發(fā)布時間：2020-04-10 21:16

【摘要】：上揚子下古生界富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖層系以其良好的物質(zhì)基礎(chǔ),成為我國頁巖氣勘探的重點領(lǐng)域。川南長寧、涪陵等地業(yè)已成為全國頁巖氣勘探示范性基地,但四川盆地以外的中國南方廣大地區(qū)依舊鮮有突破,因此頁巖氣富集與保存機(jī)理及其有效評價已成為業(yè)界研究熱點。四川盆地是一個周緣活動主控下形成的疊合盆地,其海相富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖普遍經(jīng)歷了深埋藏、強(qiáng)隆升、強(qiáng)變形作用,簡稱“強(qiáng)改造作用”。本文以川南地區(qū)典型區(qū)帶及其頁巖氣田為研究對象,基于野外構(gòu)造變形分析、裂縫分形分析、同位素地球化學(xué)分析、包裹體分析、低溫?zé)崮甏鷮W(xué)分析和砂箱構(gòu)造物理模擬等手段,刻畫川南地區(qū)不同構(gòu)造樣式含氣構(gòu)造的保存條件異同性,進(jìn)而構(gòu)建典型構(gòu)造的頁巖氣保存條件模型,以期為頁巖氣保存條件評價及其勘探提供建設(shè)性指導(dǎo)。通過研究得出以下認(rèn)識:(1)基于野外構(gòu)造變形和擦痕、節(jié)理等構(gòu)造分析揭示川南地區(qū)兩期構(gòu)造變形特征:燕山期NW-SE或近南北向擠壓主應(yīng)力的主構(gòu)造變形期,新生代喜馬拉雅期NE-SW向疊加擠壓變形過程。明確了研究區(qū)典型構(gòu)造樣式:對沖型背斜(焦石壩背斜)、高陡背斜(大耳山背斜)、核部弱變形的箱狀背斜(接龍場背斜)和核部強(qiáng)變形的箱狀背斜(威信背斜)。(2)基于地表-地腹特征對比研究系統(tǒng)明確川南地區(qū)典型構(gòu)造樣式的變形特征及不同構(gòu)造帶變形異同性。對沖型背斜(如:焦石壩背斜),核部變形微弱、裂縫以早期X型節(jié)理,背斜邊緣/翼部隱伏斷層發(fā)育、發(fā)育次級褶皺和貫透性節(jié)理。高陡背斜(如:大耳山背斜),核部地層緊閉、劈理化構(gòu)造常見,翼部地層陡立,發(fā)育撓曲褶皺、順層斷層、多期節(jié)理。核部弱變形箱狀背斜(如:接龍場背斜),核部巖層平緩-緩傾,發(fā)育寄生褶皺、軸面劈理和剪破裂-剪張性裂隙,翼部二疊系陡傾、發(fā)育張性裂隙或順層斷層。核部強(qiáng)變形箱狀背斜(如:威信背斜),核部突破斷層多,發(fā)育寄生褶曲、小斷層群、劈理化、密集剪張性節(jié)理、雁列脈節(jié)理等小構(gòu)造。它們揭示出川南地區(qū)空間上構(gòu)造樣式與變形特征差異性,即婁山斷褶帶的變形強(qiáng)度大于齊岳山斷褶帶,二者的變形強(qiáng)度明顯大于盆內(nèi)的川東高陡褶皺區(qū)和川南低陡褶皺帶。(3)基于熱年代學(xué)特征及其熱史模擬等,有效限定了川南地區(qū)晚三疊世末期以來的主要抬升剝蝕構(gòu)造熱事件的時空差異性。抬升剝蝕啟動時間自盆外向盆內(nèi)有變新的趨勢,鋯石裂變徑跡年齡反映齊岳山斷褶帶-中央復(fù)背斜普遍存在200Ma左右的構(gòu)造抬升運動。磷灰石裂變徑跡熱史模擬揭示川東地區(qū)晚白堊世(80-70Ma)普遍發(fā)生了構(gòu)造抬升,新生代早中期處于平穩(wěn)的緩慢抬升冷卻階段。婁山斷褶帶、川南低陡褶皺帶一般在新生代早期50-40Ma發(fā)生快速抬升冷卻,然后處于平穩(wěn)的緩慢抬升冷卻階段。盆地西南邊界,新生代20Ma以來普遍發(fā)生快速抬升冷卻,抬升至地表,抬升剝蝕速率5-6℃/Ma。