塔里木盆地塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育特征及主控因素

赫俊民，王小垚，孫建芳，孫小童，史今雄，曹東升，曾聯(lián)波

[1.中國石化 勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營257022； 2.中國石油大學(xué)(北京)，北京102249；3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京100083]

天然裂縫主要指儲(chǔ)層在成巖作用及后期構(gòu)造作用中形成的面狀構(gòu)造[1]。隨著裂縫性油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)，關(guān)于裂縫的研究國內(nèi)外主要集中在裂縫的定量表征和分布預(yù)測(cè)兩個(gè)方面。近年來，碳酸鹽巖裂縫的研究也成為了研究的熱點(diǎn)。但由于碳酸鹽巖巖性的特殊性，裂縫的研究成為研究的重難點(diǎn)。通過對(duì)巖心與成像測(cè)井等資料的分析，發(fā)現(xiàn)塔里木盆地塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖中裂縫既是儲(chǔ)集空間，又是流動(dòng)的通道。不同學(xué)者對(duì)此已經(jīng)做了大量的工作，基于地震高分辨率多方位方法建立裂縫的地震識(shí)別方法[2]。利用微電阻率成像測(cè)井資料建立塔河地區(qū)裂縫的定量關(guān)系[3]。結(jié)合測(cè)井資料和地應(yīng)力分析也可以分析裂縫發(fā)育分布規(guī)律[4]。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)裂縫的影響也受到普遍的關(guān)注，并作為裂縫發(fā)育的主控因素[5]。但是，對(duì)于整個(gè)塔河地區(qū)天然裂縫的定量表征只是限于測(cè)井與地震等方法的應(yīng)用，沒有形成以巖心數(shù)據(jù)為主的直觀表征系統(tǒng)與多學(xué)科的綜合應(yīng)用，也未系統(tǒng)揭示影響中-下奧陶統(tǒng)天然裂縫發(fā)育特征的主控因素。

本文以塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象，通過對(duì)巖心、野外露頭和鑄體薄片分析，以裂縫發(fā)育規(guī)律與主控因素為目標(biāo)，表征塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)裂縫發(fā)育特征和影響裂縫發(fā)育特征的地質(zhì)因素?；趯?duì)塔河地區(qū)裂縫系統(tǒng)的精細(xì)描述，再結(jié)合天然裂縫的幾何學(xué)特征，在此基礎(chǔ)上探討天然裂縫形成的地質(zhì)因素，分析不同地質(zhì)因素對(duì)裂縫發(fā)育的影響，為解決研究區(qū)縫洞型油藏勘探開發(fā)提供指導(dǎo)建議。

1 地質(zhì)概況

塔里木盆地塔河地區(qū)構(gòu)造位置屬沙雅隆起中段，北鄰阿克庫勒凸起，南與滿加爾凹陷及順托果勒隆起接壤，在草湖凹陷西部，哈拉哈塘凹陷東部(圖1)[6-7]。研究區(qū)奧陶系自下而上分為蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、恰爾巴克組、良里塔格組和桑塔木組6個(gè)巖石地層單元[8]，研究的目的層位主要是中-下奧陶統(tǒng)的蓬萊壩組、鷹山組和一間房組。

圖1 塔里木盆地塔河地區(qū)奧陶系油藏構(gòu)造位置[6]Fig.1 The structural location of the Ordovician reservoir in Tahe area,Tarim Basin[6]

塔河地區(qū)在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了加里東、海西、印支-燕山和喜馬拉雅四大構(gòu)造旋回[9-10]。加里東時(shí)期，塔里木盆地構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向以近南北向擠壓為主；海西時(shí)期，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向?yàn)楸睎|-南西向擠壓；印支—燕山時(shí)期為前陸盆地和陸內(nèi)坳陷形成期，經(jīng)歷了三疊紀(jì)擠壓和撓曲背景；喜馬拉雅時(shí)期是陸內(nèi)坳陷和前陸盆地形成的重要時(shí)期，構(gòu)造演化以中等強(qiáng)烈擠壓撓曲與隆升為主要構(gòu)造背景。

