重慶下古生界頁巖順層滑脫變形域的形成及其地質(zhì)意義

岳 鋒，李永臣，趙寶山，曾祥亮

(1.甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030； 2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；3.中國石油 煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

中石化涪陵頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)及其商業(yè)開發(fā)，標(biāo)志著我國頁巖氣勘探開發(fā)實現(xiàn)重大突破[1]。綜觀南方海相頁巖氣勘探現(xiàn)狀，我國頁巖氣勘探開發(fā)受到復(fù)雜地質(zhì)條件的嚴(yán)重制約。特別是構(gòu)造作用對頁巖氣保存及富集的影響，成為制約頁巖氣勘探開發(fā)實現(xiàn)面上突破的主要原因[1-5]。

前人研究結(jié)果表明，構(gòu)造作用對頁巖氣保存和富集的影響主要體現(xiàn)在以下四方面：①構(gòu)造作用產(chǎn)生的斷裂會造成頁巖氣的散失，破壞頁巖氣的保存；②構(gòu)造作用所形成的裂縫系統(tǒng)是頁巖氣重要儲集空間和主要滲流通道，頁巖裂縫既可成為頁巖氣儲集空間，又可成為頁巖氣散失通道，對頁巖氣的富集、保存及開發(fā)產(chǎn)生重要影響；③構(gòu)造作用所形成的不整合面是頁巖氣散失的重要通道，破壞頁巖氣保存條件；④構(gòu)造作用所形成的糜棱化劈理域是頁巖氣重要儲集空間，影響頁巖氣的賦存和富集[6-21]。

以上四種構(gòu)造類型是常見的影響頁巖氣保存和富集的構(gòu)造類型。實際上，還有一種由強烈構(gòu)造作用或重力作用形成的沿頁理面或?qū)永砻姘l(fā)生順層滑動并在滑動面上形成構(gòu)造變形帶的構(gòu)造類型，本文稱之為“順層滑脫變形域”。順層滑脫變形域具有一條延伸較長的順層破碎帶，破碎帶內(nèi)發(fā)育有網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，是頁巖氣重要儲集空間和主要側(cè)向運移通道，對頁巖氣富集和保存具有十分重要的意義。前人研究成果主要側(cè)重于對滑脫裂縫的分析[6,22-26]，順層滑脫變形域易被忽視，原因在于：巖心尺度上順層滑脫裂縫多見，但順層滑脫所形成的構(gòu)造變形帶無法在巖心上顯示其整體面貌，順層滑脫面之上的破碎帶可能被誤認(rèn)成小型斷層破碎帶。為探討順層滑脫變形域的形成機理及其對頁巖氣富集和保存的影響，基于頁巖露頭、鉆井巖心觀察，分析順層滑脫變形域的類型及其形成機制；通過受力條件分析，探討順層滑脫變形域形成地質(zhì)條件及主要影響因素；最后，根據(jù)鉆井資料分析，探討順層滑脫變形域?qū)搸r氣富集和保存的影響。研究成果從巖性層角度對分層流變研究提供了重要證據(jù)，對我國南方強構(gòu)造改造區(qū)頁巖氣勘探選區(qū)具有重要指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于盆緣地質(zhì)條件較復(fù)雜的渝東南和渝東北地區(qū)，文中頁巖野外露頭和鉆井皆位于以上地區(qū)。

渝東南地區(qū)位于七曜山基底斷裂南東部，大地構(gòu)造上屬于揚子準(zhǔn)地臺上揚子臺內(nèi)坳陷構(gòu)造單元。渝東南地區(qū)構(gòu)造運動復(fù)雜，主要經(jīng)歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動，形成了以北北東向構(gòu)造為主的現(xiàn)今構(gòu)造面貌，產(chǎn)生了大量北北東向褶皺、斷裂和裂縫系統(tǒng)(圖1)。地層變形強度顯示出由南東向北西逐漸減弱的規(guī)律，南東部表現(xiàn)為背斜寬緩、向斜緊閉的隔槽式褶皺，靠近七曜山斷裂一側(cè)的北西部表現(xiàn)為背斜緊閉、向斜寬緩的隔擋式褶皺，中部表現(xiàn)為過渡式褶皺。渝東南地區(qū)是我國重要的頁巖氣成藏有利區(qū)之一，主要發(fā)育下志留統(tǒng)龍馬溪組和下寒武統(tǒng)牛蹄塘組兩套富有機質(zhì)頁巖。

