时间：2022-07-30 06:02:44
摘 要：由于黄土塬二维地震静校正问题造成假构造现象，长期以来认为鄂尔多斯盆地中生界不发育断层。利用二维地震剖面层拉平和横向压缩技术，发现多个断距小且大多近于直立的断裂，经过断层组合，确认北东向断层的存在，并认为发育北东向断裂带。该北东向断层可能是基底断裂在燕山期右旋扭动应力场作用下重新活动并在中生界产生的撕裂断层，很可能在全盆地中都有发育。通过断层展布与油藏分布的叠合对比，显示出中生界油藏分布与断层位置有关，该断层可能是油气成藏的重要运移通道。进一步推论认为，中生界高陡断裂带的分布对中生界油气藏形成和分布起着重要的控制作用。
关键词：断层；基底断裂；燕山运动；运移通道；油气分布；中生界；鄂尔多斯盆地
中图分类号：P618.130.2；TE121 文献标志码：A
Discovery of the Mesozoic Fault and Its Implication on the
Hydrocarbon Accumulation in Ordos Basin
LIU Zhen， YAO Xing， HU Xiaodan， XIA Lu， WANG Jing
（State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）
Abstract： Because of the fake tectonic phenomenon caused by static correction of 2D seismic in loess tableland， it is believed that there is no fault in Mesozoic of Ordos Basin for a long time. Based on the layer leveled and lateral compression in 2D seismic profile， multiple faults with small slip were discovered， and most of them were nearly vertical； NEtrending fault existed， and the fault zone developed after the combination of faults. The NEtrending faults might be Mesozoic tear faults which formed when basement faults reacted under the condition of right lateral wrench movement in Yanshanian， and they might develop in allbasin scale. By the superimposed contrast of the distributions of fault and reservoir， the relationship between the distribution of reservoir and the position of fault was significant， and the fault might be important migration pathway for hydrocarbon accumulation. Further deduction believed that the distribution of high plugging fault zone played an important controlling role on the development and distribution of reservoir in Mesozoic. The discovery of faults had vital significance on the prediction of basin Cenozoic tectonic evolution and reservoir distribution.