2 天然裂縫發(fā)育規(guī)律

2.1 天然裂縫成因類型

本文基于野外露頭、巖心和薄片等不同尺度的觀察，將塔河地區(qū)裂縫按照成因分為構(gòu)造裂縫、成巖裂縫和復(fù)合成因裂縫3種類型。其中，構(gòu)造裂縫以剪切裂縫和張性裂縫為主；水平層理縫和成巖縫合線是兩類主要的成巖裂縫；復(fù)合成因裂縫主要包括構(gòu)造-成巖裂縫、構(gòu)造-表生裂縫和巖溶裂縫。

構(gòu)造剪切裂縫是塔河地區(qū)最為發(fā)育的構(gòu)造縫之一，在野外與巖心均發(fā)育；裂縫面光滑平直，與巖層面高角度相交(>75°)，延伸較長；存在未充填、砂泥質(zhì)局部充填和方解石全充填3種不同充填程度；在局部剪切裂縫中沿縫面發(fā)育有溶蝕孔，在溶孔內(nèi)以方解石和砂泥質(zhì)局部充填或全充填為主(圖2a—c)。構(gòu)造張性裂縫是塔河地區(qū)另一類發(fā)育的構(gòu)造裂縫，在野外與巖心均可見；裂縫面斷續(xù)，較為粗糙，常與巖層面低角度相交，延伸較短；多被有機(jī)質(zhì)或砂泥質(zhì)局部充填，在部分裂縫中也可見方解石全充填(圖2d—f)。

水平層理縫在野外較少，在巖心上較為發(fā)育；縫面平直，縫寬較小但發(fā)育均勻，延伸長度中等；未充填或泥質(zhì)與方解石充填，也可見部分有機(jī)質(zhì)全充填；在部分水平層理縫中有局部溶蝕現(xiàn)象并伴有晶形完整的黃鐵礦充填；裂縫密度較小，巖層面發(fā)育(圖2g)。成巖縫合線在野外與巖心上均可見，一般繞巖心一周；縫面呈現(xiàn)鋸齒狀，縫寬較小且變化較大，延伸較長，多與層面平行或低角度相交(或終止于巖層變化界面)；充填物類型多樣，主要以泥質(zhì)與方解石全充填或局部充填；裂縫的密度變化較大，只在局部發(fā)育，受控于巖性變化(圖2h，i)。

塔河地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層還普遍發(fā)育與構(gòu)造作用、成巖作用、表生作用或巖溶作用有關(guān)的復(fù)合成因裂縫，主要包括構(gòu)造-成巖裂縫、構(gòu)造-表生裂縫和巖溶裂縫3種類型。構(gòu)造縫合線是一種由構(gòu)造作用和成巖作用復(fù)合成因的構(gòu)造-成巖裂縫，它是在早期構(gòu)造裂縫的基礎(chǔ)上，再經(jīng)過成巖壓溶作用形成的；與順層分布的成巖縫合線不同，構(gòu)造縫合線與層面呈大角度相交，規(guī)模較大，裂縫面呈明顯的鋸齒狀(圖2j)。構(gòu)造-表生裂縫是在表生成巖作用階段，由于成巖作用和構(gòu)造作用共同控制形成的裂縫類型；這類裂縫的規(guī)律性差，延伸較短，具有局部呈網(wǎng)狀發(fā)育的特點(diǎn)(圖2k)。巖溶裂縫是指與巖溶發(fā)育有關(guān)的裂縫，是在溶洞發(fā)育過程中或溶洞形成以后，由于上覆地層的自身重力作用，通常在溶洞頂部發(fā)生坍塌的同時(shí)形成的裂縫；巖溶裂縫一般分布在溶洞的頂部，呈環(huán)狀發(fā)育，其裂縫形態(tài)表現(xiàn)為與溶洞頂面垂直、斜交和平行3種關(guān)系(圖2l)；由于在溶洞頂部的巖石中通常存在早期構(gòu)造裂縫，因而巖溶裂縫可以在早期構(gòu)造裂縫的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育和擴(kuò)展。

