孫長彥，王志遠，李振峰，張 勐，楊 恒

(1.河南理工大學 資源環(huán)境學院，河南 焦作 454000；2.中原經(jīng)濟區(qū)煤層(頁巖)氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000；3.河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000)

0 引 言

頁巖是一種重要的非常規(guī)油氣儲層，頁巖油氣藏作為一種自生自儲的油氣藏，在世界油氣領域的影響越來越大[1-2]。自20世紀90年代末期，米切爾能源公司在沃斯堡盆地巴奈特區(qū)帶頁巖氣開發(fā)方面取得技術突破后，美國頁巖氣開采進入了新時代，這一技術突破實現(xiàn)了以美國為首的大規(guī)模頁巖氣商業(yè)化開發(fā)，開啟了頁巖氣革命[3-4]。根據(jù)聯(lián)合國貿(mào)易和發(fā)展會議2018年5月發(fā)布的資源調(diào)查結(jié)果，全球頁巖氣技術可采資源量為214.5×1012m3[5]，頁巖氣開采潛力巨大，富含有機質(zhì)的頁巖將是未來非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的重點對象。

頁巖作為一種以低孔隙度、低滲透率為特征的細粒沉積巖，是由基質(zhì)孔隙和裂縫組成的雙孔隙儲層，前者主導油氣的賦存，后者負責油氣的運移[6-7]。關于基質(zhì)孔隙的發(fā)育特征及其對油氣賦存和產(chǎn)出的影響前人已經(jīng)做了大量工作[8-9]。關于頁巖中的裂縫也已經(jīng)有眾多文獻報道，一般認為天然裂縫的發(fā)育程度是控制頁巖油氣成藏的主要因素之一[10-11]，裂縫是頁巖油氣藏中氣體滲流的主要通道，決定著頁巖油氣產(chǎn)能[12]，裂縫的發(fā)育規(guī)模還決定著頁巖油氣藏的品質(zhì)[13-14]，頁巖中裂縫的形態(tài)、方向、充填特征、密度等對水力壓裂技術的有效性具有重要影響[4]。頁巖中的天然裂縫按照成因分為構造裂縫、層間頁理縫、層面滑移縫、成巖收縮微裂隙和有機質(zhì)演化異常壓力縫等5種類型[15]。頁巖中構造裂縫的形成主要受內(nèi)部和外部2大因素控制，內(nèi)因主要包括巖石、巖相和巖石礦物組成特征，外因主要包括區(qū)域構造應力、構造部位、沉積成巖作用和生烴過程產(chǎn)生的高異常地層壓力[16-17]?？刂屏芽p發(fā)育的因素具有復雜性和多樣性，在不同地區(qū)可能有不同的控制因素[18]。

位于河南省西北部的濟源盆地沉積了一套晚三疊世的頁巖系，其中還形成了多層油頁巖，構造裂縫較為發(fā)育，以往的油田勘探表明該套層系中有良好的油氣顯示，但因其物性差而未能獲取工業(yè)性油氣流[19-23]。隨著頁巖氣的理論和開發(fā)技術的日臻完善，濟源盆地的油氣勘探又重新受到人們的關注[24-26]。為此，在查明研究區(qū)烴源巖特征的基礎上，從構造裂縫發(fā)育特征、類型和主控因素3個方面對濟源盆地上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段構造裂縫進行研究，旨在為本區(qū)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)提供支撐。

1 地質(zhì)背景

1.1 構造背景

濟源盆地位于南華北盆地西北邊緣，南部緊鄰秦嶺大別造山帶，西北部接壤太行山脈，東部受限于華北板塊與中三疊世末期大面積抬升影響形成的渤海灣盆地，盆地范圍僅局限在開封凹陷以西，屬于開封凹陷最西部的一個次級構造單元[27]。凹陷四周均以斷裂為界，北界為太行山南斷裂，東界為武陟斷裂，南界為邙山北斷裂，西界為西虢斷裂[24]。凹陷內(nèi)斷裂走向整體上為NEE向和NE向，這些次級斷裂將凹陷切割成一系列次級的褶皺和斷塊(圖1)。

