鄂爾多斯盆地鹽池地區(qū)中生界斷裂特征及其石油地質(zhì)意義

邵曉州 王苗苗 齊亞林 趙紅格 張曉磊 孫 勃 劉永濤

（ 1成都理工大學(xué)能源學(xué)院；2低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；4長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院；5西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系；6中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司研究院長(zhǎng)慶分院 ）

0 引言

鹽池地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西北部，中生界斷裂發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜。前人對(duì)該區(qū)構(gòu)造特征及石油控制因素已有較多論述：湯錫元等[1]認(rèn)為鄂爾多斯盆地西部逆沖推覆構(gòu)造帶經(jīng)歷了多期演化階段，主要受特提斯海及印度板塊向北東方向的俯沖和碰撞所控制；趙紅格[2]、劉池洋等[3]認(rèn)為鄂爾多斯盆地西部在中生代整體上不具前陸盆地屬性，為大型殘延克拉通內(nèi)盆地的組成部分；趙文智等[4]認(rèn)為晚三疊世鄂爾多斯盆地經(jīng)過(guò)印支末期、燕山中期、燕山晚期和喜馬拉雅期的4期改造，盆地西緣有勘探價(jià)值的三疊系延長(zhǎng)組殘余沉積主要分布在現(xiàn)今沖斷帶以東及其掩覆地區(qū)；張義楷等[5]對(duì)鄂爾多斯盆地中—新生代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行研究，分析了印支期、燕山期和喜馬拉雅期古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與油氣聚集關(guān)系；楊華等[6]認(rèn)為鄂爾多斯盆地西緣具有典型“南北分段”特點(diǎn)，其構(gòu)造格局主要定型于侏羅紀(jì)末期；趙俊興等[7]按成因機(jī)制及發(fā)育特征將斷層劃分為直立斷層、前期逆斷層、后期正斷層和橫斷層4種基本類型；姚涇利等[8]分析了低級(jí)序斷層特征，根據(jù)斷層與成藏匹配關(guān)系及延長(zhǎng)組巖性組合特征，運(yùn)用斷—儲(chǔ)排替壓差法定量評(píng)價(jià)了斷層封閉性；周新平等[9]認(rèn)為該區(qū)構(gòu)造控藏作用明顯，斷層溝通油源是基礎(chǔ)，發(fā)育低幅度構(gòu)造及相對(duì)高滲儲(chǔ)集區(qū)是核心，油藏后期受斷層作用調(diào)整是關(guān)鍵。其中，對(duì)鹽池西部馬家灘地區(qū)研究成果相對(duì)豐富，諸多學(xué)者[10-15]分析了構(gòu)造特征、含油包裹體及油藏特征，研究了斷層構(gòu)造樣式和石油成藏期次、保存條件等，探討了油氣成藏控制因素，認(rèn)為其構(gòu)造樣式復(fù)雜，具有較大的油氣勘探潛力。

鄂爾多斯盆地構(gòu)造平緩[16]，油氣的運(yùn)移模式以砂體輸導(dǎo)為主[17]，裂縫輸導(dǎo)為輔。然而隨著地震勘探大面積的開(kāi)展，地震資料越來(lái)越豐富，尤其是三維地震對(duì)斷裂的精細(xì)識(shí)別刻畫(huà)，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地除了西部發(fā)育一些大的斷裂外，沖斷帶內(nèi)部和東部相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域也發(fā)育一些微小斷裂，人們對(duì)該區(qū)斷裂的認(rèn)識(shí)水平有了大幅度的提升[18-22]。因此，有關(guān)盆地?cái)嗔洋w系展布、斷裂成因、盆地周緣油氣勘探潛力等問(wèn)題仍需要進(jìn)一步研究和分析。

本文以區(qū)域地質(zhì)背景為基礎(chǔ)，結(jié)合最新二維地震、三維地震資料解釋成果，通過(guò)分析研究區(qū)中生界斷裂平面、剖面展布特征，探討其形成機(jī)制，進(jìn)一步揭示斷裂與油藏的關(guān)系，這對(duì)推動(dòng)鹽池地區(qū)乃至整個(gè)盆地復(fù)雜油氣藏勘探具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地為大型多旋回克拉通盆地，整體穩(wěn)定沉降、坳陷遷移、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，可劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷及西緣沖斷帶6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[23]。盆地中生界有三疊系延長(zhǎng)組和侏羅系延安組兩套主力含油層系[24]，延長(zhǎng)組由下至上可分為10個(gè)油層組，各油層組之間均為連續(xù)沉積的整合接觸（圖1）。其中在長(zhǎng)10段—長(zhǎng)7段沉積期湖盆范圍逐漸擴(kuò)大，長(zhǎng)7段沉積期為湖盆發(fā)育的鼎盛期，沉積一套中生界主力烴源巖；長(zhǎng)6段—長(zhǎng)3段沉積期為湖盆進(jìn)入以三角洲建設(shè)為主的發(fā)展時(shí)期；從長(zhǎng)2段沉積期開(kāi)始，湖盆逐漸萎縮，至長(zhǎng)1段沉積期湖盆衰亡[25]。晚三疊世末，印支運(yùn)動(dòng)使盆地整體抬升接受剝蝕，總體呈現(xiàn)西高東低的地形格局，這種古地貌背景制約了侏羅紀(jì)早期的沉積。盆地富縣組—延安組延10段沉積期發(fā)育填平補(bǔ)齊式的河流相沉積，延安組延9段—延6段沉積期為湖泊沉積體系，水體加深，延4+5段至延1段沉積期水體變淺，沼澤范圍擴(kuò)大，湖盆逐漸收縮、消亡[26]。

