古構造演化對油氣成藏的約束效應——以蘇北－南黃海南盆地為例

楊力，胡明毅 （長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100）

圖1 蘇北新生代盆地構造區(qū)劃

蘇北－南黃海南盆地大地構造位于揚子地臺東北部，西北以魯蘇千里巖隆起為界，南與蘇南－勿南沙隆起相分，東以海域區(qū)隆起毗鄰。中－新生代盆地是在下?lián)P子構造形變極復雜的中－古生界基礎上發(fā)展演化形成的陸相疊合含油氣斷陷盆地，由海上南黃海南部坳陷和陸上蘇北盆地構成。受特提斯和太平洋構造域的復合疊加，具復雜的構造發(fā)育史 （圖1）［1，2］。

蘇北－南黃海南盆地的構造作用及其演化過程與油氣成藏具有密切關系，構造變形對生烴和成藏起著直接的控制作用。前人雖在該方面做過一些區(qū)域性的研究，且獲得了一系列可喜的成果，但由于成盆動力學機制不明確，原型盆地類型及演化認識不統(tǒng)一，導致對油氣成藏約束的因素研究不透徹、不系統(tǒng)、不全面，不能為后續(xù)的油氣藏勘探開發(fā)提供有利依據(jù)。筆者以新的成盆動力學機制研究成果為基礎，結合盆地演化認識，深入剖析了蘇北－南黃海南盆地不同時期的構造作用和盆地演化對油氣成藏的制約效應。

1 蘇北－南黃海南盆地的成盆動力學

區(qū)域構造邊界是制約盆地成盆的關鍵因素，在區(qū)域構造作用下，盆地的發(fā)育演化受控于板塊邊界的相互作用、相對運動和板塊內部的熱活動。蘇北－南黃海南盆地南部坳陷是在印度板塊和太平洋板塊非勻速推進而產生的二元交變動力環(huán)境中所形成和演化的。

1．1 成盆動力學背景

中生代，印支運動、燕山運動使中國東部大陸區(qū)的克拉通地塊連為一體，構成統(tǒng)一的中國大陸。新生代，進一步受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓等周緣板塊運動以及深部地幔活動的影響，中國大陸東部發(fā)生裂陷和構造反轉。古近紀，太平洋板塊和印度板塊向歐亞板塊不對稱俯沖導致中國大陸軟流圈向東蠕散，拖曳巖石圈使之發(fā)生減薄。西太平洋邊緣的大洋板塊俯沖也可能產生弧后擴張。太平洋板塊、印度板塊向歐亞板塊匯聚的方向與郯廬斷裂走向夾角的突然增大使得郯廬斷裂的走滑作用難以繼續(xù)進行。郯廬斷裂帶是中國東部的一條區(qū)域性深斷裂帶，對蘇北盆地的構造演化有著重要的影響。郯廬斷裂在晚白堊世、新生代有明顯的地幔熱活動，并造成斷裂帶的伸展、右旋走滑伸展、構造變形，受其影響蘇北盆地內的斷裂活動表現(xiàn)為西強東弱，使北東向伸展斷層出現(xiàn)斜滑特征。

1．2 成盆動力學模式

1．2．1 前盆地期構造演化模式

前盆地期以早白堊世的構造演化最為重要。早白堊世下?lián)P子地塊的碰撞造山作用奠定了蘇北－南黃海南盆地南部坳陷的構造格局。

早白堊世，下?lián)P子地塊與北側的膠遼克拉通、中朝地塊發(fā)生碰撞拼合，但是同時受到南緣江南隆起的陸內造山運動影響，從而向北逆沖推覆，其南北對沖帶大致位于長江一線。蘇北－南黃海南盆地南部坳陷形成系列北傾的逆沖斷層，由于下?lián)P子地塊與中朝縫合帶自西向東由北東向轉為近東西向繼而再轉為北北西向，因此，形成斷層走向與之基本一致。在盆地西側，由于蘇魯造山帶與下?lián)P子地塊對沖帶的阻擋，盆地西側塊體具有向東逃逸的趨勢，因此形成了右階雁行式斷裂帶。

1．2．2 斷拗期構造演化模式

晚白堊世，大約在100Ma左右，西太平洋板塊構造活動發(fā)生重大調整，庫拉板塊向歐亞板塊俯沖的方向由原來的北北西－北北東向逐漸調整為北西向和近東西向，俯沖速率仍然保持在20．2cm／a，太平洋板塊從北西西方向以13．1cm／a的速率向歐亞板塊俯沖。與此同時，印度板塊開始脫離南極洲板塊，形成新的擴張洋脊，并以50～60°的運動方向，11～14cm／a的運動速度向歐亞板塊俯沖。由于印度板塊的俯沖速率大于太平洋板塊，因此中國大陸物質向東流動，從而使得中國東部處于南東－北西向的右旋張扭應力場作用下。

