真武-汉留断裂带分段生长及其油气意义

于爱暄，王有功，刘世瑞，赵 鹏，王伟康，张佩佩，吕 雪

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2. 东北石油大学CNPC断裂控藏研究室，黑龙江 大庆 163318；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010；4.中国石油国际管道有限公司，北京 100083)

0 引 言

断层的生长模式主要分为断层孤立生长和断层间相互作用连接两大类[1-2]。自然界中的大型断层通常是由多条小断层多次连接而成，断层连接过程分为孤立生长、软连接和硬连接3个阶段[3-4]。初期，断层成核生长，表现为孤立断层生长；当2条断层端部趋于叠覆时，进入软连接阶段；断层最终完全连接形成贯穿的大断层，进入硬连接阶段[5]。在软连接阶段，由于叠覆区部位断层端部断距比核部小，在转换带部位会出现横向背斜，为油气聚集成藏提供了有利条件[6]。近年来国内外学者对断层分段生长以及转换带控藏理论研究已经相对成熟，对油气资源勘探具有非常重要的研究意义[7-8]。前人对真武-汉留断裂带各自的演化特征和真武断裂带横向背斜控藏特征进行了分析[9-11]，而对汉留断裂带横向背斜及其与真武-汉留断裂带形成演化的内在关联并未进行明确阐述。因此，根据三维地震数据，从断裂带几何学和运动学2个方面进行分析，利用断距-距离曲线、埋深-断距曲线以及生长指数等手段定量表征断层的活动特征，解析其形成演化规律，结合油气分布特征分析断层分段生长对油气成藏的影响，为该地区断层生长演化以及油气聚集成因提供证据补充和构造分析新思路。

1 区域地质概况

高邮凹陷位于苏北盆地南缘，是具有“南断北超”结构的新生代NE向箕状断陷，具备较大的勘探潜力[12]。真武-汉留断裂带位于高邮凹陷南部，其中，真武断裂带包含真①断层、真②断裂带及其之间的构造带，和北侧的汉留断裂带共同组成了真武-汉留断裂带(图1)。

图1 高邮凹陷构造单元划分及地层简表

高邮凹陷经历了多期构造运动，在早白垩世晚期—古新世，由于古太平洋板块NNW向高角度俯冲于欧亚大陆之下，使得处于弧后扩张环境的中国东部发生NW—SE向伸展作用，形成苏北盆地[13-14]；晚白垩世晚期仪征运动之后，高邮凹陷开始形成，依次沉积泰州组和阜宁组，在古新世末期发生吴堡运动，导致一次区域性抬升剥蚀，随后盆地再次断陷，开始沉积戴南组[15-16]。从晚始新世开始，真武运动之后，太平洋板块转为NWW向俯冲，同时印度板块与欧亚板块碰撞，导致中国东部出现近EW向的挤压应力，使得苏北盆地西界的郯庐断裂带发生右行走滑作用，派生出的近NS向拉张应力影响了苏北盆地内的构造[9,17]。在三垛组沉积之后，盆地整体抬升剥蚀，导致高邮凹陷渐新统缺失沉积。在新近纪—第四纪，高邮凹陷进入拗陷阶段，沉积了盐城组和东台组[18](图1)。

2 断裂带形成演化研究

2.1 断层结构分析

平面上，真①断层整体呈近NE走向，走向沿断层略有变化，而真②断裂带和汉留断裂带整体呈NEE走向，均表现为3条侧列叠覆的左阶雁列式断层，沿断层走向存在明显拐点(图2)。其中，真②-3和真②-1断层西段呈NEE走向，东段转为近EW走向，真②-2断层西段呈EW走向，东段转为近NEE走向。汉留断裂带走向也具有明显拐点，汉③和汉②西段呈近NE走向，向东转为近EW向，汉①断层整体呈NE走向，断层中部出现轻微走向变化。

由图2可知：真武断裂带整体以北倾为主，汉留断裂带整体表现为南倾断层。其中，真①断层表现为铲式正断层，其与真②断裂带之间形成了一系列断阶式的次级断层，地层剥蚀较为严重，真②断裂带和汉留断裂带在深部搭接于真①断层之上。真②-3和真②-2断层在剖面上是平行的2条断层，而真②-1和真②-2断层在深部为1条断层，浅部分叉呈“Y”形构造样式。汉留断裂带在剖面上表现为近平行的板状断层，其下盘同样发育一系列同倾向的次级断层。

2.2 断层活动性分析

断层活动性可以通过断距-距离曲线、埋深-断距曲线以及生长指数来定量表征。断距-距离曲线能够反映沿断层走向统计的同一层位断层垂直断距的变化，埋深-断距曲线能够反映断层某一部位不同层位的垂直断距随埋深的变化，断距的极小值处可以分别反映断层在平面或剖面上的分段连接特征。生长指数是指断层上盘地层厚度和同一层位所对应的下盘厚度的比值，能够反映断层性质以及是否具有同沉积特征[19-20]。

