安塞沿河灣地區構造裂縫特征分析

黃生旺，姜萌蕾

安塞沿河灣地區構造裂縫特征分析

黃生旺1，2，姜萌蕾1，2

（1. 西北大學 地質學系，陜西 西安 710069；2. 大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 7100691）

研究表明，在中新生代不同構造運動的聯合疊加影響，區內主要發育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，相對其他巖性的地層而言，相對于塑性較高的巖層，裂縫在脆性巖層中更加發育，且巖層厚度較薄。巖性、層厚及構造應力作用共同影響著裂縫的發育狀況及展布特征。

安塞沿河灣； 侏羅系； 裂縫； 構造應力

鄂爾多斯盆地先后經歷了加里東運動、印支運動、燕山運動以及喜馬拉雅運動等多次構造運動的疊加改造，導致在不同構造層中裂縫發育情況十分復雜[1]。裂縫性儲層的發育及分布，油氣的運移、聚集及成藏，均受到構造裂縫系統的控制與影響，同時油氣藏的改造和破壞，也受到構造裂縫的影響。因此研究主要含油層段中區域構造裂縫系統的分布特征、成因機理及有效裂縫區帶的分布規律具有十分重要的意義。

1 安塞沿河灣地區構造裂縫基本特點

1.1 構造裂縫發育的優勢方位

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

圖1 安塞沿河灣侏羅系宏觀裂縫節理玫瑰花圖

1.2 構造裂縫傾角與間距分布特征

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

圖2 安塞沿河灣地區侏羅系構造裂縫傾角分布圖

1.3 構造裂縫密度與巖性及層厚的關系

總體而言，安塞沿河灣地區裂縫發育的侏羅系地層中，裂縫最為發育的是粉砂巖，而中、細砂巖以及泥巖和泥頁巖中裂縫發育程度明顯低于粉砂巖中的裂縫發育程度。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造裂縫的發育程度。一般來說，薄層巖層中的巖石顆粒更加細小，巖石顆粒及巖層厚度這兩個因素對于巖層中裂縫的發育起到一定的控制作用[2]，所以相對于厚巖層，薄層巖層中裂縫更加發育[3]。由圖4可知，安塞沿河灣地區侏羅系地層中粉砂巖巖層裂縫密度與層厚呈反比關系，巖性相同時，對于厚度越大的巖層，其中裂縫越不發育；而裂縫發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作為一個界限，在粉砂巖巖層中，當巖層厚度小于該值時，構造裂縫的發育明顯受到巖層厚度的影響和制約，當層厚大于該值時，巖層厚度制約和影響裂縫發育這一現象已不明顯。中細砂巖大致以50 cm及150 cm為界限，裂縫最為發育的巖層厚度多小于50 cm，裂縫最不發育的巖層，其厚度一般大于150 cm。

圖4 安塞沿河灣地區侏羅系粉砂巖構造裂縫密度與層厚關系圖

2 裂縫形成時期分析

侏羅系地層中除了記錄喜馬拉雅期構造運動所產生的構造跡象外，還記錄了侏羅紀末期燕山運動所產生的構造跡象。

區域上，白堊系與下伏地層之間的接觸關系為角度不整合，這說明發生在侏羅紀末的構造運動在鄂爾多斯盆地具有深遠影響。研究表明，燕山運動在早白堊世末-晚白堊世末期的強度相對侏羅紀末期而言表現出大幅度的下降[4]，且其主要構造變形方式為斷裂。據此分析，安塞沿河灣地區在侏羅紀末就形成了大量的構造裂縫系統。

3 裂縫形成的構造應力場特征及主控因素

3.1 沿河灣地區侏羅系構造應力分析

侏羅系延安組棗園段地層在沿河灣地區所發育的裂縫主要分為EW、SN及NE向3組裂縫，其中EW及SN向裂縫呈現共軛配套關系，反映其最大主應力方向為NW向。

運用構造篩分法可以初步概括出沿河灣地區印支期以來不同期次應力場的基本特征：印支期最大水平主應力方向為SN向，燕山期最大水平主應力方向為NW向，NE向為最小水平主應力方向（圖5）。

圖5 沿河灣地區燕山期應力場主應力方向

3.2 影響裂縫發育的主控因素分析

構造應力作用是產生沿河灣地區裂縫的最主要因素，此外，不同地層單元的巖性及層厚等內部因素也影響著裂縫的發育情況。構造古應力場控制著裂縫系統的組系、產狀以及力學性質，由于不同的內部沉積作用所導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育程度[5]。在發育以及形成裂縫的過程中，裂縫形成時的古應力場可以改造先期已經形成的裂縫系統，使得本地區的裂縫系統的發育情況更加錯綜復雜，加大了研究本地區裂縫系統的難度。

3.2.1 裂縫與巖性的關系

在短期的地質應力作用下，砂巖層通常表現為脆性[6]，在達到巖石極限破裂強度之前，一般不會發生明顯的變形，但是一旦這種巖層達到巖石的破裂極限強度之后，便會立即發生脆性破裂，相對塑性巖石而言，其裂縫更加發育，并通常發育高角度構造裂縫。在同樣的溫度、壓力條件下，泥巖中構造裂縫的傾角相對較小，故在相同的構造應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，其中構造裂縫的發育情況也有所差異。

3.2.2 構造裂縫與層厚的關系

通常，構造裂縫的發育受地層的控制，裂縫通常垂直于地層，未見穿層現象，并且在地層界面處終止。在巖層厚度一定時，構造裂縫的平均間距與發育裂縫的巖層厚度呈現線性關系，即當巖層厚度增加時，裂縫間距也隨之增大，裂縫密度減小[7]。

3.2.3 構造裂縫與應力的關系

巖層所受應力狀態深切影響著巖層中裂縫的行程及發育過程，根據巖石的破壞性和非破壞性實驗可知，當巖石所受應力達到其破壞強度的50％以上時開始擴容， 74％以上時，開始有微張性破裂形成于一些缺陷部位，且其方向與主壓應力方向平行，當巖石受力超過其破壞強度的90％時，微裂縫發生擴展，出現宏觀剪切破裂[8,9]。

4 結 論

安塞沿河灣地區的侏羅系地層中發育的構造裂縫主要為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育，同時巖層越薄，裂縫也越發育，沿河灣地區侏羅系裂縫主要形成于侏羅紀末期的燕山運動，巖性、巖層厚度及構造應力作用控制著裂縫的形成以及發育程度。

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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：構造地質學。