基于差異壓實(shí)作用的斷嵌構(gòu)造研究

■馬德春

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017000）

基于差異壓實(shí)作用的斷嵌構(gòu)造研究

■馬德春

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017000）

鄂爾多斯盆地作為一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定的沉積坳陷，經(jīng)歷了較為完整的構(gòu)造演化史暨沉積發(fā)育史。作為盆地保護(hù)屏障，四周山脈和隆起以及坳陷是構(gòu)造應(yīng)力釋放的結(jié)果。以單純的重力為動(dòng)力產(chǎn)生的壓實(shí)作用對(duì)脆性不同的巖石呈現(xiàn)差異性，這種差異壓實(shí)導(dǎo)致斷嵌構(gòu)造產(chǎn)生。

鄂爾多斯盆地差異壓實(shí)作用應(yīng)力釋放斷嵌構(gòu)造

引言

門克慶煤礦是鄂爾多斯盆地內(nèi)的一個(gè)礦井，迄今為止，給人們的印象是斷層少，少到?jīng)]有。仔細(xì)觀察的結(jié)果是，隱藏在煤層頂?shù)装宓男鄬臃浅６?。大量斷層的落差僅有0.1～0.2米左右，因?yàn)椴挥绊懨簩拥耐暾远缓鲆?。直到影響頂板管理與支護(hù)，這種區(qū)別于構(gòu)造應(yīng)力作用下的普通意義上的斷層構(gòu)造，日益受到深入研究。

1 礦井小斷層的分析

門克慶煤礦在掘進(jìn)3-1煤及2-2煤的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)其頂?shù)装迳衔⑿鄬臃浅６唷＠?，僅在2201回風(fēng)巷頂板500米范圍內(nèi)就觀測(cè)到50條之多。部分?jǐn)鄬右娨姳?。

表1 2201回風(fēng)巷頂板部分?jǐn)鄬咏y(tǒng)計(jì)Table 1 Fault statistics of 2201 return airway roof

圖1 2201回風(fēng)巷頂板斷層的摩擦鏡面Figure 1 The friction mirror of return airway roof

其特點(diǎn)一：小。大量斷層落差小于0.2米。特點(diǎn)二：在頂板的斷層面上普遍發(fā)育有光滑的摩擦鏡面。在底板的同樣有摩擦鏡面，只是光亮度差。特點(diǎn)三：對(duì)煤層沒有影響或影響很小，從煤層作為研究對(duì)象來說，這些小斷層都是“不存在”的。特點(diǎn)四：都是正斷層。特點(diǎn)五：90%的沒有導(dǎo)下淋水。

根據(jù)構(gòu)造規(guī)模及形態(tài)分析，這些小構(gòu)造是在單純的重力作用下形成，因此區(qū)別于普遍意義上的斷層。在3-1煤回風(fēng)大巷發(fā)現(xiàn)X型裂隙及頂板下插巖石，這個(gè)構(gòu)造在綜掘機(jī)割過去之后就沒有了。筆者及時(shí)素描了構(gòu)造的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)底板也有相對(duì)的鼓起。后期對(duì)大量的底板小構(gòu)造（主要依靠摩擦鏡面發(fā)現(xiàn)）形態(tài)進(jìn)行研究，得知這個(gè)底板的鼓起是兩側(cè)相對(duì)下嵌造成的，它沒有作為下盤的向上運(yùn)動(dòng)。

圖2 3-1煤回風(fēng)大巷X型裂隙及頂板下插巖石Figure 2 X fracture of main return airway and inserted rock of roof

2 區(qū)域構(gòu)造成因

2.1 礦井在構(gòu)造單元上的位置

門克慶煤礦位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡構(gòu)造單元內(nèi)。地質(zhì)學(xué)中的鄂爾多斯盆地范圍廣闊，面積37萬平方公里。陜北斜坡也叫做伊陜斜坡,是目前研究時(shí)間最長(zhǎng)、認(rèn)識(shí)比較清楚的一個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，接近南北向的長(zhǎng)方形。礦井在構(gòu)造單元上的位置見圖3。

