石油地球物理勘探  2022, Vol. 57 Issue (4): 937-949  DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2022.04.021
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刘爱武, 唐大卿, 郭丽彬, 文辉, 唐文旭, 邹帅. 江汉盆地潜北断裂带分段差异活动及演化. 石油地球物理勘探, 2022, 57(4): 937-949. DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2022.04.021.
LIU Aiwu, TANG Daqing, GUO Libin, WEN Hui, TANG Wenxu, ZOU Shuai. Differential segmental activities of Qianbei fault zone in Jianghan Basin and its evolution. Oil Geophysical Prospecting, 2022, 57(4): 937-949. DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2022.04.021.

本项研究受中石化股份有限公司科技项目“江汉盆地新领域成藏条件与勘探目标评价”(P20060-4)和“潜江凹陷增储潜力评价及关键技术研究”(P21106)资助

作者简介

刘爱武  高级工程师,1980年生;2002年获中国石油大学(华东)石油地质专业学士学位,2005年获中国石油大学(北京)矿产普查与勘探专业硕士学位;现任中石化江汉油田研究院副总地质师,主要从事石油勘探综合地质研究

唐大卿,湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号中国地质大学(武汉)资源学院石油地质系,430074。Email:tangdqcug@sina.com

文章历史

本文于2021年9月10日收到,最终修改稿于2022年5月22日收到
江汉盆地潜北断裂带分段差异活动及演化
刘爱武 , 唐大卿 , 郭丽彬 , 文辉 , 唐文旭 , 邹帅     
① 中石化江汉油田分公司勘探开发研究院,湖北武汉 430223;
② 中国地质大学(武汉)资源学院,湖北武汉 430074
摘要:潜北断裂带对沉积充填和油气差异富集具有控制作用,断裂带不同段的结构、构造差异性显著。早期关于潜北断裂带的地质认识及构造样式的解剖精度已不能满足当前精细化油气勘探的需求。因此,为了精细解析潜北断裂带的分段差异性及其成因演化,根据断层类型、几何学特征及成因演化,将潜北断裂带自西向东依次划分为6段,即新农段、钟市段、蚌湖段、潭口南段、潭口北段和三合场段。潜北断裂带不同段构造特征差异明显:新农段发育断阶构造和复合地堑;钟市段发育“荆沙红墙”和复杂断块;蚌湖段构造相对简单,发育同向断阶;潭口南段发育“座椅状”主断裂和复杂断块;潭口北段发育“躺椅状”主断裂和复杂断块;三合场段发育平缓斜坡及断阶、地堑—地垒构造。潜北断裂带分段差异活动受潜北地区多期、多方向不同性质区域应力所控制,且“荆沙红墙”、盐岩层、深部岩浆活动及先存构造等对断裂带分段差异活动也具有影响。断裂活动经历了四个构造演化阶段,即断陷期(沙市组—潜四下段沉积期)、断拗期(潜四上段—荆河镇组沉积期)、构造反转期(荆河镇组沉积末期—广华寺组沉积前)和拗陷及改造定型期(广华寺组—平原组沉积期)。该研究成果可为系统认识潜北断裂带分段差异活动机制及油气勘探实践提供理论参考。
关键词断裂构造    差异活动    构造演化    潜北断裂带    江汉盆地    
Differential segmental activities of Qianbei fault zone in Jianghan Basin and its evolution
LIU Aiwu , TANG Daqing , GUO Libin , WEN Hui , TANG Wenxu , ZOU Shuai     
① Exploration and Development Research Institute of Jianghan Oilfield Company, SINOPEC, Wuhan, Hubei 430223, China;
② Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China
Abstract: The Qianbei fault zone can control sedimentary filling and differential enrichment of oil and gas, and it demonstrates huge structural and tectonic differences in different segments. The previous geo- logical understanding of the Qianbei fault zone and the analysis accuracy of the tectonic style can no longer meet the needs of the current fine oil and gas exploration. Therefore, to finely analyze the segmental differences of the Qianbei fault zone and their cause evolution, this paper divides the Qianbei fault zone into six segments from the west to the east in accordance with the fault types, geometrical characteristics, and cause evolution, namely, Xinnong Segment, Zhongshi Segment, Banghu Segment, Tankounan Segment, Tankoubei Segment, and Sanhechang Segment. Significant differences in tectonic characteristics are identified in certain fault segments of the Qianbei fault zone: Fault terraces and compound grabens are developed in Xinnong Segment, and "Jingsha Red Walls" and complex fault blocks are developed in Zhongshi Segment; the structure in Banghu Segment is represented by synthetic fault terraces, which are relatively simple; armchair-shaped main faults and complex fault blocks are found in Tankounan Segment, and deck chair-shaped main faults and complex fault blocks are developed in Tankoubei Segment; Sanhechang Segment features a combination of gently-dipping slopes, fault terraces, and graben-horst structure. The differential segmental activities of the Qianbei fault zone are controlled by multi-phase and multi-directional regional stress with different properties, and "Jingsha Red Walls", salt layers, deep magmation, and pre-existing structures also exert a certain influence on those activities. The fault activities have experienced four stages of evolution, i.e., the rift phase (the deposition period of Shashi Formation-lower 4th member of Qianjiang Formation), the fault-depression phase (the deposition period of the upper 4th member of Qianjiang Formation-Jinghezhen Formation), the structural inversion phase (the late deposition period of Jinghezhen Formation and pre-deposition period of Guanghuashi Formation), and the depression and reform-finalization phase (the deposition period of Guanghuashi Formation-Pingyuan Formation). The results can provide a theoretical reference for systematically understan-ding the differential segmental activity mechanism of the Qianbei fault zone and the practice of oil and gas exploration.
Keywords: faults    differential activity    tectonic evolution    Qianbei fault zone    Jianghan Basin    
0 引言

