鄂尔多斯盆地南部玉都走滑断裂带构造特征及其对油气成藏的控制

Structural Characteristics of Yudu Strike-Slip Fault Zone and Their Control on Hydrocarbon Accumulation in Southern Ordos Basin

摘要

为加深对鄂尔多斯盆地内部走滑断裂结构构造特征的认识，通过相干切片技术和三维地震资料精细解释，对鄂尔多斯盆地南部镇泾-彬长地区玉都走滑断裂带进行了详细刻画，明确了玉都走滑断裂带平面和剖面活动性特征、同时结合流体包裹体定年和前人研究的成果，探讨了玉都走滑断裂带形成演化过程及其与油气成藏的关系.研究表明：（1）根据玉都走滑断裂带平面和剖面特征，以三叠系底界面（T₈）为界，可将研究区地层分为上下两个构造层，玉都走滑断裂带在上下两个构造层中具有明显差异.（2）玉都走滑断裂带具有明显的分层分段差异性，断裂活动特征在不同层段之间差别较大.其在加里东-海西期和燕山-喜山期的应力作用下至少经历三期构造走滑活动，分别为加里东晚期-海西早期左旋走滑活动、海西晚期右旋走滑活动、燕山期-喜山期左旋走滑活动.（3）走滑断裂及其伴生裂缝对油气成藏有重要的控制作用，研究区油气成藏主时期为早白垩世晚期，与燕山期玉都走滑断裂带活动时间相吻合.

关键词

玉都走滑断裂带 / 构造特征 / 成因演化 / 油气运移成藏 / 鄂尔多斯盆地南部 / 石油地质

Key words

Yudu strike-slip fault zone / structural characteristics / genetic evolution / oil and gas migration and accumulation / southern Ordos basin / petroleum geology

0 引言

鄂尔多斯盆地是发育在华北克拉通之上的一个多旋回叠合盆地（赵振宇等，2012），盆地内部构造较为稳定，断裂不发育，近年来，随着三维地震等技术趋于成熟，逐渐发现在研究区发育有大量近直立状断裂（潘杰等，2017；张园园等，2021），随即迅速推动了研究区构造特征与油气勘探开发的深入研究.研究表明，镇泾-彬长地区中生界主要发育NEE和NWW向两组走滑断裂，NEE向断裂以张扭性走滑为主，NWW向断裂以压扭性走滑为主（王猛，2019；何发岐等，2022），随着研究进一步深入，发现研究区走滑断裂带及其伴生裂缝对油气的运移聚集有重要影响（张园园等，2021；何发岐等，2022），前人通过油气藏分布和原油实际产量研究表明，高产油井大多分布在两条断裂带之间的小断层裂缝密集发育区，且张扭性走滑断裂相比压扭性走滑断裂裂缝更为发育，对储层的改造作用强烈，更有利于油气运聚成藏（徐兴雨等，2019；张园园等，2020；何发岐等，2022）.然而，相比正断层和逆断层，走滑断裂内部结构更加复杂，压扭段和张扭段均可分布，因此走滑断裂不同部位对油气富集的影响可能有所差异，但目前对克拉通盆地内部走滑断裂的详细刻画主要集中在塔里木盆地（Deng et al.， 2019；王珍等，2022；周铂文等，2022），对研究区走滑断裂的研究多关注整体构造特征（潘杰等，2017；王猛，2019；张园园等，2020），缺乏对单条走滑断裂带形成与演化过程的系统研究和针对其内部结构及活动特征的精细刻画，导致对走滑背景下油气运移成藏过程的理解不够深刻.

因此，本文在前人研究的基础上，基于三维地震资料精细分析和相干切片技术，对研究区玉都走滑断裂带的平面和剖面特征进行了精细刻画.同时结合区域构造背景，明确了玉都走滑断裂带分段结构差异性特征，探讨了玉都走滑断裂带形成演化过程及其与油气成藏的关系，研究结果不仅能够加深对陆内克拉通盆地内部走滑断裂的认识，也对其伴生油气藏的勘探开发有一定的参考价值.