鹽池地區(qū)位于天環(huán)坳陷北段，橫跨天環(huán)坳陷和西緣沖斷帶（圖1），含油層系多，主要有延9段、延10段、長(zhǎng)8段、長(zhǎng)10段等，縱向上復(fù)合成藏，常常呈“串珠狀”分布。研究區(qū)范圍北至李莊子，南至大水坑，西到馬家灘，東達(dá)鹽池，面積為5000km2，已發(fā)現(xiàn)馬家灘、紅井子等油田。

圖1 鹽池地區(qū)構(gòu)造位置圖（左）和地層分布圖（右）Fig.1 Structural location map (left) and formation thickness (right) in the study area

2 斷裂發(fā)育特征

鹽池地區(qū)發(fā)育大量斷裂，其斷距和延伸距離變化大，地震測(cè)線采集、處理參數(shù)復(fù)雜，儲(chǔ)層識(shí)別難，三疊系延長(zhǎng)組和侏羅系之間不整合面上下波阻抗差異小。同時(shí)，鹽池地區(qū)巖性整體多為砂泥巖互層，砂體單層厚度小，儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)難度大。針對(duì)以上難點(diǎn)，本文采用多信息精細(xì)層位標(biāo)定解釋技術(shù)，在標(biāo)定層位前，首先收集整理鉆井、垂直地震剖面法（VSP）測(cè)井資料，制作合成地震記錄；然后再進(jìn)行精細(xì)層位標(biāo)定解釋，基本控制全區(qū)層位。對(duì)不同方向和期次斷裂進(jìn)行解釋識(shí)別時(shí)，綜合利用頻帶、方位等地震屬性信息，采用人工交互式操作，垂直斷裂走向依次剔除偽斷層、精準(zhǔn)刻畫(huà)低序級(jí)斷裂體系，消除屬性之間的相關(guān)性，提高識(shí)別的精度[27-28]。

鹽池地區(qū)中生界延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖廣泛發(fā)育，與上下砂泥巖形成較強(qiáng)的波阻抗界面(TT7)，地震剖面上容易識(shí)別，是進(jìn)行中生界地層解釋的主要標(biāo)志層。根據(jù)古峰莊地區(qū)三維地震資料和三維區(qū)等時(shí)地層切片資料，結(jié)合二維剖面，對(duì)斷裂展布特征進(jìn)行精細(xì)解釋和重新刻畫(huà)，結(jié)果表明斷裂發(fā)育具有一定規(guī)律。

2.1 剖面分布特征

研究區(qū)西部斷裂密集分布，剖面樣式復(fù)雜，斷層主要為西傾逆斷層，斷距較大。斷面上陡下緩，上盤(pán)褶皺變形強(qiáng)烈，與東傾逆斷層形成斷塊、斷背斜，向下與古生界斷裂部分相接，向東地層變形逐漸減弱，地層近水平。逐漸向西，在古峰莊地區(qū)三維地震剖面可見(jiàn)一系列微小斷裂，切穿長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖，向上大部分終止于侏羅系。另外，剖面可見(jiàn)上下陡立、斷至白堊系的斷裂，成組出現(xiàn)，向上撒開(kāi)，向下合并成樹(shù)枝狀，斷距較?。▓D2），表明其活動(dòng)時(shí)期可能較晚。部分?jǐn)嗔丫哂蟹崔D(zhuǎn)特征，下部為正斷層，向上逐漸變?yōu)槟鏀鄬印?/p>

圖2 鹽池古峰莊地區(qū)H08FZ6189Z剖面斷裂特征圖Fig.2 Fault features of H08FZ6189Z section in Gufengzhuang in Yanchi area

