鄂尔多斯盆地西缘沙井子:平凉地区构造样式与形成机制

陈永振

(西北大学地质学系 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安710069)

鄂尔多斯西缘前陆冲断带油气资源丰富，目前已在其前缘带中发现了一系列油气田(藏)。但位于西缘前陆冲断构造体系南段的沙井子—平凉地区，作为秦岭、祁连、贺兰三大活动构造带的构造结点的重要组成部分，自早古生代以来先后经历了不同构造阶段、构造体系的复合叠加，使得沙井子地区的现今构造极为复杂。受特殊的地表与地下地质条件的影响，该地区常规勘探技术的应用受到很大限制。前人研究由于缺乏钻井和高品质地震资料的支持导致对于本地区的地质构造认识有很大差异。争论焦点主要集中在沙井子地区的构造是逆冲推覆体系还是高角度冲断系统形成的原地基底隆起这一问题上，该问题直接影响着该区油气勘探的有序进行[1-15]。笔者倾向于后一种观点，将其完善为基底滑脱型叠瓦状单向冲断构造[16-21]，其主要依据来自收集的野外地质资料、钻井资料以及该地区的重磁资料等。对已勘探开发的老油区进行重新检验已成为世界油气工业发展的一种趋势。随着探井、三维地震等资料的大量增加，有必要重新认识或修正原来的构造模型，改良开发方案，提高油田采收率。研究构造特征及构造样式有助于了解该地区的构造分布规律和动力学背景，为正确解释地震剖面提供必要的地质模型[22-24]，并有助于认识鄂尔多斯西缘南段油气藏分布规律，提高油气勘探效益。

1 构造特征

1.1 断裂特征

沙井子地区断裂发育，贯穿研究区有四条区域性深大断裂，自西向东依次为:青铜峡 -固原断裂、韦州 -安国断裂、青龙山-平凉断裂和惠安堡-沙井子断裂。区内断裂具备如下基本特征:以断面西倾的逆断层为主，延伸长度200～250 km，断层倾角20°～65°;区内各断裂在垂向上的逆冲作用强，出露地层以早古生界为主，部分地区出露更为古老的蓟县系和震旦系;本区的整体构造呈现出由四条大型断层呈叠瓦状向东逆冲的格局，自西向东逆冲作用逐渐增强，且出露地层变老，属燕山期基底滑脱型单向冲断构造作用的产物。

惠安堡-沙井子断裂是沙井子地区最大的一条逆冲断层，北起石沟驿北，经惠安堡、甜水堡西至沙井子南消失，延伸长度240 km，走向自北向南由北北西渐向近南北向过渡，最终转为北西向(杨华，2011)。受该断裂的影响，区内下古生界和中元古界呈高角度出露地表。

1.2 西倾单斜构造

沙井子地区无论在构造特征上，还是在展布上都具有规律性，第一，沙井子-平凉地区自东向西依次由蓟县系、寒武系、奥陶系或者单独由奥陶系组成叠瓦状西倾单斜构造;第二，自西向东逆冲至地表的的地层逐渐变老。青龙山剖面、盐池萌城乡水泥厂剖面、石板沟剖面、毛井乡阴石峡剖面、罗洼乡上崖崾剖面、官亭乡飬花台剖面、彭阳店洼剖面以及蒿店剖面所观察的蓟县系-奥陶系均以不同倾角产出，倾角40°～65°，部分呈现出倾角大于70°的高角度陡倾产状(图1)。

沙探1井钻探证实，奥陶系、寒武系、震旦系、蓟县系地层倾角较陡，1 587.26～1 592.06 m蓟县系取芯测量出地层倾角为 45°，2 996.20～2 999.50 m 蓟县系取芯测量出地层倾角为67°(图2)。根据鄂尔多斯西缘蓟县系厚度等值线分析沙探1井井区蓟县系真厚度应在1 000 m左右(图3)，沙探1井钻遇蓟县系2 518 m，若不考虑地层倾角在纵向上的变化，认为蓟县系地层在纵向上产状相同，计算蓟县系地层倾角 66.5°。

1.3 地层分布及接触关系

沙井子地区及邻区的深冲沟中不同程度地发育着西倾的蓟县系、寒武系和奥陶系，主体呈现南北向带状展布。因受控于断层作用，青龙山断裂以东地区即该断层下盘发育低倾角甚至水平产状的中生代地层，未见前奥陶系地层出露;断裂以西从青龙山经蟠龙坡、阴石峡、黑山子到官厅飬花台南北一线普遍见有蓟县系、寒武系和奥陶系呈倾角大于60°的西倾单斜形式产出。

图1 沙井子-平凉地区蓟县系、奥陶系露头产状照片

图2 沙探1井岩心样品产状

图3 鄂尔多斯西缘蓟县系沉积厚度等值线图

区域剖面资料表明，蓟县系、寒武系和奥陶系之间呈平行不整合接触关系，阴石峡剖面可见完整剖面，每个不整合面均发育有风化壳，白垩系与下伏不同时代地层呈角度不整合接触关系。青龙山地区蓟县系以高角度冲断形式逆冲与三叠系之上，其上被中新统和第四系以角度不整合覆盖;向东观察依次见第三系冲断于侏罗系之上，侏罗系冲断于近水平的白垩系之上。侏罗系与下伏不同和时代地层构造变形一致，而与上覆平缓的白垩系呈角度不整合基础关系，说明沙井子地区的冲断活动主要发生在晚侏罗世末。

飬花台区段、彭阳罗洼乡银洞子剖面以及平凉崆峒山剖面的白垩系三桥组砾岩中见有大量蓟县系硅质条带白云岩砾石;银川三关口白垩系庙山湖组砾岩中多为奥陶系灰岩砾石，说明鄂尔多斯西缘南段白垩系三桥组沉积前或沉积期蓟县系、寒武系、奥陶系已经作为隆起带的一部分出露地表，影响并控制着早白垩系的沉积。