圖1 濟源盆地位置及構造綱要圖Fig.1 Location and geological outline maps of Jiyuan Basin

1.2 地質(zhì)演化史及地層特征

晚石炭世—早二疊世，在海西期構造運動的影響下，海水由北東向往南西向海侵，華北地臺整體接受沉積，形成了以障壁島、瀉湖、潮坪和臺地相為主體的復合沉積體系[28]。中二疊世隨著海侵的結(jié)束、海退的開始，以及華北地臺北部的持續(xù)抬升，形成了以三角洲沉積為主的含煤層系，煤層總厚度為8～20 m[29]。晚二疊世，隨著海退的持續(xù)進行，以及秦嶺微板塊與華北板塊的碰撞加劇，部分地區(qū)隆起成山，沉積了一套干旱氣候條件下的紅色河湖相碎屑沉積，華北盆地進入克拉通內(nèi)陸凹陷盆地演化階段[28]。三疊紀時期，濟源盆地及周緣地區(qū)沉積了一套巨厚的湖相沉積，總厚度超過2 300 m，西部地區(qū)最厚可達3 260 m，暗色頁巖厚度達400 m以上，其中以譚莊組油頁巖段暗色頁巖最為發(fā)育，為頁巖油氣的形成奠定了物質(zhì)基礎[4]。早侏羅世—中侏羅世早期，隨著嵩箕隆起、山西隆起的形成，補償作用的加強，湖泊逐漸萎縮，形成了一套淺湖—河流相的碎屑巖沉積[21]。中侏羅世末期，豫西地區(qū)抬升，接受剝蝕，結(jié)束了凹陷湖盆的發(fā)育史。

濟源盆地上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段與下伏上三疊統(tǒng)譚莊組下段整合接觸，與上覆下侏羅統(tǒng)鞍腰組呈平行不整合接觸(圖2)。油頁巖段在盆地西部埋深較淺，一般介于1 000～3 000 m，盆地中東部地區(qū)埋深可達3 000～7 000 m(圖1)。

盆地以西受邊界斷層的影響，且由于當?shù)夭墒瘓霾墒绊?，油頁巖段出露良好，可逐層進行觀測，以盆地以西油頁巖段露頭區(qū)為研究區(qū)，通過鄰近露頭油頁巖段構造裂縫研究討論濟源盆地油頁巖段構造裂縫發(fā)育特征。

2 烴源巖特征

2.1 巖石學特征

對研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段的露頭觀測發(fā)現(xiàn)，目標層段主要由油頁巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖組成，總厚度約140 m(圖2)。油頁巖層總厚度66.8 m，單層厚度0.1～8.4 m，風化面顏色呈淺灰至灰色，新鮮面顏色呈灰至灰黑色，質(zhì)純，基本不污手，頁理面見菱鐵礦顆粒，可見蕨類植物和錐葉植物的雙囊狀花粉顆粒、孢子、外皮和木質(zhì)殘體，局部見魚鱗片化石。泥巖總厚度32.4 m，單層厚度0.1～3.0 m，風化面顏色呈灰黃色至淺黃色，新鮮面顏色呈淺黃色，硅質(zhì)膠結(jié)，發(fā)育有水平層理和塊狀層理，可見魚鱗片、葉肢介和保存較好的介形蟲化石。粉砂質(zhì)泥巖總厚度27.7 m，單層厚度0.1～2.8 m，風化面顏色呈土黃色至灰綠色，新鮮面顏色呈灰綠色，硅質(zhì)膠結(jié)，發(fā)育有水平層理和塊狀層理，可見魚鱗片化石和近垂直的生物潛穴Skolithos。粉砂巖總厚度15.4 m，單層厚度0.1～2.8 m，風化面顏色呈土黃色至灰綠色，新鮮面顏色呈灰綠色，硅質(zhì)膠結(jié)，以水平層理為主，可見爬升層理，偶見軟沉積變形構造，底面常見重荷模，層面可見遺跡化石Arenieolites以及植物碎屑。自下而上，巖性總體表現(xiàn)為顆粒先變細后變粗，顏色先變深后變淺的特征，表明沉積水體先加深后變淺。

圖2 濟源盆地上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段綜合柱狀圖Fig.2 General schematic diagram of stratigraphy of Phanerozoic and lithofacies of Oil-Shale Member of Upper Triassic Tanzhuang Formation in Jiyuan Basin

2.2 礦物學特征

將研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段采集的18塊油頁巖樣品送至山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院進行全巖及黏土礦物X射線衍射測試。測試采用日本理學公司的D/max-ra型X射線衍射儀。測試樣品的制備與測試過程遵照SY/T 5163—2010。全巖礦物分析結(jié)果表明(圖3)，油頁巖礦物成分主要為石英、長石、黏土礦物、碳酸鹽巖礦物、菱鐵礦。脆性礦物包括石英、長石、碳酸鹽巖礦物和菱鐵礦，質(zhì)量分數(shù)為37.4%～77.9%，平均53.7%。其中，石英質(zhì)量分數(shù)為32.1%～52.4%，平均41.6%；長石質(zhì)量分數(shù)為2.8%～25.7%，平均8.4%；偶見碳酸鹽巖礦物和菱鐵礦。黏土礦物主要包括伊/蒙混層和伊利石，偶見綠泥石，含量介于22.1%～62.6%，平均46.3%。