Key words： fault； basement fault； Yanshan movement； migration pathway； reservoir distribution； Mesozoic； Ordos Basin
0 引 言
鄂尔多斯盆地构造稳定，且具有持续沉降、整体抬升、坡降宽缓、褶皱微弱等地质特征，通常在盆地内较少发育大型活动性断裂体系，由此决定了渗透性砂体和不整合面运移形式是研究区最主要的油气运移通道。长7段生成的石油主要通过覆于烃源岩之上的长6段、长4+5段的三角洲前缘砂体，以“爬楼梯”方式逐层运移，到长2段三角洲平原分流河道砂体，甚至侏罗系砂体 。一般认为，鄂尔多斯盆地西南部地区侏罗系油藏的输导体系可能以不整合砂体为主。侏罗系底部的河床相复合砂体和三叠系顶部不整合面，共同构成侏罗系石油运移的主干通道，油气主要富集在侏罗系古河道及不整合面附近。
另一种观点认为，中生界油气聚集的实质是垂向运移和侧向运移的结果。盆地内广泛发育北东向、北西向、近南北向及近东西向数十条断裂及相关裂缝，它不仅控制着古地貌，而且为油气沿这些断裂（缝）垂向或侧向运移提供通道 。众所周知，侏罗系延安组油源来自其下伏的三叠系延长组，而且侏罗系延长组储层内石油的侧向运移受到极度限制，因此沟通下伏烃源岩的垂向运移通道也就成为控制侏罗系延安组油气平面分布的最主要地质因素。
以上2种观点长期存在的原因在于黄土塬二维地震因静校正效果不佳引起地震反射界面产状的畸变 ，出现大量假的构造起伏，使得研究人员不能正常使用二维地震剖面进行构造分析 ，盆地南部的构造图主要是根据井孔资料编制。不幸的是，人们习惯性认为黄土塬的二维地震不能进行断层分析。
归纳前人关于鄂尔多斯盆地断层分布的研究成果，存在的主要问题有2点：一是中生界由于断距小和断层陡，钻井难以发现断层；二是盆地南部地震资料静校正效果不佳，反射界面产状失真，使得断层识别受到影响，以致大家不敢用二维地震解释断层。笔者2007年利用二维地震层拉平和横向比例压缩技术发现了多个断裂带，这不仅关系到印支期以后盆地构造演化特征分析，而且为成藏研究提供了新的重要线索。
1 地质概况
鄂尔多斯盆地构造形态总体显示为东翼宽缓、西翼陡窄的不对称大向斜南北向矩形盆地。盆地边缘断裂褶皱较发育，盆地内部构造相对简单，地层平缓，一般不足1°，缺乏二级构造单元，三级构造多表现为鼻状褶皱，很少见幅度较大、圈闭较好的背斜构造发育（图1）。自中生代以来，该盆地长期稳定发展，后期构造变动微弱，构造圈闭不发育，主要以岩性油气藏为主。研究区西南部属黄土塬地貌，地形高差数米至数百米，大致呈西高东低特征，海拔1 050～1 400 m。其构造形变主要受控于加里东期和燕山期2次构造运动，现今构造格局主要受控于燕山期盆地西缘和南缘逆冲推覆构造，具有构造变形南强北弱、深浅层构造差异的特点 。
引自文献
图1 鄂尔多斯盆地构造单元
Fig.1 Tectonic Units of Ordos Basin
上三叠统延长组是鄂尔多斯盆地西南部的主要含油层位，其岩石的孔隙度一般为10%左右，渗透率一般小于10×10-3 μm2，属于典型的低孔特低渗透砂岩储层。由于沉积、成岩和后期构造作用的影响，特低渗透储层非均质性严重，受岩性、层厚、构造及应力等因素影响的天然裂缝发育，它们控制了特低渗透储层的渗流系统。盆地周缘露头区、钻井取芯及测井资料表明延长组广泛存在裂缝。该区纵向多油层叠合，裂缝发育与石油富集具有密切联系，并在石油成藏中发挥了重要作用。因此，研究该区延长组致密储层的裂缝特征，分析其成因类型、探讨其在石油运聚中的作用，有助于分析该区油藏的成藏机理和认识油藏控制因素。
2 常规地震资料解释的局限性
二维地震勘探方法是利用人工方法产生地震波，地震波向下传播遇到界面产生反射信号，利用精密仪器在地面接收并对信号处理后，形成对地下构造和地层展布情况较直观的地震剖面图。二维地震要求炮点和检波点沿同一直线，在地下条件复杂的地区或地表难以进行二维地震勘探的地区，信号清晰度和分辨率大大降低，取得的数据不准确，地震资料品质差。
