袁玉松，周　雁，邱登峰，王茜茜

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京　100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京　100083)

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泥頁(yè)巖非構(gòu)造裂縫形成機(jī)制及特征

袁玉松1，周雁1，邱登峰1，王茜茜2

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083)

泥頁(yè)巖非構(gòu)造裂縫是泥頁(yè)巖中常見(jiàn)的裂縫類型。非構(gòu)造裂縫對(duì)頁(yè)巖氣成藏與保存評(píng)價(jià)具有重要意義。在前人研究成果基礎(chǔ)上，考慮泥頁(yè)巖本身固有的特性，初步提出泥頁(yè)巖裂縫的分類方案,劃分了非構(gòu)造裂縫的類型，并總結(jié)各類非構(gòu)造裂縫的形成機(jī)制。依據(jù)野外露頭和巖心觀察，描述了泥頁(yè)巖非構(gòu)造裂縫的特征。初步分析認(rèn)為，在泥頁(yè)巖非構(gòu)造裂縫中，成巖層理裂縫、欠壓實(shí)超壓裂縫和生烴超壓裂縫與頁(yè)巖氣成藏和保存關(guān)系密切。

泥頁(yè)巖；非構(gòu)造裂縫；超壓裂縫；欠壓實(shí)

0　引　言

隨著泥巖裂縫油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)、北美地區(qū)頁(yè)巖氣勘探獲得的巨大成功和我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的快速發(fā)展，泥頁(yè)巖裂縫研究在當(dāng)今油氣勘探中備受關(guān)注。我國(guó)學(xué)者在泥質(zhì)巖非構(gòu)造裂縫成因機(jī)制、發(fā)育期次、主控因素、開(kāi)裂模式及影響因素等方面的研究取得了許多有意義的研究成果[1-3]。在油氣勘探領(lǐng)域，重點(diǎn)關(guān)注了儲(chǔ)層裂縫模擬與預(yù)測(cè)[4-6]。此外，在裂縫與應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系[7]方面也開(kāi)展了一定的工作。其中，在巖石裂縫分類方面，提出了很多方案[1, 8-10]，郭璇等按成因?qū)⒘芽p分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫兩大類，并將非構(gòu)造裂縫又分為表生裂縫、收縮裂縫、溶蝕裂縫、縫合線、差異壓實(shí)裂縫、壓裂縫、冰凍裂縫及與重力滑塌有關(guān)的裂縫等8 種類型[1]。丁文龍等同樣將泥頁(yè)巖裂縫劃分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫兩大類，而將非構(gòu)造裂縫分為成巖收縮裂縫、成巖壓溶縫合線、超壓裂縫、熱收縮裂縫、溶蝕裂縫和風(fēng)化裂縫6種亞類[10]?？梢?jiàn)，泥頁(yè)巖裂縫按成因分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫兩大類，基本取得一致認(rèn)可，但亞類的劃分還是存在一定的分歧。本文意在就此問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步分析，主要從泥頁(yè)巖本身的特征出發(fā)，并充分考慮頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)的需要，提出了一套簡(jiǎn)單實(shí)用的分類方案并總結(jié)了每類非構(gòu)造裂縫的形成機(jī)制。依據(jù)野外露頭和巖心觀察結(jié)果，簡(jiǎn)單闡述泥頁(yè)巖各類非構(gòu)造裂縫的特征。

1　泥頁(yè)巖裂縫分類

本文所指的泥頁(yè)巖是泥巖類和頁(yè)巖類沉積巖的總稱，主要由粒徑小于0.003 9 mm的細(xì)粒碎屑、粘土和有機(jī)質(zhì)組成[11]。其中粘土礦物主要有蒙脫石、伊利石、綠泥石、高嶺石、伊蒙混層、綠蒙混層等，非粘土礦物主要有石英、長(zhǎng)石、方解石和白云石等。世界范圍內(nèi)泥頁(yè)巖約占全部沉積巖的60%。在油氣地質(zhì)學(xué)中，泥頁(yè)巖具有多重身份，既可做烴源巖，又可充當(dāng)儲(chǔ)層，還是主要的蓋層類型之一[12]。

