梁承春 吳錦偉 王代國 何學文 梁臣 劉小虎 王治磊 黃光明 雷克輝

摘要 以鄂爾多斯盆地紅河油田精細地震構造解釋為基礎，結合南緣秦嶺和西緣六盤山的構造演化史，并采用有限差分軟件開展兩期構造疊加的大應變數(shù)值模擬實驗，探討紅河油田的走滑斷裂活動及應力場演化。結果表明，北西走向的玉都斷裂帶先活動，受到基底斷層控制而發(fā)育單斷式左行走滑，應在晚侏羅世—早白堊世活動，其動力學背景是秦嶺北緣不同塊體之間往北西方向的差異擠壓，活動之時玉都斷裂帶附近最大主應力方向為北東東向；北東東向彌散式斷層后活動，受到六盤山?jīng)_斷帶向東擠壓過程中南北差異的影響而發(fā)生左行走滑，在早白堊世晚期或新生代活動，活動之時最大主應力為北東向（N36°～69°），平均N53°。研究結果對本地區(qū)的斷裂預測提供了新的約束，亦可為鄂爾多斯盆地其他油田的斷裂研究提供借鑒。

關鍵詞 鄂爾多斯盆地;走滑斷裂;數(shù)值模擬;主應力;構造疊加

Using seismic data and 3D numerical simulation to study strike-slip

faulting and stress field evolution in Honghe Oilfield， Ordos Basin

Abstract This work focuses on the strike-slip faulting activity and stress field evolution in Honghe Oilfield， Ordos Basin. With the finite difference software， a series of 3D numerical models were constructed to investigate the two stages of structural superposition. Constrained by the refined seismic structure interpretation and the tectonic evolution of Qinling Mountain in the south and Liupanshan Mountain in the west， the model results indicate that the NW trending Yudu Fault developed first and was controlled by the sinistral strike-slip of basement fault. The Yudu Fault is supposed to be active in the late Jurassic-early Cretaceous， which is mainly attributed to the northwestward compression among different blocks in the northern margin of the Qinling Mountains. The maximum principal stress near the Yudu Fault Zone was oriented NEE during faulting. Subsequently， the NEE trending faults developed and were subjected to distributed sinistral strike-slip faulting during eastward compression of the Liupanshan thrust belt. These faults developed in the late Early Cretaceous or the Cenozoic. The maximum principal stress was oriented in the range of N36°～69° with an average of N53°. This study provides a new constraint on the fault prediction in this area， and also sheds new light on faulting dynamics in the other oilfields in the Ordos Basin.

Keywords Ordos Basin; strike-slip fault; numerical modeling; principle stress; structural superposition

鄂爾多斯盆地是一個構造相對穩(wěn)定的盆地，地層變形微弱，但隨著油氣勘探的深入，越來越多的斷裂被發(fā)現(xiàn)［1-4］。這些斷裂包括斷層和裂縫，其中斷層的水平走滑量小，錯斷的地質標志少，使人們對這些斷層的活動時間、走滑方式以及主應力來源等方面的認識存在明顯分歧。比如，紅河油田主要發(fā)育NW—SE向和NEE—SWW向兩組斷層，潘杰等認為，中晚侏羅世，NW—SE向右旋壓扭作用形成NW向右行走滑斷層和NEE向右行走滑斷層，喜山期NW向斷層反轉為左行走滑斷層［5］；張園園等認為，晚三疊世，近南北向擠壓形成NW向斷層，晚侏羅世至早白堊世，NW—SE向擠壓形成NEE向左行走滑斷層，喜山期右旋剪切-拉張產(chǎn)生新的NEE向斷層［3］；鄭和榮等認為，早侏羅世，NE向壓扭形成NW向左行走滑斷層，早白堊世，NW向斷層在深部繼續(xù)左行走滑活動，拖曳淺層形成NEE向左行走滑斷層［6］。這些有關左行或右行走滑以及相關應力場的研究，多基于整個油田斷層三維展布與盆地周緣大地構造應力場背景的宏觀關聯(lián)，而普遍缺乏來自油田內更加詳實可靠的證據(jù)。

應力場研究還可以基于更小尺度的裂縫分析，如曾聯(lián)波等通過地表露頭、巖心、薄片以及實驗等資料分析，認為鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組主要發(fā)育兩期裂縫：第一期形成于侏羅紀末期，遭受北西西—南東東方向水平構造擠壓而形成東西向和北西—南東向共軛剪切裂縫;第二期在白堊紀末期—古近紀，在北北東—南南西向水平構造擠壓應力下，形成南北向和北東—南西向共軛剪切裂縫［7］。

同一時期同一區(qū)域產(chǎn)生的斷層和裂縫是巖層對同一應力場作出的構造差異響應，斷層、裂縫、應力場三者密切關聯(lián)［8-9］。因此，對斷層和應力場開展深入研究，亦可為裂縫預測提供更多約束，而對于紅河油田這種致密性砂巖儲層而言，裂縫對油氣勘探開發(fā)的意義巨大。

目前，對于紅河油田乃至整個鄂爾多斯盆地中生代以來有關斷裂活動方式以及應力場演化的認識還遠未達到觀點統(tǒng)一的程度，這些分歧使人們在分析油氣藏富集與斷裂的主控關系時感到迷惑。

