鄂尔多斯盆地北部东胜气田构造变形时序及关键构造期构造特征

Tectonic Deformation Sequence, Critical Tectonic Periods and Characteristics in Dongsheng Gas Field, Ordos Basin, China

摘要

鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区东胜气田上古生界致密砂岩层系具有丰富的油气资源，但其三面环山，经历了多期次、多方向、多属性构造作用，具有构造改造差异性大、储层致密、非均质性强、烃类聚集与改造复杂、差异性大等油气地质特征.基于与周边构造体系关系、地层接触关系、三维地震、古地貌、构造年代学分析，对鄂北杭锦旗地区东胜气田开展构造变形时序、方式、关键构造期及其构造特征研究. 明确了3组主干断裂性质和活动时间：（1）EW-NEE向断裂晚侏罗世为压扭断层，晚白垩世-喜山早期为张扭断层；（2）NW-NWW向断裂为晚白垩世-喜山早期张扭走滑断层；（3）NE-近SN向断裂早白垩世为压扭断层，晚白垩世-喜山早期为张扭断层. 厘定了东胜气田晚侏罗世、早白垩世、晚白垩世-喜山早期三期构造变形时序及方式. 确定了燕山早期（J₃-K₁）和燕山晚期-喜山早期（K₂-E₁）是与上古生界致密砂岩天然气成藏密切相关的关键构造期，其对天然气成藏、改造的作用方式、空间影响范围、作用结果存在差异.

关键词

鄂尔多斯盆地 / 东胜气田 / 构造变形时序 / 关键构造期 / 石油地质

Key words

Ordos Basin / Dongsheng gas field / tectonic deformation sequence / critical tectonic period / petroleum geology

0 引言

鄂尔多斯盆地是一个具有多个构造变革期的叠合盆地，在漫长的地史过程中经历了中晚元古代坳拉谷原型盆地、古生代-侏罗纪克拉通原型盆地、白垩纪类前陆原型盆地和新生代周缘断陷原型盆地的多旋回叠合与改造过程（刘池洋等，2021）. 盆地北部三面环山，北面有阴山体系，中间夹持河套盆地，西面有贺兰山体系，东面有吕梁山体系（图1），存在4个关键构造变革期：加里东期隆升剥蚀期、海西期克拉通坳陷发展期-海陆转换期、印支期-燕山期构造定型期、喜山期构造调整发育期（杨帆等，2019）. 鄂北地区的上古生界碎屑岩层系具有丰富的油气资源，从碎屑岩层系油气资源规模与油气富集、发现特点来看，鄂尔多斯盆地北部碎屑岩层系仍具极大的勘探空间（何发岐等，2020；刘池洋等，2021；邹才能等，2022）. 盆地的构造变革期侧重的是盆地重大构造转型的时间及其原因，对于一个油气成藏带而言，往往有一或二期至关重要的构造变革对油气的聚集或改造、破坏起到了核心控制作用，即为注重构造与油气成藏关系的关键构造期（刘昭茜，2011）. 关键构造期的构造作用在波及范围之内也往往存在空间变形展布的时间差和强度、机制上的差异，因此，烃类活动对这种空间上和时间上的构造差异性具有不同的响应关系（刘昭茜等，2019）.

