文摘
在地下流体流动基本在各种地质作用包括火山活动、变质作用、矿物溶解和沉淀。也鉴于其相关的经济和社会意义,比如,在地下水和污染物运输、油气运移和沉淀成矿的矿物质。在这个基于实例概述中,我们使用氧化铁沉淀物的分布代表palaeofluid流研究流体流动之间的关系,地质构造和沉积体系结构在沉积岩。我们分析和讨论一些露头砂岩和碳酸盐岩在新西兰,马耳他,犹他州(美国),显示控制流体从简单的地质异构性问题更复杂的网络结构。根据我们的观察和评估广泛发表的文献,我们认为内流结构和网络主要是由结构类型(例如,关节和形变带)、几何(例如,长度和方向),连接(即。网络中连接数)运动学(例如,膨胀和压缩),和交互(如继电器和十字路口)在网络。此外,母岩性质和沉积体系结构代表重要的控制流和可能影响创建混合网络,是网络流的组合结构和地层的渠道。
1。介绍
众所周知,除了内在的岩石和流体性质(即。,porosity, permeability, fluid density, and viscosity), geological structures such as faults, fractures, and deformation bands may also strongly influence fluid flow (e.g., [1- - - - - -4])。了解流体之间的相互作用和地质构造的理解是关键flow-and-reaction-related现象往往在故障定位和骨折(例如,5,6]),因此基本各种地质过程的火山作用和变质作用等,以及矿物溶解和沉淀。理解地下流体流动和反应也是经济和/或社会意义,鉴于其相关性对铁矿石矿藏的勘探和开发,碳氢化合物、地热能源、污染物运输、碳储存和地下水含水层的管理(例如,7- - - - - -17])。
不同类型的结构有不同的对流动的影响。开放性骨折,如关节,可能高导电,而巩固了骨折(静脉)或变形带绝缘的或渗透率很低(例如,18- - - - - -20.])。能够识别和分离之间的不同类型的结构是至关重要的,因为他们可能有不同的对流动的影响。地质结构可以作为管道或流体流动的障碍,或者是两者的结合。他们可能也有强烈的各向异性流属性,例如,作为一个障碍跨断层流动,但作为fault-parallel流管道(见[21- - - - - -25])。这是常见的错误和骨折是瞬态流属性和/或循环在自然界中,错误和骨折不同被开启和关闭流体通过交替压裂、胶结/密封和重复压裂(所谓crack-seal行为;(26- - - - - -30.])。大量研究提供了了解单一结构,或对断层及其交互损伤区域,可能影响流(13,31日,32]。然而,缺点和骨折通常发生在网络(33- - - - - -35]。断层和裂缝网络属性之间的关系(拓扑结构,连接)一方面,和流体在岩石上,仍缺乏约束(例如,36])。此外,它也认识到,沉积体系结构可能会强烈影响流(例如,(37]),但很少有研究解决沉积体系结构和地质结构的相互作用及其对流体流动的影响及周边断裂网络(例如,38])。
出于以上,这项工作的主要目的是给概述,例证,并研究沉积,建筑,结构控制流动的互动现象。要做到这一点,我们检查故障之间的空间关系和骨折,裂缝网络拓扑、沉积体系结构和Liesegang-type反应扩散系统的分布(李四光乐队,例如,39])和氧化铁存款(集体将此称为氧化铁沉淀物(IOPs))。
在最近的一项研究[40),我们调查的作用断裂网络连接在控制局部方解石胶结在石灰岩地区小规模断层和损害。在这里,我们调查更全面的控制流,我们讨论如何影响流体流动(i)母岩性质和沉积体系结构和(2)地质结构和网络结构,以及各向异性、几何、连通性、运动学和相互交互。最后,我们看看混合层的网络和渠道结构的影响。为此,我们研究各种地质构造,骨折,关节,和变形乐队,来自新西兰、马耳他、和犹他州(图1),IOPs代表paleofluid流在砂岩和灰岩的记录。鉴于最近的进步断裂网络分析(例如,35,41- - - - - -44]),我们的地质控制流体流动的概述,也包含量化网络属性流的作用,是相关的。
2。术语
