Question

构造应力场演化特征

Answer 1

盆地应力场是地块构造运动、区域构造作用和盆地本身属性等因素相互作用的具体表现，在时间和空间上是变化的，具有阶段性。每一阶段应力作用常形成独特的构造体系或不同构造形迹的组合。因此，通常应力场的恢复主要借助于构造形迹的组合特征和构造形迹形成的期次的界定来完成。张弘（1996）、张吉森（1995）等人依据鄂尔多斯盆地三叠系、侏罗系和白垩系志丹群等层位中发育的共轭节理、初始张节理、剪节理和纵弯褶皱等变形重建了中、新生代构造应力场。不同运动阶段最大主压应力发生明显的变化，同一构造阶段在盆地边缘不同部位由不同构造形变所反映出来的最大主压应力作用方向也表现出很大的差异。不同地区、不同期次最大主压应力轴产状的优势方位发生明显变化。

图2-32 鄂尔多斯盆地断裂构造体系图

2.3.1 加里东—海西期形变及应力场特点

鄂尔多斯盆地从寒武纪至早奥陶世晚期，总体上是被伸展裂陷区所环绕的，北侧为处于扩张期的中亚-兴蒙海槽；西侧为贺兰坳拉槽；南侧为秦岭海槽。海槽或坳拉槽的伸展和扩张导致鄂尔多斯盆地发生整体沉降，接受了海相碳酸盐岩沉积。晚期挤压应力场起始于早奥陶世晚期，盆地整体抬升。由于北侧中亚-蒙古大洋板块的俯冲与关闭和南侧秦祁海古特提斯的活动，在主压应力方向为SN—NNW向的挤压应力场作用下，形成鄂尔多斯古生代EW—NWW走向为主的构造格局。

挤压应力场在盆地南部的渭北隆起西段表现强烈，下古生界强烈变形。南部秦岭海槽的构造作用对整个盆地，尤其是盆地南部产生较大的影响。鄂尔多斯盆地南缘加里东构造主要呈现为一系列S倾N倒的紧闭倒转褶皱和在空间上与其连续变化的宽缓倾斜褶皱或者不对称背向斜构造，以及同构造期形成的具有相同构造倒向，并显示韧性和脆韧性变形特征的叠瓦状逆冲断层，且伴有同构造期的轻微变质作用，整体表现为地壳、浅层次的构造变形。

2.3.2 印支期变形及应力场特点

印支期鄂尔多斯盆地受控于洋壳俯冲、陆-陆碰撞造山这一构造体制，造成华南板块与华北板块碰撞对接，西伯利亚板块向南运动，形成了鄂尔多斯地块主压应力为SN向的构造应力场。野外调查盆地周边印支期应力场以近SN向或NNE—SSW向为主。盆地西缘局部应力场源于古特提斯封闭，在盆缘边界（固原-青铜峡断裂带）形成右旋剪切，并派生南段NE向局部挤压应力；而鄂尔多斯盆地西缘贺兰山NW—SE局部挤压力来源于三角形阿拉善刚性地块在南北向对挤挟持中向南东滑动。盆地西南缘及镇-泾研究区印支期最大主压应力方向为NE—SW向。

印支运动在鄂尔多斯地区整体表现为造盆运动，盆内变形表现不明显。

2.3.3 燕山期变形及应力场特点

中新生代构造运动对鄂尔多斯盆地的形成、烃源岩沉积和成烃演化、成藏要素形成和成藏作用起到重要作用，尤其是燕山期构造运动对烃类演化、油气运移与聚集有着重要的作用（周新桂，2003）。燕山运动是鄂尔多斯盆地所经历的最强烈的构造运动，也是构造形迹得以较好保存的运动（张抗，1989）。对盆地作用表现为盆地东部强烈抬升和东、西两侧挤压为主的构造广泛发育。燕山运动的重大地质作用主要表现在4个方面：①导致盆地周缘多个构造地层不整合的形成、中浅层次构造变形和系列线状褶皱和推覆构造的形成和基本定型（图2-33；李江涛等，1994；汪哲成等，2001）；②导致了早、中侏罗世和晚侏罗世盆地沉降中心和沉积中心不断向北、向西迁移偏转（图2-34），即从早、中侏罗世至晚侏罗世，盆地轴向由N35°E（延安组）、向N25°E（直罗组和安定组）和SN向（芬芳河组）发生偏转，沉积中心也伴随盆地轴向的逆时针旋转从乌审旗迁移至环县附近（李江涛等，1997）；③导致了盆地地温梯度的急剧升高，有利于油气生成、运移和聚集（任战利，1996；图2-35）；④控制了有利于油气指向的有序分布的各种构造（包括盆地内低幅度鼻隆或褶曲）的发育和有序分布（闵琪等，2000）。