潜江凹陷位于江汉盆地中部,沉积、构造演化受控于西北缘的潜北断裂带。潜北断裂带对该区油气的生成、运聚及差异富集具有关键作用[1-2]。自20世纪50年代以来,众多学者[3-4]在断裂带的性质、空间展布特征、分段差异活动及其“控沉、控圈、控藏”作用等方面取得了一系列研究成果,但受早期地震资料品质的制约和盐构造、岩浆构造及多期反转构造等复杂地质因素的影响,对潜北断裂带的地质认识及构造样式解剖精度已不能满足当前精细化油气勘探的需求。此外,潜北断裂带分段差异活动及控藏机制[3],“荆沙红墙”(荆沙组的红色地层呈块状残留于潜北断裂带主断面的中上部而成)归属及其对沉积构造的影响[4-5],断层上盘与下盘结构、构造差异性[6],断裂分期差异演化特征等问题,长期制约了人们对该断裂带的深入、系统地认识。因此,本文利用新采集的三维地震资料,通过精细构造解释、相干体分析及三维可视化雕刻技术,在对断裂带宏观特征解析和不同段构造样式分析基础上,结合区域动力背景,对潜北断裂带的分段差异性及其成因演化进行解析和探讨,以期为潜北地区的地质认识和精细化油气勘探提供理论参考。

1 分段及差异特征 1.1 地质概况

江汉盆地是发育于中扬子地台之上的中新生代陆内断拗盆地,内部可细分为潜江凹陷、乐乡关凸起、荆门凹陷等16个次级构造单元[7](图 1)。其中潜江凹陷面积为2500km2。潜北断裂带位于潜江凹陷西北缘,是一条整体呈近NE向展布的大型复杂断裂带,总长超过50km,研究区内长约35km,最宽达6km。

图 1 江汉盆地潜北断裂带构造位置及T2界面(潜江组/荆河镇组)断裂平面展布特征

潜江凹陷为江汉盆地主要的沉积凹陷,自下而上依次发育了前震旦系变质岩、古生界及中、新生界沉积岩(图 2),部分区域发育有来自地幔的岩浆侵入形成的火山岩系[7-8],前震旦系变质岩系与古—中生界沉积岩系共同构成了潜江凹陷的双重基底[9]

图 2 江汉盆地中新生界地层综合柱状图
1.2 分段依据

通常情况下,大型断裂带的活动特征及其成因演化都具有明显的分段差异性,各段对沉积充填和油气成藏的控制作用也显著不同[10-11]

