董大忠 ，施振生 ，孫莎莎 ，郭長(zhǎng)敏，張晨晨，郭雯 ，管全中，張夢(mèng)琪，蔣珊，張磊夫 ，馬超 ，武瑾 ，李寧 ，昌燕

（1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2. 國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，河北廊坊 065007；3. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北廊坊 065007；4. 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；5. 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249；6. 北京大學(xué)地球與空間學(xué)院，北京 100871）

0 前言

黑色頁(yè)巖微裂縫不僅有助于游離態(tài)天然氣聚集和吸附態(tài)天然氣解吸[1]，而且是天然氣運(yùn)移、滲流的重要通道[2]。在儲(chǔ)集層改造過(guò)程中，微裂縫能降低起裂壓力[2]，形成人造裂縫網(wǎng)絡(luò)，增大裂縫總體積，從而提高單井產(chǎn)量和最終采收率[3]。中國(guó)南方奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組（以下簡(jiǎn)稱五峰組—龍馬溪組）頁(yè)巖氣資源豐富，“甜點(diǎn)區(qū)”微裂縫控制“人造氣藏”的效果及單井產(chǎn)量高低[4-5]。頁(yè)巖微裂縫形成受控于區(qū)域構(gòu)造作用[6]、頁(yè)巖巖石組分[7]、頁(yè)巖物性[8]、沉積成巖作用等[9]。在相同區(qū)域應(yīng)力背景下，有機(jī)質(zhì)、石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽等礦物含量是影響裂縫發(fā)育的重要因素[10-11]。目前，中國(guó)南方五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖微裂縫研究主要集中于水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律[12]、裂縫應(yīng)力敏感性[13]、微裂縫擴(kuò)展規(guī)律[14]、頁(yè)巖微裂縫分布[15]等方面，對(duì)微裂縫類型、縱向分布規(guī)律、形成主控因素及成因機(jī)制尚無(wú)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。本文以長(zhǎng)寧縣雙河（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)寧雙河）剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖為例，分析微裂縫類型和縱向分布規(guī)律，探討其形成主控因素與成因機(jī)制，以對(duì)海相頁(yè)巖氣富集機(jī)理研究和頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”優(yōu)選提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和研究資料

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)寧雙河五峰組—龍馬溪組剖面位于四川盆地南部（見(jiàn)圖1左），五峰組—龍馬溪組出露較為完整，頂、底界限清楚，五峰組與下伏寶塔組平行不整合接觸（見(jiàn)圖1右），龍馬溪組與下伏五峰組整合接觸，五峰組—龍馬溪組巖性為大套富含筆石化石和有機(jī)質(zhì)的黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、黑色頁(yè)巖及深灰色粉砂質(zhì)頁(yè)巖，由五峰組底部至龍馬溪組頂部筆石化石逐漸減少、有機(jī)質(zhì)含量逐漸降低。通過(guò)系統(tǒng)綜合的露頭層序地層學(xué)和筆石化石地層學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組WF1—WF4共4個(gè)筆石化石帶發(fā)育完整，龍馬溪組下部LM1和LM2共2個(gè)筆石化石帶發(fā)育完整，各筆石帶發(fā)育1個(gè)至多個(gè)準(zhǔn)層序組。

圖1 長(zhǎng)寧雙河剖面位置及其地層綜合柱狀圖

五峰組—龍馬溪組形成時(shí)期，四川盆地受到來(lái)自南部的構(gòu)造擠壓。該時(shí)期揚(yáng)子克拉通古板塊進(jìn)入前陸盆地構(gòu)造演化階段，為半閉塞滯流海盆沉積環(huán)境，盆地基底東南高、西北低，海域自東南向西北逐漸變深[5]。