鄂尔多斯盆地南部演化也有类似的特点，即在印支运动表现并不明显或者相当微弱，在鄂尔多斯地区整体表现为造盆运动。鄂南沉积盖层的构造变形主要受控于加里东期和燕山期两次构造运动，现今构造格局则主要受控于燕山期盆地西缘和南缘逆冲推覆构造，具有东西分段、南北分带、构造变形南强北弱、深浅层构造之差异特点（李江涛等，1994；图2-36）。镇-泾研究区位于鄂尔多斯盆地西南段北带，构造变形相对弱一些，主要受控于盆地西南缘的逆冲推覆作用。

笔者在系统地总结和归纳前人在盆地分析研究成果的基础上，通过对盆地变形历史中盆缘和盆内构造变形特征、盆地沉降和沉积中心迁移以及重要不整合面分布，重建自中生代以来构造应力活动和应力转换历史（表2-1）。确立了鄂尔多斯盆地燕山期和喜马拉雅期两期构造运动的变形特征。

图2-33 鄂尔多斯盆地西缘中生界地层不整合分布特征

（据汪哲成等，2001）

1—K/J角度不整合；2—J/T角度不整合；3—冲断层；4—正断层

2.3.3.1 构造变形特征

根据此次研究目的和储层所属构造层，将燕山期主要构造形变进行阐述。鄂尔多斯盆地南部地区，海西运动和印支运动均以显示地壳隆升作用的地层间区域性平行不整合接触关系为特征；而燕山运动则是该区一次重大的变形事件，其造成侏罗系上统缺失且与上覆地层白垩系呈不整合接触及下白垩系与上覆地层第三系呈角度不整合，同时导致南缘和西缘地区的上古生界（尤其是中生界）强烈变形。总体发育显示地壳表层脆性变形特征的一系列叠瓦状冲断及轴面直立的宽缓褶皱变形（牟泽辉等，1999）。

图2-34 鄂尔多斯盆地中生代沉积和沉降中心迁移和左旋应力场特征

（据李江涛等，1997）

图2-35 鄂尔多斯盆地上古生界成藏事件图

通过口镇—圣人桥剖面的构造分析特征（周鼎武，1994）以及盆地南缘的区域构造变形特征（张抗，1989）分析，鄂南燕山构造变形具有以下规律：

图2-36 鄂尔多斯盆地南部构造带划分图及应力状态

表2-1 鄂尔多斯盆地中新生代构造应力场演化特征简表

从褶皱样式方面来讲，燕山期的褶皱主要为一系列走向近EW的宽缓背向斜或挠曲，褶皱轴面直立，两翼倾角较缓，即为典型的开阔等厚褶皱，仅在靠近断层带附近应力集中的区段，尤其是软硬层并存的岩层中发育复杂而相对紧闭的褶皱，并且褶皱变形整体具自北向南强度递增的规律（图2-37），这反映了越近秦岭造山带，构造活动越强的趋势。

图2-37 鄂尔多斯盆地西南缘构造纲要图

（据袁卫国，1984）

1—褶皱；2—断层；3—正断层；4—推测断层

燕山期的断裂构造也很发育，且主要以脆性变形为特征，主要表现为3种基本形式，①伴随宽缓褶皱变形形成EW走向、规模不等的逆冲断层；②叠加或发生早期断裂，形成较大规模走向近EW向的逆冲断层，断层带内变形强烈（图2-38）；③伴随上述两类逆冲构造，在不同构造段不同程度地发育一系列走向NE或NW的剪切断裂，这3种类型断层共同反映了与褶皱变形相应的挤压变形作用。

图2-38 崛山寺-安头源断层带

（据牟泽辉等，1999）

1—第四系黄土；2—砂岩；3—泥质岩；4—页岩；5—灰岩；6—折劈；7—脆性冲断层；8—韧-脆性冲断带；

9—加里东期面理；10—燕山期面理；11—二叠系；12—下奥陶统；13—中奥陶统；14—昭陵组

值得一提的是，在燕山期构造形成过程的同时，还在不同构造区段不同程度地叠加和改造了加里东期形成的变形构造，且燕山期相应的构造形迹在上寒武统和下古生界组成的加里东期形成的变形构造中亦有所表现，具体表现在：①在下古生界地层的软弱层区段，加里东期的变形主体为紧闭倒转乃至平卧的尖棱褶皱，并伴有相应的透入性面理，燕山期的变形主要以加里东期的构造面理为变形面形成燕山期宽缓的背向斜及其相应的冲断构造；②在下古生界的强硬层出露区段，加里东的构造变形以倒转褶皱和在空间上与其呈连续递变的较宽缓的不对称向斜构造为特征，燕山期的叠加改造则多以褶皱的共轴方式叠加改造加里东期的构造，造成加里东期的褶皱幅度和强度进一步加强，并伴生破劈理或高角度脆性冲断构造；③加里东形成的韧性或韧-脆性断层不同程度地被燕山期的冲断层继承、叠加和改造。