潜北断裂带平面、剖面特征复杂多变且分段性明显。其中,平面差异性主要体现在两个方面:一是断裂展布宽度变化大,潭口地区宽度达6km,而在三合场地区不到1km;二是不同位置断裂平面组合样式不同,由南向北分别表现为帚状、网状、平行式、发散状等(图 1)。剖面差异性主要体现在三个方面:一是主断面形态起伏多变,分别有铲式、坡坪式、座椅式、躺椅式、平缓“S”型等(图 3);二是不同位置发育不同类型的构造样式;三是不同位置地层厚度和断距差异明显。

图 3 研究区潜北断裂带主断面形态特征立体图

对于潜北断裂带的分段差异性,前人也开展过相关研究并普遍将其划分为三段,即西段、中段和东段[3, 6](图 4)。龚晓星等[3]依据潜北断裂带的上、下盘结构和不同位置断裂的发育类型、展布、产状、断距等参数,分别将其划分为西段(新农西侧)、中段(新农—潭口凸起西侧)和东段(潭口凸起及其以东),在此基础上又进一步将中段细分为中西段和中东段,东段细分为东段西部和东段东部(也有方案划分为东一段和东二段)。上述“三分法”或“多级划分法”在一定程度上揭示了潜北断裂带的分段差异活动特征并对油气勘探提供指导作用,但该划分依据侧重于断裂带的类型及宏观形态特征,忽视了断裂带构造样式的差异性及其成因机制,且上述“三分法”过于笼统,“多级划分法”比较混乱。

图 4 研究区潜北断裂带及新、老分段方案对比(底图为1250ms相干切片)

因此,本文划分依据除了上述断裂类型和几何学特征外,还特别强调了断裂带构造样式的差异性及其成因演化,并运用各段对应的地名加以命名,使该方案清晰直观,进而将研究区潜北断裂带自西向东依次划分为6段,即新农段、钟市段、蚌湖段、潭口南段、潭口北段和三合场段(图 4)。

1.3 分段差异特征 1.3.1 新农段

位于研究区西南端,由潜北主断裂和一系列次级断层组成。平面上向SW发散、向NE收敛,总体上呈帚状展布,长约9km,最宽处约2km(图 1)。在剖面上可见张扭特征,发育花状或似花状构造样式(图 5)。潜北主断裂呈坡、坪交替特征,在下降盘一侧,一系列规模不等的同向或反向断层向上发散且绝大多数终止于广华寺组底,向下收敛于潜北主断裂,形成一系列断夹块或地堑、地垒构造;在上升盘一侧,张扭断裂广泛发育且规模大,走滑/扭动特征明显,形成一系列地堑、地垒构造。

图 5 新农段AA′测线地震地质解释剖面 测线位置见图 4图 6~图 10

潜四下段沉积期的强烈拉张和荆河镇沉积末期的斜向挤压拱张为该段伸展或张扭断裂的主要活动期,在荆河镇沉积末期的挤压反转、抬升剥蚀之后,构造相对稳定,仅有少量规模较大的断裂发生弱继承性活动并断穿广华寺组或平原组。

1.3.2 钟市段

位于钟市地区,由一系列NE、NNE、NEE向张性或张扭性断裂及少量NW向调节断裂组成,断裂数量众多、规模不等。该断裂段长约8km,与“荆沙红墙”展布范围基本一致,平面上总体呈中部宽、两端窄的“橄榄球”状,最宽处约3.2km(图 1图 4)。

该段主断裂相对简单,断面形态呈上陡下缓的铲形(图 6),在盆地强烈伸展期(潜四下段沉积期),潜北断裂带的局部发育有小型的同向或反向调节断层,少数地区因后期反转挤压或岩浆活动而发生上拱或被小型逆断层错断。