1 地质背景

镇泾-彬长地区位于鄂尔多斯盆地西南部，面积约3 500 km².在区域构造上，横跨天环向斜、伊陕斜坡、渭北隆起 3个构造单元.玉都走滑断裂带位于镇泾地区中部，将镇泾区块分为南北两个部分（图1a），东侧向东南方向延伸至彬长地区西部，是研究区北西向最大的一条走滑断裂带，由于玉都走滑断裂带在彬长地区具有隐伏性，断裂不易刻画，因此本文在进行断裂刻画时以镇泾地区为主.玉都走滑断裂带在活动过程中自下而上卷入的层位有：元古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系以及第四系（图1b）.由于加里东运动和喜山运动的影响，地层抬升剥蚀，使古生界缺失志留系和泥盆系，新生界缺失古近系和新近系.此外，为明确断裂发育特征，在地震剖面上解释了基底面（Tg）、寒武系底界面（T₁₁）、石炭系底界面（T₉）、三叠系底界面（T₈）、长7段底界面（T₆ ^c）、侏罗系底界面（T₅）以及白垩系底界面（T₃）7个典型地层界面（图1b），涵盖了从元古界到中生界的地层，研究区中生界油气主要分布在三叠系延长组，其中延长组长7段油页岩是研究区中生界油气成藏体系的主要烃源岩（杨华等，2000；丁晓琪等，2011），油气通过断裂和裂缝可运移至下伏长8段致密砂岩中形成致密砂岩油气藏.

镇泾-彬长地区处于盆地西南缘3个构造单元交汇处，受六盘山弧形构造带与秦岭夹持，断裂活动和区域应力场密切相关，前人已通过对侵入岩体、裂缝分布等方面的研究，结合盆地构造背景，对研究区的应力场特征进行了大量分析（张林炎等，2006；曾联波等，2007；王猛，2019；张园园等，2020）.总体而言，研究区经历了加里东、海西、印支、燕山和喜山等多期构造运动，断裂分布受控于鄂尔多斯盆地NE、NW向两组基底断裂（赵文智等，2003；徐兴雨等，2019），断裂类型复杂多样并具有分期活动特征，从而使得本区断裂活动具有明显的继承性活动或反转等特征.

2 断裂几何学特征

根据玉都走滑断裂带平面和剖面特征，可将研究区地层分为上下两个构造层.以三叠系底界面（T₈）为界，上构造层包括中生界和新生界、下构造层包括古生界和元古界.两个构造层中，玉都走滑断裂带在平面形态特征、断裂连接方式以及剖面断裂构造样式等方面存在一定差异，下面做具体描述分析.

2.1　平面特征

玉都走滑断裂带在平面上整体走向为NNW-SEE向到NW-SE向，研究区内长度约58 km，整体呈现斜放的“Y”字形（图2h，2i）.上构造层中，玉都走滑断裂带由3条次级断裂簇组成（图2a~2c），①号次级断裂簇整体呈现S形，按走向可分为3段，走向自西向东分别为113°、123°、105°，长度约47 km.②号次级断裂簇可分为两段，走向自西向东分别为102°、108°，总长度约30 km，③号次级断裂簇较短，长度约16 km，走向为125°.每条次级断裂簇由众多小断裂相互连接组成（图3），上构造层3个反射界面中，玉都走滑断裂带形态特征上有明显的继承性和相似性特征，总体都与NEE向断裂相交.下构造层中，玉都走滑断裂带由两条次级断裂簇组成（图2d~2g），上构造层的①和③两条次级断裂簇在下构造层中连接成为一条，下构造层中断裂走向和长度与上构造层类似，但玉都走滑断裂带在①号和②号次级断裂簇交汇以东部分断裂带宽度显著增加，最宽处可达3 km，平均宽度1.5 km，断裂带较为连续.交汇以西部分则断裂连续性变差，表现为时断时续的特征，且地层越老，这种特征越为明显.总体而言，中生界小断裂界限清晰，但断裂密度和断裂带宽度较小，到元古界-古生界，小断裂密度明显增大，平面上已不易区分，呈现为一条连续且宽度较大的断裂带.