1.2 研究樣品及分析方法

本次研究樣品來(lái)自長(zhǎng)寧雙河剖面，分析項(xiàng)目有連續(xù)巖石大樣14 m、203塊巖石大薄片、203塊巖石小薄片、110塊次有機(jī)碳含量（TOC）測(cè)定、110塊次全巖X-衍射測(cè)定和103塊次主微量元素測(cè)試（見(jiàn)圖2），取樣層段為五峰組SWF4段至SWF8段及龍馬溪組SLM1段至SLM5段。SWF1段至SWF2段巖層露頭過(guò)于破碎，僅頂部取樣，龍馬溪組上部SLM5及以上地層有機(jī)質(zhì)含量低、為非頁(yè)巖氣產(chǎn)層，未作為研究層段取樣。取樣中，先用巖石切割機(jī)由下至上（SWF4—SLM5）連續(xù)切取 2份寬度約10 cm、厚度約5～10 cm的露頭巖石樣品14 m，并按鉆井取心方式標(biāo)注位置（順序）、方向和長(zhǎng)度；然后，將其中一份按7 cm（寬）×5 cm（厚）標(biāo)準(zhǔn)制成拋光大樣直接觀察。另一份采用等間距、一一對(duì)應(yīng)方式分割取樣，制作5 cm×7 cm標(biāo)準(zhǔn)巖石大薄片203塊、1 cm×1 cm標(biāo)準(zhǔn)巖石小薄片203塊。大薄片用德國(guó)Leica4500P高精度顯微鏡觀察，小薄片采用普通光學(xué)顯微鏡觀察。采集110塊TOC樣品、110塊全巖X-衍射樣品和103塊主微量元素樣品，其中TOC樣品質(zhì)量大于100 g，全巖X-衍射樣品質(zhì)量大于20 g，主微量元素樣品質(zhì)量大于200 g。TOC值測(cè)量采用總有機(jī)碳分析儀、全巖X-衍射測(cè)試采用X射線衍射儀、主微量元素測(cè)定采用元素檢測(cè)儀，所有實(shí)驗(yàn)均在國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心完成。

圖2 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組取樣位置

微裂縫研究分為巖石大樣精細(xì)測(cè)量研究和大薄片數(shù)據(jù)采集與分析 2個(gè)階段。巖石大樣精細(xì)測(cè)量研究首先垂直層理面將露頭采集的樣品切割成7 cm（寬）×5 cm（厚）長(zhǎng)方體，然后依次用 120號(hào)、320號(hào)和 400號(hào)金剛砂將巖石大樣表面打磨至粒徑0.080 mm、0.050 mm和0.032 mm，再次用粒徑為7 μm和3 μm的金剛砂微粉將巖石大樣表面進(jìn)一步打磨至粒徑0.031 mm和0.030 mm，最后再用拋光劑在拋光機(jī)上對(duì)巖石大樣表面拋光。這些工作完成之后，采用Itrax巖心XRF掃描儀對(duì)巖石大樣連續(xù)掃描，應(yīng)用Adobe Photoshop CS5及以上版本圖形處理軟件對(duì)掃描照片拼接和處理，要求亮度和對(duì)比度合適。最后，以拼接處理后的照片為基礎(chǔ)，對(duì)目標(biāo)層段由下至上統(tǒng)計(jì)微裂縫類型及數(shù)量。

203塊巖石大薄片全部用于開(kāi)展全薄片數(shù)據(jù)采集、拼接和裂縫研究。全薄片數(shù)據(jù)采集選用德國(guó)Leica4 500 P顯微高精度數(shù)字平臺(tái)，用20×10倍鏡頭，將5 cm×7 cm標(biāo)準(zhǔn)大薄片分割成645列×460行，在數(shù)字平臺(tái)上利用正交光開(kāi)展蛇形圖像采集，每張大薄片采集圖像3 200張。圖像采集過(guò)程中，選取對(duì)角線（或者“十”字，或者“井”字，甚至網(wǎng)格）的視域進(jìn)行對(duì)焦，數(shù)字平臺(tái)會(huì)自動(dòng)記錄焦距（Z值），在拍照未對(duì)焦的視域時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整焦距，采集過(guò)程無(wú)需人工調(diào)整Z軸焦距。最后，利用Photoshop軟件在高配置工作站上對(duì)采集的3 200張圖像開(kāi)展無(wú)縫拼接，完成全薄片數(shù)據(jù)拼接。在所有大薄片的全薄片拼接工作完成之后，觀察每塊薄片微裂縫類型和特征，統(tǒng)計(jì)不同類型微裂縫數(shù)量，并結(jié)合TOC值和X-衍射全巖數(shù)據(jù)來(lái)分析不同微裂縫形成主控因素及成因機(jī)理。

