Question

影响裂缝发育的地质因素

Answer 1

（一）岩石的静力学参数特征

对埕岛太古宇及古生界中12个样品进行了实验室的静力学参数测试，包括抗张和挤压强度试验，所得结果列于表3-3。

表3-3 研究区部分样品静力学参数测定结果

通过测试有以下认识：不同的岩石其强度变化较大（图3-21），其中白云岩类抗压强度最低，在45～60MPa，最易破裂；灰岩抗压强度次大，在60～95MPa；花岗片麻岩强度值较高，在100～180MPa。因而破裂层以灰岩和白云岩为主，花岗片麻岩中可以产生破裂，但在相同应力环境下就不如前者。

从弹性模量和泊松比值来看，除白云岩（7号）样品有些异常外，其他测定值Ed在（30～60）×10³MPa之间，显示为弹性变形体，泊松比值0.15～0.36，也属正常范围。从弹性模量测定值来看，白云岩偏低，灰岩属中等，而花岗片麻岩（煌斑岩）最大，所以花岗片麻岩呈脆性变形特征，其更容易受风化作用而形成破裂。一般来讲塑性岩层（例如泥岩）其构造破裂或风化破裂是不发育的，砂岩类风化破裂发育程度也不如碳酸盐岩和花岗片麻岩。花岗片麻岩类由于矿物组成中有许多不稳定矿物（表3-4），例如正长石类，以及一些可溶矿物（如长石类），因而在风化期易形成许多破裂。

图3-21 埕岛地区部分样品抗张（σ_t）、抗压（σ_c）强度与风干密度关系

从抗张强度的测定值来看，灰岩类的抗张强度值在5～12MPa，比抗压强度小10倍左右，所以张应力环境易形成破裂。

（二）岩性与裂缝发育程度的关系

不同的岩性其力学性质不同，因而其破裂发育情况也存在区别。就风化破裂缝来讲，主要见于灰岩、白云岩及花岗片麻岩风化壳中，对于泥质岩或砂岩地层风化期形成的破裂相对就不发育。例如埕北古4井（图3-22）古生界顶面为石炭—二叠系的砂泥岩，其风化破裂则不发育。

对于构造缝来讲，其发育程度也与岩性有一定关系。据8口井主要构造缝发育井段识别结果，按岩性进行统计，在16个构造缝发育井段中，白云岩类井段有8层占50%，灰岩类有6层占37.5%，花岗片麻岩（煌斑岩）有2层，占12.5%。因此，构造缝优先选择在白云岩类中形成破裂，灰岩次之，花岗片麻岩相对较差，这与实验室中对上述3种岩类的强度测试结果相吻合。地层中的泥岩层为相对塑性层，裂缝不发育。

表3-4 华北地区太古宇花岗片麻岩矿物成分特征值表

图3-22 埕北古4井古生界裂缝发育井段判别图

（三）构造应力场与构造裂缝之间的关系

对于构造裂缝来讲，在岩性相同的地层中，其发育程度受控于构造应力场，在构造应力场高值区，构造裂缝也相对发育。从部分井单位厚度产液量与模拟最大主应力关系反映出，随着σ_max的增加，单位厚度产液呈增大的趋势（图3-23）。由于太古宇和古生界井的产液量主要取决于地层裂缝的发育情况，因此上述关系反映了构造应力场越高，裂缝相对越发育。

图3-23 埕岛潜山部分井单位厚度产液量与模拟最大主应力关系

（四）断层与裂缝发育程度之间的关系

断裂带往往是破裂带，前人对华北地区太古宇及古生界的裂缝发育带做过许多研究，认为二者关系十分密切。在研究区内发育许多断层，无疑这些断裂带附近也是裂缝发育带。

图3-24 埕岛潜山部分井单位厚度产液量与井距断层水平距离关系

从研究区部分井单位厚度产液量与井距断层的水平距离关系图（图3-24），也反映出随着井距断层距离的增大，产液量降低的趋势，也说明了断层裂缝带是从断层向外有规律降低。图中反映出裂缝在距断层约400～500m后则变得不发育了。