數(shù)值模擬分析是應力場研究的有力工具，尤其是大應變數(shù)值模擬，將斷層的形成過程與應力場演化統(tǒng)一起來。通過不同地層力學參數(shù)以及邊界條件的組合嘗試，探究和油田地質原型最匹配的方案。通過模擬，不僅能得到當前已經(jīng)構造變形的三維空間內任何位置的應力場、應變場、速度場、位移場等參數(shù)，還能獲得地層從開始變形到現(xiàn)階段任一時期的變形參數(shù)，而這些參數(shù)若基于傳統(tǒng)手段則只能獲得極其有限的一小部分。目前，國內開展的三維數(shù)值模擬分析多以小應變?yōu)橹?，它以現(xiàn)今地質模型為基礎，地層和斷層均提前設定，然后通過加載邊界應力條件，模擬應力的三維空間展布［10-13］；而大應變模擬則從變形之前的地層結構開始，通過加載邊界位移條件，模擬地層變形、斷裂產(chǎn)生發(fā)展以及應力場演化的過程 ［14-17］。本研究基于三維地震解釋并結合大變形數(shù)值模擬分析，重點探討紅河油田兩組斷層的活動時期、走滑方式以及古應力場演化。

1 地質背景

紅河油田位于鄂爾多斯盆地西南部，天環(huán)坳陷、伊陜斜坡以及渭北隆起的交匯部位。該油田構造相對簡單，上三疊統(tǒng)延長組7段底面從東南往西北以0.3°～0.5°的坡度緩慢下傾。區(qū)內走滑斷層大量發(fā)育，其中北西向的玉都斷裂帶規(guī)模較大，但該走向的斷層數(shù)量較少;北東東走向的斷層則以彌散式全區(qū)分布（見圖1）。兩個方向的斷層均從古生界向上錯斷至白堊系。區(qū)域內，下古生界寒武系和奧陶系以海相碳酸鹽巖為主，志留—泥盆系地層缺失，二疊系至白堊系發(fā)育碎屑巖，上白堊統(tǒng)至第三系無沉積，淺層覆蓋約300 m厚的第四系黃土［18］。

紅河油田和鄂爾多斯盆地主體具有相同的沉積歷史。盆地在中晚三疊世秦嶺海槽最終關閉之后逐漸發(fā)育形成，經(jīng)歷了早期初始沉降，中期加速擴張，至早白堊世晚期萎縮消亡的多個階段［19-20］。期間亦經(jīng)歷多次抬升剝蝕，形成三疊系—侏羅系、侏羅系延安組—直羅組、侏羅系—白堊系以及白堊系—第四系等4個地層不整合面。其中，晚白堊世以來的抬升剝蝕最劇烈，在紅河油田的剝蝕量達到980～1 280 m［21］。

紅河油田南鄰渭北隆起，西鄰六盤山褶皺沖斷帶，隨后兩者在晚侏羅世—早白堊世東亞多向匯聚構造體系背景之下均經(jīng)歷了指向盆地的褶皺沖斷變形［20，22-23］。新生代以來，六盤山繼續(xù)逆沖活動［24-27］，盆地南緣則進入伸展環(huán)境，發(fā)育了渭河地塹［18，28］。

2 斷層活動特征

2.1 北西向斷層

玉都斷裂帶是紅河油田內規(guī)模最大的斷裂，走向北西—南東（約N300°），在油田內延伸60 km，垂向斷距20～80 m。斷面高陡達80°以上，具有走滑斷層特征。該斷層從深層古生界至淺層白堊系均有錯斷，其中，在前石炭系地層中可觀察到斷層南盤厚度大于北盤， 說明該斷層在古生代已經(jīng)活動〔見圖2（a）〕。 該斷層在三疊系延長組中發(fā)育成一個寬約1 km的破碎帶， 長7段底界在斷裂帶處具有小型復式地塹結構〔見圖2（b）、 3（a）〕。此小型地塹結構在長7段底至侏羅系底基本保持一致，說明延長組沉積時期斷層沒有明顯活動。在白堊系底，此地塹規(guī)模略微變淺，至下白堊統(tǒng)羅漢洞底則趨于消失，說明這些走滑斷層在中生代的活動時間主要發(fā)生在侏羅紀—早白堊世 〔見圖2（b）〕。

在研究區(qū)西部的長7底構造圖上，和玉都斷裂帶平行的西北向斷層展示了右階雁列特征，說明北西向斷層經(jīng)歷了左行走滑作用〔見圖3（b）〕。實驗表明，走滑斷裂帶發(fā)育過程中，在主斷裂帶貫通之前先發(fā)育一系列里德爾斷層，左行走滑下排列成右階雁列，右行走滑下排列成左階雁列［30］。但是，從3 018 ms的水平切片上發(fā)現(xiàn)，前古生界的北北東向地塹沒有被玉都斷裂帶明顯錯斷，說明玉都斷裂帶走滑量很小，推測小于100 m〔見圖3（c，d）〕。