渝東北地區(qū)位于上揚子地塊北緣，屬大巴山?jīng)_斷帶，為四川盆地與秦嶺造山帶的過渡部位，整體為一向南西凸出的弧形構(gòu)造帶。以城口斷裂為界可將渝東北地區(qū)劃分為南大巴山前陸沖斷褶皺帶和北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶兩個地層-構(gòu)造單元。渝東北地區(qū)構(gòu)造運動同樣較為復(fù)雜，主要形成近EW向密集、大體平行、不對稱的背斜和向斜構(gòu)造。巫溪一帶構(gòu)造線呈近EW向，至城口構(gòu)造線逐漸向N偏轉(zhuǎn)，呈NW向延展，由SW向NE褶皺的強度和密度都顯示出由強變?nèi)?、由密到疏的特點(圖2)。渝東北地區(qū)主要發(fā)育下寒武統(tǒng)魯家坪組(水井沱組)和下志留統(tǒng)龍馬溪組兩套富有機質(zhì)頁巖。

2 順層滑脫變形域類型及其形成機制

頁巖層具有強烈非均質(zhì)性，沿頁理方向抗剪強度較低，在伸展或擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下，易于在頁巖與強硬巖層交界處沿頁理面或?qū)永砻姘l(fā)生順層滑動[22-23]。順層滑動破裂面上部常形成一條破碎帶，破碎帶內(nèi)發(fā)育有與層理面平行或小角度相交的剪切裂縫(低角度滑脫裂縫)，破碎帶之上常發(fā)育有調(diào)節(jié)層內(nèi)地層變形的小型褶皺構(gòu)造或斷裂。這些由順層滑脫作用形成的包含順層滑脫破碎帶、滑脫裂縫及變形調(diào)節(jié)褶皺等構(gòu)造要素在內(nèi)的構(gòu)造變形區(qū)域稱為順層滑脫變形域。

根據(jù)順層滑脫變形域形成地質(zhì)背景及力學(xué)條件、順層滑脫變形域地質(zhì)特征，將順層滑脫變形域分為兩種類型，即擠壓型和重力型。兩種不同類型順層滑脫變形域具有不同的形成機制及地質(zhì)特征(表1)。

圖1 渝東南地區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geology of southeast Chongqing

圖2 渝東北地區(qū)地質(zhì)概況Fig.2 Geology of northeast Chongqing

類型地層產(chǎn)狀形成時間滑脫裂縫調(diào)節(jié)褶皺力學(xué)條件破碎帶寬度/m滑脫面上下巖石強度差異典型實例擠壓型平緩、傾斜、高陡早發(fā)育發(fā)育G′<σ′<0．1相對較大渝東南重力型高陡晚發(fā)育不發(fā)育G′>σ′0．5～3．5相對較小渝東北

注：G′為沿頁理面或?qū)永砻娣较虻闹亓Ψ至?，σ′為沿頁理面或?qū)永砻娣较虻乃綉?yīng)力分量。

2.1 擠壓型

擠壓型順層滑脫變形域是在水平擠壓構(gòu)造應(yīng)力占主導(dǎo)地位的應(yīng)力環(huán)境下形成的，擠壓型順層滑脫變形域所在巖層傾角變化范圍較大，平緩、傾斜或高陡地層中皆可發(fā)育，渝東南盆緣山區(qū)下古生界頁巖中發(fā)育的順層滑脫變形域即為典型的擠壓型順層滑脫變形域。在地層平緩或傾斜狀態(tài)下，形成擠壓型順層滑脫變形域時，順頁巖頁理面方向水平剪切應(yīng)力分量通常情況下要遠(yuǎn)大于上覆地層重力分量。在高陡地層中，擠壓型順層滑脫變形域?qū)嶋H上在地層尚處于平緩或傾斜狀態(tài)下已形成，后經(jīng)后期持續(xù)、強烈構(gòu)造擠壓作用呈現(xiàn)出一種高陡產(chǎn)出狀態(tài)。因此，平緩、傾斜或高陡地層中擠壓型順層滑脫變形域的形成機制實際上是基本一致的。

