新疆哈密地区泥裂构造的特征初探

王永强，李 月，邓立本，尹 思，邵泽宇

(1. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2. 中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202)

新疆哈密地区泥裂构造的特征初探

王永强1，李 月1，邓立本2，尹 思2，邵泽宇2

(1. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2. 中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202)

大量的野外考察发现，新疆哈密地区泥裂构造特别发育。根据泥裂发育的规模及形式可以分为主泥裂和次级泥裂。主泥裂形成的开口较大，深度较深，在区块内起主控作用；次级泥裂发育在主泥裂饼上的多边形区域内，常呈闭合状，是被主泥裂所切穿的泥裂构造。平面上泥裂构造为被裂缝所切割成不规则三边形、四边形等以及其组成的网状构造。纵向上泥裂常具有成层性，用手易掰开，平面平整光滑，边部气泡痕非常明显。泥裂剖面上具有叠加的现象，可以命名底部先形成的泥裂为先期泥裂，顶部后形成的泥裂为后期泥裂。根据水流以及风沙的剥蚀程度，泥裂还可以分为初始泥裂和改造泥裂。另外，泥裂构造还受水漏构造、底部的沙砾石以及含盐度的影响。弄清楚现代泥裂的特征，借助于“将今论古”的方法，可以依据泥裂构造确定古环境和古气候的变化。

泥裂构造；泥质地层；龟背构造

0 前 言

泥裂是未固结的沉积物露出水面，受到太阳的暴晒、干涸收缩和裂开而形成的裂缝[1-2]，是一种层面构造[3]。泥裂构造常常发育在粘土质、粉砂质以及泥灰质和白云质[4]沉积物中。野外观测中可以看到泥裂平面上成网状，剖面上成“V”形，“U”形和楔形。泥裂的形成是沉积物在长期的水体覆盖之下，受含盐度的影响，是由胶体脱水收缩由上至下裂开而形成[1-2,5]。

新疆哈密地区，由于年降雨量少，蒸发量大，气候干旱，年温差量大，为泥裂的形成提供了气候条件。该地区泥裂构造非常发育，发育泥裂的土质一般为粉砂质或者粘土质和泥灰质。

1 主泥裂和次泥裂的划分及平面特征

在哈密等地区野外考察中，可以明显地看到不同地区泥裂的开口没有固定的数值，但是它们有一个规律：即泥裂有主次之分。主泥裂(一级泥裂)可以定义为：在某一地区所形成的非常明显的泥裂构造，泥裂开口较大，深度较深，一般裂穿泥裂层。剖面上呈明显的“V”形或者“U”形，开口较大，在泥裂发育区块起控制作用。次泥裂(二级泥裂)是相对于一级泥裂而言的；次泥裂可以定义为：形成于主泥裂发生一段时间和一定条件之后，裂开在主泥裂围成的多边形区域之内、幅度较小的泥裂构造，一般发育的深度较浅，裂穿或者不裂穿主泥裂层，裂缝开口明显较窄，裂开或者呈闭合状(见图1)。裂开的次级泥裂一般开口不规则，有正“V”形，上下近似等间距的“U”和倒“V”形3种，裂缝很小，一般被主泥裂所切割。

图1 主泥裂与次泥裂特征

在野外考察中，可以看到主泥裂平面上呈现不规则的多边形，可以定义为泥裂多边形(或者泥饼)：即泥裂裂缝在平面上围成的多边形。有似圆形，三角形，梯形，四边形，五边形，六边形等等和由他们组成的网状结构。统计中，边长从5～120 cm均可见到，平均值为54.276 cm，以 30～70 cm之间最为常见、50～60 cm之间分布最多；从围成多边形面积的角度分析：面积小于1 500 cm2的占10.29%，面积介于3 500 cm2与1 500 cm2之间的占57.14%，面积大于3 500 cm2的占32%；裂缝宽度0.3～4.8 cm不等，2～3 cm之间所占的比重最多，达到了50%。另外可以发现：平面上为水平面，挖掉泥裂层，一般而言，泥裂层的底部也终止为同一平面。

次级泥裂也呈现出不同的特征：观察中，在一个主泥裂多边形之内，可以发育很多个次级泥裂，也可以不发育次级泥裂。次级泥裂可以裂开到主泥裂相同的深度，也可以只裂开表层一点或者不裂开。裂开的次级泥裂可以具有明显的开口，也可以呈现闭合状。裂缝顶底宽度可以等间距成“U”形，也可以呈倒“V”形或者正“V”形，还可以为闭合状。裂开的次级泥裂一般与主泥裂边缘斜交，或近似垂直。统计中，次级泥裂与主泥裂的边缘呈80(°)以上的占22%，介于80(°)～60(°)的占35%，介于60(°)～50(°)之间的占43%。次泥裂裂穿的占30%，裂开到1/2处的占42%，呈闭合状态的占28%。