本文對(duì)泥頁(yè)巖裂縫分類，除了借鑒以往關(guān)于巖石裂縫和泥頁(yè)巖裂縫的分類方案外，還重點(diǎn)關(guān)注了泥頁(yè)巖本身固有的與其他類別巖石不同的獨(dú)特性，即：(1)韻律性、層理、頁(yè)理發(fā)育；(2)厚層泥頁(yè)巖在快速埋藏階段常常形成異常孔隙流體壓力，導(dǎo)致欠壓實(shí)超壓裂縫的發(fā)育；(3)含有豐富有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖在一定溫壓條件下具有生烴作用，產(chǎn)生超壓，超壓增加到一定程度則發(fā)生超壓破裂，形成生烴超壓裂縫。綜合考慮巖石裂縫以往的分類方案和泥頁(yè)巖的特殊性，本文建議按成因?qū)⒛囗?yè)巖裂縫分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫兩大類，其中構(gòu)造裂縫從5個(gè)不同的角度進(jìn)一步劃分出若干亞類，非構(gòu)造裂縫則進(jìn)一步劃分出干裂裂縫、水下收縮裂縫、成巖層理裂縫、超壓裂縫和現(xiàn)代表生裂縫5個(gè)亞類(表1)。

構(gòu)造裂縫在構(gòu)造應(yīng)力作用下巖層發(fā)生構(gòu)造形變、位變和序變，應(yīng)力超過(guò)巖石的強(qiáng)度極限發(fā)生破裂而形成。非構(gòu)造裂縫則主要在氣候變化、成巖演化、流體超壓、重力失穩(wěn)等非構(gòu)造因素作用下巖石產(chǎn)生破裂而形成。壓溶裂縫和溶蝕裂縫主要發(fā)育于砂巖和碳酸鹽巖中，在泥頁(yè)巖中不常見(jiàn)，因此，可以不必納入泥頁(yè)巖裂縫的分類方案之中。超壓形成的機(jī)制很多，如欠壓實(shí)、水熱增壓、粘土礦物轉(zhuǎn)化、構(gòu)造擠壓、烴類的生成等。無(wú)論何種機(jī)制形成的超壓只要足夠大，都可能導(dǎo)致泥頁(yè)巖發(fā)生超壓破裂，形成超壓裂縫。但是，壓實(shí)不均衡和生烴，特別是生氣作用是可獨(dú)立產(chǎn)生大規(guī)模超壓的主要機(jī)制[13]。因此，泥頁(yè)巖超壓裂縫本文也主要考慮欠壓實(shí)和生烴超壓裂縫。

