潜江凹陷竹根滩地区新沟嘴期构造特征及主干断层活动性分析

苏芸秀，陈孔全，汤济广，沈家仙，王金龙 .

(1.非常规油气湖北省协同创新中心，湖北武汉 430100；2.长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

潜江凹陷竹根滩地区新沟嘴期构造特征及主干断层活动性分析

苏芸秀1,2，陈孔全1,2，汤济广1,2，沈家仙1,2，王金龙1,2.

(1.非常规油气湖北省协同创新中心，湖北武汉 430100；2.长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

潜江凹陷竹根滩地区自白垩系以来经历多期构造运动，造成该区构造十分复杂。而新沟嘴期处于弱构造背景之下，构造活动较弱，使得断层的活动性研究更难明确。本文分析了该地区的结构构造特征、断裂体系特征及主干断层的发育特征，并选取了该区新沟嘴期的主要控坳断层——竹根滩断层和彭市河断层，通过构造反射面特征的分析，利用量化生长指数和古落差的研究方法，对其在新沟嘴期的活动性进行了研究。研究结果表明，这两条断层在新沟嘴期的各段表现为不同的分段性活动。由于先存断裂的产状及其组合样式会对盆地构造格架产生重要的影响，因此本文结合了断层性质、构造背景、不同构造反射面以及断层活动性，确立了不同时段的古断裂体系。

潜江凹陷；新沟嘴期；生长指数；断层古落差；古断裂体系

江汉盆地潜江凹陷竹根滩地区近年来周缘地区勘探效果明显，虽没有取得重大突破，但亦应具有较大的勘探潜力。构造是制约油气成藏的关键，但该地区在作为坳陷期弱地质背景下的弱构造时期新沟嘴期的构造活动很弱，加上前人对该区的研究还存在很多问题，比如结构构造不清、区内主要断层活动性不清等，因此制约了该区下一步的油气勘探方向。本文统计了主干断层的生长指数及古落差，通过两者结合分析、量化的研究方法，研究竹根滩地区新沟嘴期的结构构造特征及主干断层的活动性，从而指导该区油气的勘探方向。

1 研究区概况

1.1 区域地质概况

江汉盆地位于扬子断块的中部，东北缘以襄樊—广济断裂为界与大别山造山带相邻，南部以江南隆起与洞庭湖盆地相隔；东部以洪湖—湘阴断裂为界，与武汉背斜带、通山咸宁断褶带相邻[1]；西至枝江以西的湘鄂西黄陵背斜，是在中古生界的海相碳酸盐岩、碎屑岩和陆相含煤碎屑岩的基础上，经燕山运动、喜山运动发展起来的白垩-第四纪的内陆盐湖盆地[2]。根据不整合、岩浆活动、古应力记忆测量等资料可将盆地演化划分为3个阶段：白垩纪至早始新世构造演化阶段——裂陷-坳陷旋回、中始新世至渐始新世构造演化阶段——裂陷-坳陷旋回、新近纪至第四系挤压坳陷构造演化阶段[3]。本文所研究的新沟嘴期处于第一构造演化阶段的坳陷沉降幕。

潜江凹陷位于江汉盆地的中部，属燕山运动发展起来的白垩-古近系断陷，自晚白垩纪至早古近系末消亡，是江汉盆地油气最富集的富烃凹陷[4]。竹根滩地区位于潜江凹陷的东北部，位于潜北断层上盘东南段，为潜北断层与竹根滩断层所夹持，与岳口低凸起以竹根滩断层相分隔。

1.2 构造格局背景

早燕山期，华北、扬子和华夏板块陆陆碰撞活动强烈，加上黄陵背斜的阻挡作用，形成了复杂的基底断裂。在襄樊—京山—武汉和大冶一带的东北部地区主要受到来自秦岭方向北东—南西挤压作用，产生北西向的褶皱、逆冲推覆，发育了一系列北西向的逆掩断层，构成秦岭断裂系，推覆作用的前锋延伸到通城河—后港—龙湾一带，这些断裂主要表现为自北东向西南推覆，断面产状向北东方向倾伏，变形强度向前锋方向逐渐减弱。在五峰—张家界—监利一带的西南部主要受到华南方向自南东向北西方向的挤压，产生北东向的褶皱、逆冲推覆，发育了一系列的北东向的逆掩断层，构成了华南断裂系，推覆作用的前锋延伸到问安寺—纪山寺—竹根滩—天门河一带，这些断裂主要表现为自南东向北西推覆，断面产状向南东方向倾伏。这两个推覆体系的叠合区是断裂的相互干涉区，对后续盆地的发育具有重要的控制作用。

