1.   研究区概况

铜城断裂带位于金湖凹陷的中南部，南北向延伸，东邻龙岗次凹，西接汊涧次凹，该断裂带被南北向的铜城断层及北东向和近东西向的次级断层切割成若干断块和断鼻(见图 1)。区内沉积地层由下到上依次为上白垩统泰州组(K₂t)、古新统阜宁组(E₁f)、始新统戴南组(E₂d)和三垛组(E₂s)、新近系盐城组(Ny)和第四系东台组(Qd)^[1]。铜城断层是位于两个生油次凹之间的构造高带，处于油气的优势汇聚区，接受龙岗和汊涧次凹的双重供油，并发现多个含油构造，获得工业油流。本区构造破碎，断裂活动复杂。本文对该区的构造特征和构造演化进行深入研究，加强对该地区构造解释和油气成藏规律的认识，为本区油气勘探和开发提供参考。

图  1  金湖凹陷铜城断裂带构造区简图

Figure  1.  A simplified structural map of Tongcheng fault zone in Jinhu sag

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2.   构造特征

2.1   基本断裂构造

断裂构造发育是铜城断裂带阜宁组的基本构造特征。该区三维地震数据体解释结果显示，目前切过阜宁组顶面的次级断层有10余条，其走向以北东向为主，近东西向为辅，反映本区阜宁期处在近南北向的伸展环境中(见图 2)。研究区北部断层走向基本为北东向，南北方向上被桐城断层分割，东盘倾向为北西向，西盘倾向南东向，多为高角度板式正断层；南部和中部地区的断层走向为北东—北东东向，主要倾向北西，倾角较大，多形成铲式正断层，成阶梯状组合样式，两者倾向基本相向，整体上组成地堑-地垒构造。平面上主要有雁列式、平行式等组合样式，剖面上组合类型有阶梯状、Y字型、地堑-地垒等。整个铜城断裂带地区的断层自东向西收敛，断层整体呈北东—近东西向展布。铜城断裂带在阜宁组和三垛组活动断层数目多，反映阜宁期和三垛期断层活动强烈，是断层集中发育阶段。部分断层发育在阜宁组，并没有进入戴南组，反映铜城断裂带新生代断层发育过程中具有较差的持续性(见图 3)。

图  2  铜城断裂带阜二段顶面构造

Figure  2.  Top surface contour map of Tongcheng fault zone in the Funing Formation

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图  3  inline-181测线地震解释剖面(测线位置见图 2)

E₁f₁—阜一段；E₁f₂—阜二段；E₁f₃—阜三段；E₁f₄—阜四段；E₂d—戴南组；E₂s—三垛组；N+Q—新近系和第四系

Figure  3.  Seismic section interpretation of the Line inline-181

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2.2   鼻状构造和断块构造

铜城断裂带整体呈近南北向展布，从近东西向剖面上可以看出，铜城断裂带东部地层倾向东，从东向西倾角逐渐变陡，西部倾向西，铜城断层位于该区的中部构造高带上(见图 3)，在此有利的构造背景下，汊涧、龙岗2个次凹的油气更容易聚集而形成油气藏。

铜城地区东部主要为断鼻构造，西部以断块构造为主。断层在平面上主要表现为直线形、弧形延伸。如：天A、天B、天C、天D断块由于断层交叉切割，与地层上倾方向及侧向相结合，形成四边形的断块圈闭，南、北、东3面受断层封挡，向西一面敞开；天A、天B、天C、天D整体上又是一个大的复杂断块，被近东西向断层切割成较小的断块；天10断块由于断层面弯曲，即弯曲的断层线与弯曲的等高线相交，形成弧形断块构造；天H、天1断块发育在上升盘，由于断层面的弯曲而形成断鼻构造；天11断块由于铜城断层与东西向的分支断层相交形成鼻状构造(见图 2)。