整個(gè)區(qū)域內(nèi)不同剖面斷裂特征差別較大，構(gòu)造樣式可見(jiàn)疊瓦狀、對(duì)沖/背沖式、走滑式、花狀等（表1），馬家灘—馬兒莊地區(qū)斷裂剖面形態(tài)更加復(fù)雜。疊瓦狀斷裂組合在近南北向斷裂中表現(xiàn)明顯，由一條向東的逆沖斷層（為主斷層）與多條向西逆沖的反沖斷層共同組成。天環(huán)坳陷內(nèi)部斷層特征簡(jiǎn)單，可見(jiàn)短小的正斷層，斷距在TT7界面相對(duì)較大，可見(jiàn)反“Y”形斷層，向上斷距減?。ū?），表明具有多期活動(dòng)性，部分?jǐn)鄬酉蛳驴蓴嘀料鹿派纭?/p>

表1 鹽池地區(qū)斷裂組合模式劃分表Table 1 Classification of fault combination pattern in Yanchi area

2.2 平面分布特征

從平面上看，鹽池地區(qū)主要發(fā)育北西向、近南北向和北東東向3組方向斷裂（圖3），以逆斷層為主，部分具有走滑性質(zhì)，主要切過(guò)延長(zhǎng)組，少數(shù)切穿延長(zhǎng)組至侏羅系，斷裂延伸長(zhǎng)度較短。

從發(fā)育規(guī)模上分為微小斷裂和大斷裂，大斷裂集中在西緣沖斷帶馬家灘—于家梁地區(qū)，斷裂多，斷距大，延伸規(guī)模大；微小斷裂主體位于天環(huán)坳陷西翼，平面上延伸距離短，斷距較小，斷裂之間呈斷續(xù)狀相連。它們均具有掃帚狀展布的特點(diǎn)，兩者在馬家灘地區(qū)呈大角度斜交，形成了由西北向東南逐漸撒開(kāi)的規(guī)模宏大的掃帚狀構(gòu)造(圖3)。

圖3 鹽池地區(qū)斷裂分布圖Fig.3 Plane distribution of faults in Yanchi area

2.2.1 北西向斷裂

北西向斷裂平面多呈雁列式分布，斷裂數(shù)量多，但斷距?。?～42m），平面延伸距離短（0.6～1.5km），平均傾角為71.1°（表2），以正斷層為主，分布于鹽池中東部地區(qū)。斷裂之間一般呈疊瓦狀相連，由西北部的馬家灘地區(qū)開(kāi)始發(fā)育，向東南方向古峰莊地區(qū)延伸。以往在二維地震資料上，該類斷層由于斷距小，常常被忽視，但在三維地震資料上有明顯的反映，常被稱為“微小斷層”或“隱蔽型斷裂”[29]。地震解釋表明微小斷裂發(fā)育兩條規(guī)律性展布的發(fā)育帶，在馬家灘地區(qū)間距較小，向東南間距增大，呈掃帚狀展布。野外在石溝驛地區(qū)也見(jiàn)到成組分布的北北西向斷裂，地表形成有規(guī)律延伸的沖溝，兩側(cè)節(jié)理發(fā)育[30]。

表2 鹽池地區(qū)不同走向斷裂特征統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of fault features with different directions in Yanchi area

2.2.2 近南北向斷裂

在西緣沖斷帶發(fā)育的逆沖推覆構(gòu)造帶及其伴生的逆斷層，近南北向展布，呈現(xiàn)出平行式，向北部出現(xiàn)多個(gè)分支，形成一條主斷裂、多條次級(jí)斷裂，具有向北部撒開(kāi)或向東北凸出的弧形特點(diǎn)，延伸長(zhǎng)度為3.2～23.5km，斷距平均約為421m。研究區(qū)西部主體以馬家灘地區(qū)構(gòu)造帶斷裂最為復(fù)雜，近南北向斷裂密集分布，規(guī)模較大，不同部位走向有一定的差異，南端大水坑—于家梁以近南北向?yàn)橹鳎胁狂R兒莊—馬家灘南以北北西向?yàn)橹?，北部馬家灘—李莊子西以北北西—北西向?yàn)橹?，向西逐漸撒開(kāi)。馬家灘三維區(qū)斷裂平面延伸長(zhǎng)度較其他地區(qū)大，其中主逆沖斷層延伸長(zhǎng)度較大，斷距較反沖斷層大，有的斷距可達(dá)1km以上，斷距和延伸長(zhǎng)度規(guī)律性并不明顯。

2.2.3北東東向斷裂

北東東向斷裂平面上切割了北西向斷裂和近南北向斷裂，表現(xiàn)為走滑斷層，斷裂傾角較大，斷距平均約為19m，平面延伸較平直，可達(dá)2km左右，主要分布于鹽池地區(qū)東南部。北東東向斷裂平面上3～4組呈近等間距分布，每組由2～3條平行分布的斷裂組成，與北西向斷裂斜交，將研究區(qū)分為菱形塊體。