随着挤压作用的持续进行，北部秦岭逆推断裂系北西向的断裂发生弯曲，在武汉—仙桃一带向西南方向凸出变形，西北部断裂变为北北西向；中段断裂方向仍为北西向，与此同时，在中段还形成了近北东向的走滑断裂，如潜北断层、通海口断层等；东段断裂走向变为近东西向。这些断裂共同组成北部秦岭弧形断裂系。华南断裂系的中段也发生向北西方向的凸出变形，同时还形成了与中段断裂走向垂直的走滑断裂；东段断裂方向主要为近东西向，这些不同段的断裂组成了华南弧形断裂系。这两套弧形体系组合构成了向东收敛、向西发散的东窄西宽的“喇叭”形分布，最终基底断裂分布定型。

2 结构构造特征及断裂体系特征

2.1 结构构造特征

竹根滩地区白垩纪以来的多构造边界条件及先存构造的联合作用，制约着竹根滩地区现今的构造格局，使之不同构造区、不同构造层变形不尽一致。该地区经历过多期和多性质的构造运动，地质体发生多期变形，而这种变形在地质体上最直接的一种体现为地层空间差异展布，并在不同的构造层上表现为不同的沉积建造和构造改造特征(图1)。

垂向结构上受不同构造期的构造作用性质及构造强度的差异，空间上具不同的构造结构特征，竹根滩地区白垩系及以上可分为断(白垩系-沙市组)-断坳(新沟嘴组)-断坳(荆沙组-荆河镇组)-坳(新近系-第四系)四重结构。其中新沟嘴组断拗构造层整体构造形态与T10反射面构造特征类似。断层控凹不显著，以坳陷沉积为主。该构造层为晚期断层所改造，断层发育。整体上西侧比东侧埋藏深，南侧比北侧埋藏深，表现为向南西倾斜的斜坡，即西断东超，最大埋深靠近汉水断层。

横向结构上受不同构造期的差异构造作用，竹根滩邻区现在表现系列隆坳格局，存在潜江凹陷、小板凹陷、沔阳凹陷等凹陷，同时还存在岳口低凸起、通海口低凸起和龙赛湖低凸起等结构，这些结构多为荆沙期以来，尤其是潜江期以来才开始发育。其中新沟嘴组地层厚度较为稳定，厚度较大地方位于潜江凹陷中部，竹根滩地区和岳口低凸起为坳陷斜坡区。

图1 新沟低凸起——龙赛湖低凸起地震地质剖面图Fig.1 Geological section of the Uplift of the Longsai lake from Xin＇gou Uplift

2.2 断裂体系特征

断裂的活动控制着盆地的构造沉降，研究断裂的特征对于分析构造演化具有非常重要的指导作用。竹根滩及邻区具有隆凹相间、斜坡相伴、断层众多、结构复杂的总体构造格局。

2.2.1 断裂体系特征

研究区内发育了大量的断裂，基于对盆内的地震解释成果显示，这些断层绝大多数为正断层，仅发现了彭市河逆断层和竹根滩断层西缘一条小型逆断层。根据断裂分布走向可以将断裂划分成3组，分别为北东、北西和近东西向[3]。研究区目的层段发育了不同时期、不同规模和不同方向的断裂构造系统，断裂体系展布主体为北东向，其次为北西向。北西断裂体系主要形成于白垩纪-沙市期，北西向断裂是在前白垩纪挤压逆冲断层的基础上发育起来的，在白垩纪拉张应力背景的作用下，发生负反转活动的张性断裂，这组断裂控制着白垩纪凹陷的展布和后期盆地变形的构造格局。北东向断裂体系主要发育于荆沙组、潜江组和荆河镇组，并控制荆沙组或潜江组的沉积厚度和T1的剥蚀厚度。

(1)北东向断裂系统。

北东向断裂体系分布于整个研究区垂向上，部分北东向断层未断至T11反射界面，因此T11反射面中断层密度最小。

(2)北西向断裂系统。

北西向的断裂主要有汉水断层、后港—龙湾断层等。北西向断裂是在前白垩纪的挤压逆冲断层基础上发育起来的，在白垩纪拉张应力背景作用下发生负反转活动的张性断裂，在古近纪静止或成为调节断裂，这组断裂控制着白垩纪凹陷的展布和后期盆地变形的构造格局。