圖3 鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)大地構(gòu)造單元Figure 3 Ordos Basin and the tectonic unit of adjacent areas

2.2 礦井所處地層沉積演化歷史

地層沉積演化的過程實(shí)際上是區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的演化過程。在地史上的印支、燕山運(yùn)動(dòng)中，鄂爾多斯盆地中生代經(jīng)過四次升降過程，形成了三個(gè)平行不整合面。

盆地的沉積演化大體可劃分為五個(gè)階段：

第一階段：上三疊系延長(zhǎng)組，潮濕型淡水湖泊三角洲沉積階段。

基底第一次穩(wěn)定下沉，延長(zhǎng)統(tǒng)沉積后，盆地第一次整體抬升，延長(zhǎng)組頂部遭受風(fēng)化剝蝕，形成了高地和溝谷交織的丘陵地形。三疊系延長(zhǎng)組與上覆侏羅系富縣組地層之間是不整合關(guān)系。

第二階段：下侏羅系富縣組、延安組，濕暖型湖沼河流相煤系地層沉積階段。

延長(zhǎng)統(tǒng)頂部侵蝕完成，盆地第二次再度整體下沉，開始了早侏羅世濕暖型湖沼河流相煤系地層沉積。在延長(zhǎng)統(tǒng)頂部的風(fēng)化剝蝕面上，延10期末，侵蝕面基本填平，盆地逐漸準(zhǔn)平原化，氣候溫暖潮濕，雨量充沛，植被茂盛，出現(xiàn)了廣闊的湖沼環(huán)境，沉積了延9～延4+5厚度250～300m的煤系地層。其后，盆地第二次抬升又造成剝蝕，使盆地中部的大部分地區(qū)缺失了延1～延3地層，延安組（延4＋5）與上覆的直羅層之間存在一平行不整合面。

第三階段：中侏羅系直羅組、安定組，干旱型河流淺湖地層沉積階段。

中侏羅世盆地第三次下沉，沉積了干旱（氧化）氣候條件下的直羅組大套紅色河流相砂巖，進(jìn)而又沉積了上部安定組淺湖相雜色泥灰?guī)r，之后盆地又第三次上升。

第四階段：下白堊系志丹統(tǒng)，干旱型湖泊沉積階段。

盆地第四次上升，周邊發(fā)生了強(qiáng)烈的印度板塊和太平洋板塊的聯(lián)合作用，褶皺斷裂造山運(yùn)動(dòng)開始，形成了盆地格局。此后盆地第四次下沉，沉積了厚達(dá)千米的志丹統(tǒng)棕紅色砂礫河流沖積相和雜色砂泥巖互層干旱型湖泊碎屑物。

第五階段：下第三系的河流和咸化湖泊沉積階段。

分布受局限，多數(shù)地區(qū)缺失第三系地層。

2.3 構(gòu)造應(yīng)力的釋放

今天我國地勢(shì)起伏的大體輪廓，是在燕山運(yùn)動(dòng)中初步奠定的。鄂爾多斯盆地作相對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定，經(jīng)歷了較為完整的構(gòu)造演化史－沉積發(fā)育史。其內(nèi)部沒有受到造山運(yùn)動(dòng)較大影響，僅有盆地沉積和沉降中心不斷向西推移的平緩運(yùn)動(dòng)，最終盆地成為大型西傾單斜的這種構(gòu)造格局。陜北斜坡單元里，同一地層在西部埋藏深，東部埋藏淺。

燕山運(yùn)動(dòng)早中期（侏羅紀(jì)～白堊紀(jì)）形成了西緣斷褶帶及南緣渭北構(gòu)造帶。燕山運(yùn)動(dòng)中晚期（白堊紀(jì)中、晚期）東部的呂梁山升起形成晉西撓褶帶，遂與華北地臺(tái)分離，形成了獨(dú)立的鄂爾多斯盆地。

