克拉通内走滑断裂的概念最早由MANN^[1]提出。近年来，我国中西部塔里木盆地顺北—富满地区、四川盆地川中古隆起及斜坡区的勘探突破，均已证实克拉通内走滑断裂带对碳酸盐岩的储层发育与油气富集具有重要控制作用^[2-11]。受盆地内部结构简单的长期传统观念及地震资料制约，前期针对鄂尔多斯基底之上构造活动研究较少。随着勘探程度加深与三维地震部署逐步加强，许多学者发现并认识到盆地腹部断裂系统广泛发育^[12-25]，多数研究聚焦盆地北部与西部，揭示了泊尔江海子等大型多期次走滑断裂或中—小尺度低序级的走滑断裂，对中—深层油气分布具有一定的控制作用^[14-18]；部分学者在盆地南部开展构造解析与成藏要素研究，认识到高角度走滑断裂及其伴生裂缝是中生界致密—低渗储层高产富集的重要因素^[19-22]。这些研究为鄂尔多斯盆地发育克拉通内走滑断裂提供了充分证据，但整体上，对盆地南部下古生界走滑断裂系统的几何学、运动学特征以及断裂成因机制仍缺乏深入剖析。

在油气勘探上，盆地南部镇原—泾川、彬县—长武、旬邑—宜君(以下简称旬宜)等地区针对下古生界古地貌—岩性气藏的探索，始终未获规模油气发现，寒武系—奥陶系储层普遍致密与源—储匹配有利区不明确是失利的主要因素。鉴于走滑断裂对沟通油气源、改善储层储集条件及源—储配置关系等深层油气富集要素的控制作用，对其进行深入研究可打开新的勘探思路。因此，本文以旬宜地区为重点解剖区，利用最新三维地震资料，开展了断裂系统划分与下古生界重点走滑断裂带解析，厘定了断裂活动时期与形成机制，并探讨走滑断裂带对下古生界碳酸盐岩成储、成藏的控制作用，以期对该区的天然气勘探提供参考。

1.   地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，由伊陕斜坡、伊盟隆起、渭北隆起、天环坳陷、晋西挠褶带和西缘冲断带等6个一级构造单元组成。古太古界结晶基底上发育了中—新元古代裂陷盆地，后经历了加里东期、海西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等5期主要的构造旋回，其中加里东运动Ⅰ、Ⅱ幕影响了盆内寒武系—奥陶系海相碳酸盐岩地层的沉积^[26-30]。

旬宜地区位于鄂尔多斯盆地南部，构造位置上处于伊陕斜坡与渭北隆起结合部位(图 1a)，现今呈北西倾向的单斜构造形态。在长城系之上，发育下古生界中寒武统—中奥陶统、上古生界二叠系、中生界三叠系及侏罗系—白垩系4套地层系统(图 1b)。其中下二叠统太原组—山西组发育优质煤系烃源岩层，在盆地南部生烃强度为(4~20)×10⁸ m³/km²，现阶段主要勘探目的层为下古生界550~600 m厚度的碳酸盐岩，岩性以能干性较高的白云岩为主。

图  1  鄂尔多斯盆地旬宜地区构造位置(a)与地层综合柱状图(b)

Figure  1.  Structural location (a) and stratigraphic histogram (b) of Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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2.   断裂发育特征

以研究区寒武系底界、二叠系底界、侏罗系底界3个区域不整合面为界，纵向上可划分出3套断裂系统(图 2a)。一是下古生界走滑断裂系统，以直立的走滑断裂伴生“花状”构造为特征，大多向上断穿寒武系底界消亡于下古生界内部，少数断层断穿二叠系底界并导致上古生界的构造变形；二是中生界伸展断裂系统，主要在三叠系内发育高角度正断层，向上截止于侏罗系底界，两两相对构成地堑结构，与塔里木盆地内走滑“拖拽”造成上覆地层的雁列状张性破裂具可对比性^[31]，但该构造系统的断层与深部变形纵向连通性较低，前人在鄂尔多斯盆地其他地区也发现相同特征，并归纳为深、浅层的脱耦现象^[32]；三是新生界侧缘挤压断裂系统，燕山期—喜马拉雅期渭北隆起抬升^[33]，旬宜地区靠近盆地南缘，受其影响在东南部形成宜君—黄龙断裂等一系列北东—北东东走向的高角度逆冲断层(图 1a)，但并未导致盆内先存构造样式的叠加改造。

