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1 第 33 卷第 4 期 2014年月 Vol. 33 No. 4 Jul 地质科技情报 Geo l og c a lsc enc eandte chno l ogyi n f o rma t on 沾车地区泥岩裂缝成因分析孙耀庭a,b a.中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 ;b.中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院,山东东营 25015) 摘要:沾车地区沙三下亚段与沙一段泥岩裂缝发育,但是裂缝分布规律复杂多变制约了勘探进展对裂缝成因及主控因素进行深入分析后,将泥岩裂缝按成因划分为成岩裂缝溶蚀裂缝矿物收缩裂缝油气演化裂缝) 构造裂缝扩张裂缝拉张裂缝剪切裂缝)和变质收缩裂缝共 3 大类种类型泥岩裂缝的形成和发育主要受沉积环境成岩作用和构造活动的影响半干旱半湿润气候半咸水湖泊中的深湖 - 半深湖环境最有利于泥岩裂缝的形成和发育;早成岩阶段期成烃作用和黏土矿物转化作用有利于成岩裂缝的形成;在大断层和岩浆侵入带附近构造裂缝发育物源不太发育的缓坡带和洼陷带沙三下亚段是泥岩裂缝的集中发育的区带和层系关键词:泥岩裂缝;成岩作用;成因;构造作用;沾车地区中图分类号: P54 3 文章编号: ) 文献标志码: 包括沾化凹陷和车镇凹陷图 1) 沾车地区是济阳泥岩裂缝油气藏是一种以泥质岩类为油气储集层以裂缝为油气主要储集空间和渗滤通道的油藏坳陷泥岩裂缝油气藏最发育的地区之一,已发现的类型,近年来在国内外已大量发现,逐渐发展成为油泥岩裂缝油气藏平面上主要分布于沾化凹陷西部的气勘探的一个新领域 [1-2] 但泥岩裂缝油气藏的成四扣洼陷北部和东南斜坡车镇凹陷东部的郭局子藏条件和控制因素非常复杂,空间分布具有较强的洼陷南斜坡;纵向上主要发育于沙三下亚段和沙一非均质性,是目前石油勘探开发过程中所遇到的难段,岩性以油页岩油泥岩为主,还包括少量变质泥度较大的油藏类型之一岩碳质泥岩灰质泥岩白云质泥岩等其他泥质岩类以及泥质岩与其他岩性组成的薄互层 [3-6] 由于沾车地区位于济阳坳陷北部,东起黄河故道,西至套尔河,南起黄河,北至渤海滩涂区域构造单元泥岩裂缝油气藏勘探难度较大,与其他油藏类型相 km 图 1 沾车地区泥岩裂缝油藏平面分布 Fg. 1 HorzontaldstrbutonofmudstonefracturereservorsnZhanchearea 收稿日期: 编辑:杨作者简介:孙耀庭 18 ),男,工程师,主要从事石油地质研究工作 E-ma l: s t 1@s na. c om y 勇基金项目:国家科技攻关项目济阳坳陷隐蔽油藏地质评价和勘探关键技术研究 2008B613)

第4期 4 孙耀庭:沾车地区泥岩裂缝成因分析比,目前发现的油藏数量少规模小,但各种类型泥质岩中均可发育泥岩裂缝油气藏,对泥岩裂缝成

张开宽度充填程度形成期次力学性质和形成机制等方面进行了分析 [-13],按形成原因对裂缝进行分类可以直观地反映裂缝形成时 1

法,也是目前应用最广泛的分类方法岩根据岩心观察薄片鉴定扫描电镜分析结果和成像心中观察到的裂缝包括天然裂缝和钻井取心过程中测井资料,参考国内外

结合力的一种地质界面,是破裂作用的结果 [ 8] 和广义 2 种,狭义裂缝只是指岩石中的节理即破裂面两侧岩体未发生明显位移的情况),而广义裂缝则包括断层和节理,石油地质

成岩作用影响形成的裂缝,规模一般较小,以微裂缝 2 00 m 6.3 10 2 64 m 2 2 65.83 m 2 61.20m 2 2 668 m 151 3 04.