2　泥頁(yè)巖非構(gòu)造裂縫形成機(jī)制及特征

2.1干裂裂縫

地表未成巖的泥質(zhì)沉積層或被抬升至地表附近的泥頁(yè)巖，由于暴露遭受干燥作用而失水，體積收縮，形成干裂，即干裂裂縫。通常認(rèn)為未成巖的泥質(zhì)沉積層干裂的擴(kuò)展過(guò)程是由上至下逐漸裂開(kāi)，上部裂開(kāi)寬，向下裂開(kāi)逐漸變窄，因而，剖面上常呈“V”字型[14]。根據(jù)這種形成演化機(jī)制，那么，干裂裂縫通常應(yīng)該開(kāi)裂到不同的深度。在野外觀察中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)干裂裂縫終止于同一平面，故有人認(rèn)為干裂是在同一平面形成并向上生長(zhǎng)而成的，向下變細(xì)的干裂裂縫與體積隨深度的變化有關(guān)，而與裂縫傳播方向無(wú)關(guān)[15]。依據(jù)裂縫發(fā)育具有巖性選擇性推斷，干裂裂縫終止于同一平面，并不能說(shuō)明干裂是從下往上開(kāi)裂的。更可能的原因是因?yàn)楦闪呀K止面是一個(gè)巖性突變界面。通常是下部為砂質(zhì)沉積物，上部為泥質(zhì)沉積物，干裂僅在泥質(zhì)沉積物中發(fā)育。這與野外經(jīng)常觀察到的同一地層剖面中構(gòu)造裂縫常常在砂巖或灰?guī)r中發(fā)育而在泥巖中不發(fā)育的現(xiàn)象類似，屬于裂縫發(fā)育的巖性選擇性特征。干裂裂縫為未成巖的沉積物干燥失水收縮形成，位于上部的泥質(zhì)沉積物比砂質(zhì)沉積物更易于干燥失水發(fā)生體積收縮，因此，優(yōu)先選擇泥質(zhì)沉積物中發(fā)育而終止于下部的砂質(zhì)沉積物。平面上，未成巖的泥質(zhì)沉積層干裂裂縫通常呈多邊形，常見(jiàn)干裂三聯(lián)點(diǎn)。剖面上，未成巖的泥質(zhì)沉積層干裂裂縫的形狀主要有兩種形式，即“U”和“V”字型。干裂裂縫通常在一定深度處終止，長(zhǎng)期的干燥環(huán)境可使裂縫達(dá)15 m 深[16]，地下潛水面控制著干裂裂縫發(fā)育的極限深度。干裂裂縫常見(jiàn)于現(xiàn)代沉積物中，已經(jīng)成巖的泥頁(yè)巖中很少觀察到干裂裂縫，因?yàn)楦闪蚜芽p在成巖過(guò)程中因壓實(shí)、膠結(jié)作用而發(fā)生閉合，難以保存。因此，未成巖的泥質(zhì)沉積層干裂裂縫對(duì)頁(yè)巖氣成藏與保存幾乎沒(méi)有影響，但對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)可能有一定意義。因?yàn)楦闪蚜芽p即使在成巖演化中閉合，但也是先存薄弱面，水力壓力時(shí)可能更容易破裂，構(gòu)成網(wǎng)狀裂縫，有利于頁(yè)巖氣的滲流。

表1　泥頁(yè)巖裂縫成因分類及形成機(jī)制

以上闡述的是未成巖泥質(zhì)沉積物中的干裂裂縫。干裂裂縫還有另外一種形成機(jī)制：已經(jīng)成巖的泥頁(yè)巖中含有地層水，當(dāng)被抬升至地表附近時(shí)，由于干燥失水，體積收縮，也可以形成干裂裂縫。這種類型的干裂裂縫在平面上通常呈矩形網(wǎng)狀。矩形網(wǎng)狀裂縫的形成主要是由于泥頁(yè)巖的層理或頁(yè)理對(duì)裂縫擴(kuò)展的控制作用造成的。層理或頁(yè)理發(fā)育的泥頁(yè)巖，順著層理面和頁(yè)理面的干裂裂縫優(yōu)先發(fā)育，切層的裂縫發(fā)育受到順層裂縫的限制，從而形成矩形。圖1為鄂西渝東石柱地區(qū)抬升至地表的龍馬溪組泥頁(yè)巖被雨水淋濕之后，清晰顯現(xiàn)出的矩形網(wǎng)狀干裂裂縫。

圖1　石柱地區(qū)志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖中的干裂裂縫Fig.1　Graphs showing desiccation cracks in Silurian shales in Shizhu area

2.2水下收縮裂縫

水下收縮裂縫是泥質(zhì)層在水下脫水收縮或者含鹽度增大而形成的沉積變形構(gòu)造，常見(jiàn)于潮下淺水、氵舄湖和湖泊沉積物中[17]。 水下收縮裂縫整體形成過(guò)程分4個(gè)階段：泥水混合物初始混濁階段、沉積物壓實(shí)穩(wěn)定階段、裂縫形成階段以及裂縫充填階段[18]。