图  2  鄂尔多斯盆地旬宜地区典型地震解释剖面

剖面位置见图 1a。

Figure  2.  Typical interpreted seismic section of Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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3.   下古生界走滑断裂特征

本文采用最新处理的三维地震数据，资料品质较好，但下古生界碳酸盐岩地层岩性相对均一，整体地震反射轴能量较低，呈弱—中振幅、中连续性特征，仅寒武系底界的不整合面具有较强地震响应。通过提取该层高精度相干属性(图 3a)，结合原始地震剖面刻画，可较准确识别旬宜地区走滑断裂的剖面构造样式与平面分布规律。

图  3  鄂尔多斯盆地旬宜地区寒武系底界相干属性(a)和断裂分布(b)

Figure  3.  Coherent attribute (a) and fault distribution (b) of bottom of Cambrian in Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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3.1   几何学特征

3.1.1   剖面构造样式

通过地震资料精细解析，下古生界发育的走滑断裂系统，单条断层具有高陡直立、深入基底以及倾向摆动的特征，断层组合多呈“花”状构造。

(1) 单条断层样式。走滑断层的形成受控于与断层走向平行或小角度相交的剪切作用，导致整体垂向位移很小，以近直立状深入基底，断面倾角多介于80°~90°。同时，在地层岩性与局部应力场非均一性影响下，单条断层往往发生扭动变形，剖面中表现出倾向摆动构造样式(图 2c)。研究区寒武系—奥陶系碳酸盐岩能干性较强，在走滑断层形成过程中，很少造成地层塑性变形，同向轴错断可引起断面两侧地层反射振幅能量的突变(图 2)。

(2) 断层组合样式。“花”状构造是识别走滑断裂的重要标志，断层在根部近直立、顶部构造样式多样，自下而上呈花状散开。旬宜地区中部主要发育负花状构造(图 2b)，西北部主要发育正花状构造(图 2c)，地层分别受张扭与压扭作用发生“下掉”和“上拱”，偶尔造成小幅度的局部褶皱变形。

3.1.2   平面分布规律

鄂尔多斯盆地的下古生界走滑断裂，在旬宜地区呈“北西部挤压剪切、中部拉张剪切、主干断裂分段变形”的平面几何特征。

在地震相干属性刻画的基础上，对寒武系底界的60余条主干及伴生走滑断裂进行定量统计。结果表明：研究区西北部仅发育1条规模较大的55°~60°北东走向断裂带，受剪切走滑作用明显，断层尾端可识别出“马尾状”或“羽状”构造，伴生走滑断层分布于主断裂带以北，平面变形程度微弱；研究区中部表现出北西优势走向，主要发育4条走向介于285°~310°的近平行断裂带，均具有线性展布特征，并可见一定程度的左阶式排列，断裂带规模差异较大，延伸长度为8~23 km(图 3b)。

3.1.3   分段变形特征

分段性是走滑断裂带的重要特征之一。本文分别选取北东向与北西向最典型、规模最大的1号断裂带和2号断裂带，根据平面特征与剖面构造样式，开展精细解剖。(1)1号断裂带在研究区内发育较完整(图 4)，中部主要由3~4条左阶展布的主走滑断层与一系列近东西向伴生挤压断层组成，主断层叠接程度较低，剖面上在长城系与寒武系—奥陶系中发育正花状构造(图 4的剖面a)；断裂带南西、北东2个尾端则均呈马尾状至羽状发散，剖面同样表现出压扭构造变形(图 4的剖面b)。(2)2号断裂带可共划分为5段(图 5)，其中②、⑤为平直走滑段，走滑变形范围窄，伴生构造极少发育，但断面两侧地层错断明显，厚度偶尔发生突变(图 5的剖面c，f)；③、④为叠接走滑段，叠接部位最大宽度可达2 km, 具叠接程度较高、平面连续性较差的特征，剖面中挤压“上拱”与拉分“下掉”交替出现，但整体仍以发育负花状构造为主，同时在拉分地堑内部，下古生界碳酸盐岩往往呈异常强反射特征(图 5的剖面d，e)。

