sedimentary period of Taizhou formation and Funing formation，then，the associated secondary faults of the Zhen－①faultdeveloped，and then，the Zhen－②faultbegan to develop in the sedimentary period of Dainan formation.The Zhen－①faultstopped its activities in the sedimentary period of Dainan formation，and there are minor activities in the sedimentary period of Yancheng formation.The activities of the Zhen－②faultcontinued until the sedimentary period of Yancheng formation.Complex faultevolution of Xuzhuang segmentdeveloped into multiple faultblock reservoirs.

Subei basin；Gaoyou depression；Xuzhuang structure；faultcharacteristics；structural evolution

book=3,ebook=12

TE122

A

1000－1891（2012）03－0046－06

2012－03－20；编辑：张兆虹

国家自然科学基金（41172124；90814007）；中国石油大学（北京）大学生科技创新基金

贾京坤（1990－），男，主要从事盆地构造分析方面的研究.