二维地震资料受地下地质条件影响较大，如遇到强反射界面多且地下构造复杂的情况，地震资料品质差，导致常规二维地震资料解释精度和效率都低，难以发现细微构造和地层特征，缺乏地质体的整体空间概念，在实际应用中复杂构造上的二维地震资料往往与钻井资料不符。随着石油勘探开发的不断深入，所面临的勘探对象越来越复杂，而断层形态和分布对某些油气田的形成起着决定性作用，复杂的地质构造使得地震资料静校正效果不佳，反射界面产状失真，传统的二维地震资料长期未能在勘探中得到应用。
鄂尔多斯盆地南部黄土塬区地表沟谷纵横，地貌复杂，高程变化剧烈，地表出露岩性复杂多变 。地震资料主要存在以下问题：地形起伏较大，低降速带厚度在横向上变化剧烈，速度极不稳定，表层结构异常复杂，存在着严重的静校正问题；表层巨厚的黄土层对地震波吸收严重，频率低，有效频带窄，子波一致性差；原始资料信噪比低，干扰波严重，主要有面波、折射波、折射多次波及次生干扰波 ，二维地震剖面构造形态不可信。以往研究中，普遍认为黄土塬的二维地震不能进行断层分析，然而构造形态失真不等于断层识别失效，经过层拉平和横向压缩等技术的处理同样可以较好地识别出断层。
3 利用地震层拉平和横向压缩技术识别断层
常规二维地震剖面构造解释失效的原因是静校正效果不好，地下假构造连片，如果拉平目的层之上的标志层，标志层之下的构造就大体接近真实产状。因盆地开阔，且黄土塬沿曲折沟谷布设的二维地震叠加效果偏差，信噪比较低，如果横向比例压缩，就能在视觉上突出地层的产状变化。
镇泾地区属于黄土塬地貌，常规的断层地震剖面识别现象不明显。在LL′常规二维地震剖面（图2）中，A点所在的逆冲断层断距较小，另外3条断层不明显。选取标志层进行层拉平处理，B点处地层出现了错动，再将剖面进行压缩，B点断点显示更清楚，断层变得比较容易识别。
图2 镇泾地区地震剖面LL′断层识别
Fig.2 Fault Identification of Seismic Profile LL′ in Zhenjing Area
图3为镇泾地区中的一条弯线地震剖面MM′，在正常二维地震剖面中，A、B点处地层比较平缓，断点均不清楚，经过层拉平处理之后，剖面上A、B点处均出现了比较明显的断点，可识别出断层。再对剖面进行压缩，断距更加明显，可以清楚地看到断层。
图3 镇泾地区MM′测线地震剖面断层识别
Fig.3 Fault Identification of Seismic Profile MM′ in Zhenjing Area
图4 西峰地区NN′测线地震剖面断层识别
Fig.4 Fault Identification of Seismic Profile NN′ in Xifeng Area
西峰地区地震剖面NN′同样属于黄土塬地貌，在常规二维地震资料剖面（图4）中， A、B点处地层比较平缓，显示断点不清楚，基本看不出错动，通过对标志层层拉平之后，A、B点处地层出现错动，可以识别出断点。再对地震剖面进行压缩，断距更加明显，消除了后期构造活动及平面上黄土塬起伏的影响，断层更容易识别。
4 断层发育特征
4.1 盆地基底断裂特征
鄂尔多斯盆地内部存在大量规模不等的基底断裂。根据航磁、重力、地球化学场等多种资料综合分析，在盆地内部及其周缘均发现有不同规模的（隐伏）基底断裂，并具有明显的分区特征。其中，盆地北部地区，主要以东西向断裂为主，而盆地中南部，则发育大规模的北东向及其相伴生的北西向断裂，南北向断裂位于盆地东西两侧，控制着盆地的东西边界（图5）。盆地构造的发生、发展主要受北东向和东西向（或北东东向）断裂的控制，北西向断裂也具有一定的控制作用。
引自文献
图5 鄂尔多斯盆地基底断裂分布
Fig.5 Distribution of Basement Faults in Ordos Basin
4.2 中生代构造应力场背景