3.   断层活动特征

3.1   新生代构造活动强弱交替

断层落差法是定量表征断层活动性的重要方法，相对于断层生长指数、断层活动速率法有很多的优点^[2~5]。

大多数情况下，生长断层具有不均衡的特点。早期断层活动强度较弱，中期增强，到后期断层活动很弱直到不活动^[6]。研究区内从阜一期到阜四期，活动断层数量逐渐增多，且断层落差值递增，表明断层活动性变强，其中北西倾向的断层活动性相对强于南东倾向断层。阜一期，北部断层活动性较强，南部较弱；阜二期，南部断层活动性较强，北部次之；从阜三期到阜四期，北部断层活动性较强，中部次之，南部最弱(见图 4a—4d)。戴南期，活动断层数目比阜宁期少，且断层落差值相对减小(见图 4e)。三垛期，活动断层数量明显增加，断层落差值增大，反映断层活动增强。北部断层活动性较强，中部相对较弱，南部最弱(见图 4f)。此后，断层几乎不活动。由此可得，新生代构造活动强弱交替，即强—弱—强—弱。

图  4  金湖凹陷铜城断裂带古近纪断层落差

Figure  4.  Fault fall of Plaeogene in Tongcheng fault zone of Jinhu sag

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3.2   断层活动性复杂

断层的活动性差异与地质时期、断层的位置有关。同一地质时期，不同断层活动性不同，表现出不同的断层落差(见表 1)。阜宁期断层活动性最强，断层数量多，东北部断层ftch落差较大，最大可达148.6 m。戴南期断层活动减弱，北部断层落差较大，其次为中部，南部断层落差较小。三垛期断层落差自南向北逐渐增大，活动性增强。新近纪和第四纪活动构造稳定，仅有很少的活动断层，无明显的断层落差。

表  1  不同地质时期长期活动主要断层的落差

Table  1.  The major fault falls in different geological periods

地质时期	断层落差/m
	dong1-1f	dong2f	ftch	fij1	平均值
Ny+Qd	31	9.0	17.0	0	14.25
E2s	77	123.2	189.2	68	114.34
E2d	67	80.0	149.0	82	94.50
E1f	108	131.0	148.6	147	133.65

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不同的地质时期，同一条断层具有不同的断层落差，表现出不同的活动性(见表 1)。断层dong2f在阜宁期的落差最大，为144 m，活动性最强；而在戴南期断层落差相对较小，活动性减弱；到三垛期断层落差增大，断层数量也有所增加，活动性相应增强。各主要断层的平均落差在不同时期的断层落差也不同。

3.3   铜城断层两侧地层差异升降明显

铜城断层两侧的地层存在明显差异升降(见表 2)。铜城断层的西盘，新生界阜宁组、戴南组、三垛组南部厚，北部薄，反映出南部下降幅度大于北部；但在铜城断层东盘，新生代地层南部薄，北部厚，即南部下降幅度小于北部^[7]。新生代这种断层两侧升降变化相反的格局对油气运移成藏有重要的影响。

表  2  铜城断层两盘地层厚度对比表

Table  2.  Stratigraphic thickness comparison between the two sides of Tongcheng fault

层位	西盘			东盘
	南部厚度/m	北部厚度/m		南部厚度/m	北部厚度/m
三垛组	1400	960		670	660
戴南组	1050	1045		970	1000
阜宁组	1330	1000		1070	1300

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4.   构造演化阶段

平衡剖面^[8~9]编制是构造演化史研究的一种重要方法，也是常用方法，对油气勘探有重要意义^[10~11]。本文采用旋转法在分别选取inline91和crossline301两条三维地震剖面，编制了相应的构造演化剖面(见图 5)，并进一步计算了断层落差，以恢复地质构造的形成和演化过程。结合区域构造背景综合分析，铜城断裂带新生代构造演化经历了4个时期。

图  5  铜城断裂带构造演化剖面(测线位置见图 2，地层代号见图 3)

Figure  5.  Tectonic evolutionary section of Tongcheng fault zone

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4.1   断块发育期(E₁f)

阜宁期为苏北盆地的强烈伸展裂陷时期^[12~13]。在铜城地区，阜宁期早期断层基本不发育；阜三期和阜四期，在区域拉伸应力作用下，研究区发育大量次级断层，走向以北东向为主，其次为北东东向，形成一系列阶梯状构造和地堑构造，断层倾角较大，地层倾向比较平缓，导致断块构造的形成。

4.2   差异沉降期(E₂d—E₂s)

由于吴堡运动，地层沿着断层面发生不均一下滑运动，断块发生掀斜旋转，发育形成反向正断层，使断块发生明显的差异沉降。戴南期，吴堡运动使阜宁组遭受剥蚀，地层厚度相对较薄，基本没有新生断层，先前形成的断层继续活动。三垛期，构造活动剧烈，断层落差较大，发育部分新生断层，断层面倾角变缓，断距较大。

