鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组沟谷体系构造成因

何发岐，齐 荣,王付斌,邓 杰,成 立,胡天乐

(中国石化 华北油气分公司，河南 郑州 450006)

鄂尔多斯盆地是中国大型多层系叠合含油气盆地，其天环坳陷南段的镇泾地区有侏罗系延安组和三叠系延长组等多个含油层系，建成了红河油田。受印支运动影响，延长组顶部被剥蚀，形成了广泛分布的大型沟谷体系。长期以来，延长组沟谷体系被认为是风化剥蚀和河流侵蚀作用所致[1-5]。在延长组剥蚀面之上，沉积了具有河道充填特征的延10油层组和广覆型补偿沉积的延9油层组，是延安组的主力油层组[6-10]。沟谷体系是碎屑物搬运的重要通道，也是砂体优先沉积的地方，控制着砂体的展布形态和沉积厚度，因此对油气勘探具有重要意义[11-12]。基于三维地震资料解释及岩心观察，对延长组顶部广泛发育的沟谷体系进行了描述和刻画，认为其主要成因为走滑构造运动背景下的挤压和伸展的联合作用，而非河流的侵蚀作用。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是发育在华北克拉通西部的多旋回叠合型盆地。镇泾地区位于鄂尔多斯盆地天环坳陷南段，地处东侧陕北斜坡、西侧冲断构造带与南侧渭北隆起所夹汇的构造转折区，构造活动较盆地内部强烈，总体为西北低、东南高的平缓单斜。中三叠世，华北板块与扬子板块发生拼接，并于晚三叠世开始碰撞造山[13-16]，导致鄂尔多斯盆地西南缘的强烈抬升变形，形成众多褶皱及断裂(图1)。印支运动使得盆地由晚古生代—中三叠世的华北克拉通坳陷盆地逐渐向内陆湖盆转化[17]。上三叠统延长组主要为一套灰绿色、灰色中厚层块状细砂岩、粉砂岩和深灰色、灰黑色泥岩组成的旋回性沉积，广泛发育河流、三角洲、湖泊和重力流沉积，按岩性和电性特征可划分为10个油层组[18](图2)，其中长7油层组发育的深湖相泥岩和油页岩是中生界含油气系统的主要烃源岩。印支期的区域性抬升剥蚀致镇泾地区长3油层组至富县组普遍缺失，延长组顶部起伏不平、沟壑纵横。镇泾地区中生界油藏主要分布在延长组和延安组碎屑岩，其中延长组油藏主要分布在长8油层组和长6油层组，储层普遍含油，大面积成藏，为典型的致密砂岩岩性油藏。延安组油藏主要分布在延9油层组和延10油层组。

2 延长组沟谷体系分布特征

2.1 剖面地质特征

鄂尔多斯盆地南部延长组晚期沟谷体系非常发育，在垂直于沟谷体系的典型地震剖面上显示为明显的下凹现象(图3)，沟谷多以宽缓U型和V型为主，其中最宽的沟谷宽约为7 km，最窄的沟谷宽约3.25 km。这些沟谷的底部都发育了断裂，形成了断折点，围限沟谷的高点区普遍发生了上拱，部分刺穿到了上覆的延安组，而且其内部反射较杂乱，表明地层发生了挤压变形；另外这些沟谷无论规模大小，底部都为连续反射界面，且沟谷的充填特征不明显，与侵蚀成因型沟谷的外形、规模和充填特征都有明显差异[19-21]，属非侵蚀成因沟谷。

图1 鄂尔多斯盆地南部镇泾地区位置及周缘断裂发育特征Fig.1 Locations of the study area and surrounding faults,Zhenjing,southern Ordos Basin

图2 鄂尔多斯盆地南部延长组综合柱状图Fig.2 Composite stratigraphy column showing the Yanchang Formation,southern Ordos Basin

在NW-SE向地震剖面上可以观察到一宽缓沟谷，在该沟谷中未见侵蚀充填特征，但沟谷的厚度明显小于两侧地层厚度，表明其由地层的拉伸减薄所形成(图3)，也属于构造成因。

2.2 平面地质特征

基于三维地震资料的精细解释，利用厚度印模法恢复了研究区前侏罗系古地貌(图4)。从图4中可以看出有两组沟谷体系：1条NE-SW向沟谷体系；6条NW-SE向沟谷体系。NW-SE向沟谷体系①—⑥在平面上多呈NW-SE向展布，位于玉都走滑断裂的南部，沟谷体系规模大，分布范围广，但是延伸距离有限，为挤压构造形成的沟槽；NE-SW向沟谷⑦延伸较长，主沟谷宽度较大，在玉都断裂的两盘都有发育，为伸展作用下形成(图4)。这两组沟谷体系呈现垂直分布的特征，但相互并不连通，与侵蚀成因型沟谷分布特征明显不同。

