鄂爾多斯西緣中段斷裂體系特征研究

摘" 要：研究區地質構造上隸屬于陶樂-彭陽沖斷帶中段韋州-馬家灘褶斷帶，這一特殊的構造位置與演化特征，造就該區具備地熱、煤炭等資源形成的優良地質條件。以往研究表明，斷裂構造是地熱及煤炭賦存的最主要控制因素。為解譯鄂爾多斯西緣中段斷裂體系特征，作者以1∶20萬區域重力資料為基礎，鉆孔、大地電磁測深剖面為約束，利用水平方向導數、歸一化標準差等各類邊界識別方法，對研究區斷裂體系進行精細解譯，為后期地熱資源及煤炭勘探工作提供依據。

關鍵詞：鄂爾多斯西緣中段；1∶20萬區域重力；邊界識別方法；斷裂體系；邊界識別方法

中圖分類號：P553" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）11-0095-04

Abstract： The geological structure of the study area belongs to the Weizhou-Majiatan fold zone in the middle section of the Taole-Pengyang Chong Fault Zone. This special tectonic location and evolution characteristics have created excellent geological conditions for the formation of geothermal and coal resources in this area. Previous studies have shown that fault structures are the most important controlling factor for geothermal and coal deposits. In order to interpret the characteristics of the middle fault system in the western margin of Ordos， based on 1∶200 000 regional gravity data， borehole and magnetotelluric sounding profile as constraints， various boundary identification methods such as horizontal derivative and normalized standard deviation are used to finely interpret the fault system in the study area， which provides a basis for later geothermal resources and coal exploration.

Keywords： middle part of the western margin of Ordos; 1∶200 000 regional gravity; boundary identification method; fault system; boundary identification method

鄂爾多斯西緣中段處于鄂爾多斯地塊與阿拉善微陸塊的結合部位，地質歷史時期經歷多次的拉張、擠壓、旋鈕等多重構造應力作用，造就了研究區發育不同走向和性質的次級活動斷裂，包括青銅峽-固原斷裂[1-5]。張慶龍等[6]認為由于受基底及后期構造影響，青銅峽-固原斷裂帶作為鄂爾多斯地塊與祁連褶皺帶的碰撞拼接帶，斷裂兩側在石炭-二疊紀之前地質發展各不相同，但到三疊紀后兩側沉積環境基本保持一致；李寧生等[7-9]利用1∶20萬重力數據對寧夏斷裂體系進行了大致厘定，認為青銅峽-固原斷裂、車道-阿色浪斷裂、白土崗-芒哈圖斷裂均為可靠斷裂；陳永振[10]認為惠安堡-沙井子斷裂是沙井子地區最大的一條逆沖斷層，受該斷裂的影響，區內下古生界和中元古界呈高角度出露地表；李斌[11]利用地震測線解譯成果清晰地刻畫了青龍山-平涼斷裂及惠安堡-沙井子斷裂的空間賦存形態，認為青龍山-平涼斷裂呈高角度西傾逆斷層分布，惠安堡-沙井子斷裂傾斜相對較緩。

前人的研究成果僅是對研究區構造樣式及規模較大的斷裂進行了確定。但是，區域內構造單元的分界斷裂及與各次級斷裂的內在聯系往往決定了礦產資源的分布范圍和賦存特征。基于此，筆者以1∶20萬區域重力資料為基礎，大地電磁測深剖面（下文簡稱“MT剖面”）為約束，綜合解譯了研究區斷裂展布形態，厘定了鄂爾多斯西緣中段斷裂體系。

1" 區域地質構造概況

鄂爾多斯西緣中段北界為靈武南-磁窯堡一帶，南界大致在甜水堡一帶。大地構造位置屬柴達木-華北板塊Ⅰ級構造單元、華北陸塊Ⅱ級構造單元、鄂爾多斯地塊Ⅲ級構造單元、鄂爾多斯西緣中元古代-早古生代裂陷帶Ⅳ級構造單元，陶樂-彭陽沖斷帶中段韋州-馬家灘褶斷帶Ⅴ級構造單元[12]，區內主要構造單元分界斷裂有青銅峽-固原斷裂、車道-阿色浪斷裂及白土崗-芒哈圖斷裂。鉆孔資料表明，新生界下伏多套中、古生界地層，以韋州-惠安堡-馮記溝一線為界，北段由老到新依次為：奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及白堊系，南段下伏奧陶系、石炭系、二疊系，缺失中生界地層。