2 研究結(jié)果

2.1 微裂縫類型與分布

按照微裂縫與層理面的位置關(guān)系，五峰組—龍馬溪組的微裂縫可分為順層縫和非順層縫。順層縫與層理面平行或傾角小于15°，呈直線狀或雁列狀分布，硅質(zhì)充填，主要為層面滑移縫（見(jiàn)圖3a）、頁(yè)理縫（見(jiàn)圖3b、3e）和構(gòu)造雁列縫（見(jiàn)圖3c）。層面滑移縫分布于細(xì)粒頁(yè)巖中，呈束狀，長(zhǎng)度大于2 mm；頁(yè)理縫發(fā)育于紋層界面處，多為平直斷續(xù)狀，長(zhǎng)度大于2 mm；構(gòu)造雁列縫多發(fā)育于細(xì)粒頁(yè)巖中，長(zhǎng)度小于2 mm，雁列狀分布。非順層縫與層理面相交（見(jiàn)圖 3d）或垂直于層理面（見(jiàn)圖3b），硅質(zhì)充填，按其形態(tài)可進(jìn)一步細(xì)分為剪切縫（見(jiàn)圖3d）和拉張縫（見(jiàn)圖3b、3f）。剪切縫長(zhǎng)度大于2 mm，傾角為15°～45°，拉張縫長(zhǎng)度大于2 mm，與層面近于垂直。五峰組順層縫多以層面滑移縫和構(gòu)造雁列縫為主，龍馬溪組順層縫多以頁(yè)理縫為主。五峰組—龍馬溪組非順層縫多切穿順層縫（見(jiàn)圖3b、3f）或在順層縫位置的傾角發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。

圖3 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組典型微裂縫特征

長(zhǎng)寧雙河剖面龍馬溪組微裂縫密度較高，五峰組相對(duì)較低（見(jiàn)圖 4）。縱向上，龍馬溪組順層縫密度為0～20條/mm，非順層縫為0～43條/mm，微裂縫密度總平均值為0～57條/mm。五峰組順層縫密度為0～10條/mm，非順層縫為0～13條/mm，微裂縫密度總平均值為0～15條/mm。龍馬溪組內(nèi)部，SLM1段微裂縫密度最高（見(jiàn)圖4），順層縫平均值為10條/mm，非順層縫平均值為14條/mm，微裂縫總平均值為25條/mm。SLM2段順層縫發(fā)育，密度平均值達(dá)6.6條/mm，非順層縫密度相對(duì)降低，平均值為 2.6條/mm，微裂縫總平均值為 9條/mm。向上SLM3—SLM5段微裂縫密度逐漸較低，順層縫平均值為1.6條/mm，非順層縫平均值為4.2條/mm，微裂縫總平均值為5.8條/mm。五峰組內(nèi)部，SWF4段裂縫密度最大，SWF5—SWF6段次之，SWF7—SWF8段最小。其中SWF4段順層縫密度平均值為2.7條/mm，非順層縫平均值為3.8條/mm，裂縫總平均值為6.5條/mm。SWF5—SWF 6段順層縫密度平均值為3.7條/mm，非順層縫平均值為2.2條/mm，裂縫總平均值為6條/mm。

龍馬溪組內(nèi)部SLM1段至SLM5段微裂縫特征差異明顯。SLM1段順層縫和非順層縫都十分發(fā)育，在空間上構(gòu)成微裂縫網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖5a）；SLM2段順層縫發(fā)育，非順層縫明顯減少（見(jiàn)圖 4、圖 5b）；SLM3—SLM5段順層縫和非順層縫數(shù)量都進(jìn)一步減少（見(jiàn)圖5c），裂縫總數(shù)也大幅度減少（見(jiàn)圖4）。