我们遵循结构中定义的术语孔雀et al。45),但对于澄清,我们另外提供一个简短的解释所使用的一些重要术语:(1)骨折:包括关节和缺点,一些研究骨折损伤区域的网络形式部分小规模断层位移(< 1米),包括关节和断层的组合。关节和错误是很难区分的露头,因为厘米级和缺乏位移标记(2)混合网络:使用此处描述网络地质构造如关节或断层与更多的透水层或床的异型的沉积岩增加连接和创建管道网络(3)变形带:描述为表格,毫米宽区域本地化,但非离散和分布剪切和/或压实,和通常是低渗透结构(一般2 - 3,但偶尔6数量级低于主岩渗透性),影响流属性(2,46- - - - - -51](4)氧化铁沉淀物(IOPs):这里用作术语涵盖Liesegang-type反应扩散系统(李四光乐队,例如,(39])和其他氧化铁存款(例如,20.,52])。IOPs是一个常见的副产品流体在岩石如砂岩、灰岩和泥岩。IOPs优先发生在与沉积异构性问题(例如,特定相、地层或边界表面)和/或结构异构性问题(例如,错误和/或其他类型的骨折)在岩石,他们可能被用来推断paleofluid流和重建的历史这样的异构性问题是如何控制流(16,39,52- - - - - -55]
3所示。地质框架研究的网站
从各种网站所公布的新数据收集在新西兰,马耳他,犹他州。我们结合定性的现场照片的例子简单结构单一骨折和变形乐队从新西兰和犹他州,更多的定量研究更复杂的裂缝网络的主要来自马耳他也从新西兰。
3.1。Tongaporutu tarnaki盆地,新西兰
现在新西兰是一个活跃的板块边界适应澳大利亚和太平洋板块的斜收敛(56,57]。变形带例子所呈现从沿海暴露的指责深水浊上中新世山信使tarnaki盆地形成在新西兰北岛西海岸(图1(一))58- - - - - -60]。tarnaki盆地,暴露在岸tarnaki海岸线,在晚白垩世时期形成的最初结果相关的扩展Gondwanan分手开放大陆的塔斯曼海(例如,61年,62年])。盆地已经看到一个复杂的历史,从初始裂谷和被动陆缘阶段,斜复活,套印收敛和张性构造在新第三纪时期(例如,59,63年])。变形带在山上信使形成以前被孩子的描述等。64年和考等。65年];包括在这项研究是碎裂的例子tarnaki海岸悬崖剪切带。
3.2。,北国外来体,新西兰
新西兰的第二个研究区域位于南部海岸的Hokianga北国(图了1(a))。在这里,晚白垩世Punakitere砂岩(66年- - - - - -68年]由大规模与偶尔的企业视野,层次分明的砂岩,坐落在北国外来体(69年,70年),低侵位,发生在Oligocene-Miocene边界(71年]。Hokianga Punakitere砂岩是影响小型断裂网络,面向NNE-SSW和NE-SW IOPs有关。
3.3。Ras红外招待会,马耳他
马耳他群岛,由马耳他群岛,Gozo, Comino(图1(b)),位于东北部的肩膀ESE-WNW-trending潘泰莱里亚裂谷系(72年作为响应),形成弧后扩张相关Apennine-Maghrebian俯冲Miocene-Early晚上新世时期(73年- - - - - -76年]。弧后扩张也形成了ENE-WSW-trending霍斯特和发现,占据了马耳他的结构框架(例如,74年,77年,78年])。Ras的地方研究红外招待会在马耳他岛的西海岸,位于大约1公里到维多利亚线断层的下盘(甚低频(图)1(b);(40,78年,79年]),这是一个正断层最大位移的c。90 (80年]。断层和裂缝网络( )检查可能被认为是子公司的缺点在维多利亚的损伤区线路故障(40,81年]。主机岩石Miocene-age syn-rift,细粒度的有孔虫石灰岩中产海底软泥灰岩的成员(74年,80年]。
3.4。Marsalforn, Gozo
像马耳他岛的主岛,Gozo也是ENE-WSW显著的正断层的特征。然而,岛的西北部,作为区域拉伸应变与潘泰莱里亚断裂事件表达是数组的走滑断层82年]。在Marsalforn学习局部性的缺点(图1(b))发生在海底软泥灰岩成员越低,露头为黄色到橙色,大规模wackestone挤满了有孔虫类和双壳类80年]。
3.5。美国犹他州拱门国家公园
最后研究区域靠近SE犹他州拱门国家公园的入口,美国(图1(c))。从这里例子包括变形带集群的顶壁摩押错,一个各向异性裂缝网络研究断层的下盘石灰岩床,刚从断层面(5 - 15米18,83年,84年]。变形带在风成Entrada砂岩,形成最新的一部分三叠纪早期侏罗纪圣拉斐尔集团(85年,86年]。它由风成沙丘和interdunes炎热和干旱的沿海环境中沉积在Mid-Jurassic时期(84年,86年,87年]。