以渝東南黔江地區(qū)下古生界龍馬溪組頁巖露頭為例，擠壓型順層滑動構(gòu)造變形域在露頭上表現(xiàn)為沿龍馬溪組頁巖底部層段順層滑動所形成的一條破碎帶及破碎帶上部調(diào)節(jié)層內(nèi)形變的褶皺構(gòu)造。順層滑動沿龍馬溪組頁巖與下伏臨湘組強硬灰?guī)r層接觸界面發(fā)生，滑動破碎帶內(nèi)位于龍馬溪頁巖的底部，破碎帶內(nèi)主要發(fā)育與層理面平行或小角度相交的剪切裂縫，與目的層內(nèi)以高角度剪切裂縫為主的裂縫體系明顯不同(圖3)。巖心上滑動破碎帶寬約0.5～3.5 m，破碎帶內(nèi)巖心不連續(xù)，常見方解石等充填礦物，充填礦物多雜亂分布。破碎帶內(nèi)順層滑脫裂縫及低角度滑脫裂縫發(fā)育，這兩種滑脫裂縫是頁巖在順層剪切應(yīng)力作用下沿頁理面發(fā)生剪切滑動形成的，滑脫裂縫面上有明顯的擦痕、階步及鏡面特征，部分被方解石等礦物充填(圖4)。

2.2 重力型

重力型順層滑脫變形域的形成機制與擠壓型順層滑脫變形域的形成機制具有較大的差異。重力型順層滑脫變形域的形成經(jīng)歷兩個構(gòu)造應(yīng)力變化階段：第一階段，在強烈擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下，早期平緩地層被擠壓至傾斜狀態(tài)，直至呈高陡狀產(chǎn)出；第二階段，隨著擠壓構(gòu)造應(yīng)力的逐漸減弱或構(gòu)造應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)向伸展構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)，上覆地層壓力逐漸占主導(dǎo)地位，當(dāng)沿頁理面方向應(yīng)力分量大于頁理面抗剪強度，頁巖沿頁理面發(fā)生順層滑動，并沿順層滑脫面形成斷裂、裂縫等相關(guān)構(gòu)造，這些構(gòu)造同順層滑脫面一起構(gòu)成重力型順層滑脫變形域。因此，重力型順層滑脫變形域通常是在上覆地層壓力(主要是巖層重力)占主導(dǎo)作用的應(yīng)力環(huán)境下形成的。渝東北盆緣山區(qū)下古生界頁巖地層中高角度產(chǎn)出的順層滑脫變形域多為重力型順層滑脫變形域。

在重力型順層滑脫變形域形成過程中，起主導(dǎo)作用的上覆地層壓力隨著埋深的增加而逐漸加大。與擠壓型順層滑脫變形域相比，重力型順層滑脫變形域地層變形強度相對較弱，順層滑脫構(gòu)造變形影響范圍相對較小。以渝東北城口地區(qū)下古生界水井沱組頁巖露頭為例，重力型順層滑脫變形域在露頭上表現(xiàn)為一條沿層理面或頁理面發(fā)育的滑動破裂帶，單個破裂帶兩側(cè)地層間距明顯，但寬度相對較小。巖心上多表現(xiàn)為具有一定間隔距離的順層滑動集中發(fā)育的窄條帶，破裂帶寬度一般小于0.5 m。破裂帶內(nèi)還發(fā)育有與層理面或頁理面低角度相交的滑脫裂縫及順層滑脫裂縫形成時由派生張應(yīng)力形成的與層理面或頁理面高角度相交的張裂縫?；摿芽p面上有明顯的擦痕、階步及鏡面特征，部分被石英、方解石等礦物充填(圖5a—c)。

圖3 渝東南黔江地區(qū)野外頁巖露頭上順層滑脫變形域Fig.3 Bedding decollement deformation domain in shale outcrop in Qianjiang,southeast Chongqing

圖4 渝東南頁巖氣鉆井巖心上順層滑脫變形域特征Fig.4 Characteristics of bedding decollement deformation domain on cores of shale in southeast Chongqinga.酉淺1井，埋深1 096.3 m；b.酉地2井，埋深833.5 m；c.渝參6井，埋深703.2 m；d.渝參7井，埋深800.1 m；e.渝參8井，埋深904.5 m；f.渝參9井，埋深1 459.7 m

圖5 渝東北野外露頭及巖心上順層滑脫變形域特征Fig.5 Characteristics of bedding decollement deformation domain on outcrops and cores in northeast Chongqinga.城口野外露頭；b.城淺1井，埋深709.7 m，巖心；c.渝參2井，埋深293.1 m，巖心；d.渝參2井，埋深407.6 m，巖心

