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鄂尔多斯盆地是我国重要的含油气盆地,其主要发育时期为中生代,叠合于古生代华北克拉通之上,是具有多旋回演化性质的沉积盆地(图1; 刘池洋等,2006)。鄂尔多斯盆地周缘构造变形强烈复杂,盆地内部长期被认为构造简单、地层平缓,构造变形较弱、断裂发育较少(杨华,2006;刘晓鹏,2019)。然而随着近年来高精度三维地震勘探手段在盆地内的广泛应用,在鄂尔多斯盆地内部发现了大量断裂(徐立涛,2020;刘永涛,2020;杨丽华等,2021),这些断裂性质明显不同于典型活动构造区走滑断裂,具有较强的特殊性(杨丽华等,2021),但对油气富集表现出明显的控制作用(闫金鹏,2009;成良丙,2012;张园园,2020)。
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由于早期缺乏基于三维地震对鄂尔多斯盆地内部断裂刻画,盆地内部构造研究较为薄弱,尤其在盆内断裂的几何学、运动学、动力学等各方面现仍未形成明确的认识。断裂对油气富集影响作用复杂,其造成的疏导或封堵作用在各类断陷及其他构造强烈的盆地中已进行过较为详尽的研究(刘春等,2021;刘华等,2021;于英华等,2021),而对于鄂尔多斯盆地内这种发育于稳定块体内部的断裂,其对油气富集的控制机理问题仍待明确(Wang Ziyi et al.,2020;王威等,2021)。因此,对鄂尔多斯盆地断裂体系进行系统研究,明确盆地内部断裂特征及形成机制,有助于从新的视角认识盆地演化过程中周缘构造应力的作用,同时,能够为油气勘探开发提供新的地质认识与思路,具有重要的科学理论和实际应用价值。
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本研究选取鄂尔多斯盆地内不同构造部位多个三维区块(杭锦旗、大牛地、镇泾、彬长地区)为重点研究区进行对比分析(图1),旨在获得盆地内断裂发育特征的共性与差异性,探讨鄂尔多斯盆内断裂形成机制以及断裂对于油气富集的控制效应。
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图1 鄂尔多斯盆地及及周缘构造纲要图
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Fig.1 Regional tectonic map of the Ordos basin and the periphery
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1 区域地质概况
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鄂尔多斯盆地是叠合在古生代华北克拉通之上的内陆盆地,在太古宇—古元古界结晶基底之上,发育中—新元古代到新生代沉积地层。其中,寒武系—中奥陶统以海相碳酸盐岩为特征,发育裂缝溶蚀型储层,是重要的天然气储集层。上古生界石炭系—二叠系以海陆交互相泥岩和砂岩为主,山西组、下石盒子组是盆地天然气的重要聚集和生产层组。中生代则以陆相厚层砂泥岩互层的碎屑岩为主,三叠系延长组是鄂尔多斯盆地的重要含油储、产层,其中,延长组7段是盆地石油生成的主力烃源岩(图2)。
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图2 鄂尔多斯盆地地层岩性及主要构造事件综合柱状图(据赵振宇等,2012修改)
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Fig.2 Synthetical framework of stratigraphic lithology and main tectonic events of the Ordos basin (modified after Zhao Zhenyu et al., 2012)
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鄂尔多斯盆地经历了多期构造运动。太古宙—古元古代为基底形成阶段(赵国春,2009)。中元古代中晚期以来,盆地南缘主要发育秦祁大洋裂谷及拗拉槽(Zhai Mingguo et al.,2015; Li Sanzhong et al.,2019)。晚奥陶世,盆地南、北侧的洋盆关闭、俯冲,至奥陶纪末,鄂尔多斯盆地整体抬升、剥蚀,盆地内部一直持续到晚石炭世缺失沉积。晚石炭世以来,鄂尔多斯地块发生区域性沉降,重新开始接受沉积。上二叠统石千峰组沉积期,北部古亚洲洋因西伯利亚板块与华北板块对接而关闭、消亡,南部秦岭海槽俯冲消减强烈,大华北盆地整体抬升,海水自此退出,鄂尔多斯盆地演变为内陆盆地(李文厚等,2021)。晚三叠世,华北、华南板块由东向西呈“剪刀式”碰撞闭合,使得盆地沉积范围不断向西退缩,沉积中心西迁(杨明慧等,2012; 邓秀芹等,2013; Meng Qingren et al.,2019;李文厚等,2020)。晚侏罗世,盆地西缘发生强烈逆冲变形、东部抬升剥蚀(刘池洋等,2005;赵红格等,2006;赵俊峰等,2006;Zhang Yongqi et al.,2021)。经早白垩世弱伸展后,晚白垩世鄂尔多斯盆地整体抬升,盆地结束发育(刘池洋等,2006;何登发等,2021)。新生代,印度洋板块与欧亚板块碰撞,新特提斯洋闭合,同时太平洋板块向西俯冲消减,盆地整体抬升,周缘则发育一系列新生代断陷盆地。盆地主体部分普遍缺失古近系,仅在中东部地区发育新近纪红色黏土,第四纪(1.7 Ma以来) 黄土大面积覆盖(刘池洋等,2009; Wang Chengshan et al.,2014)。总之,鄂尔多斯盆地周缘自早古生代以来发生的上述多方向、多期次块体拼合等重大构造事件,是盆地周缘及内部断层发育演化的主要区域动力学背景。
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2 盆内典型三维区走滑断裂
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2.1 鄂尔多斯盆地北缘杭锦旗地区走滑断裂特征
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杭锦旗区块横跨鄂尔多斯盆地北部的伊盟隆起和伊陕斜坡两大单元(图1)。区内优势断裂为E-W向断裂,规模最大,伴生次级断裂发育E-W、NE、NW向三组断裂。三眼井断裂、乌兰吉林庙、泊尔江海子断裂3条断裂为区内主干断裂,走向大体呈E-W向,平面延伸长度大于50 km(图3)。平面上,主断裂整体具有“分段”发育特征,三条断裂呈左阶雁列式展布。
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在剖面上,主干断裂表现为断面高陡,切穿白垩系以下地层。断裂性质上表现为正断层、逆断层和反转断层共存,发育花状构造,指示具压扭和张扭活动性质(图4)。沿泊尔江海子断裂,古生界层系内同相轴被错断明显,表现为逆断层性质;三叠系内同相轴错断不明显,表现低幅构造特征;侏罗系中呈明显的正断距。乌兰吉林庙和三眼井断裂表现为类似的上下叠置特征,下部为逆断层性质,上部为负花状构造形态。
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图3 杭锦旗地区不同深度三维地震方差切片及断裂解释
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Fig.3 3-D seismic coherence slices and faults interpretation in different depths of Hangjinqi area
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(a)—T6c界面(长7段底面)相干切片;(b)—T6c界面(长7段底面)相干切片解释,代表浅部地层断裂特征;(c)—T9界面(上古生界底面)相干切片;(d)—T9界面(上古生界底面)相干切片解释,代表深部地层断裂特征