圖4 長(zhǎng)寧雙河剖面微裂縫密度縱向分布

圖5 長(zhǎng)寧雙河剖面龍馬溪組SLM1—SLM5段微裂縫類型及特征

2.2 有機(jī)質(zhì)含量與分布

110塊頁(yè)巖樣品TOC值測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖6）表明，長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組TOC值為 1.7%～12.0%，平均值為5.6%。龍馬溪組TOC值高，為3.9%～12.0%，平均值為7.9%，五峰組TOC值低，為1.7%～8.3%，平均值為4.9%。龍馬溪組內(nèi)部，SLM1段TOC值最高，為5.6%～12.0%，平均值為9.6%，SLM2段至SLM5段TOC值逐漸降低，為3.9%～7.6%，平均值為5.2%。五峰組內(nèi)部，由SWF4段至SWF6段，TOC值由1.7%增大至8.3%，SWF6段TOC值達(dá)到最大。SWF7段之后，TOC值逐漸降低，在五峰組頂部降至2.0%。

龍馬溪組TOC值與裂縫密度正相關(guān)，五峰組裂縫密度與TOC值負(fù)相關(guān)（見(jiàn)圖7）。龍馬溪組TOC值小于2%時(shí)，裂縫密度極低，當(dāng)TOC值大于2%時(shí)，TOC值越高，裂縫密度越大，當(dāng)TOC值達(dá)到9%時(shí)，裂縫密度最高達(dá)到60條/mm。五峰組TOC值為2%～8%，裂縫密度為小于12條/mm，隨著TOC值增大，裂縫密度明顯降低。

2.3 層特征與分布

圖6 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組TOC值縱向分布

203塊頁(yè)巖樣品大薄片鑒定及全息照相結(jié)果（見(jiàn)圖8）顯示，長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖層按清晰性可劃分出不清晰、欠清晰、較清晰和清晰 4種層類型[16]。塊狀不清晰層（見(jiàn)圖8a）發(fā)育在五峰組頂部，由中粒頁(yè)巖和粗粒頁(yè)巖組成，內(nèi)部呈塊狀。欠清晰層（見(jiàn)圖 8b）分布于五峰組中部和下部，由中粒頁(yè)巖組成，內(nèi)部紋層界面較模糊，多呈板狀、連續(xù)、平行狀分布，多個(gè)紋層縱向上可構(gòu)成正遞變粒序、反遞變粒序和均質(zhì)狀粒序[17]。較清晰層（見(jiàn)圖8c）分布于龍馬溪組下部，由細(xì)粒頁(yè)巖組成，內(nèi)部可見(jiàn)暗紋層與亮紋層互層，紋層界面較清晰，斷續(xù)、板狀、平行狀分布，暗紋層相對(duì)較厚，可構(gòu)成正遞變粒序、反遞變粒序或均質(zhì)狀粒序；亮紋層相對(duì)較薄，與暗紋層構(gòu)成互層。清晰層（見(jiàn)圖8d）分布于龍馬溪組中、上部，內(nèi)部為暗紋層和亮紋層互層，亮紋層厚度相對(duì)于較清晰層明顯增大，界面清晰，呈板狀或波狀、連續(xù)、平行狀分布，界面多突變接觸。

不同類型層的微裂縫密度存在差異（見(jiàn)圖9）。較清晰層的微裂縫密度最高，平均值達(dá)到12.4條/mm，清晰層的次之，裂縫密度為8.6條/mm。塊狀不清晰層的微裂縫密度進(jìn)一步減小，僅5.2條/mm。欠清晰層的微裂縫密度最低，僅4.6條/mm。由于層狀介質(zhì)間力學(xué)性能差異，導(dǎo)致層界面處易產(chǎn)生剪切應(yīng)變，致使裂縫擴(kuò)展轉(zhuǎn)向，界面處產(chǎn)生的剪切變形越大，微裂縫偏轉(zhuǎn)的角度越大[18]。