新生代10Ma以來,區(qū)域內(nèi)廣泛存在快速抬升。(4)基于埋深-沉降史和包裹體流體地球化學(xué)特征等揭示出川南地區(qū)流體充注序列與區(qū)域構(gòu)造熱事件具有明顯耦合性。研究表明川東大耳山地區(qū)存在多期流體充注明顯,兩期流體主要充注事件分別發(fā)生于晚白堊世晚期-新生代早期和新近紀(jì);川南長寧氣田流體充注時間主要在古近紀(jì)末期,晚期流體鹽度較低。川東地區(qū)在白堊紀(jì)(燕山運動中-晚期)發(fā)生大規(guī)模的抬升剝蝕和流體充注事件,川南地區(qū)主要在新生代快速抬升剝蝕和流體充注活動。(5)基于裂縫分形學(xué)和流體地球化學(xué)等明確了川南地區(qū)典型構(gòu)造樣式裂縫分形特征、蓋層流體活動特征以及滑脫層效應(yīng)。對沖型構(gòu)造,裂縫系統(tǒng)以發(fā)散的孤立窄裂縫為主,流體活動弱-中等、以內(nèi)源為主。高陡構(gòu)造,裂縫系統(tǒng)以發(fā)散-隨機(jī)的窄裂縫為主,流體活動中等、以內(nèi)源為主。核部弱變形的箱狀構(gòu)造,核部裂縫系統(tǒng)以聚集的窄裂縫為主,陡傾翼以寬裂縫聚集發(fā)育為主,流體活動性中等、具多源性(內(nèi)源流體和外源跨層流體),且受大氣淡水作用影響。核部強(qiáng)變形的箱狀構(gòu)造,核部裂縫系統(tǒng)以聚集的窄裂縫為主,流體活動性中等,可能存在外源流體活動。箱狀背斜區(qū)二疊系-下三疊統(tǒng)裂縫流體活動多數(shù)為內(nèi)源為主、少數(shù)區(qū)域(如下志留統(tǒng)龍馬溪組剝蝕區(qū)邊緣)出現(xiàn)跨層流體活動特征,表明盆外向斜區(qū)的二疊系-下三疊統(tǒng)蓋層可能仍具備一定的封閉能力。川東高陡背斜帶志留系下部普遍存在順層滑脫變形,從而導(dǎo)致其上、下構(gòu)造層中流體活動具分層性,即上構(gòu)造層(志留系-二疊系)和下構(gòu)造層(中上寒武統(tǒng)-奧陶系)具有相互獨立的流體循環(huán)系統(tǒng),上構(gòu)造層普遍具內(nèi)源(或內(nèi)源異位)流體運移特點,盆緣-盆外的下構(gòu)造層出現(xiàn)跨層流體遷移。(6)基于焦石壩地區(qū)疊加變形的砂箱物理模擬與頁巖氣富集-保存性的耦合關(guān)系等劃分了4類疊加改造區(qū)類型:弱疊加構(gòu)造區(qū)、初級疊加構(gòu)造區(qū)、中級疊加構(gòu)造區(qū)和高級疊加構(gòu)造區(qū);弱疊加區(qū)-初始疊加構(gòu)造區(qū)具備一定的保存條件,中-高級疊加構(gòu)造區(qū)保存條件大大下降。伴隨疊加改造增強(qiáng),頁巖氣保存條件下降,提出了強(qiáng)變形帶15%范圍內(nèi)頁巖氣保存條件不佳的新認(rèn)識。進(jìn)一步結(jié)合勘探資料成果等明確了川南地區(qū)典型構(gòu)造樣式的頁巖氣保存條件優(yōu)劣,從盆內(nèi)對沖型構(gòu)造、高陡背斜、核部弱變形的箱狀背斜構(gòu)造、核部強(qiáng)變形的箱狀背斜構(gòu)造等頁巖氣有效保存條件逐漸弱化。(7)頁巖氣產(chǎn)量與頁巖儲層的自封閉性密切相關(guān)。自封閉失效可能是低產(chǎn)的重要因素,密集發(fā)育的切層裂縫和頁巖儲層碎裂化是破壞頁巖自封閉性的重要原因。由于縱彎褶皺機(jī)制下,強(qiáng)擠壓變形對于頁巖儲層、頂?shù)装�、蓋層都產(chǎn)生破壞作用,而整體升降運動的構(gòu)造區(qū)一般強(qiáng)褶皺構(gòu)造、沖斷構(gòu)造欠發(fā)育,有利于頁巖氣保存,往往是頁巖氣保存條件最好的地區(qū)。