图 6 钟市段BB′测线地震地质解释剖面

图 6可见,该段断裂带的结构特征比较特殊和复杂。特殊性在于该段存在一个独特的沉积构造单元——“荆沙红墙”,其呈长条状悬挂于潜北断裂带的中上部并对后期沉积、构造产生重要影响。岩性主要为荆沙组棕红色泥岩和粉砂岩,成因与潜四下段沉积期的快速拉张和荆沙组下滑过程中尾部正牵引作用有关。在潜四下段沉积期,“荆沙红墙”下部外斜坡面或断阶与潜北主断裂一起成为同沉积“控边断裂”。潜四上段—荆河镇组沉积期区域构造相对稳定,地层沿“荆沙红墙”外斜坡面依次上超。荆河镇组沉积末期强烈挤压、反转,“荆沙红墙”上部遭受掀斜剥蚀和外斜坡钝化,沿断裂带发生强烈的压扭拱张作用,形成了众多大小不一、走向各异、断距上大下小的张性或张扭性断层,剖面组合形态呈花状、似花状或树枝状,具明显的扭动特征,部分断裂后期发生继承性活动并断穿广华寺组或平原组。

1.3.3 蚌湖段

位于蚌湖西北部的“荆沙红墙”东端与潭口凸起西南缘之间,由潜北主断裂和一系列近平行展布的NE向次级断层组成。断裂带长约5km,东北侧最宽处达4.5km(图 1图 4)。该段构造相对简单,潜北主断裂呈铲形,次级断层具有明显的分层差异活动特征(图 7)。深洼区发育少量与主断裂倾向相反的调节断层;中部地层断裂不太发育;浅层潜二段—平原组发育了多组地堑或复合地堑,呈NE向近平行展布,表现出明显的走滑或扭动特征。浅部经历两次断裂活动:第一期是在主断裂中上部因遭受荆河镇组沉积末期的挤压反转而使主断裂面向凹陷内部突出,导致靠近潜北主断裂的潜江组和荆河镇组地层发生翘倾掀斜,并使得主断裂中上部附近发生斜向拱张作用而形成少量张扭性断层,部分断层终止于广华寺组底;第二期为平原组沉积末期,因受喜山晚期区域挤压应力作用而使潜四上段—平原组地层发生斜向拱张或掀斜,从而形成断穿广华寺组或平原组、呈NE走向且展布范围较宽的张扭性断裂带。

图 7 蚌湖段CC′测线地震地质解释剖面
1.3.4 潭口南段

位于潭口凸起西南侧,西端主断裂剖面形态为“座椅式”,往东向“躺椅式”逐渐过渡。断裂带长约3km,宽度约5km(图 1图 3~图 4)。

该段结构、构造比较复杂(图 3图 8),典型特征有四点:①潜北主断裂剖面形态为一典型的“座椅状”,向上终止于广华寺组底。②主断裂的下降盘地层呈弧形上拱,变形幅度、范围与潜北主断裂弧形上拱段一致。弧形上拱地层内发育了数条同向或反向派生断层,派生断层根部基本上都交于“座椅状”主断裂面,向外呈发散状。其中,发育于浅层部位的派生断层断距上大下小、拱张特征明显;而发育于深层部位的反向派生断层则可能是强烈断陷阶段(潜四下段沉积期)发育的反向调节断层,之后在荆河镇组沉积末期的挤压反转与潜北主断裂中上段强烈上拱联合作用下,发生挤压掀斜和改造变形而形成现今构造面貌,该类断层对圈闭形成及油气成藏比较有利。③由于潜江组发育多套膏盐岩塑性层,导致该区呈现不协调构造变形特征,既有地层厚度的不协调,也有派生断裂的分层差异变形。④在主断裂附近,次级断裂基本终止于广华寺组底,但在弧形上拱地层的边缘和东南部王场地区,在平原组沉积之后的喜山晚期还发育一系列张扭性断裂,其中王场地区表现出明显的挤压拱张和扭动特征。