4所示。数据和方法
田野调查涉及结构现场数据的采集和数字图像从手持相机。IOPs,这些的程度,从照片和草图,映射和船长排水量配置文件记录的骨折表现出剪切位移的证据。
分析裂缝网络的例子,使用高分辨率的摄影数字化网络使用NetworkGT工具箱在ArcGIS [88年]。这样做是为了量化研究网络的拓扑节点和分支(44,89年]。二维网络中的元素分为节点和分支,节点在哪里结束或骨折的交集点,和分支段的断裂痕迹,受两端节点(图2)[42,44]。网络的连接度的比例可以由不同的节点和分支机构,阐述了在桑德森和尼克松44]。从网络的数字化地图,我们使用内核密度测井仪在ArcGIS建于ArcToolbox提取轮廓的地图(我)断裂强度,代表总分支长度每平方米(m / m2),(2)连接节点的频率,说明连接的频率每平方米( )(44]。这些地图提供了一个良好的可视化的内部网络的复杂性和连通性变化。
5。流体与结构的关系和网络的例子:野外观察和表征
5.1。沉积体系结构
我们研究沉积体系结构之间的关系,在很多地方paleofluid流在新西兰北岛和两个被选为例子。图3(一个)照片显示了从一个露头的沿岸,在毫米至厘米级沉积结构创建异构性问题,否则同质Punakitere砂岩。部分岩石brown-orange颜色,由于IOPs,反衬着灰色砂岩。~ 15厘米长联合穿过沉积结构中间的照片。这个关节与高度本地化的IOP信封,蜡烛的联合小费。这个眼压信封也在某种程度上受控于沉积学的异质性,在其上边界遵循砂岩交错层。这说明了流体流动可能受到沉积异构性问题和结构异构性问题的一个例子。第二个例子,图3 (b)是显示厘米见方tarnaki海岸悬崖交错层。泥泞的砂岩主要是灰色的颜色,但一些IOPs染色的部分岩石,填写的交错层的部分照片。这两个例子说明沉积体系结构可以创建空间异构性问题在孔隙度和渗透率产生局部流动路径否则同质的岩石。
(一)
(b)
5.2。简单的地质结构
图4显示关节和他们的关系的例子的IOPs,新西兰北岛。第一个例子(图4(一))显示了两个近似平行的joints-one贯穿关节从左到右,另一个关节,~ 10厘米以上,从左向右和终止在小费。信封的IOPs包含关节,染色周围砂岩brown-orange,显然偏转和缩小之前终止联合小费。这说明这一事实氧化铁矿床的空间分布可以由多个(两个)骨折:信封是广泛的,它是由两个主要关节,和狭隘,它只是由一个控制。Hokianga的另一个例子显示一组联合组成两个right-stepping段(图4 (b))。这节理组与brown-orange氧化铁信封,密切跟踪分割的联合系统。联合系统步骤右旋,信封同样温柔的右旋转变。因此,IOPs,推断paleofluid流,显然是影响关节方面的IOPs遵循关节的程度。这些例子展示了简单的地质结构可以作为渠道,控制和本地化的分布和流动液体。
(一)
(b)
图5提出了变形带内形成的一个例子Entrada砂岩在犹他州。位置显示NW-SE-oriented集群轻轻地SW-sloping路面变形带。集群延伸几十米的长度与宽度可变的~ 1米。前面IOPs位于路面立即向下倾斜的集群,向西南,局部形成砂岩的橘红色的半圈。这些代表对形变带液体的水洼集群作为流体流动的障碍。
(一)
(b)
变形带的例子也记录在tarnaki海岸悬崖,新西兰(图6)。在数据1(c)和6 (b),两个斜变形带十字路口大约60度角。可见一个变形带,作为一种独特的灰色线穿过照片从左至右,似乎没有关联的IOPs。而第二个形变带与IOPs,可见作为一个生锈的橙色线穿过灰色变形带。一个额外的示例数据6 (c)和6 (d)显示了一个变形带穿过一系列眼压方面,显然不是变形带的影响。尽管这些都是变形的例子乐队,他们表现出非常不同与水分的关系,即。,some act as conduits localizing flow, some act as barriers, and others have little or no effect on the distribution of IOPs.