2.2.2 主干断层特征

(1)竹根滩断层和彭市河断层。

竹根滩断层和彭市河断层是研究区内控凹的主干断层，也是本文研究断层活动性的重点断层。

竹根滩断层是长期活动的大断裂，位于潜江凹陷东北部的中段，是分割岳口低凸起与马王庙鼻状构造带的分界断层，走向北北西转北东向的大型正断层，断面倾向南南西转东南，倾角一般在50°左右，延伸长度大于17 km，新沟嘴组最大断距为1400 m，竹根滩断层从地震T11反射层到地震T1反射层全部断开[3]，断层两侧各组、段的厚度变化较大，主要活动期为白垩系、潜江组沉积期，但该断层在新沟嘴组的活动性较弱。

彭市河断层位于马王庙鼻状构造带转折端轴线附近，是一条“下正上逆”走向为北北西向的正、逆交替出现的断层，延伸长度20 km左右。断面倾向北东东，倾角一般为50°，新沟嘴组最大断距200～400 m左右，从马王庙高精度三维970联络测线地震解释剖面看到(图2)：下降盘产状与上升盘产状有明显不同，下降盘新沟嘴组对应波组位置明显低于上盘对应波组的位置，表现为逆断层地层重复的特点。

图2 马王庙高精度三维T1202联络测线地震解释剖面图Fig.2 Mawangmiao high-precision 3D T1202 contact line seismic interpretation of the profile

彭市河在该区荆沙组沉积期发育一系列北东向的正断层，彭市河断层受这些正断层的切割，在该区整体分成了3段并呈斜列式展布，由三维全层系解释可知，彭市河断层可分为南、中、北3段，都是中间断距大，两端断距小。其中南段为向西的逆断层，区内延伸长度约8.9 km，最大断距约200 m；中段为南逆北正的断层，以逆为主，区内延伸长度约2.4 km，最大断距约200 m；北段为南逆北正的断层，区内延伸长度约8.8 km，最大断距约120 m[5]。

(2)后港龙湾断层。

该断层位于丫—新低凸起东翼，与汉水断层近乎平行。总体为一北北西向的弧形正断层，其北段深层可能与盆地北部的南荆断层相连，南段与东荆河断层相接，长达35 km，断面倾向北东，倾角约40°，向上变陡，白垩系最大断距达1400 m以上。断层向下切割盆地基底，向上断开整个白垩-下第三系，是一条经过多段反转形成的断层。断层南北段主要活动期是白垩系-沙市组沉积时期，中段表现为多期活动的现象(图3)。

图3 潜江凹陷84+84.5测线地震解释剖面Fig.3 Seismic interpretation profile of 84+84.5 survey in Qianjiang sag

(3)汉水断层。

该断层是位于盆地中部的北西向延伸的张性正断层，从盆地的南部新沟地区穿过蚌湖侧翼向斜向北西延伸，在北部成为汉水凹陷西部边界，长达136 km。断裂面倾向北东，倾角约30°，向上变缓，最大断距达2800 m以上。向下断至基底，向上断至荆沙组。

该断层被潜北断层分为西北段和东南段。在西北段，断层向下切割盆地基底，向上断开整个白垩系-古近系，分割汉水凹陷与乐乡关地垒；在东南段(潜北断层的右侧)，断开地层只有白垩系及盆地基底地层。该断层是一条前白垩纪的挤压逆冲断层发生负反转后沿原断面滑动形成的大型正断层[1]。汉水断层逆冲主要发育在侏罗纪末期，是在白垩系沉积前发生负反转形成的一条控制白垩系沉积的大断层[6]。

3 主干断层活动性分析

3.1 断层生长指数及古落差

断层的生长指数是断层下降盘与上升盘同一地层的地层厚度的比值[7]，生长指数越大，说明断层的活动越强烈，反之说明断层活动越弱。若生长指数为1，说明断层没有活动；若生长指数小于1，则说明断层发生了反转，即断层的某一时期表现为逆断层。因此可以用生长指数来反映断层的活动性。但是生长指数应用的前提是断裂活动期间凹陷内不同部位的沉积速率一定，并且断层上下盘没有较大的沉积间断[8]。因此不能单靠生长指数来反映断层的活动性，而是要结合断层活动速率。断层活动速率是指某一地层单元在一定时期内因断裂活动形成的落差与相应沉积时间的比值[9]。可以看出，在一定时期内，断层活动速率和断层落差是成正比的。

