鄂尔多斯盆地是在古生代华北克拉通浅海台地基础上发育起来的中新生代大型陆内叠合型残留盆地^[1-2]，盆内构造稳定，地层变形微弱，断层不发育^[3-5]。目前已经发现了苏里格、榆林及大牛地等多个大型煤系气田^[6-7]。长期以来，盆地东北部上古生界致密气藏的形成和分布都被认为主要受沉积作用的控制，气藏类型以岩性气藏为主，断层对上古生界致密气藏的控制作用不明显^[8-9]。前人针对断层对致密气成藏的影响作用鲜有研究。然而，随着油气田勘探开发进入后期阶段，断层的输导能力对致密气的纵向分布以及断层对储层物性的改造间接对致密气藏的横向展布均起到了重要的控制作用，弄清断层的成因机制及其对致密气藏的控制作用迫在眉睫。

然而鄂尔多斯盆地东北缘的A区块由于受到多期构造应力场的作用造成其断裂系统复杂，虽然在野外可以观测到规模较大的节理和断层^[10-12]，但是在剖面上断层垂向断距通常<15 m，地震上小于地震分辨率λ/4，属于微小断层^[13-16]。本文通过分析区块周边L断裂带产生的局部应力场，理清区块内部小断层平、剖面特征及形成机制，并分析不同成因下的小断层对致密气成藏的控制和影响作用。

A区块位于鄂尔多斯盆地东北缘晋西挠褶带与伊陕斜坡的交界处，其断裂系统受东部L断裂带及其诱发的北部Y断裂带、Z岩浆侵入热事件的共同影响(图 1)。

图  1  A区块位置(左)及构造单元划分图(右)

Figure 1.  Location of block A (left) and tectonic unit division (right)

L断裂带为印支-燕山期造山作用的产物，是由一系列方向相近、性质相同，平行或斜列的逆冲断层组成的基底深大壳型断裂，构成了鄂尔多斯盆地与山西隆起的分界^[17-19]。L断裂带由南北两段组成，南段由近平行的NS向东倾断裂组成，倾角约50°~85°；北段由NNE向雁行排列的西倾断裂组成，倾角约60°~80°^[20]。北段从加里东期开始活动，古生代逐渐减弱；南段从海西期开始活动，强度逐渐增大直至晚三叠世强度达到最大，以东盘向西大规模高角度逆冲为主，并伴有剪切活动；燕山期，南段强烈活动造成北段断裂再次活化，在近南北向扭动及其派生的东西向挤压共同作用下，南、北两段连为一体，呈左旋NNE向的雁行断裂系；喜山期由于应力反转，离石断裂带由早期左旋变为右旋活动，但整体活动强度弱于左旋运动时期^[20-22](表 1)。A区块主要受L断裂带北段的影响(图 2)。

表 1  区域断层及Z岩体活动强度表

Table 1.  Activity of regional fault and Z magmatism

图  2  A区块断层综合特征示意图

Figure 2.  Fault characteristic of block A

Y断裂带位于区块北部，是1条断至基底的NW向正断层并伴有走滑性质的深大壳型断裂^[23](图 1)。该断层在印支期开始活动并逐渐增强，同L断裂带活动强度一致，均在晚三叠世活动最强(表 1)。鉴于L断裂带产生的左旋应力场，推测Y断裂带为其产生的分支张扭断层。

Z火成岩体位于区块东部，平面上呈正向穹窿型热力构造，是一套由侵入岩和喷出岩组成的多期碱性或偏碱性杂岩体^[24-25]。自三叠纪之后，Z岩体经历了3期热力作用，分别为中三叠世表浅层火山喷发型、中晚侏罗世—早白垩世中浅层侵入型及晚白垩世表浅层火山喷发型。其中，中晚侏罗世—早白垩世为Z岩体的主要活动期次^[26](表 1)。