东胜气田位于鄂尔多斯盆地北部的杭锦旗地区（图1），该区整体构造面貌为一北东高、南西低的斜坡，褶皱变形幅度较低，上古生界及上覆地层发育近EW-NE向、NW-NWW向和NE-近SN向主干断裂，以及若干次级断裂（图2）. 东胜气田上古生界近几年不断取得勘探突破（何发岐等，2020；彭威龙等，2022），但油气储层普遍致密、气水分布情况复杂、成藏和富集规律复杂、存在有效勘探发现和评价难度大的难题. 前人在杭锦旗地区主干断裂对上古生界致密砂岩层系天然气聚集具有显著的控藏作用，并造成主干断裂南、北天然气聚集差异方面已达成共识（赵国玺，2007；聂海宽等，2009；李潍莲等，2015；杨娅敏等，2016；齐容，2019；罗开平等，2021）. 但在构造演化时序、主干断裂性质及形成时间的认识尚存在分歧，认为近EW-NE向主干断裂是加里东期形成的长期、多期活动，且控制奥陶系沉积的生长断层，或认为是燕山期（侏罗世开始）形成的断裂（刘树平和费琪，2004；刘池洋等，2006；徐黎明等，2006；赵国玺，2007；乔建新，2013；李书林等，2019；齐容等，2019）；以至于对与天然气聚集密切相关的东西高低反转的时间、构造相关圈闭形成时间、主干断裂对天然气的输导/封闭时间和方式等几方面存在多种认识，造成在上古生界天然气成藏时间、断裂控藏方式、后期改造作用方式、低序级断裂和低幅构造成因及形成时间等方面的认识不统一（薛会等，2009；聂海宽等，2009；王建民等，2013，2018；李潍莲等，2015；赵桂萍，2017；罗源，2019；Bai et al.， 2020；刘俞佐等，2020；罗开平等，2021；覃硕等，2022；张威等，2022）. 在井区尺度，除了主干断裂南部和北部的显著差异，天然气的聚集规律在井区内部也较为复杂（刘栋，2016；朱景宇，2016；罗源，2019）. 因此，对鄂北杭锦旗地区东胜气田开展构造演化、关键构造期及其构造特征研究，明确主干断裂性质及形成时间，厘定构造变形时序及方式，为关键构造期构造作用与致密砂岩储层天然气聚集关系分析奠定基础，对研究中国叠合盆地复杂构造活动对陆相致密储层油气成藏的作用机制具有重要意义.

1 地质背景

杭锦旗地区整体呈现西南低北东高的构造格局，二维地震显示发育数个向西南倾的平缓鼻状构造（图2）. 区块内发育与基底断裂有关的三大主断裂，自东而西分别为泊尔江海子断裂、乌兰吉林庙断裂、三眼井断裂，平面延伸较长，走向以EW、NE和NWW为主，构成雁列式断裂系统. 剖面上，3条大断裂断开层位较多，切穿基底-下白垩统底界，均呈现上陡下缓的断面形态（图3）.

东胜气田属于杭锦旗区块范围，位于鄂尔多斯盆地北部，构造位置位于伊盟隆起区及其与伊陕斜坡的过渡地区. 晚古生代沉积前，伊盟隆起区一直处于长期隆起状态，属于基岩隆起区，基底主要由太古界至元古界混合化变质岩系组成. 至晚石炭世接受沉积以来，上古生界以不同层位由南向北超覆于太古-元古界基底之上，先后沉积了石炭系太原组、二叠系山西组、上、下石盒子组及石千峰组，中生代相继沉积了三叠系、侏罗系及白垩系，缺失新生界沉积. 石炭系太原组与下古生界奥陶系为角度不整合接触，下二叠统山西组与太原组为平行不整合接触，中下侏罗统延安组与上三叠统延长组之间也存在平行不整合，中侏罗统与上覆下白垩统志丹群之间缺失上侏罗统，为平行不整合-低角度不整合接触. 东胜气田致密砂岩天然气主要富集层位为上古生界石炭系太原组、下二叠统山西组、下石盒子组，以及上二叠统的上石盒子组. 其烃源岩主要为山西组和太原组的暗色泥岩、碳质泥岩和煤层.

2 构造属性

构造变形时序和关键构造期确定的前提是明确鄂尔多斯盆地北部与西侧、东侧和北侧各构造体系的关系. 在此基础上，通过对周边构造体系变形时间的分析，约束盆地内部鄂北地区的构造变形时间.

2.1　与西缘、东缘构造体系关系

2.1.1　构造年代学数据

鄂尔多斯盆地西侧贺兰山构造体系磷灰石裂变径迹年龄数据分布在早白垩世晚期-晚白垩世（116~89 Ma）之间，以早白垩世（116~107 Ma）为主，显示了西缘的挤压变形主要发生在燕山中-晚期. 东侧构造体系的磷灰石裂变径迹年龄数据分布在晚侏罗世-早白垩世（154~122 Ma）之间，显示了东侧构造体系主要在燕山中期向西逐渐扩展隆升（罗开平等，2021）. 杭锦旗地区晚白垩世以来剥蚀量自NE向SW方先逐渐减小，在泊尔江海子断裂北东端可达1 450 m，向西南方向新召地区变化为620 m. 下白垩统的剥蚀强度明显具有东强西弱的特征，也在一定程度上反映出东部地区构造隆升强度大于西部地区，并且东部地区构造隆升的持续时间也可能较西部地区更长. 从构造作用时间和强度的角度而言，东部构造体系和西部构造体系相比，具有东强西弱、东早西晚的差异性特征（图4）.

