蘇北盆地高郵凹陷隱蔽性斷層構(gòu)造特征分析與預(yù)測(cè)

姜芹芹， 周紹榮， 朱　光， 謝成龍， 王巖生， 吳進(jìn)飛

(1.淮安市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，江蘇淮安223001； 2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230009)

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蘇北盆地高郵凹陷隱蔽性斷層構(gòu)造特征分析與預(yù)測(cè)

姜芹芹1， 周紹榮1， 朱光2， 謝成龍2， 王巖生1， 吳進(jìn)飛1

(1.淮安市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，江蘇淮安223001； 2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230009)

摘要：晚白堊世晚期—新生代發(fā)育的高郵凹陷，是蘇北盆地南部典型富含油氣的半地塹式斷陷盆地，自南向北分為南斷階、深凹帶與北斜坡。該凹陷復(fù)雜斷裂構(gòu)造系統(tǒng)與相應(yīng)的沉積格局受印支期NEE向逆沖基底斷層系與晚侏羅世伊澤納崎板塊高速斜向俯沖形成的NNE向左行平移基底斷層系影響，同時(shí)受古近紀(jì)期間區(qū)域近SN向拉張應(yīng)力狀態(tài)控制。北斜坡東部花瓦構(gòu)造帶主體EW向正斷層與NNE向隱蔽性斷層發(fā)育了限制型、連接型、復(fù)合型3類(lèi)隱蔽性斷塊圈閉模式，同時(shí)在平面上形成多種組合樣式。通過(guò)研究花瓦區(qū)隱蔽性斷塊圈閉實(shí)例與有限差分法數(shù)值模擬，分析總結(jié)出高郵凹陷NNE向隱蔽性斷層的成因機(jī)制與構(gòu)造特征，并推斷了5條隱蔽性斷層發(fā)育帶。

關(guān)鍵詞：基底斷層；斜向拉伸；隱蔽性斷層；斷塊圈閉；高郵凹陷；蘇北盆地；江蘇

0引言

蘇北盆地南部油氣富集的高郵凹陷已進(jìn)入高成熟勘探階段，再勘測(cè)到規(guī)模較大的構(gòu)造油氣圈閉的機(jī)率很低(邱旭明，2003；鄧麗娟等，2009)。因此，采用全三維地震勘探技術(shù)對(duì)高郵凹陷內(nèi)部復(fù)雜斷裂構(gòu)造系統(tǒng)進(jìn)行分析解釋?zhuān)罱K在尋找隱蔽性油氣藏方面取得顯著成果。

本次工作主要依據(jù)高郵凹陷精細(xì)地震解釋資料，并參考前人相關(guān)研究成果，重點(diǎn)剖析已探明的花瓦構(gòu)造帶隱蔽性斷裂構(gòu)造特征與斷塊圈閉發(fā)育模式，解析高郵凹陷隱蔽性斷層的成因，進(jìn)而為整個(gè)凹陷隱蔽性斷層的空間分布提供理論預(yù)測(cè)，也為未來(lái)勘探隱蔽性圈閉指明了方向。

1地質(zhì)概況

高郵凹陷位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷中南部，為典型的南斷北超、南深北淺單斷裂谷式凹陷(圖1)。凹陷整體呈NEE走向，包含3組正斷層系統(tǒng)：發(fā)育程度最高的NEE向斷裂系、主要分布在北斜坡的近EW向斷層系及多被限制在前2組斷裂系統(tǒng)之間并呈斷續(xù)分布狀態(tài)的NNE向斷層系。高郵凹陷被劃分為北斜坡、深凹帶與南斷階3個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶，其中北斜坡指漢留斷裂與吳②斷裂以北的區(qū)域，包括吳岔河構(gòu)造帶、劉陸次凹、花莊—瓦莊構(gòu)造帶(簡(jiǎn)稱(chēng)花瓦構(gòu)造帶)等6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。位于北斜坡東部的花瓦構(gòu)造帶分為花莊、瓦莊2個(gè)次級(jí)構(gòu)造區(qū)，屬于斷裂構(gòu)造系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域(圖2、圖3)。

