王永強，李 月，鄧立本，尹 思，邵澤宇

(1. 中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2. 中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202)

新疆哈密地區(qū)泥裂構造的特征初探

王永強1，李 月1，鄧立本2，尹 思2，邵澤宇2

(1. 中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2. 中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202)

大量的野外考察發(fā)現，新疆哈密地區(qū)泥裂構造特別發(fā)育。根據泥裂發(fā)育的規(guī)模及形式可以分為主泥裂和次級泥裂。主泥裂形成的開口較大，深度較深，在區(qū)塊內起主控作用；次級泥裂發(fā)育在主泥裂餅上的多邊形區(qū)域內，常呈閉合狀，是被主泥裂所切穿的泥裂構造。平面上泥裂構造為被裂縫所切割成不規(guī)則三邊形、四邊形等以及其組成的網狀構造?？v向上泥裂常具有成層性，用手易掰開，平面平整光滑，邊部氣泡痕非常明顯。泥裂剖面上具有疊加的現象，可以命名底部先形成的泥裂為先期泥裂，頂部后形成的泥裂為后期泥裂。根據水流以及風沙的剝蝕程度，泥裂還可以分為初始泥裂和改造泥裂。另外，泥裂構造還受水漏構造、底部的沙礫石以及含鹽度的影響。弄清楚現代泥裂的特征，借助于“將今論古”的方法，可以依據泥裂構造確定古環(huán)境和古氣候的變化。

泥裂構造；泥質地層；龜背構造

0 前 言

泥裂是未固結的沉積物露出水面，受到太陽的暴曬、干涸收縮和裂開而形成的裂縫[1-2]，是一種層面構造[3]。泥裂構造常常發(fā)育在粘土質、粉砂質以及泥灰質和白云質[4]沉積物中。野外觀測中可以看到泥裂平面上成網狀，剖面上成“V”形，“U”形和楔形。泥裂的形成是沉積物在長期的水體覆蓋之下，受含鹽度的影響，是由膠體脫水收縮由上至下裂開而形成[1-2,5]。

新疆哈密地區(qū)，由于年降雨量少，蒸發(fā)量大，氣候干旱，年溫差量大，為泥裂的形成提供了氣候條件。該地區(qū)泥裂構造非常發(fā)育，發(fā)育泥裂的土質一般為粉砂質或者粘土質和泥灰質。

1 主泥裂和次泥裂的劃分及平面特征

在哈密等地區(qū)野外考察中，可以明顯地看到不同地區(qū)泥裂的開口沒有固定的數值，但是它們有一個規(guī)律：即泥裂有主次之分。主泥裂(一級泥裂)可以定義為：在某一地區(qū)所形成的非常明顯的泥裂構造，泥裂開口較大，深度較深，一般裂穿泥裂層。剖面上呈明顯的“V”形或者“U”形，開口較大，在泥裂發(fā)育區(qū)塊起控制作用。次泥裂(二級泥裂)是相對于一級泥裂而言的；次泥裂可以定義為：形成于主泥裂發(fā)生一段時間和一定條件之后，裂開在主泥裂圍成的多邊形區(qū)域之內、幅度較小的泥裂構造，一般發(fā)育的深度較淺，裂穿或者不裂穿主泥裂層，裂縫開口明顯較窄，裂開或者呈閉合狀(見圖1)。裂開的次級泥裂一般開口不規(guī)則，有正“V”形，上下近似等間距的“U”和倒“V”形3種，裂縫很小，一般被主泥裂所切割。

圖1 主泥裂與次泥裂特征

在野外考察中，可以看到主泥裂平面上呈現不規(guī)則的多邊形，可以定義為泥裂多邊形(或者泥餅)：即泥裂裂縫在平面上圍成的多邊形。有似圓形，三角形，梯形，四邊形，五邊形，六邊形等等和由他們組成的網狀結構。統(tǒng)計中，邊長從5～120 cm均可見到，平均值為54.276 cm，以 30～70 cm之間最為常見、50～60 cm之間分布最多；從圍成多邊形面積的角度分析：面積小于1 500 cm2的占10.29%，面積介于3 500 cm2與1 500 cm2之間的占57.14%，面積大于3 500 cm2的占32%；裂縫寬度0.3～4.8 cm不等，2～3 cm之間所占的比重最多，達到了50%。另外可以發(fā)現：平面上為水平面，挖掉泥裂層，一般而言，泥裂層的底部也終止為同一平面。

