鄂爾多斯盆地西緣沙井子:平?jīng)龅貐^(qū)構(gòu)造樣式與形成機(jī)制

陳永振

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安710069)

鄂爾多斯西緣前陸沖斷帶油氣資源豐富，目前已在其前緣帶中發(fā)現(xiàn)了一系列油氣田(藏)。但位于西緣前陸沖斷構(gòu)造體系南段的沙井子—平?jīng)龅貐^(qū)，作為秦嶺、祁連、賀蘭三大活動構(gòu)造帶的構(gòu)造結(jié)點的重要組成部分，自早古生代以來先后經(jīng)歷了不同構(gòu)造階段、構(gòu)造體系的復(fù)合疊加，使得沙井子地區(qū)的現(xiàn)今構(gòu)造極為復(fù)雜。受特殊的地表與地下地質(zhì)條件的影響，該地區(qū)常規(guī)勘探技術(shù)的應(yīng)用受到很大限制。前人研究由于缺乏鉆井和高品質(zhì)地震資料的支持導(dǎo)致對于本地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識有很大差異。爭論焦點主要集中在沙井子地區(qū)的構(gòu)造是逆沖推覆體系還是高角度沖斷系統(tǒng)形成的原地基底隆起這一問題上，該問題直接影響著該區(qū)油氣勘探的有序進(jìn)行[1-15]。筆者傾向于后一種觀點，將其完善為基底滑脫型疊瓦狀單向沖斷構(gòu)造[16-21]，其主要依據(jù)來自收集的野外地質(zhì)資料、鉆井資料以及該地區(qū)的重磁資料等。對已勘探開發(fā)的老油區(qū)進(jìn)行重新檢驗已成為世界油氣工業(yè)發(fā)展的一種趨勢。隨著探井、三維地震等資料的大量增加，有必要重新認(rèn)識或修正原來的構(gòu)造模型，改良開發(fā)方案，提高油田采收率。研究構(gòu)造特征及構(gòu)造樣式有助于了解該地區(qū)的構(gòu)造分布規(guī)律和動力學(xué)背景，為正確解釋地震剖面提供必要的地質(zhì)模型[22-24]，并有助于認(rèn)識鄂爾多斯西緣南段油氣藏分布規(guī)律，提高油氣勘探效益。

1 構(gòu)造特征

1.1 斷裂特征

沙井子地區(qū)斷裂發(fā)育，貫穿研究區(qū)有四條區(qū)域性深大斷裂，自西向東依次為:青銅峽 -固原斷裂、韋州 -安國斷裂、青龍山-平?jīng)鰯嗔押突莅脖?沙井子斷裂。區(qū)內(nèi)斷裂具備如下基本特征:以斷面西傾的逆斷層為主，延伸長度200～250 km，斷層傾角20°～65°;區(qū)內(nèi)各斷裂在垂向上的逆沖作用強(qiáng)，出露地層以早古生界為主，部分地區(qū)出露更為古老的薊縣系和震旦系;本區(qū)的整體構(gòu)造呈現(xiàn)出由四條大型斷層呈疊瓦狀向東逆沖的格局，自西向東逆沖作用逐漸增強(qiáng)，且出露地層變老，屬燕山期基底滑脫型單向沖斷構(gòu)造作用的產(chǎn)物。

惠安堡-沙井子斷裂是沙井子地區(qū)最大的一條逆沖斷層，北起石溝驛北，經(jīng)惠安堡、甜水堡西至沙井子南消失，延伸長度240 km，走向自北向南由北北西漸向近南北向過渡，最終轉(zhuǎn)為北西向(楊華，2011)。受該斷裂的影響，區(qū)內(nèi)下古生界和中元古界呈高角度出露地表。

1.2 西傾單斜構(gòu)造

沙井子地區(qū)無論在構(gòu)造特征上，還是在展布上都具有規(guī)律性，第一，沙井子-平?jīng)龅貐^(qū)自東向西依次由薊縣系、寒武系、奧陶系或者單獨由奧陶系組成疊瓦狀西傾單斜構(gòu)造;第二，自西向東逆沖至地表的的地層逐漸變老。青龍山剖面、鹽池萌城鄉(xiāng)水泥廠剖面、石板溝剖面、毛井鄉(xiāng)陰石峽剖面、羅洼鄉(xiāng)上崖崾剖面、官亭鄉(xiāng)飬花臺剖面、彭陽店洼剖面以及蒿店剖面所觀察的薊縣系-奧陶系均以不同傾角產(chǎn)出，傾角40°～65°，部分呈現(xiàn)出傾角大于70°的高角度陡傾產(chǎn)狀(圖1)。

沙探1井鉆探證實，奧陶系、寒武系、震旦系、薊縣系地層傾角較陡，1 587.26～1 592.06 m薊縣系取芯測量出地層傾角為 45°，2 996.20～2 999.50 m 薊縣系取芯測量出地層傾角為67°(圖2)。根據(jù)鄂爾多斯西緣薊縣系厚度等值線分析沙探1井井區(qū)薊縣系真厚度應(yīng)在1 000 m左右(圖3)，沙探1井鉆遇薊縣系2 518 m，若不考慮地層傾角在縱向上的變化，認(rèn)為薊縣系地層在縱向上產(chǎn)狀相同，計算薊縣系地層傾角 66.5°。

