何文淵，崔寶文，王鳳蘭，王永卓，蒙啟安，張金友，邵紅梅，王瑞，白云風(fēng)，林旭東，趙瑩，孫寶剛，付秀麗，徐慶霞，崔坤寧，鐘建華，高劍波，孫寧亮，毛毳，邵珠福，倪良田，宋全友，薛純琦，郝兵，圣朋朋，張繼震，王宇航，張文鑫大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江大慶，163002；大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶，163712；大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部，黑龍江大慶，163453；東北大學(xué)秦皇島分校資源與材料學(xué)院，河北秦皇島，066004；中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島，266580；東北石油大學(xué)地學(xué)院，黑龍江大慶，163318

內(nèi)容提要: 松遼盆地古龍凹陷有豐富的頁巖油氣資源。但是目前對古龍凹陷頁巖油儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征和頁巖油的狀態(tài)，尤其是儲(chǔ)集空間的類型及其組合關(guān)聯(lián)性認(rèn)識(shí)不清。通過對古龍凹陷白堊系青山口組巖芯的精細(xì)描述及其薄片分析和電子顯微鏡觀察及三維CT深入研究，發(fā)現(xiàn)古龍青山口組頁巖油的儲(chǔ)集空間具有多樣性和多尺度性。除了納米孔縫外，還有頁理縫。根據(jù)頁理縫的規(guī)模和與油氣的關(guān)系，可分為5類：① 納米縫，縫寬在10～50 nm，縫長50～100 nm，或更長；兩端尖中間寬，微彎曲呈蠕蟲狀；本身也是重要的儲(chǔ)集空間，是納米級(jí)油元的重要組成部分，與納米級(jí)孔油元和微米級(jí)油基關(guān)系密切； ② 微米縫，寬 0. 1 μm 到數(shù)微米，長數(shù)十微米到數(shù)百微米,與納米級(jí)油元和微米級(jí)油基關(guān)系密切；③ 中微縫，寬數(shù)微米到數(shù)十余微米，縫長數(shù)百微米，與微米級(jí)油基關(guān)系密切；④ 大微縫，寬數(shù)十微米到100 μm，長數(shù)百微米到數(shù)毫米，與微米級(jí)油基和微微縫及中微縫關(guān)系密切和⑤ 大頁理縫(寬數(shù)百微米，肉眼明顯可見)，與各級(jí)微裂縫關(guān)系密切。此外，可見高角度傾斜或直立的裂縫，由于這些頁理縫順層發(fā)育，所以往往當(dāng)做頁理對待。通過研究，認(rèn)為頁理縫主要是嫩江組沉積末期(嫩末)和明水組沉積末期(明末)的構(gòu)造反轉(zhuǎn)褶皺過程中形成的。另外，還發(fā)育了大量的順層方解石脈，根據(jù)方解石脈的寬度分為3類：① 小型介于0.1～1.0 mm；② 中型介于1.0～5.0 mm；③ 大者介于0.5～1.0 cm，最大寬度2.5 cm。較大的順層方解石脈由垂直頁理的纖柱狀方解石組成。大方解石普遍發(fā)育共軛裂縫和擠出構(gòu)造，是古龍凹陷嫩末和明末古應(yīng)力反轉(zhuǎn)的結(jié)果，也是古應(yīng)力恢復(fù)的重要依據(jù)。經(jīng)應(yīng)力恢復(fù)認(rèn)為嫩末和明末，可能一直延續(xù)到依安組的最大應(yīng)力來自于水平方向(東西方向)，在1500 m和2500 m深度水平最大擠壓應(yīng)力分別可達(dá)139.16 MPa和204.27 MPa，而垂向最小應(yīng)力則分別為35.44 MPa和59.07 MPa。所以，在這種應(yīng)力狀態(tài)下導(dǎo)致順層發(fā)育了大量頁理縫和順層纖柱狀方解石脈。此外，在頁理面上還發(fā)育了一系列摩擦鏡面、擦痕、階步、光面、剪裂面、鱗片構(gòu)造、碎片構(gòu)造等，揭示了沿頁理發(fā)育了強(qiáng)烈的順層剪切。四級(jí)納微縫與大頁理縫密集發(fā)育，在順層面方向構(gòu)成了裂縫空間聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，使頁巖在順層面方向滲透率較好或很好；裂縫空間聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)與納米和微米孔一起構(gòu)成了一個(gè)三維的特殊縫孔體，與碳酸鹽巖的縫洞體相當(dāng)。納米孔縫和微米孔縫及頁理縫對于松遼盆地青一段頁巖油的勘探開發(fā)具有重要意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