1．2．3 斷陷期構造演化模式

始新世，太平洋板塊和印度板塊與歐亞板塊的匯聚速率均減小，但印度板塊的匯聚速率依然較太平洋板塊大，因此研究區(qū)依然處于伸展狀態(tài)。由于持續(xù)的伸展，巖石圈開始發(fā)生破裂，從而形成斷陷盆地。但較斷拗期的伸展速率小。

該時期郯廬斷裂的走滑活動亦影響蘇北盆地，金湖、高郵凹陷中均發(fā)生主干斷層右行走滑作用，并派生出呈左階雁行式排列次級斷層。海域部分，幾乎不受郯廬斷裂影響，因而沒有走滑構造的發(fā)育。

1．2．4 漸新世構造演化模式

漸新世，太平洋板塊與歐亞板塊的匯聚速率迅速增加，而印度板塊的匯聚速率則相對減小，因此研究區(qū)處于收縮變形狀態(tài)。由于郯廬斷裂作用，蘇北盆地與南黃海南盆地南部坳陷變形方式不盡相同，蘇北盆地主要發(fā)生箕狀斷陷的塊體旋轉，從而形成系列斷翹型斷陷；而南黃海南盆地南部坳陷遠離郯廬斷裂，因此僅發(fā)育單純收縮變形，主要變形方式為褶皺反轉和整體隆升。對于南黃海南盆地北部坳陷，由于靠近揚子地塊與中朝板塊拼合帶，因此收縮變形更為強烈，甚至發(fā)生逆沖推覆作用。

2 構造演化對烴源巖的控制作用

古構造的變化直接控制和約束著油氣成藏，決定了油氣藏的分布特征。對于多期構造變動地區(qū)，對成藏要素的控制表現(xiàn)為改造和建設2方面：對構造變動之前的地層剝蝕改造和構造變動同期的沉積建設作用。因此，蘇北－南黃海南盆地的構造演化對區(qū)內烴源巖的形成和分布起到了至關重要的作用。

2．1 烴源巖層位分布

蘇北盆地上白堊統(tǒng)－古近系發(fā)育6套烴源巖，自下而上分布為上白堊統(tǒng)泰州組二段 （K2t2），古新統(tǒng)阜寧組一段、二段、三段、四段 （E1f1、E1f2、E1f3、E1f4），始新統(tǒng)戴南組 （E2d）。其中，K2t2、E1f2、E1f4均為深湖亞相沉積，巖性以深灰、灰黑色泥巖為主，有機質豐度高，分布范圍廣，是主要的烴源巖系，總厚度一般在400m 以上，由于受到沉積范圍和后期改造程度的不同，其厚度和分布面積存在一定差異。而南黃海南盆地南部坳陷生油層則主要集中在K2t2、E1f3、E1f4、E2d3、始新統(tǒng)三垛組（E2s），其中K2t2、E1f3、E1f4的暗色泥巖有機質豐度較高。

2．2 構造對烴源巖的建設作用

烴源巖形成往往是在盆地演化過程中欠補償?shù)某练e環(huán)境下形成的。蘇北－南黃海南盆地在構造演化過程中出現(xiàn)的強烈拗陷和斷陷作用所形成的裂陷伸展盆地可以形成該種環(huán)境，利于烴源巖的沉積與保存，從而起到建設作用。K2t、E1f沉積時期，蘇北盆地的結構原型屬于拗陷、拗斷或斷拗伸展盆地。裂陷伸展盆地演化早期的拗陷往往是在區(qū)域隆起背景上發(fā)育的，盆地區(qū)及周邊的地貌反差較小，陸源碎屑供給不足，特別是近盆的陸源碎屑，有利于欠補償沉積環(huán)境的形成。而在拗陷或斷拗的沉降中心以及遠離盆地邊界的幾何中心又是另一個欠補償沉積環(huán)境形成的有利區(qū)域。

斷陷盆地由于強烈的沉降作用，在主干斷層上盤發(fā)育欠補償?shù)某练e環(huán)境，因此影響烴源巖發(fā)育的構造因素主要體現(xiàn)在2個方面：①主干斷層產狀，如陡傾正斷層和拆離斷層深度大的正斷層，其上盤均有利于發(fā)育欠補償?shù)某练e環(huán)境；②主干斷層的伸展位移速率，正斷層的快速位移導致上盤斷塊快速沉陷，有利于發(fā)育欠補償沉積環(huán)境。

2．3 構造對烴源巖分布的影響

邊界斷層的強烈活動，對沉積層的厚度和沉積相的展布控制作用明顯。低位體系域和高位體系域中，邊界斷層同時控制沉積層厚度及沉積相帶展布；湖侵體系域中，由于水體較深，沉積范圍大，邊界斷層對沉積相的控制作用不明顯，但對沉積厚度控制明顯。邊界斷層的持續(xù)活動形成斷層上盤的沉降和沉積中心，在同樣熱力作用下，沉降幅度越大，烴源巖的埋深越大，越有利于其成熟。