玉都斷裂帶和其東南側的彬縣官莊斷層在延伸方向上基本重合，推斷它們是同一條斷層（見圖4）。彬縣官莊斷層亦呈北西—南東走向，斷續(xù)分布于淳化縣南北兩側，在剩余重力異常中有明顯響應［31-32］。而根據(jù)區(qū)域構造背景，晚侏羅世—早白堊世時期是秦嶺南北緣褶皺沖斷強烈發(fā)育時期，南部的揚子板塊和北部的華北板塊同時向秦嶺陸內俯沖，造成大巴山以及渭北隆起各自指向盆地的褶皺沖斷變形［18，20，28，33］。晚白堊世，渭北隆起以隆升為主，新生代南部處于伸展環(huán)境，發(fā)育了渭河地塹［22］。對比這幾個階段的應力背景，玉都斷裂帶應是在晚侏羅世—早白堊世時期，作為復活老斷層調節(jié)了渭北隆起在彬縣官莊斷層兩側的擠壓縮短差異，此活動時期和通過地震剖面識別的活動時期保持一致。

2.2 北東東向斷層

北東東向斷層在紅河油田極其發(fā)育，數(shù)量多，規(guī)模小，平面延伸長度大部分小于10 km，垂向斷距一般小于30 m，具有彌散式分布特征，走向穩(wěn)定在北東東N75°左右（見圖1、圖5）。在研究區(qū)西北750 ms相干屬性圖上，可觀察到一條斷裂帶不同段的右階雁列特征，表明該斷層經(jīng)歷了左行走滑活動（見圖6）。北東東向斷層從古生界往上切割至白堊系，在古生界地層中并沒有觀察到斷距明顯增大的特征，甚至延長組7段底至白堊系底的斷距變化亦不明顯，說明此組斷層的主要活動時間應該發(fā)生在早白堊世晚期或以后（見圖5、圖7）。

根據(jù)北東東向斷層走向以及左行走滑的特征，結合走滑條件下應力與應變的理論模型，可以分析得到研究區(qū)的邊界加載條件以及應力場分布〔見圖8（a）〕。在走滑剪切中，可產(chǎn)生里德爾斷裂（R）、共軛里德爾斷裂（R′）、斷裂（P）、拉張斷裂（T）和整體剪切方向平行的主位移斷裂（Y）。其中，里德爾斷裂較常見且較早發(fā)育，此組斷裂和整體剪切方向夾角為／2，和最大主應力夾角為45°-／2，最大主應力和整體剪切方向則成45°夾角［34］。其中為材料的內摩擦角，一般固結地層的內摩擦角在30°±10°［35-36］。紅河油田北東東向斷層走向穩(wěn)定在N75°左右〔見圖8（b）〕，以地層內摩擦角平均值30°計算，推算產(chǎn)生北北東向斷層的邊界條件為近東西方向的左行剪切，最大主應力方向為N45°左右。

由上述分析可知，北東東向斷層的產(chǎn)生受控于近東西向的左行剪切作用。由于西部鄰近六盤山褶皺沖斷帶，東部遠離盆地邊界，因此剪切應力更有可能來自西部。這組斷層彌散式分布，說明邊界加載條件亦是彌散式剪切加載［30］，也即六盤山由西向東逆沖的過程中，往盆地傳遞的位移由北向南逐漸增大。這種方式和玉都斷裂帶由基底斷層控制的單斷式剪切加載明顯不同。六盤山在晚侏羅世開始強烈逆沖［22］，該期活動在紅河油田沒有產(chǎn)生明顯斷裂。六盤山在早白堊世晚期繼續(xù)逆沖，晚白堊世以區(qū)域隆升為主，新生代褶皺沖斷再次復活［24，26］。由于紅河油田缺乏新生代的沉積地層，第四系黃土直接披覆在下白堊統(tǒng)地層之上，因此沒辦法通過地層記錄來分析北東東向斷層活動于早白堊世或者新生代。曾聯(lián)波等根據(jù)裂縫研究認為，北東東向裂縫發(fā)育于早第三世，而且該組裂縫比北西向裂縫晚發(fā)育［7］。此外，鄂爾多斯盆地在新生代經(jīng)歷了逆時針旋轉［37］，亦和盆地西南緣的彌散式左行走滑邊界條件一致?，F(xiàn)今西南緣的左行走滑斷層仍然活躍，比如祁山—馬召斷裂［38］。紅河油田西北部，根據(jù)井壁崩落法測定，現(xiàn)今最大主應力方向在N60°左右，和通過北東東向斷層分析得到的主應力方向接近（見圖9）。綜合這些來看，北東東向斷層要么在新生代活動，要么在早白堊世晚期發(fā)育，新生代繼承了早期的剪切方向繼續(xù)活動。

3 數(shù)值模擬實驗及應力場特征

3.1 數(shù)值模擬的特點

為了進一步探討紅河油田斷層活動與應力場的關系，并檢驗產(chǎn)生這些斷層的邊界應力機制（單斷式或彌散式剪切、左行或右行等），開展了大構造變形數(shù)值模擬分析。數(shù)值模擬是一種地質正演實驗，和砂箱實驗相似，通過設置不同的地層參數(shù)組合，加載不同的邊界位移條件，選擇合適的本構模型，通過數(shù)值計算，獲取變形結果。模擬結果的正確與否需要地質原型的約束，顯然，對地質原型了解得越多（如斷層幾何分布、左行或右行走滑方式、活動時間、地層特征、盆地邊界的構造活動歷史等等），對模擬結果的約束就越充分，結果越可靠。此外，根據(jù)相同的地質現(xiàn)象經(jīng)常會得到不同的成因解釋，到底哪種解釋更合理，數(shù)值模擬實驗亦可提供更好的約束。

