安塞沿河湾地区构造裂缝特征分析

黄生旺，姜萌蕾

安塞沿河湾地区构造裂缝特征分析

黄生旺1，2，姜萌蕾1，2

（1. 西北大学 地质学系，陕西 西安 710069；2. 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 7100691）

研究表明，在中新生代不同构造运动的联合叠加影响，区内主要发育EW及SN向两组裂缝，且两组裂缝倾角均较大，主要为高角度裂缝，相对其他岩性的地层而言，相对于塑性较高的岩层，裂缝在脆性岩层中更加发育，且岩层厚度较薄。岩性、层厚及构造应力作用共同影响着裂缝的发育状况及展布特征。

安塞沿河湾； 侏罗系； 裂缝； 构造应力

鄂尔多斯盆地先后经历了加里东运动、印支运动、燕山运动以及喜马拉雅运动等多次构造运动的叠加改造，导致在不同构造层中裂缝发育情况十分复杂[1]。裂缝性储层的发育及分布，油气的运移、聚集及成藏，均受到构造裂缝系统的控制与影响，同时油气藏的改造和破坏，也受到构造裂缝的影响。因此研究主要含油层段中区域构造裂缝系统的分布特征、成因机理及有效裂缝区带的分布规律具有十分重要的意义。

1 安塞沿河湾地区构造裂缝基本特点

1.1 构造裂缝发育的优势方位

通过观测沿河湾地区侏罗系地层野外露头，该地区侏罗系地层中主要发育两组宏观裂缝系统，为EW向及SN向，且其倾角较大，接近90°，与层面近于垂直，同时也发育有NW及NE向的两组裂缝，但EW向及SN向裂缝发育程度远高于NW向及NE向。EW向及SN向裂缝系统产状变化较小，较为稳定，延伸较远，为区域性裂缝。（图1）

图1 安塞沿河湾侏罗系宏观裂缝节理玫瑰花图

1.2 构造裂缝倾角与间距分布特征

沿河湾地区侏罗系构造裂缝主要为高角度裂缝，占90%以上，同时也存在低角度缝，但数量极少，仅占总数量的0.3%(图2)。野外宏观构造裂缝间距均较小，90%以上的裂缝间距都小于70 cm。

图2 安塞沿河湾地区侏罗系构造裂缝倾角分布图

1.3 构造裂缝密度与岩性及层厚的关系

总体而言，安塞沿河湾地区裂缝发育的侏罗系地层中，裂缝最为发育的是粉砂岩，而中、细砂岩以及泥岩和泥页岩中裂缝发育程度明显低于粉砂岩中的裂缝发育程度。其裂缝密度分别为9.68条/m、1.42条/m、5.62条/m、6.94条/m、6.34条/m(图3)。

岩层的厚度明显影响着侏罗系地层中构造裂缝的发育程度。一般来说，薄层岩层中的岩石颗粒更加细小，岩石颗粒及岩层厚度这两个因素对于岩层中裂缝的发育起到一定的控制作用[2]，所以相对于厚岩层，薄层岩层中裂缝更加发育[3]。由图4可知，安塞沿河湾地区侏罗系地层中粉砂岩岩层裂缝密度与层厚呈反比关系，岩性相同时，对于厚度越大的岩层，其中裂缝越不发育；而裂缝发育程度高的往往都是层厚较薄的岩层。

图3 安塞沿河湾地区侏罗系不同岩性裂缝密度分布图

大概可以以30 cm作为一个界限，在粉砂岩岩层中，当岩层厚度小于该值时，构造裂缝的发育明显受到岩层厚度的影响和制约，当层厚大于该值时，岩层厚度制约和影响裂缝发育这一现象已不明显。中细砂岩大致以50 cm及150 cm为界限，裂缝最为发育的岩层厚度多小于50 cm，裂缝最不发育的岩层，其厚度一般大于150 cm。