山脈隆起和斷陷形成都是釋放應(yīng)力的表現(xiàn)。東西向的拉伸應(yīng)力由天環(huán)坳陷和晉西撓摺帶的形成得到釋放。構(gòu)造應(yīng)力在西部釋放得最為劇烈和集中，使該區(qū)地層大起大落，高聳入云的六盤山腳下是深達(dá)數(shù)百米的天環(huán)向斜。在東部，呂梁山的聳起和晉西撓摺帶的形成緩沖了來自東側(cè)的壓力。盆地南北擠壓應(yīng)力來自西伯利亞板塊和華南板塊的南北相向運(yùn)動(dòng)。盆地北緣陰山山脈、盆地南緣秦嶺、次一級(jí)的南北兩個(gè)隆起：伊盟隆起、渭北隆起，使應(yīng)力得到釋放。再次一級(jí)的保護(hù)還有河套斷陷、渭河斷陷、銀川斷陷。陜北斜坡得以完整保存，平緩而穩(wěn)定，平均坡降為每公里10米左右，傾角小于1度，多數(shù)為0.4度。

3 斷嵌構(gòu)造研究

差異壓實(shí)作用，主要是指地史時(shí)期的沉積物由于沉積環(huán)境不同和沉積作用的非均一性，存在著巖性、粒度、成分等差別，導(dǎo)致同一時(shí)期的地層成巖后，在重力作用下呈現(xiàn)厚度不同的現(xiàn)象。

在上覆地層壓力相等的情況下，砂巖抗壓強(qiáng)度大，而泥巖小，粗砂巖不易被壓實(shí)，而細(xì)、粉砂巖則容易被壓實(shí)。所以相同沉積厚度的地層，成巖后砂巖厚度較大，而泥巖厚度較小。成巖后期壓實(shí)作用仍然存在。對(duì)于已經(jīng)成巖的地層來說，砂巖脆性大，煤層柔性好，這就說明為什么門克慶煤礦里見有如此眾多的微小斷層，都在頂?shù)装迳皫r里而煤層里沒有的原因。

延9～延4+5這組厚度250～300m的煤系地層，沉積在非常平整的平原上并得到很好的保護(hù)，成巖早期的差異壓實(shí)作用已經(jīng)發(fā)生完成，但是由單純的重力引起的持久的壓實(shí)作用最終使基底不均勻的支撐反映出來，導(dǎo)致頂板脆性大的砂巖斷裂，并嵌進(jìn)支撐它的煤層里。觀察煤層底板的砂巖斷裂，這種構(gòu)造仍然表現(xiàn)為斷嵌特征。落差小于0.2米砂巖小斷塊嵌進(jìn)煤層中，這種構(gòu)造不具有斷塹構(gòu)造的規(guī)模。

區(qū)別于沖刷構(gòu)造的煤層頂板呈三角形或槽形鑲嵌入煤層的現(xiàn)象，俗稱壓梁構(gòu)造。針對(duì)于底板巖石而言，“梁”的概念不存在，這些既有“斷”的特征又有“嵌”的特征的構(gòu)造，可以稱作為斷嵌構(gòu)造。

4 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地保護(hù)屏障是四周山脈、隆起以及坳陷，同時(shí)它們是構(gòu)造應(yīng)力釋放的結(jié)果。

（2）差異壓實(shí)作用在沉積成巖之后仍然發(fā)生，作用效果在脆性大的巖石上表現(xiàn)明顯。

（3）具有“斷、嵌”特征、在煤層頂板上俗稱壓梁構(gòu)造的，結(jié)合底板，可以稱作為斷嵌構(gòu)造。

[1]鄧軍,王慶飛,高幫飛,等.鄂爾多斯盆地多種能源礦產(chǎn)分布及其構(gòu)造背景 [J].地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,31（3）330-332.Deng Jun,Wang Qingfei,Gao Bangfei,et al. Distribution and Tectonic Background of Various Energy Resources in Ordos Basin[J]Earth? Science-Journal of China University of Geosciences,2006,31（3）330-332.

[2]鄭孟林,金之鈞,王毅,等.鄂爾多斯盆地北部中新生代構(gòu)造特征及其演化 [J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,28(3):31-36.Zheng Menglin,Jin Zhijun,WangYi,et al.Structural Char原acteristics and Evolution of North Ordos Basin in Late Mesozoic and Cenozoic[J].Journal of Earth Sciences and Environment,2006,28(3):31-36.

