陳世悅，龔文磊,2，張　順，蒲秀剛，馬洪坤，時戰(zhàn)楠，張　躍

(1.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東 青島　266404；2.中國石油 長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽　745000；3.中國石油 大港油田研究院，天津　300280)

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黃驊坳陷滄東凹陷孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育特征及主控因素分析

陳世悅1，龔文磊1,2，張順1，蒲秀剛3，馬洪坤1，時戰(zhàn)楠3，張躍1

(1.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東 青島266404；2.中國石油 長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽745000；3.中國石油 大港油田研究院，天津300280)

黃驊坳陷滄東凹陷孔二段泥頁巖沉積厚度大，有機質豐度高、類型好，是泥頁巖致密油氣勘探開發(fā)的重點層位之一。在巖心精細觀察與描述基礎上，利用偏光顯微鏡、熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡觀察以及X射線衍射分析、巖石熱解分析等技術手段，對滄東凹陷孔二段泥頁巖的巖石學特征、裂縫類型及發(fā)育特征(長度、開度、角度、充填物等)進行研究，并分析了裂縫發(fā)育的主控因素。滄東凹陷孔二段泥頁巖主要由長英質礦物、碳酸鹽礦物及黏土礦物組成，主要巖性包括云質泥巖、砂質泥巖、泥質云巖、砂質云巖及白云巖等，沉積構造類型包括塊狀構造、層狀構造、紋層狀構造及透鏡狀構造等。孔二段泥頁巖主要發(fā)育構造縫、層理縫、差異壓實縫及異常高壓縫等4種裂縫，其中構造縫最發(fā)育，其次為層理縫和差異壓實縫，異常高壓縫發(fā)育較少，裂縫中充填物主要包括黃鐵礦、方沸石、方解石及瀝青等。研究表明，構造作用、巖性與礦物組成、沉積構造、成巖作用及有機質豐度是控制滄東凹陷孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育的主要因素。

泥頁巖；裂縫；主控因素；滄東凹陷；孔二段

0　引　言

泥頁巖油氣的成功開發(fā)，使邊緣資源轉變?yōu)橹匾茉矗茉粗行囊灿芍袞|轉到西半球，改變了世界油氣的版圖和石油世界新秩序[1]。北美地區(qū)五大頁巖氣系統(tǒng)取得的成就，極大地推動了國內泥頁巖油氣的研究。自2010年開始，國內油田公司相繼在四川盆地、鄂爾多斯盆地等泥頁巖層段鉆遇油氣顯示，揭示了國內泥頁巖油氣的勘探潛力。國內學者對泥頁巖的巖性巖相特征、儲層特征、力學特征及沉積環(huán)境等進行了深入的研究和探討，為國內泥頁巖油氣的勘探開發(fā)奠定了堅實基礎[2-7]?？碧綄嵺`證明，裂縫不僅為頁巖氣提供儲集空間，也可為頁巖氣生產提供運移通道[8-11]。裂縫的發(fā)育不僅有助于泥頁巖層中游離氣體積的增加，還有助于吸附氣的解吸[12-13]。裂縫發(fā)育程度是頁巖致密儲集體能否具有滲流能力，并進而形成工業(yè)產能的基礎[14]。國內外學者針對泥頁巖裂縫的發(fā)育類型、特征及控制因素的研究[15-17]，多集中在海相地層，對中國東部構造活動強烈的陸相湖盆地層中泥頁巖裂縫的發(fā)育類型及特征認識不深。

始新統(tǒng)孔店組孔二段(Ek2)泥頁巖是黃驊坳陷最優(yōu)質烴源巖，最大厚度可達400 m，有機碳含量平均3.1%，以Ⅰ型干酪根為主，是滄東凹陷的主要生油層系[18-19]，但由于孔二段泥頁巖在渤海灣盆地內分布范圍有限，目前缺少針對孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育特征的研究。GX井、GDX井、WX井是滄東凹陷內3口專探致密油氣與頁巖油氣的重點探井，其中GX井連續(xù)取心超過500 m，為研究孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育特征打下了良好的基礎?？锥沃黧w埋深小于4 000 m，熱演化程度中等偏低，以產低熟到成熟原油為主[20]，對儲集層要求較高，裂縫的發(fā)育可以極大地改善巖石儲集性能。因此，開展孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育特征的研究，對尋找頁巖油氣有利勘探層段具有重要意義。

