基于差異壓實作用的斷嵌構造研究

■馬德春

（中天合創能源有限責任公司 內蒙古 鄂爾多斯017000）

基于差異壓實作用的斷嵌構造研究

■馬德春

（中天合創能源有限責任公司 內蒙古 鄂爾多斯017000）

鄂爾多斯盆地作為一個相對長期穩定的沉積坳陷，經歷了較為完整的構造演化史暨沉積發育史。作為盆地保護屏障，四周山脈和隆起以及坳陷是構造應力釋放的結果。以單純的重力為動力產生的壓實作用對脆性不同的巖石呈現差異性，這種差異壓實導致斷嵌構造產生。

鄂爾多斯盆地差異壓實作用應力釋放斷嵌構造

引言

門克慶煤礦是鄂爾多斯盆地內的一個礦井，迄今為止，給人們的印象是斷層少，少到沒有。仔細觀察的結果是，隱藏在煤層頂底板的小斷層非常多。大量斷層的落差僅有0.1～0.2米左右，因為不影響煤層的完整性而被忽視。直到影響頂板管理與支護，這種區別于構造應力作用下的普通意義上的斷層構造，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3-1煤及2-2煤的過程中，逐漸發現其頂底板上微小斷層非常多。例如，僅在2201回風巷頂板500米范圍內就觀測到50條之多。部分斷層見見表1。

表1 2201回風巷頂板部分斷層統計Table 1 Fault statistics of 2201 return airway roof

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

其特點一：小。大量斷層落差小于0.2米。特點二：在頂板的斷層面上普遍發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。特點三：對煤層沒有影響或影響很小，從煤層作為研究對象來說，這些小斷層都是“不存在”的。特點四：都是正斷層。特點五：90%的沒有導下淋水。

根據構造規模及形態分析，這些小構造是在單純的重力作用下形成，因此區別于普遍意義上的斷層。在3-1煤回風大巷發現X型裂隙及頂板下插巖石，這個構造在綜掘機割過去之后就沒有了。筆者及時素描了構造的形態，發現底板也有相對的鼓起。后期對大量的底板小構造（主要依靠摩擦鏡面發現）形態進行研究，得知這個底板的鼓起是兩側相對下嵌造成的，它沒有作為下盤的向上運動。

圖2 3-1煤回風大巷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 區域構造成因

2.1 礦井在構造單元上的位置

門克慶煤礦位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡構造單元內。地質學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,是目前研究時間最長、認識比較清楚的一個一級構造單元，接近南北向的長方形。礦井在構造單元上的位置見圖3。

圖3 鄂爾多斯盆地及鄰區大地構造單元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際上是區域構造運動的演化過程。在地史上的印支、燕山運動中，鄂爾多斯盆地中生代經過四次升降過程，形成了三個平行不整合面。

盆地的沉積演化大體可劃分為五個階段：

第一階段：上三疊系延長組，潮濕型淡水湖泊三角洲沉積階段。

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

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。

延長統頂部侵蝕完成，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。在延長統頂部的風化剝蝕面上，延10期末，侵蝕面基本填平，盆地逐漸準平原化，氣候溫暖潮濕，雨量充沛，植被茂盛，出現了廣闊的湖沼環境，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，進而又沉積了上部安定組淺湖相雜色泥灰巖，之后盆地又第三次上升。

第四階段：下白堊系志丹統，干旱型湖泊沉積階段。

盆地第四次上升，周邊發生了強烈的印度板塊和太平洋板塊的聯合作用，褶皺斷裂造山運動開始，形成了盆地格局。此后盆地第四次下沉，沉積了厚達千米的志丹統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，多數地區缺失第三系地層。

2.3 構造應力的釋放

今天我國地勢起伏的大體輪廓，是在燕山運動中初步奠定的。鄂爾多斯盆地作相對長期穩定，經歷了較為完整的構造演化史－沉積發育史。其內部沒有受到造山運動較大影響，僅有盆地沉積和沉降中心不斷向西推移的平緩運動，最終盆地成為大型西傾單斜的這種構造格局。陜北斜坡單元里，同一地層在西部埋藏深，東部埋藏淺。

燕山運動早中期（侏羅紀～白堊紀）形成了西緣斷褶帶及南緣渭北構造帶。燕山運動中晚期（白堊紀中、晚期）東部的呂梁山升起形成晉西撓褶帶，遂與華北地臺分離，形成了獨立的鄂爾多斯盆地。

山脈隆起和斷陷形成都是釋放應力的表現。東西向的拉伸應力由天環坳陷和晉西撓摺帶的形成得到釋放。構造應力在西部釋放得最為劇烈和集中，使該區地層大起大落，高聳入云的六盤山腳下是深達數百米的天環向斜。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的壓力。盆地南北擠壓應力來自西伯利亞板塊和華南板塊的南北相向運動。盆地北緣陰山山脈、盆地南緣秦嶺、次一級的南北兩個隆起：伊盟隆起、渭北隆起，使應力得到釋放。再次一級的保護還有河套斷陷、渭河斷陷、銀川斷陷。陜北斜坡得以完整保存，平緩而穩定，平均坡降為每公里10米左右，傾角小于1度，多數為0.4度。

3 斷嵌構造研究

差異壓實作用，主要是指地史時期的沉積物由于沉積環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，導致同一時期的地層成巖后，在重力作用下呈現厚度不同的現象。

在上覆地層壓力相等的情況下，砂巖抗壓強度大，而泥巖小，粗砂巖不易被壓實，而細、粉砂巖則容易被壓實。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。成巖后期壓實作用仍然存在。對于已經成巖的地層來說，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，都在頂底板砂巖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，成巖早期的差異壓實作用已經發生完成，但是由單純的重力引起的持久的壓實作用最終使基底不均勻的支撐反映出來，導致頂板脆性大的砂巖斷裂，并嵌進支撐它的煤層里。觀察煤層底板的砂巖斷裂，這種構造仍然表現為斷嵌特征。落差小于0.2米砂巖小斷塊嵌進煤層中，這種構造不具有斷塹構造的規模。

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

4 結論

（1）鄂爾多斯盆地保護屏障是四周山脈、隆起以及坳陷，同時它們是構造應力釋放的結果。

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

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

[1]鄧軍,王慶飛,高幫飛,等.鄂爾多斯盆地多種能源礦產分布及其構造背景 [J].地球科學-中國地質大學學報,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造特征及其演化 [J].地球科學與環境學報,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條油藏大剖面對風險勘探的意義 [J].石油勘探與開發,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.鄂爾多斯盆地構造演化與油氣分布規律 [M].北京:石油工業出版社,2002. Yang Junjie.Ordos Basin tectonic evolution and hydrocarbon distribution rule[M].Beijing: Petroleum Industry Press,2002.

[5]馬潤勇,朱浩平,張道法,等.鄂爾多斯盆地基底斷裂及其現代活動性 [J].地球科學與環境學報,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造演化 [J].地質論評, 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造環境 [J].煤田地質與環境, 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律研究 [J].石油學報, 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動及其與油氣關系 [J].長春科技大學學報,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移特征分析 [J].石油實驗地質, 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.低幅度構造-巖性邊底水油藏特征及其成藏機制:以塞152油藏為例 [J].地質科技情報,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[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-317-3