2" 研究區地球物理場特征

整體上，研究區剩余重力異常呈現出明顯的“高低相間”的構造特征。其中“正值異常”主要為青藏高原北東向推覆及鄂爾多斯東西向擠壓過程中形成的多個沖斷帶與褶斷帶的重力異常體現，多呈條帶狀，沿主要構造線分布；“負值異常”則是推覆過程中產生的“高山深盆”的構造跡象，條帶狀特征顯著。

局部細節上，以暖泉-惠安堡剩余重力正異常條帶為分界，以西區域呈北北西向的正、負異常條帶間隔展布，且正、負異常條帶的延伸長度和分布面積大致相等，是青銅峽-固原構造系的典型特征；以東正、負重力異常則以不規則片狀展布為主，是韋州-馬家灘褶斷帶逐步向天環向斜過渡的表現。

3" 斷裂展布特征

3.1" 解譯方法選取

近年來，運用地球物理斷裂識別技術對斷裂的識別與解譯越來越成熟，針對不同地質構造特征區域，選取不同識別技術是當下的通用做法。解譯方法的選取主要基于方法的原理特點及應用的效果2個方面，各種斷裂識別方法的技術原理側重點不同，體現在解譯斷裂中的效果也有所差異。

筆者以研究區1∶20萬重力數據為基礎，利用水平方向導數、歸一化標準差、傾斜角及垂向二階導數4種邊界識別方法，解譯了研究區各級斷裂展布形態。再利用5種方法獨立劃定斷裂結果，相互對比、相互映證，初步確定了研究區斷裂綱要（圖1、圖2）。研究區斷裂展布整體具有“東密西疏、東長西短、東齊西亂”的特征，且東、北、西部斷裂展布各有特點。

3.2" 斷裂格架校正

平面上，綜合利用4種邊界識別技術解譯斷裂成果能夠初步理清斷裂的平面展布特征及相互交切關系，但仍然存在以下問題：第一，研究區地表斷裂出露跡象極少，僅依靠1∶20萬小比例尺區域重力資料，不能夠精準確定斷裂的位置；第二，大部分小規模斷裂的解譯只是由傾斜角、垂向二階導數2種方法補充劃定，是否真實存在，確定性較低；第三，邊界識別技術僅刻畫了斷裂的平面展布特征，斷裂的空間屬性（傾向、傾角、斷距等）的確定，需要利用其他資料進行補充。

針對上述問題，筆者充分利用收集的MT剖面對斷裂平面解譯成果進行了印證、校驗（圖3）。對比分析結果表明，A-A'和D-D'MT剖面與解譯的斷裂整體具有較高的吻合度，不僅與大規模斷裂對應性高，個別小規模斷裂除位置上有所差異，數量上幾乎一致；F-F'MT剖面反映的斷裂與解譯的斷裂在北部整體具有良好的對應關系，能夠互相印證，僅在白土崗-芒哈圖以東的隱伏斷裂，重力資料可以清晰識別，但電法資料識別效果較差。

3.3" 綜合解譯成果

研究區共劃定斷裂23條，其中Ⅰ級斷裂1條，是青銅峽-固原斷裂（FⅠ1）中段青銅峽-羅山段；Ⅱ級斷裂為車道-阿色浪斷裂（FⅡ1）中段；Ⅲ級斷裂1條，是白土崗-芒哈圖斷裂（FⅢ1）；Ⅳ級斷裂2條，是青龍山-平涼斷裂和暖泉-惠安堡斷裂；Ⅴ級小斷裂共18條。Ⅳ級以上斷裂均為可靠斷裂，Ⅴ級斷裂與地質劃分斷裂吻合或由3種及3種以上邊界方法劃定的斷裂為可靠斷裂，由2種邊界方法劃定的斷裂為待驗證斷裂，只由一種邊界識別方法單獨劃定的斷裂為推測斷裂。