(一)
(b)
(c)
(d)
5.3。简单的结构网络
如前所述,地质构造可以互动,形成网络。在Punakitere砂岩,新西兰,我们记录了一个裂缝网络组成两组正交关节;一个系统性的节理组(趋势右到左;图7(一)由一组卧式()是个趋势从上到下;图7(一))。细长的光环的橘红色的IOPs形式系统的节理组而IOPs卧式不受影响。一个类似的例子是图所示7 (b)包括两组正交裂隙相互正交,彼此紧靠在石灰岩床,位于摩押断层下盘的拱门国家公园,犹他州。再次在这个例子中,一组骨折周围是brown-red光环IOPs(趋势右到左;图7 (b)),而正交交叉裂缝集(趋势从上到下;图7 (b)与IOPs)没有联系。这两个例子说明,并不是所有的网络内部结构的导电流,这是很重要的,因为它将产生各向异性裂隙岩体的流动特性。
(一)
(b)
5.4。复杂结构网络
图中的例子7与两个正交集相对简单的裂缝网络。然而,骨折经常形成更复杂的网络组成的不同的骨折类型以及一系列断裂的大小和方向。下面的例子(图8,9,10和11),我们探索更复杂的裂缝网络和调查不同的裂缝网络属性之间的关系(例如,断裂强度,连接,和位移)和分布的IOPs。这些例子更复杂的裂缝网络与碳酸盐岩的形成中尺度断层系统位于马耳他。第一个例子包括两个相交的部分(I和II;图8(一)),每个由多个关节和小正断层位移的~ 2.5厘米。N-S-oriented段我由两个小,硬链接故障段。E-W-oriented段二世持续2 - 3米转向东方,所覆盖的区域以外的人物8与另一个部分,它提示和重叠形成一个继电器坡道(见图1(一)补充材料(可用在这里))。不同,红色的IOPs是宽的交点段I和II。十字路口也具有更高的强度和频率(数据连接节点8(b)和8(c))。强烈的IOP前面蜡烛去南部和东部第二段我和段,分别。虽然一些地方,小分支节点强度和频率的最大值发现进一步南部和东部的主要部分,在十字路口,只有弱,不连续方面观察到局部,往往在骨折技巧。
在图9,我们有一个正断层系统露出痕迹~ 22米的长度和最大位移~ 25厘米(参见图2在补充材料)。小断层的断层系统由一个网络和骨折这一趋势SE-NW和倾斜~ 60°向西南。为了便于描述,系统主要分为两个截然不同的部分(部分I和II;图9()),它通过一个更强烈的断裂区。等高线地图提出了断裂强度和连接节点的频率数据9(b)和9分别(c),通常表明高连接节点的频率与地区高断裂强度。一系列深刻的红点的眼压方面,主要在下盘的断层系统,形成一个信封~ 50厘米的主要断层段(见插图图9(a))。弱,不连续方面可以观察到本地远离主段,以及几顶壁不连续问题(数据9(一)-9(c)和图2在补充材料(b))。扩大的IOP面前可以观察到两条断层段的链接。然而,这是唯一的位置IOP宽度的同时,增加断裂强度和连接节点的频率。相反,眼压的宽度方面似乎反映出相对位移的变化沿断层系统(图的罢工10)。
最后的复杂裂缝网络的例子是一个长2米的走向滑动断层系统decimeter-scale位移(图11)。断层系统由NNE-trending右旋走滑段分开的一系列ENE-striking centimeter-decimeter-scale拉开结构(参见图3在补充材料)。分支连接节点强度和频率在数字地图11(b)和11(c)显示峰值,主要走滑断层相交;然而,眼压分布之间没有明显的相关性。相反,区域减少漂白/铁的石灰岩可以观察到沿拉开结构,其次是一个更高的IOPs区(图11(一)),这表明这些拉开结构是主要的流管道沿断层系统。
5.5。混合结构网络
在,新西兰,我们记录了一个混合网络,骨折与高渗透交互层(图12)。该混合网络由一个裂缝网络与一组共轭的骨折趋势NNE-SSW NE-SW,相交的角大约70°(数字12(一)和12(b))。在这个例子中,黄褐色的IOPs不仅沿着骨折局部的颜色还在选择相/主机砂岩地层。等高线地图连接节点的频率和分支断裂网络的强度分布在整个网络(数据显示当地的高点12(c)和12(d))。还包括高透水层时,这一个混合动力连接网络,有一个明显的增加节点强度(数字频率和分支12(e)和12(f))。在这种情况下,后断裂网络似乎提供高透水层之间的连接,从而创建一个混合的网络流管道。
6。讨论
在以下分章,我们将首先讨论简单地质异构性问题如何影响流体流动,在继续断裂之前网络属性及其空间变化。
6.1。做简单的地质异构性问题如何影响流?