$2 Mudstonefracturereservorclass f catonofzhanchearea 缝面张开宽度 <0.$ 微裂缝,大裂缝较少;方向性强,基本平行于泥岩的纹理成岩裂缝又可进一步下地层中大裂缝以水平方向和斜交岩石层面方向

应力变化引起岩石破裂而形成的裂缝 [14-15] 沾车地成岩作用和构造作用 3 种地质因素影响沉积作用区构造裂缝主要是局部非同生正断层活动形成的裂的必要条件;而构造作用

要为北东向和北西向 2 组,平面上多出现于洼陷内各级断层附近,缝面宽度和延伸长度较大,以大裂缝 1 沉积作用泥岩中矿物成分的类型含量决

同,构造裂缝分为拉张裂碳酸盐矿物和有机质含量升高导致岩石的脆性增缝扩张裂缝和剪切裂缝 3)变质收缩裂缝是泥质岩受

2 第4期 4 孙耀庭:沾车地区泥岩裂缝成因分析比,目前发现的油藏数量少规模小,但各种类型泥质岩中均可发育泥岩裂缝油气藏,对泥岩裂缝成因及有利储层进行深入研究,是发现中大型泥岩裂缝油气藏的必要条件义天然裂缝裂缝的分类方法有多种,不同学者分别对裂缝从产状缝面形态张开宽度充填程度形成期次力学性质和形成机制等方面进行了分析 [-13],按形成原因对裂缝进行分类可以直观地反映裂缝形成时 1 泥岩裂缝成因分类的地质环境和相应的力学环境,是裂缝研究中最重严格按岩石力学观点来讲,裂缝是岩石中失去要的分类方法,也是目前应用最广泛的分类方法岩根据岩心观察薄片鉴定扫描电镜分析结果和成像心中观察到的裂缝包括天然裂缝和钻井取心过程中测井资料,参考国内外几种比较成熟的裂缝成因分形成的诱导裂缝两大类,天然裂缝的定义分为狭义类方案,将本区泥质岩中的裂缝划分为成岩裂缝构结合力的一种地质界面,是破裂作用的结果 [ 8] 和广义 2 种,狭义裂缝只是指岩石中的节理即破裂面两侧岩体未发生明显位移的情况),而广义裂缝则包括断层和节理,石油地质学上所说的裂缝均为狭造裂缝和变质收缩裂缝 3 种基本类型图 2) 1)成岩裂缝是指泥质岩在埋藏过程中受各种成岩作用影响形成的裂缝,规模一般较小,以微裂缝 2 00 m m m m m m m 24.3m m 图 2 沾车地区泥页岩裂缝储集层分类 Fg. 2 Mudstonefracturereservorclass f catonofzhanchearea 缝面张开宽度 <0. 15 mm)为主,但数量较多,分布广泛,纵向上集中发育于沙三下亚段和沙一下段泥岩地层中,平面上在洼陷内不同构造部位均可出现; 规模较小,绝大部分为微裂缝,大裂缝较少;方向性强,基本平行于泥岩的纹理成岩裂缝又可进一步下地层中大裂缝以水平方向和斜交岩石层面方向为主,微裂缝方向较为杂乱 2 裂缝形成主控因素泥岩裂缝的形成发育和改造主要受沉积作用划分为溶蚀裂缝矿物收缩裂缝和油气演化裂缝 2)构造裂缝是指在构造运动影响下,由于构造应力变化引起岩石破裂而形成的裂缝 [14-15] 沾车地成岩作用和构造作用 3 种地质因素影响沉积作用区构造裂缝主要是局部非同生正断层活动形成的裂的必要条件;而构造作用和变质作用直接导致泥岩缝,在沙三下亚段地层中最为发育,构造裂缝方向主中裂缝的形成,是裂缝形成的外因决定岩石的成分脆性和固结程度,是泥岩形成裂缝要为北东向和北西向 2 组,平面上多出现于洼陷内各级断层附近,缝面宽度和延伸长度较大,以大裂缝 1 沉积作用泥岩中矿物成分的类型含量决定着岩石的脆为主;构造裂缝具有明显的方向性,其方向与主控断性大小和固结程度,进而决定泥岩裂缝发育程度层有关按力学性质的不同,构造裂缝分为拉张裂碳酸盐矿物和有机质含量升高导致岩石的脆性增缝扩张裂缝和剪切裂缝 3)变质收缩裂缝是泥质岩受热接触变质作用大,延展性变小,有利于裂缝发育,同样岩石固结程的产物其分布受可作为岩浆上涌通道的断层控制,平面上出现于火成岩分布区,纵向上出现于沙三度越差越有利于裂缝的形成泥岩中矿物成分的类型含量主要决定于以下几种地质因素 1)母岩性质母岩岩石性质直接决定了凹陷