圖3 研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段油頁巖礦物組成Fig.3 Mineral composition for oil shale samples of Oil-Shale Member of the Upper Triassic Tanzhuang Formation in study area

脆性礦物含量是影響基質(zhì)孔隙和微裂縫發(fā)育、壓裂改造方法和頁巖含氣性的重要因素[30]。油頁巖中石英、長石、方解石等脆性礦物含量越高，水力壓裂過程中越容易形成裂縫，且形成的裂縫多為網(wǎng)狀裂縫，有利于頁巖氣的生產(chǎn)[31]。黏土礦物含量高的頁巖可塑性強，壓裂形成的裂縫主要為平面裂縫，不利于頁巖體積重建[2]。目前美國5個頁巖儲層中用于商業(yè)生產(chǎn)天然氣的脆性礦物質(zhì)量分數(shù)為46%～60%[40]。目前，普遍認為具有商業(yè)開發(fā)條件的頁巖脆性礦物質(zhì)量分數(shù)高于40 %[1]。研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段的18塊油頁巖樣品的礦物組成變化特征顯示，譚莊組油頁巖段縱向非均質(zhì)性較強；脆性礦物的含量較高表明，巖層的可改造性較強，在后期的壓裂過程中也有利于裂縫的產(chǎn)生和延伸。

2.3 總有機碳含量

將研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段采集的10塊油頁巖樣品送至山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院進行總有機碳含量測試。測試采用CS-200型碳硫分析儀，測試樣品的制備與測試過程遵照GB/T 19145—2003。由表1可知，譚莊組油頁巖段頁巖有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.36%～10.33%，平均含量為4.13%，其中TOC質(zhì)量分數(shù)大于0.4%(有機碳含量下限標準)的樣品占90%。

總有機碳含量是評價烴源巖豐度的重要指標，也是衡量烴源巖生烴強度和生烴量的重要參數(shù)[2,16]。5個美國頁巖地層，目前生產(chǎn)天然氣商業(yè)表現(xiàn)出相對較高的總有機碳含量，頁巖的總有機碳質(zhì)量分數(shù)2.0%～7.0%，平均為4.5%[32-33]，安特里姆頁巖和新奧爾巴尼頁巖為0.3%～25.0%[34]，路易斯頁巖和俄亥俄頁巖為0.45%～4.70%[35]。隨著研究的深入，一般認為頁巖氣藏總有機碳含量下限標準為0.4%[36]。巖石的有機碳含量越高，表示生烴的物質(zhì)基礎越充足，單從這方面來分析，濟源盆地譚莊組油頁巖段油頁巖儲層屬于較好的烴源巖。

2.4 有機質(zhì)類型及成熟度

將研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段采集的10塊油頁巖樣品進行有機質(zhì)類型鑒定及鏡質(zhì)體反射率測試。測試分別采用Axioskop 2 plus生物顯微鏡和Mpv-sp顯微光度計進行。測試樣品的制備與測試過程分別遵照SY/T5125—2014、SY/T5124—2012。結(jié)果表明(表1)，其有機質(zhì)類型主要為腐植—腐泥型(Ⅱ1型)，含一定量的腐植型(Ⅲ型)；鏡質(zhì)體反射率為1.01%～2.12%，平均含量為1.33%。

表1 研究區(qū)上三疊統(tǒng)潭莊組油頁巖段油頁巖有機地球化學特征Table 1 Organic geochemical characteristics of oil shale samples of the Oil-Shale Member of Upper Triassic Tanzhuang Formation in study area

有機質(zhì)類型和成熟度是評價油氣生成潛力的重要指標[36]。試驗結(jié)果表明，研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段頁巖儲層處于成熟與高成熟之間。美國沃斯堡盆地東北部天然氣儲層有機質(zhì)類型主要為腐植—腐泥型(Ⅱ1型)，含一定量的腐殖型(Ⅲ型)，鏡質(zhì)組反射率為1.10%～1.40%，通過對比有機質(zhì)類型和成熟度發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段油頁巖屬于較好的生氣烴源巖。

