0 引言
走滑断裂是地球科学领域的研究重点和难点［1-2］，剖析走滑断裂的几何学形态、结构与断层形成过程是油气勘探开发［3-4］、地热开发［5］、水文地质等应用领域的基础［6］。鄂尔多斯盆地是我国陆内重要战略资源盆地［7］，大牛地气田主体位于鄂尔多斯盆地东北部，面积约为2 003 km2，截至2021年，累计生产天然气500×108 m3，是华北地区重要气源地。近年来，随着塔里木盆地、四川盆地及鄂尔多斯盆地靖边气田走滑断裂控制下的碳酸盐岩储层接连取得重大油气勘探突破［4，8-12］，引起勘探工作者对大牛地区块内走滑断裂的注意，且勘探经验表明，走滑断裂在奥陶系碳酸盐岩储层形成和油气藏形成及运移过程中起着不可忽视的作用。然而以往研究普遍认为该地区断裂规模小、分布杂乱，发育不明显［7，13］，导致大牛地气田走滑断裂相关研究极其匮乏，缺少对走滑断裂的断裂性质、构造样式、发育规律等的判识和分析，制约了油气勘探开发进程。
本文以鄂尔多斯盆地东北部大牛地气田为研究对象，基于大牛地气田约2 000 km2三维地震资料，辅以钻井、测井资料，进行走滑断裂的识别和精细解译，对典型走滑断裂的剖面构造样式、平面展布特征、差异变形特征和控藏特征展开详细探讨，揭示大牛地气田走滑断裂研究新进展，以期为走滑断裂控制下的奥陶系岩溶储层油气勘探开发提供一定理论指导。
1 地质背景
2 大牛地气田构造—地层分析
2.1 剖面A—A’
2.2 剖面 B—B’
剖面B—B’显示研究区南部东西向地层展布和构造结构（图4），显示寒武系至二叠系8个地震反射界面，其中T9、T10a和T10代表3个不整合面，D124钻井数据显示，缺失上、中奥陶统部分地层、部分马家沟组一段（O2 m 1）地层、亮甲山组（O1 l）、冶里组（O1 y）和三山子组（Є3 s）和部分中、下寒武统地层，该剖面西部存在明显古隆起，并发育小壕兔断裂系统，小壕兔隆起导致马家沟组一段地层的部分缺失、三山子组（Є3 s）的削截和中、下寒武统地层的部分缺失，由此导致反射层T10b和T11之间地层由东向西的显著减薄。剖面显示小壕兔断裂产状直立，断裂作用导致地层凸起，反映断裂的压扭性质，古隆起边缘在小壕兔断裂以东；反射层T10b以下断层产状向西倾斜，具逆冲断层性质。剖面中部发育石板太走滑断裂，地层沿断裂线尖端凸起，显示正花状构造表明受显著压扭作用影响，该断裂在反射层T10b和T11之间地层变形最为强烈。剖面东部发育秃尾河逆冲—走滑断裂，该断裂东部地层高于西部，逆断层性质明显，同时具走滑性质，推测为挤压环境下同时发生扭转的产物。上述断裂皆终止于二叠系中。
3 走滑断裂几何学特征
本文研究精细解译并绘制了大牛地气田T10a反射面和T9反射面的走滑断裂系统纲要图［图5（c），图5（d）］，并以最近的地名和河流名为4条规模较大的走滑断层命名，分别是石板太断裂、小壕兔断裂、台格庙断裂和秃尾河断裂。由图5可知，研究区走滑断裂构造线平直，具平面分段特征，走向主要由NNE—SSW向、NNW—SSE向和近EW向组成。全区广泛分布NNE—SSW向走滑断裂，而NNW—SSE向断裂主要分布在研究区中部以南，近EW向断裂最不发育。笔者对研究区走滑断裂的断层要素进行了量化测量，考虑到地震分辨率的限制，其中4组规模较大的走滑断层平面延伸长度>20 km，<30 km，其余走滑断层平面延伸长度>3.0 km，<25 km。