1.3 地層分布及接觸關(guān)系

沙井子地區(qū)及鄰區(qū)的深沖溝中不同程度地發(fā)育著西傾的薊縣系、寒武系和奧陶系，主體呈現(xiàn)南北向帶狀展布。因受控于斷層作用，青龍山斷裂以東地區(qū)即該斷層下盤發(fā)育低傾角甚至水平產(chǎn)狀的中生代地層，未見前奧陶系地層出露;斷裂以西從青龍山經(jīng)蟠龍坡、陰石峽、黑山子到官廳飬花臺南北一線普遍見有薊縣系、寒武系和奧陶系呈傾角大于60°的西傾單斜形式產(chǎn)出。

圖1 沙井子-平?jīng)龅貐^(qū)薊縣系、奧陶系露頭產(chǎn)狀照片

圖2 沙探1井巖心樣品產(chǎn)狀

圖3 鄂爾多斯西緣薊縣系沉積厚度等值線圖

區(qū)域剖面資料表明，薊縣系、寒武系和奧陶系之間呈平行不整合接觸關(guān)系，陰石峽剖面可見完整剖面，每個不整合面均發(fā)育有風(fēng)化殼，白堊系與下伏不同時代地層呈角度不整合接觸關(guān)系。青龍山地區(qū)薊縣系以高角度沖斷形式逆沖與三疊系之上，其上被中新統(tǒng)和第四系以角度不整合覆蓋;向東觀察依次見第三系沖斷于侏羅系之上，侏羅系沖斷于近水平的白堊系之上。侏羅系與下伏不同和時代地層構(gòu)造變形一致，而與上覆平緩的白堊系呈角度不整合基礎(chǔ)關(guān)系，說明沙井子地區(qū)的沖斷活動主要發(fā)生在晚侏羅世末。

飬花臺區(qū)段、彭陽羅洼鄉(xiāng)銀洞子剖面以及平?jīng)鲠轻忌狡拭娴陌讏紫等龢蚪M礫巖中見有大量薊縣系硅質(zhì)條帶白云巖礫石;銀川三關(guān)口白堊系廟山湖組礫巖中多為奧陶系灰?guī)r礫石，說明鄂爾多斯西緣南段白堊系三橋組沉積前或沉積期薊縣系、寒武系、奧陶系已經(jīng)作為隆起帶的一部分出露地表，影響并控制著早白堊系的沉積。

崆峒山西麓剖面見有直立的奧陶系克里摩里組地層與東西兩側(cè)近水平的白堊系地層之間呈斷層接觸關(guān)系，該斷層主要形成于白堊系沉積之后。喜馬拉雅運動使晚侏羅世控制薊縣系、寒武系、奧陶系分布的逆斷層再次發(fā)生強(qiáng)烈活動，從而改造了形成于晚侏羅世末的西傾單斜沖斷構(gòu)造形態(tài)。

1.4 基底滑脫型沖斷構(gòu)造

現(xiàn)有鉆井資料已證實研究區(qū)隆起帶內(nèi)部斷續(xù)出現(xiàn)大量下古生界露頭，下古生界埋藏不深。地震剖面解釋顯示研究區(qū)隆起與其兩側(cè)的反射界面不能連續(xù)追蹤，這是由于下古生界在研究區(qū)隆起處突然變淺，前奧陶系的高速層已接近或出露地表而造成的，這與地質(zhì)露頭可較好對應(yīng)[25-30]。反映了主干斷層將下古生界逆沖出露至地表，沖斷特征明顯。

布格重力異常圖反映出的沖斷構(gòu)造為近南北向的重力高與重力低相間分布，剩余重力異常圖上該特征更加突出。沙探1井位于西渠與連家渠之間的重力異常高部位上，其南南東方向約8 km出露奧陶系，剩余重力資料能夠與地質(zhì)露頭及井區(qū)地質(zhì)情況很好對應(yīng)，地表與地下的隆坳結(jié)構(gòu)一致。從本區(qū)密度較高的前奧陶系露頭分布和鉆井資料證實，重力異常的變化正好反映了前奧陶系的起伏。沙探1井及鄰區(qū)的區(qū)域重力正異常也說明本區(qū)為一前奧陶系的隆起區(qū)。上延20 km及50 km布格重力異常圖上，原有的部分重力高帶反映不明顯，但作為原槽臺分界的青銅峽-固原斷裂仍然清晰。重力場水平方向倒數(shù)異常圖上南北向異常比較規(guī)整，異常延伸較長，反映本區(qū)南北向斷裂深度延伸長、規(guī)模大。