對比來看，重力型順層滑脫變形域常沿巖石能干性相對較強的巖層之間的層理面或頁理面形成?？赡茉蛟谟冢涸缙趶娏覕D壓作用下，能干性相對較弱的巖層會優(yōu)先沿層理面或頁理面發(fā)生順層滑動，順層滑動構(gòu)造會吸收、減弱水平構(gòu)造擠壓應(yīng)力的能量，能干性相對較強的巖石會慢慢被推擠成高陡狀。當(dāng)后期水平構(gòu)造應(yīng)力逐漸減小且上覆地層壓力達到一定程度時，能干性較強的巖層會沿層理面或頁理面發(fā)生順層滑動從而形成重力型順層滑脫變形域。

上述重力型順層滑脫變形域為泥質(zhì)巖成巖后所形成的構(gòu)造類型。實際上，泥質(zhì)巖成巖前含有較多的水分，未固結(jié)，粘結(jié)力較差，傾斜地層條件下由于重力作用易失穩(wěn)，并沿層理面方向發(fā)生層間滑動，這種層間滑動在泥質(zhì)巖間較為普遍。泥質(zhì)巖在沉積過程中，靠陸一側(cè)沉積厚度相對較小，在垂向重力作用下，沿頁理方向表現(xiàn)為拉張應(yīng)力狀態(tài)，形成一系列高角度正斷層等構(gòu)造變形，該類型正斷層表現(xiàn)為上陡下緩的展布特征，斷層下端產(chǎn)狀逐漸變緩直至平行于層理方向，開始發(fā)生順層剪切，并形成層間滑動構(gòu)造；靠海一側(cè)泥質(zhì)巖沉積厚度相對較大，在靠陸一側(cè)泥質(zhì)巖側(cè)向推擠和自身重力作用下，泥質(zhì)巖沿層理方向表現(xiàn)為擠壓應(yīng)力狀態(tài)，并在一定條件下沿層理面方向產(chǎn)生層間滑動，形成一系列向海傾伏的褶皺系統(tǒng)。同時層內(nèi)形成一系列高角度逆斷層，逆斷層下陡上緩，斷層面向上逐漸與層面平行，發(fā)生順層剪切，并形成順層滑脫構(gòu)造[27-29]。成巖前重力型順層滑脫構(gòu)造由于形成時間相對較早，順層滑脫面易被石英、方解石等礦物多期次充填，常被后期由構(gòu)造運動形成的一系列高角度天然裂縫切割(圖5d)。

順層滑脫變形域類型主要依據(jù)順層滑脫面上下巖層的相對運動方向、順層滑脫變形域的發(fā)育特征和規(guī)模進行區(qū)分。根據(jù)上述分析，擠壓型順層滑脫變形域形成時巖層發(fā)生“逆斷層”運動，即順層滑動破碎帶上部巖層向上運動；重力型順層滑脫變形域形成時巖層發(fā)生“正斷層”運動，即順層滑動破碎帶上部巖層向下運動。順層滑脫變形域巖層相對運動方向可根據(jù)滑脫面擦痕和階步方向、順層滑脫破碎帶對裂縫的切割情況及低角度滑脫裂縫的分布情況等判斷。

3 順層滑脫變形域形成地質(zhì)條件

順層滑脫變形域本質(zhì)上是沿頁理面或?qū)永砻姘l(fā)生剪切破裂的變形構(gòu)造帶。剪破裂的形成通常用庫侖-莫爾剪破裂準(zhǔn)則來判斷，該破裂理論認(rèn)為，巖石的剪切破壞主要是在某個面上的剪切破裂，面上的剪切破壞與面上的正應(yīng)力σ與剪應(yīng)力τ的組合有關(guān)。即剪破裂的發(fā)生不僅和破裂面上的剪應(yīng)力有關(guān)，還決定于破裂面上的正應(yīng)力。庫侖-莫爾準(zhǔn)則用公式表示為

[τ]=C+σtanφ

(1)

式中:C為粘聚力，kPa;φ為內(nèi)摩擦角，(°)。當(dāng)某一面上剪應(yīng)力[τ]與正應(yīng)力σ滿足上式時，則開始出現(xiàn)剪切破裂，[τ]即為極限剪應(yīng)力，N/m2。