在某一地区，小范围内来看，相邻或相近的泥裂似乎终止于同一水平面，但是从区域来看，积水较深的地方，泥裂的裂缝会更深，水浅的地方形成泥裂的裂缝会更浅一些。由于泥裂往往发生于积水的低洼处地区，低洼的边缘地区会先形成泥裂，并且形成的泥裂较浅，泥裂多边形的面积较大，其内部次级泥裂较发育。在低洼内部由于泥质物质较厚，加上水体较深，因此泥裂裂缝会更深，泥裂多边形的面积较小，次级泥裂发育程度低。挖开泥裂层露出其底部，与边缘相比，低洼处较低的地方高低差会更加明显，即积水中心位置泥裂的底部会更低(见图2)。

图2 泥裂深度随地势的变化

2 泥裂构造的剖面特征及复合泥裂构造

研究中，可以发现哈密地区的泥裂具有叠加而成的复合泥裂构造(见图3)。复合泥裂构造可以定义为：在上一次泥质层堆积、降雨水分蒸发形成的先期泥裂之后，泥裂裂缝接受充填沉积，泥质成分在上部覆盖，覆盖的泥质再次接受降雨和水分蒸发，上部泥质层再次形成新的泥裂，这样的两次或者多次泥裂的叠加，在剖面上就形成了复合泥裂构造。这样早期形成的底层泥裂可以称为先期泥裂，晚期形成的顶层泥裂可以称为后期泥裂。研究中发现先期泥裂与后期泥裂剖面上和平面上具有相似的特征。后期泥裂的顶层和底层均具有非常明显的气泡，并且后期泥裂底层上具有先期泥裂充填物质形成的凹槽，凹槽内的细沙较为疏松(见图4)，后期形成的泥裂较薄，剖面上具有非常明显的层理性(见图5)。

图3 复合泥裂构造

图4 后期泥裂的底面构造

研究中还发现：在不同的地区，剖面上主泥裂的深度从0.5～65 cm不等，推测主泥裂的深度可能与地理位置、泥质成分的物质组成，含盐度，积水的深度和蒸发量以及泥质底部的物质等有关。研究中，在哈密齐齐服务区附近见有泥裂的整体深度都很深，甚至最浅的泥裂深度均超过了20 cm，最深者达到了65 cm，但是在雅满苏火车站等地，泥裂整体较浅，最深的泥裂深度不到5 cm。泥裂的发育剖面上不具有层理性，但具有成层性，纵向上用手可以掰开，掰开的层面清晰干净平整。

图5 后期泥裂的层理构造

在垂向上，裂缝有垂直，倾斜和阶梯状等。平面上，泥裂多边形的边常为平直状，锯齿状和弯曲状。剖面上，用刀削开一个截面，可以看到很明显的气泡痕，气泡痕的发育具有越往边部越明显的趋势，即顶部发育的气泡痕非常明显，越往下部，气泡痕的直径越小，密度也减少。顶部气泡痕最大者直径可达到约1 mm，针孔状大小者居多。推测这是在泥裂迅速形成的过程中，气候干旱，太阳强烈，水分蒸发逃出泥质成分时留下的痕迹。在此过程中泥质成分中的水分和气泡向顶部以距离最短的方向移动。

3 自然改造对泥裂的影响

后期的自然改造有很多：砂泥等冲刷充填、水流的冲刷、剥蚀和风蚀等作用。改造前的泥裂可称为原始泥裂:是指泥水混合物中水分蒸发，形成的未被改造的泥裂。原始泥裂的特征是泥裂结构特别清晰，裂缝中的棱角分明，裂缝“V”字形或者“U”字形清晰(见图6)。

图6 初始泥裂构造

改造后泥裂可以命名为改造泥裂：即相对于原始泥裂而言，是被后期自然改造后的泥裂。自然界中被水流冲刷改造后的泥裂常成一个很深的沟槽，由于水流的侵蚀作用，顺着水流方向裂缝宽度较宽，深度较深，一般呈一规则的“U”形或楔形，水流冲刷导致泥裂多边形几乎没有棱角。砂泥的改造分为：风沙的侵蚀作用和充填物的充填作用。由于新疆地区常年刮风，跟水流的冲刷相似，风沙的侵蚀使泥裂构造不具有棱角性(见图7)，一般呈一角度很大的“V”形，边上成层性不明显，有的甚至被风沙改造成了障碍痕；由于沙尘暴的影响，携带的风沙可以充填甚至覆盖整个泥裂(见图8)。自然界中见到的大部分泥裂均为后期改造后未被充填的末期泥裂。

图7 风沙侵蚀后的泥裂

图8 沙泥充填后的泥裂构造

4 其他构造影响下的泥裂构造

水漏构造影响下的泥裂构造：在水漏构造的影响下，下部砂较多，因此水向下渗漏，同时带动泥质成分也向下渗漏，在地表表现为一小地区的低洼，边缘呈圆形或椭圆形。在该地区形成的泥裂构造，常常表现为顺着水漏构造的边缘泥裂构造也呈现圆形或者环形，最外层一圈泥裂的深度较浅、“V”形开口较大，呈倾斜状，而且层状泥裂多边形边缘一侧会向上翘起。越往中心地区，泥裂的深度越深，但是裂缝的宽深比越小。