2.3 斷裂形成時(shí)間

受擠壓應(yīng)力或者拉張應(yīng)力多期構(gòu)造作用，復(fù)雜構(gòu)造區(qū)會(huì)在不同時(shí)間產(chǎn)生一系列斷裂，有時(shí)呈多次開(kāi)啟或封閉狀態(tài)。判斷某期斷裂活動(dòng)時(shí)間的方法主要有：不整合判斷、根據(jù)巖體與斷裂切穿關(guān)系的地質(zhì)分析法、同位素測(cè)年等。

2.3.1 根據(jù)巖體與斷裂切穿關(guān)系的地質(zhì)分析法

根據(jù)斷層錯(cuò)斷層位、形成時(shí)間、展布方向等因素，同時(shí)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況，對(duì)不同層面地震等時(shí)切片特征進(jìn)行了提取和解釋，發(fā)現(xiàn)斷裂由深到淺具有明顯的差別，把斷層分為3期：（1）印支期斷層，為延長(zhǎng)組內(nèi)部正斷層，切穿長(zhǎng)10段至（或）侏羅系（圖4a）；（2）燕山期斷層，為西緣逆沖斷層及其伴生的逆斷層，多切穿前白堊系，形成于晚侏羅世—早白堊世（圖4b）；（3）喜馬拉雅期斷層，為走滑斷層，切穿新生界和中生界，平面上切割了前兩期斷層，形成于白堊紀(jì)晚期（圖4c）。

圖4 鹽池地區(qū)不同類型斷層在地震剖面上的切穿關(guān)系Fig.4 Cutting relationship of different types of faults on seismic profile in Yanchi area

以古峰莊地區(qū)為例，通過(guò)古生界—中生界的地震相干地層切片（寒武系頂界、三疊系長(zhǎng)7段泥巖頂界、白堊系底界）（圖5），斷裂活動(dòng)時(shí)期分為3期：早期為北西向斷裂，中期為近南北向斷裂，晚期為呈北東東向雁列式展布的斷裂。由于受到后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，印支期北西向斷裂主要形成于晚三疊世；中期發(fā)育于古生界呈近南北向的斷裂在燕山期繼續(xù)活動(dòng)，派生形成一些斷裂；喜馬拉雅期北東東向斷裂主要為白堊紀(jì)晚期以來(lái)形成。其中，地震切片可見(jiàn)一些古生界北東東向斷裂，是由于后期喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)對(duì)下伏地層改造形成的。

圖5 古峰莊地區(qū)不同時(shí)期斷裂形成及分布圖Fig.5 Distribution of different stages of faults in Gufengzhuang area

2.3.2 ESR測(cè)年

ESR（電子自旋共振）測(cè)年是20世紀(jì)60年代以來(lái)用于限定斷裂形成與活動(dòng)的一種物理測(cè)年手段[31]。它的測(cè)試對(duì)象主要是形成于斷裂中、代表一定構(gòu)造活動(dòng)期次的石英脈，利用石英吸收的累積電子輻射量（如γ射線、β射線和α射線）及在礦物內(nèi)部形成的順磁中心濃度來(lái)計(jì)算石英脈的結(jié)晶年齡[32]。

汝箕溝剖面位于鹽池地區(qū)西北部，該區(qū)斷裂為近南北向的逆沖斷裂，斷裂帶附近地層陡傾、砂巖段中泥巖夾層劈理發(fā)育，是研究構(gòu)造演化的良好剖面。楊帆等[33]對(duì)汝箕溝地區(qū)南北向斷裂帶石英脈展開(kāi)了ESR測(cè)試（表3），測(cè)得的石英脈體最早年齡為133.6Ma±13.0Ma，對(duì)應(yīng)于早白堊世，最晚年齡為11.9Ma±1.0Ma，對(duì)應(yīng)于中新世。表明斷裂帶內(nèi)流體在早白堊世早期、晚白堊世和新生代均有活動(dòng)，尤其以新生代活動(dòng)為主。據(jù)趙紅格等[34]研究結(jié)果，賀蘭山地區(qū)晚侏羅世—早白堊世發(fā)生構(gòu)造—熱事件，至新生代伴隨山體的強(qiáng)烈隆升活動(dòng)，這與汝箕溝地區(qū)測(cè)得的石英脈體年齡相一致，為鹽池地區(qū)斷裂帶內(nèi)流體活動(dòng)年齡提供了一定參考。因此，鹽池地區(qū)斷裂主要形成時(shí)間也應(yīng)為早白堊世—新生代。

表3 汝箕溝地區(qū)石英脈ESR測(cè)試結(jié)果（據(jù)文獻(xiàn)[33]修改）Table 3 ESR experiment results of quartz veins in Rujigou area (modified after reference [33])