重力場小波分析用于場的分離，逼近異常反映低頻背景場，細(xì)節(jié)異常反映高頻局部場。階次越高反映的場源深度越大[31-33]。布格重力異常圖上顯示出的隴縣 -平?jīng)?-青龍山-吳忠這一連續(xù)的狹長重力高帶在五階小波逼近異常圖上已經(jīng)趨于消失，表明該構(gòu)造帶只存在于淺部一定深度范圍內(nèi)。四～六階小波細(xì)節(jié)異常圖上，隴縣 -平?jīng)?青龍山 -吳忠呈串珠狀重力高點連接而成的近南北向重力高帶仍然存在，顯示南北向異常突出。

航磁△T化極上延5 km異常圖上反映該區(qū)仍然保持區(qū)域上的基本構(gòu)造特征。航磁△T化極上延20 km異常圖上，環(huán)14井南和崇信縣的局部磁力高點已經(jīng)練成一片。磁場與重力場相比有明顯差異，重力場上的隴縣-平?jīng)?-青龍山-吳忠和總理高帶在磁場上沒有相應(yīng)顯示，反映該地區(qū)前寒武紀(jì)結(jié)晶基底與其上部的構(gòu)造-沉積體之間的不協(xié)調(diào)性。

沙井子地區(qū)淺層至深層斷裂反映未見弱化，南北向重力高帶與重力低帶相間排列，基底不再見有與上部地層相協(xié)調(diào)的沖斷特征，平板模式下的基底滑脫型的沖斷構(gòu)造樣式能夠更準(zhǔn)確地概括該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造組合樣式。這一構(gòu)造模式的形成過程為:沙井子地區(qū)中新元古界蓋層與太古 -古元古界基底之間存在一構(gòu)造薄弱面，在侏羅紀(jì)末燕山期的強(qiáng)大構(gòu)造作用力下，區(qū)內(nèi)原始相互平行疊置的中新元古界 -下古生界-上古生界順勢發(fā)生自西向東的單向沖斷構(gòu)造作用，由于基底和蓋層之間構(gòu)造薄弱面限制，這些單向西傾沖斷層向下收斂于基底的構(gòu)造薄弱面上，從而在整體上形成了基底滑托面控制的單向西傾的沖斷構(gòu)造模式(圖4)。

圖4 平板模式下的基底滑脫型單向沖斷構(gòu)造模式

2 構(gòu)造樣式成因分析

鄂爾多斯西緣晚侏羅世的強(qiáng)烈擠壓沖斷作用造成前白堊系沖斷褶皺變形并抬升地表。中晚侏羅世，古太平洋板塊與歐亞大陸板塊相互斜向碰撞，導(dǎo)致鄂爾多斯盆地以東的中國東部地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和抬升，這種斜向碰撞產(chǎn)生的擠壓分量作用于鄂爾多斯地塊，形成了以NW-SE向為主要擠壓方向的構(gòu)造應(yīng)力場。在盆地西南緣沙井子地區(qū)由于拉薩地塊與已處于歐亞大陸邊緣的羌塘地塊碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程構(gòu)造效應(yīng)，使得沙井子-平?jīng)龅貐^(qū)處于NE-SW方向的擠壓應(yīng)力狀態(tài)，即通過秦嶺—祁連褶皺帶作用于盆地西南緣，導(dǎo)致西緣沖斷帶南段的形成和發(fā)育，屬特提斯構(gòu)造動力體系作用之結(jié)果。喜馬拉雅期印度板塊與歐亞板塊相互碰撞以及碰撞后陸內(nèi)俯沖的遠(yuǎn)程構(gòu)造效應(yīng)，使鄂爾多斯盆地西緣南段處于強(qiáng)烈的NNE-SSW方向的擠壓狀態(tài)。宏觀構(gòu)造特征分析表明，鄂爾多斯盆地西緣南段喜馬拉雅期的構(gòu)造變形是在來自SW方向的擠壓應(yīng)力以及近南北向右行剪切所派生的NE-SW方向擠壓應(yīng)力和NW-SE方向拉張應(yīng)力聯(lián)合作用的結(jié)果[34]。

3 結(jié)語

(1)沙井子—平?jīng)龅貐^(qū)斷裂以逆斷層為主，受斷裂控制，下古生界和中元古界呈高角度出露地表。

(2)斷層上盤自西向東均發(fā)育高角度的西傾單斜構(gòu)造，與斷裂系統(tǒng)產(chǎn)狀相協(xié)調(diào)，區(qū)內(nèi)不發(fā)育完整的背斜或向斜構(gòu)造。重磁電資料表明重力場與磁場有明顯差異，反映該地區(qū)前寒武紀(jì)結(jié)晶基底與其上部的構(gòu)造—沉積體之間的不協(xié)調(diào)性。沙井子—平?jīng)龅貐^(qū)的構(gòu)造樣式為高角度沖斷系統(tǒng)形成的基底滑脫型西傾單斜構(gòu)造。

(3)晚侏羅世末基底滑脫型單向沖斷構(gòu)造與喜馬拉雅期右旋剪切走滑構(gòu)造的復(fù)合疊加是沙井子地區(qū)構(gòu)造形成的基本模式。

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