Разрывные нарушения и трещины

Общая характеристика. Разрывные нарушения важны для геолога-нефтяника не только потому, что они создают ловушки для нефтенакопления, но и. потому еще, что их распознавание очень существенно для правильного понимания структур. Количество нарушений в разных нефтеносных районах очень различно; в одних районах они практически отсутствуют, другие районы отличаются интенсивной степенью нарушенности. Как правило, в сильно дислоцированных структурах разрывы более многочисленны, нежели у структур пологопадающих, однако разрывы могут также встречаться и на площадях, подвергшихся слабой дислокации. Жесткие или хрупкие породы, как например, новакулиты, кремнистые сланцы, известняки и песчаники более поддаются различным нарушениям, нежели такие пластичные породы, как глинистые сланцы и глины; высокая пластичность обычных пород препятствует образованию сбросов в нормальных условиях.

Встречающиеся в осадочных породах трещины подразделяются на разрывные (faults), трещины отдельности (joints) и трещины кливажа (fracture cleavage). Разрывные нарушения [разрывы] представляют собой трещины с относительным перемещением пластов по обе стороны от трещины. Трещины отдельности — это трещины, вдоль которых не обнаруживаются смещения пород; трещины кливажа состоят из трещин отдельностей, расположенных на очень близком расстоянии друг от друга. Интенсивный кливаж редко встречается в нефтеносных районах, хотя иногда его можно обнаружить в виде локального явления вдоль разрывов. С другой стороны, трещины отдельности почти всегда развиты в плотных и твердых породах. Вообще, трещины отдельности не имеют особого значения для нефтяной геологии, хотя их полезно использовать для интерпретации данных о тектонике.

Все поверхности разрывов (fault planes) имеют падение и простирание, которые измеряются и выражаются так же, как и падение и простирание осадочных слоев. Однако для того, чтобы избежать путаницы, падения и простирания поверхностей нарушения лучше обозначать на картах условными знаками, отличными от тех, которые применяются для обозначения падений и простираний пластов. Если поверхность разрыва не является вертикальной, то вышележащие породы образуют висячее крыло, а нижележащие — лежачее крыло.

Наиболее существенная классификация разрывных нарушений базируется на относительном перемещении висячего и лежачего крыла. Если висячее крыло переместилось вниз относительно лежачего, то такое нарушение называется нормальным сбросом; при обращенном сбросе висячее крыло перемещается вверх по восстанию поверхности разрыва. Ясно, что подобная классификация имеет в виду относительное перемещение пород по поверхностям нарушений, а не перемещение по отношению к уровню моря. Как правило, нормальные сбросы возникают под действием растяжения, а взбросы — под действием сжатия. Значение термина «взброс» («thrust fault») несколько отлично от термина «обращенный сброс» («reverse fault»). Некоторые геологи употребляют термин «взброс» для обозначения обращенных сбросов с малым углом падения. Этот термин также употребляется для описания пологопадающих обращенных сбросов с очень большими амплитудами смещения слоев. Разрывные нарушения последнего типа иногда рассматриваются как надвиги.

Характеристика поверхностей разрывных нарушений. Поверхности разрывных нарушений обладают рядом характерных признаков, распознавание которых оказывает огромную помощь в выяснении разрывов как на поверхности, так и на глубине. К сожалению, большинство этих свойств не поддается наблюдению в шламме, взятом из глинистого раствора, но зато их можно видеть в кернах. Наиболее характерная особенность поверхностей разрывов заключается в том, что они круто рассекают пласты. Вблизи поверхности разрыва породы могут быть разбиты трещинами, раздроблены на обломки или измельчены в порошок. Трещины обычно вторично цементируются кальцитом, кварцем, гипсом и другими жильными образованиями. Сцементированные угловатые обломки образуют брекчию, а мелкоизмельченный материал вдоль поверхности разрыва называется выполнением трещины (gouge).

Зеркальные поверхности представляют собой гладкие и покрытые штрихами часто блестящие или полированные поверхности, образовавшиеся в результате трения одной части разрыва о другую; они являются хорошим указанием на нарушения и периодически обнаруживаются в кернах. Во многих случаях под влиянием трения вдоль разрывов происходит изгиб пластов в том направлении, в котором перемещается противоположная часть. Это явление, называемое волочением, помогает определить направление перемещения вдоль разрывов. Термин «обратное волочение» («reversed drag») применяется здесь к изгибу пластов вдоль разрывов в направлении, противоположном действительному волочению. Воздействие обратного волочения на пласты значительно шире, нежели истинного.