JENKINS等給出了泥巖水下收縮裂縫存在的證據(jù)：在南澳大利亞Flinders Ranges的晚前寒武紀(jì)Brachina Subgroup層序中，重荷構(gòu)造和泥巖收縮裂縫印模同時(shí)出現(xiàn)在砂巖或粉砂巖的底面，下伏泥巖中這種情況下收縮裂縫不可能比重荷構(gòu)造出現(xiàn)得早，從而排除了干燥暴露成因，而是由于上覆砂巖載荷導(dǎo)致泥巖脫水收縮而形成[19]。在鄂西渝東的石柱地區(qū)，中侏羅統(tǒng)沙溪廟組(J2s)紫紅色泥巖與灰色砂巖互層中，泥巖發(fā)育與層面垂直的灰綠色粉砂巖條帶，也是水下收縮裂縫存在的證據(jù)。泥巖層中的這種灰綠色粉砂巖，巖性上與上覆的灰綠色粉砂巖一致。下部泥巖中的粉砂巖條帶是沉積時(shí)由于上部松散的沉積物脫落進(jìn)入泥巖裂縫中形成的。泥巖中的灰綠色粉砂巖可解釋為水下收縮縫充填成因。

水下收縮裂縫前端通常有規(guī)律地延伸，當(dāng)達(dá)到一定長(zhǎng)度后，最終以分叉、彎曲或斷續(xù)的形式結(jié)束，平面上交織成矩形或網(wǎng)狀，縱向上近乎垂直層面，切穿深度較淺，常呈V字型。干燥裂縫與水下收縮裂縫有相似的平面生長(zhǎng)特征，但與干裂的V字型成因有著本質(zhì)的區(qū)別。水下收縮裂縫在有其它巖性充填時(shí)，才能得以保存和識(shí)別，否則，與干裂裂縫一樣，將在壓實(shí)和膠結(jié)成巖作用中消失而不能保存和識(shí)別。其油氣地質(zhì)意義也主要在于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中對(duì)水力壓力裂縫形成與擴(kuò)展的影響。

2.3現(xiàn)代表生裂縫

被抬升至地表附近的泥頁(yè)巖，由于重力失穩(wěn)、風(fēng)化作用等因素造成的裂縫，為泥頁(yè)巖現(xiàn)代表生裂縫。泥頁(yè)巖中的現(xiàn)代表生裂縫在發(fā)育、擴(kuò)展過(guò)程中，受泥頁(yè)巖層理面的控制。層理面對(duì)裂縫的走向具有調(diào)節(jié)作用，使之呈Z字型擴(kuò)展，且沿著擴(kuò)展方向，裂縫寬度愈來(lái)愈窄(圖2)，反映泥頁(yè)巖層理面對(duì)應(yīng)力能量的吸收作用。

圖2　湘鄂西地區(qū)志留系泥頁(yè)巖現(xiàn)代表生裂縫Fig.2　Graphs showing surface cracks in the Silurian shales in western areas of Hunan and Hubei

2.4超壓裂縫

泥頁(yè)巖超壓裂縫在地層孔隙流體超壓作用下發(fā)生破裂而形成。超壓的形成機(jī)制主要有4種：欠壓實(shí)作用(壓實(shí)不均衡)[20]、生烴作用[21]、水熱增壓以及粘土礦物轉(zhuǎn)化[22]。其中，欠壓實(shí)和生烴作用是可獨(dú)立產(chǎn)生大規(guī)模超壓的2種主要機(jī)制[23]。隨著埋深的增加，地溫不斷升高，地下流體的體積受熱膨脹，可引起一定程度的超壓，但單純的埋藏增溫水熱膨脹作用很難造成大規(guī)模的超壓，因?yàn)榈貙铀軣崞潴w積膨脹有限，只有在巖漿侵入、熱流體上拱的特殊地質(zhì)環(huán)境中才可能存在較為明顯的水熱增壓產(chǎn)生的超壓作用[24]。因此，超壓裂縫主要為欠壓實(shí)超壓裂縫和生烴超壓裂縫兩種。