圖7 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組裂縫密度與TOC關(guān)系圖

2.4 礦物含量與分布

110塊頁(yè)巖樣品全巖X-衍射測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表1）表明，長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖硅質(zhì)含量14%～75%，平均值為42.5%；碳酸鹽礦物（方解石和白云石）含量5.4%～72.5%，平均值為37.0%；黏土礦物含量7%～32%，平均值為20.5%；長(zhǎng)石含量為1%～9%，平均值2.95%。龍馬溪組頁(yè)巖硅質(zhì)含量為32%～75%，平均值為57%；碳酸鹽礦物含量5%～49%，平均值為22%；黏土礦物含量13%～31%，平均值為21%。五峰組頁(yè)巖硅質(zhì)含量14%～71%，平均值為37.5%；碳酸鹽礦物含量14%～73%，平均值為42.6%；黏土礦物含量7%～32%，平均值為19.9%。五峰組與龍馬溪組相比，后者頁(yè)巖硅質(zhì)含量高，碳酸鹽礦物含量低，黏土礦物含量相近。

圖8 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組層類型及特征

圖9 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組層類型（a）及頁(yè)巖粒度類型（b）與微裂縫密度關(guān)系圖

四川盆地焦石壩頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖硅質(zhì)含量為44.4%，碳酸鹽礦物含量為9.7%，黏土礦物含量為34.6%[19]；威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖硅質(zhì)含量為49%，碳酸鹽礦物含量為2.5%，黏土礦物含量為24%。北美Fort Worth盆地密西西比系Barnett頁(yè)巖硅質(zhì)含量為45%，碳酸鹽礦物含量為8%，黏土礦物含量為27%[2]。長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖與焦石壩、威遠(yuǎn)及Barnett的頁(yè)巖相比，硅質(zhì)含量總體相近，碳酸鹽礦物含量偏高，黏土礦物含量偏低。

龍馬溪組 SLM1段黑色頁(yè)巖硅質(zhì)含量最高（見(jiàn)圖10），平均值為63%，碳酸鹽礦物含量最低，平均值為14%。SLM2至SLM5段硅質(zhì)含量逐漸降低，平均值只有 47%，碳酸鹽礦物含量逐漸增加，平均值為 34%。五峰組SWF5段下部硅質(zhì)含量最高，最大值為71%，向上和向下降低，碳酸鹽礦物含量最低，最小值為14%，向上和向下升高。依據(jù)Lazar等劃分標(biāo)準(zhǔn)[20]，采用刻痕法對(duì)頁(yè)巖粒度進(jìn)行了初步判定，長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組SWF4段和龍馬溪組SLM1段以細(xì)粒頁(yè)巖為主，其他層段為中粒頁(yè)巖和粗粒頁(yè)巖。

圖10 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組礦物含量、層類型及微裂縫密度綜合圖

圖11 長(zhǎng)寧雙河剖面龍馬溪組微裂縫密度與SiO2含量（a）、碳酸鹽礦物含量（b）關(guān)系圖

圖12 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組裂縫密度與SiO2含量（a）、碳酸鹽礦物含量（b）關(guān)系圖

龍馬溪組和五峰組黑色頁(yè)巖微裂縫密度均與硅質(zhì)含量正相關(guān)（見(jiàn)圖11、圖12），與碳酸鹽礦物含量負(fù)相關(guān)。龍馬溪組硅質(zhì)含量低于30%時(shí)，微裂縫密度為零，當(dāng)硅質(zhì)含量高于 30%，硅質(zhì)含量越高，微裂縫密度越大，當(dāng)硅質(zhì)含量達(dá)到 70%時(shí)，微裂縫密度達(dá)到 60條/mm。當(dāng)碳酸鹽礦物含量為 10%時(shí)，微裂縫密度為 60條/mm，而當(dāng)碳酸鹽礦物含量為 50%時(shí)，微裂縫密度幾乎為零。五峰組硅質(zhì)含量低于 30%時(shí)，微裂縫密度為零，當(dāng)硅質(zhì)含量高于30%時(shí)，微裂縫密度為1～13條/mm；碳酸鹽礦物含量集中分布于30%～50%，微裂縫密度為0～14條/mm。