2.2 天然裂縫發(fā)育特征

通過對(duì)塔河地區(qū)6口巖心井、14口成像測(cè)井和4個(gè)主要野外剖面(蓬萊壩剖面、一間房剖面、永安壩剖面和西克爾剖面)的觀察分析，發(fā)現(xiàn)塔河地區(qū)奧陶系發(fā)育多組裂縫，裂縫之間交錯(cuò)切割，主要以構(gòu)造剪切裂縫為主，大部分充填方解石或砂泥質(zhì)。據(jù)裂縫發(fā)育特征研究，裂縫的組系、方位、傾角、密度和高度等常作為描述裂縫發(fā)育特征的參數(shù)。這些裂縫特征參數(shù)是定量描述裂縫發(fā)育特征的理論指標(biāo)[1,11-12]。

裂縫的方位和組系在確定裂縫的發(fā)育機(jī)制與發(fā)育期次方面具有一定的指導(dǎo)意義[6,13]。根據(jù)塔河地區(qū)14口成像測(cè)井資料以及野外露頭區(qū)觀察資料統(tǒng)計(jì)分析，塔河地區(qū)主要發(fā)育有北東-南西向、北西-南東向、近東西向和近南北向4組構(gòu)造裂縫。通過統(tǒng)計(jì)分析不同層位和不同組系的裂縫，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)中-下奧陶統(tǒng)不同層位、不同組的裂縫發(fā)育程度存在一定的差異。其中，蓬萊壩組和鷹山組北東-南西向裂縫明顯發(fā)育，其他方向裂縫的發(fā)育程度明顯較差；而一間房組除了發(fā)育北東-南西向裂縫以外，北西-南東向裂縫和近東西向裂縫也較發(fā)育(圖3)。該結(jié)果反映塔河地區(qū)以北東-南西向裂縫最為發(fā)育，其次是北西-南東向裂縫，而近東西向裂縫和近南北向裂縫的發(fā)育程度相對(duì)較差，這與該區(qū)斷層的發(fā)育程度有相似之處。

裂縫的傾角即裂縫面在水平面上的投影與水平線的夾角。裂縫傾角的大小在一定程度上可以反映出裂縫的發(fā)育規(guī)律和構(gòu)造作用的強(qiáng)度大小。根據(jù)塔河地區(qū)巖心與成像測(cè)井等資料觀察統(tǒng)計(jì)，將研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖地層構(gòu)造裂縫的傾角分為40°～60°，70°～80°和大于80°三個(gè)區(qū)間范圍。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，構(gòu)造裂縫的傾角主要在50°以上，以中、高角度剪切裂縫為主(圖4a，b)。

圖2 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)裂縫成因類型Fig.2 Genetic types of fractures in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe areaa.剪切裂縫，一間房剖面，一間房組(O2yj)；b.剪切裂縫，T403井，埋深5 454.32 m；c.剪切裂縫，單偏光；d.張性裂縫，蓬萊壩剖面，蓬萊壩組(O1p)；e.張性裂縫，S71井，埋深5 508.70 m；f.張性裂縫，單偏光；g.水平層理縫，T416井，埋深5 594.52 m；h.成巖縫合線，西克爾剖面，一間房組(O2yj)；i.成巖縫合線，T706井，埋深5 728.61 m；j.構(gòu)造成巖裂縫，T705井，埋深5 771.45 m；k.構(gòu)造表生裂縫，S71井，埋深5 711.35 m；l.巖溶裂縫，西克爾 剖面，一間房組(O2yj)