断层落差(古落差)是指某地质历史时期垂直于断层走向的剖面上两盘对应层之间的铅直距离[10]，即断层同一时期同一地层的下降盘厚度减去上升盘厚度。

断层的生长指数和断层落差需结合在一起，才能更好地研究断层的活动性。断层的生长指数及断层落差都大的地区，断层在该处的活动较强烈。

3.2 主干断层活动性

3.2.1 竹根滩断层新沟嘴组活动性

新沟嘴期作为弱构造时期，地质活动相对较弱，但是通过对该地区新沟嘴组的竹根滩断层从西向东的生长指数和古落差的分段统计(图4，图5，图中T9-T8″代表新沟嘴期下段的Ⅲ油组，T8′- T8″是新沟嘴期下段的Ⅱ-Ⅰ油组，T8-T8′是新沟嘴期上段)，可以看出竹根滩断层在新沟嘴期具有一定的活动性且表现为在不同段的差异活动。其中新下段Ⅲ油组沉积期主要在断层西段作用，而Ⅱ-Ⅰ油组、新上段沉积期在东段发生活动。东西两段的差异作用处位于L522测线处。其中以新上段沉积期断层作用最为强烈(图6)。竹根滩的这种两段性，在对断层倾角的统计(图7)中也表现得非常明显。

3.2.2 彭市河断层新沟嘴组活动性

彭市河断层晚第三纪沉积早期该区受到一期北东—西南向弱挤压构造运动，由于受力作用的不均衡性，彭市河断层发生反转，演变形成由北向南正、逆交替出现的断层[5]。其在新沟嘴期的活动整体较弱，通过从西向东对新下段生长指数及古落差的分段统计(图8，图9，图10，图中T9-T8″代表新沟嘴期下段的Ⅲ油组，T8′-T8″是新沟嘴期下段的Ⅱ-Ⅰ油组，T8-T8′是新沟嘴期上段)，也可看出该断层在新沟嘴期存在差异活动，其中新下段Ⅲ油组沉积期分为南北两段，而Ⅱ-Ⅰ油组南北段断层连接，构成一条断层，新上段沉积期仅断层北段发育活动。

图4 竹根滩断层新沟嘴组各地层生长指数散点图Fig.4 Scattered plot of growth index of Xin＇gouzui Formation in Zhugentan fault

图5 竹根滩断层新沟嘴组各地层古落差散点图Fig.5 Scattered plot of paleo fall in different strata of Xin＇gouzui Formation in Zhugentan fault

图6 竹根滩断层新沟嘴组各地层生长指数—古落差散点图Fig.6 Scattered plot of growth index and paleo fall of Xin＇gouzui Formation in Zhugentan fault

图7 竹根滩断层倾角变化散点图Fig.7 Scatterplot of the change of dip angle of Zhugentan fault

图8 彭市河断层新沟嘴组各地层生长指数散点图Fig.8 Scattered plot of growth index of Xin＇gouzui Formation of Pengshihe fault

图9 彭市河断层新沟嘴组各地层古落差散点图Fig.9 Scattered plot of paleo fall of Xin＇gouzui Formation of the Pengshihe fault

图10 彭市河断层新沟嘴组各地层生长指数—古落差散点图Fig.10 Scattered plot of growth index and paleo fall of Xin＇gouzui Formation of Pengshihe fault

4 古断裂体系

大量构造地层剖面的综合分析表明，控制着盆地发育的主要断裂大部分都是追踪利用先存的断层面再活动的。先存断裂的产状及其组合样式对盆地构造格架产生了重要的影响[11]。现存断裂的再活动也具有选择性，在一定构造应力背景的作用下，那些与区域构造应力背景相匹配方向的断面较易再次活动。因此对古断裂体系的研究是十分必要的。

本文结合不同构造反射面断层的分析，并集合对生长指数及断层活动性的分析，确立了新沟嘴期不同段的古断裂体系。古断裂体系的研究发现，在沙市期断层的基础上，较多北东向断层开始发育，如深江断层、陈家岭断层、何家台断层、建新断层等，后港龙湾断层在该时期不再活动。另外，在本文重点研究的新沟嘴期，Ⅲ油组、Ⅰ-Ⅱ油组和上段沉积期，竹根滩断层、彭市河断层及深江断层、陈家岭断层、何家台断层、建新断层均发生差异活动。