前人通过盆地周边出露地层的构造节理以及中小型构造的解析，对盆地中新生代构造应力场进行了系统研究，得出了延长组储层裂缝体系是在盆地中生代不同期次构造应力场的背景下形成的。梁晓伟等提出研究区处于盆地北东向基底断裂控制范围之内，基底断裂在中生代以来的“隐性”活动对延长组砂层中裂缝的产生具有控制作用，同时受盆地局部边界条件和不同块体性质不均一的影响，不同地区构造应力场存在一定差异。
侏罗纪末期，鄂尔多斯盆地受到北西西—南东东向水平构造挤压和第二次构造热事件。在构造挤压和深埋藏作用引起的应力作用下，盆地形成了延长组早期的东西向和北西—南东向2组共轭剪切裂缝，但在盆地西南部地区的沉积体系，沉积和成岩作用造成不同方向的岩石力学性质非均质性，使2组共轭剪切裂缝的发育程度不一致，并抑制了共轭剪切裂缝系中东西向裂缝的发育程度，使北西—南东向裂缝发育。
白垩纪末期—古近纪，鄂尔多斯盆地受到北北东—南南西向水平构造挤压和第三次构造热事件，并造成了600～3 200 m厚度的地层剥蚀。在构造挤压和抬升剥蚀作用引起的应力作用下，盆地形成了延长组晚期的南北向和北东—南西向2组共轭剪切裂缝，盆地西南部地区强烈的岩层非均质性抑制了2组共轭剪切裂缝系中南北向裂缝的发育程度，使北东—南西向裂缝发育。
4.3 断层特征
4.3.1 剖面特征
西峰和镇泾地区属于黄土塬地貌，常规的断层地震剖面识别现象不明显，在经过层拉平和横向压缩技术等处理之后，可在剖面上清楚看到断层。在地震剖面识别的鄂尔多斯盆地西南部断裂具有以下特征：断距较小，大多数断裂的断距都比较小，只有极少数断距比较大；倾角很大，大多数断裂近似直立，向西靠近西缘逆冲带才出现倾斜的逆冲断层；纵向跨度大，多数断裂向下断达基底，向上断至地表或近地表，仅少数断层未断至近地表或烃源岩。
4.3.2 平面特征
燕山运动对于鄂尔多斯盆地中生界油气的生成、运移和成藏具有重要影响。燕山运动时期，鄂尔多斯盆地南缘处于北西—南东向左旋挤压的构造应力场环境中，由此产生的扭压性走滑断裂应与主应力方向成一定角度斜交，同时受北东—南西向基底断裂影响，可能形成北东—南西走向断裂。
图6 镇泾地区长8段顶面断层平面展布
Fig.6 Horizontal Distribution of Faults of Top Surface of Chang8 Section in Zhenjing Area
通过对地震剖面的分析与解释，在垂向上识别出了多条近垂向的断裂带。对比各个断裂带的断距、形态等特征，结合区域应力背景，对镇泾地区在多个层序界面上进行平面断裂带组合，发现大致存在3条主要的北东向断裂带（图6），周围发育一些小规模的次级断层，与燕山期整个构造环境吻合。其中，东侧2条断裂带的断距较大，而西侧的断裂带则只有一些扭断。这些断裂产状近垂向，多断穿延长组、延安组地层，并向深部或浅部延伸。
对西峰地区在延长组顶面上进行断层的平面组合（图7），发现西峰地区主要存在北东—南西向断裂，断裂系统整体走向为北东—南西向，在大断裂周围发育一些小规模的次级断层，总体上与燕山期整个构造环境吻合。其中，还解释出了几条非控藏断层，即断层没有发育到早白垩世中晚期，在成藏期前断裂就已经停止发育，对于延长组油气成藏未起运移作用。
图7 西峰地区延长组顶面断层平面展布
Fig.7 Horizontal Distribution of Faults of Top Surface of Yanchang Formation in Xifeng Area
4.4 断裂形成机理
三叠纪以来，鄂尔多斯盆地经历了不同方式的区域构造应力作用。印支运动期，华南板块与华北板块在三叠纪的碰撞对接产生了南北向挤压应力，古特提斯封闭产生了局部北东向挤压应力；燕山运动期，太平洋板块与欧亚板块间发生的左旋剪切在大华北盆地表现为南北向剪切挤压应力，派生的挤压应力为北西—南东向，且燕山期构造事件主要发生在燕山中晚期（150～85 Ma）；喜马拉雅运动期，印度洋板块与欧亚板块在第三纪的碰撞在鄂尔多斯盆地表现为北东向挤压。上述不同时期区域应力场作用在鄂尔多斯刚性地块上，除地块周缘构造变形强烈外， 地块内部构造运动“整体性强”（以旋转与扭动作用为主）、“构造活动分异小”（基底和盖层构造变形微弱）。旋转与扭动作用过程中，刚性强度不同的块体之间产生扭裂和走滑，使基底断裂重新活动，但并没有造成规模较大的断层落差以及盖层显著变形。