五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖顆粒越細(xì)，微裂縫密度越大（見(jiàn)圖9）。細(xì)粒頁(yè)巖微裂縫密度最高，平均值為 22.5條/mm，中粒頁(yè)巖微裂縫密度次之，平均值為6.5條/mm，粗粒頁(yè)巖微裂縫密度最小，為5.5條/mm。

3 討論

3.1 微裂縫發(fā)育主控因素

四川盆地五峰組—龍馬溪組硅質(zhì)礦物主要為生物來(lái)源，少量為陸源碎屑成因。103塊樣品的主微量元素分析發(fā)現(xiàn)，龍馬溪組Zr含量與SiO2含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖13），五峰組Zr含量與SiO2含量整體也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，僅SWF7—SWF8段有少量樣品呈正相關(guān)關(guān)系。硅酸鹽沉積物中Zr主要來(lái)源于陸源造山帶，陸源成因沉積物中Zr含量多與SiO2含量呈正相關(guān)關(guān)系。鑒于五峰組—龍馬溪組Zr含量與SiO2含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，推測(cè)該時(shí)期硅質(zhì)礦物多為生物成因。同時(shí)，前人通過(guò)巖石薄片中石英賦存狀態(tài)、微量元素統(tǒng)計(jì)及過(guò)量硅含量的研究也認(rèn)為，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中硅質(zhì)礦物成分主要屬于生物成因[21-22]，沉積時(shí)期水體中生活的硅質(zhì)海綿和放射蟲(chóng)等硅質(zhì)生物大量死亡堆積[16]，形成高硅質(zhì)含量和高TOC值黑色頁(yè)巖。

生物成因硅含量決定微裂縫密度，生物成因硅含量越高微裂縫密度越大。五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖微裂縫密度與硅質(zhì)含量正相關(guān)，硅質(zhì)含量越高微裂縫密度越大。美國(guó)Fort Worth盆地密西西比系Barnett頁(yè)巖及Arkama被動(dòng)大陸邊緣盆地泥盆系Woodford頁(yè)巖硅質(zhì)礦物均主要為生物來(lái)源[7]，其微裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育；而Appalachian盆地泥盆系 Ohio組炭質(zhì)頁(yè)巖及 Michigan克拉通盆地泥盆系A(chǔ)ntrim組黑色頁(yè)巖的硅質(zhì)主要為陸源碎屑成因，故僅發(fā)育高角度天然裂縫、微裂縫不發(fā)育。3種原因造成生物成因硅含量越高，微裂縫越發(fā)育。第一種，生物成因硅基質(zhì)孔發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量高（見(jiàn)圖14），有機(jī)質(zhì)在成巖演化過(guò)程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，造成孔隙度增加[23]，從而使巖石的抗壓和抗張強(qiáng)度降低，有利于微裂縫發(fā)育[11,24]。第二種，生物成因硅中的大量有機(jī)質(zhì)在成巖轉(zhuǎn)化過(guò)程中生烴，會(huì)造成孔隙壓力增大，當(dāng)壓力突破巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)，會(huì)形成大量微裂縫。第三種，在相同應(yīng)力條件下，硅質(zhì)頁(yè)巖泊松比低、楊氏模量大、抗張強(qiáng)度小，易形成微裂縫[25]，且富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有較低的粘聚力和內(nèi)摩擦角，在區(qū)域水平擠壓或引張應(yīng)力作用下，更易沿層理面發(fā)生剪切破裂，形成低角度滑脫裂縫[26]。同時(shí)，富含硅質(zhì)的黑色頁(yè)巖比富含方解石的頁(yè)巖脆性大[27]，在礦物總量一定的情況下，方解石含量高，硅質(zhì)含量就低，微裂縫密度將降低。