玉都走滑断裂带平面形态特征复杂，不同区域小断裂平面样式及连接方式存在较大差异，小断裂平面样式可分为单直线段，多直线段、曲线段（图4）.单直线段表现为一条相对平直的直线，在整个玉都走滑断裂带带内部分布较少.多直线段是玉都走滑断裂带最主要的断裂组合方式，由一系列近乎平行或相交的直线型小断裂组合而成，曲线段在T₅界面分布最为广泛（图3b），平面上表现为由单条或多条曲线型断裂连接组成，小断裂角度多样，连接方式复杂.玉都走滑断裂带带内部复杂的断裂平面样式也导致小断裂之间的连接方式呈现多样化特征，总体可分为相交、叠接以及拉分3种（图4），相交为不同角度断裂之间的连接模式，断裂相交区域小断裂数量增多，断裂带宽度显著增加.典型的上构造层中①号与②号次级断裂簇的连接部位.拉分是两条平行断裂之间的连接方式，为走滑断裂发育初期的典型构造样式，上构造层中①号与③号次级断裂簇的连接处为典型的拉分段，拉分段内部可见明显NEE向张性断裂，反映玉都走滑断裂带的左行走滑作用.叠接段为同向断裂之间的接触性连接方式，小断裂首尾连接处有明显重合接触段.不同的断裂组合和连接方式说明不同部位所受应力和活动强度都有显著不同，具有明显的分段差异性.

2.2　剖面特征

镇泾-彬长地区经过多期构造演化作用，导致玉都走滑断裂带在剖面上构造样式多样，发育有正花状、负花状、半花状、“Y”字型、“V”字型等多种断裂组合样式（图5），断层角度在70°~90°之间.上构造层中，纯走滑断层（图5a）、压扭性断层（图5b）和张扭性断层（图5c，5d）均有分布，断裂垂向延伸距离较长，向上可断至新生界，向下大多终止于T₈界面，少量切穿中生界，断至古生界；下构造层在①号和②号次级断裂簇交汇以西区段主要发育压扭性断层（图5a~5c），石炭系底界面（T₉）可见明显挤压特征，断层垂向延伸距离较短；以东区段则主要发育张扭性断层（图5d），剖面上多以负花状样式呈现，地层下落明显，断裂带宽度增大，断层倾角减小，为70°左右.总体而言，上构造层和下构造层断裂在断层性质、断层角度、断裂带宽度、次级断裂数量、断距等方面均有差异，具体体现为浅部纯走滑，深部压扭（图5a）、浅部张扭，深部压扭（图5c）、浅部窄、深部宽（图5d）等特征，说明上下两个构造层断裂为不同构造时期产物，反映玉都走滑断裂带的多期走滑作用.

此外通过统计玉都走滑断裂带垂向断距，也可定性表征其剖面特征，由于玉都走滑断裂带宽度较大，计算断距时以断裂北侧地层与断裂带内部拉张或下落地层之间的最大断距为准.因此当垂向断距小于0时，代表断裂北侧地层低于南侧，断距大于0时，代表玉都走滑断裂带北侧地层高于南侧地层.基于统计结果显示（图6），T₃-T₉界面断裂断距较小，普遍在40 ms以下，平均为16.7 ms，寒武系底界面（T₁₁）和基底面（Tg）在①号和②号次级断裂簇交汇处以西区段断距也相对较小，以东区段断距则明显加大，最大断距接近100 ms，平均为37.2 ms.不同界面之间以及同一界面不同部位断距都存在差异与相似性.T₃-T₆ ^c界面断距具有明显的相似性特征（图6a~6c），同一测线在不同界面的断距类似，但在部分反射界面也存在差异，例如10号和11号测线在T₃和T₆ ^c界面表现为上盘高于下盘，而在T₅界面表现为上盘低于下盘，反映断裂的走滑活动.

