基于差异压实作用的断嵌构造研究

■马德春

（中天合创能源有限责任公司 内蒙古 鄂尔多斯017000）

基于差异压实作用的断嵌构造研究

■马德春

（中天合创能源有限责任公司 内蒙古 鄂尔多斯017000）

鄂尔多斯盆地作为一个相对长期稳定的沉积坳陷，经历了较为完整的构造演化史暨沉积发育史。作为盆地保护屏障，四周山脉和隆起以及坳陷是构造应力释放的结果。以单纯的重力为动力产生的压实作用对脆性不同的岩石呈现差异性，这种差异压实导致断嵌构造产生。

鄂尔多斯盆地差异压实作用应力释放断嵌构造

引言

门克庆煤矿是鄂尔多斯盆地内的一个矿井，迄今为止，给人们的印象是断层少，少到没有。仔细观察的结果是，隐藏在煤层顶底板的小断层非常多。大量断层的落差仅有0.1～0.2米左右，因为不影响煤层的完整性而被忽视。直到影响顶板管理与支护，这种区别于构造应力作用下的普通意义上的断层构造，日益受到深入研究。

1 矿井小断层的分析

门克庆煤矿在掘进3-1煤及2-2煤的过程中，逐渐发现其顶底板上微小断层非常多。例如，仅在2201回风巷顶板500米范围内就观测到50条之多。部分断层见见表1。

表1 2201回风巷顶板部分断层统计Table 1 Fault statistics of 2201 return airway roof

图1 2201回风巷顶板断层的摩擦镜面Figure 1 The friction mirror of return airway roof

其特点一：小。大量断层落差小于0.2米。特点二：在顶板的断层面上普遍发育有光滑的摩擦镜面。在底板的同样有摩擦镜面，只是光亮度差。特点三：对煤层没有影响或影响很小，从煤层作为研究对象来说，这些小断层都是“不存在”的。特点四：都是正断层。特点五：90%的没有导下淋水。

根据构造规模及形态分析，这些小构造是在单纯的重力作用下形成，因此区别于普遍意义上的断层。在3-1煤回风大巷发现X型裂隙及顶板下插岩石，这个构造在综掘机割过去之后就没有了。笔者及时素描了构造的形态，发现底板也有相对的鼓起。后期对大量的底板小构造（主要依靠摩擦镜面发现）形态进行研究，得知这个底板的鼓起是两侧相对下嵌造成的，它没有作为下盘的向上运动。

图2 3-1煤回风大巷X型裂隙及顶板下插岩石Figure 2 X fracture of main return airway and inserted rock of roof

2 区域构造成因

2.1 矿井在构造单元上的位置

门克庆煤矿位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡构造单元内。地质学中的鄂尔多斯盆地范围广阔，面积37万平方公里。陕北斜坡也叫做伊陕斜坡,是目前研究时间最长、认识比较清楚的一个一级构造单元，接近南北向的长方形。矿井在构造单元上的位置见图3。

图3 鄂尔多斯盆地及邻区大地构造单元Figure 3 Ordos Basin and the tectonic unit of adjacent areas

2.2 矿井所处地层沉积演化历史

地层沉积演化的过程实际上是区域构造运动的演化过程。在地史上的印支、燕山运动中，鄂尔多斯盆地中生代经过四次升降过程，形成了三个平行不整合面。

盆地的沉积演化大体可划分为五个阶段：

第一阶段：上三叠系延长组，潮湿型淡水湖泊三角洲沉积阶段。

基底第一次稳定下沉，延长统沉积后，盆地第一次整体抬升，延长组顶部遭受风化剥蚀，形成了高地和沟谷交织的丘陵地形。三叠系延长组与上覆侏罗系富县组地层之间是不整合关系。

第二阶段：下侏罗系富县组、延安组，湿暖型湖沼河流相煤系地层沉积阶段。

延长统顶部侵蚀完成，盆地第二次再度整体下沉，开始了早侏罗世湿暖型湖沼河流相煤系地层沉积。在延长统顶部的风化剥蚀面上，延10期末，侵蚀面基本填平，盆地逐渐准平原化，气候温暖潮湿，雨量充沛，植被茂盛，出现了广阔的湖沼环境，沉积了延9～延4+5厚度250～300m的煤系地层。其后，盆地第二次抬升又造成剥蚀，使盆地中部的大部分地区缺失了延1～延3地层，延安组（延4＋5）与上覆的直罗层之间存在一平行不整合面。

第三阶段：中侏罗系直罗组、安定组，干旱型河流浅湖地层沉积阶段。

中侏罗世盆地第三次下沉，沉积了干旱（氧化）气候条件下的直罗组大套红色河流相砂岩，进而又沉积了上部安定组浅湖相杂色泥灰岩，之后盆地又第三次上升。

第四阶段：下白垩系志丹统，干旱型湖泊沉积阶段。

盆地第四次上升，周边发生了强烈的印度板块和太平洋板块的联合作用，褶皱断裂造山运动开始，形成了盆地格局。此后盆地第四次下沉，沉积了厚达千米的志丹统棕红色砂砾河流冲积相和杂色砂泥岩互层干旱型湖泊碎屑物。