基于庫侖-莫爾剪破裂準(zhǔn)則，根據(jù)順層滑脫變形域形成的力學(xué)條件分析，對兩類順層滑脫變形域形成的地質(zhì)條件進行探討。

3.1 擠壓型

擠壓型順層滑脫變形域形成時，順頁理面或?qū)永砻娣较蚣羟袘?yīng)力大于頁理面或?qū)永砻娴目辜魪姸龋?/p>

Fcosa-ρghsina≥(ρghcosa+Fsina)tanφ+C(2)

式中:F為水平主應(yīng)力大小，N;a為巖層傾角,(°);ρ為上覆巖層平均密度，g/m3;g為重力加速度，N/kg;h為頁巖埋深，m;φ為頁理面或?qū)永砻鎯?nèi)摩擦角,(°);C為頁理面或?qū)永砻嬲尘哿?，kPa。上式可以變換為

(3)

頁巖頁理面或?qū)永砻嬲尘哿蛢?nèi)摩擦角較小，同一地區(qū)同一層段頁巖兩參數(shù)變化不大，且同一地區(qū)所受到的古構(gòu)造應(yīng)力基本一致。由公式(3)可以看出，頁巖埋藏深度和巖層傾角是控制同一地區(qū)同一頁巖層中擠壓型順層滑脫變形域形成的關(guān)鍵地質(zhì)要素，擠壓型順層滑脫變形域的形成需滿足上述關(guān)系。對渝東南地區(qū)兩套富有機質(zhì)頁巖，埋深越大，巖層傾角越大，越有利于擠壓型順層滑脫變形域的形成。

3.2 重力型

重力型順層滑脫變形域形成時，順頁理面或?qū)永砻娣较驊?yīng)力分量同樣大于頁理面或?qū)永砻娴目辜魪姸龋?

ρghsina-Fcosa≥(ρghcosa+Fsina)tanφ+C

(4)

公式4可變換為：

(5)

公式(5)表明，頁巖埋藏深度和巖層傾角同樣是控制同一地區(qū)同一頁巖層中重力型順層滑脫變形域形成的關(guān)鍵地質(zhì)要素，重力型順層滑脫變形域的形成需滿足上述關(guān)系。對某一時間的同一頁巖層，頁巖粘聚力、內(nèi)摩擦角、古構(gòu)造應(yīng)力場大小等參數(shù)基本一致，頁巖發(fā)生重力型順層滑脫的臨界巖層傾角隨頁巖埋深增大而逐漸減小。

以渝東北實際地質(zhì)情況為例，頁巖頁理面粘聚力一般在0.1 MPa，內(nèi)摩擦角約10 ℃；穩(wěn)定構(gòu)造時期古構(gòu)造應(yīng)力相對較小，取值10 MPa；根據(jù)渝東北地區(qū)鉆井情況，上覆巖層密度均值取為2.62 g/cm3，g為常數(shù)。計算發(fā)現(xiàn)，在地表條件下，頁巖發(fā)生重力型順層滑脫的臨界巖層傾角在80 ℃以上；在地下埋藏條件下，頁巖發(fā)生重力型順層滑脫的臨界巖層傾角隨深度增加逐漸減小，并無限趨近于10 ℃。

4 順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存和富集的影響

順層滑脫變形域本質(zhì)上是沿頁理或?qū)永戆l(fā)生順層滑動而形成的一個變形破碎帶，順層滑動所形成的不整合面與同期形成的滑脫裂縫、頁巖層內(nèi)高角度構(gòu)造裂縫一起形成一個良好的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，有利于頁巖氣的運移或聚集，順層滑脫變形域的這種特點對頁巖氣的富集和保存產(chǎn)生重要影響。以下以重慶地區(qū)8口頁巖氣井(主要位于渝東南地區(qū))的實際情況來探討順層滑脫變形域?qū)搸r氣富集和保存的意義(表2)。

1) 鉆井頁巖氣地質(zhì)條件

重慶地區(qū)6口下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖鉆井目的層厚度較大，最小的D井頁巖層厚達84 m，最大的E井頁巖層厚達142 m，平均厚度約103 m；2口下寒武統(tǒng)牛蹄塘頁巖鉆井目的層厚度變化較大，F(xiàn)井和G井牛蹄塘組頁巖厚度分別為116 m和52 m，厚度較大。