3.2 本構模型

本研究利用有限差分軟件開展數(shù)值模擬分析，選擇莫爾-庫倫彈塑性本構模型，其應變εij分解為彈性εeij 和塑性εpij 兩部分，即

εij=εeij+εpij（1）

其中，彈性變形采用廣義胡克定律來描述，應力σij和應變εekk存在如下關系：

式中：G為剪切彈性模量（Pa）；K為體積彈性模量（Pa）；δ為克羅內克符號。對于塑性變形，根據(jù)莫爾-庫倫破裂準則，其剪應力屈服函數(shù)為［39］

F=τ*-σ*tan -C（3）

3.3 模型設置

模型長寬高（對應X、Y、Z方向）分別設為20 km×30 km×0.7 km，相應使用網(wǎng)格400×600×11個。垂向上部500 m設定為蓋層，占用網(wǎng)格10層，下部200 m設為基底，占用一層網(wǎng)格，因此蓋層每個網(wǎng)格邊長代表50 m。基底分成南北兩部分，分隔界面走向N300°，用來模擬玉都斷裂帶的基底斷裂?；椎牡貙訉傩院蜕w層中的能干層相同，基底不參與力學變形，僅對蓋層起到支撐以及走滑時的摩擦牽引作用。蓋層分成底部50 m的滑脫層和上部450 m的能干層，分別賦以不同的力學屬性（見圖10）。蓋層與基底之間的接觸面設置法向剛度、切向剛度、內摩擦角和內聚力等參數(shù)，用以控制兩者之間的彈塑性應變（見表1）。這些地層力學參數(shù)是基于前人廣泛的實驗研究［35-36，40-41］，同時在合理范圍內通過不同參數(shù)組合嘗試并最終選定的。

蓋層的能干層深度位于-2 500～-2 950 m，大致相當于延長組在早白堊世晚期的埋深?；紫喈斢谇肮派绲貙樱捎谟嬎愕南拗?，不能設置足夠厚的地層來模擬從基底到三疊系延長組的正常地層序列，因此基底和蓋層能干層之間設置一套足夠弱的滑脫層來分隔。這套滑脫層的設置有利于產(chǎn)生彌散式走滑斷層 ［30］。從紅河油田走滑斷層向下錯斷至下古生界的特征看，控制這些斷層的關鍵滑脫層推測發(fā)育在比古生界更深的地層中。

將模型置于-2 500～-3 200 m深的地層中，模型上表面加載62.5 MPa的垂直向下應力，模擬上覆2 500 m地層在重力加速度9.8 m／s2下產(chǎn)生的重力荷載?；譠方向固定，水平方向加載速度分4種類型：北西向單斷式左行走滑、北西向單斷式右行走滑、東西向彌散式左行走滑、東西向彌散式右行走滑。其中，北西向單斷式左行走滑在基底的北盤加載速度，南盤固定;在蓋層東西邊界的基底斷層以北部分加載速度，南半部分X方向固定;蓋層南邊界Y方向固定，北邊界加載Y方向速度。加載的X 方向和Y方向速度分別是-0.004 m／步和0.002 4 m／步，速度矢量和基底斷層的走向平行。北西向單斷式右行走滑則和上述相反，北盤固定，南盤加載北西向速度。東西向彌散式左行走滑在整個基底和蓋層的東西邊界加載由北向南逐漸增大的X方向速度，由北向南從0增大到0.004 m／步;南北邊界Y方向固定。東西向彌散式右行走滑則加載由南向北逐漸增大的X方向速度（見圖11）。

本研究共開展4組模擬實驗（見表2）。模型在速度加載之前，在重力作用下先運行3 000步以達到應力平衡狀態(tài)。然后開始加載第一期速度，以北西向單斷式走滑的方式運行10 000步，左行或右行走滑47 m。第一階段結束時撤銷邊界速度再運行10 000步，讓模型重新應力平衡，然后加載第二期速度，以東西向彌散式走滑的方式運行60 000步，左行或右行240 m。研究區(qū)內走滑斷層的具體走滑量缺乏約束，但根據(jù)河道砂體基本連續(xù)分布的情況，以及兩個方向斷層在交匯處觀察不到明顯被水平錯斷的特征，可以推測其走滑量極小。本系列實驗所加載的邊界位移量是根據(jù)模擬結果而判定的，當模擬結果出現(xiàn)和紅河油田的斷層分布特征接近時，模擬計算停止。