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(a) —coherence slice (bottom of the Ch7 Member) of the T6c interface; (b) —coherence slice (bottom of the Ch7 Member) of the T6c interface interpretation, representing faults characteristics in the shallow strata; (c) —coherence slice (bottom of the Upper Paleozoic) of the T9 interface; (d) —coherence slice (bottom of the Upper Paleozoic) interpretation of the T9 interface, representing faults characteristics in the deep strata
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图4 杭锦旗地区主断裂典型剖面p1(a)、p2(b)、p3(c)(剖面位置见图3)
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Fig.4 Typical sections p1 (a) , p2 (b) and p3 (c) across main fault in Hangjinqi area (see profile sections in Fig.3)
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除3条E-W向主干断层以外,区内次级断裂的优势走向主要为NW、NE向。这些断层平面组合以雁列式为主,组合样式与主干断裂相似,指示为相同应力场背景下的产物。大量NW向断裂也显示出构造样式叠加特征,整体指示了先逆冲后走滑伸展的演化序列,指示杭锦旗地区断裂发育经历了多期构造运动的叠加和反转:在二叠纪主要发育逆冲断层,早—中侏罗世发生强烈挤压,冲断作用进一步加强,至晚侏罗世末期—早白垩世初,由于应力方向由南-北向挤压向北西-南东向的转换,断层变为以右旋张扭性质为主的活动。
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2.2 鄂尔多斯盆地南缘彬长地区走滑断裂特征
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彬长区块位于鄂尔多斯盆地南部渭北隆起和伊陕斜坡交汇部位。区内主要发育ENE和NW向2组不同走向的断裂(图5)。
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ENE向断裂是研究区优势走向断裂,其主断裂带(早胜断裂带)延伸长度超过25 km。该组断裂自下而上贯穿自古生代到新生代地层,在不同深度,发育特征有所不同。在深部(下古生界及以下),早胜断裂主要表现为由多条小规模断裂组成的结构复杂的断裂带,带内小断层较多显得较为破碎,宽度~1 km(图5b);浅部(上古生界及中生界),断裂带主要由两条近平行、呈线状连续延伸较长的断层组成。从剖面可见(图6),主断面近直立,具有花状构造特征,深部垂向断距较小;而在浅部两条断层组成地堑。垂直断距较为明显,最大可达50 m,明显错断同相轴。
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图5 彬长地区不同深度三维地震方差切片及解释(研究区位置见图1)
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Fig.5 3-D seismic coherence slices and faults interpretation in different depths of Binchang area (the location of the study area seeing in the Fig.1)
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(a)—500 ms相干切片(白垩系);(b)—500 ms相干切片(白垩系)解释,代表浅部地层断裂特征;(c)—2200 ms相干切片(元古宇);(d)—2200 ms相干切片(元古宇)解释,代表深部地层断裂特征
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(a) —500 ms coherent slice (in the Cretaceous strata) ; (b) —fault interpretation of the bottom of the Cretaceous strata, representing faults characteristics in the shallow strata; (c) —2200 ms coherent slice (in the Proterozoic) ; (d) —fault interpretation of the Proterozoic, representing faults characteristics in the deep strata
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NW向断裂在区内较为发育。深部断层较连续,断层带状发育明显;浅部呈线状断续延伸。剖面上,该组断裂倾角较陡,多大于80°。在三叠系之下,主断面发育较为明显,少量次级断裂具有收敛于主断面形成花状构造样式的趋势。在三叠系及上部地层中,主断面消失,派生次级断裂发育,且切穿层位及纵向连通型有限。断层整体断距较小,最大垂直断距在14~35 m之间。
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由断层的发育层位可推测,该区断裂也经过了多期次活动。NW向断裂主活动期为晚奥陶世—早石炭世,以左旋走滑运动为主。ENE向断层在晚奥陶世—早石炭世为左旋走滑运动;在晚侏罗世—早白垩世及中新世之后为右旋走滑运动。ENE向和NW断层相互交切关系,表现出在晚侏罗世之后ENE向断层活动强于NW向。
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2.3 鄂尔多斯盆地西南缘镇泾地区走滑断裂特征
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镇泾三维区块位于鄂尔多斯盆地西南部,今构造主体处于天环坳陷内,在早古生代该位置处于镇原古隆起的高部位。区内主要发育NW向、ENE向和近N-S向3组断裂。由地震剖面及相干属性时间切片可见,断层特征在浅部和深部存在明显差异(图7)。
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ENE向断层主要发育在浅部(中生界及以上),少数断裂可向下延伸切穿至上古生界底部。该组断裂平面特征为一系列近于平行的等间距排列的断裂,顺走向延伸长度约8~12 km。在剖面上为向上发散、向下收敛。结合断层平面与剖面特征发现,2~4条ENE向断裂为一组,向下至三叠系下部逐渐收敛于一条主干断裂之上,组成似“y”字形或花状构造断层组合样式(图8)。
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N-S向断层在研究区主要发育在深部(下古生界及以下,图7),在2700 ms相干属性切片可见其由多条小断层雁列式侧接而成,整体延伸距离较远。剖面上N-S向断裂倾角近直立,常表现为1~2条断裂组成一狭窄的带(图8)。该组断裂呈明显的正断层性质,断层发育部位,地层发育地堑等与伸展有关的变形,在石炭纪—二叠纪煤系地层之上该组断裂几乎消失。
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图6 彬长地区主要断裂典型剖面特征(研究区位置见图1)
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Fig.6 Typical section across main fault in Binchang area (the location of the study area seeing in the Fig.1)
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图7 镇泾地区不同深度三维地震方差切片及解释(研究区位置见图1)