图4 安塞沿河湾地区侏罗系粉砂岩构造裂缝密度与层厚关系图

2 裂缝形成时期分析

侏罗系地层中除了记录喜马拉雅期构造运动所产生的构造迹象外，还记录了侏罗纪末期燕山运动所产生的构造迹象。

区域上，白垩系与下伏地层之间的接触关系为角度不整合，这说明发生在侏罗纪末的构造运动在鄂尔多斯盆地具有深远影响。研究表明，燕山运动在早白垩世末-晚白垩世末期的强度相对侏罗纪末期而言表现出大幅度的下降[4]，且其主要构造变形方式为断裂。据此分析，安塞沿河湾地区在侏罗纪末就形成了大量的构造裂缝系统。

3 裂缝形成的构造应力场特征及主控因素

3.1 沿河湾地区侏罗系构造应力分析

侏罗系延安组枣园段地层在沿河湾地区所发育的裂缝主要分为EW、SN及NE向3组裂缝，其中EW及SN向裂缝呈现共轭配套关系，反映其最大主应力方向为NW向。

运用构造筛分法可以初步概括出沿河湾地区印支期以来不同期次应力场的基本特征：印支期最大水平主应力方向为SN向，燕山期最大水平主应力方向为NW向，NE向为最小水平主应力方向（图5）。

图5 沿河湾地区燕山期应力场主应力方向

3.2 影响裂缝发育的主控因素分析

构造应力作用是产生沿河湾地区裂缝的最主要因素，此外，不同地层单元的岩性及层厚等内部因素也影响着裂缝的发育情况。构造古应力场控制着裂缝系统的组系、产状以及力学性质，由于不同的内部沉积作用所导致的岩性以及地层厚度的差异则影响着裂缝的密度以及发育程度[5]。在发育以及形成裂缝的过程中，裂缝形成时的古应力场可以改造先期已经形成的裂缝系统，使得本地区的裂缝系统的发育情况更加错综复杂，加大了研究本地区裂缝系统的难度。

3.2.1 裂缝与岩性的关系

在短期的地质应力作用下，砂岩层通常表现为脆性[6]，在达到岩石极限破裂强度之前，一般不会发生明显的变形，但是一旦这种岩层达到岩石的破裂极限强度之后，便会立即发生脆性破裂，相对塑性岩石而言，其裂缝更加发育，并通常发育高角度构造裂缝。在同样的温度、压力条件下，泥岩中构造裂缝的倾角相对较小，故在相同的构造应力作用以及相同的温度、压力等条件下，在砂岩和泥岩中，因其岩性不同，其中构造裂缝的发育情况也有所差异。

3.2.2 构造裂缝与层厚的关系

通常，构造裂缝的发育受地层的控制，裂缝通常垂直于地层，未见穿层现象，并且在地层界面处终止。在岩层厚度一定时，构造裂缝的平均间距与发育裂缝的岩层厚度呈现线性关系，即当岩层厚度增加时，裂缝间距也随之增大，裂缝密度减小[7]。

3.2.3 构造裂缝与应力的关系

岩层所受应力状态深切影响着岩层中裂缝的行程及发育过程，根据岩石的破坏性和非破坏性实验可知，当岩石所受应力达到其破坏强度的50％以上时开始扩容， 74％以上时，开始有微张性破裂形成于一些缺陷部位，且其方向与主压应力方向平行，当岩石受力超过其破坏强度的90％时，微裂缝发生扩展，出现宏观剪切破裂[8,9]。

4 结 论

安塞沿河湾地区的侏罗系地层中发育的构造裂缝主要为EW向及SN向，倾角较大，其中倾角大于70°的裂缝数量占总量的90%以上，为高角度裂缝。其中粉砂岩中裂缝最为发育，同时岩层越薄，裂缝也越发育，沿河湾地区侏罗系裂缝主要形成于侏罗纪末期的燕山运动，岩性、岩层厚度及构造应力作用控制着裂缝的形成以及发育程度。

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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

黄生旺（1993-），男，硕士研究生，青海湟中人，研究方向：构造地质学。