3 構造裂縫特征及類型分析

3.1 構造裂縫發(fā)育特征

裂縫的產(chǎn)狀、長度、寬度和礦物充填情況以及線密度等特征是影響儲層滲透率的重要因素[37-38]。在研究區(qū)對目標層段的51個構造裂縫測量點的1 071條構造裂縫的特征進行了詳細調(diào)查研究。

1)構造裂縫的產(chǎn)狀。裂縫產(chǎn)狀代表了裂縫與周圍環(huán)境之間的關系[38]。研究區(qū)油頁巖段野外調(diào)研結(jié)果表明，構造裂縫優(yōu)勢走向主要為NNE～SSW、NEE～SWW、NW～SE、NWW～SEE四個優(yōu)勢方位(圖4)。按傾角大小，可將研究區(qū)構造裂縫分為垂直縫(裂縫傾角75°～90°)、高角度斜交縫(裂縫傾角45°～75°)、低角度斜交縫(裂縫傾角0°～45°)3種類型[39]，其中垂直縫最為發(fā)育，垂直裂縫583條，占調(diào)研裂縫總條數(shù)的54.4%；高角度傾斜縫共221條，占調(diào)研裂縫總條數(shù)的20.6%；低角度斜交縫267條，占調(diào)研裂縫總條數(shù)的24.9%，這表明油氣運移時具有較好的穿層條件，油頁巖層生成的油氣可以運移到其他巖層中儲存。

圖4 研究區(qū)譚莊組油頁巖段節(jié)理走向玫瑰花圖Fig.4 A rose diagram of Oil-Shale Member of UpperTriassic Tanzhuang Formation in study area

2)構造裂縫的長度。構造裂縫長度的研究對于評價構造裂縫作為流體通道的有效性具有重要意義[40]。一般來說，構造裂縫根據(jù)其長度可分為3種類型：微裂縫(長度小于5 m)、短裂縫(長度為5～50 m)和長裂縫(長度大于50 m)[39]。研究區(qū)油頁巖段野外調(diào)研結(jié)果表明，微裂縫約占構造裂縫總條數(shù)的65 %以上，對于整個基質(zhì)滲透率的方向性有一定影響，可使得滲透率出現(xiàn)各向異性；短裂縫相對少見，僅占裂縫總條數(shù)的25 %左右，短裂縫在近井發(fā)育時可有效提高單井初期產(chǎn)能；影響井網(wǎng)格局的長裂縫(裂縫長度大于50 m)最為少見，不超過裂縫總條數(shù)的10%。

3)構造裂縫的寬度和充填特征。研究區(qū)油頁巖段構造裂縫寬度一般在0.01～2.00 cm，裂縫寬度大多數(shù)在0.01～0.50 cm(約70%)，少數(shù)裂縫寬度大于0.5 cm(約20 %)，最寬甚至可達2 cm(不超過10%)。根據(jù)充填特征觀察發(fā)現(xiàn)，完全充填裂縫共136條，占構造裂縫總條數(shù)的12.7%；不完全充填裂縫共673條，占構造裂縫總條數(shù)的62.8%；未充填裂縫262條，占構造裂縫總條數(shù)的24.5%。裂縫充填礦物主要有方解石、沸石、石英等。不完全充填裂縫和未充填裂縫的存在為油氣的儲存提供了空間，為其運移提供了良好的通道。

4)構造裂縫的線密度。在裂縫的定量研究中，通常采用裂縫線密度、裂縫面密度和裂縫體積密度來表征裂縫的發(fā)育程度[41]。采用裂縫線密度對裂縫的發(fā)育程度進行表征，裂縫線密度是指與一條直線相交的裂縫數(shù)量與直線長度的比值[42]，裂縫線密度的倒數(shù)為裂縫的平均間距[43]。

通過野外對濟源盆地上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段51個有效測量點的線密度進行統(tǒng)計分析，構造裂縫的線密度一般在3.0～10.5條/m，部分應力集中地段構造裂縫密度可達27.7條/m。構造裂縫平均密度為6.29條/m，構造裂縫總體較為發(fā)育。

3.2 構造裂縫類型分析

對裂縫進行分類的方法很多，包括裂縫的成因、產(chǎn)狀、幾何形態(tài)、裂縫性質(zhì)等[43]。根據(jù)成因可以將泥頁巖構造裂縫劃分為剪裂縫、張裂縫、順層滑移裂縫、復合型裂縫、拉伸裂縫、構造壓力-溶蝕縫合線、垂向載荷裂縫、垂向差異載荷裂縫[44]。通過對研究區(qū)油頁巖段構造裂縫野外調(diào)查，共識別出剪裂縫、張裂縫、復合型裂縫和順層滑移裂縫4種類型。