6口下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖鉆井目的層平均有機碳含量變化較大。其中，B井、D井、E井有機碳含量介于1.11%～1.61%，有機碳含量一般。而A井、C井和焦頁1井平均有機碳含量介于2.09%～2.54%，有機碳含量皆大于2%，有機碳含量較高；2口牛蹄塘組頁巖鉆井沒有有機碳含量數(shù)據(jù)，但從重慶及鄰區(qū)牛蹄塘組頁巖氣鉆井測試數(shù)據(jù)來看，這2口井的有機碳含量應(yīng)該比較高。

綜合鉆井目的層厚度及有機碳含量數(shù)據(jù)，8口鉆井具有相對較好的頁巖氣地質(zhì)條件。

2) 擠壓型順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存和富集的影響

8口頁巖氣鉆井中，焦頁1井含氣量最高達1.97 mL/g，B井含氣最高達1.65 mL/g，A井平均含氣量為1.23 mL/g，C井含氣量相對較低，平均含氣量為0.6 mL/g。其他4口井微含氣或基本不含氣。

巖心觀察結(jié)果表明，位于背斜構(gòu)造部位的焦頁1井和A井發(fā)育有順層滑脫變形域，兩井含氣量明顯高于其它頁巖氣鉆井；位于向斜構(gòu)造部位的B井和C井地層產(chǎn)狀平緩，巖心上未見順層滑脫變形域，頁巖含氣量低于焦頁1井和A井；位于向斜構(gòu)造部位的D井、E井、F井和G井地層產(chǎn)狀較陡，巖心上皆發(fā)育有順層滑脫變形域，頁巖微含氣或基本不含氣。

造成上述頁巖含氣量差異分布的原因在于，背斜構(gòu)造部位順層滑脫變形域所形成的順層破碎帶和網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)成為頁巖氣重要的運移通道和儲集空間，而向斜構(gòu)造部位順層滑脫變形域所形成的順層破碎帶和網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)成為頁巖氣向臨近背斜構(gòu)造部位運移或向地表散失的重要通道(圖6)。因此，順層滑脫變形域一方面通過其“天然運移通道”性質(zhì)影響頁巖氣的保存，另一方面通過其“復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)影響頁巖氣賦存和富集，從而形成上述頁巖含氣性差異性分布特征。

3) 重力型順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存和富集的影響

表2 重慶地區(qū)部分頁巖氣鉆井信息Table 2 Information on part of the shale gas well drilling in Chongqing

注：焦頁1井資料引自文獻[1]。“—”表示無數(shù)據(jù)。

圖6 順層滑脫變形域?qū)搸r氣富集和保存影響示意圖Fig.6 Sketch map showing influences of bedding decollement deformation domain on shale gas enrichment and preservation

重力型順層滑脫變形域形成于高陡構(gòu)造背景，地層高陡狀態(tài)下頁巖氣就不存在蓋層條件和頂?shù)装鍡l件。在此背景下，重力型順層滑脫變形域這種順頁理方向的陡傾破碎變形帶非常有利于頁巖氣的逸散，特別是在地層出露地表的條件下頁巖氣散失情況較嚴(yán)重。以渝東北地區(qū)為例，現(xiàn)階段勘探實踐表明，渝東北地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣含氣性較差，H井優(yōu)質(zhì)層段頁巖在60 ℃解吸溫度(約為地層溫度)條件下解吸氣含量小于0.04 mL/g，但在高解吸溫度(約90 ℃)條件下解吸氣量在0.31～1.22 mL/g，說明下寒武統(tǒng)頁巖氣經(jīng)歷了長期的散失，目的層基本不含游離氣。因此，重力型順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存條件破壞較嚴(yán)重。

成巖前形成的重力型順層滑脫變形域巖層大多并非高陡產(chǎn)出，順層破碎帶中的斷層在泥質(zhì)固結(jié)成巖過程中被壓實、調(diào)整，封閉性較好。順層滑脫破裂面與頁理面類似，在成巖過程中由于壓實作用等而失水收縮，形成頁理縫或?qū)永砜p，但多數(shù)在后期構(gòu)造改造過程中被石英、方解石等礦物充填。因此，成巖前形成的重力型順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存條件影響不大，但同時對頁巖氣富集貢獻微弱。

4) 順層滑脫變形程度對頁巖氣保存和富集的影響

與擠壓型順層滑脫變形域相比，重力型順層滑脫變形域內(nèi)地層變形程度相對較弱，但由于形成重力型順層滑脫變形域的地層多呈高陡狀產(chǎn)出，因此，重力型順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存條件破壞較嚴(yán)重。但是成巖前形成的重力型順層滑脫變形域在后期沉積壓實作用、固結(jié)成巖作用及熱液流體充注影響下，對頁巖氣富集和保存影響較小。