3.4 實驗結果

1）模型1變形特征。

模型1第一階段沿著基底以前存在的北西向斷層發(fā)生單斷式左行走滑，第二階段東西方向彌散式左行走滑。單斷式左行走滑23.5 m時，沿著基底斷層在蓋層中形成一個較強的剪切應變帶，也即斷裂帶。斷層東西邊界附近的應變最強，往斷層中部逐漸減弱。這些應變帶分段分布，為里德爾斷層，具有右階雁列特征，和里德爾左行走滑理論預測結果一致。斷裂帶東南和西北兩側的應變更大，其最大主應力為水平狀態(tài)〔圖12（a）中的綠色〕，近東西走向。斷裂帶中部平面最大主應力方向為北東東向，它們實際上為三軸主應力的中間應力〔圖12（a）中的紅色〕，該區(qū)域的最大主應力垂直向下，這和走滑機制下最大和最小主應力水平、中間主應力垂直向下的理論認識相矛盾。實際上，這是因為該地區(qū)剪切應變還比較弱，而圖12（a）上的樣點為抽稀顯示，當從模型中觀察所有樣點的主應力分布時則可以看到在斷裂帶附近，最大主應力呈水平狀態(tài)。斷裂帶之外的區(qū)域受到的變形較弱，最大主應力垂直向下，平面兩個方向應力大小基本相等〔見圖12（a）〕。左行走滑至47 m時，斷裂帶剪切應變繼續(xù)加強，右階雁列特征更加明顯；斷裂帶東南和西北兩側貫通發(fā)育成主位移斷裂（Y斷裂）；斷裂帶核部最大主應力方向為近東西向，斷裂帶兩側平面最大主應力為北東東向〔見圖12（b）〕。第二階段彌散式左行走滑80 m時，先形成的斷層繼續(xù)向前破裂延伸，但延伸方向發(fā)生偏轉；主應力方向也發(fā)生偏轉，斷裂帶附近的最大主應力為北東東向，斷裂帶之外區(qū)域平面最大主應力為北東向〔見圖12（c）〕。彌散式左行走滑至160 m時，早期斷層兩端繼續(xù)延伸，同時北東東向斷層開始大量發(fā)育（里德爾斷層），北盤西側北北東向斷層也開始出現(xiàn)（共軛里德爾斷層）。共軛里德爾斷層發(fā)育于模型邊部，可能與邊界效應亦有關系，前人在彌散式走滑砂箱實驗中也觀察到相類似的斷層分布［42］；其平面最大主應力方向為北東向〔見圖12（d）〕。彌散式左行走滑至240 m時，模型中南部近東西向斷層應變進一步加強，北部發(fā)育了更多的北東東向斷層，走向約N78°，北部西側北北東向斷層走向約N6°；其最大主應力方向分布于N36°～69°，平均N53°，其中，西南區(qū)域、東北區(qū)域以及早期的北西向斷裂帶附近主應力方向更偏東一些〔見圖12（e）〕。理論上講，東西向左行走滑剪切產(chǎn)生的最大主應力方向為N45°，模擬結果比理論偏大一些，可能是因為在第二期應力加載時已經(jīng)存在第一期北東東方向的主應力及相應的應變，影響了第二期的應力分布。McKinnon 等模擬剪切裂縫以及應力場分布時，也獲得過相類似的結果［34］。此外，走滑斷層和主應力的角度實際上也是分布在某個范圍之內，和材料內摩擦角以及剪脹角均有關系［43］。

2）模型2變形特征。

模型2的第一期構造變形和模型1相同，第二期改成東西向彌散式右行走滑。早期產(chǎn)生的北西向斷層在第二期加載時沒有往兩端延展，而是在早期斷裂帶附近新產(chǎn)生近東西走向的斷層，和早期斷層斜交。北部沒有受到早期斷層的影響， 發(fā)育南東東向里德爾斷層和南南東向共軛里德爾斷層。 全區(qū)最大主應力方向為N110°～143°， 平均N126°〔見圖12（f， g， h）〕。

3）模型3變形特征。

模型3第一階段沿著北西向基底斷層先加載單斷式右行走滑，第二階段東西向彌散式左行走滑。第一階段產(chǎn)生北西向左階雁列式斷層，斷裂帶附近平面最大主應力為北北西—南南東走向〔見圖13（a，b）〕。第二階段東西向彌散式左行走滑，在早期斷裂帶附近發(fā)育近南北向斷層，北部發(fā)育北東東向和北北東向斷層；其最大主應力方向為N24°～53°，平均N36°〔見圖13（c，d，e）〕。

4）模型4變形特征。

模型4第一階段加載和模型3相同，第二階段改成東西向彌散式右行走滑。模型南部在早期北西向斷層之上疊加第二期產(chǎn)生的近南北向斷層，這些近南北向斷層北端向西偏轉，南端向東偏轉，平面組成“Z”型，這種特征的斷層在前人的砂箱模型中也出現(xiàn)過［42］。模型北部發(fā)育南東東向斷層和南南東向斷層；其最大主應力方向為N126°～162°，平均N144°〔見圖13（f，g，h）〕。

將4個模型的結果和紅河油田的斷層、應力分布進行對比可知，模型1最相似（見圖14，15）。首先，模型3和模型4在北西向斷裂帶附近發(fā)育大量近南北向斷層，而紅河油田在北西走向的玉都斷裂帶附近只發(fā)育北東東向斷層，因此模型3和模型4的條件被排除。其次，模型1和模型2在早期北西向斷層基礎上均發(fā)育晚期近東西向斷層，其中模型 1北部斷層穩(wěn)定分布于北東東向N75°左右，模型2則以南東東向為主，前者和紅河油田更接近。最后，在應力場分布方面，HH1井現(xiàn)今最大主應力為N60°，落在模型1的最大主應力范圍之內（N36°～69°），而和模型2相去甚遠（N110°～143°）。模型1在階段2的最大主應力方向代表了北東東向斷層形成時期的應力狀態(tài)，而HH1井最大主應力方向代表現(xiàn)今應力狀態(tài)，兩者接近，說明北東東向斷層自形成至今，區(qū)域應力場沒有發(fā)生大的改變，近東西向左行剪切的邊界條件也保持不變。