但是。控制流体的沉积体系结构
流体流动,因此也IOPs的分布,对固有的孔隙网络变化敏感的主机的岩石。沉积物或沉积岩沉积体系的沉积过程的最终产品,成岩作用后,控制颗粒的分布类型、大小、排序、胶结,变更,因此也母岩性质和孔隙空间的配置(即。岩石孔隙度和渗透率)。跨边界表面流属性之间的对比,相边界,床套,和个人的薄层可能是重要的,可能因此被视为一个一阶控制流动行为的变化(见例如,[90年,91年])。例如,钱德勒et al。92年]报道渗透率对比横跨5数量级在41米厚风成砂岩,和1 - 2 magnitude-order渗透率对比个人在单个风成沙丘交错层单元。流体流动和铁氧化物沉积因此可以沉积控制的空间架构,如图3(一个)(图片下方)和图3 (b)交错层,IOPs划定的砂岩。沉积体系结构等代表一个基本控制流体流动在沉积岩;欣赏沉积体系结构的控制流,沉积介质的影响,是一个先决条件,应该伴随考虑结构控制流。
6.1.2。结构类型:管道或障碍呢?
在简要讨论了沉积的控制体系结构可变性,我们继续结构控制流和铁氧化物沉积。结构等缺点,其他类型的骨折,也和变形带代表一个重要的控制流体流动,而关节和启封断层可能形成流体流动的重要渠道,碎裂变形带、静脉和密封故障(例如,错误与页岩涂片,碎裂断层岩石,和胶结)可能代表有效的流(例如,海豹或挡板(2,93年,94年])。
任何公开或渗透骨折(例如,一个未胶结的扩展断裂或错误)可能传输流体(95年- - - - - -97年]。本地化的流体流动,骨折可能因此导致氧化铁沉淀物沉积周围局部(例如,5,39,52,98年])。中的示例数据3和4很好地说明这个问题。IOP包络图3(一个)高度本地化的联合,紧随其范围和蜡烛的小费。我们可以因此假设联合作为流体管道。图中的例子4是相似的,但说明了氧化铁矿床的空间分布可以由多个(两个)骨折。这里,眼压信封也遵循关节的程度,但扩大两个关节存在,表明增强流体流动。
而不是为增强流体流动创造空间,结构也可能成为障碍。这通常是由于粘土涂片或并列的不透水层,而且还通过胶结骨折或低渗透变形乐队(例如,20.,94年,99年,One hundred.])。变形乐队通常有不同的影响流和铁氧化物沉积与开放性骨折相比,能够令人困惑的和/或重定向流(例如,101年- - - - - -103年])。这是为图5,下面的IOPs面前形成一个半圆的形变带集群。变形乐队似乎液体作为屏障,阻塞对低渗透的集群。
然而,由于晶粒尺寸的变化/形状和孔隙空间内变形带、毛细管特性也发生了变化。尽管低渗透,一些变形因此乐队可以作为毛细管管道在包气带104年,105年]。铁oxide-bearing液体可能因此饱和相对低渗透性乐队和沉淀局部氧化铁存款只乐队本身。这是如图6(一)和6 (b),变形带高度的影响可以看到IOPs相比与第二个变形带是完全受水分的影响。
最后,许多结构很少或根本没有对流体流动的影响;在这种情况下,IOPs可能分布在,无论任何结构。数据6 (c)和6 (d)展示一个例子,乐队的铁氧化减少对面一个变形带;变形带似乎没有对流体流动的影响,或者至少不是沉积/ IOPs的分布。变形带、骨折和错误可能很少或根本没有影响流如果岩石的流动性能和结构之间的反差较低。此外,结构,表现出较高的渗透率与母岩可能也对流量的实际效果有限。例如,如果结构孤立或差与其他低渗透结构(tips)周围的液体会流和主岩太高度渗透任何结构影响流量很大程度上如此。在这种情况下,结构的影响将是高度依赖于结构如何形成裂缝的一部分网络,可能强烈的性质有助于控制流(13,40]。这是在下一节中进一步讨论。
6.2。裂缝网络属性及其空间变化如何影响流?