1　區(qū)域地質背景

滄東凹陷位于黃驊坳陷南部，為第二大富油凹陷，勘探面積4 700 km2，是一個由西南向東北方向張開的狹長形新生代斷陷盆地[21]。凹陷西側發(fā)育滄東斷層，東側發(fā)育徐西斷層，發(fā)育滄東、南皮、小集、常莊等4個次級凹陷，其中滄東次凹和南皮次凹構成滄東凹陷的主體(圖1)。

圖1　滄東凹陷構造綱要圖Fig.1　Tectonic outline of Cangdong Sag

滄東凹陷自始新世以來沉積了古近系孔店組、沙河街組與東營組，新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組，第四系平原組?？椎杲M根據巖性的差異自下而上劃分為孔三段(Ek3)、孔二段(Ek2)和孔一段(Ek1)，其中孔二段自下而上又進一步劃分為Ek24、Ek23、Ek22、Ek21等4個亞段。Ek24亞段為砂巖集中發(fā)育段；Ek23亞段以發(fā)育半深湖相、深湖相黑色泥巖和油頁巖互層為特征；Ek22亞段下部發(fā)育半深湖相泥質沉積，上部發(fā)育砂質濁積扇沉積；Ek21亞段下部發(fā)育油頁巖或薄層狀白云巖，上部以泥巖為主[19]。本文主要研究Ek21亞段泥頁巖及Ek22+Ek23亞段泥頁巖的裂縫發(fā)育特征及控制因素，其中Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段主要由Ek22亞段下部及Ek23亞段構成。

2　巖石學特征

本文泥頁巖指廣義泥頁巖，即由粒徑小于62 μm的細粒沉積物所構成的巖石，組分包括有機質、長英質礦物、黏土礦物及碳酸鹽礦物等[2]。借助巖石薄片鑒定及X射線衍射分析等技術對研究區(qū)孔二段泥頁巖的組成礦物進行鑒定和識別。研究表明，孔二段泥頁巖的礦物組成與國內湖相泥頁巖相似，主要由長英質礦物、黏土礦物及碳酸鹽礦物構成，含量均介于20%～40%之間，無絕對優(yōu)勢礦物，差異性體現在發(fā)育大量方沸石，最高可達23%。X射線衍射結果表明：長英質礦物、碳酸鹽礦物等脆性組分相對發(fā)育，長英質礦物平均含量為32.79%，碳酸鹽礦物平均含量為36.04%，黏土礦物平均含量為23.9%(表1)。黏土礦物以伊利石、伊/蒙混層礦物為主，發(fā)育少量綠泥石及綠/蒙混層礦物。伊利石相對含量46.31%，伊/蒙混層礦物相對含量為42.24%，綠泥石相對含量為8.82%，綠/蒙混層礦物相對含量為2.63%。

泥頁巖作為陸相湖盆深水沉積的主體部分，具有巖石類型復雜、沉積構造多樣、非均質性強等特點[14]。通過對滄東凹陷GX井、GDX井及WX井等孔二段泥頁巖巖心的精細觀察，結合巖石薄片鑒定及X射線衍射分析的結果發(fā)現，研究區(qū)孔二段泥頁巖發(fā)育云質泥巖、砂質泥巖、泥質云巖、砂質云巖及白云巖等多種巖石類型，其中云質泥巖、砂質泥巖和泥質云巖最為發(fā)育，構成孔二段泥頁巖的主體。沉積構造揭示了泥頁巖沉積時的水動力條件和氣候演化等特征[24]，是泥頁巖沉積學研究的重要組成部分?？锥文囗搸r發(fā)育塊狀構造、層狀構造、紋層狀構造及透鏡狀構造等4種主要的沉積構造類型，其中又以塊狀、層狀及紋層狀3種沉積構造類型最為常見。研究區(qū)白云巖多以透鏡體狀產出，而透鏡狀沉積構造也主要見于白云巖中。