綜合上述對比分析，以及油田內地震相干屬性呈現(xiàn)出的右階雁列特征，均指向本地區(qū)在延長組沉積以后經(jīng)歷了早期北西向單斷式左行走滑以及晚期東西向彌散式左行走滑的構造疊加過程。其中，北東東向斷層整體處于拉張應力狀態(tài)，而早期產(chǎn)生的北西向斷層受到前者應力的影響，總體處于擠壓應力狀態(tài) 〔見圖15（b）、圖16〕。

4 結論

1）北西走向的玉都斷裂帶在古生代已經(jīng)存在，在晚侏羅世—早白堊世晚期東亞多板塊匯聚背景之下，秦嶺北緣往鄂爾多斯盆地發(fā)生差異逆沖，玉都斷裂帶復活發(fā)生左行走滑，活動之時玉都斷裂帶附近最大主應力為北東東向。

2）北東東向斷層較玉都斷裂帶晚活動，六盤山向東擠壓過程中往盆內傳遞的縮短應變存在南北差異而導致紅河油田發(fā)生彌散式左行走滑，活動之時最大主應力方向為N36°～69°，平均N53°。斷裂時間或者發(fā)生在新生代，或者發(fā)生在早白堊世晚期，新生代基本繼承了早期的應力場特征。

3）北東東向斷層整體處于拉張應力狀態(tài)，而早期產(chǎn)生的北西向斷層受到前者應力的影響總體處于擠壓應力狀態(tài)。

參考文獻

［1］ 劉震，姚星，胡曉丹，等.鄂爾多斯盆地中生界斷層的發(fā)現(xiàn)及其對成藏的意義［J］. 地球科學與環(huán)境學報， 2013， 35（2）： 56-66.

LIU Z， YAO X， HU X D， et al. Discovery of the Meso-zoic fault and its implication on the hydrocarbon accumulation in Ordos Basin［J］. Journal of Earth Sciences and Environment，2013，35（2）：56-65.

［2］ 黃雷，劉池洋，何發(fā)岐，等. 克拉通盆地內斷裂走滑變形特征［J］. 西北大學學報（自然科學版）， 2022， 52（6）：930-942.

HUANG L， LIU C Y， HE F Q， et al. Strike-slip deformation characteristics of fault in Craton Basin［J］. Journal of Northwest University （Natural Science Edition）， 2022， 52（6）：930-942.

［3］ 張園園，任戰(zhàn)利，何發(fā)岐，等.克拉通盆地構造轉折區(qū)中—新生界構造特征及其控藏意義：以鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組為例［J］. 巖石學報， 2020， 36（11）： 3537-3549.

ZHANG Y Y， REN Z L， HE F Q， et al. Meso-Cenozoic structural characteristics and their reservoir controls of structural transition area in China Craton： A case study of Yanchang Formation in Zhenjing area of southwestern Ordos Basin［J］. Acta Petrologica Sinica， 2020，36（11）： 3537-3549.

［4］ YANG G L， REN Z L， ZHANG Y Y， et al. Prediction and research of fracture distribution characteristics of the Chang 8 reservoir in Zhenjing area， Ordos Basin［J］. Interpretation， 2022， 10（4）： 25-35.

［5］ 潘杰，劉忠群，蒲仁海，等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)斷層特征及控油意義［J］. 石油地球物理勘探， 2017，52（2）： 360-370.

PAN J， LIU Z Q， PU R H， et al. Fault characteristics and oil-controlling effects in Zhenyuan-Jingchuan district， Southwestern Ordos Basin［J］.Oil Geophysical Prospecting， 2017， 52（2）： 360-370.

［6］ 鄭和榮，胡宗全，云露，等.中國海相克拉通盆地內部走滑斷裂發(fā)育特征及控藏作用［J］. 地學前緣， 2022，29（6）： 224-238.

ZHENG H R， HU Z Q， YUN L， et al. Strike-slip faults in marine cratonic basins in China： Development characteristics and controls on hydrocarbon accumulation［J］. Earth Science Frontiers， 2022， 29（6）： 224-238.

［7］ 曾聯(lián)波，李忠興，史成恩，等.鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組特低滲透砂巖儲層裂縫特征及成因［J］. 地質學報， 2007， 81（2）： 174-180.

ZENG L B， LI Z X， SHI C E， et al. Characteristics and origin of fractures in the extra low-permeability sandstone reservoirs of the Upper Triassic Yanchang formation in the Ordos Basin［J］.Acta Geologica Sinica， 2007， 81（2）： 174-180.

［8］ FINKBEINER T， BARTON C A， ZOBACK M D. Relationships among in-situ stress， fractures and faults， and fluid flow： Monterey formation， Santa Maria Basin， California［J］. AAPG Bulletin， 1997， 81（12）： 1975-1999.

［9］ BECKER S， HILGERS C， KUKLA P A， et al. Crack-seal microstructure evolution in bi-mineralic quartz-chlorite veins in shales and siltstones from the RWTH-1 well， Aachen， Germany ［J］. Journal of Structural Geology， 2011， 33（4）： 676-689.

［10］鞠瑋，侯貴廷，馮勝斌，等.鄂爾多斯盆地慶城—合水地區(qū)延長組長63儲層構造裂縫定量預測［J］. 地學前緣， 2014， 21（6）： 310-320.

JU W， HOU G T， FENG S B， et al. Quantitative prediction of the Yanchang formation Chang 63 reservoir tectonic fracture in the Qingcheng-Heshui Area， Ordos Basin［J］.Earth Science Frontiers， 2014， 21（6）： 310-320.