(8)明確了勘探有利區(qū)。盆內(nèi)遠(yuǎn)離斷層區(qū)域普遍具備五峰組-龍馬溪組頁巖氣保存條件,指出盆內(nèi)勘探應(yīng)主要關(guān)注頁巖儲層自封閉性,重點研究構(gòu)造裂縫破壞作用,勘探有利構(gòu)造為背斜的緩坡、古隆起周緣的單斜構(gòu)造。盆外箱狀褶皺區(qū)的箱狀背斜普遍不具備下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣的底板條件和蓋層封閉條件,頁巖儲層自封閉性差,勘探中建議尋找古隆起邊緣、晚期形成的弱變形背斜構(gòu)造,如斷層相關(guān)褶皺的初始褶皺期、向斜內(nèi)晚期形成的正向構(gòu)造。
【圖文】：

圖 1-1 四川盆地及周緣頁巖氣田、關(guān)鍵鉆井圖（資料來源中石油、中石化、重慶地研院）1.1 選題依據(jù)和研究意義我國頁巖氣研究的初期工作主要是參考北美頁巖氣地質(zhì)特征開展國內(nèi)各地區(qū)的頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)條件評價工作（姜福杰等；2012；鄒才能等，2010；張金川等，2009），評價指出中國具有海相、海陸過渡相、陸相多套有利頁巖層系，總資源量約為(23~100)×1012m3（張金川等，2008；賈承造等，，2012）。中國南方地區(qū)海相頁巖分布面積廣、厚度穩(wěn)定，有機(jī)質(zhì)成熟度高、生烴能力強(qiáng)（馬力等, 2004; 蔡勛育等，2005;王蘭生等，2009；鄒才能等, 2010），主要海相頁巖層位有上震旦統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)筇竹寺組、上奧陶統(tǒng)五峰組 下志留統(tǒng)龍馬溪組等，其中下古生界兩套泥頁巖均富含有機(jī)質(zhì)、演化程度較高、脆性礦物含量高、有機(jī)質(zhì)納米孔隙發(fā)育，且橫向厚度穩(wěn)定、分布廣泛，但與北美頁巖氣產(chǎn)層相比，普遍具有時代老、高演化的特點（劉樹根等，2009，2011a，2013a；張金川等，2008，2009；王蘭生等，2009；鄒才能等，2009；聶海寬 2009，2010，2011；劉洪林和王紅巖，2012）。依據(jù)北美的頁巖氣評價體系（李新景等，2009；肖賢明等，2013），中國南方多

（2）研究外部物質(zhì)進(jìn)出通道及變化。、與頁巖發(fā)生物質(zhì)交換的物質(zhì)成分變化及新質(zhì)進(jìn)出頁巖層系通道及相關(guān)變化包含頁巖層系通道的動態(tài)變化等內(nèi)容（圖 1-2）。無論以的封閉性改變，這將影響頁巖氣的封存（al., 2017）。t al.（2012）發(fā)現(xiàn)水、油等物質(zhì)與頁巖接觸發(fā)生相應(yīng)變化，同時頁巖結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化（油等物質(zhì)在頁巖孔隙、裂縫中通過時會由于生成分變化。水、油等物質(zhì)進(jìn)入頁巖后同樣hanpour et al.（2013）發(fā)現(xiàn)不同成分的鹵水的特征差別較大。水分進(jìn)入頁巖之后，由于隨時間的變化規(guī)律會呈現(xiàn)出多種模式（圖 穩(wěn)定，后兩種由于頁巖破裂，滲透率最終都會
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P618.13

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