通過(guò)分析高郵凹陷的構(gòu)造事件、深淺地層建造關(guān)系以及地層巖性特征等，可將凹陷的沉積蓋層分為3個(gè)次級(jí)構(gòu)造層(表1)，包括分散伸展斷陷階段發(fā)育的泰州組與阜寧組組成的下構(gòu)造層、由始新統(tǒng)戴南組和三垛組構(gòu)成的中部構(gòu)造層以及新近紀(jì)以來(lái)的拗陷階段發(fā)育的上構(gòu)造層。此外，在中構(gòu)造層發(fā)育期間強(qiáng)烈的構(gòu)造變形促使高郵凹陷的3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元基本定型(鄧麗娟等，2009；朱光等，2013)，此時(shí)凹陷屬于集中斷陷型盆地，類(lèi)似于窄裂谷盆地(Benes et al.，1996)。

圖1　高郵凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐制矫鎴D與代表性地震解釋剖面圖(據(jù)中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,2012,2013)Fig.1　Map showing tectonic unit division of the Gaoyou Sag in Subei Basin and a typical seismic interpretation profile(a) tectonic unit division of the Gaoyou Sag; (b) seismic interpretation profile along line G45

2盆地基底與古近紀(jì)應(yīng)力狀態(tài)

蘇北盆地位于郯廬斷裂帶東側(cè)、蘇魯造山帶南側(cè)的下?lián)P子地臺(tái)北部，是蘇北—南黃海盆地的西部陸上部分。下?lián)P子地臺(tái)主要經(jīng)歷了震旦紀(jì)—中三疊世地臺(tái)海相蓋層發(fā)育階段、中三疊世末—中侏羅世印支—早燕山期前陸變形與沉積階段、晚侏羅世左行平移斷裂活動(dòng)與區(qū)域性隆起階段和白堊紀(jì)伸展斷陷階段，最終形成現(xiàn)今的蘇北盆地基底(董樹(shù)文等，1994；邱海峻等，2006；梅廉夫等，2008)。

下?lián)P子地臺(tái)第一階段發(fā)育的連續(xù)沉積海相地層代表相對(duì)穩(wěn)定的沉積蓋層(梅廉夫等，2008)。在中三疊世末期，華北、揚(yáng)子兩大板塊發(fā)生陸-陸碰撞形成大別—蘇魯碰撞造山帶，促使揚(yáng)子板塊北部前陸變形帶發(fā)育了一系列平行于蘇魯造山帶的北傾逆沖斷層(董樹(shù)文等，1994；梅廉夫等，2008；Zhu et al.，2009)，由此形成了蘇北盆地NEE走向基底斷層。隨后，西太平洋區(qū)大洋板塊在晚侏羅世或中—晚侏羅世之交向中國(guó)東部大陸邊緣高速斜向俯沖，促使郯廬斷裂發(fā)生大規(guī)模的左行平移，同時(shí)發(fā)育了以郯廬斷裂帶為代表的NNE向左行平移斷層系(Zhu et al.，2009)，因此形成了蘇北盆地NNE向基底斷層。中國(guó)東部在晚侏羅世處于廣泛缺失沉積的區(qū)域性隆起狀態(tài)，與此期間壓扭性動(dòng)力學(xué)背景及郯廬斷裂帶大規(guī)模左行平移現(xiàn)象相吻合(朱光等，2007)。在白堊世期間，伊澤納崎板塊俯沖方向與俯沖角的變化(Maruyama et al.,1997)，促成中國(guó)東部區(qū)域性構(gòu)造背景轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺剐詣?dòng)力體制，郯廬斷裂帶也相應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺够顒?dòng)，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)并控制發(fā)育了一系列斷陷盆地(牛漫蘭等，2008；朱光等，2008)，高郵凹陷就是最具代表性的斷陷盆地類(lèi)型之一。