Описание смещения вдоль поверхностей разрывных нарушений. Смещение вдоль поверхности разрывов происходит параллельно этой поверхности. Действительное смещение выражает общую величину перемещения. После образования разрыва оно будет измеряться расстоянием между половинками гальки или окаменелостями, рассеченными разрывом на две части. Способ описания перемещения вдоль поверхности разрывов показан на рис. 7-6, который представляет собой вертикальный разрез, перпендикулярный простиранию поверхности разрыва. Линия LM — есть линия поверхности, JK — поверхность разрыва, EB и CG — пласт, разрезанный и смещенный по поверхности разрыва. Линии EA и GD изображают пласт таким, каким он должен был быть, если бы не был изогнут при разрывном нарушении. Другими словами, AB и CD отмечают волочение вдоль поверхности разрыва. Линия BC на разрезе — падение смещения, т. е. перемещение, параллельное поверхности разрыва; отрезок HC показывает величину горизонтального перемещения (the heave), а вертикальная составляющая BH — амплитуду перемещения.

Следует отметить, что если включить волочение, то вертикальная составляющая смещения будет AI, которая, как видно на рис. 7-6, значительно больше BH, показывающей амплитуду смещения без волочения. В своей работе М.П. Биллингс, общее смещение, включая и волочение, называет «сдвигом» («shift»), однако в нефтяной геологии этот термин употребляется редко. Стратиграфическая апмлитуда разрывного нарушения является составляющей компонентой действительного смещения, которая перпендикулярна к напластованию. В случае горизонтального залегания пластов, стратиграфическая высота равна амплитуде нарушения. На рис. 7-6 BF есть стратиграфическая амплитуда, не включающая волочения.

Рис. 7-6 показывает, что скважины P и R достигают опорного горизонта на глубинах, которые вследствие разрывного нарушения резко отличаются от нормальных.

С другой стороны, скважина Q не вскрывает опорного горизонта, а также свиты пластов, встречающихся в скважинах, не пересекающих поверхность разрыва. Мощность выпадающей части разреза может быть определена путем сопоставления скважин, не пересекающих нарушения. При очень детальной корреляции точно определяются мощность пропущенной части разреза и глубины, на которой она залегает.

Если только небольшое число горизонтов может быть сопоставлено, глубина, на которой была пересечена поверхность разрыва, не может быть определена точно, и тогда не ясно, какая часть смещения была вызвана разрывным нарушением, а какая часть — волочением. Там, где пласты являются горизонтальными или пологопадающими, мощность опущенной части практически равна вертикальной амплитуде разрыва HB, однако нужно помнить, что она не равна общему смещению AI, включающему также и волочение. Если скважина проходит через поверхность разрыва и при этом невозможно провести детальную корреляцию между этой скважиной и другими скважинами, то нельзя определить смещение, обусловленное движением вдоль разрыва и смещение, имевшее место вследствие волочения. Для точного определения падения поверхности разрыва необходимо знать глубину, на которой три скважины пересекают эту поверхность.

Типы разрывных нарушений, развитых на нефтяных и газовых месторождениях. На нефтяных и газовых месторождениях обычно развиты нормальные сбросы, что связано с растягивающими усилиями, возникающими при образовании определенных типов антиклиналей, особенно соляных куполов. Во многих крупных нефтеносных областях, таких, как например, Голфкост, обращенные сбросы практически отсутствуют. Они, как правило, редки на площадях, характеризующихся слабой складчатостью, но довольно обычны на сильно смятых структурах. Взбросовые нарушения характерны для некоторых сильно складчатых зон. Многие зоны, в которых развиты обращенные сбросы и взбросы, лишены нефти и газа, но значительное число нефтяных и газовых залежей связано с обращенными взбросами, а немногие залежи встречаются на структурах, осложненных надвигами.

Изображение поверхностей разрывов на структурных картах. Когда пологопадающий пласт пересечен нормальным сбросом, то имеет место горизонтальное смещение между верхним и нижним контактами пласта вдоль сбросовой поверхности. При проектировании структуры пласта на горизонтальную плоскость, как это имеет место на структурной карте, между контактами опорного горизонта по обе стороны от сбросовой поверхности будет промежуток, в котором нельзя провести ни одной стратоизогипсы, так как в этом промежутке опорный горизонт отсутствует. Эти лишенные стратоизогипс полоски изображаются вдоль сбросов на многих картах подземного рельефа. Однако они отсутствуют, если сбросовая поверхность вертикальная. В тех случаях, когда падение сбросовой поверхности неизвестно, настоящая ширина таких полос не может быть показана. Поэтому на многих структурных картах указанные промежутки не показываются или вследствие того, что нет данных о падении сброса, или же потому, что сброс предполагается вертикальным. На мелкомасштабных картах эти полоски [представляющие проекцию участков, в пределах которых опорный горизонт отсутствует из-за сброса] обычно опускаются вследствие их малых размеров.