［11］王翠麗，周文，李紅波，等.鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組多期次裂縫發(fā)育特征及分布［J］. 成都理工大學學報（自然科學版）， 2014， 41（5）： 596-603.

WANG C L， ZHOU W， LI H B， et al. Characteristics and distribution of multiphase fractures in Yanchang Formation of Zhenjing block in Ordos Basin， China［J］. Journal of Chengdu University of Technology （Science and Technology Edition）， 2014， 41（5）： 596-603.

［12］LIU J H， YANG H M， WU X F， et al. The insitu stress field and microscale controlling factors in the Ordos Basin， central China［J］. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences， 2020， 135： 104482.

［13］劉敬壽，丁文龍，肖子亢，等.儲層裂縫綜合表征與預測研究進展［J］. 地球物理學進展， 2019， 34（6）： 2283-2300.

LIU J S， DING W L， XIAO Z K， et al. Advances in comprehensive characterization and prediction of reservoir fractures［J］.Progress in Geophysics，2019，34（6）： 2283-2300.

［14］CHEMENDA A I， CAVALI O， VERGNOLLE M， et al. Numerical model of formation of a 3D strike-slip fault system ［J］. Comptes Rendus Geoscience， 2016， 348（1）： 61-69.

［15］KIM B H， LARSON M K. Development of a fault-rupture environment in 3D： A numerical tool for examining the mechanical impact of a fault on underground excavations［J］. International Journal of Mining Science and Technology， 2019， 29（1）： 105-111.

［16］EREMIN M. Finite-difference numerical analysis of faulting and accompanying seismicity near the Chuya and Kurai depressions， Gorny Altai， Russia［J］. Tectonophysics， 2021， 803： 228703.

［17］SHEN Z， YU F， WANG Q， et al. Discrete element method simulation of the fold-and-thrust belts along strike various compression in the southern margin of the Junggar Basin， China［J］. Marine and Petroleum Geology， 2022， 145： 105849.

［18］祁凱，任戰(zhàn)利，張夢婷，等.渭河地區(qū)及周緣晚古生代—中生代碎屑鋯石年代學、地球化學及構造-沉積意義［J］. 巖石學報， 2020， 36（6）： 1897-1912.

QI K， REN Z L， ZHANG M T， et al. Characteristics of geochronology， geochemistry of Late Paleozoic and Mesozoic in Weihe region and its tectonic-sedimentary significance［J］. Acta Petrologica Sinica， 2020， 36（6）： 1897-1912.

［19］劉池洋，趙紅格，桂小軍，等.鄂爾多斯盆地演化-改造的時空坐標及其成藏 （礦） 響應［J］.地質學報， 2006， 80（5）： 617-638.

LIU C Y， ZHAO H G， GUI X J， et al. Space-time coordinate of the evolution and reformation and mineralization response in Ordos Basin［J］.Acta Geological Sinica， 2006， 80（5）： 617-638.

［20］何登發(fā)，包洪平，開百澤，等.鄂爾多斯盆地及其鄰區(qū)關鍵構造變革期次及其特征［J］.石油學報，2021，42（10）： 1255-1269.

HE D F， BAO H P， KAI B Z， et al. Critical tectonic modification periods and its geologic features of Ordos Basin and adjacent area［J］. Acta Petrolei Sinica， 2021， 42（10）： 1255-1269.

［21］李超，張立強，張立寬，等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)中生代地層剝蝕厚度估算及古構造恢復［J］. 巖性油氣藏， 2016， 28（2）： 72-79.

LI C， ZHANG L Q， ZHANG L K， et al. Estimation of denudation thickness of Mesozoic strata and paleostructure restoration in Zhenjing Area， Ordos Basin［J］.Lithologic Reservoirs， 2016， 28（2）： 72-79.

［22］劉池洋，趙紅格，王鋒，等.鄂爾多斯盆地西緣 （部） 中生代構造屬性［J］. 地質學報， 2005， 79（6）： 737-747.

LIU C Y， ZHAO H G， WANG F， et al. Attributes of the Mesozoic structure on the west margin of the Ordos Basin［J］.Acta Geologica Sinica， 2005，79（6）： 737-747.

［23］董樹文，張岳橋，陳宣華，等.晚侏羅世東亞多向匯聚構造體系的形成與變形特征［J］.地球學報，2008，29（3）：306-317.

DONG S W， ZHANG Y Q， CHEN X H， et al. The formation and deformational characteristics of East Asia multi-direction convergent tectonic system in Late Jurassic［J］. Acta Geoscientica Sinica， 2008，29（3）： 306-317.

［24］陳剛，孫建博，周立發(fā)，等.鄂爾多斯盆地西南緣中生代構造事件的裂變徑跡年齡記錄［J］.中國科學（D輯）， 2007， 37（增刊1）： 110-118.

CHEN G ， SUN J B， ZHOU L F， et al. Tectonic events in southwestern margin of Ordos Basin in Mesozoic using fission track dating［J］.Science in China（Series D），2007，37（S1）：110-118.

［25］YANG X Y， DONG Y P. Mesozoic and Cenozoic multiple deformations in the Helanshan tectonic belt， northern China［J］. Gondwana Research， 2018， 60： 34-53.