第五阶段：下第三系的河流和咸化湖泊沉积阶段。

分布受局限，多数地区缺失第三系地层。

2.3 构造应力的释放

今天我国地势起伏的大体轮廓，是在燕山运动中初步奠定的。鄂尔多斯盆地作相对长期稳定，经历了较为完整的构造演化史－沉积发育史。其内部没有受到造山运动较大影响，仅有盆地沉积和沉降中心不断向西推移的平缓运动，最终盆地成为大型西倾单斜的这种构造格局。陕北斜坡单元里，同一地层在西部埋藏深，东部埋藏浅。

燕山运动早中期（侏罗纪～白垩纪）形成了西缘断褶带及南缘渭北构造带。燕山运动中晚期（白垩纪中、晚期）东部的吕梁山升起形成晋西挠褶带，遂与华北地台分离，形成了独立的鄂尔多斯盆地。

山脉隆起和断陷形成都是释放应力的表现。东西向的拉伸应力由天环坳陷和晋西挠摺带的形成得到释放。构造应力在西部释放得最为剧烈和集中，使该区地层大起大落，高耸入云的六盘山脚下是深达数百米的天环向斜。在东部，吕梁山的耸起和晋西挠摺带的形成缓冲了来自东侧的压力。盆地南北挤压应力来自西伯利亚板块和华南板块的南北相向运动。盆地北缘阴山山脉、盆地南缘秦岭、次一级的南北两个隆起：伊盟隆起、渭北隆起，使应力得到释放。再次一级的保护还有河套断陷、渭河断陷、银川断陷。陕北斜坡得以完整保存，平缓而稳定，平均坡降为每公里10米左右，倾角小于1度，多数为0.4度。

3 断嵌构造研究

差异压实作用，主要是指地史时期的沉积物由于沉积环境不同和沉积作用的非均一性，存在着岩性、粒度、成分等差别，导致同一时期的地层成岩后，在重力作用下呈现厚度不同的现象。

在上覆地层压力相等的情况下，砂岩抗压强度大，而泥岩小，粗砂岩不易被压实，而细、粉砂岩则容易被压实。所以相同沉积厚度的地层，成岩后砂岩厚度较大，而泥岩厚度较小。成岩后期压实作用仍然存在。对于已经成岩的地层来说，砂岩脆性大，煤层柔性好，这就说明为什么门克庆煤矿里见有如此众多的微小断层，都在顶底板砂岩里而煤层里没有的原因。

延9～延4+5这组厚度250～300m的煤系地层，沉积在非常平整的平原上并得到很好的保护，成岩早期的差异压实作用已经发生完成，但是由单纯的重力引起的持久的压实作用最终使基底不均匀的支撑反映出来，导致顶板脆性大的砂岩断裂，并嵌进支撑它的煤层里。观察煤层底板的砂岩断裂，这种构造仍然表现为断嵌特征。落差小于0.2米砂岩小断块嵌进煤层中，这种构造不具有断堑构造的规模。

区别于冲刷构造的煤层顶板呈三角形或槽形镶嵌入煤层的现象，俗称压梁构造。针对于底板岩石而言，“梁”的概念不存在，这些既有“断”的特征又有“嵌”的特征的构造，可以称作为断嵌构造。

4 结论

（1）鄂尔多斯盆地保护屏障是四周山脉、隆起以及坳陷，同时它们是构造应力释放的结果。

（2）差异压实作用在沉积成岩之后仍然发生，作用效果在脆性大的岩石上表现明显。

（3）具有“断、嵌”特征、在煤层顶板上俗称压梁构造的，结合底板，可以称作为断嵌构造。

[1]邓军,王庆飞,高帮飞,等.鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布及其构造背景 [J].地球科学-中国地质大学学报,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]郑孟林,金之钧,王毅,等.鄂尔多斯盆地北部中新生代构造特征及其演化 [J].地球科学与环境学报,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]赵振宇,郭彦如,徐旺林,等.鄂尔多斯盆地3条油藏大剖面对风险勘探的意义 [J].石油勘探与开发,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]杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律 [M].北京:石油工业出版社,2002. Yang Junjie.Ordos Basin tectonic evolution and hydrocarbon distribution rule[M].Beijing: Petroleum Industry Press,2002.

[5]马润勇,朱浩平,张道法,等.鄂尔多斯盆地基底断裂及其现代活动性 [J].地球科学与环境学报,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]杨圣彬,耿新霞,郭庆银,等.鄂尔多斯盆地西缘北段中生代构造演化 [J].地质论评, 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]张泓,白清昭,张笑薇,等.鄂尔多斯聚煤盆地的形成及构造环境 [J].煤田地质与环境, 1995,23(3):1-7.

[8]赵靖舟,武富礼,闫世可.陕北斜坡东部三叠系油气富集规律研究 [J].石油学报, 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,韩庆军,杨华.鄂尔多斯盆地燕山运动及其与油气关系 [J].长春科技大学学报,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]席胜利,刘新社,王涛.鄂尔多斯盆地中生界石油运移特征分析 [J].石油实验地质, 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]兰朝利,张君峰,杨明慧.低幅度构造-岩性边底水油藏特征及其成藏机制:以塞152油藏为例 [J].地质科技情报,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[文献码]B

1000-405X（2016）-12-317-3