細(xì)粒頁(yè)巖中頁(yè)理面是微裂縫發(fā)育的關(guān)鍵部位。黑色頁(yè)巖粒度越細(xì)，其黏土礦物含量越多，石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽等脆性礦物越少，在區(qū)域水平擠壓或引張應(yīng)力作用下，越容易沿頁(yè)理面發(fā)生剪切破裂，形成低角度滑脫裂縫。頁(yè)巖地層可分為紋層、紋層組、層、層組、準(zhǔn)層序、體系域和層序 7個(gè)單元[28]，各地層單元界面上下由于巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等性質(zhì)存在差異，從而構(gòu)成力學(xué)性質(zhì)上的薄弱面。在外力及成巖演化過(guò)程中，地層單元界面上下會(huì)造成應(yīng)力集中，從而易剝離形成頁(yè)理或產(chǎn)生順層縫[24]。相對(duì)于紋層界面和紋層組界面，層界面力學(xué)性質(zhì)更弱，更易成為微裂縫發(fā)育的關(guān)鍵界面。五峰組—龍馬溪組層間頁(yè)理縫張開(kāi)度一般較小，多數(shù)被硅質(zhì)完全充填。

圖13 長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組Zr-SiO2含量關(guān)系圖

圖14 長(zhǎng)寧雙河剖面龍馬溪組TOC含量與SiO2含量（a）及碳酸鹽礦物含量（b）關(guān)系圖

3.2 “甜點(diǎn)段”微裂縫成因

勘探實(shí)踐證實(shí)，長(zhǎng)寧地區(qū)龍馬溪組 SLM1段具有頁(yè)理和納米孔隙發(fā)育、TOC和脆性礦物含量高、含氣性好、物性好、微裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育等特點(diǎn)[4,29]，是該地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的“甜點(diǎn)段”。

區(qū)域性構(gòu)造活動(dòng)是龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)集層“甜點(diǎn)段”微裂縫形成關(guān)鍵因素。前人研究表明，長(zhǎng)寧地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖先后經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層表現(xiàn)為多期次擠壓、抬升、剝蝕和變形[30]。一方面在構(gòu)造擠壓期間，構(gòu)造應(yīng)力在產(chǎn)生一系列大型垂直縫和斜交縫的同時(shí)，還會(huì)形成大量順層縫、非順層縫、滑移縫和構(gòu)造雁列縫等微裂縫，從而形成相對(duì)發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)。另一方面在抬升、剝蝕期間，由于頁(yè)巖中孔隙流體滲流不暢，部分原始?jí)毫Φ靡员４妗r層在上升剝蝕卸壓過(guò)程中，巖石流體發(fā)生回彈，造成壓力變化，這種變化與巖石、流體的力學(xué)性質(zhì)有直接關(guān)系[31]。相對(duì)于砂巖，泥頁(yè)巖壓縮系數(shù)更大，特別是成巖階段中后期泥頁(yè)巖回彈能力較成巖階段初期更弱。較大的壓縮系數(shù)及較弱的回彈能力造成原始地層壓力在抬升剝蝕后仍得以保存，在空間上易形成異常壓力，從而有利于微裂縫形成。

成巖收縮是頁(yè)理縫形成的重要?jiǎng)恿Α３蓭r演化早期，礦物由于脫水、收縮及礦物相變，造成巖石體積和結(jié)構(gòu)變化，從而形成成巖收縮縫。成巖收縮縫多沿紋層面發(fā)育，被后期硅質(zhì)充填或半充填。成巖演化后期，區(qū)域構(gòu)造拉張?jiān)斐晌宸褰M—龍馬溪組發(fā)育近垂直于層面的張裂縫，非順層縫切穿順層縫，并被后期硅質(zhì)充填。