图 8 潭口南段DD′测线地震地质解释剖面
1.3.5 潭口北段

发育于潭口凸起中东部,由潜北主断裂和少数次级断裂组成。该段断裂带长约8km、宽度为5~6km(图 1图 4)。构造变形强烈,断裂带内幕结构特征复杂而特殊(图 3图 9),主要表现在以下三方面:①主断面表现为“躺椅状”,自上而下表现出“陡—平—陡—缓”的特征。②主断裂右侧的下降盘构造变形异常强烈,可见明显的断裂及褶皱构造。其中断裂构造包括两类,一类可能为潜四段沉积期发育、与主断裂面中部相交的反向调节断层,该类断层规模较小且后期遭受强烈的挤压改造,对构造圈闭的形成及油气成藏具有积极意义;另一类为沿潜江组不同深度盐岩层开始发育并向上断穿平原组的负反转断层,该类断层在荆河镇组沉积末期逆冲滑脱,而到了平原组沉积末期反向伸展滑脱并形成现今构造面貌(图 9)。在负反转断层西北侧,沙市组—荆河镇组在强烈的挤压反转与深部岩浆活动导致的隆升作用的联合影响下,褶皱变形强度大且顶部遭受强烈剥蚀,与上覆广华寺组呈明显的角度不整合接触,至广华寺组沉积期该区构造基本定型。由图 9可见,在潜北主断裂转折部位(直角处)的地层则因强烈的挤压反转和盐岩层流变作用而发生极其强烈的不规则变形,内部地震反射呈杂乱状。而在Tan53井区的负反转断层东南侧,潜三段—荆河镇组发生强烈掀斜,断裂带附近地层因盐岩层流变等作用而明显减薄。③在潜北断裂带上升盘发育了多条断裂,其中中生代发育的NW向汉水断层产状平缓,新生代被NE向潜北主断裂切割。

图 9 潭口北段EE′测线地震地质解释剖面
1.3.6 三合场段

发育于潭口凸起东北部的三合场次洼以北地区,由潜北主断裂及次级调节断层组成。该段断裂带长约4km,宽度为2~8km(图 4)。断裂带结构、构造相对简单,主断裂呈平缓的犁式,构造变形具有明显的分层差异性(图 10)。上部因荆河镇组沉积末期的挤压反转作用及上升盘一侧发生岩浆活动(地震剖面上表现为杂乱反射、上拱以及同相轴破裂等)而上拱,导致上升盘发生侧向挤压、楔入而向凹陷内部突出。主断裂附近的下降盘地层遭受挤压掀斜,使位于主断裂附近的潜四上段—荆河镇组发生挤压挠曲而形成三合场次洼。之后该区在平原组沉积末期发育了少量浅层正断层,部分正断层在剖面上呈高角度或直立状。潜北主断裂中部较平直,次级断裂不发育。下部断裂活动较强烈,一方面表现为潜北主断裂发生破裂而形成多个同向或反向断阶;另一方面是在潜北主断裂附近发育了一系列断阶及地堑—地垒构造,其断穿层位为沙市组—潜四下段底部。这揭示了在此阶段伸展作用强烈,形成的一系列断阶或断块对油气成藏具有积极意义。

图 10 三合场段FF′测线地震地质解释剖面
2 断裂差异活动成因及演化 2.1 中生代断裂活动特征概述

潜北断裂带的形成、演化与江汉盆地的区域应力背景、盆地演化过程密切相关。江汉盆地自前震旦系变质基底形成之后,先后经历了加里东期、海西期—早印支期、晚印支期—早燕山期和晚燕山期—喜马拉雅期4期构造旋回[12-14]。中生代三叠纪,华南板块与华北板块碰撞造山,秦岭—大别造山带逐渐形成[15-16]。中晚侏罗世,古中国大陆内陆汇聚构造体系形成,在这种背景下,秦岭—大别造山带先存逆冲构造带再次活化[17]。晚侏罗世—早白垩世早期,随着秦岭—大别造山带往SW方向的逆冲扩展,上三叠统—中侏罗统的前陆沉积序列被卷入形成了以薄皮逆冲—褶皱为主要构造样式的大洪山弧形带,弧形带为近NW走向。雪峰山基底拆离造山带也在该时期形成[18],同时还派生了一系列近NE向呈雁列式展布的走滑断裂带,包括间安寺断裂带、纪山寺断裂带、潜北断裂带、天门河断裂带等[19]。该时期形成的断裂、褶皱构造成为江汉盆地发育前重要的先存构造。早白垩世中晚期,秦岭—大别造山带南缘的大巴山弧形带与大洪山弧形带的逆冲扩展作用逐渐减弱[20-22],大洪山弧形带在秦岭—大别山一侧基本不活动,在靠近江汉盆地一侧,在负载作用下发生一定程度的构造沉降。晚白垩世,江汉盆地NE、NNE、NW等走向断裂均发生伸展,其中NE-NNE向的断裂属于优势断裂,控沉积作用较强,并形成了江汉盆地白垩纪NW-NNW向的多个呈条带状、相对独立分割的半地堑。