4.3   逆冲褶断期(E₂s末期)

三垛期末，由于全球板块运动发生变化，区域应力改变，郯庐断裂带的运动方式转化为右旋走滑模式，派生出了北东东向挤压应力场，挤压作用使深层伴有的逆冲断层发育，断层两盘的地层发生明显弯曲，形成断层相关褶皱。此后，三垛运动期间，受金湖凹陷内杨村、石港等大断层的右行走滑作用的控制，铜城断层发育，先前形成的次级断层被错开。

4.4   构造稳定期(Ny—Qd)

从区域上看，新近纪和第四纪是苏北盆地裂陷后的拗陷阶段。三垛事件使三垛组的顶面遭受剥蚀，三垛组与上覆地层为角度不整合，断层活动微弱，地壳发生均衡调整，表现为整体下陷^[12~13]。在构造演化剖面图中表现出，铜城地区只有少量断层继承性活动，但断层落差很小，基本形成了现今的构造格局。

5.   与油气聚集的关系

断层对油气藏的形成分布具有重要的控制作用，断层的性质、规模影响着油气生成、运移以及聚集的全过程^[14~17]。对于铜城断裂带阜宁组油气藏来说，其主力生油层为阜二段、阜四段烃源岩层，该套烃源岩大量排烃期为始新世三垛期^[18]，油气藏以早期充注为主。由构造演化分析发现，三垛期活动断层数量增多，活动性增强，部分先前形成的断层继承发育，也有较强的活动性，而且铜城断层形成，断层的上盘地层弯曲，形成与断层有关的褶皱，纵向上沟通了不同层位的储集层，与阜宁组油气生、排烃时间一致，与渗透性砂岩一并构成生油中心油气向背斜带运移的重要通道，控制了油气运移的方向和路径，从而使得与这类断层相邻的同期和早期圈闭成为油气聚集的有利区。在侧向上，戴南组底部发育不整合构造，为阜四段烃源岩产生的油气提供了有利的运移通道(见图 6)。

图  6  铜城断裂带成藏模式图(地层代号见图 3)

Figure  6.  Hydrocarbon accumulation model in Tongcheng fault zone

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铜城断裂带主要发育断块、断鼻2种类型的油气圈闭，断层是形成该类圈闭的主控因素。在吴堡运动、三垛运动的叠加与早期基底断裂的共同作用下，铜城断裂带形成丰富的构造样式^[19]。早期，在拉张应力场作用下，受杨村断层的控制，发育一系列北东向断层，由于差异沉降，断块掀斜，发育反向正断层，形成局部构造高部位，有利于油气的聚集。三垛期末，研究区受东西向挤压作用，形成断层相关褶皱，南北向的鼻状构造带和北东向断裂构造相叠加，形成一系列断鼻、断块圈闭，为油气聚集提供良好的场所。

6.   结论与认识

铜城断裂带主要发育北东向断裂构造，平面上呈雁列式、平行式等组合样式，剖面上有阶梯状、地堑-地垒、Y字型等组合类型，阜宁期和三垛期是断层集中发育的时期，阜宁期掀斜旋转明显，断块、断鼻构造发育。

铜城断裂带新生代断层活动性表现出强弱交替的特征，断层活动性复杂，阜宁期断层活动性加强，戴南期变得相对较弱，三垛期断裂活动又增强，此后，断层活动基本停止。铜城断层两侧地层差异沉降明显。

铜城断裂带构造演化经历断块发育期(E₁f)、差异沉降期(E₂d—E₂s)、逆冲褶断期(E₂s末期)、构造稳定期(Ny—Qd)等4个时期。

构造作用控制油气的运移体现在构造作用产生的不整合面和断裂是油气运移的主要通道。三垛期断层活动纵向上沟通了不同层位的储集层，与渗透性砂岩一并构成了生油中心油气向背斜带运移的重要通道，侧向上，戴南组底部发育不整合构造，为阜四段烃源岩产生的油气提供了有利运移通道。在吴堡运动、三垛运动的叠加与早期基底断层的共同作用下，铜城断裂带形成断鼻构造、复杂断块构造及弧形断层圈闭，为油气聚集提供良好的场所。