次級泥裂也呈現出不同的特征：觀察中，在一個主泥裂多邊形之內，可以發(fā)育很多個次級泥裂，也可以不發(fā)育次級泥裂。次級泥裂可以裂開到主泥裂相同的深度，也可以只裂開表層一點或者不裂開。裂開的次級泥裂可以具有明顯的開口，也可以呈現閉合狀。裂縫頂底寬度可以等間距成“U”形，也可以呈倒“V”形或者正“V”形，還可以為閉合狀。裂開的次級泥裂一般與主泥裂邊緣斜交，或近似垂直。統(tǒng)計中，次級泥裂與主泥裂的邊緣呈80(°)以上的占22%，介于80(°)～60(°)的占35%，介于60(°)～50(°)之間的占43%。次泥裂裂穿的占30%，裂開到1/2處的占42%，呈閉合狀態(tài)的占28%。

在某一地區(qū)，小范圍內來看，相鄰或相近的泥裂似乎終止于同一水平面，但是從區(qū)域來看，積水較深的地方，泥裂的裂縫會更深，水淺的地方形成泥裂的裂縫會更淺一些。由于泥裂往往發(fā)生于積水的低洼處地區(qū)，低洼的邊緣地區(qū)會先形成泥裂，并且形成的泥裂較淺，泥裂多邊形的面積較大，其內部次級泥裂較發(fā)育。在低洼內部由于泥質物質較厚，加上水體較深，因此泥裂裂縫會更深，泥裂多邊形的面積較小，次級泥裂發(fā)育程度低。挖開泥裂層露出其底部，與邊緣相比，低洼處較低的地方高低差會更加明顯，即積水中心位置泥裂的底部會更低(見圖2)。

圖2 泥裂深度隨地勢的變化

2 泥裂構造的剖面特征及復合泥裂構造

研究中，可以發(fā)現哈密地區(qū)的泥裂具有疊加而成的復合泥裂構造(見圖3)。復合泥裂構造可以定義為：在上一次泥質層堆積、降雨水分蒸發(fā)形成的先期泥裂之后，泥裂裂縫接受充填沉積，泥質成分在上部覆蓋，覆蓋的泥質再次接受降雨和水分蒸發(fā)，上部泥質層再次形成新的泥裂，這樣的兩次或者多次泥裂的疊加，在剖面上就形成了復合泥裂構造。這樣早期形成的底層泥裂可以稱為先期泥裂，晚期形成的頂層泥裂可以稱為后期泥裂。研究中發(fā)現先期泥裂與后期泥裂剖面上和平面上具有相似的特征。后期泥裂的頂層和底層均具有非常明顯的氣泡，并且后期泥裂底層上具有先期泥裂充填物質形成的凹槽，凹槽內的細沙較為疏松(見圖4)，后期形成的泥裂較薄，剖面上具有非常明顯的層理性(見圖5)。

圖3 復合泥裂構造

圖4 后期泥裂的底面構造

研究中還發(fā)現：在不同的地區(qū)，剖面上主泥裂的深度從0.5～65 cm不等，推測主泥裂的深度可能與地理位置、泥質成分的物質組成，含鹽度，積水的深度和蒸發(fā)量以及泥質底部的物質等有關。研究中，在哈密齊齊服務區(qū)附近見有泥裂的整體深度都很深，甚至最淺的泥裂深度均超過了20 cm，最深者達到了65 cm，但是在雅滿蘇火車站等地，泥裂整體較淺，最深的泥裂深度不到5 cm。泥裂的發(fā)育剖面上不具有層理性，但具有成層性，縱向上用手可以掰開，掰開的層面清晰干凈平整。