圖2　蘇北盆地高郵凹陷反射層構(gòu)造圖(據(jù)中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,2012,2013)Fig.2　Structural maps of reflection horizons for the Gaoyou Sag, Subei Basin(a) structural map of reflection horizon ; (b) structural map of reflection horizon

綜合研究現(xiàn)有的勘探資料(中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,2012,2013)可知，高郵凹陷古近紀(jì)發(fā)育了張扭性正斷層與僅傾向滑動(dòng)的近EW向正斷層(圖2)，這種現(xiàn)象除了說(shuō)明盆地2組基底斷層在區(qū)域拉張應(yīng)力下復(fù)活并形成右行平移正斷層系外，新生的近EW向斷層表明高郵凹陷在古近紀(jì)斷陷期處于近SN向拉張應(yīng)力狀態(tài)下。目前，已有眾多學(xué)者對(duì)中國(guó)東部盆地古近紀(jì)應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行過(guò)模擬與推測(cè)，通過(guò)盆地?cái)鄬訕?gòu)造格局分析、物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M、軟件數(shù)值模擬以及借助系統(tǒng)測(cè)量古近系正斷層擦痕反演出的應(yīng)力場(chǎng)均表明，古近紀(jì)期間整個(gè)中國(guó)東部斷陷盆地均受近SN向拉張應(yīng)力影響(周建勛等，2006；馮陣東等，2010；朱光等，2013)，這一結(jié)論驗(yàn)證了筆者對(duì)高郵凹陷古近紀(jì)區(qū)域應(yīng)力背景的推斷。

圖3　高郵凹陷花瓦構(gòu)造帶反射層構(gòu)造圖與代表性地震解釋剖面圖(據(jù)中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,2012,2013)(a) 花瓦構(gòu)造帶反射層構(gòu)造圖; (b) GX48線(xiàn)地震解釋剖面; (c) GX57線(xiàn)地震解釋剖面Fig.3　Structural maps of reflection horizon for the Huawa tectonic zone in the Gaoyou Sag and a typical seismic interpretation profile(a) structural map of reflection horizon in the Huawa tectonic zone; (b)seismic interpretation profile along line GX48; (c) seismic interpretation profile along line GX57

3花瓦構(gòu)造帶隱蔽性斷塊圈閉

3.1隱蔽性斷層

油氣盆地中的隱蔽性斷層一般是指常規(guī)地震勘探中難以解釋的斷距較小、延伸短的小型斷層。這類(lèi)斷層在地震剖面上大多數(shù)表現(xiàn)為同相軸微小錯(cuò)開(kāi)或扭曲、振幅突然變?nèi)醯刃问?，具有較強(qiáng)的隱蔽性。針對(duì)上述問(wèn)題，綜合應(yīng)用剖面顯示法、譜分解法、相干體法等高新地震解釋技術(shù)，在高郵凹陷花瓦構(gòu)造帶識(shí)別出一系列NNE向隱蔽性斷層，成功勘探開(kāi)發(fā)了大量隱蔽性構(gòu)造油氣藏。

表1高郵凹陷地層序列與構(gòu)造事件簡(jiǎn)表

Table 1Simplified table showing stratigraphic sequence and tectonic events of the Gaoyou Sag, Subei Basin

蘇北斷陷盆地常見(jiàn)的構(gòu)造圈閉是斷鼻和斷塊圈閉群(帶)(劉玉瑞等，2004；邱旭明，2005；牟榮，2006)，而花瓦構(gòu)造區(qū)近EW向斷層與南傾地層很難構(gòu)成斷鼻構(gòu)造圈閉，易與斷續(xù)分布在主體斷裂之間的NNE向斷層形成斷塊圈閉。選取具代表性的隱蔽性斷塊構(gòu)造(圖3a)，研究控制這些斷塊圈閉發(fā)育的隱蔽性斷層的構(gòu)造特征，從而為分析隱蔽性斷塊圈閉的發(fā)育模式提供依據(jù)。