3 48 地质科技情报内沉积物的性质沾车凹陷是中生代以后形成的断陷湖盆,凹陷内的沉积物主要来自其周围的凸起,但由于各凸起抬升时间与抬升幅度的不同,前新近系地层被剥蚀的速率方式岩性也有所不同,这就决 2014 年阶段可划分为同生早成岩晚成岩 3 个阶段,并进一步将早成岩阶段划分为 B2 期,晚成岩阶段划分为期, 统计发现泥岩裂缝主要发育在晚 B C3 成岩阶段期同部位所形成的岩石中矿物成分也有较大差异,因 1)不同成岩作用对裂缝形成和发育的影响不同成岩作用对泥岩裂缝的形成和发育存在不此形成裂缝的基本条件也不同对四扣洼陷和郭局同的影响,其中有利于泥岩裂缝的形成和发育的成子洼陷来说,母岩主要为义和桩凸起的寒武系 - 奥岩作用包括溶解作用成烃作用和黏土矿物转化作陶系的碳酸盐岩,形成了厚度大分布面积广碳酸用,而压实作用胶结作用不利于裂缝的形成,还可盐矿物含量较高的泥岩,非常有利于裂缝形成;而渤使已存在的裂缝闭合或充填泥岩裂缝的发育取决南洼陷母岩主要为孤岛凸起的石炭系 - 二叠系岩于何种成岩作用占主导,沾车地区泥岩裂缝伴生的定了即使在相同沉积时期不同洼陷及同一洼陷内不石,形成以粗碎屑为主的沉积体系,泥岩厚度小,碳成岩作用以成烃作用和黏土矿物转化作用为主 2)不同成岩阶段中裂缝的发育规律不同成岩阶段中的各种成岩作用的强度存在较酸盐矿物含量低,不利于裂缝形成 2)古气候及古盐度条件气候的变迁控制湖泊水量和湖水含盐度的变化,对断陷湖盆沉积体系和岩石成分有重要影响古近纪时期,济阳坳陷的气候条件发生了 2 次由干旱到湿润的变化过程沙三下亚段和沙一段沉积期为半干旱半湿润气候,在这种气候条件下,湖水含盐度较低,为半咸水湖泊, 大差异,进而造成裂缝的发育情况存在较大差异晚成岩阶段期对应油气大量生成期,成烃作用黏土矿物转化作用较强,有利于裂缝的形成和改造; 晚成岩阶段 B 期溶解作用成烃作用和黏土矿物转化作用变弱,同时胶结作用强烈,不利于裂缝形成, 沉积大面积分布的厚层碳酸盐矿物含量较高的脆已经存在的裂缝绝大多数被胶结物充填性泥岩,有利于泥岩裂缝形成;同时这种气候条件有晚成岩阶段期是最有利于泥岩裂缝形成的成岩时期,具体表现为:地层埋深 2100~3600 m, 利于生物繁盛,为湖盆提供了丰富的有机物质,降低了岩石的固结程度,也有利于裂缝形成在半干旱半湿润的气候条件下,由于大气降水和流域汇水增加,导致湖泊面积扩大,湖水淡化,形成半咸水湖泊如果湖盆周围凸起出露碳酸盐岩地层,在水体安静陆源碎屑物质相对较少浮游生物繁盛的深湖半深湖环境的沉积物中碳酸盐和有机质含量较高,同时还原 - 强还原条件的深湖半深湖地层温度 0~140, Ro 为 0. 5% ~1. 3%,孢粉颜色为枯黄 - 棕黄色,有机质演化指数为 5~3. 有机质成熟带),伊 - 蒙混层矿物中蒙脱石含量为 20%~50% ;成岩作用中,溶解作用胶结作用成烃作用黏土矿物转化作用较强图 4) 沾车地区泥岩裂缝主要发育在深度 2800~3500 m 范围内,处于晚成岩阶段期,也证明了这一点境中形成的泥岩脆性较大固结程度较弱,为裂缝的 3 构造作用构造作用包括区域构造运动和局部构造作用, 形成提供了有利条件受古地形条件的影响,湖盆缓区域构造运动主要指盆地的整体升降和盆地边界大环境也有利于有机质的保存,因此在深湖半深湖环坡带的泥岩比陡坡带的泥岩更易发育裂缝图 3) 2 成岩作用泥岩在埋藏过程中经受着各种成岩作用影响, 成岩作用既可以在泥岩中产生裂缝,又可以对已存在的裂缝进行改造沾车地区泥岩的成岩作用断层的幕式活动,控制着洼陷内沉积环境的演化和沉积体系的类型以及平面分布,间接影响着泥岩裂 h /m [ 16 1] B B C 图 3 沾车地区泥岩裂缝沉积模型 Fg. 3 Mudstonefracturedepost onmodelofzhanchearea 图 4 沾车地区泥岩裂缝成岩模型 Fg. 4 Mudstonefracturedagenet cmodelofzhanchearea