崆峒山西麓剖面见有直立的奥陶系克里摩里组地层与东西两侧近水平的白垩系地层之间呈断层接触关系，该断层主要形成于白垩系沉积之后。喜马拉雅运动使晚侏罗世控制蓟县系、寒武系、奥陶系分布的逆断层再次发生强烈活动，从而改造了形成于晚侏罗世末的西倾单斜冲断构造形态。

1.4 基底滑脱型冲断构造

现有钻井资料已证实研究区隆起带内部断续出现大量下古生界露头，下古生界埋藏不深。地震剖面解释显示研究区隆起与其两侧的反射界面不能连续追踪，这是由于下古生界在研究区隆起处突然变浅，前奥陶系的高速层已接近或出露地表而造成的，这与地质露头可较好对应[25-30]。反映了主干断层将下古生界逆冲出露至地表，冲断特征明显。

布格重力异常图反映出的冲断构造为近南北向的重力高与重力低相间分布，剩余重力异常图上该特征更加突出。沙探1井位于西渠与连家渠之间的重力异常高部位上，其南南东方向约8 km出露奥陶系，剩余重力资料能够与地质露头及井区地质情况很好对应，地表与地下的隆坳结构一致。从本区密度较高的前奥陶系露头分布和钻井资料证实，重力异常的变化正好反映了前奥陶系的起伏。沙探1井及邻区的区域重力正异常也说明本区为一前奥陶系的隆起区。上延20 km及50 km布格重力异常图上，原有的部分重力高带反映不明显，但作为原槽台分界的青铜峡-固原断裂仍然清晰。重力场水平方向倒数异常图上南北向异常比较规整，异常延伸较长，反映本区南北向断裂深度延伸长、规模大。

重力场小波分析用于场的分离，逼近异常反映低频背景场，细节异常反映高频局部场。阶次越高反映的场源深度越大[31-33]。布格重力异常图上显示出的陇县 -平凉 -青龙山-吴忠这一连续的狭长重力高带在五阶小波逼近异常图上已经趋于消失，表明该构造带只存在于浅部一定深度范围内。四～六阶小波细节异常图上，陇县 -平凉-青龙山 -吴忠呈串珠状重力高点连接而成的近南北向重力高带仍然存在，显示南北向异常突出。

航磁△T化极上延5 km异常图上反映该区仍然保持区域上的基本构造特征。航磁△T化极上延20 km异常图上，环14井南和崇信县的局部磁力高点已经练成一片。磁场与重力场相比有明显差异，重力场上的陇县-平凉 -青龙山-吴忠和总理高带在磁场上没有相应显示，反映该地区前寒武纪结晶基底与其上部的构造-沉积体之间的不协调性。

沙井子地区浅层至深层断裂反映未见弱化，南北向重力高带与重力低带相间排列，基底不再见有与上部地层相协调的冲断特征，平板模式下的基底滑脱型的冲断构造样式能够更准确地概括该地区的地质构造组合样式。这一构造模式的形成过程为:沙井子地区中新元古界盖层与太古 -古元古界基底之间存在一构造薄弱面，在侏罗纪末燕山期的强大构造作用力下，区内原始相互平行叠置的中新元古界 -下古生界-上古生界顺势发生自西向东的单向冲断构造作用，由于基底和盖层之间构造薄弱面限制，这些单向西倾冲断层向下收敛于基底的构造薄弱面上，从而在整体上形成了基底滑托面控制的单向西倾的冲断构造模式(图4)。

图4 平板模式下的基底滑脱型单向冲断构造模式

2 构造样式成因分析

鄂尔多斯西缘晚侏罗世的强烈挤压冲断作用造成前白垩系冲断褶皱变形并抬升地表。中晚侏罗世，古太平洋板块与欧亚大陆板块相互斜向碰撞，导致鄂尔多斯盆地以东的中国东部地区发生强烈的构造变形和抬升，这种斜向碰撞产生的挤压分量作用于鄂尔多斯地块，形成了以NW-SE向为主要挤压方向的构造应力场。在盆地西南缘沙井子地区由于拉萨地块与已处于欧亚大陆边缘的羌塘地块碰撞产生的远程构造效应，使得沙井子-平凉地区处于NE-SW方向的挤压应力状态，即通过秦岭—祁连褶皱带作用于盆地西南缘，导致西缘冲断带南段的形成和发育，属特提斯构造动力体系作用之结果。喜马拉雅期印度板块与欧亚板块相互碰撞以及碰撞后陆内俯冲的远程构造效应，使鄂尔多斯盆地西缘南段处于强烈的NNE-SSW方向的挤压状态。宏观构造特征分析表明，鄂尔多斯盆地西缘南段喜马拉雅期的构造变形是在来自SW方向的挤压应力以及近南北向右行剪切所派生的NE-SW方向挤压应力和NW-SE方向拉张应力联合作用的结果[34]。

3 结语

(1)沙井子—平凉地区断裂以逆断层为主，受断裂控制，下古生界和中元古界呈高角度出露地表。

(2)断层上盘自西向东均发育高角度的西倾单斜构造，与断裂系统产状相协调，区内不发育完整的背斜或向斜构造。重磁电资料表明重力场与磁场有明显差异，反映该地区前寒武纪结晶基底与其上部的构造—沉积体之间的不协调性。沙井子—平凉地区的构造样式为高角度冲断系统形成的基底滑脱型西倾单斜构造。

(3)晚侏罗世末基底滑脱型单向冲断构造与喜马拉雅期右旋剪切走滑构造的复合叠加是沙井子地区构造形成的基本模式。

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