2.2 新生代潜北断裂带差异活动特征

综合江汉盆地区域构造背景、潜北断裂带结构和构造特征以及前人研究成果认为,潜北断裂带是在中生代先存剪切断裂基础上经历新生代多期、多方向区域应力作用的结果,新生代为潜北断裂带主要发育期,断裂活动具有明显的分期、分段性,并对沉积充填具有控制作用。结合潜北断裂带结构和构造特征、沉积地层发育情况及典型构造演化模式(图 11),可将潜北地区新生代构造演化划分为四个阶段:①断陷期(荆沙组—潜四下段沉积期);②断拗期(潜四上段—荆河镇组沉积期);③构造反转期(荆河镇组沉积后—广华寺组沉积前);④拗陷及改造定型期(广华寺组—平原组沉积期)。

2.2.1 断陷期(沙市组—潜四下段沉积期)

古新世早期,江汉盆地在NEE-SWW向引张应力作用下发育伸展断陷,裂陷作用由白垩纪的多中心、NW向条带式特征向古新世主要集中于江陵、潜江等凹陷的趋势转变。研究区内NW向的汉水断裂活动变弱,潜北主断裂活动相对增强并不同程度发育次级调节断层(图 5图 10),但由于裂陷作用主要集中在盆地西部,潜北断裂带的控沉积作用较弱,沙市组沉积厚度较小。古新世中晚期的新沟咀组沉积早期,潜北主断裂活动性进一步增强,该阶段断裂活动的主要特征仍为单条断裂活动,几乎没有派生断裂。

始新世早期,江汉盆地裂陷作用自西向东逐渐迁移,NE向的潜北主断裂活动逐渐增强,先存NW向汉水断裂活动性明显减弱。荆沙组沉积中后期,潜北主断裂活动增强,汉水断裂基本不发生活动。这种特征也是对该阶段区域应力场的印证,即从第一构造旋回的NW-NNW向断裂强烈活动到活动强度逐渐减弱、NE向潜北主断裂活动逐渐增强,反映了应力场逐渐旋转过渡、转变的过程。

荆沙组沉积期,潜北主断裂伸展活动强烈且分段差异活动特征明显。在断裂带西端的新农段,与潜北主断裂同期活动的次级断裂较发育,断裂组合样式主要表现为断阶。受多级阶梯的共同调节作用,潜北主断裂在该段控沉积作用相对较弱(图 5)。在断裂带中部的钟市段、蚌湖段、潭口南段及潭口北段,潜北主断裂活动性较强,局部伴生少量同向或反向断层,靠近主断裂区域为沉积、沉降中心,主断裂与次级伴生断裂控沉积作用较明显(图 6~图 9)。在断裂带东端的三合场段,切割主断裂的次级断裂较发育,形成断阶、地堑及地垒构造(图 10)。

潜四下段沉积期为潜北主断裂强烈活动阶段,该阶段潜北主断裂分段差异活动明显,新农段潜北断裂活动性较弱,沉积地层较薄;钟市段—蚌湖段的潜北断裂活动强度最大且发育多条反向断裂,使得靠近主断裂的区域成为该区主要的沉积、沉降中心和生烃中心。在钟市段,因强烈伸展作用和牵引效应,潜北主断裂面附近的荆沙组顶部发育断裂,与下滑的荆沙组分离、隔绝而形成独特的“荆沙红墙”(图 6),成为夹持于潜北主断裂面和后生沉积物之间的特殊沉积构造单元。由于物性差异等因素,它对断裂带的后期沉积、构造产生重要影响(图 11)。在潭口南段和北段,该时期主断裂呈坡坪式,且伴生发育了少量同向或反向调节断层。在三合场段,潜北主断裂活动性减弱,靠近主断裂带发育了一系列调节性的同向次级断裂并形成多级断阶构造(图 10)。

2.2.2 断拗期(潜四上段—荆河镇组沉积期)