3　裂縫類型及分布特征

裂縫為巖石的不連續(xù)面，構造作用、成巖作用及沉積作用等都可能是其產生的原因。裂縫對改善低孔低滲泥頁巖儲層物性、指導后期水平壓裂有重要意義[10]。

3.1裂縫類型

裂縫的分類方法種類繁多[15-16]，側重點各異，本文主要采用成因分類法。通過借助巖心精細觀察及普通光學顯微鏡，對孔二段泥頁巖裂縫的類型、長度、角度、開度及充填物等特征進行了統(tǒng)計和分類(圖2)。累積觀察巖心厚度469.25m，統(tǒng)計裂縫1 497條，識別出構造縫(612條)、層理縫(460條)、異常高壓縫(70條)及差異壓實縫(355條)等4種成因裂縫。由于Ek21亞段泥頁巖裂縫的發(fā)育特征與Ek22+Ek23亞段具有相似性(圖2)，因此本文以Ek21亞段為例對孔二段泥頁巖裂縫的發(fā)育特征進行詳細闡述。

表1　滄東凹陷孔二段泥頁巖礦物組成特征

3.1.1構造縫

構造縫是由于局部構造作用所形成的或與局部構造作用相伴而生的裂縫，主要是與斷層和褶皺有關的裂縫，其方向、分布和形成均與局部構造的形成和發(fā)展有關，包括張性裂縫、剪性裂縫2種[25]。滄東凹陷構造活動強烈，邊界斷層的活動，導致孔二段在沉積、成巖后經歷了強烈的應力改造，發(fā)育大量構造裂縫，其中主要為張裂縫。

表2　滄東凹陷孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育特征參數

通過對巖心的精細觀察發(fā)現，Ek21亞段泥頁巖中構造縫以高角度縫為主，相對頻率均在50%以上，平均角度為58°，開度介于0.1～0.3 mm之間，平均開度0.26 mm(表2)，充填物主要為黃鐵礦、瀝青及方解石。鏡下觀察，構造縫開度較小，往往被油質充填，呈青黃色熒光(圖3)。構造縫主要發(fā)育在脆性礦物含量較高的巖石中，研究區(qū)構造縫主要發(fā)育在泥質云巖、砂質泥巖中。

3.1.2層理縫

層理縫是層間頁理縫的簡稱，指頁巖中紋層面間的裂縫，主要發(fā)育在具有紋層狀構造的泥頁巖中。由于層理面多為巖性過渡面，紋層面即為潛在的裂縫界面，因此在受力后極易破裂。研究表明，滄東凹陷孔二段泥頁巖中層理縫極發(fā)育，裂縫角度多集中在0°～5°之間，開度多為0.1～0.3 mm，開度較大的裂縫常被瀝青、黃鐵礦全充填(表2)。通過熒光薄片觀察，層理縫開度普遍較小，但均有油質浸染，呈青黃色熒光。通過激光共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現，具紋層狀沉積構造的云質泥巖及泥質云巖中層理縫極為發(fā)育，油質組分常順層理縫向兩側浸染(圖3)。這種近水平裂縫與高角度張性構造縫組成泥頁巖中天然的裂縫網絡，可以極大地改善泥頁巖儲層的物性。

3.1.3差異壓實縫

差異壓實縫又稱為垂向差異載荷裂縫，是由于地層垂向載荷的差別導致垂向主應力變化而在巖石中形成的裂縫[25]。地層厚度不均勻和壓實系數不相同均可導致差異壓實作用的發(fā)生。以往研究中，差異壓實縫多發(fā)育在三角洲前緣和坡度較大的砂泥不均勻互層區(qū)[26]，而滄東凹陷孔二段沉積時期，湖盆地形整體較平緩[27]，沉積厚度較均勻，不具備上述大型差異壓實縫發(fā)育的條件，但筆者在對孔二段泥頁巖巖心進行精細觀察過程中發(fā)現了大量長度普遍小于10 cm的小型差異壓實縫(圖3)。

研究發(fā)現，滄東凹陷孔二段泥頁巖中發(fā)育大量厚度為5～10 cm的白云巖透鏡體，幾乎所有的差異壓實縫都發(fā)育在白云巖透鏡體中。統(tǒng)計表明，Ek21亞段泥頁巖中差異壓實縫以近垂直縫為主，頻率達77.42%，平均開度0.62 mm(表2)，其中開度大于1 mm的裂縫占38.71%。由于受到透鏡體大小的限制，差異壓實縫長度較短，主體在10 cm以內，主要為方沸石半充填，部分可見油浸現象。鏡下觀察發(fā)現，差異壓實縫中普遍含油，熒光呈現青黃色(圖3)。差異壓實縫雖然長度有限，但其較大的開度和數量，有助于改善泥頁巖儲層物性。