2.4.1欠壓實(shí)超壓裂縫

當(dāng)沉積速度較小時(shí)，埋藏過(guò)程中泥巖中的孔隙水排出順暢時(shí)，壓實(shí)與排水作用易于保持平衡，泥巖得以正常壓實(shí)。在正常壓實(shí)情況下，巖石骨架支撐上覆負(fù)荷, 孔隙流體不承受上覆負(fù)荷，孔隙壓力由流體自身重力構(gòu)成，即孔隙中靜水柱所施的力(靜水壓力)，地層處于正常壓力系統(tǒng)。但是，在快速沉積埋藏過(guò)程中，厚層泥巖外層排水速度較快，滲透率快速降低，導(dǎo)致泥巖中部的流體排出受阻，出現(xiàn)壓實(shí)和排水不平衡。由于孔隙水未能及時(shí)排出而阻止泥巖進(jìn)一步壓實(shí)，形成欠壓實(shí)。欠壓實(shí)泥巖常常表現(xiàn)高孔隙度、低密度、低聲波傳播速度(高聲波時(shí)差)、低電阻率、低機(jī)械強(qiáng)度(鉆速加快)和異常高的孔隙流體壓力(超壓)。在欠壓實(shí)情況下，由于部分上覆負(fù)荷由地層流體承擔(dān)，因而孔隙流體壓力增加，形成局部高壓。隨著埋深的增加，上覆負(fù)荷增加，孔隙流體壓力亦不斷增大。但這種異?？紫读黧w壓力不可能無(wú)限增大，增大到一定程度時(shí)，欠壓實(shí)泥頁(yè)巖將破裂，形成欠壓實(shí)超壓裂縫。但當(dāng)欠壓實(shí)超壓裂縫形成之后，超壓釋放，在上覆巖層的重力作用下，泥頁(yè)巖將進(jìn)一步壓實(shí)，裂縫閉合。因此，在埋藏較深時(shí)代較老的地層中，除非被礦物質(zhì)或其它物質(zhì)充填時(shí)，欠壓實(shí)超壓裂縫才能得以保存和識(shí)別。

圖3　下?lián)P子地區(qū)志留系高家邊組泥頁(yè)巖欠壓實(shí)超壓裂縫Fig.3　Shale fractures induced by undercompaction overpressure in Silurian shales in Lower Yangzi area

在巖心上觀察到的欠壓實(shí)超壓裂縫形狀不規(guī)則，分布位置具有隨機(jī)性，且被泥質(zhì)或其它礦物質(zhì)充填(圖3)。欠壓實(shí)超壓裂縫形成時(shí)，通常也是順著層理優(yōu)先發(fā)育。如果超壓快速產(chǎn)生，層理裂縫不能即時(shí)泄壓時(shí)，才形成切層的、形狀不規(guī)則而隨機(jī)分布的欠壓實(shí)超壓裂縫。欠壓實(shí)超壓的形成與沉積速率關(guān)系密切，沉積速率越大，越容易形成欠壓實(shí)超壓。欠壓實(shí)泥頁(yè)巖超壓裂縫的油氣地質(zhì)意義主要在于對(duì)天然氣保存的影響。由于存在欠壓實(shí)超壓的泥頁(yè)巖沉積速率大，通常有機(jī)質(zhì)含量低，生烴條件較差。因此，欠壓實(shí)超壓裂縫與生烴超壓裂縫一般不共生。當(dāng)泥頁(yè)巖中存在欠壓實(shí)超壓，必然要求厚層泥頁(yè)巖的頂、底段具有很好的物性封閉能力。當(dāng)超壓超過(guò)泥頁(yè)巖層段的最小主應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度之和時(shí)，才發(fā)生超壓破裂，形成裂縫。在這種超壓裂縫未閉合之前，泥頁(yè)巖蓋層的封蓋能力將顯著降低。

圖4　東濮地區(qū)泥巖超壓分布與有機(jī)質(zhì)熱演化的關(guān)系[29]Fig.4　Graphs showing the relationship between the vitrinite reflectance and overpressure in shales in Dongpu area

