黃生旺，姜萌蕾

安塞沿河灣地區(qū)構(gòu)造裂縫特征分析

黃生旺1，2，姜萌蕾1，2

（1. 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；2. 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 7100691）

研究表明，在中新生代不同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的聯(lián)合疊加影響，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育EW及SN向兩組裂縫，且兩組裂縫傾角均較大，主要為高角度裂縫，相對(duì)其他巖性的地層而言，相對(duì)于塑性較高的巖層，裂縫在脆性巖層中更加發(fā)育，且?guī)r層厚度較薄。巖性、層厚及構(gòu)造應(yīng)力作用共同影響著裂縫的發(fā)育狀況及展布特征。

安塞沿河灣； 侏羅系； 裂縫； 構(gòu)造應(yīng)力

鄂爾多斯盆地先后經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)以及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加改造，導(dǎo)致在不同構(gòu)造層中裂縫發(fā)育情況十分復(fù)雜[1]。裂縫性儲(chǔ)層的發(fā)育及分布，油氣的運(yùn)移、聚集及成藏，均受到構(gòu)造裂縫系統(tǒng)的控制與影響，同時(shí)油氣藏的改造和破壞，也受到構(gòu)造裂縫的影響。因此研究主要含油層段中區(qū)域構(gòu)造裂縫系統(tǒng)的分布特征、成因機(jī)理及有效裂縫區(qū)帶的分布規(guī)律具有十分重要的意義。

1 安塞沿河灣地區(qū)構(gòu)造裂縫基本特點(diǎn)

1.1 構(gòu)造裂縫發(fā)育的優(yōu)勢(shì)方位

通過觀測(cè)沿河灣地區(qū)侏羅系地層野外露頭，該地區(qū)侏羅系地層中主要發(fā)育兩組宏觀裂縫系統(tǒng)，為EW向及SN向，且其傾角較大，接近90°，與層面近于垂直，同時(shí)也發(fā)育有NW及NE向的兩組裂縫，但EW向及SN向裂縫發(fā)育程度遠(yuǎn)高于NW向及NE向。EW向及SN向裂縫系統(tǒng)產(chǎn)狀變化較小，較為穩(wěn)定，延伸較遠(yuǎn)，為區(qū)域性裂縫。（圖1）

圖1 安塞沿河灣侏羅系宏觀裂縫節(jié)理玫瑰花圖

1.2 構(gòu)造裂縫傾角與間距分布特征

沿河灣地區(qū)侏羅系構(gòu)造裂縫主要為高角度裂縫，占90%以上，同時(shí)也存在低角度縫，但數(shù)量極少，僅占總數(shù)量的0.3%(圖2)。野外宏觀構(gòu)造裂縫間距均較小，90%以上的裂縫間距都小于70 cm。

圖2 安塞沿河灣地區(qū)侏羅系構(gòu)造裂縫傾角分布圖

1.3 構(gòu)造裂縫密度與巖性及層厚的關(guān)系

總體而言，安塞沿河灣地區(qū)裂縫發(fā)育的侏羅系地層中，裂縫最為發(fā)育的是粉砂巖，而中、細(xì)砂巖以及泥巖和泥頁巖中裂縫發(fā)育程度明顯低于粉砂巖中的裂縫發(fā)育程度。其裂縫密度分別為9.68條/m、1.42條/m、5.62條/m、6.94條/m、6.34條/m(圖3)。

巖層的厚度明顯影響著侏羅系地層中構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度。一般來說，薄層巖層中的巖石顆粒更加細(xì)小，巖石顆粒及巖層厚度這兩個(gè)因素對(duì)于巖層中裂縫的發(fā)育起到一定的控制作用[2]，所以相對(duì)于厚巖層，薄層巖層中裂縫更加發(fā)育[3]。由圖4可知，安塞沿河灣地區(qū)侏羅系地層中粉砂巖巖層裂縫密度與層厚呈反比關(guān)系，巖性相同時(shí)，對(duì)于厚度越大的巖層，其中裂縫越不發(fā)育；而裂縫發(fā)育程度高的往往都是層厚較薄的巖層。

