【摘要】：上揚子下古生界富有機質黑色頁巖層系以其良好的物質基礎,成為我國頁巖氣勘探的重點領域。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,其海相富有機質黑色頁巖普遍經歷了深埋藏、強隆升、強變形作用,簡稱“強改造作用”。本文以川南地區(qū)典型區(qū)帶及其頁巖氣田為研究對象,基于野外構造變形分析、裂縫分形分析、同位素地球化學分析、包裹體分析、低溫熱年代學分析和砂箱構造物理模擬等手段,刻畫川南地區(qū)不同構造樣式含氣構造的保存條件異同性,進而構建典型構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性指導。通過研究得出以下認識:(1)基于野外構造變形和擦痕、節(jié)理等構造分析揭示川南地區(qū)兩期構造變形特征:燕山期NW-SE或近南北向擠壓主應力的主構造變形期,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)典型構造樣式的變形特征及不同構造帶變形異同性。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)理等小構造。它們揭示出川南地區(qū)空間上構造樣式與變形特征差異性,即婁山斷褶帶的變形強度大于齊岳山斷褶帶,二者的變形強度明顯大于盆內的川東高陡褶皺區(qū)和川南低陡褶皺帶。(3)基于熱年代學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造熱事件的時空差異性。抬升剝蝕啟動時間自盆外向盆內有變新的趨勢,鋯石裂變徑跡年齡反映齊岳山斷褶帶-中央復背斜普遍存在200Ma左右的構造抬升運動。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特征等揭示出川南地區(qū)流體充注序列與區(qū)域構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;川南長寧氣田流體充注時間主要在古近紀末期,晚期流體鹽度較低。川東地區(qū)在白堊紀(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)基于裂縫分形學和流體地球化學等明確了川南地區(qū)典型構造樣式裂縫分形特征、蓋層流體活動特征以及滑脫層效應。對沖型構造,裂縫系統(tǒng)以發(fā)散的孤立窄裂縫為主,流體活動弱-中等、以內源為主。高陡構造,裂縫系統(tǒng)以發(fā)散-隨機的窄裂縫為主,流體活動中等、以內源為主。核部弱變形的箱狀構造,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(內源流體和外源跨層流體),且受大氣淡水作用影響。核部強變形的箱狀構造,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)裂縫流體活動多數為內源為主、少數區(qū)域(如下志留統(tǒng)龍馬溪組剝蝕區(qū)邊緣)出現跨層流體活動特征,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,從而導致其上、下構造層中流體活動具分層性,即上構造層(志留系-二疊系)和下構造層(中上寒武統(tǒng)-奧陶系)具有相互獨立的流體循環(huán)系統(tǒng),上構造層普遍具內源(或內源異位)流體運移特點,盆緣-盆外的下構造層出現跨層流體遷移。(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-保存性的耦合關系等劃分了4類疊加改造區(qū)類型:弱疊加構造區(qū)、初級疊加構造區(qū)、中級疊加構造區(qū)和高級疊加構造區(qū);弱疊加區(qū)-初始疊加構造區(qū)具備一定的保存條件,中-高級疊加構造區(qū)保存條件大大下降。伴隨疊加改造增強,頁巖氣保存條件下降,提出了強變形帶15%范圍內頁巖氣保存條件不佳的新認識。進一步結合勘探資料成果等明確了川南地區(qū)典型構造樣式的頁巖氣保存條件優(yōu)劣,從盆內對沖型構造、高陡背斜、核部弱變形的箱狀背斜構造、核部強變形的箱狀背斜構造等頁巖氣有效保存條件逐漸弱化。(7)頁巖氣產量與頁巖儲層的自封閉性密切相關。自封閉失效可能是低產的重要因素,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。由于縱彎褶皺機制下,強擠壓變形對于頁巖儲層、頂底板、蓋層都產生破壞作用,而整體升降運動的構造區(qū)一般強褶皺構造、沖斷構造欠發(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)。盆內遠離斷層區(qū)域普遍具備五峰組-龍馬溪組頁巖氣保存條件,指出盆內勘探應主要關注頁巖儲層自封閉性,重點研究構造裂縫破壞作用,勘探有利構造為背斜的緩坡、古隆起周緣的單斜構造。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造,如斷層相關褶皺的初始褶皺期、向斜內晚期形成的正向構造。
【圖文】：

圖 1-1 四川盆地及周緣頁巖氣田、關鍵鉆井圖（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特征開展國內各地區(qū)的頁巖氣基礎地質條件評價工作（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，有機質成熟度高、生烴能力強（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質、演化程度較高、脆性礦物含量高、有機質納米孔隙發(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）研究外部物質進出通道及變化。、與頁巖發(fā)生物質交換的物質成分變化及新質進出頁巖層系通道及相關變化包含頁巖層系通道的動態(tài)變化等內容（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)現水、油等物質與頁巖接觸發(fā)生相應變化，同時頁巖結構也會發(fā)生變化（油等物質在頁巖孔隙、裂縫中通過時會由于生成分變化。水、油等物質進入頁巖后同樣hanpour et al.（2013）發(fā)現不同成分的鹵水的特征差別較大。水分進入頁巖之后，由于隨時間的變化規(guī)律會呈現出多種模式（圖 穩(wěn)定，后兩種由于頁巖破裂，滲透率最終都會
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P618.13

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本文編號：2622712