2.4 Трещины
Когда горные породы становятся деформированными, они проявляют один или большее количество вариантов откликов их податливости (см. Приложение). Один из наиболее обычных типов отклика является трещинообразование, или дробление горных пород. Каждый такой разрыв представляет собой нарушение механической неоднородности в массах горных пород. Эти структурные прерывы сплошности являются одним из наиболее обычных из всех геологических элементов: в каждом обнажение и большинстве образцов керна видны какие-нибудь вид трещиноватости. Трещины и другой нарушения сплошности затрагивают почти каждый нефтяной резервуар, или увеличивая добычу нефти, или создавая проблемы при добычи.
И
Рисунок 25
Различия в смещении между трещиной и разломом
меются различные термины, которые могут использоваться по отношению к структурным нарушениям сплошности — в общих чертах различающиеся по масштабу элементов и величине смещения. Хотя другие авторы могут предлагать очень специфические определения, мы рекомендуем вам прагматический подход (рис. 25). Мы предлагаем, чтобы термин трещина (предпочтительнее) или трещина со смещением использовался для узкого, локализованного разрыва или нарушения сплошности, и чтобы термин разлом использоваться по отношению к плоскости или зоне, вдоль которой имеется значительный сдвиг (относительное смещение, параллельное плоскости/зоне). В некоторых случаях имеется неизбежная трудность в определении, каким термином пользоваться – трещина или разлом. (Многие ученые, связанные с геологией, желают использовать термин трещина со смещением для трещин с небольшим различимым смещением, но любое предполагаемое различие между терминами трещина и трещина со смещением очень маленькое или не имеет никакого значения для практического использования.)
Трещины и/или трещины со смещением часто встречаются в виде систематически выровненных групп, таких, что у каждой трещины в группе углы падения и простирания подобны всем остальным. Такая группа называется системой трещин или системой трещин со смещением (рис. 26), и к этому иногда добавляется слово "регулярный" (например, система регулярных трещин). Несколько систем трещин/трещин со смещением (каждый их которых, характеризуется различными падением и простиранием) также обычно встречаются; эти сгруппированные системы называются наборами трещин, если думают, что они являются причинно (генетически) связанными друг с другом.
Рисунок 26
Изображение системы и набора трещин
В настоящее время имеется значительный интерес в трещинах. Первичный стимул заключается в том, чтобы понять воздействие структуры трещин на продуктивность резервуара. Типичный анализ трещин пытается установить:
• распределение и геометрия систем(ы) трещин
• особенности поверхностей трещин
• относительное времени формирования различных трещин
• геометрические соотношения трещин с другими структурами
Эти знания могут привести к созданию генетической модели формирования трещин, по которым можно сделать предсказания относительно распределения трещин в областях, в которые не могут быть взяты образцы.
Типичный интервал между трещинами в системе часто может быть функцией от литологии горных пород и толщины слоев (рис. 27).
Рисунок 27
Соотношение между трещиноватостью и толщиной слоев песчаников и известняков
О
Рисунок 28
Особенности поверхностей трещин: Слева) плюмажеподобная структура, указывающая на хрупкую трещину расширения; По центру) зеркало скольжения, указывающее на сдвиг; Справа) минерализованная поверхность, указывающая на открытую трещину
собенности поверхности трещины могут дать важную информацию относительно ее происхождения (рис. 28). Набор криволинейных ребер, определяющий перо-подобную ("перистую, плюмажеподобную") структуру, является свидетельством того, что это трещина растяжения (Режим I; см. Приложение). Поверхности со следами вторичной минерализации и линейновытянутыми элементами называются "зеркалами скольжения", и они указывают на сдвиговые движения (обычно Режим II). Рост кристаллов на поверхности трещины – признак того, что трещина была пустотной (открытое пространство) в некоторой точке ее истории, позволяя минералам расти из циркулирующих в ней растворов. Особый случай минерализации поверхности трещины - механизм "запечатывания трещин", из которого мы можем делать заключение, что образование минералов происходило одновременно с открытием трешины. В карбонатных горных породах трещины могут стать зонами растворения, приводя к образованию открытых трещин. Характер поверхностей трещин – вот что важно принимать во внимание при выполнении гидроразрыва пласта при разработке месторождений.. Частично минерализованные, неровные поверхности трещин с меньшей вероятностью закроются с течением времени (по мере отбора жидкости), чем может произойти с простыми, суб-плоскими трещинами расширения.
Местонахождение трещин
Трещины отражают изменения (например, состояние напряжения), которые накапливает в горных породах, испытывающих катакластическую деформацию. Поэтому, они могут находиться везде, где имеются благоприятные условия для механизма катакластической деформации. Они часто представлют собой вспомогательные элементы, расположенные рядом и связанные с большими структурными элементами типа разломов (рис. 29). Они могут также существовать в распределенным виде по всему телу горных пород; эта ситуация указывает на стиль деформации, которая еще не локализована.
Рисунок 29
Трещины, связанные с нормальным разломом
Существуют серьезные предостережения относительно интерпретации трещин, наблюдаемых в обнажениях горных пород. Некоторые из видимых трещин, возможно, появились в результате процессов, которые действуют на поверхности земли (например, тепловые искажения, вызванные циклами нагревания/охлаждения). Другие могут быть связаны с дроблением горных пород по причине снятия напряжения, поскольку горные породы были принесены к поверхности (например, при эрозионном срезе перекрывающих отложений). Другие при этом могут все еще представлять «истинную» деформацию, появившуюся при их воздымании (это может происходить в тектонически активных регионах). Конечно, некоторые из трещин, которые наблюдаются в обнажениях, были созданы тектоническими процессами, и они – как раз те, которые представляют глубинное распределение трещиноватости, в которым мы и заинтересованы.
Трещины также важны в осадочных толщах горных пород, которые были смяты в складки или изогнуты (рис. 30). В сятых в складки горных породах, плотность трещин (величина, обратная расстоянию между ними), как иногда думают, связана с кривизной слоев горных пород. Самая высокая плотность трещин, кажется, приурочена к местам максимального искривления слоев горных пород (как в шарнирах складок), и это отношение часто используется для помощи в планировании производства гидроразрыва при разработке месторождений.
Рисунок 30
Трещины, связанные со складкообразованием. Заметьте, что разные сетки трещин связаны с внешней и внутренней поверхностями слоя земной коры