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Fig.7 3-D seismic coherence slices and faults interpretation in different depths of Zhenjing area (the location of the study area seeing in the Fig.1)
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(a)—800 ms相干切片(白垩系);(b)—800 ms相干切片(白垩系)解释,代表浅部地层断裂特征;(c)—2700 ms相干切片(元古宇);(d)—2700 ms相干切片(元古宇)解释,代表深部地层断裂特征
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(a) —800 ms coherent slice (in the Cretaceous strata) ; (b) —fault interpretation of the bottom of the Cretaceous strata, representing faults characteristics in the shallow strata; (c) —2700 ms coherent slice (in the Proterozoic) ; (d) —fault interpretation of the Proterozoic, representing faults characteristics in the deep strata
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NW向断裂是研究区最为重要的一组优势断裂(图7),在NW向主断裂两侧存在一系列与之平行的断裂。玉都断裂为主断裂(带),切穿地层自基底到近地表(图8),以T6、T9地震反射界面为界,纵向上分为深、中、浅部3段,各段断裂特征存在明显差异。深部(下古生界及以下)表现为多条断裂组成宽度较大的断裂带。中部(上古生界—三叠系),具有呈花状向上发散的特征,且断裂带内部地震反射杂乱,发育诸多小型断裂,难以完全刻画,破碎带结构复杂;据野外露头观察结果显示,在二叠系及三叠系中发现了大量具有走滑性质的裂缝,裂缝密度较大,多成组出现,且具有多产状相互交切的特征,可能指示了该断裂带结构。浅部(侏罗系—地表)断裂带变为较少的几条断裂,断裂带宽度变小,剖面显示具有向下部有收敛于三叠系底部趋势,呈花状构造样式。整体而言,纵向上,NW向断裂特征在不同层段表现出明显差异,呈现多期构造变形叠加发育的特征。
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NW向断裂经历晚奥陶世左旋、晚三叠世右旋、晚侏罗世—早白垩世初期右旋及新生代晚期左旋等多期次构造运动,纵向上断穿自基底至地表的多套地层。ENE向断裂主要发育在浅部地层中,向上部贯穿至近地表,其主要发生晚侏罗世以来右旋走滑作用。N-S向断裂是发育在深部的一组断裂,该组断裂向上发育并终止于下古生界顶部,指示其主要活动时期为晚奥陶世—早石炭世,以右旋走滑为主(图8)。
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2.4 盆内腹地大牛地地区走滑断裂特征
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大牛地气田位于鄂尔多斯盆地腹地伊陕斜坡中部偏东北,相较于靠近盆地周缘的位置,大牛地地区构造更为稳定(图1)。通过三维地震资料的精细解释识别出区内断裂走向较为杂乱(图9),但主要为NW和ENE向两组,且在平面上呈共轭交错。断裂断续分布、以马三段为界,下部地层断裂较为简单,以NW和ENE为主;上部地层断裂明显增多,且走向杂乱,延伸长度减小。
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剖面上,断裂倾角近直立,垂直断距大部分小于40 m。NW向断裂断距为15~30 m,主要发育在基底—马二段,大部分往上未断穿马三段;ENE向断距为10~30 m,自基底向上发育,向上可切穿马三段及上部地层(图10)。
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据断裂发育的主要层位(奥陶系马家沟组),且向马家沟组下部断裂的数量逐渐减少,可知断层在马家沟组沉积后,即晚奥陶世—早石炭世发生过一期强烈的构造作用,形成了以NW和ENE向为主的共轭剪切断层。而据断层中方解石脉体的C-O同位素结果表明,胶结物存在多期形成环境,指示了断层在三叠世、晚侏罗世、中新世晚期的活动(胥旺等,2023)。
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2.5 鄂尔多斯盆地内部断裂整体特征
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通过对比解释鄂尔多斯盆地内部分重点区块地震资料(图3~10),我们发现这些地区断裂具有高倾角、小滑移距、隐蔽性强的共同特征。平面组合特征以雁列式、马尾状、线性延伸状为主,剖面组合常表现为近直立断层、花状构造、似“y”字形等样式,整体表现出典型的走滑性质活动规律。
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图8 镇泾地区主要断裂典型剖面特征(研究区位置见图1)
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Fig.8 Typical section across main fault in Zhenjing area (the location of the study area seeing in the Fig.1)
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从发育断层走向上,盆内主要发育近NE向、NW向、S-N和E-W向等几组断裂,在不同构造单元断裂的优势走向有所不同。盆地北部以近E-W向断裂为优势断裂;盆地西南缘NW向断裂为早期发育的优势断裂,浅部以ENE向断裂为主;盆地南部以ENE向断裂为主,深层NW向断裂较为明显。在盆地腹地的大牛地区块,断裂通常延伸距离较短且断层走向较为杂乱,没有较为明显的优势走向。盆地内部不同位置处的断裂展现出差异性的优势走向,指示了不同位置断裂形成动力学背景的差异。在发育时期上,不同区的断层均具有多期次活动的特征。断层表现出明显的在垂向上的结构差异。
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3 鄂尔多斯盆地内部断裂发育的主控因素
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整体上,盆内这些发育于稳定块体内的断层规模较小、活动性较弱,与盆地周缘发育构造变形强烈的大型断裂形成鲜明对比。
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鄂尔多斯盆地北缘断裂主要沿河套盆地周缘展布,呈近E-W向展布,早期表现逆冲特征,后期反转为正断层兼走滑性质(赵重远,1984)。正谊关-宗别立断裂为盆地西缘北部发育的一条E-W向断裂,具有明显的走滑性质(万天丰,2020; 董云鹏,2021)。该断裂在平面上呈近平行线状的左阶排列,现今主要表现为右旋走滑活动。鄂尔多斯盆内杭锦旗地区,3条近E-W向断裂三眼井断裂、乌兰吉林庙断裂和泊尔江海子断裂呈左阶雁列式展布,在古生代和晚三叠世表现为逆断层,晚侏罗世—早白垩世反转为具有右旋张扭性质的断层(徐恒艺,2018)。盆地内部3条断裂在位置上与正谊关-宗别立断裂邻近,且形成时期和运动方向上相同,推测盆内、盆缘断裂受到同一动力学背景的影响。早古生代受控于古亚洲洋南向俯冲作用导致的鄂尔多斯地块北缘早期的挤压背景,并在晚侏罗世东亚多板块汇聚的背景下挤压构造活化和加强,形成大型逆冲推覆构造。在此阶段,由于来自阿拉善地块的NW-SE向挤压应力的作用,在盆地西北缘沿早期断裂发生存在一定夹角的斜向挤压作用,同时由于沿断裂的水平分量的作用,宗别立-正谊关断裂发生右旋走滑作用,盆内泊尔江海子等3条断裂在此作用下,也由挤压反转为张扭性质活动。
