中国南方下古生界海相富有机质页岩裂缝发育程度与主控因素定量关系研究

富有机质页岩裂缝发育程度直接影响着页岩气藏的品质和开采效益，该项目以我国页岩气最有希望获得战略突破的南方上扬子地区四川盆地及其周缘下古生界海相黑色页岩分布区为研究对象，从"页岩储层"角度，充分利用该区内良好的野外露头剖面和少量钻井岩心及测井资料等。在对页岩裂缝发育层段大裂缝细致观察描述的基础上，采用岩石薄片、岩心核磁共振扫描图像分析、扫描电镜与X射线能谱仪同步测量、定量X-衍射、超声波及高温高压三轴岩石力学实验、声发射构造应力测试等先进实验方法，系统研究页岩微裂缝和纳米级超微裂缝特征，并根据经验公式或测井裂缝参数计算模型估算下寒武统和下志留统页岩裂缝密度、孔隙度和渗透率值以及与裂缝发育层段相对应的岩石力学性质、矿物组份、有机质含量、古构造应力、构造滑脱剪应力等变量的实验数据。建立我国下古生界海相富有机质页岩裂缝发育程度与主控因素定量关系地质模型。将有利于加快我国页岩气的勘探和开发进程。

富有机质页岩裂缝发育程度直接影响着页岩气藏的品质和开采效益，该项目以我国南方上扬子地区四川盆地及其周缘下古生界海相黑色页岩分布区为研究对象，充分利用了该区内野外露头剖面和少量钻井岩心等。采用了岩石薄片、核磁共振、扫描电镜、高温高压三轴岩石力学实验、声发射应力测试等先进实验方法，获得了下古生界海相黑色页岩裂缝密度、孔隙度、岩石力学性质、矿物组份、有机质含量等关键实验数据。.首先深入分析了富有机质页岩层裂缝形成机制，提出了页岩裂缝成因类型的划分方案，依据泥页岩裂缝的成因将其划分为构造裂缝和非构造裂缝两大类型和12个亚类，对明确页岩气储层裂缝形成机制与成因类型划分,具有重要的基础理论意义与实践应用价值。并首次提出了通过编制页岩气单井或露头剖面目的层段富有机质页岩裂缝特征综合柱状图的方法，详细刻画页岩裂缝特征参数与影响裂缝发育的主控因素之间在纵向上的直观对应关系。该成果对我国对详细刻画页岩裂缝特征参数与影响裂缝发育的主控因素之间在纵向上的直观对应关系，划分和有效确定富有机质页岩储层裂缝发育层段（甜点）具有重要使用价值。.其次，定量分析了我国南方下古生界海相富有机质页岩层裂缝发育程度主控因素。认为构造应力、岩石矿物组分、有机碳含量是控制页岩裂缝发育的重要因素，其中，构造应力对裂缝发育控制程度最高，其次为页岩的岩石矿物组成和有机碳含量等。特别是项目针对页岩高角度张裂缝和低角度剪切裂缝发育特征，在构造应力场数值模拟和岩石力学实验基础上，引入了张破裂率和剪破裂率参数定量表征了页岩张裂缝和剪裂缝发育程度，并进一步提出了利用综合破裂率值定量表征页岩构造裂缝发育程度新方法。该成果从地质成因角度，解决了定量表征构造裂缝（张裂缝和剪切缝）发育程度与平面分布预测的科学难题，对页岩气“甜点区”评价预测亦有重要应用价值。.最后，项目在下古生界海相富有机质页岩裂缝特征参数与主控因素分析基础上，率先将下古生界海相富有机质页岩的裂缝发育程度与有机碳含量之间关系划分为四类，建立了海相富有机质页岩裂缝发育程度与有机碳含量之间的半定量关系地质模型。其科学意义或应用前景不仅在于解决了裂缝发育程度与有机碳含量定量关系科学问题。而且还为利用老的钻井岩心或野外露头剖面页岩样品有机碳含量实验分析数据，评价预测含油气盆地（区）内的页岩裂缝发育程度及分布范围提供了一种新的理论依据和预测方法。