2.3.3 方解石U—Pb同位素測(cè)年

近年來(lái)，方解石U—Pb同位素測(cè)年技術(shù)在地質(zhì)年代學(xué)領(lǐng)域得到迅速發(fā)展，其中方解石LA—ICP—MS U—Pb測(cè)年技術(shù)是較為成熟的方法[35]。同構(gòu)造方解石脈是指在裂隙發(fā)育的遞進(jìn)變形過(guò)程中，被富含CO2的熱液流體充填，且裂隙形成和流體充填近于同時(shí)形成的脈體[36]，同構(gòu)造方解石脈比較完整地記錄了裂隙的發(fā)育史，是研究脆性構(gòu)造變形的良好對(duì)象。

本文選用斷裂帶附近井的巖心和野外露頭采集的樣品，挑選出方解石，通過(guò)制靶、照反射光、透射光等一系列流程，共挑選出制靶同構(gòu)造方解石脈樣品8個(gè)，其中3個(gè)為野外露頭樣品，5個(gè)為鉆井巖心樣品。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室LA—ICP—MS（激光剝蝕—電感耦合等離子體質(zhì)譜儀）預(yù)掃描，除了U含量非常低的樣品，最終有2個(gè)樣品達(dá)到測(cè)試分析要求，測(cè)得同構(gòu)造方解石脈年齡分別為177.8Ma±4.8Ma、12.79Ma±0.67Ma（圖6）。分析結(jié)果表明：樣品1位于研究區(qū)北西向斷裂和北東東向斷裂的交會(huì)處，層位為延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段，測(cè)得的年齡為177.8Ma±4.8Ma，代表早侏羅世末的斷裂帶和流體活動(dòng)事件；樣品2來(lái)自鹽池北部石溝驛地區(qū)延長(zhǎng)組，測(cè)得的年齡為12.79Ma±0.67Ma，它與上述汝箕溝地區(qū)石英脈ESR測(cè)年的11.9Ma±1.0Ma、16.3Ma±1.6Ma年齡相當(dāng)，均與研究區(qū)西北側(cè)的銀川地塹中新世大規(guī)?？焖俪两禃r(shí)間吻合[37]，代表中新世斷裂—流體活動(dòng)事件。因此，在早侏羅世末、中新世，鹽池地區(qū)斷裂仍然在不斷發(fā)育和形成。

圖6 鹽池地區(qū)方解石U—Pb同位素年齡圖Fig.6 Calcite U-Pb geologic age in Yanchi area

3 斷裂成因

斷裂的形成與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，首先從宏觀構(gòu)造應(yīng)力出發(fā)，分析構(gòu)造演化與斷裂形成之間的關(guān)系；然后通過(guò)平衡剖面恢復(fù)驗(yàn)證構(gòu)造演化過(guò)程，剖析構(gòu)造形成過(guò)程；最后利用物理模擬的方法，進(jìn)一步對(duì)斷裂成因進(jìn)行分析，探究不同時(shí)期斷裂的形成過(guò)程，為油氣運(yùn)聚規(guī)律提供依據(jù)。

3.1 構(gòu)造應(yīng)力背景

研究區(qū)斷裂形成主要受印支、燕山、喜馬拉雅3期構(gòu)造應(yīng)力作用影響。在印支期，盆地?fù)P子板塊與華北板塊碰撞形成南秦嶺印支褶皺帶，產(chǎn)生北東—南西向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)，在盆地西北部鹽池地區(qū)產(chǎn)生北西—南東向的區(qū)域擠壓應(yīng)力場(chǎng)，由于受基底斷裂影響，北西向剪切斷裂活化[5，38]。燕山期，太平洋板塊向北或西北方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)東亞大陸向南運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生左旋剪切派生了該盆地主壓應(yīng)力為北西—南東向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)；盆地西緣逆沖推覆構(gòu)造帶呈近南北向展布，斷層不同部位特征顯示其變形時(shí)的主壓應(yīng)力為近東西向。進(jìn)入喜馬拉雅期，印度洋板塊與歐亞板塊的碰撞加上太平洋板塊的向西俯沖，盆地的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，區(qū)域應(yīng)力擠壓方向?yàn)楸睎|—南西向；局部擠壓性的構(gòu)造環(huán)境，使得盆地周緣產(chǎn)生北西—南東向的拉張[7，39-40]。

整體而言，鹽池地區(qū)在多期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用下，東部整體向西掀斜，西部發(fā)生了一系列逆沖推覆運(yùn)動(dòng)，研究區(qū)中部位于天環(huán)坳陷西側(cè)，大量發(fā)育逆沖構(gòu)造，東部發(fā)育西傾的鼻狀構(gòu)造，形成了自西向東依次分布的逆沖帶、坳陷和斜坡的構(gòu)造格局。