3 断裂构造活动特征

3.1　断裂分段差异活动特征

走滑断裂因不同部位所受应力、断裂方向、形态均有所差异，造成造化断裂具有分段差异活动特征，根据玉都走滑断裂带平面和剖面特征，以T₆ ^c界面为例，按照断裂的活动性质将其分为张扭段、压扭段和纯走滑段共17段（图7）.其中张扭段有9段，张扭段断层在平面上方向多为近东西向或北东东向（图7b第6-10、6-14、6-17段），在剖面上地层下落明显，断距较大，且断裂组合方式复杂多样，断裂带内部破碎严重（图8b，8c）；压扭段有5段，平面上断裂多为NW向或曲线型（图7b第6-1、6-16段），剖面上可见明显挤压特征（图8a，8d）.纯走滑段有3段，主要分布在①号次级断裂簇，平面上多表现为单条或多条相互平行的直线（图7b第6-2、6-4段），剖面上呈现为一条或多条几乎平行的垂直断层，断距不明显（图5a）.

3.2　断裂活动期次

断裂在活动过程中会在平面和剖面上留下一系列证据，这些证据对于恢复断裂走滑活动期次具有重要价值，平面上主要表现为不同断裂之间的错断关系、雁列状、马尾状等走滑断裂典型平面构造样式（Kelly et al.， 1998；Kim et al.， 2004）.剖面上由于不同构造期断裂所受应力有所差异，在剖面上表现为不同深度断裂活动性质有所差异.且断裂活动对沉积也有一定的控制作用，强烈的构造活动会导致断裂两侧地层厚度存在明显差异，形成同沉积断层（Wang et al.， 2020；Wang et al.， 2022；王向东等，2022）.本文通过对6个层位断层两侧地层厚度进行统计发现，T₅-T₆ ^c地层以及T₉-T₁₁地层在断层两侧厚度有明显差异（图9，图10），说明玉都走滑断裂带在加里东期-海西期和燕山期有强烈构造活动发生，在地震剖面上，断裂也大多终止于T₈界面附近，且上构造层与下构造层断裂特征也有所差异，明显为不同时期构造活动的产物.

综合前文所述，玉都走滑断裂带的特征和区域动力学背景，认为玉都走滑断裂带至少经历了三期构造走滑活动，第一期为加里东晚期-海西早期左旋走滑活动，平面上可见NEE向断裂被玉都走滑断裂带所错断（图11a，11d），剖面上断裂近直立或呈现花状构造；第二期为海西期右旋走滑活动，平面上玉都走滑断裂带北部可见大量NNW向雁列状断裂（图11b，11e），剖面玉都走滑断裂带东部区段张扭特征明显，而以西区段则主要发育压扭性断层，推测玉都走滑断裂带在海西晚期发生了左旋走滑活动，加里东期形成的压扭性断层在海西期发生张扭性运动，断距增大明显.第三期为燕山期-喜山期左旋走滑活动，平面上NEE向断裂大量形成，玉都走滑断裂带南部地区发育张性马尾状构造（图11c，11f），且T₆ ^c界面不同活动段的活动特征也反映其左旋走滑作用（图7），剖面上，断裂向上断穿白垩系地层，花状构造和近直立断层异常发育.

4 断裂形成演化过程

研究区主要成盆期的构造演化是在前寒武纪末古构造格局基础上发育而来，后经过多期构造运动形成现今构造面貌.下面综合前人对研究区的构造应力场分析和玉都走滑断裂带结构构造特征，对玉都走滑断裂带形成演化过程作探讨分析.

4.1　加里东期-海西期

从整个盆地来看，早古生代对应于鄂尔多斯盆地克拉通坳陷与边缘沉降阶段（赵振宇等，2012）.早-中寒武世，鄂尔多斯盆地继承了晚元古代后期的应力特征，表现为区域伸展，在研究区形成了NE、NW向两组共轭断裂（赵文智等，2003；徐兴雨等，2019），并受加里东期、海西期、印支期、燕山期、喜山期等多期次构造应力叠加作用而发生差异走滑，致使古生界和中生界沉积盖层错断、变形形成复杂断裂体系（张园园等，2021）.玉都走滑断裂带受NW向先存断裂影响，经历多期走滑活动.晚奥陶世末期，由于鄂尔多斯盆地西南侧的秦祁洋盆向北俯冲，北侧的中亚-蒙古大洋板块向南俯冲，在南北两侧的挤压应力作用下，华北克拉通板块开始抬升，长期接受剥蚀（徐黎明等，2006），研究区地层缺失志留系和泥盆系.在此挤压背景下，玉都走滑断裂带发生左旋走滑作用，活动强度较大，断裂两侧地层厚度有明显差异，NNE向断裂被错断，剖面上古生界地层表现为明显的压扭性特征.