潜四上段沉积期为潜江凹陷断拗转换期,潜北主断裂活动强度显著减弱,次级断裂不太发育,仅在钟市段和潭口北段有少量先存次级断裂发生弱继承性活动,坡折带断裂活动强度较大并控沉积作用明显(图 6图 11)。潜三段—潜一段沉积期,潜江凹陷为典型的拗陷发育阶段,潜北主断裂活动极弱,各段地层厚度变化不大,向潜北断裂带上超、减薄。潜一段沉积末期,因区域构造应力场发生转变,盆地发生反转,导致部分地区潜一段高部位地层遭受抬升、剥蚀,局部与上覆地层形成不整合接触关系。之后,盆地再次沉降,进入典型的坳陷沉积期,沉积了较厚的荆河镇组。

图 11 潜北断裂带钟市段(左)和潭口北段(右)构造演化模式图(右图据文献[2]修改)
2.2.3 构造反转期(荆河镇组沉积末期—广华寺组沉积前)

荆河镇组沉积末期,受西太平洋边缘海盆向西扩张、印支板块的强烈挤压作用,中扬子地区的区域应力场发生反转,构造体制由NEE-SWW向引张作用转变为近E-W向挤压作用[21],江汉盆地控制断陷的边界断裂普遍发生逆冲活动,盆地大范围抬升并遭受广泛剥蚀[23],形成了较为明显的T1不整合面(图 11)。潜北断裂带对本次挤压反转作用具有显著的分段差异性响应。

西部新农段地层沉积较为平稳,荆河镇组与上覆广华寺组为平行不整合接触关系,局部呈现低角度不整合特征(图 5),反映了该段在遭受反转挤压作用、隆升剥蚀时整体较为稳定,潜北断裂带活动性较弱。

钟市段构造变形强烈,潜北主断裂逆冲特征明显,下降盘发生逆冲掀斜,顶部地层遭受较强烈剥蚀。此外,由于西北侧上升盘的隆升及斜向挤压作用,使得“荆沙红墙”上拱并导致上超其上的潜四上段—荆河镇组发生拱张破裂,形成极其复杂的断裂破碎带(图 6)。

蚌湖段构造变形相对较弱(图 7),主要表现为潜北主断裂发生一定程度的逆冲反转和侧向挤压,使得断裂带附近的地层发生逆冲掀斜或挠曲变形,顶部地层遭受剥蚀而形成角度不整合面,剥蚀强度由西南向东北逐渐增强。此外,断裂带下降盘因拱张作用发育了一系列同向、反向及不对称的复合地堑式断层组合。

潭口南段构造变形强烈,潜北主断裂因中部地层发生强烈上拱而成座椅状,上部地层也随之相应发生上拱和褶皱变形,顶部地层遭受强烈剥蚀而形成明显的角度不整合面,并在上拱地层顶部发育一系列大小不等的拱张性断层,与先前同沉积期在主断裂中下部发育的反向调节断层一起形成放射状断裂组合(图 8)。

潭口北段构造变形特别强烈(图 9图 11),形成三大显著特征:其一为潜北主断裂因挤压反转、基底隆升及深部岩浆上涌而发生强烈变形,导致断面中部地层整体隆升而形成宽缓平台,剖面呈“躺椅状”;其二为地层强烈褶皱变形、逆冲,顶部遭受强烈剥蚀;其三为次级断裂比较发育且活动特征复杂多样,包括同沉积期发育的反向调节断层、反转期新生的逆冲断层及沿盐岩层发育的逆冲滑脱断层。其中沿盐岩层发育的逆冲滑脱断层在第四纪发生反向回滑,形成先逆冲滑脱后伸展滑脱的负反转断层。

三合场段构造变形较弱,潜北主断裂发生较弱的挤压逆冲作用,下降盘地层发生逆冲反转、掀斜及褶皱变形,掀斜地层或上拱背斜顶部明显遭受剥蚀而形成高角度不整合,局部发育少量小型滑脱逆断层(图 10)。

2.2.4 坳陷及改造定型期(广华寺组—平原组沉积期)

广华寺组沉积早期,江汉盆地进入相对稳定的坳陷沉积阶段,在遭受反转期的抬升剥蚀和准平原化之后,开始接受较为广泛的河湖相及三角洲相的沉积,潜北断裂带上升盘区域也开始接受沉积。在广华寺组沉积初期,区域上处于弱伸展的应力环境,发生差异沉积、沉降,潜北断裂带的断裂活动分段差异性比较明显。