圖3 安塞沿河灣地區(qū)侏羅系不同巖性裂縫密度分布圖

大概可以以30 cm作為一個(gè)界限，在粉砂巖巖層中，當(dāng)巖層厚度小于該值時(shí)，構(gòu)造裂縫的發(fā)育明顯受到巖層厚度的影響和制約，當(dāng)層厚大于該值時(shí)，巖層厚度制約和影響裂縫發(fā)育這一現(xiàn)象已不明顯。中細(xì)砂巖大致以50 cm及150 cm為界限，裂縫最為發(fā)育的巖層厚度多小于50 cm，裂縫最不發(fā)育的巖層，其厚度一般大于150 cm。

圖4 安塞沿河灣地區(qū)侏羅系粉砂巖構(gòu)造裂縫密度與層厚關(guān)系圖

2 裂縫形成時(shí)期分析

侏羅系地層中除了記錄喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的構(gòu)造跡象外，還記錄了侏羅紀(jì)末期燕山運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的構(gòu)造跡象。

區(qū)域上，白堊系與下伏地層之間的接觸關(guān)系為角度不整合，這說明發(fā)生在侏羅紀(jì)末的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在鄂爾多斯盆地具有深遠(yuǎn)影響。研究表明，燕山運(yùn)動(dòng)在早白堊世末-晚白堊世末期的強(qiáng)度相對(duì)侏羅紀(jì)末期而言表現(xiàn)出大幅度的下降[4]，且其主要構(gòu)造變形方式為斷裂。據(jù)此分析，安塞沿河灣地區(qū)在侏羅紀(jì)末就形成了大量的構(gòu)造裂縫系統(tǒng)。

3 裂縫形成的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征及主控因素

3.1 沿河灣地區(qū)侏羅系構(gòu)造應(yīng)力分析

侏羅系延安組棗園段地層在沿河灣地區(qū)所發(fā)育的裂縫主要分為EW、SN及NE向3組裂縫，其中EW及SN向裂縫呈現(xiàn)共軛配套關(guān)系，反映其最大主應(yīng)力方向?yàn)镹W向。

運(yùn)用構(gòu)造篩分法可以初步概括出沿河灣地區(qū)印支期以來不同期次應(yīng)力場(chǎng)的基本特征：印支期最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镾N向，燕山期最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹W向，NE向?yàn)樽钚∷街鲬?yīng)力方向（圖5）。

圖5 沿河灣地區(qū)燕山期應(yīng)力場(chǎng)主應(yīng)力方向

3.2 影響裂縫發(fā)育的主控因素分析

構(gòu)造應(yīng)力作用是產(chǎn)生沿河灣地區(qū)裂縫的最主要因素，此外，不同地層單元的巖性及層厚等內(nèi)部因素也影響著裂縫的發(fā)育情況。構(gòu)造古應(yīng)力場(chǎng)控制著裂縫系統(tǒng)的組系、產(chǎn)狀以及力學(xué)性質(zhì)，由于不同的內(nèi)部沉積作用所導(dǎo)致的巖性以及地層厚度的差異則影響著裂縫的密度以及發(fā)育程度[5]。在發(fā)育以及形成裂縫的過程中，裂縫形成時(shí)的古應(yīng)力場(chǎng)可以改造先期已經(jīng)形成的裂縫系統(tǒng)，使得本地區(qū)的裂縫系統(tǒng)的發(fā)育情況更加錯(cuò)綜復(fù)雜，加大了研究本地區(qū)裂縫系統(tǒng)的難度。