裂縫的高度也稱作裂縫的縱向延伸長度，可以反映裂縫的發(fā)育規(guī)模。裂縫的縱向延伸長度受巖石力學(xué)層控制，裂縫在巖石力學(xué)層內(nèi)發(fā)育，并終止于力學(xué)層界面上。由于巖心直徑的局限性，在利用巖心資料進(jìn)行裂縫縱向延伸長度統(tǒng)計(jì)時(shí)需要根據(jù)測(cè)井資料進(jìn)行校正。根據(jù)巖心與成像測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)，將裂縫的縱向延伸長度劃分為10～30，30～60，60～100 cm和大于100 cm四個(gè)區(qū)間，其中以10～30 cm與30～60 cm區(qū)間的中、小裂縫為主(圖4 c，d)。

裂縫的密度包括裂縫的線密度、面密度和體積密度。本次主要討論裂縫的線密度，即垂直于構(gòu)造走向裂縫發(fā)育的條數(shù)。裂縫的線密度由裂縫的高度、裂縫的條數(shù)和傾角共同決定。由于本次研究統(tǒng)計(jì)的裂縫以高角度的構(gòu)造縫為主，所以裂縫的高度和裂縫的條數(shù)成為最主要的因素。從裂縫線密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可得，裂縫的密度隨著層位的不同也呈現(xiàn)了不同范圍的變化，其中在中-下奧陶統(tǒng)的主要層位裂縫密度普遍小于6條/m；在不同的井位上，裂縫的縱向發(fā)育密度也存在較大的差別，變化范圍較大，總體上裂縫的密度小于3條/m(圖5)。

基于前述裂縫基本參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，裂縫的方位、傾角、高度以及密度存在明顯的差異性，不同特征參數(shù)表征的地質(zhì)意義也各不相同。根據(jù)塔河地區(qū)單井縱向上裂縫發(fā)育規(guī)律統(tǒng)計(jì)結(jié)果可得，在不同的深度段裂縫的密度存在較大差異；隨著深度的變化，裂縫的密度變化并沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性，裂縫發(fā)育呈現(xiàn)出“短而密”的特征。結(jié)合塔河地區(qū)縱向上巖性的變化，單井上裂縫的發(fā)育規(guī)律不僅僅與深度的變化相關(guān)，還受其他因素的控制。在塔河地區(qū)縱向上不同組系中裂縫密度的變化規(guī)律也不同，蓬萊壩組和鷹山組裂縫的密度基本一致，但在蓬萊壩組和鷹山組中裂縫密度明顯大于一間房組裂縫密度。

圖3 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)裂縫方位統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics of fracture orientation of the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe areaa.蓬萊壩組；b.鷹山組；c.一間房組

圖4 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)裂縫高度與傾角統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.4 Statistical results of fracture height and dip angle in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe areaa.巖心裂縫傾角統(tǒng)計(jì)；b.成像測(cè)井裂縫傾角統(tǒng)計(jì)；c.巖心裂縫高度統(tǒng)計(jì)；d.成像測(cè)井裂縫高度統(tǒng)計(jì)

考慮到塔河地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了巖溶地質(zhì)過程，因此在縱向上裂縫的發(fā)育特征也存在明顯的分帶性。塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)巖溶帶在縱向上可以分為表層帶、滲流帶和徑流帶[14]。在表層帶，水流基本順地表坡度流動(dòng)，形成了河道和順坡溶蝕縫洞，主體裂縫以中、高角度構(gòu)造裂縫為主，低角度構(gòu)造裂縫不發(fā)育。滲流帶主要是地表水沿著斷層或高角度裂縫垂向運(yùn)動(dòng)形成的，因此在滲流帶中易形成與斷層伴生的中、高角度的構(gòu)造裂縫。在徑流帶中，連續(xù)不斷匯聚的流體容易形成地下河，地下河體系以近似水平的低角度為主，因此與其相關(guān)的裂縫也以低角度構(gòu)造裂縫為主。

3 裂縫發(fā)育主控因素

裂縫形成與發(fā)育的控制因素較多，包括巖性、巖層厚度、構(gòu)造作用及巖溶作用等多種因素[15-17]。通過野外露頭、巖心和薄片等觀察分析，結(jié)合前述裂縫發(fā)育特征以及不同類型裂縫發(fā)育情況，本文將裂縫控制因素總結(jié)為沉積作用、構(gòu)造作用和巖溶作用3方面的影響。

