通過恢復點應力狀態，發現中間主應力軸σ2近垂直(σ2傾角80 ~ 90°)，最大最小主應力軸σ1和σ3近水平(σ1，σ3傾角在0 ~ 12之間變化)。選取σ1和σ3水平線制作各期應力軌跡圖，以反映全區各期應力的變化趨勢。根據從動力學和運動學方面研究構造特征與動力來源、動力作用方式及其特征、運動機制、運動性質和動力作用路線的復雜關系，結合區域構造分析，將本區主要構造演化劃分為印支期、燕山期和喜馬拉雅期三個階段。相反，形成了三個階段的古構造應力場。這些研究是認識控氣構造及其網絡發生發展的基礎，也是確定現今導氣和阻氣構造的直接依據。
第壹階段——印支期
從圖5.38可以看出，最大主應力σ1作用於近南北方向，全區σ1平均方位為NE8。全區最小主應力σ3的平均方位為N100。σ1在北區北部與北區南部交界處的南北方向。在北部區域的南部和南部，σ1稍微偏轉到NNE-南-南-西方向(南部區域σ1為NE10，南部區域為NE8)。從全區來看，這壹時期的應力場分布比較均勻，全區沒有明顯的應力集中和分散現象。
圖5.38印支期主應力軌跡
1-礦區邊界線；2—最大主應力跡線；3—最小主應力跡線；4—地層壓縮方向；五點應力狀態
從動力學的角度來看，上述主應力來自秦嶺地槽的最終閉合和華南地塊的向北推擠造成的鄂爾多斯地塊南向北的強大推擠力，動力學作用方式以擠壓為主，動力學作用路線為南北向。因此產生了壹系列東西向的擠壓構造和南北向的拉伸構造。該區近東西向褶皺均衡構造可能形成於這壹時期。野外節理資料表明，這壹時期還形成了兩組* * *軛狀剪切節理。都為後來的結構發展奠定了壹定的基礎。
5.3.2第二階段——燕山期
該期構造應力場的主要特征是最大主應力σ1為東南-西北向，平均為N307，最小主應力σ3為東北-西南向，平均為NE38。全區應力分布均勻，應力集中和分散現象不明顯，主應力軸方位穩定。南部地區σ1作用於N295，北部地區σ1作用於N306。然而，在南北交界地帶，應力分布明顯不均勻。從北向南，應力先分散後集中，主應力方向變化較大。壹般σ1作用在N320線上(圖5.39)。
圖5.39燕山期主應力軌跡
1-礦區邊界線；2—最大主應力跡線；3—最小主應力跡線；4—地層壓縮方向；五點應力狀態
這壹時期的動力學特征是，隨著庫拉-太平洋板塊對中國大陸影響的加劇，中生代以來發育的鄂爾多斯沈降盆地受到強烈的側向擠壓和扭動，導致原沈降盆地的擡升和消失。動力源來自東南，動力作用方式仍是擠壓，但受限於鄂爾多斯東緣近南北邊界，使其向左轉。這樣，由於動力作用路線和運動性質的改變，在該區發育了壹系列以左旋壓扭為特征的構造特征。該區的F1正斷層和F2逆斷層此時都應該是壓扭逆斷層。受該期應力影響，原印支期發育的東西向和北東向構造可能因擠壓而不同程度地閉合，僅現存的北西向構造會因拉應力的組合而張開。同時，也有可能在東西和南北附近產生新的北西向張裂縫和* * *軛剪切節理。
這壹時期的構造作用對該地區影響最大。為了確定煤層中構造動力作用的方式、性質和路線，準確確認該時期左旋扭動作用的存在，作者在南北兩個區域選擇了兩個采樣點采集定向煤樣，用顯微光度計測量了正常鏡質體區域無刻劃線的散粒體上的反射率值。同時，在斷層帶F1的象山礦邊緣采集定向巖石樣品，進行X射線巖組分析。
近1600反射率數據的測量結果表明:
1)區域各樣品反射率明顯各向異性，最大值為2.412，最小值為1.247，中值為1.707。既有正的光指示線，也有負的光指示線，它們與鄰近地區測得的數據也有很好的對應關系(表5.12)。顯然，該區鏡質體反射率既有正光學指標，也有負光學指標。結果表明，該區鏡質組的反射率是雙軸的，這是側向壓應力的結果。