3.1.4異常高壓縫

由于快速沉積作用造成泥頁巖欠壓實，或泥頁巖在封閉狀態(tài)下，由黏土礦物轉化脫水、生烴增壓和水熱增壓等綜合作用形成異常高流體壓力，當流體壓力的超壓值(大于靜水柱壓力的部分)等于基質壓力的1/2或1/3時，即可產生裂縫，形成異常高壓裂縫[28-29]。巖心上觀察，滄東凹陷孔二段泥頁巖中異常高壓縫常成組出現，裂縫數量有限，相對不發(fā)育，且多為蛇曲狀產出。Ek21亞段泥頁巖中異常高壓縫以高角度裂縫為主，其次為低角度縫和近垂直縫，兩者頻率相當，裂縫長度較短，多集中在0～5 cm之間(圖2)，開度較大，平均為0.7 mm，但均被黃鐵礦充填。熒光薄片觀察發(fā)現，異常高壓縫為蛇曲狀，呈現淡黃色熒光顯示(圖3)。研究區(qū)部分異常高壓縫中可見浸染狀黃鐵礦伴生的現象，分析認為是由于富含鐵離子的地層水在流經異常高壓縫時，順層浸染而成。

3.2裂縫垂向分布特征

3.2.1滄東凹陷Ek21亞段裂縫垂向分布特征

滄東凹陷Ek21亞段上部主要發(fā)育紋層狀云質泥巖、塊狀粉砂質泥巖，下部以發(fā)育紋層狀泥質云巖為主。GX井鉆取Ek21亞段73.4 m，共統(tǒng)計裂縫246條，其中構造縫93條、層理縫114條、差異壓實縫31條、異常高壓縫8條，裂縫線密度為3.35條/m。統(tǒng)計表明，Ek21亞段構造縫集中發(fā)育在2 921～2 949 m和2 973～2 989 m兩個深度段；層理縫主要發(fā)育在2 961～2 989 m深度范圍內；差異壓實縫主要發(fā)育在2 929 m～2 945 m深度范圍內；異常高壓縫數量較少，規(guī)律性不明顯。整體看來，GX井區(qū)Ek21亞段存在兩個裂縫發(fā)育帶：2 929～2 941 m裂縫發(fā)育帶，共發(fā)育裂縫39條，線密度達3.25條/m；2 969～2 989 m裂縫發(fā)育帶，共發(fā)育裂縫148條，線密度達7.4條/m，遠高于該亞段裂縫的線密度(圖4(a))。

GDX井鉆取Ek21亞段68.4 m，共統(tǒng)計出裂縫173條，其中構造縫97條、層理縫34條、差異壓實縫23條、異常高壓縫19條，線密度為2.53條/m。GDX井區(qū)Ek21亞段構造縫分布范圍較廣，在4 083.4～4 131.4 m深度范圍內相對集中；層理縫主要分布在該亞段的底部；差異壓實縫和異常高壓縫發(fā)育帶基本一致，主要集中在4 103.4～4 131.4 m深度段內。整體看來，GDX井區(qū)Ek21亞段存在兩個裂縫相對集中帶: 4 083.4～4 099.4 m裂縫發(fā)育帶，以構造縫為主，共發(fā)育裂縫38條，線密度達2.375條/m；4 103.4～4 131.4 m裂縫發(fā)育帶，共發(fā)育裂縫99條，線密度達3.54條/m，高于整體線密度(圖4(b))。

綜合GX井區(qū)和GDX井區(qū)Ek21亞段裂縫垂向分布特征認為，滄東凹陷Ek21亞段裂縫發(fā)育帶位于該亞段中下部，線密度4.55條/m，以發(fā)育構造縫和層理縫為主。

3.2.2滄東凹陷Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段裂縫垂向分布特征

滄東凹陷鉆遇Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段的取心井較少，GX井鉆取該層段泥頁巖巖心333 m，主要發(fā)育紋層狀泥質云巖、紋層狀云質泥巖、塊狀泥質云巖及透鏡狀白云巖，下部可見層狀砂質泥巖和塊狀砂質泥巖等。GX井區(qū)Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段裂縫極為發(fā)育，共統(tǒng)計裂縫1 078條，其中構造縫422條、層理縫312條、差異壓實縫301條、異常高壓縫43條，線密度3.24條/m。