4 第4期 4 孙耀庭:沾车地区泥岩裂缝成因分析缝的形成;局部构造作用包括褶皱和内幕断层的形成和演化,是构造裂缝的形成和分布的主要控制因素,沾车地区古近纪新近纪局部构造作用以扭张断陷为主,褶皱作用较弱,泥岩裂缝的形成和发展受控于局部正断层的活动的主要原因,断层消失端交汇区及弯曲断层的外凸区是裂缝相对发育区;张裂缝扩张裂缝和拉张裂缝)平行于断层面,剪裂缝发育 2 组方向,一组平行于断层面,另一组与断层面斜交;构造裂缝带的发育宽度与断层拉张量断面宽度)成正比;深大断裂控 1)断层效应理论分析及模拟实验都证明,断层和裂缝的形制变质收缩裂缝的空间分布图 5) 成机理是一致的 [18-20] 断层也是岩石中的破裂面, 是裂缝的宏观表现断层与裂缝两者相互伴生,相互促进与断层相伴生的构造裂缝系统包括两类: 一类是先于断层形成的裂缝系统在地应力作用下,岩石中首先形成大量的微裂缝,后随应力的进一步加大,岩石发生错断,形成断层,即断层出现于裂缝已经形成的阶段,是由裂缝进一步发展而成第二类是断层派生的裂缝系统断层形成后,一方面由于其两盘的相对错动产生伴生构造多数为牵引褶皱),派生出相对较弱的雁行状裂缝;另一方面由于断层的存在,造成地应力的重新分布,使应力在断层带某些部位集中而产生新的构造破裂缝由断层造成地应力重新分布而形成破裂带的作用称为断层效应根据力学实验,弯曲断层的外凸区断层的末端区和多组断层交汇区和转换区构造图 5 沾车地区泥岩裂缝构造模型 Fg. 5 MudstonefracturestructuralmodelofZhanchearea 3 裂缝成因地质模型在对泥岩裂缝成因类型和裂缝控制因素研究的应力最为集中,也是裂缝相对发育带沾车地区构基础上,通过总结沉积模型成岩模型和构造模型, 造裂缝发育区集中于断层的消失端多组断层交汇可建立泥岩裂缝成因地质模型,为寻找和预测泥质区和转换区弯曲断层的外凸区附近岩中的裂缝带提供有效地质依据 2)断层对变质收缩裂缝的影响地下高温岩浆沿深大断层上涌至发育层理和裂缝等力学结构面薄弱的岩石中,就会在巨大的机械沾车地区泥岩裂缝划分为成岩裂缝构造裂缝和变质收缩裂缝 3 种裂缝系统是泥岩储层的主要储集空间和渗滤通压力下沿层理或裂缝顺层挤入围岩中,使围岩在高道,裂缝的发育程度是泥岩储集性能好坏的关键因温烘烤作用下发生热接触变质作用,此后冷却收缩, 素成岩裂缝中,溶蚀裂缝矿物收缩裂缝油气演在火成岩及变质围岩中形成收缩裂缝在火成岩与油泥岩形成的变质泥岩中,发育大量的变质收缩裂缝,裂缝方向比较杂乱,裂缝带的分布范围受断层控化裂缝一般为微裂缝缝面宽度 <0. 15 mm),储集性能差;构造裂缝以大裂缝缝面宽度 >0. 15 mm) 为主,储集性能好,张性裂缝储集性能明显好于剪切制沾化凹陷沙三下亚段通常在侵入岩附近的暗色裂缝;变质收缩裂缝储集性能极好总体分析认为泥岩中见到的裂缝即属于这种类型沾车地区物源不太发育的缓坡带和洼陷带沙三下亚构造裂缝包括先于断层形成的裂缝和由断层派生的裂缝 2 种 [21-22];局部非同生正断层是裂缝形成 N 段具备泥岩裂缝形成的各种有利条件,是泥岩裂缝集中发育的区带和层系图 6) N.新近系;Ed.东营组; Ed 沙一段-沙二 E s1 -E ss E s 1 -E s 2 s s 上段;E s2 3.沙三中上段; Es 3 zs rt Es3 x Å-? Es4- rt C Ek O Mz 图 6 沾车地区泥岩裂缝成因模式 Fg. 6 Mudstonefracturegenet cmodelofzhanchearea 沙三下段;E E sx s4 -Ek. 3. 沙四段 - 孔店组;Mz.中生界; C-P.上古生界; -O.下古生界;r t.太古宇