1)剪裂縫。研究區(qū)目標層段裂縫以剪裂縫為主，剪裂縫可進一步劃分為3種主要類型的剪裂縫。一種是單條產(chǎn)出的剪裂縫，這種裂縫在平面上較為平直、光滑，延伸較遠(圖5a)，可見切穿較大礫石(圖5b)，可切穿多層巖石，經(jīng)過不同巖性的巖層時裂縫角度發(fā)生變化，常完全充填(圖5c中1)；第二種是平面呈共軛“X”型剪裂縫(圖5c中2)，這種裂縫理論上應成對出現(xiàn)，但野外往往只能看到一條(圖5c中3)，這種裂縫縫面一般比較平直、光滑，不完全充填或無充填；第3種是低角度斜交縫，一般不具穿層性(圖5c中4)。前2種剪裂縫主要是巖層受到側(cè)向的水平擠壓，若應力已能使巖石破裂，但巖層還沒有發(fā)生彎曲，往往形成的垂直縫或高角度斜交縫。第3種裂縫是在巖性較均一的情況下，通常在巖層變形后的擠壓環(huán)境，或者巖石褶皺變形中性面以下部分處于彎曲后派生的擠壓應力環(huán)境時形成的低角度斜交縫。

2)張裂縫。研究區(qū)張裂縫主要有2種類型，一種是在剪切滑動過程或其晚期，由于張應力的作用剪裂面被拉開，主干裂縫為剪應力和張應力同時作用的產(chǎn)物，屬張剪性裂縫(圖5d中1)，分支裂縫的主要為張性裂縫(圖5d中2)，一般延伸不遠，常有礦物充填；另一種在構造運動的中后期，是巖層變形后在局部拉張應力作用下形成的大小、方向和性質(zhì)各不相同的張裂縫，一般為高角度縫或者垂直縫，縫面凹凸不平，常有礦物充填(圖5e中1)，一般分布范圍小，與所處構造位置有關，不具區(qū)域普遍性。

3)順層滑移裂縫。順層滑移裂縫發(fā)育與巖層面大致平行，一般為低角度斜交裂縫，他們主要分布在泥巖層的頂部和底部，尤其是靠近砂巖儲集層的部位最為發(fā)育，該裂縫的傾角較小，但傾向變化較大，主要是在伸展或擠壓構造作用下，由順層滑脫的剪切應力作用產(chǎn)生的，結(jié)構面主要是頁理面或?qū)永砻?，裂縫面不光滑，常有擦痕和階步(圖5e中2)。

4)復合型裂縫。復合型裂縫主要形成于小規(guī)模的構造運動時期或大規(guī)模構造運動的初期階段，在構造運動開始后，早期裂縫受到不同程度、不同形式的應力改造，使其進一步剪切或者張開形成的裂縫。復合型裂縫主要是早期裂縫被改造而形成，局部可出現(xiàn)完全充填(圖5f中1)。

圖5 研究區(qū)上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段構造裂縫類型Fig.5 Types of fractures of Oil-Shale Member of Upper Triassic Tanzhuang Formation in study area

4 構造裂縫發(fā)育的主控因素分析

構造裂縫的形成和分布受內(nèi)部因素和外部因素控制，內(nèi)部因素包括巖性、脆性礦物含量、層厚、熱收縮、有機碳含量、力學性能、風化和侵蝕等，外部因素主要指構造運動形成的地質(zhì)構造[41,44]。研究區(qū)油頁巖段經(jīng)歷了多期構造運動，構造因素是控制構造斷裂形成的重要因素。在相同的構造背景下，巖性、脆性礦物含量和層厚是控制構造斷裂形成的主導因素。

4.1 巖性對構造裂縫發(fā)育情況影響

研究區(qū)油頁巖段主要由細砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖組成，分別對不同巖性的巖層的構造裂縫平均線密度進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)(圖6)，細砂巖的平均線密度為5.23條/m，粉砂巖的平均線密度為6.818條/m，粉砂質(zhì)泥巖的平均線密度為8.153條/m，泥巖的平均線密度為10.146條/m，總體表現(xiàn)為隨著巖石礦物顆粒粒度的增大，裂縫線密度減小(圖7)。

圖6 研究區(qū)目標層段裂縫平均線密度統(tǒng)計Fig.6 Statistics on average linear density of fractures of target Oil-Shale Member in study area

