鄂爾多斯盆地剝蝕作用和形成裂縫研究

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1、鄂爾多斯盆地剝蝕作用和形成裂縫研究［摘要］在鄂爾多斯盆地的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于巖石裂縫的存在極大地影響儲(chǔ)集層的儲(chǔ)油物性，為鄂爾多斯盆地裂縫的成因的認(rèn)識(shí)提供新的思路。通過(guò)收集前人對(duì)鄂爾多斯盆地埋藏演化史的研究資料和對(duì)裂縫產(chǎn)生力學(xué)機(jī)制認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，分析剝蝕作用與裂縫形成的關(guān)系。鄂爾多斯盆地剝蝕作用的發(fā)生，使盆地處于一個(gè)卸載減壓物理場(chǎng)的作用下，引起盆地內(nèi)部應(yīng)力重新分布，在盆地內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)殘余壓應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力體系，在剝蝕區(qū)誘發(fā)了裂縫的形成。所以鄂爾多斯盆地剝蝕作用的發(fā)生是盆地內(nèi)裂縫發(fā)育的重要原因之一。［關(guān)

2、鍵詞］裂縫剝蝕作用埋藏史力學(xué)機(jī)制鄂爾多斯盆地［中圖分類(lèi)號(hào)］P544+.4［文獻(xiàn)碼］B［文章編號(hào)］1000-405X(2013)-7-50-20引言對(duì)于鄂爾多斯盆地裂縫的成因問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年研究大多數(shù)人認(rèn)為：以構(gòu)造成因?yàn)橹?，其次與成巖作用、沉積相、盆地剝蝕隆起等有關(guān)，但是對(duì)于盆地隆起剝蝕與裂縫形成的關(guān)系研究較少。本文將從力學(xué)角度出發(fā)，通過(guò)分析剝蝕作用產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)制，結(jié)合鄂爾多斯盆地的埋藏演化史，闡述盆地演化過(guò)程中剝蝕作用對(duì)裂縫形成所產(chǎn)生的作用。1剝蝕作用的力學(xué)機(jī)制分析剝蝕作用是一種重要的卸載方式。地表剝

3、蝕作用的不斷進(jìn)行，使得巖石上覆巖層的厚度變薄，降低了巖層的上覆靜巖壓力，這相當(dāng)于是巖石的卸荷過(guò)程。在這個(gè)剝蝕卸載過(guò)程中原來(lái)巖層的內(nèi)部應(yīng)力平衡被打破，應(yīng)力重新分布產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)。剝蝕厚度的差異造成了殘余應(yīng)力的差異，從而產(chǎn)生殘余剪應(yīng)力，剝蝕厚度越大其回彈應(yīng)力越大，剝蝕厚度越小其回彈應(yīng)力越小，這樣將引起因差異回彈，造成巖體內(nèi)殘余應(yīng)力。一旦所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的大于巖石的破裂極限時(shí)巖石產(chǎn)生破裂產(chǎn)生裂縫。1.1剝蝕作用引起的張性破壞組成巖石的各種礦物顆粒其彈性不同。不同的顆粒體系緊密相連時(shí)，巖石在埋藏受壓時(shí)，彈

4、性強(qiáng)的礦物顆粒發(fā)生彈性變形，彈性弱的礦物顆粒則在彈性變形后產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)上覆巖石被剝蝕后發(fā)生卸載，不同彈性強(qiáng)度的礦物顆粒其剝蝕回彈膨脹程度也不同，這樣將會(huì)在不同彈性強(qiáng)度的礦物顆粒間產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一旦這個(gè)殘余拉應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉極限，巖石連續(xù)性將遭到破壞，產(chǎn)生破裂面。砂巖的主要組成部分是碎屑顆粒和膠結(jié)物，在砂巖沉積埋藏成巖的過(guò)程中碎屑顆粒和膠結(jié)物受到的壓力不同，碎屑顆粒承受載荷被壓縮，膠結(jié)物是在碎屑顆粒被壓縮的情況下產(chǎn)生的。剝蝕卸荷的時(shí)候，碎屑礦物顆粒膨脹，在膨脹的時(shí)受到膠結(jié)物的限制，使膠結(jié)物轉(zhuǎn)化成