5 50 地质科技情报 2014 年 4 结论 1) 沾车地区泥岩裂缝形成和发育主要受沉积作用成岩作用和构造作用的影响, 按成因划分为成岩裂缝溶蚀裂缝矿物收缩裂缝油气演化裂缝 ) 构造裂缝扩张裂缝拉张裂缝剪切裂缝 ) 和变质收缩裂缝 3 类 2) 半干旱半湿润气候条件下的半咸水湖泊中的深湖 - 半深湖环境和早成岩阶段期有利于成岩裂缝的形成, 大断层和岩浆侵入带附近泥岩裂缝发育 3) 沾车地区物源不太发育的缓坡带和洼陷带沙三下亚段是泥岩裂缝集中发育的区带和层系参考文献 : [1] DeWtJr.Devonangasḇearngshalesntheppalachanbasn[C] SpencerC W,MastR F.Geologyoftghtgasreservors.Oklahoma,Tulas:PG Studesn Geology,186, 24:1-8. [2] 张金功, 袁政文. 泥质岩裂缝油气藏的成藏条件及资源潜力 [J]. 石油与天然气地质,2002,234): [3] 徐福刚, 李琦, 康仁华, 等. 沾化凹陷泥岩裂缝油气藏研究 [J]. 矿物岩石,2003,231):4-6. [4] 智凤琴, 李琦, 樊德华, 等. 沾化凹陷泥岩裂缝油气藏油气运移聚集研究 [J]. 油气地质与采收率,2004,115):2- [5] 宋梅远, 张善文, 王永诗, 等. 沾化凹陷沙三段下亚段泥岩裂缝储层岩性分类及测井识别 [J]. 油气地质与采收率,2011,18 6):18-2 [6] 尹克敏, 李勇, 慈兴华, 等. 罗家地区沙三段泥质岩裂缝特征研究 [J]. 断块油气田,2002,5):24- [] HopperECD.Fludmgratonalonggrowthfaultsncompactngsedments[J].Petroleum Geology,11,42): [8] pln C,MatenaarIF.Influenceofmechancalcompacton andchemcaldagenessonthemcrofabrcandfludpropertes ofgulfofmexco mudstones[j].journalofgeochemcalexploraton,2003,82): [] 刘传虎, 苏朝光. 沾化凹陷罗家地区泥岩裂缝油气藏成藏机理及地震识别描述 [J]. 复式油气田,20004): [10] 董冬, 杨申镳, 项希勇, 等. 济阳坳陷的泥质岩类油气藏 [J]. 石油勘探与开发,13,206):15-2 [11] 周文. 裂缝性油气储集层评价方法 [M]. 成都 : 四川科学技术出版社,18. [12] 慕小水, 苑晓荣, 贾贻芳, 等. 东濮凹陷泥岩裂缝油气藏形成条件及分布特点 [J]. 断块油气田,2003,101): [13] 向立宏. 济阳坳陷泥岩裂缝主控因素定量分析 [J]. 油气地质与采收率,2008,155):31-33,3. [14] 吴巧生, 王华, 吴冲龙. 沉积盆地构造应力场研究综述 [J]. 地质科技情报,18,11):8-1 [15] 张莉. 陕甘宁盆地储层裂缝特征及形成的构造应力场分析 [J]. 地质科技情报,2003,222): [16]HuntJM.Generatonandmgratonofpetroleumfromabnoṟ malpressuredfludcompartment[j].pg Bul.,18,4 1):1-1 [1]ZhangJngong,LPelong,Dongdong.Overpressuredfracturesand fracturedshalereservorsnthecandong-nanpanddoyngdepressons[j].scentageologasnca,15,44): [18]RossJV,LalementH,CarterN.Stressdependenceofrecrystalzeḏgranandsubgranszenolvne[J].Tectonophyscs,180,01/2):3-61. [1] 刘魁元, 孙喜新, 李琦, 等. 