表5.12主反射率和雙反射率值列表
2)光度長軸方位最大值為54，最小值為35。平均值為44.5，與區內NE向褶皺和斷層的走向基本壹致。由此恢復的古構造壓應力方向為N140，與燕山晚期區域應力場的壓應力方向基本壹致(表5.13，圖5.40)。
表5.13光度長軸方位與主體構造走向對比表
圖5.40本區及鄰近礦區煤層光學指標鏡質體水平剖面分布圖。
3)平均反射率和最大反射率的變化對應著該區構造復雜程度的差異，越靠近主褶皺軸，其值越大，而這裏遭受的構造變化相對劇烈。最小值位於桑樹坪礦所在區域，該區域構造較為簡單。總平均反射率從西向東逐漸增加。但北東向構造的影響總體上由東向西減弱。
以上三點表明，燕山期的動力作用在煤層中有明顯的反映，因此煤層構造主要形成於這壹時期。
x射線巖組分析是在宏觀構造變形研究的基礎上研究礦物晶格變形的新方法。原理可以簡單描述為在同壹個方向的標本上取壹定量的巖石制成粉晶，然後測量礦物各個表面網絡的衍射強度，用計算機直接繪制粉晶曲線，表明礦物表面網絡沒有發生變化，即礦物沒有方向性。其次，在同壹樣品上切割定向切片，用於X射線衍射分析。將獲得的圖與粉末晶體圖上相應表面網絡的衍射強度進行比較。其值接近1(壹般相差不超過5%)，說明礦物沒有取向，反之亦然。這種方向性壹般是由結構壓縮、剪切或壓縮和扭轉引起的。對比圖5.41和圖5.42可以看出，F1斷裂帶中方解石和白雲石礦物的多個面網峰強度存在明顯差異，對應面網衍射強度比差異大於5%(表5.14)。這說明這兩種礦物具有明顯或明顯的方向性。結合斷層面上發育的大量擦痕和節理構造的特征，這種方向性是壓扭作用的產物。
圖5.41香山溝口F1斷層面定向巖塊X射線衍射曲線
圖5.42香山溝口F1斷層面定向巖石薄片X射線衍射曲線。
表5.14 X射線衍射數據表
註:A為粉末晶體；b為定向巖塊；①具有明顯的方向性；②具有明顯的方向性。
上述分析進壹步表明，這壹時期構造變形的動力作用方式主要是壓縮和壓扭作用。
5.3.3第三階段——喜馬拉雅期
從圖5.43反映的喜馬拉雅主應力軌跡可以看出，這壹時期應力場的主要特征是:最大主應力σ1轉向NNE-SW方向，平均方向為NE38，最小主應力σ3轉向N130。這壹時期應力場在全區分布不均勻，主要表現在南北邊界應力場明顯集中，σ1痕跡明顯聚集，導致此處構造復雜。就全區而言，σ1方向變化不大，優勢方位為NE40，但在北區北端向NNE-South-South-West方向略有偏轉，優勢方位為NE23 —N203。從動力學和運動學角度，喜馬拉雅構造演化可分為古近紀-新近紀和第四紀。
圖5.43喜馬拉雅應力軌跡圖
1-礦區邊界線；2—最大主應力跡線；3—最小主應力跡線；4—地層壓縮方向；五點應力狀態
古近紀-新近紀
在此期間，歐亞板塊、太平洋板塊和印度板塊之間幾乎同時發生了兩次重大的構造事件。壹個是最初向西北方向移動的庫拉-太平洋板塊在庫拉板塊向北消失後轉向西北方向。另壹個是澳印板塊與歐亞板塊的碰撞，阻止了歐亞板塊的逆時針旋轉。與此同時，印度板塊在碰撞後繼續向北推，對中國大陸產生了強烈的右旋擠壓和扭轉。黃等人也認為，新生代以來華北等地壹系列右旋張性斷陷盆地的發生發展和現代地震的出現都與這壹作用密切相關。其他構造特征也表明，亞洲大陸相對於太平洋板塊正在從南向北移動。
第壹個事件的動態作用方式主要是壓縮，動態作用路線是由東向西推進。渭河斷陷就是這種動力作用的結果。