2.1.2　地层接触关系

通过东缘和西缘白垩系与下伏岩层的接触关系可以反映东、西构造体系对鄂北地区的影响程度和波及范围. 鄂北地区EW向地质剖面和东缘地层接触关系显示（图5），东缘的吕梁断隆位置白垩系与下伏三叠系呈低角度不整合接触，中间缺失整个侏罗系；自东向西发展到鄂尔多斯盆地内部，白垩系与下伏中侏罗统呈平行不整合接触，仅缺失上侏罗统. 自东向西由盆缘向盆内，可见白垩系与下伏岩层由低角度不整合变化为平行不整合，东部构造体系对盆内的影响是越来越弱的. 东侧构造体系晚侏罗世-早白垩世早期的构造活动波及盆内，但并未使盆内发生大规模褶皱变形，只是在盆地周缘地层发生了较强的构造变形，盆地内部主要以隆升作用为主，使杭锦旗地区西高东低的格局发生变化，转变为东高西低，整体形成北东高、南西低的构造面貌. 东缘还有一期不整合为新近系与下白垩统小角度不整合接触，说明晚白垩世以来的构造活动影响到鄂尔多斯盆地.

过盆地西部的EW向地质剖面中露头和钻孔揭示的地层接触关系显示（图6），在盆地西缘贺兰山位置白垩系高角度不整合于太古界之上；向东发展到银川盆地处，白垩系低角度不整合于中侏罗统之上；继续向东到鄂尔多斯盆地西缘逆冲带处，白垩系则平行不整合于中侏罗统之上. 在地震剖面上也显示银川盆地处白垩系与侏罗系呈低角度不整合接触，向东到鄂尔多斯盆地内，白垩系与侏罗系呈平行不整合接触. 自西向东由盆缘到盆内，白垩系与下伏地层由高角度不整合向平行不整合转变. 可见晚侏罗世-早白垩世是西侧构造活动最强的时期，该时期范围内都没有影响到鄂尔多斯盆地内部，后期活动程度相对较弱，西缘构造体系对杭锦旗地区的影响较小.

结合盆地西侧和东侧构造年代学数据揭示的构造活动时间、东西隆升差异，以及地层接触关系反应的西侧和东侧构造体系对盆地北部的影响程度和方式，认为西侧和东侧构造活动对鄂北构造变形的影响主要表现形式为：燕山早期以来东侧挤压隆升将沉降中心向西迁移，宏观上改变了盆地格局，杭锦旗地区东西高低反转，奠定了北东高、南西低的构造格局，整个变化是一个渐变的过程.

2.2　与北缘构造体系关系

2.2.1　构造年代学数据

基于鄂北地区的砂岩磷灰石裂变径迹年代学数据、砂岩型铀矿U-Pb年龄、白垩系玄武岩Ar-Ar年龄、周边岩体的黑云母、白云母、透长石、角闪石、锆石等年龄，以及逆冲断裂同构造云母、绢云母等新生矿物的构造年代学数据联合分析，可以约束杭锦旗地区的构造变形时序（图4）.

鄂尔多斯盆地北部岩体可划分为印支期岩体、燕山早-中期岩体和燕山中期岩体. 印支期花岗岩岩体集中分布在阴山一带，年龄介于226.8~207.9 Ma；燕山早-中期岩体逐渐向南扩展，集中分布在河套盆地北部狼山、大青山一带，年龄介于187~119 Ma；燕山中期岩体分布于河套盆地东端以北地区，年龄介于135~112 Ma（罗开平等，2021）. 河套盆地以北、大青山以南的石拐盆地可见中侏罗统呈现生长地层特征，且中侏罗统内部火山灰夹层锆石年龄为163.7 Ma，可限定大青山陆内挤压变形起始于中侏罗世（王永超等，2017）. 综上，印支期的构造活动主要影响河套盆地以北地区，并未影响鄂尔多斯盆地北部变形，燕山期以来构造活动才真正意义的对鄂尔多斯盆地北部有一定影响.