另从走滑断裂平面图（图5）中，可初步判断：①走滑断裂多数发育在研究区中部以南区域。②研究区中南部NNE向走滑断裂和近EW向走滑断裂似乎以NNW向走滑断裂为界，近EW向走滑断裂截断NNE向走滑断裂。③台格庙走滑断裂和小壕兔走滑断裂系统独立于其他走滑断裂之外。以上信息表明大牛地气田走滑断裂至少经历了3次构造活动。
3.1 走滑断裂剖面构造样式
（1）直立型。据大牛地气田全区断裂解释成果，直立型走滑断裂是研究区奥陶系走滑断层最为常见的剖面样式，其典型特征为产状近直立（倾角>85°），断层线平直，倾向略向西或东倾，具纯走滑性质。如图6（a）为小壕兔走滑断裂系统L70地震横剖面，显示同相轴错断明显，断层切穿中奥陶统马家沟组，表征直立型断层发育造成岩层破碎和局部略微起伏。
（2）走滑—逆冲断层样式。地震剖面上，研究区前寒武系基底发育大量逆冲断裂，表现为典型的铲式逆冲断层（图3，图4），而到了浅部奥陶系却转为走滑断层［图6（b），图6（c）］，伴随着断层角度由深到浅逐渐变陡，产状上陡下缓，断层线呈弓形。图6（b）显示逆冲断层在寒武系地层位移量较大，上盘岩层挠曲变形产生“蛇头背斜”，而到了奥陶系地层出现“下凹”，反射层T9（石炭系底部）走滑性质最为明显；图6（c）显示高角度逆冲断层切穿寒武系沉积层，产生较大的垂直位移分量，表现为基底卷入的收缩构造，铲式逆冲断层逆冲位移量沿断层面向上逐渐减小，在T10a反射层出现走滑性质，逆冲位移直到T10d界面以上开始尖灭，而后到反射层T9（石炭系—二叠系）转为走滑。研究区内逆冲—走滑构造形成于不同时期不同构造背景下，前寒武纪区域压缩背景下发育逆冲断层，在此基础上，而后在寒武纪末和奥陶纪末两次构造运动挤压作用下发育走滑断层。
（4）负花状构造。负花状构造在研究区也较为常见，多为独立断层或不对称负花状构造，剖面上呈“下凹”状构造样式，如图6（e），主干断层产状直立，略向东倾，在奥陶系—石炭系中走滑性质显著，地层呈明显“V”型下凹，断层面两侧地层高度和形态近乎一致，张扭应力作用下形成的，而在T11反射层面以下地震同相轴明显错断，且断层线东侧地层高于西侧，表现出逆断层性质，此外断层落差较大，岩层较破碎，表明构造活动剧烈，挤压作用显著。
（5）正反转构造。研究区发育有正反转构造，见图6（f）的秃尾河断裂变换断层，在T11反射层面以下地层中具明显负花状性质，地层“下凹”，到寒武系轻微的“凸起”，而到了T10b反射层面“下凹”、T10c转为“上凸”，直到T9反射层面岩层走滑“上凸”最为显著，反应该断层共经历至少两次构造反转，其中在前寒武纪受张扭应力作用，晚奥陶世至早二叠世受压扭构造作用最为强烈。
3.2 走滑断裂平面组合类型
（1）直线型。截取研究区北端相干和曲率属性沿层切片图［图7（a），图7（b），位置见图5（a）］，台格庙主干走滑断层与两侧伴生断层在平面上构成线性延伸的走滑构造组合模式［27-28］，解释方案见图7（c）。台格庙断层主位移带呈NEE向线性延伸，走向和位置与鄂尔多斯盆地北部鄂托克旗—乌审旗北基底正断裂基本一致［图1（b）］。北侧次生不连续、与主位移带平行的Y断层；依据里德尔模式［29］，建立台格庙走滑应变剪切模型［图7（d）］，解析台格庙伴生构造性质［图7（c）］：主干断层南侧伴生R剪切破裂，与主位移带断裂性质一致，和R’断层，与主位移带呈大角度相交（或近直交），走滑性质相反，另外还发育与主位移带大角度相交、长度较小的局部张性T破裂，呈雁行式排列；北侧发育P破裂，与R破裂对称分布，与主位移带走滑性质相同［23］。根据R破裂、P破裂与主位移带夹角方向指示［23］，台格庙断裂为右旋走滑断裂，主干断层延伸长度约为31.39 km。