3.1 沉積作用

沉積作用對(duì)裂縫的控制主要表現(xiàn)在巖性和層厚等對(duì)裂縫的影響[18]。結(jié)合塔河地區(qū)裂縫發(fā)育特征與沉積作用的特點(diǎn)，本次主要考慮巖性的差異與層厚的變化對(duì)裂縫發(fā)育的影響。

巖性對(duì)裂縫密度發(fā)育的影響主要體現(xiàn)在巖石的礦物組分、構(gòu)造及力學(xué)參數(shù)的差異。據(jù)理論研究，在相同的應(yīng)力條件下，巖石脆性礦物組分含量越高，裂縫的發(fā)育程度更高[19-20]。在相同組分的巖石中，隨著巖石顆粒變細(xì)，在較小應(yīng)變時(shí)即表現(xiàn)出破裂變形，裂縫越容易發(fā)育[21]?；趯?duì)塔河地區(qū)野外露頭、巖性和薄片的觀察統(tǒng)計(jì)可得，在塔河地區(qū)白云巖比灰?guī)r裂縫更發(fā)育，且隨著白云石含量的增加，裂縫越發(fā)育。在灰?guī)r中，生屑灰?guī)r比泥質(zhì)灰?guī)r裂縫更為發(fā)育，這也表明隨著泥質(zhì)等塑性成分增加，裂縫的發(fā)育程度降低(圖6)。

據(jù)研究，在一定厚度范圍內(nèi)，裂縫間距與層厚呈正線性關(guān)系[22]。在研究區(qū)內(nèi)，裂縫間距隨著層厚的增加而增加，且在不同的巖性中裂縫間距與層厚的比值存在差異。部分裂縫可以切穿相鄰能干性不同的地層，并發(fā)生一定的產(chǎn)狀變化[23]。根據(jù)塔河地區(qū)主體區(qū)巖心裂縫數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得的不同巖性層厚與裂縫密度之間的關(guān)系可見，隨著層厚的增加裂縫的密度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，并且白云巖的層厚對(duì)裂縫發(fā)育程度的影響范圍大于灰?guī)r。但是，不同類型的灰?guī)r對(duì)裂縫密度的影響也存在差異。當(dāng)灰?guī)r厚度在一定范圍內(nèi)時(shí)(<4m)，單層灰?guī)r的厚度相同，泥質(zhì)灰?guī)r的裂縫密度最小，其次是生屑灰?guī)r；且隨著灰?guī)r厚度的減小，泥質(zhì)灰?guī)r的密度減小趨勢(shì)大于生屑灰?guī)r(圖7)。

3.2 構(gòu)造作用

構(gòu)造是控制儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的重要因素，構(gòu)造應(yīng)力是裂縫形成的主要?jiǎng)恿24]。構(gòu)造擠壓作用的增強(qiáng)導(dǎo)致巖石狀態(tài)變化。其中，裂縫的走向取決于裂縫形成時(shí)期的主應(yīng)力產(chǎn)狀，裂縫的發(fā)育程度受控于構(gòu)造應(yīng)力的大小[25]。本次主要從構(gòu)造類型和不同構(gòu)造部位來闡明構(gòu)造作用對(duì)裂縫的影響，主要討論斷層和褶皺對(duì)裂縫的影響。