燕山早期-中期岩体和逆冲断层活动年龄数据主要分布在河套盆地北部，造成北部的强烈挤压变形，对盆地内部影响较弱，没有形成大量褶断，但也有一定影响，使鄂北地区先存的基底断裂重新活动，向上切穿沉积盖层，形成压扭断裂，但发育范围有限，主要发生在晚侏罗世. 盆地内部的砂岩磷灰石裂变径迹热史模拟均揭示了150 Ma左右的构造运动（图4）.

在伊盟隆起北部黑石头沟地区出露一套形成于早白垩世的碱性橄榄玄武岩，其玄武岩Ar-Ar年龄为126±0.4 Ma（邹和平等，2010）（图4），反映伊盟隆起地区到燕山中期早白垩世又发生了轻微的伸展，表明伊盟隆起在该时期为伸展环境，沉积早白垩世地层.

早白垩世末期-晚白垩世的构造活动在盆内表现为隆升、走滑作用. 杭锦旗地区周缘砂岩的裂变径迹模拟揭示了早白垩世末期-晚白垩世（80~58 Ma）的快速隆升事件. 宋子升（2013）在杭锦旗地区内获得砂岩型铀矿的U-Pb年龄为68.6 Ma（图4），认为该时期杭锦旗地区以北与北部大青山隆起区相连，盆地处于隆升剥蚀环境，大青山-阴山蚀源区花岗岩与火山岩稳定提供铀源，断裂形成发生油气耗散提供还原环境，发育早期层间氧化带型铀矿床，因此68.6 Ma代表了晚白垩世时期的氧化成矿期年龄. 该年龄也揭示了杭锦旗地区在晚白垩世的构造活动事件.

鄂北地区砂岩磷灰石裂变径迹热史模拟也揭示了32~20 Ma的一次快速隆升事件（图4），表明在喜山期渐新世-中新世盆地北部的整体隆升剥蚀.

2.2.2　地层接触关系

鄂北地区的SN向大青山-乌拉山地质剖面（图7）显示二叠系和三叠系之间为整合接触，证明海西期构造运动没有波及该地区，更没有波及盆内.

鄂尔多斯盆地北部临近河套断陷的石合拉沟野外露头观察到古元古界石英岩逆冲到石炭系-二叠系之上，地层缺失严重，石炭系-二叠系强烈变形；没有卷入变形的下白垩统东胜组直接不整合于强烈挤压变形的前中生界不同时代岩层之上，表明强烈变形发生在早白垩世之前（刘池洋等，2021）.

大青山北侧的石拐盆地中侏罗统长汉沟组与下伏召沟组为角度不整合接触，长沟组与上覆上侏罗统大青山组为高角度不整合，而鄂尔多斯盆地北部中侏罗统安定组顶界面为侵蚀不整合，角度小于20°，说明中侏罗世构造作用波及到石拐盆地，石拐盆地年代学数据也记录了中侏罗世的构造活动，但尚未波及鄂尔多斯盆地内部，晚侏罗世构造活动影响由北向南逐渐扩展（图7）.

河套盆地内部下白垩统固阳组与上覆始新统乌拉特组-渐新统临河组之间为平行不整合接触（付锁堂等，2018），说明古新世时期存在隆升作用，推测燕山晚期的构造作用持续到了古新世.

3 东胜气田断裂和古地貌特征

在对鄂北地区与其周缘构造体系关系分析约束盆内变形时间的基础上，对东胜气田进行基于三维地震解析的断裂特征刻画、结合研究区内的年代学和古地貌特征分析，可以为构造变形时序的厘定提供证据.

东胜气田30井区和72-51井区位于杭锦旗地区的南部（图2），均呈北部高、南部低形态，褶皱变形较弱，上古生界及以上地层主要发育3组走向的断裂体系，分别为EW-NEE向断裂、NW-NWW向断裂和NE-近SN向断裂（图8~图10）. 3组主要断裂系在平面分布、纵向切层、断裂性质等方面存在差异. 断裂性质上，EW-NEE向断裂和NE-近SN向断裂主要为压扭性断裂（图12、图15），NW-NWW向断裂以微断距张扭断裂和高角度无明显断距走滑断层为主（图10、图13，图14）. 切层深度上，EW-NEE向断裂和NE-近SN向断裂向下切至上古生界（图12、图15），NW-NWW向断裂部分可断至上古生界，部分未断至上古生界，发育在中生界内部（图13，图14），对比T₄界面（中侏罗统直罗组底界面）和T_9bc界面（上古生界底界面）的构造平面特征可见断层断穿层位的差异（图8，9）. 平面分布上，EW-NEE向断裂和NE-近SN向断裂主要分布在东部的72-51井区，NW-NWW向断裂在72-51井区和西部30井区均有发育（图8，图9）.