2.4.2生烴超壓裂縫

富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖(烴源巖)隨著埋藏深度的增加，溫度升高而生烴。烴源巖生烴時(shí)相對(duì)密度較大的干酪根轉(zhuǎn)化為密度較小的石油和天然氣，或者原油裂解生氣而使孔隙流體體積膨脹。Ⅱ型干酪根在Ro達(dá)到2%時(shí)，生氣引起的體積膨脹可達(dá)50%～100%[25-26]。在標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力條件下，單位體積的標(biāo)準(zhǔn)原油可裂解產(chǎn)生534.3體積的氣體[27]。因此，干酪根裂解生氣或者原油裂解成氣都可以造成孔隙流體壓力的急劇增加，導(dǎo)致泥頁(yè)巖破裂，形成生烴超壓裂縫[28]。由生烴作用引起的超壓泥巖，可能已達(dá)到壓實(shí)極限，因此密度高、孔隙度低，而與欠壓實(shí)超壓泥巖相區(qū)別。

泥頁(yè)巖生烴超壓與大量生烴時(shí)烴源巖熱演化深度十分吻合[29]，生烴超壓裂縫的形成階段與生烴高峰期(Ro=0.7%～1.3%)相對(duì)應(yīng)。比如，東濮地區(qū)常壓向超壓轉(zhuǎn)換的深度在3 000 m左右，此深度處，烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度普遍進(jìn)入成熟生烴階段，Ro為0.7%。超壓分布的深度與Ro為0.7%～1.3%對(duì)應(yīng)的深度一致(圖4)。

圖5　黑色頁(yè)巖垂直層面方向P波速度(a)和P波各向異性指數(shù)(b)與圍壓的關(guān)系[30]Fig.5　Graphs showing the relationship of bedding normal P wave velocity (a), anisotropy index (b) and confined pressure[30]

圖6　黑色頁(yè)巖平行層面方向S波速度(a)和S波各向異性指數(shù)(b)與圍壓的關(guān)系[30]Fig.6　Graphs showing the relationship of bedding parallel S wave velocity (a)，anisotropy index (b) and confined pressure[30]

除了以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明成熟烴源巖存在平行層面的生烴超壓裂縫之外，野外還可以見(jiàn)到與層面垂直或斜交的生烴超壓裂縫。這種生烴超壓裂縫在形態(tài)上與欠壓實(shí)超壓裂縫相似，形狀不規(guī)則，裂縫面不平整，常常中間寬、向兩端變細(xì)，不穿層(圖7)。與層面斜交的生烴超壓裂縫通常僅見(jiàn)于單層厚度較大的且有機(jī)質(zhì)含量較高的泥頁(yè)巖中。頁(yè)理很發(fā)育的薄層泥頁(yè)巖中，由于生烴超壓通過(guò)泥頁(yè)巖的頁(yè)理面優(yōu)先釋放，僅產(chǎn)生順層的超壓裂縫。

圖7　石柱地區(qū)志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖生烴超壓裂縫Fig.7　Picture showing fractures induced by hydrocarbon generation overpressure in Silurian shales in Shizhu area

2.5成巖層理裂縫

泥頁(yè)巖中的水平層理/頁(yè)理是在比較穩(wěn)定的水動(dòng)力條件下(如河流的堤岸帶、閉塞海灣、海洋的深水陸棚帶和湖泊的深水帶)，從懸浮或溶液中緩慢沉積而成，由平直且與層面平行的一系列細(xì)層組成。成巖層理/頁(yè)理裂縫是在壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、粘土礦物轉(zhuǎn)化等成巖過(guò)程中形成的、沿著層理/頁(yè)理面發(fā)育分布的非構(gòu)造裂縫。當(dāng)巖層面近于水平時(shí)，如果埋藏深度較大時(shí)，且又不存在超壓，則泥頁(yè)巖的層理/頁(yè)理裂縫將發(fā)生覆壓閉合，而非張開(kāi)狀態(tài)。從巖石滲透率的壓力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果[31]可以推測(cè)，埋深大于1 000 m，即大致相當(dāng)于垂直有效壓力為15 MPa，泥頁(yè)巖的層理/頁(yè)理裂縫會(huì)發(fā)生覆壓閉合。成巖層理/頁(yè)理裂縫在地下大于1 000 m深度保持開(kāi)啟時(shí)，或者存在較為強(qiáng)烈的區(qū)域水平構(gòu)造應(yīng)力作用，且最大主應(yīng)力的方向與層理/頁(yè)理面平行，或者存在超壓。