（3）锯齿状断层模式。在研究区中南部识别出两条锯齿状走滑断层，相干图断裂特征显著［图8（a）］。左侧为NNW向和NNE向两组走滑断裂叠合［位置见图1（c）］，两者走滑性质相反，连接处尖端明显，夹角略大于90°，构造等值线沿断层呈箱形弯曲［图1（c），图8（b）］；与传统“V”型共轭断裂是在同一应力场下同时活动形成的［33-34］截然不同，左侧锯齿状断层是由NNE向（蓝线）和NNW向（绿线）两组走滑断裂首尾相连而成，平面上看，NNE向（蓝线）发育线状、雁列状构造，NNW向（绿线）由线状、辫状和雁列状结构组成，从地震剖面上看，NNE向断层面略向东倾（3-3’、4-4’），而NNW向断层面略向西倾（1-1’、2-2’、5-5’、6-6’）；且两者力源方向不同，NNE向断层变形强度由北向南减弱，说明力源来自北方，而NNW向断层变形强度由北向南增强，力源来自南方；NNW向断层导致岩层下部变形程度高于上部，NNE向断层相反，表明NNW向断层起始活动时间早于NNE向断层，且活动时间较长。以上皆说明两组断裂是在不同时期不同构造应力场下形成的，后期断层发育受限于先期发育的断层；右侧为石板太走滑断裂（红线），平面上断层断续连接，NNE向主断裂带略呈左阶分布，由P破裂连接，发育推挤隆起［图1（c），图3，图8（b）］，判断为左阶右旋走滑断层［23， 35］，剖面上断层线平直，略西倾，发育单条独立断层或“Y”型断层（6-6’）。
4 走滑断裂差异变形特征
4.1 垂向分层特征
（1）剖面上，反射层T10a以下走滑断裂表现为逆冲性质，断层线弯曲，地层多处错断明显，岩层变形程度较高（图6），尤其主干走滑断裂（台格庙断裂、石板太断裂、秃尾河断裂和小壕兔断裂）带有基底逆冲断裂的影响较大，另外在平面上断裂相干特征也更为显著，以上反映走滑断裂在寒武纪—奥陶纪受到强烈构造活动，此时期应为走滑断裂主要形成期。
（2）而在浅部上奥陶统至下二叠统中断裂走滑性质明显，表现为陡倾、直立、正花状或负花状特征，地震同相轴错断不明显，仅在断层两侧地层“隆起”或“凹陷”，且多数在奥陶纪末期至早石炭世变形幅度最大，反映在此时期受到一次较为强烈的构造活动。
4.2 平面分段特征
5 走滑断裂运动学特征
5.1 走滑断裂位移量
以秃尾河断裂为例，绘制位移—距离曲线，进一步探究断裂的发育特征及分段连接机制。
在秃尾河断层T9和T11界面上的落差—距离折线图上（图10），秃尾河断裂表现为显著“单峰”模式，落差轮廓为“三角形”，并具线性梯度，落差具两端小中间大特点，曲线图与平面图对应分成三段式，一段与二段落差峰值T max临近断裂段中部［图10（b），图10（c）］，表明秃尾河断裂由孤立断层段通过软连接与相邻断层的生长和连接，并最终通过硬连接形成一条长断裂［36-37］。T11垂向落差数值有正负变化的特征，反映断层性质的转变，证实了秃尾河走滑断裂在寒武系—奥陶系构造层中海豚效应的存在。断层破碎带宽度变化趋势与落差相似，峰值出现在中段，总体上中段宽度大于南北两段［图10（d）］。说明秃尾河断裂中段为主要活动段，并通过硬连接与南北两段断裂进行断层相互作用。
总体而言，秃尾河断裂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段断裂的延伸长度和位移量大小存在差异，多个层位之间位移量也不同，其中奥陶系顶面断层位移量最大，说明受构造活动影响最为强烈，表明秃尾河断层经历了多期构造运动，且断层活动性沿断裂走向由南向北逐渐减弱。
5.2 走滑断裂活动期次与演化