3.1　EW-NEE向断裂

EW-NEE向断裂主要发育在72-51井区北部，为泊尔江海子断裂的一部分，表现出早期压扭特征和晚期张扭特征. 断面上陡下缓，但整体产状为较陡的铲状（图11a），向上断穿T₃界面（下白垩统底界面），向下断穿T_9bc界面（上古生界底界面），主断面北倾，发育多条次级断层，一部分次级断层走向与主断面近平行，也具有早期压扭特征，向下切穿上古生界底界，相交于主断面；另一组次级断层走向与主断裂呈锐角相交，雁行排列，向下切层较少，相交于主断面之上（图10，图11a和11b，图12）.

EW-NEE向断裂三维地震剖面线描特征显示（图12），下白垩统底界（T₃界面）对下为削截，对上存在超覆，为一个局部角度不整合界面，与下伏中侏罗统为角度不整合-平行不整合接触，在EW-NEE向断裂附近为角度不整合，向远离断裂的方向逐渐变化为平行不整合. 削截在断层处最为明显，远离断裂的南北两侧呈轻微削截，说明断层活动造成的削截；断层顶部地层最薄，剥蚀最为强烈，说明该不整合形成时期也是断层压扭活动时期，即晚侏罗世时期EW-NEE断层呈压扭性质活动.

该不整合界面上、下变形不协调，不整合面以下层系变形是界面形成时发生（晚侏罗世），不整合界面以上层系变形是界面形成之后发生. 与断裂走向正交方向的多条剖面上均显示（图12），T₃界面以上的同相轴呈现轻微正断层的特征，为张扭所致，张扭作用波及下白垩统底界及以上层系，因此不整合面上覆层系的张扭变形晚于压扭变形. 且下白垩统不具有与张扭断层的同沉积特征，因此张扭作用发生于晚白垩世-喜山期.

3.2　NW-NWW向断裂

NW-NWW向断裂主要发育在72-51井区北东部、东南部和30井区的北部、西南部，表现为雁行排列的走滑断裂系（图8~图10）. 三眼井断裂和乌兰吉林庙断裂均属于这一组NW-NWW向断裂. 其中，72-51井区北东部NW向断裂断面北倾，产状较陡，具压扭特征（图11c、图13a-1、13b-1、13c-1）；南部地区主要发育NWW向雁行排列断层，断面近于直立，无明显断距的走滑断层，发育若干次级断层，次级断层向下相交于主断面之上（图11c、图13a-2、13b-2、13c-2、13d）. 下白垩统与下伏中侏罗统为平行不整合接触，不存在削截特征，稳定沉积，T₃界面、下白垩统和中侏罗统三者协调变形，变形程度弱，断层南北厚度稳定，该组断裂可能为下白垩统沉积之后活动，响应晚期走滑作用，可能晚至喜山期. 晚期走滑作用表现为局部张扭，局部压扭（图13）.

30井区北部发育NW-NWW向的主干断裂，EW方向延伸较长，走向呈丝带状波动，主方向为近EW向（图8、图10a）. 自北部向西南部伴随一系列延走向延伸较短的EW向次级断裂，主干断裂和次级断裂均呈雁行式排列. 纵向上，主干断裂断面陡直，切层较多，自上石炭统太原组向上切至下白垩统（图14）. 次级断裂产状也较陡直，纵向向下切层少于主干断裂，相交于主断面. SN向地震剖面线描特征显示一系列NW-NWW向断裂为轻微正断的张扭断层（图14），向上切断T₃界面，下白垩统稳定沉积，在断层南北两侧无明显的厚度差异，不具同沉积特征. 因此该组张扭断裂形成于下白垩统沉积之后，与72-51井区EW-NEE向断裂后期张扭作用为同期作用产物.

3.3　NE-近SN向断裂

NE-近SN向断裂主要发育在72-51井区东部，走向自北向南，变化为NE→SN→NW→SN，整体走向为近SN向，断面较陡（图9，图10b）；在其北端发育次级断裂，次级断裂走向上与主断裂呈锐角相交，次级断裂之间为雁行排列（图9a、图15c和15d）. 主断裂具有压扭和张扭特征，次级断裂为走滑断层，无明显断距（图15a和15b）.