晚二叠世，北部兴蒙洋因西伯利亚板块与华北板块对接而消亡，南部秦祁洋则再度向北俯冲而消减，至晚三叠世闭合（余和中等，2006）.秦祁洋盆地俯冲导致鄂尔多斯盆地西南侧再度遭受挤压.从研究区断裂分布来看，T₉界面玉都走滑断裂带北部分布大量NWW向雁列式断层，向上终止于T₈界面以下，向下在T₁₁界面仍有少量分布，说明NWW向雁列式断层形成于海西晚期，且剖面上玉都走滑断裂带在下构造层向上可断至T₈界面附近，断裂东段以张扭性断层为主，说明玉都走滑断裂带在海西期仍有活动.综合以上信息认为玉都走滑断裂带在海西晚期发生一期右旋走滑作用.

4.2　燕山期-喜山期

燕山期是研究区中生界断裂形成的主要时期.燕山期盆地西南缘主要受特提斯构造动力体系作用，前人对鄂尔多斯盆地西南部裂缝系统的研究表明，白垩纪末期-古近纪，在SWW-NEE向挤压应力作用下，形成了南北向和北东-南西向共轭剪切裂缝（张林炎等，2006；曾联波等，2007）.且区域构造应力也表明鄂尔多斯盆地西南部燕山期主压应力方向为NEE-SWW向（徐黎明等，2006；张义楷等，2006），因此燕山末期在NNE-SSW向挤压应力作用下，玉都走滑断裂带发生左旋走滑作用，在镇泾地区西南部形成马尾状构造.同时在研究区形成大量NEE向张扭性断裂呈带状分布（何发岐等，2022）.

喜山期主要经历两大构造事件，一是印度板块与欧亚板块的碰撞以及碰撞期后的陆内俯冲（邸领军等，2003；张义楷等，2006），其次是太平洋板块向欧亚板块东部俯冲以及新特提斯构造域北东向挤压（党犇，2003；徐黎明等，2006），鄂尔多斯盆地西南部最大主应力方向为NE-SW向，对玉都走滑断裂带影响较小，仅在部分区域可见断裂向上延伸至地表.

总体而言，中生界断裂相比元古界-古生界断裂，活动强度较弱.剖面上，古生界断裂平均断距更大.而在平面上，中生界断裂和元古界-古生界断裂断裂带内部次级断裂密度以及断裂带宽度也有显著差异，且都有明显的分段差异性活动特征，活动性质和活动强度复杂多变，表明玉都走滑断裂带在形成演化过程中具有强烈的非均质性特征.

5 走滑断裂控藏作用

走滑断裂在活动过程中会在断裂带一定范围内形成大量裂缝，这些断裂裂缝对于油气的运移成藏有至关重要的作用（Childs et al.， 2009；Choi et al.， 2016；Wang et al.， 2018）.一是断裂裂缝可以沟通源储，成为油气二次运移的通道；其次致密砂岩中大量发育的裂缝能够显著增加储层渗透率，形成物性甜点区（Lü et al.， 2017；Qin et al.， 2022；Zeng et al.， 2022）.下面结合油气成藏期次和断裂活动特征对玉都走滑断裂带控藏作用做具体分析.

5.1　油气成藏期次与时间

流体包裹体均一温度结合储层埋藏史和热演化史的定量恢复，能够有效确定储层烃类流体运移聚集的期次、时间等状况（Van den Kerkhof and Hein，2001；Volk and George，2019；Liu et al.， 2020）.因此本文选取了鄂尔多斯盆地南部的4口井（JH81、JH72、JH63和JH35井），总计8块样品开展了流体包裹体测试.结果显示延长组长8段的流体包裹体类型主要包括油包裹体和盐水包裹体，主要寄宿于石英颗粒内裂纹和穿石英颗粒裂纹，其次为石英加大边、钙质胶结物和长石溶孔内，多呈带状分布、线状分布、串珠状分布、零星分布或群体分布，形态为椭圆状、次棱角状、长条状和不规则状.油包裹体以气液两相为主，透射光下呈无色-浅褐色，荧光下呈黄色和蓝色，表示至少发生过两期油充注.盐水包裹体主要为气液两相，气液比小于20%，透射光和荧光下皆呈无色透明，常与烃类包裹体伴生，气液比主要为3%~8%，大小为1~15 μm（图12）.