基于以上几种方法，分别统计了真武和汉留断裂带的活动特征。真②断裂带整体活动性在平面上从西向东逐渐增强，真②-2断层的曲线出现局部极小值，表明其由东西2段连接形成(图3a)，真②-1断层东端与吴①断层相连，断距-距离曲线存在局部极小值且与断层走向拐点处位置相符(图3a)，东西两侧的埋深-断距曲线特征也不一致(图3b)。综上研究可知，真②-1断层也是由东西2段分段连接而成。垂向上，真②-3断层表现为深部成核向上逐渐生长传播的特征(图3b)，而另2条断层东西2段的活动规律不一致，真②-2断层西段在戴南组开始形成并向上下传播，东段则早期就已形成，真②-1断层西段具有垂向分段连接特征，而东段表现为长期活动断层。根据剖面图中地层厚度的变化可以推测(图2)，真武断裂带的次级断层大部分形成于古近纪早期。

图2 真武-汉留断裂带平剖面样式

汉留断裂带平面上活动性自西向东逐渐减弱，汉③和汉②断层的断距-距离曲线呈半椭圆形，表现为典型的孤立断层生长样式，汉①断层在中间部位出现明显的断距极小值，表明其具有分段连接特征(图4a)。汉留断裂带不同部位的垂向活动性具有不同的特点：汉③断层的埋深-断距曲线表现为典型的同生断层特征(图4c)；汉②断层东西两侧的活动特征略有不同，西侧表现为早期形成且垂向上分段连接的特征，而东侧主要是戴南组时期开始形成的；汉①断层东西两段活动规律基本一致，均为早期形成的同生断层。根据图2中所标出的地层厚度变化规律，基本确定汉留断裂带的次级断层大部分形成于阜宁组沉积时期，戴南组沉积时期活动强烈。

真①断层的下盘地层剥蚀非常严重，无法获得下盘地层厚度等数据，因此，用上述方法难以得知其运动学特征。然而，前人利用断层生长速率的方法，分析认为真①断层沿走向具有分段连接的特征，并且分段连接部位与真②断裂带叠覆区相对应，结合汉留断裂带分析发现真①断层及其上盘发育的真②和汉留断裂带的分段生长部位相对应，使得形成的横向背斜具有带状分布的规律。

图3 真武断裂带运动学特征

2.3 真武-汉留断裂带形成演化过程

通过对断层的几何学和运动学特征进行分析，真武-汉留断裂带主要经历了4期演化。①白垩纪末期。真①断层和吴①断层强烈活动，其上盘开始发育走向平行的真武次级断层，均表现为正断层性质。②泰州组—阜宁组沉积时期。受区域应力场以及真①断层分段生长的影响，真②断裂带表现为3条近NE向的断层，汉留断裂带则表现为4条NE向的断层段，同时伴生部分次级断层。③戴南组沉积时期。由于区域应力场由NW—SE转为NS向伸展，真②-1和真②-2断层西侧形成近EW向断层段，真②-3断层端部走向略有偏转，真②断裂带分段性促使横向背斜形成发育并向北影响着汉留断裂带，汉①断层逐渐连接，汉②断层向东生长且东侧走向转为EW向，汉③断层端部走向也有变化，次级断层逐渐增多。④三垛组沉积时期。断层持续活动，真②-1和真②-2断层西侧与EW向分支断层相连，汉留断裂带及次级断层继续生长，最终各自发育成3条左阶雁列式断层。至新近纪，构造运动逐渐减弱，真武-汉留断裂带大部分断层不再活动或活动微弱(图5)。真武-汉留断裂带之所以具有这样的演化过程，与区域应力场的转变以及真①断层分段连接形成横向背斜密切相关。

图4 汉留断裂带运动学特征

图5 真武—汉留断裂带形成演化模式

Fig.5 Formation and evolution mode of Zhenwu-Hanliu fault zone

3 转换带对油气聚集的影响

基于对断层分段生长的研究，前人发现在断层软连接阶段会形成转换带。在断层连接部位，由于断层段端部断距相对于核部减小，正断层主要活动的上盘地层出现核部地势较低，端部地势较高的现象，从而在2条断层连接的部位形成局部地势高点，即横向背斜，影响了构造圈闭的发育，进而对油气的聚集分布起到一定的控制作用[6]。

平行于断层走向截取地震剖面，可以观察到在真②断裂带的断层叠覆区域，即真②-3和真②-2断层以及真②-2和真②-1断层之间发育了较明显的横向背斜(图3c)，地势相对较高的部位有利于油气向其运移汇聚。通过汉留断裂带上盘平行断层走向的地震剖面(图4c)，也能够发现在汉③和汉②断层以及汉②和汉①断层之间存在横向背斜，相对于真武断裂带幅度较小，这是由于真②断裂带的形成受真①断层分段形成的横向背斜影响较大，而汉留断裂带所受影响略小。由真武-汉留断裂带油气平面分布可以看出(图6)，大部分油气资源聚集在断层叠覆区，和横向背斜发育部位相对应，结合真武-汉留断裂带的形成演化(图5)，真①断层分段性质影响了真②和汉留断裂带横向背斜的发育，从而促使油气聚集模式具有带状分布的趋势。

4 结 论

(1) 真②-2、真②-1和汉①断层在平面上可分为东西2段。真②-2和真②-1断层东西2段垂向上分别表现为分段连接和同沉积特征，汉②断层东西2侧分别表现为分段连接和孤立断层。断层的分段连接以及走向上的变化与应力场由NW转为NS向伸展有关。

(2) 真①断层分段性影响了真②和汉留断裂带的生长发育，分段连接处形成了横向背斜，促使该区域主要油气资源呈带状分布在真武—汉留断裂带叠覆区域。