受L断裂带及Z火成岩体多期活动的综合影响，A区块断裂系统复杂，且区块南北两区断层发育差异性较大。

北区主要受L断裂活动的影响，北区东北部断层发育规模较大，分别为NW向张扭断层及孤Ⅰ号、孤Ⅱ号压扭断层。NW向张扭断层纵向上断开层位多，且断至地表，垂向断距小；平面上呈NW向平行侧列式展布，延伸距离较短，约3~23 km(图 2剖面a)。孤Ⅰ号、孤Ⅱ号断层剖面上垂向断距离较小，约10 m，倾向为东倾，且倾角较大近90°；平面上呈“Y”状组合形态，延伸距离约50~80 km(图 2剖面b)。北区西南部断层规模较小，剖面上多为层间断层，断开层位少且断距离小，多＜5 m，且倾角大，大部分呈近90°的特点；平面上断层规模小，延伸长度约0.5~3.5 km不等，断裂密度较低，约0.07~0.15条/km²，方向以近SN向为主，局部发育NE及NW向断层(图 2剖面c)。

南区受L断裂带的活动及Z火成岩热事件双重应力共同作用，根据其影响程度的不同，将南区分为平缓构造区和Z火成岩构造区2个构造单元(图 3)。平缓构造区受L断裂带活动的影响较大，断层以逆断层为主，部分伴有压扭走滑性质，平面上断层之间关系复杂，有些相互平行，有些相互斜交。断层发育规模小，延伸长度约0.5~5 km不等，断裂密度较低，约0.18~0.20条/km²，以近SN向为主，局部发育NE、NW及近EW向断层；剖面上断裂样式简单，多发育层间小断层，垂向断距小，多＜5 m，且倾角大，大部分呈近90°的特征(图 2剖面d)。Z火成岩构造区主要受岩浆侵入作用的影响，造成地层穹窿，断层发育规模相对平缓构造区较大，平面上呈弧形和放射状展布，延伸约1~7km不等，且断层密度高，约3条/km²；剖面上断层断开层位较多，多断至地表，垂向断距较大，约20~40 km不等(图 2剖面e)。

图  3  A区块南区山西组底面断层平面展布图(左)及山西组底面展布与地震相干剖面叠合图(右)

Figure 3.  Spatial distribution map of bottom faults through the Shanxi Formation in the southern district of block A (left) and superposition map of the seismic distribution and the seismic coherence profile of the Shanxi Formation (right)

A区块断裂系统复杂，断层发育规模有大有小，规模较大的断层主要为位于北区东北部的Y断层、孤Ⅰ号、孤Ⅱ号及NW向平行展布的正断层；规模较小的断层主要位于北区西南部及整个南区。

虽然断层发育规模大小不一，但是均为引起L断裂带活动的区域应力场及Z岩浆侵入热事件双重应力叠加作用的结果。其中，北区及南区平缓构造区的断裂主要为L断裂带左旋应力作用的结果。在L断裂NNE向左旋力偶的作用下，会产生NW向挤压应力及NE向拉张应力。在这两个应力分量的作用下，形成NW向正断层、NE和近SN向逆断层、同向和反向共轭剪切破裂(图 4)，分别对应Y张扭走滑断裂及北区北部NW向正断层、北区西南部及南区平缓构造区小型断层、孤Ⅰ号及Ⅱ号断层，这类断层形成于晚三叠世，受控于L左旋走滑应力机制。而南区Z火成岩构造区的断层主要受岩浆侵入作用的影响，形成于Z岩浆活动的主力活动时期晚侏罗世—早白垩世，呈环Z火成岩体弧形和放射状展布。鉴于北区西南部及南区距L断裂带距离的差异，北区西南部约75 km，南区约25 km，造成北区较南区断层发育规模更小，构造幅度更低，构造样式更简单(图 2)。

图  4  左旋力偶产生的走滑应变椭球体(据文献[27]修改)

Figure 4.  Strike-strain ellipsoid produced by left-handed couple (modified after reference [27])

通过区域地质研究及邻区已钻井揭示，A区块上古生界缺失志留系、泥盆系及下石炭统沉积地层，主要为上石炭统—二叠系沉积，自下而上依次为上石炭统本溪组(C₂b)、下二叠统太原组(P₁t)和山西组(P₁s)、中二叠统下石盒子组(P₂x)和上石盒子组(P₂s)以及上二叠统石千峰组(P₃s)。烃源岩为本溪组、太原组和山西组的煤系地层，类型以Ⅲ型干酪根为主，且达成熟阶段，有利于天然气形成；储层为低孔低渗型致密砂岩储层。