基于前文关于研究区奥陶系走滑断裂在寒武纪—二叠纪之间至少经历三次构造运动的研究成果，笔者结合鄂尔多斯盆地古构造格局、区域构造演化、不整合面分布特征以及前人研究成果，重建了大牛地气田奥陶系走滑断裂演化过程。
5.2.1 早加里东期和怀远期
早寒武世—中奥陶世，大牛地气田经历了两期构造运动，两期运动存在时间重叠。早古生代，早加里东运动伊始，并可能持续到中奥陶世马家沟末期，鄂尔多斯盆地及所属的华北陆块属于陆表海沉积环境［38］，受北部古亚洲洋和西南部祁连海槽以及南部秦岭海槽的控制，台格庙断裂在鄂托克—乌审旗基底断裂的基础上开始发育；到寒武纪末，古亚洲洋消减俯冲产生S向挤压应力，鄂尔多斯盆地北部隆起产生伊盟隆起［39］，同时古祁连洋俯冲产生NE向挤压应力，鄂尔多斯盆地抬升、剥蚀，导致上寒武统三山子组和中奥陶统之间的平行不整合（图4），大牛地区块小壕兔断裂、石板太断裂、秃尾河断裂在基底逆冲断裂的基础上开始发育，同时受挤压应力作用发育NNE向走滑断裂。
早加里东运动和怀远运动基本奠定了大牛地气田以近NEE 向台格庙断裂、NNW 向小壕兔断裂、NNE向石板太断裂和NNW 向秃尾河断裂4组主干走滑断裂为框架的奥陶系走滑断裂古构造格局。
5.2.2 晚加里东期
5.2.3 海西期
本期构造活动相对平缓，研究区内走滑断裂多在先前断裂迹线的基础上向上延伸，具显著继承性，花状构造普遍是下部断裂的延伸，台格庙断裂在晚海西期张扭作用下，发育左阶雁列正断层，但由于构造活动较微弱，断层的规模和数量相较加里东期显著减小；小壕兔断裂带活动在本时期逐渐衰减、消隐。
6 典型走滑断裂控藏特征
6.1 断控碳酸盐岩储层发育特征
6.2 走滑断裂控藏模式
据研究区钻井、测井资料，大牛地区块奥陶系风化壳成藏组合是目前增储上产的主要领域，马家沟组五段含膏/膏质白云岩易溶形成储集空间，成为天然气主力产层，以上古生界煤系烃源岩和奥陶系烃源岩双源供烃，形成马五1-4、马五5层风化壳型气藏，并且由于走滑断裂导致储层破碎岩溶角砾带和裂缝带尤为发育，油气形成后向孔隙度较大的岩层运移。
根据天然气运移过程中存在着地层色层效应，即随着天然气运移距离的增大，分子量较大的C3相对分子量较小的C2，含量越来越少，C2/C3值越来越大，因此，可以用C2/C3指标判断天然气运移方向。从大牛地区块SW—NE向连井剖面可见，地层向西缓倾，从西南端的D123b井向东北方向，经由S102井、S302井、S1井，马五6-7层的C2/C3值由9.39逐步增加到19.70，显示天然气自西向东运移的趋势。根据以上研究结论，大牛地气田以构造高点为油气聚集区，以不整合面、断裂破碎带为运移通道，由西到东侧向运移为主，沟槽侧向遮挡的天然气运移特征，建立大牛地气田奥陶系碳酸盐岩储层天然气侧向运移模式（图12）。
7 结论
（1）鄂尔多斯盆地大牛地气田走滑断裂类型多样，剖面构造样式有直立型、“正花状”、“负花状”、走滑—逆冲模式和反转构造，平面组合模式有树枝状、雁列状和锯齿状3种类型。
（2）走滑断裂差异变形特征主要体现在：垂向上断裂性质、活动性、岩层变形程度的分层差异特征，且在寒武纪末至早奥陶世和晚奥陶世至早石炭世2个时期断裂变形程度最高。平面上雁列状走滑断裂具分段特征，并在奥陶纪末通过“硬连接”达成断裂的完整性。
（3）走滑断裂破碎带发育为研究区奥陶系马家沟组五段储层提供天然气运移通道，走滑挤压隆起部位提供储集空间，并且小壕兔断裂、石板太断裂和秃尾河断裂对天然气运移存在由西到东减弱的控制作用。
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