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鄂尔多斯盆地南缘断裂十分发育,以平行于渭河地堑的近NE向断裂为主,并与伴生NNE、NW向断裂组成网格状构造格局(张恩会,2021;熊伟东,2022)。盆内断裂(早胜断裂等)以ENE向断裂为优势走向,古生代及晚三叠世以左旋走滑为主,在晚侏罗世—早白垩世反转为右旋,新生代仍发生活动。印支期由于来自秦岭造山过程的影响,盆地南部主要受到斜向挤压作用的影响,NE向断层发生弱左旋走滑。新生代,由于青藏高原隆升引起沿鄂尔多斯盆地南缘的滑移以及鄂尔多斯块体整体的旋转,ENE向断层发生右旋走滑,盆内断层走滑运动与渭河断陷的边界断层表现出相似的动力学背景,但断层的活动性较盆缘更弱。
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鄂尔多斯盆地西南缘发育以海原-六盘山、罗山-牛首山等几条具有走滑性质的断裂共同构成了盆地西南缘的弧形断裂体系。弧形断裂由早期的NW-SE及N-S向断裂贯通而形成(李天斌,2006;王伟涛,2011)。在新生代,受到青藏高原隆升造成的挤出作用,早期形成的NW-SE向断裂及N-S向断裂贯通,并在挤出、逃逸作用下,沿断裂表现出明显的走滑性质。鄂尔多斯盆内西南部镇泾地区发育的NW向玉都断裂贯穿全区。重磁资料解译结果及卫星地貌显示,该条断裂并非局限于三维工区内,向西北延伸可能可达红河,与盆缘六盘山弧形断裂带的海原-六盘山断裂NW-SE向段相接、向东南延伸可穿过鄂尔多斯盆地南部,伸入渭河地堑、甚至穿过秦岭。综合前文盆内断裂解析,NW-SE向玉都断裂在早古生代期间便开始活动,且晚期持续活动,至少形成了加里东期、印支期、燕山期—喜山期多个上下叠置的构造层。弧形断裂内的各段次级断层,由古生代的逆断层发生后期活化、转化为走滑断裂,多断层连接形成现今规模的弧形断裂。在古生代,玉都断裂与海原断裂位置上相近,在该时期,由于受到来自西南方向挤压应力的作用,盆缘发生较为强烈的逆冲作用,而盆地内部则受到斜向挤压作用,使断裂发生左旋走滑。到了新生代,由于逃逸作用的影响,西南部块体发生相应的走滑活动。盆内断层受到区域应力的作用,相应地发生左旋走滑运动。盆内、盆缘断裂的多期活动性及各期运动性质相对应,指示出盆内断裂对周缘构造作用的良好响应。
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大牛地地区位于盆地腹地,与北部、西部及西南部等处于伊盟隆起、天环坳陷及渭北隆起等边部区域相较,该区域断裂特征在规模、表现形式上有所差异。与镇泾、杭锦旗等地区相较,断裂在平面上断续分布,呈现多走向分布,NW和ENE向断裂较为发育,断层连续性较差,断裂活动较弱,断距不明显。该区断裂形成是由于盆地腹地与周缘强烈应变区的距离较远且受到多方向构造应力的共同作用。
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综上所述,鄂尔多斯盆地内部断裂的形成与活动受到周缘构造应力作用的控制。盆地内部断裂与周缘断裂形成于统一应力场背景下。越靠近盆地边缘,受周缘构造应力的影响越强烈,断裂强度越大;越靠近盆地腹部,应力越弱,受到盆缘的影响则越小。但盆内断裂整体表现出走滑性质,这是由稳定块体内部断裂变形的独特性决定的,与这些断裂仍处于低应力状态下、发育的较初始阶段有关(黄雷等,2022)。
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4 鄂尔多斯盆地走滑断裂油气效应
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断裂常作为油气运移的重要通道,或具有封闭性质的断层封堵油气(刘华,2021;于英华,2021)。勘探实践表明,鄂尔多斯盆地内断层大多规模较小、活动性较弱,其对油气的重要贡献主要表现在断层及相关裂缝改善储集物性或直接形成储集空间(何发岐等,2020),体现了鄂尔多斯盆地内部断裂的独特性。
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在中生代碎屑岩储层中,由于致密砂岩地层的脆性,断裂及其伴生的局部脆性破碎带易形成裂缝体。晚三叠世强烈构造应力导致在盆地内部南部地区三叠系中形成了大量断层及伴生裂缝,成为致密低渗储层重要的储集空间和成藏渗流通道,在断裂近距离沟通源岩情况下,油气可沿断裂垂向或侧向运移进入这些以断层为主干,伴生裂缝为延伸的断缝体。断层的弱活动性导致其对泥岩等盖层封堵能力几乎不影响,从而形成了以裂缝改造型储集空间为主的“断缝体油藏”。通过对镇泾地区下三叠统延长组油气井产能统计表明,油井钻遇裂缝条数越多,裂缝带宽度越大,控制的破碎带储量越大,油井初产、累产越高。勘探及前人研究结果显示走滑断裂形成的破碎带裂缝最为发育,是断缝体油藏的主要储集空间。
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图9 大牛地气田马三段(a、c)、马五段(b、d)底断裂分布图(研究区位置见图1)
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Fig.9 Fault interpretation in the bottom of O1m3 (a, c) and O1m5 (b, d) of Daniudi area (the location of the study area seeing in the Fig.1)
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(a)—O1m3底相干切片;(b)—O1m5底相干切片;(c)—O1m3底相干切片解释;(d)—O1m5底相干切片解释
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(a) —coherence slices in the bottom of O1m3; (b) —coherence slices in the bottom of O1m5; (c) —faults inpretation in the bottom of O1m3; (d) —faults inpretation in the bottom of O1m5
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在下古生界的大套碳酸盐岩中,易沿走滑断裂在碳酸盐岩地层中形成溶蚀型储集空间,油气充注后形成“断溶体油气藏”(图11),该模式在塔里木盆地已得到大量实例验证(Wang Ziyi,2020)。大牛地气田储集体系岩溶储层与走滑断裂相关裂缝带形成的组合体,岩溶作用增加了储层空间,而断裂作用极大地连通了烃源岩与储集体。该气田近三十年的稳产和增产数据,也表明断层和裂缝极大地扩大了油气赋存的范围。
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值得注意的是,正是由于鄂尔多斯盆地内部断裂的弱活动性及表现出的垂向结构不连续性的特征,导致了古生界含油气系统和中生界含油气系统的独立性,致使古生界的天然气未运移至中生界中,这也是该类断层特殊控藏效应的重要表现。
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5 结论
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(1)鄂尔多斯盆地内部广泛发育走滑性质断裂,具有高倾角、小滑移距、隐蔽性强的共同特征。盆地内,主要发育ENE向、NW向、S-N向和近E-W向等几组断裂。在盆地的不同区域断裂体系特征存在差异,北部杭锦旗地区优势走向断裂近E-W向,南部彬长区块ENE向断裂活动强度最大,为优势断裂;西南部镇泾区块NW向断裂为优势断裂,晚期ENE向活动强烈。盆地腹地的大牛地断裂走向较为杂乱,马三段上部中断裂更为繁多复杂。
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图10 大牛地气田典型断裂剖面特征
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Fig.10 Typical section across main fault in Daniudi area