2.3.3.2 燕山期应力场特点

燕山期，由于库拉—太平洋板块向北或北北西方向运动，向阿留申—日本海沟俯冲，同时东亚大陆向南运动，产生左旋剪切派生了该盆地受主压应力为NW—SE向的挤压应力场。盆地西缘局部应力场源于中特提斯海的封闭，挤压应力经祁连山加里东褶皱带向北传递，由于固原-青铜峡边界断裂带的影响，在盆地西缘边界产生右旋剪切，其局部挤压为NE向。因此西缘、西南缘局部应力场特征与印支期近于一致。燕山期最大主压应力作用的优势方向为NW—SE（130°～310°），分布于鄂尔多斯盆地东部和西北部；次优势方位为NE—SW向（50°～230°）主要分布于盆地西南部（包括镇-泾地区）；应力场分布特征主要受控区域左旋剪切应力体制和陆内变形构造体制。

2.3.4 喜马拉雅期应力场特点

喜马拉雅期鄂尔多斯盆地应力场发生了根本性的变化，受控于区域右旋剪切—拉张应力体制。太平洋板块向北西方向俯冲以及新特提斯构造域北东向挤压造成中国东部岩石圈块体受NW—SE向拉伸，区域应力挤压方向为NE—SW向。盆地内部（38°N带上）为近SN向挤压，局部压挤性的构造环境，结果使得盆地周缘发生一系列右旋拉张的断裂活动，产生了一系列断陷。

喜马拉雅期区域最大主压应力方向为NNE—SSW（530°～210°），鄂尔多斯盆地南缘地区及镇-泾研究区应力分布一致。

2.3.5 现代应力特点

我国现代构造应力主要受控于东部太平洋板块俯冲、菲律宾板块挤入作用，以及西南部印度板块向北碰撞欧亚大陆和由于印度板块碰撞致使青藏高原隆升产生对周边侧压的联合作用，现代构造应力场在空间上具有统一性，时间上持续稳定。大量震源机制解析、原地应力测量和断层滑动资料研究表明，最大与最小主应力轴近水平分布。

依据华北现代构造应力场与强震分布（谢富仁等，2003）、鄂尔多斯盆地及其周缘震源机制解和板内块体运动方向（图2-39，图2-40，图2-41），可以确定鄂尔多斯盆地区域现今主压应力轴走向优势方位为NE—NEE，主张应力轴优势方位为NW—NNW。据张抗（1989）统计结果分析（表2-2），鄂尔多斯断块及其西侧现今应力场主压应力轴（P）的方向不集中，优势方位为31°～100°，其中以60°～80°居多；主张应力轴（T）优势方位为301°～10°，以301°～350°居多。应力轴仰角（10°～30°）为水平或近水平。总体上看，现代主应力方向以NE—NEE为主，其次NW—NWW向。同时反应华北断块区存在剪切应力网，缘由该区复杂的构造情况和多样的发震机制（张抗，1989）。

从前人区域应力场研究成果来看，尽管印支期和燕山期鄂尔多斯盆地应力场分布受控于不同的构造体制、不同盆地动力学背景，但盆地西南缘及镇-泾地区具有相似应力场分布规律。即印支期受区域NE—SW向最大主压应力作用，燕山期区域挤压应力作用方向为NEE（NE）—SWW（SW）；而喜马拉雅期研究区最大主压应力方向为NNE—SSW（图2-20）。

图2-39 华北强震和现代应力场分布

（据谢富仁等，2003）

图2-40 鄂尔多斯盆地周缘断陷盆地地震震源机制

（据华北石油局第三普查勘探大队，1989修编）

图2-41 鄂尔多斯盆地及周缘块体运动学及应力特征

表2-2 鄂尔多斯断块及其西侧现今应力场震源机制解

（据张抗等修改，1989）

由于中国大陆所处地球动力学环境的大尺度背景的同源性和作用过程的稳定性以及局部的复杂性，使得中国现代应力场在空间上表现为大区域的统一性和局部的非均匀性，以及在时间上的相对持续稳定性——由构造分析确定的中国主要活动区第四纪晚期构造应力场和与震源机制和原地应力测量所获得的现代构造应力场有着较好的一致性，现代构造应力以水平作用为主（谢富仁等，2003）。鄂尔多斯盆地周缘以及整个华北地区现今应力场主压应力优势方向为NE—NEE向，同时鄂尔多斯盆地西南部最大主压应力方向由NE向NEE向发散状过渡分布之特点。镇-泾地区现今应力作用方向为NE—NEE向。