圖5　滄東凹陷Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段裂縫垂向分布圖Fig.5　Vertical distribution characteristics of shale fracture of Ek22 and Ek23 in Cangdong Sag

統(tǒng)計表明，該層段構造縫線密度1.27條/m，存在3 027～3 069 m、3 153～3 209 m和3 265～3 335 m三個裂縫發(fā)育帶。層理縫主要發(fā)育于3 195～3 279 m深度范圍內；差異壓實縫也存在3 027～3 097 m、3 139～3 181 m和3 251～3 293 m三個裂縫發(fā)育帶；異常高壓縫集中發(fā)育于3 307～3 349 m深度范圍內。整體看來，GX井區(qū)Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段存在4個裂縫發(fā)育帶：3 055～3 083 m裂縫發(fā)育帶，共計裂縫105條，線密度3.75條/m，以發(fā)育差異壓實縫和構造縫為主；3 139～3 181 m裂縫發(fā)育帶，共計裂縫170條，線密度4.05條/m，也以發(fā)育構造縫和差異壓實縫為主；3 195～3 237 m裂縫發(fā)育帶，共計裂縫169條，線密度4.02條/m，以發(fā)育層理縫為主；3 265～3 293 m裂縫發(fā)育帶，共計裂縫112條，線密度4條/m，以發(fā)育層理縫、構造縫及差異壓實縫為主(圖5)。研究表明， Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段的裂縫發(fā)育帶主要集中在Ek23亞段中，為紋層狀云質泥巖與塊狀泥質云巖發(fā)育段，Ek22亞段泥頁巖中裂縫相對較少。

4　裂縫發(fā)育主控因素分析

泥頁巖中裂縫的發(fā)育是多種因素共同作用的結果，結合滄東凹陷孔二段泥頁巖裂縫發(fā)育的特征分析認為，其主控因素包括構造作用、巖性與礦物組成、沉積構造、成巖作用與有機質豐度等。

4.1構造作用

構造作用是控制構造裂縫發(fā)育的主要外在影響因素，在其他條件基本一致的情況下，構造活動越強烈，構造應力集中和釋放的過程越頻繁，裂縫越發(fā)育。滄東凹陷構造裂縫極為發(fā)育，占統(tǒng)計裂縫總條數的40.88%，線密度達1.3條/m。構造縫的發(fā)育與盆地新生代的斷裂活動密切相關。

滄東凹陷自西向東發(fā)育滄東、孔西、孔東及徐西等主要斷層。滄東斷層為黃驊坳陷的控盆邊界斷層，為一級斷層，發(fā)育于印支期，在孔店期活動性最強，斷層分段性明顯。徐西斷層為盆地內二級斷層，最早活動于Ek1亞段沉積早期，在Ek1—Es2+3期活動強烈?？讝|和孔西斷層分別位于孔店凸起的東西兩側，為盆地內三級斷層，此外盆內還發(fā)育由二、三級斷層派生的大量四級斷層。邊界斷層的活動還導致盆地發(fā)生構造反轉，形成孔店凸起等背斜構造帶[30]。綜合滄東凹陷新生代斷裂活動規(guī)律認為，滄東凹陷孔二段構造縫主要存在兩個集中發(fā)育期：Ek1上亞段沉積時期，盆地斷裂活動的初始階段，邊界斷層強烈活動，盆地發(fā)生構造反轉，構造作用的疊加和應力方向的轉變?yōu)闃嬙炜p的發(fā)育提供了應力支撐；Es3—Es1時期，沉降中心發(fā)生遷移，盆地內發(fā)育大量的三級、四級斷層，是與斷層活動關系密切的裂縫的主要發(fā)育期。

4.2巖性及礦物組成

巖性對裂縫發(fā)育的控制作用在差異壓實縫的發(fā)育上表現最為明顯，其僅發(fā)育在透鏡狀白云巖中。其次為構造縫，主要發(fā)育在脆性礦物含量較高的巖石中，如泥質云巖、砂質泥巖等。一般認為，脆性礦物含量越高、彈性模量越高、泊松比越低，巖石脆性也就越大[7]，巖石破裂時形成的裂縫網絡越復雜。針對國內陸相湖盆泥頁巖礦物組成特點，常將石英、長石及碳酸鹽礦物界定為脆性礦物[31]。