花11塊位于花莊構(gòu)造帶中部，是由2條相交北掉的正斷層共同控制的斷塊構(gòu)造。其西界為最新地震資料解釋的NNE向隱蔽性小斷層，而北界是較大型的NEE向斷層，斷距大約在60～100 m。該塊地層南傾北抬明顯，與2條相交斷層共同發(fā)育了隱蔽性斷塊圈閉。臨近花11塊的花17塊屬于典型的含隱蔽性油藏的斷塊構(gòu)造。2條相間排列的大型EW向斷層西側(cè)被NNE向隱蔽性斷層切割，同時(shí)東側(cè)被1條類(lèi)似的NE向小斷層圍限，四者共同控制構(gòu)成了特征性的類(lèi)平行四邊形斷塊構(gòu)造。處于花莊北構(gòu)造西翼的花16塊主要由北側(cè)EW向大型主控?cái)鄬印⒛辖缪由觳婚L(zhǎng)的EW向正斷層與西側(cè)的NNE向斷層相交形成的斷塊構(gòu)造。位于瓦莊構(gòu)造西部的隱蔽性瓦4斷塊與花16塊形態(tài)類(lèi)似，但南、北兩界斷層規(guī)模正好相反。

位于瓦4塊西側(cè)的瓦2、瓦3塊是由1條弧形延伸的NE-NNE向斷層控制發(fā)育的斷塊構(gòu)造，它的北、南邊界都與北傾的EW向斷層相交。由下文成因分析可知，這2個(gè)含油斷塊西側(cè)邊界斷層由2個(gè)小型隱蔽性的NNE向斷層連接后形成的正斷層組成。同樣，早期的NNE向隱蔽性斷層向北延伸，與臨近的EW向斷層連接形成弧形斷層，最終發(fā)育了隱蔽性斷塊構(gòu)造花12。此外，雖然控制含油斷塊花3、花14塊發(fā)育的弧形邊界斷層呈大型顯性正斷層，其西界NNE向斷層仍屬于早期發(fā)育的隱蔽性斷層。

3.2隱蔽性斷塊圈閉模式

通過(guò)定量分析花瓦構(gòu)造帶隱蔽性斷層構(gòu)造特征,將該區(qū)主體EW向斷層與NNE向隱蔽性斷層構(gòu)成的斷塊圈閉歸納為3類(lèi)(圖4)：(1) NNE向小型斷層被限制在平行相間排列的EW向斷層帶之間，形成限制型斷塊圈閉；(2) NNE向隱蔽性斷層斷層與EW向斷層弧形連接，發(fā)育連接型斷塊圈閉；(3) 限制型與連接型斷層相互組合而形成復(fù)合型斷塊圈閉。

根據(jù)已知的花瓦區(qū)地震勘測(cè)資料中出現(xiàn)的各種斷層組合方向，這3種基本類(lèi)型的斷塊圈閉在平面上可構(gòu)成形式多樣的圈閉類(lèi)型(圖5)。

圖4　高郵凹陷花瓦構(gòu)造帶隱蔽性斷塊圈閉類(lèi)型立體示意圖Fig.4　Stereoscopic model showing types of concealed fault-blocked traps in the Huawa tectonic zone of the Gaoyou Sag

第一類(lèi)隱蔽性斷塊圈閉的邊界斷層為EW向斷層與NNE向隱蔽性斷層斜交。當(dāng)1條NNE向斷層與大型平行EW向斷層組相交時(shí)，構(gòu)成A1類(lèi)限制型隱蔽性斷塊圈閉(圖5a)，相當(dāng)于花瓦構(gòu)造帶的花11斷塊構(gòu)造樣式(圖3a)；若平行斷層組之間形成2條或者2條以上NNE向斷層，則發(fā)育具斷續(xù)出現(xiàn)的斷層帶特征的A2類(lèi)斷塊構(gòu)造。組成A3類(lèi)斷塊圈閉的南北兩側(cè)邊界斷層規(guī)模相差較大，類(lèi)似于花16與瓦4斷塊圈閉形態(tài)。EW、NE向斷層連接的弧形斷層與其他2組邊界斷層相交，圍限構(gòu)成與花17構(gòu)造圈閉相似的A4類(lèi)斷塊圈閉。