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图11 鄂尔多斯盆地断裂控藏模式图
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Fig.11 Mode of fault-controlled oil-gas reservoirs in the Ordos basin
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(2)鄂尔多斯盆地北部的杭锦旗地区、南部的彬长地区及西南部的镇泾地区的盆内断裂都表现出与盆缘断裂相似的运动特征及统一的应力场背景。盆地腹地大牛地地区,由于远离周缘强烈应变区及受到多方向构造应力的影响,断裂杂乱且强度较弱。这种盆内断裂与盆缘断裂的响应关系指示出盆地内部断裂的形成与运动仍受到盆地周缘构造应力的控制。
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(3)断层油气效应以形成中生界致密碎屑岩断缝体油藏和古生界碳酸盐岩断溶体油藏为重要表现。同时断层的垂向结构不连续性导致了古生界含油气系统和中生界含油气系统具有独立性的鲜明特色。
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参考文献
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Cheng Liangbing, Qu Chunxia, Gou Yongjun, He Youan, Wang Jin, Wang Fang. 2012. Fault characteristics of Chang 9 reservoir and its impact on reservoir in Jiyuan oilfield. Lithologic Reservoirs, 24(5): 50~54 (in Chinese with English abstract).
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Deng Xiuqin, Luo Anxiang, Liu Xin. 2013. Event sedimentary and tectonic-sedimentary coupling characteristics of Ordos basin in Indosinian period. Abstract of the 14th Annual Conference of China Society of Mineral Geochemistry, 86~87(in Chinese with English abstract).
-
Dong Yunpeng, Li Wei, Zhang Feifei, Sun Jiaopeng, He Dengfeng. 2021. Formation and evolution of Helan Mountain in the northern section of north-south structural belt. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 51(6): 951~968(in Chinese with English abstract).
-
He Dengfa, Bao Hongping, Kai Baize, Wei Liubin, Xu Yanhua, Ma Jinghui, Cheng Xiang. 2021. Stages and characteristics of key structural changes in Ordos basin and its adjacent areas. Journal of Petroleum, 42(10): 1255~1269(in Chinese with English abstract).
-
He Faqi, Liang Chengchun, Lu Cheng, Yuan Chunyan, Li Xiaowei. 2020. Identification and description of fault-fracture bodies in tight and low permeability reservoirs in transitional zone at the south margin of Ordos basin. Oil & Gas Geology, 41(4): 710~718(in Chinese with English abstract).
-
Li Sanzhong, Li Xiyao, Wang Guangzeng, Liu Yiming, Wang Zecheng, Wang Tongshan, Cao Xianzhi, Guo Xiaoyu, Somerville I, Li Yang, Zhou Jie, Dai Liming, Jiang Suhua, Zhao Hao, Wang Yu, Wang Gang, Yu Shan. 2019. Global Meso-Neoproterozoic plate reconstruction and formation mechanism for Precambrian basins: Constraints from three cratons in China. Earth-Science Reviews, 198: 102946.
-
Li Wenhou, Zhang Qian, Chen Qiang, Li Keyong, Guo Yanqin, Yuan Zhen, Ma Yao, Li Zhaoyu, Bai Jinli, Yang Bo. 2020. Early Paleozoic sedimentary evolution in Ordos basin and its surrounding areas. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 50(3): 456~479(in Chinese with English abstract).
-
Li Wenhou, Zhang Qian, Li Keyong, Chen Qiang, Guo Yanqin, Ma Yao, Feng Juanping, Zhang Daofeng. 2021. Late Paleozoic sedimentary evolution in Ordos basin and its surrounding areas. Journal of Paleogeography, 23(1): 39~52(in Chinese with English abstract).
-
Liu Chiyang, Zhao Hongge, Gui Xiaojun, Yue Leping, Zhao Junfeng, Wang Jianqiang. 2006. Spatial-temporal coordinates of the evolution-reformation of the Ordos basin and its response to mineralization. Geological Journal, (5): 617~638(in Chinese with English abstract).
-
Liu Chiyang, Zhao Hongge, Wang Feng, Chen Hong. 2005. Mesozoic structural attributes of the western margin (part) of ordos basin. Geological Journal, (6): 737~747(in Chinese with English abstract).
-
Liu Chiyang, Zhao Hongge, Zhang Shen, Wang Jianqiang. 2009. A turning point in the evolution of the Qinghai-Tibet-Himalayan tectonic domain. Geoscience Frontier, 16(4): 1~12(in Chinese with English abstract).