3.2 平衡剖面恢復(fù)

通過(guò)剖面的平衡恢復(fù)，能夠真實(shí)再現(xiàn)地質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)期不同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下的構(gòu)造演化過(guò)程，深入分析區(qū)域構(gòu)造變形演化歷史，進(jìn)而分析構(gòu)造圈閉的形成演化階段，為油氣運(yùn)移及聚集規(guī)律研究提供依據(jù)[41]。

為了獲得西緣逆沖推覆構(gòu)造演化史，本文利用2DMove軟件分別對(duì)垂直和平行于東西向構(gòu)造帶的剖面進(jìn)行了平衡剖面恢復(fù)?；謴?fù)斷距之后，在侏羅系沉積之前的剖面上并無(wú)明顯斷層發(fā)生，表明逆沖斷層形成于晚侏羅世，剖面的整體縮短量主要發(fā)生在晚侏羅世。三疊系沉積前剖面具有一定的擠壓縮短，縮短量相對(duì)晚侏羅世不是很大，但可見(jiàn)一定的褶皺變形，這一變形應(yīng)為印支期擠壓變形的反映。白堊系沉積后南北向剖面上的縮短量很小，說(shuō)明逆沖推覆擠壓方向主要為東西向，三疊系沉積前的南北向擠壓也不明顯（圖7）。

圖7 研究區(qū)H125887地震剖面構(gòu)造演化剖面（東西向）Fig.7 Structural evolution section from H125887 seismic profile in the study area (E-W direction)

3.3 物理模擬

鄂爾多斯盆地鹽池地區(qū)中—新生代以來(lái)經(jīng)歷多期伸展、擠壓構(gòu)造活動(dòng)，本文利用構(gòu)造物理模擬鹽池地區(qū)斷裂多期活動(dòng)的過(guò)程，為地震剖面解釋和地質(zhì)模型建立提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)[42-43]。

通過(guò)控制變量并改變邊界條件，選擇松散石英砂作為實(shí)驗(yàn)材料，不同比例混合的石英砂和橡皮泥分別代表基底和蓋層，模擬不同應(yīng)力環(huán)境下斷裂的形成過(guò)程。其主要步驟是：（1）模型底部設(shè)置好基底和北西向基底斷裂；（2）在基底上覆蓋約4mm厚的紅色橡皮泥代表三疊系；（3）利用壓扭張扭模擬裝置并逐漸施加剪切壓力，隨著基底斷裂剪切作用的增加，基底斷裂斷距增大，斷到三疊系，由于晾干的橡皮泥由韌性變?yōu)榇嘈?，三疊系在同等力的作用下開(kāi)始出現(xiàn)小范圍且規(guī)模較小的北西向斷裂，隨著北西向斷裂的增多，斷裂呈雁列式分布（圖8a、b）；（4）給基底側(cè)面施加擠壓應(yīng)力，模擬近南北向斷裂的變形（圖8c）。結(jié)果表明：近南北向斷裂的形成與自西向東的擠壓作用有關(guān)，北東東向斷裂是在剪切拉張的環(huán)境下形成，斷裂形成與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向有關(guān)，后期形成的斷裂對(duì)前期斷裂有一定的改造作用。設(shè)定北西向基底斷裂重新進(jìn)行拉張剪切活動(dòng)，產(chǎn)生另外一組斷裂，斷續(xù)可見(jiàn)北東東向斷裂（圖8d）。但是，由于實(shí)驗(yàn)中脆性蓋層和剛性基底之間的黏滯力不夠大，此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到一定影響。

圖8 擠壓作用和剪切作用下斷裂的形成過(guò)程模擬圖Fig.8 Simulation of fault formation process affected by compression and shear actions

因此，根據(jù)上述不同斷裂系統(tǒng)構(gòu)造應(yīng)力背景、平衡剖面特征、構(gòu)造物理模擬可知，鹽池地區(qū)不同時(shí)期的斷層特征、規(guī)模及應(yīng)力性質(zhì)和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境不同。除了近南北向斷裂外，大部分?jǐn)嗔岩?guī)模小、斷距小，北西向斷裂的形成受區(qū)域大斷裂后期隱性活動(dòng)影響，近南北向斷裂與西緣大斷裂活動(dòng)密切相關(guān)，北東東向斷裂具有一定的走滑性質(zhì)。另外，在東西向應(yīng)力的擠壓作用下，此時(shí)天環(huán)坳陷逐漸形成，近南北向斷裂也同時(shí)期產(chǎn)生。

4 斷裂與油藏的關(guān)系

4.1 斷裂溝通源儲(chǔ)，有利油氣輸導(dǎo)