對于擠壓型順層滑脫變形域，順層滑脫變形越強，順層滑脫變形域內(nèi)斷裂、裂縫越發(fā)育，順層滑脫變形域?qū)搸r氣的溝通能力越強，向斜構(gòu)造背景頁巖氣運移或散失更容易、徹底，不利于頁巖氣保存；背斜構(gòu)造背景頁巖氣有更大的游離氣儲集空間，有利于頁巖氣富集。

5 結(jié)論和討論

1) 埋藏深度和巖層傾角是控制同一地區(qū)同一頁巖層中順層滑脫變形域形成的關(guān)鍵地質(zhì)要素。埋深越大，形成擠壓型順層滑脫變形域時的臨界巖層傾角越大，而形成重力型順層滑脫變形域的臨界巖層傾角則越小。

2) 重力型順層滑脫變形域?qū)搸r氣保存條件主要起破壞作用，成巖前泥質(zhì)巖中形成的重力型順層滑脫變形域?qū)搸r氣富集和保存影響不大；背斜構(gòu)造部位擠壓型順層滑脫變形域所形成的順層破碎帶和網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)是頁巖氣重要的運移通道和儲集空間，是頁巖氣富集、高產(chǎn)的重要地質(zhì)因素。向斜構(gòu)造部位擠壓型順層滑脫變形域所形成的順層破碎帶和網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)成為頁巖氣向臨近背斜構(gòu)造部位運移或向地表散失的重要通道，對頁巖氣保存條件破壞嚴(yán)重。

3) 研究區(qū)下古生界頁巖儲層經(jīng)歷了多期擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用，關(guān)于頁巖順層滑脫變形域形成機制分析主要基于擠壓構(gòu)造應(yīng)力背景。在伸展構(gòu)造應(yīng)力條件下，頁巖頁理面或?qū)永砻媸芰顟B(tài)發(fā)生明顯變化，頁巖沿頁巖理面或?qū)永砻姘l(fā)生順層滑動并形成順層滑脫變形域的應(yīng)力條件也發(fā)生變化，頁巖形成順層滑脫變形域的臨界巖層傾角與頁巖層埋深之間的變化規(guī)律將更加復(fù)雜，可能與上述規(guī)律有較大差別。因此，在對不同地區(qū)頁巖順層滑脫變形域進行分析時，需了解頁巖層埋藏史、頁巖所處古構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境及其發(fā)展演化規(guī)律。

4) 渝東南地區(qū)下古生界頁巖裂縫研究結(jié)果表明，頁巖裂縫多分布在巖石力學(xué)層內(nèi)，穿層裂縫相對不發(fā)育，頁巖裂縫破壞頁巖氣保存條件的可能性較小[30]。因此，順層滑脫變形域和斷裂發(fā)育程度應(yīng)該是影響渝東南地區(qū)下古生界頁巖氣保存條件的兩個主要地質(zhì)因素。在渝東南地區(qū)背斜部位地層基本被剝蝕的地質(zhì)背景下，向斜構(gòu)造部位順層滑脫變形域?qū)е碌膫?cè)向散失是頁巖氣保存條件被破壞的重要形式之一，這可能是制約渝東南地區(qū)頁巖氣勘探實現(xiàn)突破的關(guān)鍵因素。

5) 常規(guī)油氣儲層和低滲透致密油氣儲層中常存在泥頁巖隔夾層，前人對泥頁巖隔夾層中滑脫裂縫進行過一定程度的研究，但沒有從順層滑脫變形域的角度做針對性研究工作[31-32]。顯然，常規(guī)油氣儲層和低滲透致密油氣儲層中泥頁巖隔夾層具備形成順層滑脫變形域的條件，泥頁巖隔夾層中形成的順層滑脫變形域同樣可以成為油氣運移重要通道，并對油氣富集產(chǎn)生影響。因此，研究泥頁巖隔夾層中順層滑脫變形域的形成、規(guī)模和分布對常規(guī)油氣儲層，特別是低滲透致密油氣儲層勘探開發(fā)具有一定的地質(zhì)意義，未來可在這方面做深入的研究工作。

參 考 文 獻

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