6.2.1。各向异性裂缝数量
尽管上面的示例主要强调骨折,正面定位,开展流或明确禁止流,可以高度骨折对流动的影响变量。如前所述,在人口骨折骨折可以导电,而另一些则不是,或者如果人口是由两个或两个以上的骨折组一套可以导电,而另一组可能不导电(例如,106年])。后者体现在图7(一),其中一个的两组正交裂隙砂岩与IOPs相关联。还请注意,示例(图的IOPs7(一))只是局部地区的along-strike这个集合中的每个断裂的程度。可以观察到类似的情况在图7 (b)沿着限制的一部分,IOPs本地化的石灰岩床两套断裂相互作用,表明这不是限制特定的岩性。IOPs的不规则分布可能与along-strike流属性的可变性的骨折(cf;(107年,108年),可以对短距离显著;只有部分的断裂可能是导电流体迁移的时候,而其他部分可能过于低渗透流体传输。
6.2.2。几何和裂缝网络的连通性
的几何骨折和骨折网络是另一个关键控制流沉积岩(例如,36,40,109年])。长度、方向、分割和断裂强度确定它们对流动的影响。例如,断裂长度和强度确定骨折的总量(长度和/或体积骨折/破碎的岩石),这意味着流体管道的数量或流体障碍,出现在岩石(36,110年]。骨折的几何形状影响的动态流动和流动相互作用的定位,比如在数据中提供的例子4(一)和4 (b)。骨折的长度、方向和强度也确定他们在网络互动,因此,几何控制连接,这是另一个关键控制流体在裂缝网络管理其渗流潜力(36,88年]。
这是突出的例子如图8,最宽的IOPs坐落在前面两条断层段的交点。十字路口也具有较高的分支领域连接节点强度和频率(数字8(b)和8(c)),证实这是一个更高的连通性,因此有潜力成为一个区域流体流动增加。高浓度的连接节点南端的部分我另一方面是不相关的,或影响,IOPs。我们认为这是由于较低的连接(如反映缺乏连接节点)沿着中间段我的一部分,或各向异性等领域潜在的胶结禁止流段我沿着最南端的一部分。
类似例子以前文献中提出,在流体流动与断层和裂缝路口直接相关。尼克松et al。111年]调查Kilve正常故障继电器,英国,和说明,方解石脉,代表过去的管道,在较大的孔径发生在十字路口和地区静脉高强度(频率与光阑静脉> 1毫米单位长度)。Dockrill,施普顿(10]目前的另一个例子,他们看着结构控制泄漏自然有限2沿着小存储网站大洗犹他州的断层和盐洗。有限公司2带电地下水沉淀石灰华成堆当到达水面,和野外观察表明这些成堆倾向于本地化错误的十字路口。Dockrill,施普顿(10)也使用氧化铁还原作为证据的痕迹paleofluid流与断层及其相关损伤区。其他沉淀物作为流体的证据显示断层和裂缝路口管道钟乳石。钟乳石洞穴碳酸盐表明高的流体dilational慢跑和骨折路口,钟乳石在哪里比沿着其余的骨折(112年]。
6.2.3。运动学和相互作用对流动的影响
的运动学结构也很重要。率、分布、定时和断层滑动的大小可以控制程度作为管道流动。大滑通常是与更大的变形和有关,因此,也更倾向于传输液体,如示例图9,眼压乐队的总体宽度分布在断裂网络似乎与位移分布在网络中的主要正断层(图10)。突出,红点的IOPs下盘展览整体扩大从E W,逐渐减少对大肠这个一般向西扩大氧化方面的与之对应的西增加正常的位移。时机和episodicity滑也很重要;例如,断层活化和新生滑导致重新密封故障(例如,25,32,113年])。