鹽池地區(qū)斷裂性質(zhì)多樣，正斷層、逆斷層均有分布，印支期、燕山期、喜馬拉雅期3期斷裂系統(tǒng)對(duì)中生界油藏的控制作用也不相同。從形成時(shí)間上看，北西向分布的斷裂主要形成于印支期，近南北向斷裂主要在燕山期形成，這兩期斷裂均早于或與中生界油藏的主成藏期同時(shí)期發(fā)生[8]，而喜馬拉雅期斷裂形成晚于中生界油藏主成藏期。從切割層位上看，印支期和燕山期斷裂系統(tǒng)溝通長(zhǎng)7段烴源巖和上下砂巖儲(chǔ)層，為石油向上運(yùn)移提供了良好的通道；喜馬拉雅期斷裂形成時(shí)間相對(duì)較晚，并且向上切穿層位多，主要表現(xiàn)為對(duì)早期油藏的破壞和調(diào)整作用。因此，在印支期和燕山期斷裂附近的泥巖遮擋或構(gòu)造高部位往往發(fā)現(xiàn)一些高產(chǎn)含油富集區(qū)，在喜馬拉雅期斷裂附近試油多產(chǎn)水。另外，勘探證明，印支期北西向斷裂附近分布的出油井?dāng)?shù)量最多，進(jìn)一步佐證了印支期斷裂對(duì)延長(zhǎng)組油藏的控制作用更明顯（圖9）。

圖9 古峰莊地區(qū)長(zhǎng)7段曲率屬性平面圖Fig.9 Curvature attribute map of Chang 7 member in Gufengzhuang area

4.2 斷裂改善物性

鹽池地區(qū)中生界斷裂多形成于燕山期，有些斷裂持續(xù)性活動(dòng)。由于構(gòu)造裂縫主要受斷裂展布規(guī)律影響，多在斷裂兩側(cè)、斷裂末端或斷裂相關(guān)褶皺的軸部發(fā)育。由巖心觀察和成像測(cè)井統(tǒng)計(jì)，鹽池地區(qū)發(fā)育多期裂縫，其中，垂直裂縫和高角度斜交裂縫分別占裂縫總數(shù)量的67.5%和27.3%，以未充填或半充填為主，有效性較好，構(gòu)成了主要的油氣運(yùn)移通道和儲(chǔ)集空間。這些裂縫均可對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性加以改善，且裂縫密度越大，滲透能力越強(qiáng)。大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，裂縫發(fā)育的部位，其儲(chǔ)層孔隙度同比母巖明顯提高，滲透率比母巖升高1～6個(gè)數(shù)量級(jí)，儲(chǔ)層流動(dòng)效率明顯提高[44-45]，試油產(chǎn)量提高。以F34井長(zhǎng)9段砂層組為例，常規(guī)測(cè)井顯示在深度2481.3m附近為大段砂巖儲(chǔ)層，結(jié)合成像測(cè)井及巖心分析結(jié)果，該段上部2478.1m處

裂縫密度較小，砂巖段平均孔隙度為9.7%，平均滲透率為3.26mD；2481.0m處高角度裂縫發(fā)育，密度最大可達(dá)2.2條/m，砂巖段平均孔隙度為15.4%，平均滲透率為7.47mD，物性明顯優(yōu)于上下圍巖層，在該位置測(cè)試求產(chǎn)獲56.27t/d的高產(chǎn)工業(yè)油流。

值得注意的是，斷裂是一個(gè)具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維地質(zhì)體，是由破碎帶和鄰近斷裂伴生裂縫帶組成。破碎帶內(nèi)發(fā)育斷層巖，是壓實(shí)作用和充填作用的主要發(fā)育帶；伴生裂縫帶內(nèi)裂隙發(fā)育，為流體低勢(shì)區(qū)，地下流體與斷裂帶巖石發(fā)生一系列反應(yīng)，是膠結(jié)作用的主要發(fā)育帶[46]。由于條件限制，本文對(duì)壓實(shí)、膠結(jié)等成巖作用未詳細(xì)研究，這也是今后研究的一個(gè)重要方向。