盆地内中生界断裂形成与基底断裂后期活动有关，基底断裂后期活动是印支运动以来鄂尔多斯刚性地块在多期区域构造应力场作用下发生整体性扭动与错位的结果。而基底断裂带为北东方向，且盆地内的构造裂缝总体也呈北东向展布。
5 讨 论
5.1 断层发育与输导作用
断裂作为油气运移的有效通道，必须具备2个条件：①能够沟通烃源岩和圈闭；②断裂在成藏期最好处于活动状态。因此，确定断裂的活动期对于确定其作为运移通道的有效性极为重要。
通过西峰地区断裂在地震剖面上各个断裂特征、截止地层年代以及断裂间的关系，确定出断裂活动可能的起止时间。这些断裂形成于燕山主活动期燕山中期或后期。根据断裂活动起止时间和作为油气运移通道的有效性，断裂可划分为3种类型：①断裂从早白垩统一直断穿延长组地层，可以沟通烃源岩层和储层，活动开始时间为中侏罗世后期或到早白垩世早期，活动截止时间为中晚白垩世，断裂在成藏期处于活动状态，可作为油气运移的有效通道；②断裂从中侏罗统一直断至延长组地层，虽然沟通烃源岩层和储层，但其活动在成藏期早白垩世早期之前就停止活动，不能成为油气运移的有效通道；③断裂活动中产生的次级断裂活动时间短，长度小，不能沟通烃源岩层和储层，不能作为油气运移的有效通道。
从西峰地区PP′剖面断层解释（图8）可以看出：断层F1活动至早白垩世早期；断层F2和F3活动至早白垩世中期；断层F4活动至早白垩世晚期。断层F1在成藏期早白垩世早期之前停止活动，故不能作为成藏期油气运移的有效通道；断层F2、F3和F4在成藏期是活动的，是有效通道。
图8 西峰地区PP′剖面断层解释
Fig.8 Fault Interpretation of Seismic Profile PP′ in Xifeng Area
5.2 断裂带与油气分布
鄂尔多斯盆地现今流体压力以常压或负压为特征。通过长7段成藏期古压力的恢复，说明长7段确实存在异常超压，可以为油气垂向运移提供动力。另外，断裂的存在为油气运移也提供了有效通道。因此，断裂的存在为油气在近源和远源烃源岩的圈闭成藏提供有利条件。通过断层与油藏分布图的叠合，得到鄂尔多斯盆地西南部断裂输导体系平面图。镇泾和西峰地区延长组已发现的三级储量大多分布在主要大型断裂带附近；小型断裂带附近发现的油藏较少（图9、10）。从图9、10可以看出，油藏主要分布在可作为有效运移通道的断裂带附近，说明断层是油气运移的重要通道，为油气成藏起到了重要的作用。盆地西南部地区存在的北东向断裂系统控制了油气运移，油藏沿着北东向展布。
6 结 语
（1）地震剖面解释是断层识别的重要证据。虽然该盆地西南部地区常规二维地震剖面显示效果较差，但通过对地震剖面进行层拉平和横向压缩技术等处理后，消除了黄土塬起伏的影响，识别出多条断距小但倾角很大的断层。
（2）在盆地西南部发现的北东向断层是基底断裂在印支运动以后重新活动并在中生界中形成的撕裂断层，该断层可能在整个盆地中都有发育。
（3）综合断层解释及形成期研究，发现断裂带的形成与燕山构造事件有关，断裂主要活动期为燕山中晚期，大部分断裂在成藏期（早白垩世晚期）处于活动状态，可以作为油气运移的重要通道。
图9 镇泾地区长8段顶面断裂与油藏分布关系
Fig.9 Relationship of Fault and Reservoir of Top Surface of Chang8 Section in Zhenjing Area
图10 西峰地区延长组顶界断裂分布与油藏关系
Fig.10 Relationship of Fault and Reservoir of Top Surface of Yanchang Formation in Xifeng Area
（4）鄂尔多斯盆地西南地区中生界存在的北东向断裂带对中生界油藏形成和分布可能有重要的控制作用，值得高度关注。
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