圖5 后期泥裂的層理構造

在垂向上，裂縫有垂直，傾斜和階梯狀等。平面上，泥裂多邊形的邊常為平直狀，鋸齒狀和彎曲狀。剖面上，用刀削開一個截面，可以看到很明顯的氣泡痕，氣泡痕的發(fā)育具有越往邊部越明顯的趨勢，即頂部發(fā)育的氣泡痕非常明顯，越往下部，氣泡痕的直徑越小，密度也減少。頂部氣泡痕最大者直徑可達到約1 mm，針孔狀大小者居多。推測這是在泥裂迅速形成的過程中，氣候干旱，太陽強烈，水分蒸發(fā)逃出泥質成分時留下的痕跡。在此過程中泥質成分中的水分和氣泡向頂部以距離最短的方向移動。

3 自然改造對泥裂的影響

后期的自然改造有很多：砂泥等沖刷充填、水流的沖刷、剝蝕和風蝕等作用。改造前的泥裂可稱為原始泥裂:是指泥水混合物中水分蒸發(fā)，形成的未被改造的泥裂。原始泥裂的特征是泥裂結構特別清晰，裂縫中的棱角分明，裂縫“V”字形或者“U”字形清晰(見圖6)。

圖6 初始泥裂構造

改造后泥裂可以命名為改造泥裂：即相對于原始泥裂而言，是被后期自然改造后的泥裂。自然界中被水流沖刷改造后的泥裂常成一個很深的溝槽，由于水流的侵蝕作用，順著水流方向裂縫寬度較寬，深度較深，一般呈一規(guī)則的“U”形或楔形，水流沖刷導致泥裂多邊形幾乎沒有棱角。砂泥的改造分為：風沙的侵蝕作用和充填物的充填作用。由于新疆地區(qū)常年刮風，跟水流的沖刷相似，風沙的侵蝕使泥裂構造不具有棱角性(見圖7)，一般呈一角度很大的“V”形，邊上成層性不明顯，有的甚至被風沙改造成了障礙痕；由于沙塵暴的影響，攜帶的風沙可以充填甚至覆蓋整個泥裂(見圖8)。自然界中見到的大部分泥裂均為后期改造后未被充填的末期泥裂。

圖7 風沙侵蝕后的泥裂

圖8 沙泥充填后的泥裂構造

4 其他構造影響下的泥裂構造

水漏構造影響下的泥裂構造：在水漏構造的影響下，下部砂較多，因此水向下滲漏，同時帶動泥質成分也向下滲漏，在地表表現為一小地區(qū)的低洼，邊緣呈圓形或橢圓形。在該地區(qū)形成的泥裂構造，常常表現為順著水漏構造的邊緣泥裂構造也呈現圓形或者環(huán)形，最外層一圈泥裂的深度較淺、“V”形開口較大，呈傾斜狀，而且層狀泥裂多邊形邊緣一側會向上翹起。越往中心地區(qū)，泥裂的深度越深，但是裂縫的寬深比越小。

底部粗砂或者細礫影響下的泥裂構造：在研究中發(fā)現發(fā)育在砂、礫石之上的泥裂構造較多。這種是由于雨水攜帶的泥沙在礫石之上覆蓋堆積，水分下滲，留下的泥所形成的泥裂。這種泥裂的特征是泥裂深度較小，一般小于3 cm；泥裂多邊形的邊長較短，一般小于30 cm，邊長以18 cm左右的居多，相應的面積也較小。這種泥裂的邊一般向上翹起，有的甚至翹起成環(huán)狀，用手掰時較硬和脆。還可以發(fā)現砂礫之上覆蓋的泥越薄，形成的泥裂深度越小，泥裂多邊形的邊長越小，向上翹起越明顯，有的翹起層可以被風吹走(見圖9)。

圖9 邊緣卷起的泥裂構造

含鹽度對泥裂的影響：由于尚未做相應的分析化驗，因此含鹽度較難界定，但是用舌舔有很濃的咸味。研究中發(fā)現：大部分的厚層泥裂頂部有一薄層，薄層邊緣向上翹起或者卷起。翹起的薄層質地較硬，用手掰時很脆。這是由于泥質成分中的水分蒸發(fā)帶動溶解的鹽向表層移動并且集聚，表面鹽含量比較高的泥質成分的拉力大于張力，下部含鹽相對較少的泥質成分的張力大于拉力致使泥裂表層卷起。