蘇北盆地中邊界斷層的活動直接控制著凹陷的沉降規(guī)模和幅度。在盆地的斷拗期和斷陷期，真武、吳堡、楊村等斷裂一直保持了較強的活動性。造成斷層上盤的沉積物以細組分為主，沉積厚度大。同時，斷層的活動造成上盤的埋深加大，加快了烴源巖的成熟。盆地中E1f2和E1f4的有效烴源巖分布明顯受到深大斷裂的控制。

3 構造演化對成烴演化的控制作用

烴源巖的成熟度與地溫梯度、埋藏深度和時間等因素關系密切［3］，而古構造演化對上述因素產生了重要的影響，進而控制了烴源巖的形成。

3．1 對海相成烴演化的控制

盆地在中、古生界后期遭受到了強烈的擠壓－拉張改造，地層出現(xiàn)了大規(guī)模的破碎，早期形成的油氣難以保存，而晚期的生烴、成藏過程就顯得尤為重要了。

蘇北盆地在上白堊統(tǒng)浦口組沉積前，中、上古生界烴源巖成熟度一般為未成熟－低成熟，而現(xiàn)今多呈成熟－高成熟，表明其發(fā)生了 “后期增熟”作用［4］。晚期增熟生烴的有效保存與構造有著密切的聯(lián)系，烴源巖保存質量的高低取決于構造抬升的幅度。盆地內 “增熟”作用無論是發(fā)生在儀征期、真武期，還是三垛期抬升之前，都可以視為晚期生烴，但生烴后能否被有效保存主要看抬升是否破壞了區(qū)域性蓋層。在儀征事件之前達到最大埋深，爾后浦口組遭受完全剝蝕，無論在新生代是否重新深埋，都將對油氣保存產生不利影響。烴源巖如在古近紀達到最大埋深，而后期抬升幅度不大，仍處于古近系盆地內部的，則有效保存的可能性較大。

晚白堊世末期的儀征運動中，控制凹陷沉積的鹽城、新洋斷層開始活動，形成了以鹽一、新一為代表的儀征運動期斷層，并與其共生的鹽三斷層，共同構成了 “兩凹一隆”的構造雛形。吳堡運動的斷塊差異運動使前期形成的凹隆格局進一步強化，并在斜坡帶形成了北東向為主、北西向為次的次生斷層，同時形成了背斜及受斷層控制的斷鼻、斷塊。三垛運動雖使區(qū)內構造抬升，形成了長達13．4Ma的沉積間斷，但未對構造格局形成較大的影響 （圖2）。三垛運動后，構造運動較弱，多是對前期構造的改造和繼承。在吳堡運動中形成的圈閉因其形成時間早于天然氣的主要充注時間，故成為天然氣藏聚集的有利場所［2］。

圖2 研究區(qū)鹽城凹陷朱家墩氣藏成烴演化史圖

3．2 對陸相成烴演化的控制

陸相成烴在蘇北盆地存在多種觀點，即一次生烴或二次生烴。但筆者認為，盆地是否存在二次生烴的關鍵在于三垛期之后鹽城組與東臺組的沉積厚度對烴源巖的增溫作用能否彌補地層缺失和地溫梯度降低所帶來的減溫。

蘇北盆地內海安凹陷和溱潼凹陷三垛期剝蝕厚度為400～600m，鹽城組與東臺組沉積厚度則為1100～2300m；高郵凹陷和金湖凹陷的三垛期剝蝕厚度為600～1000m，鹽城組與東臺組沉積厚度則為400～1000m。因此，新近紀－第四紀，海安凹陷和溱潼凹陷烴源巖可以發(fā)生增溫作用，從而再次生烴，而高郵凹陷和金湖凹陷僅在三垛期一次生烴，隨著剝蝕作用加深，生烴停止。

4 結論

1）在蘇北－南黃海南盆地古構造演化控制和制約著烴源巖的形成與分布。多期構造運動對成藏要素的控制表現(xiàn)為改造和建設2方面，即構造變動時期地層的剝蝕與構造變動同期的沉積建設。

2）古構造演化對成烴演化的影響主要表現(xiàn)在對地溫梯度、烴源巖埋藏深度和時間等因素的控制上。海相盆地油氣成藏越早，越難以保存，而晚期生烴、成藏的油氣則相對容易保存。陸相盆地取決于三垛期后鹽城組與東臺組的沉積厚度對烴源巖的增溫作用能否彌補剝蝕和地溫梯度降低所帶來的減溫，如能彌補則存在二次生烴，如不能則只存在一次生烴。

［1］張瑩．蘇北盆地構造樣式與油氣分 ［J］．石油地質與工程，2009，23 （4）：8～11．

［2］朱建輝，江興歌，徐旭輝，等．蘇北盆地海安凹陷曲塘－李堡地區(qū)新生代演化和油氣響應評價 ［J］．石油實驗地質，2005，27 （2）：138～143．

［3］楊琦，談彩萍，陳宏宇，等．蘇北盆地油氣富集與分布的主控因素 ［J］．江蘇地質，2006，30 （4）：241～248．

［4］邱旭明．蘇北盆地斷塊圈閉分類及油氣成藏特征 ［J］．石油與天然氣地質，2003，24 （4）：371～374．