-
Liu Chun, Chen Shijia, Zhao Jilong, Chen Ge, Gao Qiao. 2021. Meso-Cenozoic hydrocarbon migration and transportation system and migration and accumulation simulation in the southern slope zone of Kuqa foreland basin, Natural Gas Earth Sciences, 32(10): 1450~1462(in Chinese with English abstract).
-
Liu Hua, Zhao Shan, Liang Shuyi, Guo Qintao, Zhu Yongying, Han Xiao. 2021. Oil and gas migration and accumulation model of Es3 in slope zone of Chezhen Sag. Journal of China University of Petroleum (Natural Science Edition), 45(5): 42~53(in Chinese with English abstract).
-
Liu Xiaopeng, Zhao Huitao, Yan Xiaoxiong, Jia Yanni. 2019. Geological characteristics of tight gas accumulation in craton basin and optimization of exploration targets—Taking the Upper Paleozoic in Ordos basin as an example. Natural Gas Geosciences, 30(3): 331~343(in Chinese with English abstract).
-
Liu Yongtao, Zhou Yijun, Liu Chiyang, Dai Shuang, Zhao Hongge. 2020. Structural characteristics of subtle strike-slip fault zones in Ordos basin and their petroleum geological significance. Geological Review, 66 (S1): 90~92(in Chinese with English abstract).
-
Meng Qingren, Wu Guoli, Fan Longgang, Wei Honghong. 2019. Tectonic evolution of early Mesozoic sedimentary basins in the North China block. Earth-Science Reviews, 190: 416~438.
-
Wan Tianfeng. 2020. On the Liupanshan-Helanshan collision belt. Geotectonics and Metallogenics, 44(5): 845~851(in Chinese with English abstract).
-
Wang Chengshan, Dai Jingen, Zhao Xixi, Li Yalin, Graham S A, He Dengfa, Ran Bo, Meng Jun. 2014. Outward-growth of the Tibetan Plateau during the Cenozoic: A review. Tectonophysics, 621: 1~43.
-
Wang Wei, Fan Rui, Li Chengyin, Qu Dapeng, Zhang Lamei, Su Kelu. 2021. Favorable exploration targets and prediction techniques for ‘faulted fracture’ gas reservoirs of Xujiahe Formation in northeastern Sichuan. Petroleum and Gas Geology, 42 (4): 992~1001(in Chinese with English abstract).
-
Wang Ziyi, Gao Zhiqian, Fan Tailiang, Shang Yaxin, Qi Lixin, Yun Lu. 2020. Structural characterization and hydrocarbon prediction for the SB5M strike-slip fault zone in the Shuntuo low uplift, Tarim basin. Marine and Petroleum Geology, 117: 104418.
-
Xiong Weidong, Xiao Ancheng, Wei Guoqi, Wu Lei, Zhang Chunlin, Wang Yiping, Yang Liuyun, Wang Qianqian. 2022. Cambrian synsedimentary extensional fault system and its genetic mechanism in the southern margin of the Ordos basin. Geological Frontier, 29(6): 305~313(in Chinese with English abstract).
-
Xu Litao, Shi Wanzhong, Wu Rui, Wang Ren, Xu Qinghai, Zhang Xiaoming. 2022. Segmental evolution characteristics of Jianghaizi fault and its control on Taiyuan-Shanxi Formation. Oil Geophysical Exploration, 55(4): 884~891+704~705(in Chinese with English abstract).
-
Yan Jinpeng, Lyu Yujie. 2009. Analysis of fault structure characteristics and hydrocarbon accumulation in Shanxi area of Mahuang. Petroleum Geology and Engineering, 23(5): 15~17(in Chinese with English abstract).
-
Yang Hua, Xi Shengli, Wei Xinshan, Li Zhenhong. 2006. Evolution of Ordos multi-cycle superimposed basin and natural gas enrichment. China Petroleum Exploration, (1): 17~24+6(in Chinese with English abstract).
-
Yang Lihua, Liu Chiyang, Dai Shuanghe, Zhou Yijun, Bi Mingbo, Liu Yongtao. 2021. Fault characteristics and petroleum geological significance of Gufengzhuang area, Ordos basin. Advances in Earth Science, 36(10): 1039~1051(in Chinese with English abstract).
-
Yang Minghui, Liu Chiyang, Zeng Peng, Bai Hua, Zhou Jin. 2012. The Late Triassic sedimentary basin prototype of the North China craton and the tectonic deformation pattern of early destruction. Geological Review, 58(1): 1~18(in Chinese with English abstract).
-
Yu Yinghua, Chen Da, Yuan Hongqi, Zhang Yaxiong, Cao Wenrui. 2021. F8 fault in Daliuquan area, Jizhong depression, Bohai Bay basin, the contribution of oil and gas transport capacity to hydrocarbon accumulation in different periods. Geological Review, 67 (5): 1478~1486(in Chinese with English abstract).
-
Zhai Mingguo, Hu Bo, Zhao Taiping, Peng Peng, Meng Qingren. 2015. Late Paleoproterozoic-Neoproterozoic multi-rifting events in the North China craton and their geological significance: A study advance and review. Tectonophysics, 662: 153~166.
-
Zhang Enhui, Shi Yaqin, Zhang Yi, Li Miao, Li Gaoyang, Pei Gendi, Wang Wanhe. 2021. Distribution and structural characteristics of the hidden section of the Taochuan-Huxian fault in the Weihe basin. Seismogeology, 43 (6): 1485~1506(in Chinese with English abstract).
-
Zhang Jin, Qu Junfeng, Zhang Beihang, Zhao Heng, Niu Pengfei, Zhao Shuo, Hui Jie, Yun Long, Nie Fengjun, Wang Yannan. 2020. Mesozoic intraplate deformation of the central North China Craton: Mechanism and tectonic setting. Journal of Asian Earth Sciences, 192: 104269.
-
Zhang Yongqi, Han Meitao, Zheng Zengji, Cao Jianping. 2021. Characteristics of gravity change field source in the southern margin of Ordos. Seismomagnetic Observation and Research, 42 (3): 84~96(in Chinese with English abstract).
-
Zhang Yuanyuan, Ren Zhanli, He Faqi, Cui Junping, Yang Guilin, Wang Kun, Ji Yuanyuan. 2020. Mesozoic-cenozoic structural characteristics and its controlling significance in the structural transition zone of craton basin—Taking the Yanchang Formation in Zhenjing area, southwestern Ordos basin as an example. Acta Petrologica Sinica, 36(11): 3537~3549(in Chinese with English abstract).