图3 鄂尔多斯盆地南部延长组沟谷体系地震剖面特征(剖面位置见图4a)Fig.3 Seismic section showing the valley systems in the Yanchang Formation,southern Ordos Basin (section location shown in Fig.4a)(图中带圆圈数字为沟谷体系序号，沟谷平面位置见图3a)a.剖面A—B；b.剖面C—D；T5.延长组顶界面；长7油层组底部

图4 鄂尔多斯盆地南部前侏罗纪古地貌平面图(a)和立体图(b)Fig.4 Plan (a) and stereogram map (b) of the pre-Jurassic paleogeomorphology,southern Ordos Basin(图中带圆圈数字为沟谷体系序号。)

3 沟谷体系成因

前人研究认为古沟谷是基准面下降到坡折点以下地表遭受侵蚀形成的残留可容纳空间，一般沿层序界面发育，属于沉积侵蚀成因[22]。鄂尔多斯盆地南部延长组晚期发育的沟谷体系，无论其剖面特征还是平面分布特征都表明其为构造成因，而非侵蚀成因。

3.1 构造活动特征

由于受到古太平洋板块与欧亚板块斜向碰撞所产生的区域构造效应和特提斯构造动力体系的远程构造效应的联合作用，鄂尔多斯盆地西南缘最大主压应力呈NE-SW向[23-29]，使得祁连地块和阿拉善地块向东挤出，鄂尔多斯盆地周缘主要断裂在中生代以左旋走滑运动为主(图1)。图1显示的海原断裂带为通过填图识别出的区域左旋走滑断裂，该走滑断裂带恰好能够延展到镇泾地区。

在地震资料的精细解释下，编制了长7段底界面断裂分布图(图5a)，可以看出NW向玉都断裂的北侧断裂呈现NEE走向，这些断裂基本都为正断裂，与玉都断裂呈近45°角，属于玉都断裂左旋走滑运动的派生断裂；玉都断裂南侧断裂呈马尾状和雁列式分布特征，指示为走滑作用下形成。据此可以判定在SW-NE向区域构造挤压作用下，形成了垂直于应力方向的NW-SE向展布的挤压沟谷；由于玉都断裂的左旋走滑作用，NW-SE发生伸展作用，形成了NE-SW向的伸展沟谷(图5b)。

图5 鄂尔多斯盆地南部长7油层组底界面断裂分布(a)及应力分布模型(b)Fig.5 Faults (a)and model of stress (b) at the bottom of Chang 7 Member,southern Ordos Basin

3.2 未成岩地层塑性变形

地层受构造挤压发生塑性变形的前提是地层未成岩。依据地震及钻井资料估算，在延长组晚期发生构造挤压时，长8油层组及以上地层埋深不超过800 m，还未完全固结成岩，因此在构造挤压及伸展作用下才能形成沟谷。长8油层组岩心观察可见典型的火焰状构造、砂岩侵入构造和揉皱变形层理等软沉积变形构造(图6)，表明延长组在未成岩阶段受到挤压作用产生了普遍的塑性变形。而下伏更老的成岩地层未发生塑性变形，通过产生破裂以释放应力，地震剖面上显示的断折点就是最直接的证据(图3)。

4 结论

1) NW-NE向沟谷规模大、分布范围广，但是延伸距离有限，为挤压成因沟槽；NE-SW向沟槽沟谷体系延伸较长，主沟谷宽度较大，但范围局限，为伸展作用下形成。

图6 鄂尔多斯盆地南部延长组软沉积变形岩心照片特征Fig.6 Core images showing soft sediment deformation,Yanchang Formation,southern Ordos Basina.HH87井，埋深2 475.87～2 476.15 m，泥岩；b：HH87井，埋深2 457.07～2 457.29 m，粉砂质泥岩；c：HH91井，埋深1 744.38～1 744.61 m，细砂岩；d：HH91井，埋深1 744.38～1 744.61 m，细砂岩；e：HH91井，埋深1 746.66～1 746.85 m，细砂岩；f：HH91井，埋深1 747.93～1 748.10 m，粉砂质泥岩

2) 延长组沉积晚期地层尚未完全固结成岩，在SW-NE向区域构造挤压作用下，形成了垂直于应力方向的NW-SE向展布的挤压沟谷；由于玉都断裂的左旋走滑作用，NW-SE发生伸展作用，形成了NE-SW向的伸展沟谷。