青銅峽-固原斷裂（FⅠ1）作為西邊控邊斷裂，沿斷裂延展方向為一醒目的重力梯度帶，尤其在大羅山、小羅山兩地之間，重力臺階異常極為明顯，反映了斷裂的規模及其產狀。A-A'MT剖面顯示為一條上陡下緩的西傾的逆斷層，切割深度約15 km，為西傾的逆斷層；車道-阿色浪斷裂（FⅡ1）被新生界所覆蓋，以馮記溝鄉為界，以南為剩余重力高、低異常區帶的分界梯度帶，以北兩側重力異常差異特征不顯著，A-A'MT剖面揭示為一條西傾的逆斷層；白土崗-芒哈圖斷裂（FⅢ1）斷裂兩側重力場表現為西低東高的顯著差異，F-F'MT剖面證明為一條南東傾向的正斷層，傾角約70°，切割深度約為10 km；青龍山-平涼斷裂（FⅣ1）兩側重力場表現為西高東低的重力異常特征，為一條西傾的逆斷層，傾角約為30°，切割深度約5 km；暖泉-惠安堡斷裂（FⅣ2）兩側為西高東低的低重力異常幅值變化，為一條西傾的逆斷層，傾角約40°，切割深度約5 km。

4" 斷裂體系厘定

以區域構造應力場為基礎，Ⅲ級以上斷裂為界限，將23條各級別斷裂歸類為西側斷裂系和東側斷裂系2個斷裂體系，具體如圖4所示。

4.1" 西側斷裂系

西側斷裂系是指展布于韋州-馬家灘褶斷帶西部走向平行、傾向西傾的青銅峽-固原斷裂及配套的次級小規模斷裂，主體呈北北西走向，亦稱“青固斷裂系”。其中青銅峽-固原斷裂（FⅠ1）發育時期最早，為元古代古隆起開始裂解時產生，作為繼承性斷裂，其早期為張性斷裂，下切深度直抵下地殼，后期由于青藏高原東北緣逆沖推覆，此斷裂性質逐步演變為逆沖斷層。其后緣（東側）的同性質、次級斷裂逐次發育，規模逐次降低。本區西側斷裂系共計斷裂11條，包括Ⅰ級斷裂1條（青銅峽-固原斷裂FⅠ1）、Ⅳ級斷裂1條（青龍山-平涼斷裂FⅣ1）、V級斷裂10條。

4.2" 東側斷裂系

東側斷裂系是指夾持于暖泉-惠安堡斷裂與車道-阿色浪斷裂之間北段走向平行、傾向一致，南段逐次向東收縮的一組斷裂，整體呈北北西-近南北走向展布，為韋州-馬家灘褶斷帶內部的次級斷裂，規模較小。此組次級斷裂為西傾逆斷層，切割深度均小于5 km。區域內斷裂共計斷裂9條，包括Ⅱ級斷裂1條（車道-阿色浪斷裂FⅡ1）、Ⅳ級斷裂1條（暖泉-惠安堡斷裂FⅣ2）、V級斷裂7條。

5" 結論

1）以1∶20萬區域重力資料為基礎，大地電磁測深剖面為佐證，共劃定斷裂23條。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級斷裂各1條，Ⅳ級斷裂2條，均為可靠斷裂，是各級構造單元的分界斷裂。

2）西側“青固斷裂系”為一組走向平行、傾向西的逆沖斷裂系，青銅峽-固原斷裂作為規模最大的邊界斷裂，表現為先張后逆的特性，后緣發育的次級斷裂向東規模逐次降低；東側斷裂系北段走向平行、傾向一致，南段向東收縮為一組斷裂，為西傾逆斷層，切割深度小于5 km。

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