松遼盆地北部面積11.95×104km2，是一個(gè)中新生代內(nèi)陸斷坳疊合盆地，分為中央坳陷區(qū)、西部斜坡區(qū)、北部傾沒區(qū)、東北隆起區(qū)和東南隆起區(qū)5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。研究區(qū)在松遼盆地北部的一級(jí)構(gòu)造單元中央坳陷區(qū)內(nèi)，主體部分位于泰康隆起帶和龍虎泡大安階地上，西部與西部斜坡區(qū)相鄰，東部與齊家—古龍凹陷相鄰，龍虎泡—大安階地為其主體部分，區(qū)內(nèi)由深至淺構(gòu)造格局基本一致，整體表現(xiàn)為西北高東南低的單斜構(gòu)造。

圖1 松遼盆地北部構(gòu)造分區(qū)及位置圖Fig. 1 Structural zoning and location map of the study area

松遼盆地是中新生代發(fā)育的以古生代和前古生代變質(zhì)巖系為基底的大型含油氣沉積盆地，其發(fā)展先后經(jīng)歷了斷陷、坳陷和反轉(zhuǎn)作用3個(gè)構(gòu)造演化階段，形成了一系列伸展、擠壓、反轉(zhuǎn)構(gòu)造，構(gòu)造變形的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對沉積作用產(chǎn)生了重要影響。

嫩江組末期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)(陳昭年等，1996)，松遼盆地由伸展沉降轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓隆起(圖2)，使四方臺(tái)組、明水組、依安組、大安組和泰康組隆起褶皺，并發(fā)育了4個(gè)不整合面。北西西—南東東向擠壓導(dǎo)致松遼盆地發(fā)育了一系列以長垣和敖古拉為代表的北北東向背斜(圖2)，在敖古拉和長垣背斜夾持的古龍凹陷中的青山口組遭受了強(qiáng)烈的北北西—南南東向側(cè)向擠壓(圖2)，發(fā)育了一系列北西西—南東東向擠壓形成的共軛剪切裂縫和順頁理滑動(dòng)，形成了大量順頁理縫，為提高青山口組頁巖儲(chǔ)集能力起到了重要的作用。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對青山口組的沉積及其成巖與成藏產(chǎn)生了重要的影響，影響和控制了青山口組順層剪切裂縫和側(cè)向擠壓X共軛裂縫。在泉頭組到嫩江組松遼盆地以坳陷為主，沉積了以青山口組和嫩江組為代表的深水和半深水富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒沉積，為松遼盆地頁巖油的形成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖2 松遼盆地東西向地震剖面及其解釋結(jié)果(T2～T11為青山口組；據(jù)Song Ying et al., 2017) Fig. 2 EW-trending seismic profile and its interpretation in Songliao Basin (T2～T11 are Qingshankou Group; from Song Ying et al., 2017)

松遼盆地的基底為古生代和前古生代變質(zhì)巖系，沉積蓋層最大厚度可達(dá)10 km，沉積地層分為下部斷陷沉積層序(包括火石嶺組、沙河子組和營城組)，中部坳陷沉積層序(包括登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組和嫩江組) 和上部反轉(zhuǎn)期沉積層序(包括四方臺(tái)組、明水組和新生界)(圖3)。坳陷沉積時(shí)期發(fā)生兩次大湖侵，盆地中部產(chǎn)生較大面積的深湖—半深湖區(qū)，形成了青山口組和嫩江組兩套大規(guī)模湖相沉積，是盆地主要烴源巖發(fā)育的時(shí)期，也是頁巖油主要發(fā)育層位。白堊系青山口組一段(青一段)主要是一套黑色—灰黑色泥頁巖，有機(jī)質(zhì)含量較高，底部有3～4層油頁巖，是主要的頁巖油發(fā)育層段。

圖3 松遼盆地古龍凹陷地層柱狀圖Fig. 3 Strata columnar of the Gulong Sag in Songliao Basin

大慶油田古龍凹陷的泥巖油發(fā)現(xiàn)頗早，1984年高瑞祺教授首次報(bào)道了古龍凹陷裂縫型泥巖油藏，1988年陳章明等又對這種裂縫型泥巖油藏進(jìn)行了研究。這些可以看做是古龍凹陷頁巖油發(fā)現(xiàn)和勘探開發(fā)的前奏。近期施工的松頁油1HF井等均在頁巖油勘探上取得了突破，尤其是古頁油平1井具有重大戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折意義(孫龍德，2020)。松遼盆地在縱向上多層位含頁巖油，資源豐富，油藏類型多樣，但頁巖油油藏類型、分布規(guī)律及成藏主控因素目前還認(rèn)識(shí)不清；由于起步較晚，資料較少，基礎(chǔ)研究較薄弱，古龍頁巖油的未知性也較多，給頁巖油的勘探開發(fā)帶來了巨大的困難。