由于斷層活動(dòng)的影響，在斷層附近構(gòu)造應(yīng)力的分布具有明顯的分帶性[26]，從而影響斷層附近裂縫的分布規(guī)律。據(jù)前人研究可知，斷層上盤的裂縫較下盤發(fā)育，且由斷面向兩側(cè)裂縫發(fā)育程度逐漸降低；在斷層端部和交叉等應(yīng)力集中區(qū)，裂縫相對(duì)發(fā)育。通過研究類比塔河地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層與塔里木盆地西北緣野外露頭，發(fā)現(xiàn)二者的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有同期性?；谝巴饴额^的實(shí)測(cè)分析可知，在塔河地區(qū)主要以走滑斷層為主，局部發(fā)育逆斷層，很少看到正斷層。針對(duì)野外典型剖面測(cè)量分析，在走滑斷層中，裂縫主要在走滑斷層的活動(dòng)盤和斷層的端部最發(fā)育。斷層的端部為應(yīng)力釋放區(qū)，裂縫較為發(fā)育。在逆斷層中，斷層的上盤比斷層的下盤裂縫發(fā)育，且斷層的上、下盤裂縫密度的變化范圍較大?？傮w上，裂縫的密度在7.52～1.57條/m范圍內(nèi)變化，在斷層的上盤裂縫密度的變化范圍是7.52～2.09條/m，在斷層的下盤裂縫的密度變化范圍是5.82～1.57條/m。綜合分析，在逆斷層發(fā)育區(qū)帶范圍內(nèi)主要存在3點(diǎn)規(guī)律：1)在斷層面附近裂縫發(fā)育，裂縫的發(fā)育密度是正常地層的2～4倍；2)在斷層影響的范圍內(nèi)，遠(yuǎn)離斷層面，裂縫密度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，且在正常地層中趨于不變；3)斷層的上盤比下盤裂縫發(fā)育，斷層上盤的裂縫平均密度為5.54條/m，斷層下盤的裂縫平均密度為4.63條/m(圖8)。

圖5 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)裂縫密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.5 Statistical results of fracture density in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe areaa.不同組系裂縫密度；b.不同井位裂縫密度

圖6 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)巖性對(duì)裂縫發(fā)育的影響Fig.6 The impact of lithology on fracture development in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe areaa.不同巖性裂縫密度發(fā)育情況；b.白云石含量對(duì)裂縫密度發(fā)育的影響

對(duì)于褶皺構(gòu)造與裂縫的關(guān)系，許多學(xué)者都進(jìn)行過研究，認(rèn)為褶皺的軸部和轉(zhuǎn)折端等構(gòu)造曲率較大的部位裂縫最為發(fā)育，而褶皺翼部的裂縫發(fā)育程度相對(duì)較差；其中，陡翼的裂縫相對(duì)于緩翼發(fā)育，褶皺變形越強(qiáng)烈，裂縫越發(fā)育，裂縫密度越大[27]。在塔河地區(qū)結(jié)合塔西北野外露頭的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，褶皺的轉(zhuǎn)折端和核部裂縫最為發(fā)育；由褶皺軸面向兩翼方向裂縫逐漸不發(fā)育，裂縫的密度逐漸減小。由圖9分析可見，在褶皺的核部部位，裂縫密度接近8條/m；在褶皺的翼部，裂縫的密度分布在4～6條/m；在正常的巖石地層中，裂縫的平均密度在2條/m左右。綜合分析，在塔河地區(qū)褶皺構(gòu)造對(duì)裂縫發(fā)育的影響主要體現(xiàn)在不同的褶皺構(gòu)造部位裂縫的發(fā)育密度存在明顯的差異。在褶皺的核部，裂縫密度是常規(guī)地層的4倍左右；在褶皺翼部，裂縫密度是常規(guī)地層的2～3倍。由此可見，褶皺的不同構(gòu)造部位裂縫的發(fā)育程度存在明顯的差異(圖9)。

圖7 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)層厚對(duì)裂縫發(fā)育的影響Fig.7 The impact of layer thickness on fracture development in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe area

圖8 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)斷層對(duì)裂縫發(fā)育的影響Fig.8 The impact of faults on fracture development in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe area

3.3 巖溶作用

巖溶裂縫即與巖溶相關(guān)的裂縫。巖溶作用受沉積環(huán)境、流體性質(zhì)和古地貌等多種因素的影響，巖溶的規(guī)模和巖溶的充填程度也影響著裂縫的發(fā)育。本文主要討論發(fā)生的巖溶作用對(duì)裂縫發(fā)育的影響。前述中提到巖溶裂縫主要存在于巖溶作用形成溶洞的上部，形成的裂縫與溶洞頂面成不同的夾角(圖10a)。