图  4  鄂尔多斯盆地旬宜地区1号断裂带平面分段与典型剖面构造样式

断裂带位置见图 3。

Figure  4.  Plane segments and structural styles of typical sections for No.1 fault belt in Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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图  5  鄂尔多斯盆地旬宜地区2号断裂带平面分段与典型剖面构造样式

断裂带位置见图 3。

Figure  5.  Plane segments and structural styles of typical sections for No. 2 fault belt in Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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3.2   运动学特征

3.2.1   断层活动时期

基于断层在地震剖面中断穿的地质层位以及地层同沉积现象，可以对克拉通内走滑断层的活动时期进行定性判断^[34]。旬宜地区发育的北东、北西2个走向的走滑断裂，均切割寒武系底界深入基底，并多数向上终止于上古生界底部，表明断层的主要形成时间在中奥陶统马家沟组沉积后至下二叠统太原组沉积前。鄂尔多斯盆地自石炭纪—二叠纪开始进入海陆过渡相至陆相沉积^[27-29]，砂泥岩地层能干性显著降低，但剖面中仍可观察到下古生界断层在研究区二叠系底部不整合面之上所引起的弱地震响应(图 2，图 4，图 5)，说明在该不整合面上、下存在两期构造活动。另外，在断裂带的叠接拉分段剖面中，可见中—上二叠统受两侧高角度走滑断层控制，在地堑内形成碎屑岩的同沉积加厚，利用该特征可判断出下古生界走滑断裂的后期活化发生在中—晚二叠世(图 5的剖面d)。

垂直断距定量统计同样是判断走滑断层活动期次的常用方法^[34-35]，选取旬宜地区规模最大的北西向2号断裂带，以地震同向轴出现上拱为正值、下掉为负值开展统计(图 6)。结果显示，寒武系底界与二叠系底界2个不整合面上的构造变形，明显受到两期断裂活动控制，导致垂向断距差异较大，其中后期构造活动强度相对较弱，在二叠系底界造成的断距变化均小于20 ms。进一步分析发现，走滑断裂沿两期不整合面造成的挤压或拉分位置重叠度高，反映了旬宜地区在中—晚二叠世经历了继承性走滑变形。

图  6  鄂尔多斯盆地旬宜地区2号走滑断裂带关键界面垂向断距统计

编号位置见图 5。

Figure  6.  Plots of vertical separation at key interfaces along No.2 strike-slip fault belt in Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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从区域动力学背景角度分析，旬宜地区下古生界断裂系统的发育与加里东运动Ⅱ幕鄂尔多斯盆地的整体抬升密切相关，并在海西运动影响下持续活动。加里东Ⅰ幕怀远运动伴随秦祁海槽停止张裂，区域构造应力场开始转为南北向挤压，但对盆内构造活动影响微弱；至奥陶纪末的加里东Ⅱ幕，盆地南缘转为主动大陆边缘，弧—陆碰撞导致华北陆块抬升^[27-29]，在研究区形成一系列下古生界走滑断层，以及时间跨度长达1.5亿年的二叠系底界区域不整合面^[20]；随后海西期盆缘应力衰减，鄂尔多斯盆地进入陆内坳陷阶段(图 1b)，导致旬宜地区相应的不再具备形成规模断裂的构造条件，仅发育下古生界断裂的部分继承性走滑。

3.2.2   断层走滑方向

国内外众多学者通过物理模拟实验，揭示了走滑断裂演化过程中的平面应力—应变特征，不同性质次级破裂的发育可以指示走滑运动方向^[36-38]；同时，根据走滑断裂的排列方式与叠接部位变形特征，也可有效判断滑移方向^[39]。本文采用上述方法，开展典型主干断裂带解析，以反映研究区北东、北西向断裂的走滑运动特征。

旬宜地区下古生界断裂运动性质与变形规律与里德尔剪切走滑模型吻合。前人实验表明在走滑变形过程中，断裂带的内部最大主应力在平面上与剪切方向呈45°，形成雁裂状展布的R破裂与伴生挤压或拉张次级构造(图 7a)。对于研究区北东向断裂，整体走向约为NE58°，在左行走滑剪切作用下，根据平面应力分析，其内部最大主应力方向为北北东至近南北向，R破裂构成的主干断裂带两侧，可形成近东西向的压扭构造(图 7b)，与研究区1号断裂带实际发育情况吻合(详见3.1.3)。此外，断裂带2个端部呈收缩叠瓦扇特征，亦可直接指示断裂带发生左行走滑(图 7c)。