第二個事件比第壹個事件影響更深遠。此時平行於龍門山方向的壓縮力在與秦嶺褶皺帶相遇時分解為壹對左旋扭轉力，在鄂爾多斯東南邊緣組成壹對右旋扭轉力偶。在這壹對力偶的作用下，NE向構造是張性的，NW向構造是壓性的(煤層褶皺的形成與這壹時期有關)，而EW向和NNE向構造要麽是壓性的，要麽是張性的。但考慮到該區域的應力方向為NW-SE，該區域的扭壓作用應該不是主要的(圖5.44)，而是沿近NW方向的伸展和沿NW-SE方向的伸展開始起主導作用。在此期間，汾河地塹在鄰近地區形成，與魏奮地塹系統相連。
圖5.44新近紀區域應力場和局部應力場示意圖。
5.3.3.2的第四紀
第四紀以來，隨著魏奮斷陷盆地的廣泛伸展，該區部分斷裂活動明顯，地震活動、滑坡、水系變化等現象十分普遍。它影響了早期已經形成的各種結構特征，並導致它們不同程度地開裂。如F1斷層作為東北活動斷層的代表，不同程度地切穿和控制第四系沈積，其上盤第四系厚度在禹門口地區僅為100m，但在英山地區可達400m；衛星照片也清晰顯示，受F1影響的多條水系存在明顯的右旋錯動，韓城縣及F1斷層上盤北西向活動斷層較為發育，近3000年來相對錯動距離約2m，年活動速率為。
韓城礦區煤層氣地質條件及賦存規律
這與馬興元等測定的華北板塊的運動速率基本壹致。從區域角度看，北東向和東西向活動斷裂的活動速率可能高於北西向活動斷裂。這樣，如果把第四紀的下限放在2Ma之前，F1斷層自第四紀以來壹直是沿傾向水平延伸的，這個距離也大致相當於F1主剖面上方的臺階狀斷層群的平面組合寬度。
根據石牛坡斷層的產狀，第四系地層的平面伸展距離約為0.55米，也非常接近韓城市上峪口、西原山、花子山、西北莊等石灰巖出露區所見的斷裂式裂縫的平均寬度。
東西向斷裂的活動直接控制本區第四紀沈積的例子很少，但參照本區西南鄰區東西向斷裂的活動特征，仍可解釋本區此時的張性斷裂活動幅度。如鄰區路橋-關山斷裂，上盤第四系厚度超過1，200 m，下盤約600m。如果與區內北東向活動斷裂的活動範圍相比，東西向構造的活動範圍可能大於北東向或北西向。
圖5.45鄂爾多斯及其周邊地區地殼垂直形變速率圖(1955 ~ 1986)
等速線單位:毫米/年
(國家地震局鄂爾多斯周邊活動斷裂系統課題組，1988)
可以看出，這壹時期的動力作用方式主要是拉張作用，動力作用路線為西北-東南向，其次是南北向以及由此衍生的東北-西南向。結果形成了壹系列近東西向和北東向的正斷層和北西向的輸導斷層。正斷層均沿延伸方向呈階梯狀下降，傳遞斷層是由NE向和EW向正斷層擴張速度的差異造成的，但主要為張性或扭性。這方面的多向延伸壹直延續到近代。根據最近的大地測量結果，該區地殼垂直形變速率為2 ~ 7 mm/a(圖5.45)，鄰近地區地殼垂直形變的地質剖面也顯示出較大的沈降(圖5.46)，這些都是平面伸展效應的直接依據，它們也有很好的對應關系。
圖5.46綏德-Xi安垂直形變(1976 ~ 1986)地質剖面圖
(國家地震局鄂爾多斯周邊活動斷裂系統課題組，1988)
綜上所述，該區地質歷史上有多組多期多向構造應力產生的構造痕跡。根據它們最終的力學性質，NE-NE向斷裂構造應具有拉伸或扭轉性質，近EW向構造具有拉伸性質，NW向構造具有拉伸和扭轉性質，其他方向具有不同程度的壓縮或壓扭性質。喜馬拉雅期以來，近東和西北方向雖然也形成或繼承了壹系列褶皺，但都比較寬緩，張裂復合是其沿軸和兩翼的重要構造特征。
隨著魏奮地塹系伸展構造的廣泛活動，全區各種構造面貌都受到不同程度的影響和開啟，特別是上述各組中的斷裂構造。就南北向而言，南區更靠近汾河地塹和渭河地塹伸展體系的交匯處，斷裂構造的伸展和開啟作用比北區更強。