虽然该组断裂也具有压扭性质，但与EW-NEE向压扭断裂存在差异，T₃不整合界面及上覆沉积的下白垩统协调变形，因此该组断裂形成时间晚于EW-NEE向压扭断裂，可能是早白垩世，或者是早白垩世之后. 不整合界面以上沉积地层与T₃界面之间没有表现出明显的超覆特征，自断裂处向西方向，下白垩统厚度表现出轻微增厚的特征，具有一定的同沉积特征（图15）. 因此，该组断裂的压扭作用应发生在早白垩世，构造作用较弱，同时沉积了下白垩统，近SN向断裂对下白垩统具有较弱的控制沉积作用，压扭作用响应区域上东部构造体系在燕山早-中期对盆内的挤压作用.

综上，东胜气田共发育3组主要断裂体系：（1）EW-NEE向断裂，早期（晚侏罗世）为压扭断层特征，晚期（晚白垩世-喜山早期）为张扭断层特征；（2）NW-NWW向断裂为晚期（晚白垩世-喜山早期）张扭走滑断层；（3）NE-近SN向断裂，早期（早白垩世）压扭断层性质，晚期（晚白垩世-喜山早期）张扭断层性质. 断裂体系三维地震特征揭示的活动时间响应前述区域构造变形时序的分析结果.

3.4　构造年代学和古地貌特征

前述2.1和2.2通过东侧、西侧构造体系和北侧构造体系的系列年代学数据和地层接触关系联合分析，认为西缘向盆内挤压变形主要是燕山中、晚期，对杭锦旗地区影响很小. 杭锦旗地区断层活动和构造变形主要受到东侧和北部构造体系的影响. 东侧构造体系燕山期向西逐渐扩展隆升，燕山早期以来挤压隆升将沉降中心向西迁移，宏观上改变了盆地格局，杭锦旗地区东西高低反转，奠定了北东高、南西低的构造格局. 北部岩体和断裂新生矿物年龄显示：印支期花岗岩岩体主要集中于河套盆地以北的区域，说明印支期构造活动并未影响鄂尔多斯盆地北部变形. 燕山期以来的构造活动才真正意义的对鄂尔多斯盆地北部有一定影响. 燕山早期-中期岩体和逆冲断层活动年龄数据主要分布在河套盆地北部，造成北缘的强烈挤压变形，对盆地内部影响较弱，没有形成大量褶断，但也有一定影响，使鄂北地区先存的基底断裂重新活动，向上切穿沉积盖层，形成压扭断裂，但发育范围有限，主要发生在晚侏罗世.

盆内东胜周边实测的6个地表砂岩样品（中侏罗统和下白垩统）磷灰石裂变径迹测试显示样品尚未完全退火，反映沉积后埋深不够，揭示了燕山中期开始研究区整体未经历深埋. 热史模拟结果仍揭示了160~140 Ma（晚侏罗世）的构造运动（图4）. 这一结果与前述东侧、西侧、北侧盆缘构造体系约束的构造活动时间完全吻合，断裂体系的地震特征揭示的活动时间也响应这一认识.

某个时期的古地貌特征与该界面现今构造特征不一定是一致的，该套地层的沉积厚度可反映沉积时期的古地貌特征. 对比72-51井区侏罗世末期和早白垩世末期的古地貌特征可见（图16），侏罗世72-51井区南部地区地貌特征相似，侏罗系沉积厚度稳定，没有明显的东西差异；但早白垩世72-51井区南部地貌特征具有明显差异，呈现了显著的东西高低差异，西部沉积了相对厚的下白垩统. 两个时期古地貌特征的变化也佐证了研究区东西高低翘倾的时间是在晚侏罗世.

综上，东胜气田三维地震特征、年代学和古地貌特征揭示的构造变形证据，与通过周缘构造体系地层接触关系和年代学约束的分析结果一致.

4 构造变形时序和关键构造期构造特征

4.1　构造变形时序

4.1.1 晚侏罗世 受到自北向南的应力作用，鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区东胜气田EW-NEE走向基底断裂呈压扭性质活动，切穿上覆沉积盖层，向上切穿至中侏罗统；并伴随隆升剥蚀作用，形成中侏罗统顶部的不整合面，断裂上盘剥蚀最严重，断裂带附近为角度不整合，远离断裂逐渐过渡为平行不整合（图17a）.