西部新农段只有潜北主断裂和几条较大的断裂发生微弱的活动;中部钟市段和蚌湖段潜北主断裂活动较强,且有部分次级断裂发生弱继承性活动;潭口南段表现为稳定沉积,断裂基本不活动;潭口北段先前逆冲滑脱断裂发生回滑、反转,导致下降盘广华寺组厚度明显大于上升盘,同时在上、下盘之间发育了一些规模较小的同向或反向调节断裂;东端三合场段广华市组—平原组地层厚度变化不大,构造相对稳定,仅在潜北主断裂附近发育了少量规模较小的同向或反向调节断裂。

值得注意的是,有研究表明江汉盆地第四系与中新统广华寺组为区域性角度不整合接触关系[24]。该不整合面指示新近纪末期江汉盆地遭受了一期较强烈的构造挤压事件。田蜜等[9]根据断层切割及擦痕线理叠加关系分析,认为在荆河镇组沉积末期的E-W挤压反转事件之后,盆地先后分别受NE-SW向引张作用、NW-SE向引张作用而发生相对较弱的伸展变形。两期引张作用很可能发生于新近纪期间,而在两期引张作用之后,存在一期NNE-SSW向构造挤压作用,且这期构造挤压作用应该发生于中新世末期—第四纪。上述事件在潜北地区也有明显的构造响应,即在该期NNE-SSW向挤压应力场作用下,潜北断裂带发生左旋弱走滑活动,同时断裂带西北侧的乐乡关隆起等向南蠕动并导致汉水断裂发生较弱的逆冲反转[7]。此外,该期压扭作用直接导致工区中南部王场背斜的形成,地震剖面上表现为地层强烈褶皱、隆升,且在背斜顶部因压扭拱张作用而产生一系列张扭性断裂(图 8)。该类拱张性断裂在潭口凸起西南侧也发育(图 7),但其数量和活动强度明显弱于王场背斜。在该期压扭反转事件之后,潜北地区构造活动基本停止并最终形成现今构造面貌。

3 结论

(1) 潜北断裂带结构、构造特征复杂多变,具有明显的分段差异性。根据断裂类型、几何学特征及其成因、演化,研究区潜北断裂带自西向东可依次划分为6段,即新农段、钟市段、蚌湖段、潭口南段、潭口北段和三合场段。

(2) 潜北断裂带不同段构造特征差异明显:新农段主断裂呈高陡的坡—坪式,断阶构造比较发育,平面呈帚状向西南方向发散;钟市段主断裂呈铲式,因受“荆沙红墙”的影响,次级断裂发育数量多、规模大小不等,平面上呈网状或近平行状密集分布;蚌湖段构造变形相对较弱,主断裂呈犁式,次级断裂发育较少,平面上呈近平行分布;潭口南段构造变形强烈,主断裂呈“座椅”状,次级断裂较发育且呈放射状收敛于主断裂;潭口北段构造变形特别强烈,主断裂呈“躺椅”状,地层强烈褶皱变形和隆升、剥蚀,变形带内部及边缘逆冲/滑脱断裂发育且在晚期发生负反转作用;三合场段构造变形较弱,主断裂呈犁式,次级断裂主要发育于主断裂附近的深部沙市组—潜四下段并形成一系列断阶、地堑、地垒等构造,此外在主断裂附近的浅层广华寺组—平原组发育少量小型的中高角度正断层。

(3) 潜北断裂带主要活动期为新生代,断裂分段差异活动受潜北地区多期、多方向不同性质区域应力所控制。此外,“荆沙红墙”、盐岩层、深部岩浆活动及先存构造等对断裂分段差异活动也具有重要影响。潜北地区构造演化大致经历了四个阶段,即断陷期(沙市组—潜四下段沉积期)、断拗期(潜四上段—荆河镇组沉积期)、构造反转期(荆河镇组沉积末期—广华寺组沉积前)和拗陷及改造定型期(广华寺组—平原组沉积期)。潜北断裂带现今构造面貌即是上述特殊构造地质背景和四个演化阶段综合作用的结果。

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