对于大多数断裂和变形带类型,一般确实是结构影响净容积增加(例如,关节和扩张乐队)倾向于积极影响流动,而结构影响净容积损失(例如,缝合线和压实带)可以减少流属性(例如,19,114年,115年])。结构受剪切运动可能形成管道或障碍流根据低渗透断层岩石的存在,任何光圈/打开礼物,或水泥。这是在图所示的示例中突出显示11的分布和程度,IOPs表明他们是优先沿着opening-dominated本地化撕开的裂缝网络,而他们不存在shear-dominated走滑段。这与先前的研究结果,对应的字段和造型,流体流动的本地化特别是在故障/断裂慢跑或十字路口(例如,15,115年,116年])。
此外,骨折的相对定位套与过去和现在的应力场也可能决定他们的流动特性;骨折,积极面向相对于最大主应力轴可能会保持打开状态(导电),而不适宜地面向可能关闭(绝缘的)117年]。这可能会导致一些骨折组网络中形成开放的渠道,而其他骨折组在同一网络是绝缘的。这是一个可能的解释对比两套断裂如图的行为7(一)和7 (b)。行为也反映了属性,通过时间和空间变化,像一些在开放和封闭骨折之间的变化由于胶结和溶蚀和裂缝,并根据流体流动的相对时间,胶结,变形时流体系统中存在(例如,53,93年,94年])。然而,一个更复杂的断层或裂缝网络,经常发现在继电器的故障链接区域,将增加开放性骨折的可能性,因为它包括更高的断裂强度与更广泛的断裂方向的机会积极面向骨折存在高(40,107年]。
6.2.4。混合的网络渠道
前面几节中讨论的不同方面都是独立的重要控制流体流动。然而,它往往是上述效应之间的相互作用,是控制流体流动的关键,即。异物,沉积和结构之间的相互作用。这已经在先前的研究,例如可能影响(i)光源在石油储层流体(例如,(37]),(2)白云石化作用在裂谷盆地28),(3)fault-bound碎屑沉积成岩蚀变的裂谷盆地(如,[25])。然而,沉积和结构之间的交互控制流也可以考虑从网络的角度(美国标准44]),不良记录在文学的关系,因此,这是小说的贡献研究数据库。
通过图12,我们提出一个混合网络结构和沉积渠道,IOPs遵循两个骨折的地方的网络以及一些层砂岩。这种组合的facies-selective和palaeoconduits fracture-controlled IOPs描绘了一个复杂的网络。示例表明,开放性骨折和高渗流层可以提供一个人脉广泛的混合网络的流体管道,随着演示了通过增加分支强度(比较图12与图(e)12(f))和连接节点的频率(比较图12与图(c)12(d)),断裂网络有助于透水层之间创建一个连接,反之亦然。这突显出相fracture-controlled管道和管道之间的交互,并说明如何考虑沉积或孤立的结构元素可能会导致一个不完整的潜在paleofluid管道(数字的理解12(c)和12(e))。
6.3。评估地下流体流动的影响
本文提出了一种新的视角对流体流动结构和地层控制,将网络分析纳入概述在沉积岩地质控制流。了解流体通过地质构造和断裂网络广泛的原因很重要。这包括烃密封的风险评估、氡气危害地图,预测地震定位,连接到地下水资源管理和地热能源,等等。例如,加特雷尔et al。93年)检查错路口烃渗漏区通过数值模型,他们发现,区域的高膨胀生成接近断层路口,导致高渗透区域的浓度开放性骨折的理想流体迁移。因此,了解流体管道的位置,我们列出,此处的例子,可以经济重要性的理解油气泄漏的风险或定位在经济上重要的矿床8,13,17,96年,118年]。
了解流体流动之间的关系、结构和沉积岩沉积体系结构也适用于环境问题,像存储有限公司2、放射性废物处置污染物运输、地下水和流动模式(7,10,16]。机制与更深的位置(地下水位以下),高放射性核废料,例如,地下水辐解,可以形成方面与高放射性核废料的IOPs区(6,16,52]。这使得流体流动,因此IOPs,对放射性废物的迁移的理解很重要。另一种流体储存在地下仓库有限公司2,这也是高度依赖渠道或障碍。施普顿et al。119年)检查公司的证据2迁移沿着正常的缺点,发现间歇泉和碳氢化合物的渗透本地化以及缺点。支持他们的观察Dockrill,施普顿(10),调查了结构控制有限公司2泄漏自然存储站点和野外观察的漂白和矿化表明paleofluid流在损伤区断裂网络的缺点。这些结果表明的重要性的知识结构特点,以防止有限公司2泄漏到大气中。