JH81、JH72、JH63和JH35四口井的长8段盐水包裹体均一温度分布范围分别为85~145 ℃、75~155 ℃、90~155 ℃、90~160 ℃；主要分布区间为JH81井：110~120 ℃；JH72井：80~90 ℃、100~120 ℃、140~150 ℃；JH63井：100~120 ℃；JH35井：100~120 ℃（图13）.综合上述4口井的包裹体均一温度分布范围可知，长8段砂岩储层中的包裹体均一温度主峰为100~120 ℃，其次为80~90 ℃和140~150 ℃，表明长8段砂岩可能发生过2~3期原油充注.结合这4口井的埋藏史-热演化史，可以确定油气的主成藏期为早白垩世中晚期（图14）.

5.2　断裂对油气成藏的影响

受早白垩世区域热事件影响，研究区长7段烃源岩迅速埋深，热演化程度加剧（任战利等，2017），到早白垩纪末期，燕山运动使玉都走滑断裂带再次活动沟通烃源岩和下伏长8段致密砂岩储层，因此油气在早白垩世中晚期沿走滑断裂带及其伴生裂缝运移至长8段形成致密砂岩油气藏，这与流体包裹体数据得到的主成藏时期相符合.同时，断层活动使致密储层形成大量裂缝，大幅改善了储层渗透率，前人研究也表明研究区油气大多沿断裂带分布，可沿着断裂带运移至构造高部位聚集成藏（张园园等，2020；何发岐等，2022），从断裂性质上来看，张扭性断裂导流性相对较好，对油气的富集更有利，镇泾地区HH36井、HH12井区、HH37井区长8段主力产层钻遇北东东向张扭性断裂的水平井原油日产量分别为10.9 t/d、10.1 t/d、8.3 t/d，要明显高于无断裂分布区钻井和北西向断裂（张园园等，2020），玉都走滑断裂带虽然整体为北西西向到北西向，但其内部并非全部为压扭性断层（图7），且玉都走滑断裂带相比NEE向断裂，内部破碎程度严重，裂缝带宽度更大，对储层的改造作用更加明显，更有利于油气运移聚集.因此在油气勘探时可重点关注玉都走滑断裂带内部的张扭段.

6 结论

（1）根据玉都走滑断裂带平面和剖面特征，以三叠系底界面（T₈）为界，可将研究区地层分为上下两个构造层，两个构造层中，玉都走滑断裂带在平面形态特征、断裂连接方式以及剖面断裂构造样式、断距等方面均存在一定差异.

（2）玉都走滑断裂带在不同层位和同层位沿走向不同部位均有较大差异，具有明显的分层分段差异性.T₃-T₉界面断裂断距较小，普遍在40 ms以下，平均为16.7 ms，寒武系底界面（T₁₁）和基底面（Tg）断距则明显加大，最大断距接近100 ms，平均为37.21 ms.以T₆ ^c界面为例，按断裂活动性质可划分出9个张扭段，5个压扭段，3个纯走滑段.

（3）玉都走滑断裂带至少发生 3次走滑活动，加里东晚期-海西早期发生第一期左旋走滑活动，活动强度较大；海西晚期发生第二期右旋走滑活动；燕山期-喜山期是中生界断裂形成的主要时期，玉都走滑断裂带在NNE向挤压应力作用下发生左旋走滑活动.

（4）玉都走滑断裂带对沟通源储，提高储层渗透率有重要作用，其中断裂带内部张扭段更有利于油气运移成藏.通过流体包裹体均一温度结合热演化史-埋藏史确定延长组长8段油气成藏主时期为早白垩世中晚期，与玉都走滑断裂带燕山期的走滑活动相吻合.

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基金资助

“十三五”国家科技重大专项(2016ZX050048-002-02)