圖7 研究區(qū)目標層段脆性礦物含量與構造裂縫線密度關系Fig.7 Relation between contents of brittle minerals and average line density of fractures of target Oil-Shale Member in study area

4.2 脆性礦物含量對構造裂縫發(fā)育的影響

根據(jù)脆性礦物含量測試結(jié)果，研究區(qū)8個厚度相近(0.2～0.5 m)的油頁巖樣品(圖3中的2、4、5、6、9、10、11、14樣品)的脆性礦物主要包括石英、長石、碳酸鹽巖礦物和菱鐵礦，含量介于37.4%～77.9%，平均53.7%。脆性礦物含量與構造裂縫平均線密度之間存在良好的正相關關系。即隨著脆性礦物含量的增加，構造裂縫的線性密度增大。構造裂縫裂縫平均線裂縫密度(F)與脆性礦物含量(Cbm)的關系式為:

F=0.169 7Cbm+0.646

(1)

4.3 巖層厚度對構造裂縫發(fā)育的影響

濟源盆地上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段各巖層厚度一般為0.2～3.0 m，厚度在0.01～0.20 m以及厚度大于3.0 m的巖層相對少見。分別對不同厚度的巖層的構造裂縫發(fā)育情況進行統(tǒng)計(圖8)，分析發(fā)現(xiàn)，在巖層厚度0～3 m內(nèi)，巖層厚度與構造裂縫線密度呈負乘冪函數(shù)遞減的關系，即隨著巖層厚度的增大，裂縫線密度逐漸降低。裂縫平均線密度與地層厚度的關系式為:

圖8 研究區(qū)目標層段巖層厚度與構造裂縫線密度關系Fig.8 Relation between thickness and average line density of fractures of target Oil-Shale Member in study area

F=31.605h-0.354

(2)

4.4 斷層位置對構造裂縫發(fā)育的影響分析

褶皺、斷層等地質(zhì)構造是影響構造裂縫發(fā)育的重要因素，尤其是非均勻裂縫，直接受褶皺、斷層等構造的控制。褶皺引起的裂縫主要集中在褶皺軸部等構造變形較大的部位；斷層不但可以引起與主斷裂方向一致的次級張性裂縫，還可以形成一套與主斷裂方向不一致的次級張剪性或剪裂縫，究其原因，是因為不同的構造部位其形成時的構造應力場存在差異性。

研究區(qū)目標層段的野外調(diào)研結(jié)果表明(圖9)，在斷層控制范圍內(nèi)(圖3)，在相同巖性和厚度下，斷層與裂縫線密度測量點之間的距離(Df-f)和構造裂縫平均線密度呈負乘冪函數(shù)遞減的關系，即隨著斷層距離的減小，裂縫平均線密度越大。裂縫平均線密度與地層厚度的關系式為:

圖9 研究區(qū)目標層段斷層位置與構造裂縫線密度關系Fig.9 Relation between distance to fault and average line density of fractures of target Oil-Shale Member in study area

F=26.856Df-f-0.228

(3)

5 結(jié) 論

1)濟源盆地上三疊統(tǒng)譚莊組油頁巖段厚約140 m，埋藏深度一般為3 000～7 000 m，主要由油頁巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖組成。油頁巖的單層厚度介于0.1～8.4 m，總厚度約66.8 m，總有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.36%～10.33%，平均為4.13%；鏡質(zhì)體反射率為1.1%～2.12%，平均為1.33%；有機質(zhì)類型主要為腐植—腐泥型(Ⅱ1型)，含一定量的腐植型(Ⅲ型)。濟源盆地譚莊組油頁巖段油頁巖具有較高的生烴潛力。

2)研究區(qū)目標層段發(fā)育有剪裂縫、張裂縫、順層滑移裂縫和復合裂縫4種類型的構造裂縫，總體以垂直縫和與巖層面高角度斜交縫為主，以0.01～2 cm寬度的部分充填或未充填裂縫為主，裂縫最長可達數(shù)百米，構造裂縫平均線密度為6.3條/m。構造裂縫較為發(fā)育且以部分充填和未充填為主，為油氣的儲集和運移提供了空間。此外，油頁巖脆性礦物含量為37.4%～77.9%，平均53.7%，油頁巖層具有較強的可改造性。

3)構造裂縫平均線密度隨著巖石粒度變細而增大、隨著脆性礦物含量的增加而增大、隨著巖層厚度的增加而減小、越接近斷層越發(fā)育。