-
Zhao Chongyuan, Guo Zhongming, Hui Binyao. 1984. Hetao arcuate structural system and its formation and evolution mechanism. Petroleum and Natural Gas Geology, (4): 349~361(in Chinese with English abstract).
-
Zhao Guochun. 2009. Metamorphism evolution of main structural units of North China craton basement and discussion on some problems. Acta Petrologica Sinica, 25(8): 1772~1792(in Chinese with English abstract).
-
Zhao Hongge, Liu Chiyang, Wang Feng, Wang Jianqiang. 2006. Structural division and its characteristics in west margin of Ordos basin. Petroleum and Gas Geology, (2): 173~179(in Chinese with English abstract).
-
Zhao Junfeng, Liu Chiyang, Yu Lin, Liang Jiwei, Huang Lei. 2006. Characteristics of the Middle Jurassic Zhiluo-Anqi sedimentary structures in Ordos basin. Petroleum and Gas Geology, (2): 159~166(in Chinese with English abstract).
-
Zhao Zhenyu, Guo Yanru, Wang Yan, Lin Dongjuan. 2012. Study progress in tectonic evolution and paleogeography of Ordos basin. Special Oil and Gas Reservoirs, 19(5): 15~20(in Chinese with English abstract).
-
成良丙, 曲春霞, 苟永俊, 何右安, 王进, 王芳. 2012. 姬塬油田长9油藏断层特征及对油藏的影响. 岩性油气藏, 24(5): 50~54.
-
邓秀芹, 罗安湘, 刘鑫. 2013. 印支期鄂尔多斯盆地事件沉积及构造-沉积耦合特征. 中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑, 86~87.
-
董云鹏, 李玮, 张菲菲, 孙娇鹏, 何登峰. 2021. 南北构造带北段贺兰山的形成与演化. 西北大学学报(自然科学版), 51(6): 951~968.
-
何登发, 包洪平, 开百泽, 魏柳斌, 许艳华, 马静辉, 成祥. 2021. 鄂尔多斯盆地及其邻区关键构造变革期次及其特征. 石油学报, 42(10): 1255~1269.
-
何发岐, 梁承春, 陆骋, 袁春艳, 黎小伟. 2020. 鄂尔多斯盆地南缘过渡带致密-低渗油藏断缝体的识别与描述, 石油与天然气地质, 41(4): 710~718.
-
黄雷, 刘池洋, 何发岐贾会冲, 周义军, 王朝, 王建强, 刘永涛, 李鑫. 2022. 克拉通盆地内断裂走滑变形特征. 西北大学学报: 自然科学版, 52(6): 930~942.
-
李天斌. 2006鄂尔多斯盆地西缘逆冲推覆构造特征及演化. 中国地质大学(北京)博士学位论文.
-
李文厚, 张倩, 陈强, 李克永, 郭艳琴, 袁珍, 马瑶, 李兆雨, 白金莉, 杨博. 2020. 鄂尔多斯盆地及周缘地区早古生代沉积演化. 西北大学学报(自然科学版), 50(3): 456~479.
-
李文厚, 张倩, 李克永, 陈强, 郭艳琴, 马瑶, 冯娟萍, 张道锋. 2021. 鄂尔多斯盆地及周缘地区晚古生代沉积演化. 古地理学报, 23(1): 39~52.
-
刘池洋, 赵红格, 王锋, 陈洪. 2005. 鄂尔多斯盆地西缘(部)中生代构造属性. 地质学报, (6): 737~747.
-
刘池洋, 赵红格, 桂小军, 岳乐平, 赵俊峰, 王建强. 2006. 鄂尔多斯盆地演化-改造的时空坐标及其成藏矿响应. 地质学报, (5): 617~638.
-
刘池洋, 赵红格, 张参, 王建强. 2009. 青藏-喜马拉雅构造域演化的转折时期. 地学前缘, 16(4): 1~12.
-
刘春, 陈世加, 赵继龙, 陈戈, 高乔. 2021. 库车前陆盆地南部斜坡带中—新生界油气运移输导体系与运聚模拟. 天然气地球科学, 32(10): 1450~1462.
-
刘华, 赵珊, 梁书义, 郭勤涛, 祝永英, 韩晓. 2021. 车镇凹陷斜坡带沙三段油气运聚与成藏模式. 中国石油大学学报(自然科学版), 45(5): 42~53.
-
刘晓鹏, 赵会涛, 闫小雄, 贾亚妮. 2019. 克拉通盆地致密气成藏地质特征与勘探目标优选——以鄂尔多斯盆地上古生界为例. 天然气地球科学, 30(3): 331~343.
-
刘永涛, 周义军, 刘池洋, 代双和, 赵红格. 2020. 鄂尔多斯盆地隐蔽型走滑断裂带构造特征及其油气地质意义. 地质论评, 66(S1): 90~92.
-
王威, 凡睿, 黎承银, 屈大鹏, 张腊梅, 苏克露. 2021川东北地区须家河组"断缝体"气藏有利勘探目标和预测技术. 石油与天然气地质, 42(4): 992~1001.
-
王伟涛. 2011. 宁夏南部新生代盆地沉积演化及其对青藏高原东北角构造变形的响应. 中国地震局地质研究所博士学位论文.
-
万天丰. 2020. 论六盘山-贺兰山碰撞带. 大地构造与成矿学, 44(5): 845~851.
-
熊伟东, 肖安成, 魏国齐, 吴磊, 张春林, 王依平, 杨流昀, 王芊芊. 2022. 鄂尔多斯盆地南缘寒武纪同沉积伸展断裂系统及其成因机制分析. 地学前缘, 29(6): 305~313.
-
徐恒艺. 2018. 鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区中生代构造特征与构造演化研究. 中国石油大学(北京)硕士学位论文.
-
徐立涛, 石万忠, 吴睿, 王任, 徐清海, 张晓明. 2022. 泊尔江海子断层分段演化特征及其对太原—山西组的控制作用. 石油地球物理勘探, 55(4): 884~891+704~705.