層理/頁(yè)理裂縫與油氣勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)系主要體現(xiàn)在：(1)為頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣提供儲(chǔ)集空間；(2)影響非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)的水力壓裂效果。頁(yè)巖裂縫發(fā)育程度與總含氣量和游離氣量呈正相關(guān)關(guān)系，頁(yè)巖裂縫越發(fā)育，其含氣量越大，產(chǎn)氣量也越高[2]。此時(shí)，裂縫的作用是作為天然氣和地層水的有效儲(chǔ)集空間和快速運(yùn)移通道，有利于頁(yè)巖層系中游離態(tài)天然氣體積的增加和吸附態(tài)天然氣的解吸。頁(yè)巖層理/頁(yè)理的弱膠結(jié)作用使其斷裂韌性較小，阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力較弱。相反，在垂直層理/頁(yè)理方向，斷裂韌性較大，阻止裂紋擴(kuò)展的能力較強(qiáng)。當(dāng)水力裂縫垂直層理擴(kuò)展時(shí)，在弱層理面處會(huì)發(fā)生分叉、轉(zhuǎn)向，且在繼續(xù)延伸的過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步溝通天然裂縫或弱層理面而形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到體積壓裂[32]。

3　結(jié)　論

(1)泥頁(yè)巖非構(gòu)造裂縫主要可分為干裂裂縫、水下收縮裂縫、成巖層理裂縫、超壓裂縫和現(xiàn)代表生裂縫。

(2)未成巖泥質(zhì)沉積層干裂裂縫形成于沉積的初期，在后期盆地沉降埋深、壓實(shí)成巖過(guò)程中閉合而消失，通常難以保存和識(shí)別。欠壓實(shí)超壓裂縫在老地層中一般僅在被礦物或其它物質(zhì)充填時(shí)才能得以保存和識(shí)別。

(3)生烴超壓裂縫通常發(fā)育于厚層成熟泥巖烴源巖中，薄層頁(yè)巖中即使發(fā)育也難以識(shí)別。因?yàn)樯鸁N超壓優(yōu)先順層釋放，形成順層超壓裂縫，難以與層理裂縫相區(qū)別。

(4)泥頁(yè)巖層理/頁(yè)理面對(duì)裂縫的形成與擴(kuò)展具有明顯的控制作用。層理/頁(yè)理面為泥頁(yè)巖力學(xué)性質(zhì)的薄弱面，順層裂縫優(yōu)先發(fā)育。

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Formation Mechanism and Characteristics of Non-tectonic Fractures in Shales

YUAN Yu-song1, ZHOU Yan1, QIU Deng-feng1, WANG Qian-qian2

(1.PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China;2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Non-tectonic cracks are commonly observed in shale and some of them are greatly significant for the evaluation of shale gas accumulation and preservation. On the basis of the previous research and considering the inherent characteristics of shale, a category scheme of shale fractures has been put forward, and the forming mechanisms of the non-tectonic shale cracks has been summarized. According to the core and field observations, we briefly depicted the characteristics of the non-tectonic shale cracks. Among the non-tectonic cracks of shale, those bedding cracks formed in the diagenesis and those overpressure fractures induced by undercompaction or hydrocarbon generation have close relationship with shale gas accumulation and preservation.

shale; non-tectonic crack; overpressure fracture; undercompaction

2015-03-20；改回日期：2015-09-20；責(zé)任編輯：潘令枝。

國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB214806)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2011ZX05005)。

袁玉松，男，博士，1967年出生，石油地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要研究方向?yàn)槌练e盆地構(gòu)造熱演化和蓋層封閉性。

Email：ysyuan@126.com。

TE122.2

A

1000-8527(2016)01-0155-08