东部构造体系自东向西的挤压作用逐渐向盆内扩展，整个杭锦旗地区东西高低反转，奠定了北东高、南西低的构造格局. 但并未在东胜气田形成大的褶皱变形和断裂，以隆升剥蚀作用为主（图17b）.

4.1.2 早白垩世 东部构造体系的持续作用，使东胜气田72-51井区东部形成NE-近SN向压扭断裂带，构造作用较弱，同时沉积了下白垩统，近SN向断裂对下白垩统具有较弱的控制沉积作用. 位于东胜气田西南部的30井区早白垩世以沉积为主，沉积了较厚的下白垩统（图17b）.

4.1.3 晚白垩世-喜山期 全区均受到左旋扭动应力作用，在东胜气田30井区和72-51井区内均形成一系列NW-NWW、近EW走向的雁行排列走滑断裂带（图17b），具花状构造特征，局部呈轻微张扭特征；燕山早期活动的压扭断裂在该时期转变为张扭断裂活动，并向上切穿下白垩统（图17a）. 无上白垩统及新生代沉积，并剥蚀了一部分下白垩统，第四系直接覆盖于下白垩统之上.

4.2　关键构造期构造特征

东胜气田燕山早期东西高低反转形成的北东高、南西低的构造格局决定了油气的优势运移方向，与天然气聚集密切相关. 在燕山早期呈压扭性活动的EW-NEE走向主干断裂与天然气聚集的空间分布和时间先后也密切相关，平面上，EW-NEE走向断裂造成了断裂南部和北部天然气成藏的时间差异；纵向上，造成了断裂南部和北部油气聚集层位的差异；而在断裂北部油气聚集又与构造圈闭具有相关性. 此外，山西组和太原组的煤系烃源岩在晚侏罗世-早白垩世进入大量生排烃阶段（罗开平等，2021）. 因此奠定整体构造格局并形成EW-NEE向主干断裂的燕山早期（J₃-K₁）是东胜气田上古生界致密砂岩储层天然气成藏的关键构造期. 此外，燕山晚期-喜山早期（K₂-E₁）的整体张扭活动形成一系列走滑断层，使局部地区改善储层和造成天然气平面富集、纵向聚集位置调整；隆升剥蚀作用对油气保存也有一定影响，因此燕山晚期-喜山早期（K₂-E₁）为东胜气田的第二个关键构造期.

4.2.1 燕山早期（J₃-K₁）构造特征 燕山早期东胜气田整体构造格局表现为一北东高、南西低的斜坡形态. 72-51井区北部存在EW-NE向压扭断裂带，东部存在NE-近SN向压扭断裂带. 该时期主要的构造圈闭是以受古地貌控制的披覆背斜为主，以及受北部EW-NEE走向断裂控制的断背斜圈闭，尚未发育挤压褶皱形成的圈闭. 30井区在该时期也呈现出明显的北东方向较高的构造面貌，但北部挤压作用没有波及到30井区，燕山早期仍无断层发育. 早白垩世区域轻微伸展，整体接受沉积（图18a、图19a）.

4.2.2 燕山晚期-喜山早期（K₂-E₁）构造特征 燕山晚期-喜山早期（K₂-E₁）整个东胜气田受到扭动应力作用. 燕山早期形成的EW-NEE向压扭断裂带和NE-近SN向压扭断裂带均在该时期转变为轻度张扭断裂活动. 72-51井区和30井区形成一系列NW-NWW向雁行排列的走滑断裂带. 30井区内形成一系列与主体走滑断层正交的近SN走向的次级小断层，切层较少，主要发育在深层的石炭系-二叠系底部（图18b、图19b）.

此外，在30井区和72-51井区均发育一些低序级构造，主要在上古生界底界、下二叠统下石盒子组底界较多，向上至上二叠统上石盒子组底界则显著减少. 低序级构造主要类型为低序级断裂、低序级走滑和低幅度构造（图18b、图19b）. 晚三叠世-早白垩世，因埋藏载荷导致下伏岩溶洞穴垮塌形成的低序级构造具有持续性、少量、局部发生特征. 晚期受控于晚白垩世-喜山期的构造走滑作用形成的低序级构造具有大量、普遍发育特征.