［26］馬靜輝，何登發(fā).賀蘭山構造帶及鄰區(qū)中—新生代構造事件： 來自不整合面和裂變徑跡的約束［J］. 巖石學報， 2019， 35（4）： 1121-1142.

MA J H， HE D F. Meso-Cenozoic tectonic events in the Helanshan tectonic belt and its adjacent areas： Constraints from unconformity and fission track data［J］.Acta Petrologica Sinica，2019，35（4）：1121-1142.

［27］彭恒，劉顯陽，劉池洋，等.鄂爾多斯盆地西南緣中生代中晚期構造體制轉化過程及其動力學背景［J］.地質學報，2022，96（2）：387-402.

PENG H， LIU X Y， LIU C Y， et al. Spatial-temporal evolution and the dynamic background of the translation of Mid-Late Mesozoic tectonic regimes of the southwest Ordos Basin margin［J］. Acta Geologica Sinica， 2022， 96（2）： 387-402.

［28］ZHANG S H， LIU C Y， YANG M H， et al. Latest Triassic to early Jurassic thrusting and exhumation in the southern Ordos Basin， north China： Evidence from LA-ICP-MS-based apatite fission track thermochronology［J］. Acta Geologica Sinica（English Edition）， 2018， 92（4）： 1334-1348.

［29］李錦軼，張進，劉建峰，等.中國大陸主要變形系統(tǒng)［J］. 地學前緣， 2014，21（3）：226-245.

LI J Y， ZHANG J， LIU J F， et al. Major deformation systems in the mainland of China［J］. Earth Science Frontiers， 2014，21（3）： 226-245.

［30］DOOLEY T P， SCHREURS G. Analogue modelling of intraplate strike-slip tectonics： A review and new experimental results［J］. Tectonophysics， 2012，574： 1-71.

［31］王建強，劉池洋，閆建萍，等.鄂爾多斯盆地南部渭北隆起發(fā)育時限及其演化［J］. 蘭州大學學報（自然科學版）， 2010， 46（4）： 22-29.

WANG J Q， LIU C Y， YAN J P， et al. Development time and evolution characteristics of Weibei uplift in the south of Ordos Basin［J］. Journal of Lanzhou University（Natural Sciences Edition）， 2010， 46（4）： 22-29.

［32］許文強，袁炳強，張春灌，等.鄂爾多斯盆地渭北隆起帶重磁場特征［J］.煤田地質與勘探，2015，43（6）：114-120.

XU W Q， YUAN B Q， ZHANG C G， et al. Characteristics of gravity and magnetic field in Weibei uplift of Ordos Basin［J］. Coal Geology ＆ Exploration， 2015，43（6）：114-120.

［33］DONG Y P， YANG Z， LIU X M， et al. Mesozoic intracontinental orogeny in the Qinling Mountains， central China［J］. Gondwana Research， 2016， 30： 144-158.

［34］McKINNON S D， DE LA BARRA I G. Fracture initiation， growth and effect on stress field： A numerical investigation［J］. Journal of Structural Geology， 1998， 20（12）： 1673-1689.

［35］BYERLEE J . Friction of rocks［J］.Rock friction and earthquake prediction， 1978， 116： 615-626.

［36］LOHRMANN J， KUKOWSKI N， ADAM J， et al. The impact of analogue material properties on the geometry， kinematics， and dynamics of convergent sand wedges［J］. Journal of Structural Geology， 2003， 25（10）：1691-1711.

［37］李延興，張靜華，郭良遷，等.鄂爾多斯的逆時針旋轉與動力學［J］.大地測量與地球動力學，2005，25（3）：50-56.

LI Y X， ZHANG J H， GUO L Q， et al. Counterclockwise rotation and geodynamics of Ordos Block［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics， 2005，25（3）： 50-56.

［38］鄭文俊，王慶良，陳九輝，等.鄂爾多斯活動地塊邊界帶地震動力學模型與強震危險性研究項目及進展［J］.地震科學進展，2020，50（4）：1-21.

ZHENG W J， WANG Q L， CHEN J H， et al. Project plan and research progress on geodynamic models of earthquakes and strong seismic hazards in boundary zone of the Ordos Active Block［J］. Progress in Earthquake Sciences， 2020， 50（4）： 1-21.

［39］VERMEER P A， DE BORST R. Non-associated plasticity for soils， concrete and rock［J］. Heron， 1984， 29（3）： 1-64.

［40］CROOK A， OWEN D， WILLSON S， et al. Benchmarks for the evolution of shear localisation with large relative sliding in frictional materials［J］. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering， 2006， 195（37/40）：4991-5010.

［41］黃光明，王岳軍，趙勇剛，等. 大巴山前陸沖斷帶構造樣式和演化過程的數(shù)值模擬［J］.地質學報，2016，90（4）：653-668.

HUANG G M， WANG Y J， ZHAO Y G， et al. Numerical simulation of structural styles and evolution of the Daba Shan foreland thrust belt［J］. Acta Geologica Sinica， 2016， 90（4）：653-668.

［42］SCHREURS G. Fault development and interaction in distributed strike-slip shear zones： An experimental approach［C］∥STORTI F， HOLDSWORTH R E， SALVINI F. Intraplate Strike-slip Deformation Belts.? London： Special Publications，2003.

［43］VERMEER P A. The orientation of shear bands in biaxial tests［J］. Geotechnique， 1990， 40（2）： 223-236.