生烴增壓和強(qiáng)成巖收縮是頁(yè)巖儲(chǔ)集層“甜點(diǎn)段”微裂縫大量發(fā)育的主要原因。有 4方面證據(jù)：①“甜點(diǎn)段”黑色頁(yè)巖TOC值高，平均值為 7.9%，Ro值為2.50%～3.98%[4]，有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟—過(guò)成熟演化階段，具備大量生烴的物質(zhì)基礎(chǔ)和條件；②頁(yè)巖儲(chǔ)集層“甜點(diǎn)段”黑色頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育，垂向滲透率遠(yuǎn)低于側(cè)向滲透率[32]，能對(duì)烴類物質(zhì)賦存形成有效封蓋；③生烴高峰期頁(yè)巖儲(chǔ)集層“甜點(diǎn)段”黑色頁(yè)巖仍處于深埋期，且鄰區(qū)未出露地層明顯表現(xiàn)出超壓，壓力與TOC值和頁(yè)巖含氣性呈正相關(guān)關(guān)系[33]；④微裂縫密度與TOC值、硅質(zhì)含量均呈正相關(guān)關(guān)系，且TOC值與硅質(zhì)含量也具正相關(guān)性（見(jiàn)圖14）、與碳酸鹽礦物含量具負(fù)相關(guān)性，由SLM1段到SLM5段，隨著TOC值、硅質(zhì)含量的不斷降低，微裂縫密度也相應(yīng)逐漸降低。

有機(jī)質(zhì)在埋藏過(guò)程中，隨著埋深加大、地層溫度升高，有機(jī)質(zhì)生烴造成地層壓力增大[34]。同時(shí)，由于上下地層物性較差[35]，油氣不能運(yùn)移出去或只能部分運(yùn)移出去，從而形成異常高孔隙流體壓力。異常高孔隙流體壓力一方面降低了泥巖顆粒之間摩擦系數(shù)，使巖石強(qiáng)度降低，另一方面改變了巖石發(fā)生破裂時(shí)的有效應(yīng)力場(chǎng)，促使破裂產(chǎn)生。前人研究表明，當(dāng)脆-彈性巖石孔隙充滿流體時(shí)，巖體承受著總應(yīng)力場(chǎng)和有效應(yīng)力場(chǎng)，當(dāng)孔隙流體壓力增加到一定程度時(shí)，有效應(yīng)力場(chǎng)導(dǎo)致巖石剪切破裂或張性破裂，在異常高孔隙流體壓力層段主要產(chǎn)生張裂縫，而靜水壓力帶在構(gòu)造應(yīng)力作用下僅產(chǎn)生剪裂縫[36-37]?！疤瘘c(diǎn)段”TOC值高，生烴過(guò)程產(chǎn)生的高異常壓力導(dǎo)致黑色頁(yè)巖張性破裂，形成高密度裂縫網(wǎng)絡(luò)體系。同時(shí)，高硅質(zhì)含量導(dǎo)致成巖過(guò)程中易發(fā)生收縮形成與層面平行裂縫[24]。由 SLM1段到SLM5段，隨著TOC值和硅質(zhì)含量降低，生烴增壓和成巖收縮微裂縫密度相應(yīng)減少。

4 結(jié)論

長(zhǎng)寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組發(fā)育順層縫和非順層縫兩類微裂縫，微裂縫多沿紋層界面分布。龍馬溪組微裂縫密度高于五峰組，龍馬溪組內(nèi)部，SLM1段微裂縫密度最高，SLM2段至SLM5段逐漸降低。細(xì)粒頁(yè)巖微裂縫密度大，中粒頁(yè)巖和粗粒頁(yè)巖微裂縫密度較小，較清晰層微裂縫密度最高，清晰層次之，不清晰層和欠清晰層最小。微裂縫密度與硅質(zhì)含量正相關(guān)，與碳酸鹽礦物含量負(fù)相關(guān)，黑色頁(yè)巖顆粒越細(xì)，微裂縫密度越大。微裂縫密度受控于生物成因硅含量，生物成因硅含量越高，微裂縫密度越大，在應(yīng)力作用下，微裂縫優(yōu)先在細(xì)粒頁(yè)巖中紋層界面處形成。區(qū)域性構(gòu)造活動(dòng)是龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)集層“甜點(diǎn)段”微裂縫形成關(guān)鍵因素，成巖收縮是頁(yè)理縫的形成重要?jiǎng)恿Γ鸁N增壓是微裂縫大量發(fā)育主要原因。

致謝：項(xiàng)目研究過(guò)程中，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院的梁萍萍、邱振和盧斌在樣品采集過(guò)程中給予很大的幫助，在此一并感謝。