鉴于当前A区块南区较北区的勘探程度更高，重点针对南区断层对致密气藏的影响进行具体分析。南区断层整体以NE和近SN向压性走滑断层为主，根据区域应力及Z岩浆侵入热事件影响程度的不同，将其分为火山作用型和区域应力型两类断层，火山作用型断层位于Z火成岩构造区，区域应力型断层位于平缓构造区(图 3)。目前已钻井揭示，南区气层纵向上呈底部含气、中部含气、顶部含气及层层含气4种模式(图 5)。通过对南区断裂体系分析认为，不同成因机制的断层对气层纵向调控具有一定的差异。

图  5  南区气层纵向分布柱状图

Figure 5.  Vertical distribution of gas layers in the south region

火山作用型断层平面上表现为环Z火成岩体呈弧形和放射状展布，对气藏起到过度调整的作用，具体表现为靠近烃源岩的本一段、太二段单一层位含气，上覆地层以水层和干层为主，具有类似A井的气层纵向分布特征(图 5)。钻井揭示，具有该类型含气模式的井均沿Z火成岩构造区分布，受火山作用型断层的控制(图 3)。这是因为该类断层多通向地表且垂向断距大，导致天然气逸散，对成藏起破坏作用(图 2剖面e、图 5)。

区域应力型断层整体以NE和近SN向压性走滑断层为主，且对气藏起到调整不足和调整适度两方面作用。调整不足主要表现在气层仅发育在中部上、下石盒子组内，底部煤系烃源岩生气后，沿断层垂向运移到中部地层后停滞，断层运移动力较弱导致气无法继续向上运移，顶部石千峰组几乎为干层，具有类似B井的气层纵向分布特征。断层调整适度表现为两方面，一是气层分布在顶部石千峰组地层中，甚至到三叠系刘家沟组及其以上层位均含气，类似于C井的气层纵向分布特征；二是自下而上层层含气，类似于D井的气层纵向分布特征(图 5)。

钻井揭示，具有调整不足及调整适度两方面的井位均分布在平缓构造区内，受区域应力型断层的控制(图 3)。这类断层均为层间小断层并不沟通地表，且垂向断距小，不仅起到运移作用，断层及由断层产生的裂缝发育等因素对储层也有一定改造作用，有效控制了气层的纵向分布(图 6)。但是同一成因机制的断层会产生这两类不同的调整模式，通过对钻井与其邻近断层的横向距离关系分析认为，钻井与断层距离2 km之内，越靠近断层且砂岩厚度越大则气层厚度越大，即当断层对距离其横向范围2 km之内起适度调整的作用，而远离断层控制范围，垂向运移动力不足(图 7)。

图  6  南区烃源岩与输导体系配置关系图

Figure 6.  Relationship between source rock and transport system in the south region

图  7  上石盒子组盒4段气层厚度与砂岩厚度、断层距离关系图

Figure 7.  Relationship among gas layer thickness, sandstone thickness and fault distance in the fourth section of Shangshi Formation

(1) A区块的断裂体系受控于L断裂带左旋走滑应力及Z岩浆侵入热事件双重应力叠加作用，根据其叠加程度的不同，分为火山作用型和区域应力型2类断层。火山作用型断层主要为Z岩浆侵入，造成地层穹窿，呈环Z火成岩体分布的弧形断层；区域应力型断层主要由区域左旋应力场派生出3类断层组成，分别为NW向张性走滑断层、NE和近SN向压性走滑断层及X型共轭剪切破裂断层；

(2) A区块北区断层形成于晚三叠世，主要受控于L断裂带左旋应力场作用。南区火山作用型断层形成于晚侏罗世—早白垩世Z岩浆侵入期，对气层起到了调整过度的作用，破坏天然气成藏；而区域应力型断层形成于晚三叠世，仅受控于L断裂带左旋应力作用，断层对气层起到了调整适度与不足的作用，控制了南区气层的分布。