第二類(lèi)斷塊圈閉的邊界斷層屬于EW與NNE向斷層連接形成的弧形斷層。NNE向斷層在南北兩側(cè)分別或同時(shí)與EW向斷層弧形連接，可發(fā)育 B1、B2、B3 3類(lèi)圈閉樣式(圖5b)。當(dāng)上述3類(lèi)圈閉被新生的小型EW向斷層切割時(shí)，可發(fā)育2個(gè)連續(xù)的B4類(lèi)隱蔽性斷塊圈閉，其中，花瓦區(qū)的花12斷塊圈閉屬于B1類(lèi)，瓦2、瓦3斷塊構(gòu)造屬于B4類(lèi)。參照花瓦區(qū)實(shí)際斷塊構(gòu)造樣式，將上述2大類(lèi)型斷塊圈閉疊加組合，最終推斷出6種復(fù)合型隱蔽性斷塊圈閉(圖5c)。

圖5　高郵凹陷花瓦構(gòu)造帶隱蔽性斷塊圈閉類(lèi)型平面示意圖Fig.5　Plane sketch showing types of concealed fault-blocked traps in the Huawa tectonic zone of the Gaoyou Sag

在北斜坡東部的花瓦構(gòu)造區(qū)，NNE向隱蔽性斷層除了與大量新生EW向斷層構(gòu)成斷塊圈閉外，同時(shí)也可與旁側(cè)的NEE向斷層連接發(fā)育形成斷塊構(gòu)造，因此花瓦區(qū)平面斷塊圈閉類(lèi)型較為復(fù)雜多變。由于高郵凹陷北斜坡中、西部發(fā)育了大量的NEE向正斷層(圖2)，可推測(cè)NNE向斷層主要與NEE向斷層組合而形成與上述3種基本圈閉類(lèi)型相似的斷塊構(gòu)造，每一類(lèi)型斷塊構(gòu)造因具體斷層組合方向的變化，也會(huì)出現(xiàn)多樣的實(shí)際圈閉類(lèi)型。

4高郵凹陷北北東向隱蔽性斷層

花瓦區(qū)已揭示的隱蔽性斷塊構(gòu)造實(shí)例表明，凹陷內(nèi)斷續(xù)出現(xiàn)的NNE向斷層是發(fā)育隱蔽性斷塊圈閉的關(guān)鍵因素，其邊界斷層實(shí)際上是指一側(cè)為NNE向隱蔽性斷層，另外一側(cè)或兩側(cè)為較大規(guī)模的顯性斷層(圖3a)。高郵凹陷NNE向斷層早期發(fā)育較多而晚期明顯減少(圖2)，表明NNE向隱蔽性斷層主要是吳堡期活動(dòng)的產(chǎn)物，與上述花瓦區(qū)的推論相符。

4.1成因分析

依據(jù)前人(朱光等，2013；Bahroudi et al.，2003)的觀(guān)點(diǎn)可知，在古近紀(jì)區(qū)域性伸展應(yīng)力背景(中間主應(yīng)力σ2與最小主應(yīng)力σ3水平，并且σ3為近SN向拉張，而最大主應(yīng)力σ1直立)下，高郵凹陷內(nèi)的近EW向斷層由于垂直于拉張應(yīng)力σ3，屬于新生正斷層，其他2組方位的斷層主要是早期基底斷層在斜向拉張狀態(tài)下復(fù)活的右行平移正斷層，無(wú)壓扭性平移斷層或褶皺。所謂斜向拉張是指斷陷盆地基底斷層斜交于區(qū)域近SN向拉伸方向。