滄東凹陷孔二段泥頁巖礦物組成較復雜，對鉆遇孔二段的三口取心井的X射線衍射資料研究表明，孔二段泥頁巖以高長英質礦物和高碳酸鹽礦物為特征。泥頁巖的礦物組成是影響構造縫發(fā)育的內在因素。通過對比研究GX井Ek23亞段泥頁巖的礦物組成特征及構造縫發(fā)育特征發(fā)現，該亞段泥頁巖中構造縫的發(fā)育與泥頁巖中長英質礦物含量呈正相關，而與碳酸鹽礦物含量呈負相關(圖6)，與粘土礦物的關系不明顯。分析認為，礦物自身的應力特征決定了其對巖石脆性貢獻的大小。石英等長英質礦物的脆性普遍優(yōu)于方解石等碳酸鹽礦物的脆性[7]，因此在相同應力條件下，富含長英質礦物的泥頁巖更易產生裂縫。據此推測，滄東凹陷孔二段泥頁巖中構造縫的發(fā)育主要受長英質礦物控制。

4.3沉積構造及成巖作用

滄東凹陷孔二段泥頁巖中，沉積構造主要控制層理縫的發(fā)育，而成巖作用則控制著差異壓實縫和異常高壓縫的發(fā)育。

研究區(qū)層理縫主要發(fā)育在具有紋層狀構造的巖石中，如紋層狀泥質云巖、紋層狀云質泥巖等。滄東凹陷孔二段泥頁巖中的紋層主要由粉砂質紋層、碳酸鹽紋層及粘土紋層三者構成，具層狀、紋層狀構造的巖石主要是由三者中的兩者或者三者交互而成。紋層的過渡面，往往是力學性質薄弱面，在受力后極易沿過渡面破裂，形成裂縫。

差異壓實縫的形成主要是由于透鏡體核部與翼部沉積物的機械壓實量的差異引起。分析認為，由于白云巖透鏡體翼部沉積的泥巖厚度與透鏡體核部沉積的厚度存在差異，且灰?guī)r、白云巖等固結相對較早，壓實量較為有限，導致白云巖透鏡體核部的壓實量與翼部的壓實量存在較大差異，使透鏡體受到近水平的張應力，最終發(fā)生破裂，形成近垂直的裂縫。滄東凹陷孔二段泥頁巖中發(fā)育大量的白云巖透鏡體，為差異壓實縫的形成和發(fā)育提供了物質基礎。成巖作用對異常高壓縫形成的影響主要通過成巖過程中產生的異常高流體壓力來實現，導致異常高流體壓力的成巖作用包括欠壓實、烴類生成、粘土礦物脫水、水熱增壓等。滄東凹陷孔二段泥頁巖中異常高壓縫的數量相對較少，占統(tǒng)計裂縫總量的4.6%，線密度0.15條/m，僅是構造縫線密度的1/10。這可能與孔二段泥頁巖的成熟度相對較低、引起異常高流體壓力的成巖作用不發(fā)育有關。

圖6　滄東凹陷Ek23亞段泥頁巖礦物組成特征與構造縫發(fā)育特征對比圖Fig.6　Comparison between vertical distribution of structural fracture and mineral composition of Ek23 in Cangdong Sag

4.4有機質豐度

有機質作為泥頁巖的重要組成部分，其含量的多少對泥頁巖裂縫的發(fā)育具有重要影響。姜在興等人研究認為，在有機質類型及成熟度相同的情況下，有機質含量越高，泥頁巖中重結晶作用越發(fā)育，巖石脆性越強，因排烴作用引起有機質體積縮小而產生的裂縫也越發(fā)育[32]。丁文龍等人通過對世界各地已投入開發(fā)的泥頁巖有機質豐度與裂縫發(fā)育程度的關系進行研究，以有機碳含量2%、4.5%、7%為界將裂縫發(fā)育程度劃分為差、中等、好及很好4類[33]。

圖7　滄東凹陷Ek21亞段有機質豐度與裂縫發(fā)育程度關系圖Fig.7　Relationship between TOC and fracture density of Ek21 in Cangdong Sag