-
胥旺, 邓虎成, 雷涛, 伏美燕, 何建华, 吴冬, 王瑕, 兰浩翔. 2023. 鄂尔多斯盆地东北部大牛地气田马家沟组不同性质断裂对表生岩溶的控制作用. 天然气地球科学, 34(3): 431~444.
-
杨华, 席胜利, 魏新善, 李振宏. 2006. 鄂尔多斯多旋回叠合盆地演化与天然气富集. 中国石油勘探, (1): 17~24+6.
-
闫金鹏, 吕玉杰. 2009. 麻黄山西区断裂构造特征分析及油气成藏. 石油地质与工程, 23(5): 15~17.
-
杨丽华, 刘池洋, 代双和, 周义军, 毕明波, 刘永涛. 2021. 鄂尔多斯盆地古峰庄地区断裂特征及油气地质意义. 地球科学进展, 36(10): 1039~1051.
-
杨明慧, 刘池洋, 曾鹏, 白桦, 周进. 2012. 华北克拉通晚三叠世沉积盆地原型与破坏早期构造变形格局. 地质论评, 58(1): 1~18.
-
于英华, 陈达, 袁红旗, 张亚雄, 曹文瑞. 2021. 渤海湾盆地冀中坳陷大柳泉地区f8断裂不同时期输导油气能力对油气成藏贡献. 地质论评, 67(5): 1478~1486.
-
张恩会, 师亚芹, 张艺, 李苗, 李高阳, 裴跟弟, 王万合. 2021. 桃川-户县断裂渭河盆地隐伏段的展布与结构特征. 地震地质, 43(6): 1485~1506.
-
张永奇, 韩美涛, 郑增记, 曹建平. 2021. 鄂尔多斯南缘地区重力变化场源特征. 地震地磁观测与研究, 42(3): 84~96.
-
张园园, 任战利, 何发岐, 崔军平, 杨桂林, 王琨, 吉园园. 2020. 克拉通盆地构造转折区中新生界构造特征及其控藏意义——以鄂尔多斯盆地西南部镇泾地区延长组为例. 岩石学报, 36(11): 3537~3549.
-
赵重远, 郭忠铭, 惠斌耀. 1984. 河套弧形构造体系及其形成和演化机制. 石油与天然气地质, (4): 349~361.
-
赵国春. 2009. 华北克拉通基底主要构造单元变质作用演化及其若干问题讨论. 岩石学报, 25(8): 1772~1792.
-
赵红格, 刘池洋, 王峰, 王建强. 2006. 鄂尔多斯盆地西缘构造分区及其特征. 石油与天然气地质, (2): 173~179.
-
赵俊峰, 刘池洋, 喻林, 梁积伟, 黄雷. 2006. 鄂尔多斯盆地中侏罗世直罗—安定期沉积构造特征. 石油与天然气地质, (2): 159~166.
-
赵振宇, 郭彦如, 王艳, 林冬娟. 2012. 鄂尔多斯盆地构造演化及古地理特征研究进展. 特种油气藏, 19(5): 15~20.
-
摘要
鄂尔多斯盆地是中国最稳定的克拉通盆地,其内部被认为极少断层发育。近年的三维地震解释中发现在该盆地内有大量小尺度断层发育,这为盆地内部构造特征和油气勘探带来极大的认识转变。然而,这些新发现断层的几何、运动特征及成因机制仍不清晰,其对油气富集的控制机理尚不明确。本研究通过三维地震资料对发育于盆内不同构造单元的此类断裂特征进行对比研究,发现鄂尔多斯盆地内部主要发育ENE、NW、N-S和近E-W向4组断裂。各断层具有高倾角、小滑移距、隐蔽性强的共同特征,且均表现出走滑性质。但在盆地的不同区域断层的优势走向存在差异,北部断裂近E-W向,南部断裂以NE向为主,西南部NW向断裂为优势走向,盆地腹部断裂多走向、断续发育。通过对比发现盆内断裂与盆缘断裂的几何和运动学特征具有较大差异,但盆地内部断裂与周缘断裂具有相同的动力学背景,其形成与演化受到盆地周缘构造应力作用的控制。靠近盆地外缘形成的断裂在应力场性质上与邻近的周缘应力场相仿;盆地腹地地区,由于远离周缘强烈应变区及受到多方向构造应力的影响,断裂走向复杂且活动强度较弱。鄂尔多斯盆内断层及派生裂缝形成特殊的储层甜点区,在中生界碎屑岩中主要表现为断缝体油气藏,而在下古生界碳酸盐岩中主要表现为断溶体油气藏。由于断层几何结构垂向的不连续性导致盆地上、下含油气系统表现出独立性。
Abstract
The Ordos basin has long been considered a stable block with few faults within its interior. However, recent advancements in 3D seismic technology have revealed a significant number of small-scale faults within the basin, challenging previous assumptions about its structural characteristics and influencing the direction of the oil and gas exploration. Despite these discoveries, the geometry, kinematics characteristics, and genetic mechanism of these faults remain unresolved, and the factors controlling the accumulation of oil and gas in relation to these faults are still unclear. In this study, we aim to compare the characteristics of strike-slip faults developed in different units of the Ordos basin and analyze their impact on hydrocarbon accumulation. The observed faults in the Ordos basin exhibits various trends, including ENE, NW, N-S, and E-W. These faults share common features such as sub-vertical dip angle, small slip distance, and concealment. Furthermore, all of these faults show the nature of strike-slip characteristics. However, the dominant strike direction of faults varies across different regions of the basin, which is nearly E-W-trending in the north, ENE-trending in the south, the NW-trending in the southwest, and multi-direction strikes of faults were exhibited in the interior of the basin. The formation and evolution of these intrabasinal faults are controlled by the tectonic stress surrounding the basin, with faults in periphery forming under similar stress conditions and the stress strength being weaker within the interior of the basin. Due to the discontinuity structure style of faults in the Ordos basin, the upper and lower petroleum systems are independent of each other. The Mesozoic internal primarily consists of fault-fracture volume in clastic reservoirs, while the Lower Paleozoic interval comprises fault-karst volume in carbonate reservoirs. The assemblage of faults and associated fractures within the interior of the Ordos basin represents unique reservoir sweet spots.
Keywords
Ordos basin ; strike-slip faults ; tectonic stress ; fault-fracture reservoir