高郵凹陷2組不同方位基底斷層在古近紀(jì)伸展期間均在斜向拉伸狀態(tài)下復(fù)活，由于斷層走向與區(qū)域拉伸方向夾角不同，2者的活動(dòng)時(shí)間與復(fù)活產(chǎn)物存在差別。盆地內(nèi)的NEE向基底斷層與σ3拉張應(yīng)力呈高角度斜交，處于有利的復(fù)活方位，可在整個(gè)古近紀(jì)持續(xù)活動(dòng)并形成大型正斷層(圖2)，一般不會(huì)成為隱蔽性斷層。NNE向基底斷層與區(qū)域拉張方向呈小角度相交而處于不利的伸展活動(dòng)方位，活動(dòng)時(shí)間較短(圖2)，僅斷續(xù)出現(xiàn)或作為連接斷層的一部分形式出現(xiàn)，易于發(fā)育為隱蔽性斷層。應(yīng)用大量物理模擬或數(shù)值模擬證明(Homberg et al.，1997；Bellahsen et al.，2005)，較大型斷層帶在受區(qū)域伸展作用而產(chǎn)生的局部應(yīng)力影響下，在其旁側(cè)可發(fā)育同方位的斷層。因此，高郵凹陷大型NNE向基底斷層帶的復(fù)活會(huì)造成古近紀(jì)NNE向斷層成帶出現(xiàn)。

一些NNE向斷層被限制在近EW向或NEE向較大型正斷層之間，導(dǎo)致其延伸不長(zhǎng)，并且處于不利方位下的斜向拉伸使其落差相對(duì)較小，從而成為高郵凹陷內(nèi)的隱蔽性斷層。這些隱蔽性斷層與相鄰其他方位斷層所夾持的斷塊，由于邊界正斷層垂直運(yùn)動(dòng)(或落差)的差異發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)或掀斜，當(dāng)邊界斷層具有封閉性時(shí)可發(fā)育隱蔽性斷塊圈閉。此外，凹陷內(nèi)部早期發(fā)育的小型隱蔽性NNE向斷層的一處尾端或兩端在后期伸展活動(dòng)中與近EW向或(和)NEE向斷層相連，最終可發(fā)育成弧形的顯性正斷層，其轉(zhuǎn)彎處也是形成斷塊圈閉的良好條件。

4.2數(shù)值模擬

本次研究依據(jù)高郵凹陷古近紀(jì)區(qū)域構(gòu)造背景，并參考Bellahsen等(2005)應(yīng)用物理模擬展示的NNE向斷裂在斜向拉張狀態(tài)下的伸展活動(dòng)方式，運(yùn)用得到眾多學(xué)者(龔紀(jì)文等，2002；王岳軍等，2002；楊立強(qiáng)等，2003)認(rèn)可的FLAC 2D(V5.0)模擬軟件再現(xiàn)NNE向基底斷層在SN向拉張狀態(tài)下的活動(dòng)過(guò)程，從而深入解析其復(fù)活方式與規(guī)律。

模擬工作共建立2個(gè)簡(jiǎn)易卻具代表性的地質(zhì)模型M1和M2(圖6)。在SN向拉張背景下，應(yīng)用模型M1模擬NNE向基底斷層在不受其他方位斷層影響下的發(fā)育活動(dòng)情況，而通過(guò)模型M2反映2組不同方位基底斷層的活動(dòng)過(guò)程。軟件采用不同巖性材料代表模型各類(lèi)區(qū)域，2者均選取相對(duì)塑性的硅膠代替NNE與NEE向基底斷層，同時(shí)采用剛性砂巖代表圍巖(表2)。對(duì)模型M1和M2建立左、右邊界的X位移約束，同時(shí)設(shè)置上、下邊界的相向拉力(圖6)。模擬時(shí)設(shè)置非線(xiàn)性大變形求解選項(xiàng)，采用摩爾-庫(kù)侖模型(mohr-coulomb)進(jìn)行平面應(yīng)變分析，同時(shí)內(nèi)設(shè)最大限度時(shí)步來(lái)較為精確地計(jì)算模型的每一步剪應(yīng)變速率，挑取有代表性的時(shí)步反映斷裂發(fā)育狀況。