沾化凹陷泥质岩储层中裂缝类型及其成因研究 [J]. 石油大学学报 : 自然科学版,2004,284): [20] 魏春光, 雷茂盛, 万天丰, 等. 古龙徐家围子地区营城组古构造应力场数值模拟 : 构造裂缝发育区带预测及对比研究 [J]. 石油与天然气地质,2006,21):8-84. [21] 袁静. 沾化凹陷罗家地区沙四段顶部至沙三段泥质岩裂缝特征及其影响因素 [J]. 石油大学学报 : 自然科学版,2003,24): [22] 李捷, 王海云. 松辽盆地古龙凹陷青山口组泥岩裂缝成因分析 [J]. 世界地质,15,143): FormatonnalyssofMudstoneFracturenZhancherea SunYaotng a.schoolofgeoscences,chnaunverstyofpetroleum,qngdaoshandong266580,chna;b.research InsttuteofGeologcalScencesofShenglOlfeld,SINOPEC,DongyngShandong25061,Chna) stonefracturessdevdedntoseventypesofthreecategoresbycause,ncludng:dagenetccracksdssoluton seams,mneralshrnkagecracksandoḻgasevolutonaryfracture),tectoncfracturesexpansoncracks,tenson cracksandshearcracks),andmetamorphcshrnkagecracks.formatonanddevelopmentofmudstonefractures bstract:fracturesaredevelopednes x 3andEs1 mudstoneofzhanchearea,howeverthecomplexdstrbutonsrestrctetsexploratonprogress.bytheṉdepthanalyssofthecausesofcracksandcontrolngfactors,themuḏ dependonthempactsofsedmentaryenvronment,dageness,andtectoncactvty.semardandsemhumdclmatecondtons,deepandsemḏeepbrackshlakeenvronmentarethemostconducvecondtonsfortheformaton anddevelopmentofmudstonefracture.earlerdagenetcsthemanperodofmudstonefractureformatondue tohydrocarbongeneratonandclaymneralstransformaton.tectoncfracturesaredevelopednearbythelargefault zoneandmagmatcntruson.gentlebeltwhchhaslessdevelopedprovenanceandsagofes x 3aretheconcentrated developmentzoneandstrata. Keywords:mudstonefracture;dageness;causes;tectonsm;Zhanchearea

, : - -, - - -, - - -. : ; ; ( ),,,, --,,,, / / / / / / / / /. /,,, ( - ). /,,,,. /, /, / [ ],,,,,. -. ;. ;. ;. ;. ;. ;. ;. ;. ;. ;. ;Ⅰ. :Ⅰ -., Ⅰ -. ;

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