5、拉伸狀態(tài)，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)殘余拉應(yīng)力大于巖石的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生的回彈方向與沿顆粒邊界近于正交的拉裂面。1.2剝蝕作用引起的剪性破壞剝蝕卸荷回彈也可產(chǎn)生殘余剪應(yīng)力，發(fā)生剪切破壞，造成的主要原因由于剝蝕卸荷邊界條件不同而形成差異回彈。上部巖層剝蝕厚度大的區(qū)域其殘余應(yīng)力大，而剝蝕厚度小或沒(méi)有剝蝕的地方其殘余應(yīng)力小，那么在不同的區(qū)域造成殘余剪應(yīng)力，使得巖層之間發(fā)生垂向剪切產(chǎn)生破裂。在剝蝕厚度大的部位下面的巖層，由于壓力減小巖石回彈形成隆起或低幅背斜。在河谷地帶，由于地質(zhì)條件不同，卸載裂隙的空間組合和發(fā)育

6、狀況型式各不相同。寬谷區(qū)是由平緩層狀巖體組成時(shí)，側(cè)向地應(yīng)力相對(duì)較高，常常形成谷底隆起現(xiàn)象，隆起部位有裂縫產(chǎn)生。2鄂爾多斯盆地埋藏史和剝蝕作用2.1鄂爾多斯盆地埋藏演化史鄂爾多斯盆地是一個(gè)在華北克拉通地塊之上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期演化疊加形成的中生代沉積盆地。早古生代為陸緣海盆地，晚古生代早期為濱淺海盆地，晚古生代晚期-三疊紀(jì)為內(nèi)陸盆地，至侏羅紀(jì)末燕山中期以后才逐漸形成的克拉通盆地。從三疊紀(jì)以來(lái)，鄂爾多斯盆地的沉積埋藏過(guò)程是一掀斜構(gòu)造的演化過(guò)程。在印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，鄂爾多斯盆地進(jìn)入了內(nèi)陸差異沉降，盆地進(jìn)入了的形成和發(fā)展

7、階段，結(jié)束了早古生代克拉通邊緣和晚古生代克拉通內(nèi)陸坳陷盆地的發(fā)展歷史。三疊紀(jì)末期剝蝕事件以前，盆地呈現(xiàn)東南和西北部低、東北部高的構(gòu)造特征。在燕山旋回期，盆地短期整體隆升，然后進(jìn)入撓曲沉降階段。在隆升階段，隆起部分遭受剝蝕，形成了從東北向西南方向逐漸被抬升的延長(zhǎng)組剝蝕構(gòu)造地貌的演化特點(diǎn)。在早中侏羅世，盆地經(jīng)歷了拗陷-隆升-再拗陷的發(fā)育演化過(guò)程。拗陷期沉積了富縣組和延安組地層，在延安組頂部發(fā)生局部短暫的區(qū)域升降構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成了侏羅系直羅組與延安組間的沉積間斷。中侏羅世末期地殼隆起剝蝕后，使在原來(lái)西南翹起

8、轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅辈繕?gòu)造低部位，而東南部抬起。西北部由隆升后再拗陷繼續(xù)沉積直羅組和安定組。安定組沉積后發(fā)生了燕山運(yùn)動(dòng)第二幕，盆地主體上升遭受剝蝕。侏羅系沉積后發(fā)生了燕山運(yùn)動(dòng)的主幕，使得上侏羅統(tǒng)的芬芳河組地層完全剝蝕，并再次剝蝕安定組。侏羅紀(jì)末事件致使盆地東南部抬升，延長(zhǎng)組地層呈向西北傾斜的單斜構(gòu)造。從早白堊世早期開(kāi)始，盆地處于下降階段恢復(fù)了沉降。白堊紀(jì)末燕山運(yùn)動(dòng)晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使盆地整體抬升，白堊系地層遭受剝蝕。白堊紀(jì)末的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地層傾角變大，東部翹起呈高部位。白堊系地層遭受