[3]趙振宇,郭彥如,徐旺林,等.鄂爾多斯盆地3條油藏大剖面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)勘探的意義 [J].石油勘探與開發(fā),2011,38(1):16-22.Zhao Zhenyu,Guo Yanru,Xu Wanglin,et al.Signifi原cance of three reservoir profiles for the risk exploration in Ordos Basin[J].Petroleum Explo原ration and Development,2011,38(1):16-22.

[4]楊俊杰.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2002. Yang Junjie.Ordos Basin tectonic evolution and hydrocarbon distribution rule[M].Beijing: Petroleum Industry Press,2002.

[5]馬潤(rùn)勇,朱浩平,張道法,等.鄂爾多斯盆地基底斷裂及其現(xiàn)代活動(dòng)性 [J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2009,31(4):400-408.Ma Runyong,Zhu Haoping,Zhang Daofa,et al.Basement faults and their recent activity in Ordos Basin[J].Journal of Earth Sciences andEnvironment,2009,31 (4):400-408.

[6]楊圣彬,耿新霞,郭慶銀,等.鄂爾多斯盆地西緣北段中生代構(gòu)造演化 [J].地質(zhì)論評(píng), 2008,54(3):307-315.Yang Shengbin,Geng Xinxia,Guo Qingyin,et al.Mesozoic tectonic evolution in north section of the western margin of Ordos basin[J].Geological Review,2008,54 (3):307-315.

[7]張泓,白清昭,張笑薇,等.鄂爾多斯聚煤盆地的形成及構(gòu)造環(huán)境 [J].煤田地質(zhì)與環(huán)境, 1995,23(3):1-7.

[8]趙靖舟,武富禮,閆世可.陜北斜坡東部三疊系油氣富集規(guī)律研究 [J].石油學(xué)報(bào), 2006,27(5):24-27,34.Zhao Jingzhou,Wu Fuli,Yan Shike.Regularity of Triassic petroleum accumulation and distribution in the east part of north Shaanxi slope[J].Acta Petrolei Sini原ca,2006,27(5):24-27,34.

[9]高山林,韓慶軍,楊華.鄂爾多斯盆地燕山運(yùn)動(dòng)及其與油氣關(guān)系 [J].長(zhǎng)春科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000,30(4):353-358.Gao Shanlin,Han Qingjun,Yang Hua.Yanshanian movement in Ordos Basin and its relationship with distribution of oil and gas[J].Journal of Changchun U原niversity of Science and Technology,2000,30(4):353-358.

[10]席勝利,劉新社,王濤.鄂爾多斯盆地中生界石油運(yùn)移特征分析 [J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2004,26(3):229-235.Xi Shengli,Liu Xinshe,Wang Tao.Analysis on the migration charac原teristics of the Mesozoic petroleum in the Ordos Basin[J].Petroleum Geology&Experiment, 2004,26(3):229-235.

[11]蘭朝利,張君峰,楊明慧.低幅度構(gòu)造-巖性邊底水油藏特征及其成藏機(jī)制:以塞152油藏為例 [J].地質(zhì)科技情報(bào),2010,29(4):78-83.Lan Chaoli,Zhang Junfeng,Yang Minghui.Characteristics and formation mechanism of low-relief structural-lithological reservoir with edge and bottom water:A case from the Sai152 pool,OrdosBasin[J].Geological Science and Technology Information,2010,29(4):78-83.

Study of Embedding Fracture Structure based on differential compaction

MA De-chun
（Zhongtian-hechuang Energy Company Limited,Ordos,Inner Mongolia, 017000,China）

As a relatively stable sedimentary depression for a long time, Ordos Basin has experienced a relatively complete structure evolution, sedimentary development.As a protective barrier,basin surrounded by mountains and uplift and depression is the result of tectonic stress release.Powered by a simple gravity compaction on the rocks of different brittleness shows differences,and the differences cause embedding fracture structure..

Ordos Basin；Differential compaction；Stress release；Embedding fracture structure；

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-317-3