底部粗砂或者细砾影响下的泥裂构造：在研究中发现发育在砂、砾石之上的泥裂构造较多。这种是由于雨水携带的泥沙在砾石之上覆盖堆积，水分下渗，留下的泥所形成的泥裂。这种泥裂的特征是泥裂深度较小，一般小于3 cm；泥裂多边形的边长较短，一般小于30 cm，边长以18 cm左右的居多，相应的面积也较小。这种泥裂的边一般向上翘起，有的甚至翘起成环状，用手掰时较硬和脆。还可以发现砂砾之上覆盖的泥越薄，形成的泥裂深度越小，泥裂多边形的边长越小，向上翘起越明显，有的翘起层可以被风吹走(见图9)。

图9 边缘卷起的泥裂构造

含盐度对泥裂的影响：由于尚未做相应的分析化验，因此含盐度较难界定，但是用舌舔有很浓的咸味。研究中发现：大部分的厚层泥裂顶部有一薄层，薄层边缘向上翘起或者卷起。翘起的薄层质地较硬，用手掰时很脆。这是由于泥质成分中的水分蒸发带动溶解的盐向表层移动并且集聚，表面盐含量比较高的泥质成分的拉力大于张力，下部含盐相对较少的泥质成分的张力大于拉力致使泥裂表层卷起。

最后，值得一提的是泥裂构造与水位线之间可能存在某种关系，即：泥裂深度系数。研究中，泥裂裂缝的深度与该地区沉降的水的水位线之间可能存在一定关系。泥裂深度系数可以定义为：所裂开的泥裂的深度与形成该泥裂的积水深度的比值。研究中在哈密齐齐服务区附近发现了深度为270 cm的水位线，形成了55 cm深的泥裂，即深度系数为55/270=0.203。由于泥裂裂缝的深度还可能与降雨的期次、降雨的时间、蒸发量、蒸发速度、泥质物质的成分以及含盐度有关，需要后续进一步核实和研究。

5 结 论

泥裂按照其规模及形成的先后顺序可以划分为主泥裂和次级泥裂；泥裂剖面上具有叠加的现象，底部先形成的泥裂为先期泥裂，顶部后期形成的泥裂为后期泥裂；泥裂平面上为不规则多边形组合成的网状，剖面上有分层现象，并伴随有大量气孔发育；泥裂按照是否遭受自然改造可以划分为初始泥裂和改造泥裂；野外的泥裂构造常受水漏构造，底部的沙砾石以及含盐度所影响。

已经有研究表明早在寒武纪就有泥裂存在，因此弄清楚现代泥裂的特征以后，借助于“将今论古”的方法，可以依据古代泥裂确定古环境和古气候的变化，还可以利用泥裂来判断油气储层中的空隙、裂缝等特征。

[1] 盛莘夫，姬再良. 谈谈泥裂[J]. 地球，1985(14)：5.

[2] 盛莘夫，姬再良. 地史时期“泥裂”构造的成因初探[J]. 中国区域地质, 1985(14)：119-123.

[3] 吴泰然，何国琦，韩宝福. 一种罕见的泥裂现象[J]. 科学通报, 1998，17(43)：1903-1904.

[4] 周建民，王吉平. 河南泌阳洼陷含碱段的浅水蒸发环境[J]. 沉积学报, 1989，7(14): 149-156.

[5] 成玮. 泥岩收缩裂缝发育规律与形成机理研究[D]. 青岛：中国石油大学(华东), 2010.

Primary Investigation of Characteristics of Mud Cracks Structure in Hami District in Xinjiang Province

WANG Yongqiang1, LI Yue1, DENG Liben2, YIN Si2, SHAO Zeyu2

(1.SchoolofGeoscience,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao,Shandong266580,China; 2.ChinaPetroleumQinghaiOilfieldExplorationandDevelopmentResearchInstitute,Dunhuang,Gansu736202,China)

Through a lot of field trip, we can find that Hami district has a series of mud crack structures. According to the size of cracks, we can separate theme into the main mud cracks which is big and deep. It plays a significant role in that region and secondary mud cracks, as is grown in the main mud cracks. It is often closed to cut by the main crack. In the fracture plane, crack structure is cut into irregular triangles, square and pentagon and so on. They will usually form net structure in that area. In the longitudinal side, crack is often in layers. We can open it with hands easily. Mud cracks have superposition phenomenon in profile. It can also be defined as the early formed bottom mud cracks in lately-formed upper mud cracks. According to the degree of water and wind erosion, mud cracks can be also divided into the initial mud crack and modified cracks. The initial crack shows that it has not been eroded or filled by the sand rocks. The modified mud cracks are that it has been eroded, transformed or filled by the sand and water. In addition, mud crack structure is affected by water leakage with the sand and gravel at the bottom. In these features which we have collected from modern mud sand rock, we can confer ancient sand rock, environment and climate.

Mud cracks structure; Sludge formation; Turtle structure

2017-03-05

王永强(1990-)，男，甘肃平凉人，研究方向：沉积学及储集层地质学，手机：17863902354，Email：wangyqwillium@126.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.018