巖溶裂縫的形成與巖溶作用形成的溶洞密切相關(guān)。一方面，由于溶洞的形成導(dǎo)致巖石受力發(fā)生改變，在上覆巖層的壓力下溶洞的頂面產(chǎn)生滑塌，在溶洞的頂面形成破碎帶，伴隨著巖石破碎帶的形成便很容易產(chǎn)生裂縫；另一方面，隨著洞頂力學(xué)機(jī)制的變化，上覆巖層滑塌導(dǎo)致先期形成的溶洞被充填，由于上覆滑塌破碎程度的變化溶洞的充填也存在不同程度的差異，使得上覆滑塌過程中形成的裂縫規(guī)模也存在較大差異。巖溶裂縫形成的受力機(jī)制分為3個(gè)階段：最開始，巖層只受到上覆重力的影響；當(dāng)下伏地層發(fā)生溶蝕時(shí)，在重力作用下巖層發(fā)生彎曲；在曲率較大地方，巖層破裂就會(huì)形成裂縫(圖10b)。

圖9 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)褶皺對(duì)裂縫發(fā)育的影響Fig.9 The impact of folds on fracture development in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe area

圖10 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)巖溶裂縫發(fā)育模式Fig.10 The development mode of karst fractures in the Middle-to-Lower Ordovician in Tahe areaa.巖溶發(fā)育模式；b.巖溶裂縫受力機(jī)制；c.巖溶裂縫類型

根據(jù)塔河地區(qū)的統(tǒng)計(jì)分析，巖溶裂縫是較為常見的復(fù)合成因裂縫，其受巖溶作用的影響主要存在以下規(guī)律：1)巖溶裂縫主要分布在溶洞的頂部，在溶洞周圍分布規(guī)模不大，巖溶裂縫具有向溶洞形成方向的收斂性；2)巖溶裂縫與溶洞頂面存在不同的夾角，遠(yuǎn)離溶洞頂面，主要發(fā)育垂直于洞頂?shù)牧芽p，并伴隨著小斷層的產(chǎn)生，靠近洞頂則主要以斜交縫和水平縫為主；3)以局部張性拉應(yīng)力為主，形成的裂縫縫面斷續(xù)，延伸不遠(yuǎn)(圖10c)。整體上，巖溶裂縫的發(fā)育程度與溶洞的規(guī)模和充填程度密切相關(guān)，根據(jù)二者的具體定量關(guān)系便可以從巖溶裂縫的發(fā)育程度來預(yù)測(cè)溶洞的發(fā)育規(guī)模。

4 結(jié)論

1) 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層天然裂縫可分為構(gòu)造裂縫、成巖裂縫和復(fù)合成因裂縫3種類型。構(gòu)造裂縫以剪切裂縫為主，其次為張裂縫；成巖裂縫主要為水平層理縫，其次是成巖縫合線；復(fù)合成因裂縫主要包括構(gòu)造-成巖裂縫、構(gòu)造-表生裂縫和巖溶裂縫。其中，高角度構(gòu)造剪切裂縫是該區(qū)的主要裂縫類型，發(fā)育有北東-南西向、北西-南東向、近東-西向和近南-北向4組，它們?cè)诓煌瑢游坏陌l(fā)育程度存在明顯的差異。

2) 塔河地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層天然裂縫的發(fā)育程度受沉積作用、構(gòu)造作用和巖溶作用的控制。隨著塑性礦物含量與巖石層厚的增加，裂縫的密度逐漸降低。距斷層面與褶皺軸面的距離越遠(yuǎn)，裂縫發(fā)育程度也逐漸變差。巖溶作用使得在溶洞上部巖層中主要發(fā)育近直立裂縫、斜交裂縫和近水平裂縫3種產(chǎn)狀類型的裂縫系統(tǒng)。