图  7  鄂尔多斯盆地旬宜地区走滑断裂运动学模式

a, b.里德尔剪切走滑模型；c.尾端马尾状收缩叠瓦扇模型；d.走滑叠接段应变模型。

Figure  7.  Kinematic models of strike-slip faults in Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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相比之下，北西向走滑断裂叠接程度较高。以2号断裂带为例，通过标定叠接段的垂向变形(图 5)，虽然剖面构造样式拉分与隆升段交替并存，表现出沿断层走向“丝带效应”特征，但整体仍以发育负花状构造为主，说明左阶展布的断裂带受到离散剪切作用，指示其运动性质为左行走滑(图 7d)。

4.   走滑断裂形成机制

克拉通内走滑断裂的动力来源，多被认为是板块运动在盆缘造成的区域性挤压应力^{[3, 40-43]}。基于前人在鄂尔多斯盆地基底构造特征、北秦岭造山带碰撞期等方面证据，结合研究区断裂特征，认为旬宜地区存在北东与北西2个方向的基底薄弱带，在加里东运动Ⅱ幕北秦岭造山带演化产生的2个方向的区域应力场作用下活化，形成下古生界走滑断裂系统。

证据一是最新的重力、航磁等资料已揭示鄂尔多斯盆地基底并非完整的刚性块体，而是由多条一级断裂控制的前寒武系构造体系，尤其盆地南部呈北东向展布的基底磁异常带非常清晰^[44-45]。另外，部分学者在前期研究中，认为塔里木盆地顺北、四川盆地川中的深层走滑断裂是在先存基底薄弱带的控制作用下形成的^{[6, 31, 41]}。岩石圈特征参数表明鄂尔多斯盆地克拉通与塔里木、四川盆地克拉通整体强度相当^[46]，其前寒武系断裂可构成类似顺北与川中的基底薄弱带，为旬宜地区下古生界走滑断裂发育奠定基础。

证据二是近年来与板块俯冲相关的高温高压变质岩年代学的研究表明，鄂尔多斯盆地南缘由被动大陆边缘转为主动大陆边缘，与北秦岭构造带的演化密切相关，标志着商丹洋洋壳结束的丹凤蛇绿岩，消失的最后时间为早古生代末^[47-48]。不同学者对商丹俯冲带平行分布的一系列重熔型花岗岩测年结果多在450~420 Ma^[49-50]；另外，早—中寒武世形成的二郎坪弧后盆地，在约460 Ma闭合形成二郎坪弧后缝合线^[51]，对应时间均为晚奥陶世至志留纪(图 1b)，与盆内旬宜地区走滑断裂系统活动时间一致。

基于上述两方面证据可推测，加里东运动Ⅱ幕商丹洋与二郎坪弧后洋的俯冲闭合造成板块聚敛，鄂尔多斯盆地南缘形成近南北向区域挤压应力，并且向盆地内部传递，为下古生界走滑断裂的发育提供动力来源。在旬宜地区，该应力场对北东向基底薄弱带斜向挤压，导致先存断裂部分活化，并发生左行走滑。但该动力学机制无法解释研究区中部北西向左行走滑的形成，结合鄂尔多斯早古生代末的盆地原型^[52]，北秦岭造山带的俯冲同时期作用于盆地西南缘，对盆内传递北东向的区域挤压应力。所以推测旬宜地区除了较明显的北东向基底薄弱带外，可能还存在北西向基底断裂，在加里东运动Ⅱ幕盆地西南侧的斜向挤压作用下剪切变形，形成左行走滑断裂带(图 8)。

图  8  鄂尔多斯盆地旬宜地区下古生界走滑断裂形成机制示意

Figure  8.  Formation mechanism of strike-slip faults in Lower Paleozoic, Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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5.   油气勘探意义

鄂尔多斯盆地南部寒武系—奥陶系内是否发育烃源岩始终未被证实，但多年勘探实践表明，上古生界煤岩与碳质泥岩生烃强度大，封盖能力强，可与下伏下古生界碳酸盐岩储层形成良好的区域性生储盖组合^[26-27]。旬宜地区已钻井的38块碳酸盐岩样品物性测试结果揭示，中—上奥陶统马家沟组储层基质物性较差，孔隙度平均约为0.5%。因此认为，寻找优质碳酸盐岩储层以及“上生下储—旁生侧储”源—储配置有利区，是研究区深层天然气勘探突破的关键。

