碳酸鹽巖裂縫與巖溶的關(guān)系分析

包 亮

（長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

1 碳酸鹽巖古巖溶作用的分類

對(duì)古巖溶進(jìn)行地質(zhì)學(xué)分類，將其分為沉積古巖溶，局部古巖溶和區(qū)域古巖溶。沉積古巖溶是指碳酸鹽巖臺(tái)地高沉積物因高沉積速率加積出露水面遭到大氣水作用發(fā)育的巖溶；局部古巖溶是由于同沉積期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使碳酸鹽巖臺(tái)地的一部分暴露發(fā)育的巖溶；區(qū)域古巖溶的形成與重要的海平面的升降或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的大面積暴露有關(guān)，常常是地層學(xué)中主要的不整合面，這類巖溶發(fā)育的范圍和深度一般比局部巖溶要大。

按成因?qū)艓r溶進(jìn)行分類，將古巖溶分為三種類型，即沉積巖溶或?qū)娱g巖溶，風(fēng)化殼巖溶或暴露巖溶，縫洞巖溶或埋藏巖溶。沉積巖溶或?qū)娱g巖溶系指同生期或成巖早期，碳酸鹽沉積物短暫的暴露于地表接受大氣淡水滲入淋濾所發(fā)育的巖溶，有人將其稱為早表生期巖溶；風(fēng)化殼巖溶或暴露巖溶是指碳酸鹽巖因構(gòu)造抬升長(zhǎng)期暴露于地表，大氣水滲入循環(huán)其中，伴隨風(fēng)化殼形成而發(fā)育的巖溶，有些學(xué)者將其稱為晚表生期巖溶，也有人將其稱為侵蝕期巖溶、侵蝕面巖溶或不整合面巖溶；縫洞巖溶或埋藏巖溶是指碳酸鹽巖深埋地腹后，由于上覆地層在壓實(shí)過程中不斷排出的酸性壓釋水運(yùn)移其中所產(chǎn)生的巖溶。

根據(jù)巖溶作用的形成機(jī)理和先后順序、持續(xù)時(shí)間、特征、影響因素以及與儲(chǔ)集空間的關(guān)系，將古巖溶劃分為同生-準(zhǔn)同生期巖溶，表生期巖溶，埋藏期巖溶和褶皺期巖溶四種類型。同生-準(zhǔn)同生期巖溶，該期巖溶的巖溶作用發(fā)生于沉積物形成之后不久，沉積物尚未完全脫離其沉積環(huán)境，成巖階段屬于同生-準(zhǔn)生期，由于其巖溶作用形成于沉積階段的暴露期巖溶在地層中以小規(guī)模層狀和透鏡狀出現(xiàn)；表生期巖溶是指由于海平面的相對(duì)下降及區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升，造成下伏碳酸鹽巖地層隆升暴露，形成表生成巖環(huán)境，而使碳酸鹽巖地層遭受長(zhǎng)期廣泛的風(fēng)化剝蝕和淋濾作用形成的巖溶，該期巖溶的成巖階段屬于表生期，有人將其稱為表生巖溶；埋藏期巖溶是指碳酸鹽巖在中-深埋藏階段，主要與有機(jī)質(zhì)成巖作用相聯(lián)系的溶蝕作用現(xiàn)象及過程；褶皺期巖溶是指碳酸鹽巖在褶皺過程中伴生發(fā)育的巖溶，即受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響碳酸鹽巖中產(chǎn)生大量的斷層、裂縫，致使大氣淡水滲入巖層，從而引起巖溶作用發(fā)生。

目前古巖溶分類也極不統(tǒng)一，我認(rèn)為將碳酸鹽巖古巖溶劃分為三大類型比較合理，即同生期溶巖、表生期巖溶、埋藏期巖溶，并分別于同生成巖階段（大氣淡水環(huán)境），表生成巖階段（表生環(huán)境）和早-晚成巖階段（埋藏環(huán)境）對(duì)應(yīng)。

2 裂縫與巖溶的關(guān)系

2.1 構(gòu)造裂縫與巖溶作用的關(guān)系

早期斷裂帶控制了后期沿?cái)嗔褞r溶的發(fā)育：斷裂增加了地表水和地下水與碳酸鹽巖的接觸面積和溶蝕范圍，有利于促進(jìn)碳酸鹽巖的溶蝕作用的進(jìn)行。地表水沿?cái)嗔研纬傻牧芽p下滲作用，通過斷裂控制了斷裂帶巖溶的發(fā)育。

斷裂帶是裂縫與巖溶發(fā)育的地帶：通過前人研究，在斷裂帶或斷裂附近的鉆井多出現(xiàn)放空、漏失，巖芯上溶蝕縫也發(fā)育。野外考察發(fā)現(xiàn)斷層泥和滑動(dòng)擦痕的大裂縫在塔里木北緣野外露頭區(qū)普遍存在，并且縫內(nèi)充填物為方解石、碳質(zhì)和泥質(zhì)，裂縫充填物疏松。應(yīng)用在鉆井過程中，就會(huì)發(fā)生泥漿漏失、鉆時(shí)加快等現(xiàn)象。