5 结论

(1)竹根滩地区自白垩纪以来经历多期和多性质的构造运动，因此造成在地质体上表现为空间差异展布。在新沟嘴组，垂向上断层控坳不显著，以坳陷沉积为主，横向上表现为坳陷斜坡区。

(2)竹根滩地区的断裂体系十分复杂，发育了大量的断层，大多数断层为正断层，仅发现了彭市河逆断层和竹根滩断层西缘一条小型逆断层。其中断层体系展布的主体为北东向。

(3)本文通过生长指数和古落差相结合的研究来分析断层活动性的变化。生长指数越大，古落差越大，断层活动性越强烈，反之则断层活动性越弱。

(4)虽然新沟嘴期的地质活动整体很弱，但是通过生长指数和古落差的统计并结合断裂特征能判断出竹根滩断层在新沟嘴期的两段性的差异活动，具体表现为Ⅲ油组沉积期主要在断层西段作用，而Ⅱ-Ⅰ油组、新上段沉积期在东段发生活动。

(5)彭市河断层是一条正逆交替的断层，其在新沟嘴期的断层活动性很弱，但通过本文的研究方法还是可以看出该断层存在差异活动。

[1] 杨攀新.江汉盆地构造模式和演化及其与中强地震关系研究[J].地震,2009(4):123-130.

[2] 胡莹,卢双舫.江汉盆地新沟嘴组泥质白云岩含油性分析[J].东北石油大学学报,2015(3):76-82.

[3] 王必金.江汉盆地构造演化与勘探方向[D].北京:中国地质大学,2006.

[4] 郑有恒.江汉盆地潜江凹陷潜江组岩性油藏勘探方向及对策[J].石油实验地质,2010,32(4):330-333.

[5] 袁娟梅,石良钦.高精度三维地震在马王庙地区隐蔽油藏勘探中的应用[J].江汉石油职工大学学报,2010(5):17-20.

[6] 郭辉,吴世强.江汉盆地潜江凹陷东南部储层特征研究[J].东华理工学院学报,2007(3):231-235.

[7] 刘振宇,徐怀宝.准格尔盆地乌夏断裂带构造迁移特征[J].新疆石油地质,2007(4):399-402.

[8] 赵孟为.断层生长指数探讨[J].石油实验地质,1989,11(3):250-254.

[9] 王锦喜,刘琼.江汉盆地西南缘主干断层活动性分析[J].重庆科技学院学报,2005,7(3):6-11.

[10] 陈刚,戴俊生.生长指数与断层落差的对比研究[J].西南石油大学学报,2007(3):20-23.

[11] 林畅松.沉积盆地的构造地层分析——以中国构造活动盆地研究为例[J].现代地质,2006(2):185-194.

Structural Characteristics of Xin＇gouzui Period and Analysis of Main Fault Activity in Zhugentan Area, Qianjiang Depression

Su Yunxiu1,2, Chen Kongquan1,2, Tang Jiguang1,2, Shen Jiaxian1,2, Wang Jinlong1,2

(1.HubeiCooperativeInnovationCenterofUnconventionalOilandGas,Wuhan,Hubei430100,China； 2.CollegeofEarthSciences,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China)

Since Zhugentan area of Qianjiang sag has experienced multiple tectonic movements during the Cretaceous, the structure of this area is very complicated. And because of the weak tectonic background of Xin＇gouzui period, the tectonic activity is weak, which makes the research of fault activity more difficult to be cleared. In this paper, the structural characteristics, the characteristics of fault system and the development characteristics of main faults in the area are analyzed. Besides, this paper selected the main control depression fault of the area in Xin＇gouzui period-Zhugentan and Peng Shihe fault, and then studied its activity in Xin＇gouzui period through the analysis of structural characteristics of reflector, the use of quantitative method in growth index and the ancient fall method. The results show that the two faults in each period of Xin＇gouzui demonstrated different activities. Because pre-existing faults occurrence and their combination of style have an important influence on the basin structural framework, this paper combines the fault properties, tectonic background, different tectonic reflecting surface and fault activity, and thus established the ancient fault system in different periods.

Qianjiang sag； Xin＇gouzui period； growth index； fault ancient divide； ancient fracture system

中国石油化工股份有限公司江汉分公司项目(YJY2015004)资助。作者简介：苏芸秀(1991—)，女，长江大学非常规油气中心硕士研究生，从事专业为矿物学、岩石学、矿床学、非常规油气研究。邮箱：1330728949@qq.com.

TE122

A