滄東凹陷Ek21亞段泥頁巖有機質豐度普遍較高，平均值3.82%，最高可達12.92%。通過研究GX井Ek21亞段泥頁巖有機質豐度與裂縫發(fā)育程度的關系發(fā)現，裂縫集中發(fā)育帶的有機碳含量均大于平均值，而裂縫線密度較低的層段有機碳含量也相對較低(圖7)。2 929～2 941 m裂縫發(fā)育帶平均有機質豐度為4.36%，2 969～2 985 m裂縫發(fā)育帶平均有機質豐度在4.30%以上。研究表明，滄東凹陷孔二段泥頁巖中裂縫的發(fā)育與有機質豐度有很好的正相關關系。

5　結　論

(1)滄東凹陷孔二段泥頁巖主要由長英質礦物、碳酸鹽礦物及黏土礦物等三類礦物組成，此外還發(fā)育方沸石、黃鐵礦、菱鐵礦等自生礦物。孔二段泥頁巖的主要巖石類型包括云質泥巖、砂質泥巖、泥質云巖、砂質云巖及白云巖等，沉積構造類型包括塊狀構造、層狀構造、紋層狀構造及透鏡狀構造等。

(2)滄東凹陷孔二段泥頁巖中主要發(fā)育構造縫、層理縫、差異壓實縫、異常高壓縫等4種裂縫。其中構造縫和層理縫最為發(fā)育，其次為差異壓實縫，異常高壓縫發(fā)育較少。Ek21亞段的裂縫集中發(fā)育帶位于該亞段的中下部，Ek22+Ek23亞段泥頁巖層段的裂縫發(fā)育帶位于Ek23亞段。Ek21亞段泥頁巖裂縫整體較Ek22+Ek23亞段發(fā)育。

(3)控制研究區(qū)裂縫發(fā)育的主要因素包括構造作用、巖性與礦物組成、沉積構造、成巖作用及有機質豐度等，其中構造作用、有機質豐度及礦物組成為最主要的控制因素。高長英質礦物含量、較強的成巖作用及高TOC的泥頁巖層段更有利于后期壓裂改造。

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Fracture Characteristics and Main Controlling Factors of Shales of the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag, Huanghua Depression

CHEN Shi-yue1, GONG Wen-lei1,2, ZHANG Shun1, PU Xiu-gang3,MA Hong-kun1, SHI Zhan-nan3, ZHANG Yue1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao，Shandong266404,China; 2.No.2OilProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,PetroChina,Qingyang,Gansu745000,China; 3.DagangOilfieldCompany,PetroChina,Tianjin300280,China)

The shale in the second member of Kongdian Formation(Ek2) in Cangdong Sag with large thickness, high values and excellent types of organic abundance, is one of the important intervals for dense petroleum exploration. Based on the detail observation and description of cores, this paper studied lithologic characteristics, fracture types and development characteristics(including length, opening,angle and filling)of shales in Ek2in Cangdong Sag of Huanghua Depression by the observation of polarizing microscope and fluorescence microscope and laser scanning confocal microscope together with analysis of X-ray diffraction and rock pyrolysis. Furthermore, it analyzed the main controlling factors of fracture development. The shales of Ek2in Cangdong Sag are mainly composed of felsic, carbonate and clay minerals; the main lithologies are dolomitic shale, silty mudstone, argillaceous dolostone, sandy dolomite and dolomite, etc; the main types of sedimentary structures include massive structure, lamellar structure, laminated structure and lenticular structure, etc.Four sorts of fractures develop in Ek2, i.e. structural fracture, interlayer lamellation crack, vertical-difference load fracture and overpressure-breaking fracture, among which the structural fracture is the most, followed by the interlayer lamellation crack and vertical-difference load fracture, and the overpressure-breaking fracture is the least. The main fillings in fractures are pyrite, analcime, calcite and asphalt. The results show that tectonism, lithology, mineral composition, sedimentary structure, diagenesis and organic matter abundance(TOC) are the main controlling factors for the development of fractures in shales of Ek2in Cangdong Sag.

shale; fracture; main controlling factor; Cangdong Sag; Ek2

2015-03-20；改回日期：2015-05-14；責任編輯：潘令枝。

國家自然科學基金項目(41372107)。

陳世悅，男，教授，博士生導師，1963年出生，地質學專業(yè)，主要從事沉積學及巖相古地理研究工作。

Email：chenshiyue@vip.sina.com。

龔文磊，男，碩士研究生，1988年出生，地質學專業(yè)，主要從事沉積學與儲層地質學研究。

Email：gongwenlei1988@163.com。

TE122.2

A

1000-8527(2016)01-0144-11