表2　有限差分法模擬所用的材料力學(xué)參數(shù)

圖6　M1和M2模型在南北向拉伸狀態(tài)下的的模擬結(jié)果(基底斷層A、巖層B材料分別是硅膠和砂巖) (a1) 20步；(b1) 163步；(c1) 348步；(a2) 89步；(b2) 276步Fig.6　Simulation results of M1 and M2 models in an NS-trending tensile state(The materials for basement fault A and rock formation B are silica gel and sandstone, respectively) (a1) 20 steps； (b1) 163 steps； (c1) 348 steps； (a2) 89 steps; (b2) 276 steps

在FLAC軟件模擬計(jì)算過(guò)程中，地質(zhì)模型的一些部位出現(xiàn)剪應(yīng)變率集中，反映了斷層的活動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)觀(guān)測(cè)分析模擬結(jié)果可得到如下結(jié)論。

(1) 在模擬開(kāi)始階段，M1與M2模型的2組方位基底斷層均顯示高剪應(yīng)變速率(圖6a1、圖6a2)，表明巖性強(qiáng)度較弱的基底斷裂在伸展背景下復(fù)活。當(dāng)基底斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，在其旁側(cè)圍巖中可發(fā)育新生EW向小斷層，但因要首先克服完整巖石破壞所需的阻力，其剪應(yīng)變速率值與基底斷層相比明顯偏低，說(shuō)明早期的EW向斷層活動(dòng)較弱。

(2) 當(dāng)M1進(jìn)入模擬中間階段，處于有利拉張方位的EW向斷層持續(xù)活動(dòng)并擴(kuò)展延伸，而被限制在新生EW向斷層之間的NNE向斷層活動(dòng)明顯減弱(圖6b1)。當(dāng)EW向斷層連通成大型正斷層時(shí)，NNE向斷層基本上不再活動(dòng)(圖6c1)。

該模擬再現(xiàn)了高郵凹陷NNE向斷層活動(dòng)擴(kuò)展受EW向斷層限制的過(guò)程，同時(shí)也演示了NNE向隱蔽性斷層的活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)為早期強(qiáng)、后期微弱的特征。

(3) 在模型M2模擬早階段，NEE向基地?cái)鄬拥募魬?yīng)變速率值與NNE向相比明顯偏高，表明處于有利斜向拉張方位的NEE向基底斷層活動(dòng)強(qiáng)度略高(圖6a2)。到了晚階段，NEE向斷層仍持續(xù)強(qiáng)烈活動(dòng)，而NNE向斷層基本上停止活動(dòng)(圖6b2)。該模擬同樣顯示了NNE向活動(dòng)強(qiáng)度規(guī)律，同時(shí)也驗(yàn)證了上文對(duì)2組基底斷層活動(dòng)規(guī)律的分析。

4.3隱蔽性斷層發(fā)育帶預(yù)測(cè)

綜合上述研究推斷，高郵凹陷古近紀(jì)斜向拉伸下會(huì)形成帶狀延伸的NNE向左行平移斷層帶，發(fā)育較多的NNE向隱蔽性斷層，從而成為隱蔽性斷塊圈閉有利發(fā)育區(qū)。

本次工作預(yù)測(cè)了5條NNE向隱蔽性斷層集中發(fā)育帶(圖7),這些預(yù)測(cè)帶也是較大型NNE向基底斷裂帶所在部位。此外，凹陷內(nèi)還存在一系列小型NNE向基底斷裂，它們分散出現(xiàn)在高郵凹陷的各個(gè)部位，也可發(fā)育為隱蔽性斷層，進(jìn)而構(gòu)成隱蔽性斷塊圈閉。因此，提高隱蔽性斷層識(shí)別技術(shù)也是未來(lái)尋找隱蔽性斷塊圈閉的關(guān)鍵之一。