3.2.1 裂縫與巖性的關(guān)系

在短期的地質(zhì)應(yīng)力作用下，砂巖層通常表現(xiàn)為脆性[6]，在達(dá)到巖石極限破裂強(qiáng)度之前，一般不會(huì)發(fā)生明顯的變形，但是一旦這種巖層達(dá)到巖石的破裂極限強(qiáng)度之后，便會(huì)立即發(fā)生脆性破裂，相對(duì)塑性巖石而言，其裂縫更加發(fā)育，并通常發(fā)育高角度構(gòu)造裂縫。在同樣的溫度、壓力條件下，泥巖中構(gòu)造裂縫的傾角相對(duì)較小，故在相同的構(gòu)造應(yīng)力作用以及相同的溫度、壓力等條件下，在砂巖和泥巖中，因其巖性不同，其中構(gòu)造裂縫的發(fā)育情況也有所差異。

3.2.2 構(gòu)造裂縫與層厚的關(guān)系

通常，構(gòu)造裂縫的發(fā)育受地層的控制，裂縫通常垂直于地層，未見穿層現(xiàn)象，并且在地層界面處終止。在巖層厚度一定時(shí)，構(gòu)造裂縫的平均間距與發(fā)育裂縫的巖層厚度呈現(xiàn)線性關(guān)系，即當(dāng)巖層厚度增加時(shí)，裂縫間距也隨之增大，裂縫密度減小[7]。

3.2.3 構(gòu)造裂縫與應(yīng)力的關(guān)系

巖層所受應(yīng)力狀態(tài)深切影響著巖層中裂縫的行程及發(fā)育過程，根據(jù)巖石的破壞性和非破壞性實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)巖石所受應(yīng)力達(dá)到其破壞強(qiáng)度的50％以上時(shí)開始擴(kuò)容， 74％以上時(shí)，開始有微張性破裂形成于一些缺陷部位，且其方向與主壓應(yīng)力方向平行，當(dāng)巖石受力超過其破壞強(qiáng)度的90％時(shí)，微裂縫發(fā)生擴(kuò)展，出現(xiàn)宏觀剪切破裂[8,9]。

4 結(jié) 論

安塞沿河灣地區(qū)的侏羅系地層中發(fā)育的構(gòu)造裂縫主要為EW向及SN向，傾角較大，其中傾角大于70°的裂縫數(shù)量占總量的90%以上，為高角度裂縫。其中粉砂巖中裂縫最為發(fā)育，同時(shí)巖層越薄，裂縫也越發(fā)育，沿河灣地區(qū)侏羅系裂縫主要形成于侏羅紀(jì)末期的燕山運(yùn)動(dòng)，巖性、巖層厚度及構(gòu)造應(yīng)力作用控制著裂縫的形成以及發(fā)育程度。

［1］張?jiān)罉?，施煒，廖昌珍，? 鄂爾多斯盆地周邊斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與晚中生代構(gòu)造應(yīng)力體制轉(zhuǎn)換[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，(05):639-647.

［2］王嘉，周遠(yuǎn)志. 影響儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的因素分析[J]. 西部探礦工程，2006，(11):102-104.

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Analysis on Structural Fracture Characteristics in Ansai Yanhewan Area

1,2,1,2

（1. Department of Geology, Northwest University, Shaanxi Xi’an 710069, China；2. State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Shaanxi Xi’an 710069, China）

The research showsthat, under combined effect of different tectonic movements in Mesozoic and Cenozoic,EW and SN two groups of fractures mainly developed in the region, and the two groups of fracture dip angles are larger. Compared with other lithologic formations, fractures are more developed in brittle rocks than those with high plasticity, and the thickness of strata is thin. Lithology, thickness and tectonic stress can influence the development and distribution characteristics of fractures together.

Ansai Yanhewan; Jurassic; fracture; tectonic stress

TE 122

A

1004-0935（2017）10-0973-03

2017-08-09

黃生旺（1993-），男，碩士研究生，青海湟中人，研究方向：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。