鄂尔多斯盆地剥蚀作用和形成裂缝研究

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1、鄂尔多斯盆地剥蚀作用和形成裂缝研究［摘要］在鄂尔多斯盆地的勘探开发过程中，由于岩石裂缝的存在极大地影响储集层的储油物性，为鄂尔多斯盆地裂缝的成因的认识提供新的思路。通过收集前人对鄂尔多斯盆地埋藏演化史的研究资料和对裂缝产生力学机制认识的基础上，分析剥蚀作用与裂缝形成的关系。鄂尔多斯盆地剥蚀作用的发生，使盆地处于一个卸载减压物理场的作用下，引起盆地内部应力重新分布，在盆地内产生了一个残余压应力和残余拉应力体系，在剥蚀区诱发了裂缝的形成。所以鄂尔多斯盆地剥蚀作用的发生是盆地内裂缝发育的重要原因之一。［关

2、键词］裂缝剥蚀作用埋藏史力学机制鄂尔多斯盆地［中图分类号］P544+.4［文献码］B［文章编号］1000-405X(2013)-7-50-20引言对于鄂尔多斯盆地裂缝的成因问题，经过多年研究大多数人认为：以构造成因为主，其次与成岩作用、沉积相、盆地剥蚀隆起等有关，但是对于盆地隆起剥蚀与裂缝形成的关系研究较少。本文将从力学角度出发，通过分析剥蚀作用产生的力学机制，结合鄂尔多斯盆地的埋藏演化史，阐述盆地演化过程中剥蚀作用对裂缝形成所产生的作用。1剥蚀作用的力学机制分析剥蚀作用是一种重要的卸载方式。地表剥

3、蚀作用的不断进行，使得岩石上覆岩层的厚度变薄，降低了岩层的上覆静岩压力，这相当于是岩石的卸荷过程。在这个剥蚀卸载过程中原来岩层的内部应力平衡被打破，应力重新分布产生应力集中效应。剥蚀厚度的差异造成了残余应力的差异，从而产生残余剪应力，剥蚀厚度越大其回弹应力越大，剥蚀厚度越小其回弹应力越小，这样将引起因差异回弹，造成岩体内残余应力。一旦所产生的残余应力的大于岩石的破裂极限时岩石产生破裂产生裂缝。1.1剥蚀作用引起的张性破坏组成岩石的各种矿物颗粒其弹性不同。不同的颗粒体系紧密相连时，岩石在埋藏受压时，弹

4、性强的矿物颗粒发生弹性变形，弹性弱的矿物颗粒则在弹性变形后产生塑性变形。当上覆岩石被剥蚀后发生卸载，不同弹性强度的矿物颗粒其剥蚀回弹膨胀程度也不同，这样将会在不同弹性强度的矿物颗粒间产生残余应力。一旦这个残余拉应力超过岩石的抗拉极限，岩石连续性将遭到破坏，产生破裂面。砂岩的主要组成部分是碎屑颗粒和胶结物，在砂岩沉积埋藏成岩的过程中碎屑颗粒和胶结物受到的压力不同，碎屑颗粒承受载荷被压缩，胶结物是在碎屑颗粒被压缩的情况下产生的。剥蚀卸荷的时候，碎屑矿物颗粒膨胀，在膨胀的时受到胶结物的限制，使胶结物转化成

5、拉伸状态，产生残余应力，当这个残余拉应力大于岩石的强度时，就会产生的回弹方向与沿颗粒边界近于正交的拉裂面。1.2剥蚀作用引起的剪性破坏剥蚀卸荷回弹也可产生残余剪应力，发生剪切破坏，造成的主要原因由于剥蚀卸荷边界条件不同而形成差异回弹。上部岩层剥蚀厚度大的区域其残余应力大，而剥蚀厚度小或没有剥蚀的地方其残余应力小，那么在不同的区域造成残余剪应力，使得岩层之间发生垂向剪切产生破裂。在剥蚀厚度大的部位下面的岩层，由于压力减小岩石回弹形成隆起或低幅背斜。在河谷地带，由于地质条件不同，卸载裂隙的空间组合和发育

6、状况型式各不相同。宽谷区是由平缓层状岩体组成时，侧向地应力相对较高，常常形成谷底隆起现象，隆起部位有裂缝产生。2鄂尔多斯盆地埋藏史和剥蚀作用2.1鄂尔多斯盆地埋藏演化史鄂尔多斯盆地是一个在华北克拉通地块之上经过长期演化叠加形成的中生代沉积盆地。早古生代为陆缘海盆地，晚古生代早期为滨浅海盆地，晚古生代晚期-三叠纪为内陆盆地，至侏罗纪末燕山中期以后才逐渐形成的克拉通盆地。从三叠纪以来，鄂尔多斯盆地的沉积埋藏过程是一掀斜构造的演化过程。在印支运动时期，鄂尔多斯盆地进入了内陆差异沉降，盆地进入了的形成和发展

7、阶段，结束了早古生代克拉通边缘和晚古生代克拉通内陆坳陷盆地的发展历史。三叠纪末期剥蚀事件以前，盆地呈现东南和西北部低、东北部高的构造特征。在燕山旋回期，盆地短期整体隆升，然后进入挠曲沉降阶段。在隆升阶段，隆起部分遭受剥蚀，形成了从东北向西南方向逐渐被抬升的延长组剥蚀构造地貌的演化特点。在早中侏罗世，盆地经历了拗陷-隆升-再拗陷的发育演化过程。拗陷期沉积了富县组和延安组地层，在延安组顶部发生局部短暂的区域升降构造运动，造成了侏罗系直罗组与延安组间的沉积间断。中侏罗世末期地壳隆起剥蚀后，使在原来西南翘起

8、转变为西北部构造低部位，而东南部抬起。西北部由隆升后再拗陷继续沉积直罗组和安定组。安定组沉积后发生了燕山运动第二幕，盆地主体上升遭受剥蚀。侏罗系沉积后发生了燕山运动的主幕，使得上侏罗统的芬芳河组地层完全剥蚀，并再次剥蚀安定组。侏罗纪末事件致使盆地东南部抬升，延长组地层呈向西北倾斜的单斜构造。从早白垩世早期开始，盆地处于下降阶段恢复了沉降。白垩纪末燕山运动晚期的构造运动使盆地整体抬升，白垩系地层遭受剥蚀。白垩纪末的构造运动使地层倾角变大，东部翘起呈高部位。白垩系地层遭受