圖7　高郵凹陷NNE向隱蔽性斷層發(fā)育帶預(yù)測(cè)圖(底圖為反射層構(gòu)造圖)Fig.7　Map showing prediction of NNE-trending concealed fault zones in the Gaoyou Sag(base map is the structural map of reflection horizon )

5結(jié)論

(1) 印支期前陸變形發(fā)育的NEE向逆沖斷層與晚侏羅世伊澤納崎板塊高速斜向俯沖形成的NNE向左行平移斷層是高郵凹陷的主要基底斷層系統(tǒng)，2者在古近紀(jì)斷陷期由于處于近SN向拉伸的區(qū)域伸展應(yīng)力狀態(tài)下復(fù)活。

(2) 通過(guò)對(duì)高郵凹陷NNE向隱藏性斷層構(gòu)造特征與成因分析以及有關(guān)的物理模擬與數(shù)值模擬，總結(jié)古近紀(jì)NNE向隱蔽性斷層特征如下：① 屬于斜向拉張下NNE走向基底斷層再活動(dòng)的產(chǎn)物，為右行正平移斷層；② 處于不利的拉張方位，一般垂直落差不大(與NNE向、EW向同等規(guī)模斷層比較)，從而伸展活動(dòng)較弱；③ 常被限制于EW向或NEE向正斷層之間呈斷續(xù)出現(xiàn)，并會(huì)以斜交、弧形連接等方式相連；④ 在幾何空間上沿著NNE向基本呈成帶狀分布；⑤ 主要在早階段吳堡期活動(dòng)，晚階段常不活動(dòng)，因而活動(dòng)時(shí)間較短。

(3) 高郵凹陷隱蔽性斷塊圈閉發(fā)育的有利地帶也就是NNE向隱蔽性斷層集中發(fā)育的地區(qū)。

致謝:

非常感謝合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院朱光與謝成龍教授的悉心指導(dǎo)與幫助。

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Structural characteristics and prediction of the concealed faults in the Gaoyou Sag of Subei Basin

JIANG Qinqin1， ZHOU Shaorong1， ZHU Guang2， XIE Chenglong2， WANG Yansheng1， WU Jinfei1

(1. Huai′an Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Huai′an 223001, Jiangsu, China; 2. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China)

Abstract：The Gaoyou Sag, developed in the late period of Late Cretaceous to Cenozoic, is a typical half-graben faulted basin rich in oil and gas resources in the south of the Subei Basin. This sag can be divided into the southern fault step zone, deep sag zone and northern slope zone from south to north. The complex fault system and corresponding sedimentary framework of the Gaoyou Sag are restricted by two sets of basement fault systems, i.e., the Indosinian NEE-trending thrusts and NNE-trending, sinistral faults resulted from the Late Jurassic high-speed oblique subduction of the Izanagi Plate, and are also influenced by regional Paleogene extensional stress field with N-S extension. The concealed fault-blocked traps formed by the major EW-trending normal faults and the NNE-trending concealed faults in the Huawa zone in the east of the northern slope zone can be divided into three types: limitative trap, connective trap and compound trap. In addition, there are many trap assemblage patterns in the plane of the sag. Based on example analysis of the concealed fault-block traps in the Huawa zone and numerical simulation using the finite difference method, the paper summarized the formation mechanism and structural characteristics of the NNE-trending concealed faults in the Gaoyou Sag, and inferred five development zones of concealed faults.

Keywords：basement fault; oblique extension; concealed fault; fault-block trap; Gaoyou Sag; Subei Basin; Jiangsu Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.37

收稿日期：2015-04-03；修回日期：2015-06-18；編輯：陸李萍

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃(91214301)、江蘇油田項(xiàng)目共同資助

作者簡(jiǎn)介：姜芹芹(1986—)，女,工程師，斷裂構(gòu)造專(zhuān)業(yè)，從事油田構(gòu)造地質(zhì)與礦產(chǎn)勘查研究工作，E-mail： jiangqq122@126.com

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.130.2+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3636(2016)01-0037-10