褶皺構(gòu)造是巖溶發(fā)育的有利區(qū)帶：在背斜構(gòu)造的軸部,由于受強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力的影響,在形成背斜的同時(shí),會(huì)在平行背斜的走向產(chǎn)生一系列斷裂和張性節(jié)理,為巖溶發(fā)育提供了地下水必要的導(dǎo)流通道。特別是在兩組或多組斷裂的交匯處,縫洞更發(fā)育。巖溶縫洞的分布一般由古構(gòu)造的軸部向兩翼逐漸變?nèi)?背斜構(gòu)造的軸部以溶洞為主的縫洞儲(chǔ)集體,向兩翼逐漸變?yōu)橐粤芽p為主的縫洞性儲(chǔ)集體和僅以少量裂縫為主的孔縫性儲(chǔ)集體,儲(chǔ)集性能則相應(yīng)的由好變差。在褶皺構(gòu)造中往往伴隨發(fā)育與褶皺軸線平行的壓性斷裂構(gòu)造,在其局部應(yīng)力場(chǎng)的作用下,向斜構(gòu)造的壓性斷裂其上部繼續(xù)受壓,而下部轉(zhuǎn)為拉張,且產(chǎn)生放射狀裂隙,同時(shí)在后期反轉(zhuǎn)應(yīng)力作用下,部分壓性斷層發(fā)生反轉(zhuǎn),這些構(gòu)造斷裂有利于地下水的富集、徑流和巖溶的發(fā)育。

溶蝕作用與斷裂走向的一致性：受控于斷裂帶的構(gòu)造裂縫在平面上沿?cái)嗔炎呦虬l(fā)育，發(fā)育的洞穴具明顯的方向性,常與斷裂走向一致。且?guī)r溶作用在縱向上的特征表現(xiàn)出,溶蝕孔洞沿著早期形成的裂縫發(fā)育的特點(diǎn)從而可以改善碳酸鹽巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性。在多組斷裂的交匯部位，也容易形成大型洞穴；早期斷裂構(gòu)造控制深部洞穴的發(fā)育，構(gòu)造軸部或沿?cái)嗔炎呦蛞嘤欣谛纬蓭r溶洞穴。

2.2 非構(gòu)造裂縫加速巖溶作用的發(fā)生

成巖作用導(dǎo)致的裂縫，指的是沉積物在成巖過程當(dāng)中，由壓實(shí)和失水作用而形成的裂縫。它往往單個(gè)產(chǎn)出并成層分布，這種裂縫已知在最小厚度層內(nèi)較發(fā)育，但是張開度較小；相反，在厚層碳酸鹽巖中這些裂縫較稀少，而張開度大。因此，在厚度較小的地層中成巖裂縫強(qiáng)度較高，但由于開度較小，水流運(yùn)動(dòng)的可能性很低；反之，在厚層鹽酸鹽巖成巖裂縫中水更易運(yùn)動(dòng)。

縫合線是一種特殊的裂縫構(gòu)造。在深埋藏條件下，巖石在上覆沉積物負(fù)荷作用下，由于壓力和孔隙流體的作用，在應(yīng)力點(diǎn)上促使巖石礦物顆粒產(chǎn)生選擇性溶解，溶解的物質(zhì)或沉淀于應(yīng)力較小的顆粒表面或遷移到系統(tǒng)之外，從而形成齒狀或港灣狀鑲嵌穿插的縫合線構(gòu)造?？p合線是壓實(shí)與壓溶共同作用的產(chǎn)物，其指狀尖端指示受力方向，幅度的高低則反映壓實(shí)壓溶的程度。由于溶解被帶走的組分以碳酸鈣為主，因此它的表面往往存在著一些泥質(zhì)、炭質(zhì)等不溶雜質(zhì)，并富集固體有機(jī)質(zhì)。

縫合線就其延伸方向與巖層的相關(guān)性可分為水平、垂直及傾斜縫合線3種類型。將這3種縫合線均歸為非構(gòu)造裂縫，從成因上看是有差別的。水平縫合線是巖層負(fù)荷壓實(shí)壓溶的產(chǎn)物；垂直縫合線源于水平擠壓應(yīng)力作用；傾斜縫合線與剪切縫的方向一致，可能為剪切應(yīng)力的產(chǎn)物。根據(jù)后兩者的切割、限制關(guān)系等可確定水平縫合線形成時(shí)間早，傾斜和垂直縫合線形成的時(shí)間晚。同時(shí)也可分析構(gòu)造形成世代、疊加關(guān)系及應(yīng)力場(chǎng)變化等問題。因此認(rèn)為傾斜和垂直縫合線應(yīng)該是構(gòu)造裂縫的一種特殊形式。

3 小結(jié)

巖溶作用是淋濾、侵蝕、崩塌、搬運(yùn)和再沉積的結(jié)果?？扇芪镔|(zhì)進(jìn)入地下水，不僅通過化學(xué)溶解，而且有機(jī)械沖刷，重力崩塌過程，而物質(zhì)的被搬出，不僅只限于擴(kuò)散流（滲流、細(xì)流），而且有一定數(shù)量的管道流（地下河洞流系統(tǒng)）?？刂茙r溶發(fā)育的主要條件就是運(yùn)移于可溶巖層中的水流環(huán)境即水文地質(zhì)環(huán)境。

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