在走滑断裂控储方面，走滑断裂的发育有利于岩溶型与构造裂缝型储层的形成。旬宜地区二叠系底风化壳之下，发育厚度20~80 m的马家沟组泥—粉晶白云岩或含膏白云岩，具备形成岩溶储层的物质基础；下古生界走滑断裂产状高陡直立、多深入基底，可为表生期大气淡水或埋藏期深部热液提供有效通道，多口井岩心上可见被方解石全充填或半充填的高角度裂缝，以及地下流体顺裂缝形成的扩大溶蚀孔洞(图 9a-e)。另外，位于研究区中部的已钻井的成像测井图中，暗色高幅度正弦曲线清晰，并且裂缝走向以北西向为主，与该部位下古生界走滑断裂优势走向一致；镜下薄片中可见连通性较好的裂缝系统，呈少量充填或未充填状态，证明走滑断裂带具备形成规模构造裂缝型储层的潜力(图 9f-h)。

图  9  鄂尔多斯盆地旬宜地区马家沟组不同类型储层特征

a.XY2井，岩心，2 986.1 m，风化壳溶洞发育；b.XY1井，岩心，3 174.8 m，顺高角度裂缝向下发育溶蚀孔洞，方解石充填；c, d.XY1井，岩心，3 177.1 m，高角度裂缝发育，缝面方解石胶结；e.J1井，岩心，3 158.7 m，近垂直微裂缝发育，方解石半充填；f.J1井，单偏光铸体薄片，3 158.8 m, 中—细晶白云岩中裂缝发育，白云石半充填；g.XY1井，单偏光铸体薄片，3 179.9 m，含泥屑粉晶白云岩中微裂缝发育，沥青质半充填—未充填，裂缝间贯通性良好；h.XY2井，成像测井，2 986.5~2 989.2 m，可识别出高角度构造裂缝与溶蚀孔洞。

Figure  9.  Characteristics of different types of reservoirs in Majiagou Formation, Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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在走滑断裂控制源—储配置方面，旬宜地区在早二叠世前，虽然整体表现为北北东向的隆坳相间岩溶残丘古地貌，但在研究区中部至东北部可见线性分布的北西向古凹槽，以及研究区西北部发育规模较大的古洼地，二者的平面位置均与下古生界主干或次级断裂表现出较好的相关性(图 10)。据此认为，研究区北东与北西走向的下古生界走滑断裂带，可以通过影响岩溶古地貌的发育，在源—储压差有利条件下，形成与靖边气田相似的源—储侧向对接成藏模式，从而实现控烃、控运、控藏，是该区下一步天然气勘探的重要靶区。

图  10  鄂尔多斯盆地旬宜地区奥陶系顶面古地貌与下古生界断裂叠加

Figure  10.  Superimposed map of top palaeogeomorphology of Ordovician and Lower Paleozoic faults in Xunyi-Yijun area, Ordos Basin

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6.   结论

(1) 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区共发育3套断裂系统，其中下古生界走滑断裂受后期叠加改造作用弱，剖面上可识别出高陡直立、倾向摆动、“花”状构造等典型样式，平面上呈“北西部挤压剪切、中部拉张剪切、主干断裂分段变形”特征。

(2) 旬宜地区下古生界走滑断裂主要发育于晚奥陶世—志留纪，随后在中—晚二叠世经历较弱的继承性活动，形成了运动性质为左行走滑的北东、北西走向2组断层。

(3) 旬宜地区下古生界走滑断裂的形成可能受到盆内基底薄弱带与盆缘区域挤压应力共同控制，加里东运动Ⅱ幕期间，商丹洋与二郎坪弧后洋的俯冲闭合在鄂尔多斯盆地南缘、西南缘造成不同方向的区域挤压应力，同时推测旬宜地区存在北东与北西向的先存基底薄弱带，在斜向挤压作用下发生活化。

(4) 优质储层与源—储有利配置是旬宜地区下古生界天然气成藏与富集的主要控制因素，前期钻井均距下古生界断裂带有一定距离，通过研究发现走滑断裂具有一定控储、控藏作用，可作为下一步勘探的重要方向。