4.3 斷裂控制油藏聚集部位

研究區(qū)斷裂發(fā)育程度較高，廣泛分布的、多期活動(dòng)的斷裂對(duì)油氣聚集具有重要意義。北西向斷裂多分布在長(zhǎng)7段烴源巖發(fā)育區(qū)，走向與湖盆展布方向一致，縱向上砂巖和烴源巖互相疊置，尤其是在北西向斷裂與北東東向斷裂交會(huì)處，可能在多期構(gòu)造應(yīng)力作用影響下，長(zhǎng)8段、長(zhǎng)9段及侏羅系發(fā)育多個(gè)有利的油藏富集區(qū)，如F2、F34井區(qū)。近南北向斷裂和北東東向斷裂周圍油藏相對(duì)較少，發(fā)育構(gòu)造油藏、巖性—構(gòu)造油藏，分布層位為長(zhǎng)8段、長(zhǎng)9段或侏羅系，規(guī)模不大。近年來(lái)，對(duì)斷裂的封閉性評(píng)價(jià)是預(yù)測(cè)石油富集有利區(qū)的重要依據(jù)，斷層泥比率（SGR）應(yīng)用較為普遍。當(dāng)斷層封閉時(shí)，石油在封閉性斷層附近聚集成藏；斷裂開(kāi)啟時(shí)，石油通過(guò)開(kāi)啟斷裂輸導(dǎo)，在合適的構(gòu)造部位聚集成藏。SGR值越大，代表封堵性越好；反之，封堵性越差，臨界值為0.2[47]。以古峰莊地區(qū)F21井為例，該井長(zhǎng)7段以上斷裂封堵，長(zhǎng)8段及以下斷裂開(kāi)啟，油氣沿?cái)嗔严蛳逻\(yùn)移至構(gòu)造高部位成藏，長(zhǎng)9段試油獲得121.72t/d的高產(chǎn)工業(yè)油流。

高產(chǎn)工業(yè)油流井（產(chǎn)量大于或等于15t/d）與斷裂距離統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斷裂與大部分高產(chǎn)井分布密切相關(guān)，斷裂發(fā)育層段與試油產(chǎn)量具有一定的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)油井與斷裂距離小于500m時(shí)，試油產(chǎn)量較高（大于或等于40t/d），特別是距離小于300m時(shí)，有的井日產(chǎn)量可達(dá)百噸以上；反之，試油產(chǎn)量減少。當(dāng)試油產(chǎn)量小于40t/d時(shí)，產(chǎn)量和油井與斷裂距離之間的關(guān)系不明顯（圖10）。盡管距離斷裂較近的地方，試油更容易獲得高產(chǎn)，但不代表越近產(chǎn)量越高，其原因是斷裂對(duì)油藏形成既有輸導(dǎo)作用又有破壞作用。從勘探實(shí)踐中看，研究區(qū)的勘探成功率相對(duì)較低，主要原因也是斷裂系統(tǒng)發(fā)育，導(dǎo)致油藏遭受破壞。

圖10 斷裂與高產(chǎn)工業(yè)油流井產(chǎn)量關(guān)系圖Fig.10 Relationship between production of oil wells and distance to faults

在油氣成藏過(guò)程研究中，斷裂并不是油氣唯一的輸導(dǎo)因素，不能完全決定油氣差異分布規(guī)律，砂體、不整合面也是控制油氣運(yùn)移和聚集的重要因素。因此，在今后勘探過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮巖性、不整合面、斷裂3個(gè)因素，不斷深化它們與油氣成藏過(guò)程的關(guān)系研究，努力使油氣勘探在斷裂發(fā)育復(fù)雜構(gòu)造區(qū)獲得更大突破。

5 結(jié)論

（1）鹽池地區(qū)斷裂從規(guī)模上分為大斷裂和微小斷裂，分別集中在西緣沖斷帶馬家灘—于家梁地區(qū)和天環(huán)坳陷西翼。研究區(qū)主要發(fā)育3期斷裂，即印支期北西向斷裂、燕山期近南北向斷裂、喜馬拉雅期北東東向斷裂。北西向斷裂系統(tǒng)規(guī)模小，主體發(fā)育在延長(zhǎng)組；近南北向斷裂系統(tǒng)規(guī)模最大，斷距大，平面和剖面展布特征復(fù)雜；北東東向斷裂系統(tǒng)規(guī)模較大，發(fā)育時(shí)期晚，具有一定的走滑性質(zhì)。

（2）根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力背景、平衡剖面特征、構(gòu)造物理模擬，印支期受北西向應(yīng)力作用，區(qū)域基底后期再次活動(dòng)形成北西向斷裂；燕山期受區(qū)域近東西向擠壓應(yīng)力作用形成近南北向斷裂；而北東東向斷裂受區(qū)域北東—南西向拉張應(yīng)力和后期北西—南東向擠壓作用形成，主要形成于喜馬拉雅期。

（3）印支期和燕山期斷裂系統(tǒng)溝通長(zhǎng)7段烴源巖，為石油向上運(yùn)移提供了良好的通道，對(duì)油氣藏形成較有利；喜馬拉雅期斷裂向上切穿層位多，對(duì)早期油藏主要起破壞和調(diào)整作用。斷裂發(fā)育區(qū)產(chǎn)生較多裂縫，改善了周圍砂巖的儲(chǔ)層物性，滲透能力顯著提高。當(dāng)油井與斷層較近時(shí)，在構(gòu)造高部位的高滲儲(chǔ)層更容易成藏且產(chǎn)量更高，斷裂控藏作用明顯。