流体流动的理解和预测沉积岩在地下造型也具有极高的价值(7,11,16,82年,96年,120年- - - - - -122年]。因此,流体流动与骨折的量化,裂缝网络,和沉积结构可以帮助改善我们的理解和预测地下流体流动的,和高价值。
7所示。结论
在本文中,我们已经讨论了关键结构对流体流动的控制沉积岩石和流体流动之间的关系,结构和沉积体系结构。特别是,我们专注于骨折的作用网络流上的属性,所扮演的角色混合网络,这是糟糕的记录。我们的研究提供了一个简单的概述,直接观测证据不同的控制流体流动,使用氧化铁沉淀物(IOPs)作为证据paleofluid流模式。此处的例子是在一个示意图组装说明图13。随着文献综述,这些例子让我们识别一些仪器的关键因素在控制全球在沉积岩中流体流动模式:(1)沉积体系结构和母岩性质代表一个一阶控制流体流动在沉积岩,和流动性能对比与不同边界表面相,床,和个人薄片可能足以控制和定向流动(2)管道和/或障碍的潜在地质结构如断层、裂缝和变形带是影响流的关键;而关节和启封断层可能形成流体流动的重要渠道,碎裂变形带、静脉和密封故障(例如,错误与页岩涂片,碎裂断层岩石,和胶结)可能代表有效印章或挡板流(3)各向异性裂缝人群,如断裂性质不同空间和/或暂时在单一结构或网络内,可能会导致微分对流动的影响(4)在裂缝网络,几何和连通性裂缝的形成网络是理解的关键流程的一部分。骨折的长度、方向和强度确定个人骨折在网络交互,进而控制网络连接,因此渗滤阈值和流量在网络属性(5)运动学和交互网络内其他关键因素控制流。而结构由opening-mode位移通常有一个积极的影响流,关闭方式位移一般减少流,和结构受剪切运动可能形成管道或障碍根据低渗透断层岩石的存在,现有的光圈,或水泥(6)最后,我们表明,混合网络代表了一个强大的控制流结构和地层的渠道可以形成一个人脉广泛的交互渠道网络
除了这些因素,结构控制流体高度依赖于时间、岩石的性质和地质构造可能是暂时性的,随时间周期性变化。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
我们承认资助个人博士授予Vilde Dimmen VISTA-a基础研究”项目的合作挪威科学院和字母和Equinor(批准号6272)。方面Rotevatn也承认ANIGMA项目资金从挪威的上下文中研究委员会ENERGIX项目(批准号244129 / E20),并通过Akademia Equinor协议。Kari Nærland大卫•孔雀托马斯•伯格Kristensen Bastesen大船,Arild安德森感谢鼓舞人心的讨论。孔雀也感谢介绍我们Gozo位置使用。
补充材料
示例1:(a)概述示例1的照片,Ras ir招待会、马耳他、特写照片显示氧化铁沉淀物的光环;(b)骨折photomosaic网络;(c)数字化断裂网络的位置。示例2:(a)概述示例2的照片,Ras红外招待会,马耳他;(b)特写照片显示氧化铁沉淀在沿断层下盘乐队;(c) photomosaic断裂网络的沿着断层;(d)数字化断裂网络的位置。示例3:(a)概述示例3的照片,Marsalforn,马耳他;(b) photomosaic断裂网络的特写照片显示了氧化铁沉淀在拉分开;(c)数字化断裂网络的位置。(补充材料)