4.3　关键构造期与成藏关系讨论

东胜气田上古生界天然气藏自下而上主要富集层位为石炭系太原组、下二叠统山西组和下石盒子组，以及上二叠统上石盒子组. 不同时期的沉积-构造事件，具有不同的表现形式，对天然气成藏过程具有不同的作用方式，空间上的影响范围不同，产生的作用结果也有差异. 东胜气田上古生界致密砂岩天然气聚集首先与砂体的分布息息相关（何发岐等，2020），其次是两期关键构造期的构造作用方式对天然气藏的控制作用，主要体现在如下几方面：

两期关键构造期构造作用对于已经在侏罗世（聂海宽等，2009）完成致密化的储层均具有改造作用，体现在改造时间和改造范围方面：（1）晚侏罗世和早白垩世的局部逆冲挤压作用改善东胜气田北部和东部储层；（2）晚白垩世剪切作用形成大量走滑断裂或低序级构造，大范围改善东胜气田南部储层；（3）不同构造区域受控的构造作用不同，存在两期或一期构造作用影响，改造时间先后也存在差异，平面和纵向上改造范围差异，对天然气聚集有控制作用.

两期关键构造期构造作用对于天然气运移方面差异体现在空间上的影响范围差异：晚侏罗世和早白垩世在东胜气田北部和东部形成的压性断层可提供纵向运移通道，使下石盒子组二段、三段成藏，主要影响EW-NEE向断裂（泊尔江海子断裂）北部和NE-近SN向断裂（李家渠-掌岗图西断裂）东部. 晚白垩世之后扭动作用使东胜气田南部局部下石盒子组二段、三段低序级断裂加剧且密集发育，使南部下石盒子组二段、三段成藏.

燕山早期（J₃-K₁）关键构造期形成的北东高、南西低的构造格局决定了油气的优势运移方向，该时期呈压扭性活动的主干断裂影响了天然气聚集的空间分布和时间先后. 燕山晚期-喜山早期（K₂-E）关键构造期的走滑作用，在东胜气田南部主要是通过改善储层、沟通浅层、差异富集影响成藏；在北部主要是通过提供纵向输导通道影响成藏. 早白垩世是东胜气田南部山西组-下石盒子组一段的关键成藏期；晚白垩世-喜山期是南部山西组-下石盒子组一段的关键改造期，是北部和南部下石盒子组一段二段、三段的关键成藏期.

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地北部东胜气田发育3组断裂体系：①EW-NEE向断裂晚侏罗世为压扭断层，晚白垩世-喜山早期为张扭断层；②NW-NWW向断裂为晚白垩世-喜山早期张扭走滑断层；③NE-近SN向断裂早白垩世为压扭断层，晚白垩世-喜山早期为张扭断层.

（2）杭锦旗地区东胜气田构造变形时序：①晚侏罗世，受东部构造体系向西挤压作用的逐渐扩展，杭锦旗地区东西高低反转，奠定北东高、南西低的构造格局；受北部挤压应力作用，EW-NEE走向基底断裂呈压扭性质活动，切穿沉积盖层. ②早白垩世，东部构造体系持续作用，在东胜气田东部形成NE-近SN向压扭断裂带，构造作用较弱，同时沉积下白垩统. ③晚白垩世-喜山早期，全区均受到左旋扭动应力作用，形成一系列NW-NWW、近EW走向的雁行排列走滑断裂带；燕山早期压扭活动断裂在该时期转变为张扭断裂活动，并向上切穿下白垩统.

（3）燕山早期（J₃-K₁）和燕山晚期-喜山早期（K₂-E₁）是与上古生界致密砂岩天然气藏密切相关的关键构造期. 其对天然气藏的控制作用体现在控制天然气优势运移方向、局部改善致密储层、影响局部输导通道、控制天然气聚集的时间先后和空间分布等几方面. 两期关键构造期对天然气成藏过程具有不同的作用方式，空间上的影响范围不同，产生的作用结果也有差异.

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国家科技重大专项课题“中西部地区碎屑岩层系油气富集规律与勘探方向”(2016ZX05002-006)

中石化科技项目部“鄂尔多斯盆地中石化探区上古生界致密气富集规律与目标优选”(P21088-3)

湖北省自然科学基金创新群体项目(2021CFA031)