最后，值得一提的是泥裂構造與水位線之間可能存在某種關系，即：泥裂深度系數。研究中，泥裂裂縫的深度與該地區(qū)沉降的水的水位線之間可能存在一定關系。泥裂深度系數可以定義為：所裂開的泥裂的深度與形成該泥裂的積水深度的比值。研究中在哈密齊齊服務區(qū)附近發(fā)現了深度為270 cm的水位線，形成了55 cm深的泥裂，即深度系數為55/270=0.203。由于泥裂裂縫的深度還可能與降雨的期次、降雨的時間、蒸發(fā)量、蒸發(fā)速度、泥質物質的成分以及含鹽度有關，需要后續(xù)進一步核實和研究。

5 結 論

泥裂按照其規(guī)模及形成的先后順序可以劃分為主泥裂和次級泥裂；泥裂剖面上具有疊加的現象，底部先形成的泥裂為先期泥裂，頂部后期形成的泥裂為后期泥裂；泥裂平面上為不規(guī)則多邊形組合成的網狀，剖面上有分層現象，并伴隨有大量氣孔發(fā)育；泥裂按照是否遭受自然改造可以劃分為初始泥裂和改造泥裂；野外的泥裂構造常受水漏構造，底部的沙礫石以及含鹽度所影響。

已經有研究表明早在寒武紀就有泥裂存在，因此弄清楚現代泥裂的特征以后，借助于“將今論古”的方法，可以依據古代泥裂確定古環(huán)境和古氣候的變化，還可以利用泥裂來判斷油氣儲層中的空隙、裂縫等特征。

[1] 盛莘夫，姬再良. 談談泥裂[J]. 地球，1985(14)：5.

[2] 盛莘夫，姬再良. 地史時期“泥裂”構造的成因初探[J]. 中國區(qū)域地質, 1985(14)：119-123.

[3] 吳泰然，何國琦，韓寶福. 一種罕見的泥裂現象[J]. 科學通報, 1998，17(43)：1903-1904.

[4] 周建民，王吉平. 河南泌陽洼陷含堿段的淺水蒸發(fā)環(huán)境[J]. 沉積學報, 1989，7(14): 149-156.

[5] 成瑋. 泥巖收縮裂縫發(fā)育規(guī)律與形成機理研究[D]. 青島：中國石油大學(華東), 2010.

Primary Investigation of Characteristics of Mud Cracks Structure in Hami District in Xinjiang Province

WANG Yongqiang1, LI Yue1, DENG Liben2, YIN Si2, SHAO Zeyu2

(1.SchoolofGeoscience,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao,Shandong266580,China; 2.ChinaPetroleumQinghaiOilfieldExplorationandDevelopmentResearchInstitute,Dunhuang,Gansu736202,China)

Through a lot of field trip, we can find that Hami district has a series of mud crack structures. According to the size of cracks, we can separate theme into the main mud cracks which is big and deep. It plays a significant role in that region and secondary mud cracks, as is grown in the main mud cracks. It is often closed to cut by the main crack. In the fracture plane, crack structure is cut into irregular triangles, square and pentagon and so on. They will usually form net structure in that area. In the longitudinal side, crack is often in layers. We can open it with hands easily. Mud cracks have superposition phenomenon in profile. It can also be defined as the early formed bottom mud cracks in lately-formed upper mud cracks. According to the degree of water and wind erosion, mud cracks can be also divided into the initial mud crack and modified cracks. The initial crack shows that it has not been eroded or filled by the sand rocks. The modified mud cracks are that it has been eroded, transformed or filled by the sand and water. In addition, mud crack structure is affected by water leakage with the sand and gravel at the bottom. In these features which we have collected from modern mud sand rock, we can confer ancient sand rock, environment and climate.

Mud cracks structure; Sludge formation; Turtle structure

2017-03-05

王永強(1990-)，男，甘肅平涼人，研究方向：沉積學及儲集層地質學，手機：17863902354，Email：wangyqwillium@126.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.018