孫龍德(2020)指出，“古龍青山口組頁巖中存在大量有機(jī)成因和無機(jī)成因的頁理縫，占總面孔率達(dá)到 22%～79%，其水平滲透率是垂直滲透率的10～100倍，在2000 m 以下(目前資料到2600 m) 可以形成高孔滲帶”。但到目前為止對頁巖中的頁理縫的形成機(jī)制和分布規(guī)律，尤其是其儲(chǔ)集能力還認(rèn)識(shí)不足，需要繼續(xù)深化。因此，有必要開展以巖相為主因的綜合基礎(chǔ)地質(zhì)研究，開展構(gòu)造、沉積、巖相、儲(chǔ)層和油藏的綜合研究，進(jìn)行頁巖縫的儲(chǔ)集空間、油藏類型、主控因素及分布規(guī)律的研究，深化古龍頁巖油形成環(huán)境、成巖演化、有機(jī)質(zhì)演化、油氣賦存機(jī)理、富集規(guī)律、可流動(dòng)性等基礎(chǔ)理論、核心問題研究，解決關(guān)鍵科學(xué)問題，建立古龍頁巖油成藏富集理論(王廣昀等，2020)，以提高松遼盆地青山口組頁巖油基礎(chǔ)地質(zhì)研究的水平和頁巖油勘探預(yù)測的成功率，為松遼盆地頁巖油的大規(guī)?？碧介_發(fā)提供理論支持；為積極推動(dòng)實(shí)施我國“油氣自主”目標(biāo)，堅(jiān)持不懈地加強(qiáng)國內(nèi)油氣勘探，夯實(shí)資源基礎(chǔ)，增強(qiáng)我國自產(chǎn)油氣長期持續(xù)供應(yīng)的保障能力貢獻(xiàn)力量(何文淵等，2016)。

2 頁巖油儲(chǔ)層的特點(diǎn)

研究表明，松遼盆地青山口組發(fā)育了豐富的頁巖油，儲(chǔ)量可達(dá)151億噸，是大慶油田重要的接替資源。青山口組的頁巖油油源儲(chǔ)比大于90%，單砂體厚度小于0.20 m，屬于典型的純頁巖型(iii型)頁巖油(王廣昀等，2020)。過去在青山口組地層、儲(chǔ)層及頁巖油的研究上已經(jīng)取得了很多成果(孫龍德，2020；王廣昀等，2020；何文淵等，2016，2021；王鳳蘭等，2021；崔寶文等，2020，2021；龐彥明等，2021；王永卓等，2021；馮子輝等，2021；邵紅梅等，2021)，其中最重要的一個(gè)成果是認(rèn)為頁巖油主要儲(chǔ)集空間是微納米孔隙。近期的研究表明順層裂縫是一種更重要的儲(chǔ)集空間(孫龍德，2020)，儲(chǔ)集空間的正確認(rèn)定是齊家—古龍凹陷青山口組頁巖油勘探開發(fā)的關(guān)鍵，本文在納米和微米孔隙的基礎(chǔ)上精確描述順頁理縫并探討其形成機(jī)制與分布規(guī)律。

2.1 巖石特點(diǎn)

2.1.1一般巖石特點(diǎn)

松遼盆地青山口組為一套以頁巖為主的細(xì)粒碎屑巖(圖4)，除了頁巖(圖4a—c)外，還有泥巖(圖4d)、液化砂泥混合巖(圖4e)、灰色—淺灰色薄層細(xì)砂巖和粉砂巖(圖4f，g)、介形蟲灰?guī)r(圖4h) 及黃褐色白云巖或云化頁巖(圖4i)。頁理通常是水平層理的一種，是最重要的沉積構(gòu)造。由顆粒成分、粒度、顏色和定向排列等形成的，沿頁理面較容易剝開。但在松遼盆地的青山口組頁巖油儲(chǔ)層中較容易剝開的面是由順層的頁理縫形成的。除了頁理，還可以見到紋理或紋層，兩者是什么關(guān)系，目前很難說明白。另外還存在一種類似蟲跡的砂脈構(gòu)造，實(shí)際是快速沉積形成的一種特殊的液化重力墜落構(gòu)造(圖4e)。在青一段底部發(fā)育了很好的風(fēng)暴巖，揭示了青山口組湖水不大深，最大深度可能在20～30 m，易受風(fēng)暴的影響。

圖4 松遼盆地青山口組典型巖芯照片F(xiàn)ig. 4 Typical core photos of Qingshankou Formation in Songliao Basin(a) 較均一的頁巖，發(fā)育了毫米級(jí)的紋層細(xì)層，厚度在1～2 mm，俗稱“細(xì)螺絲頁巖” ；(b) 較均一的頁巖，發(fā)育了毫米級(jí)的紋層；細(xì)層厚度在1～2 mm，俗稱“細(xì)螺絲頁巖” ；(c) 薄層鈣質(zhì)極細(xì)粉砂與頁巖交互，細(xì)層厚度在2～3 mm，俗稱“中粗螺絲頁巖”；(d) 非常均質(zhì)的泥巖；(e) 液化粉砂巖，大量的粉砂脈沉入下部的泥頁巖中，形成復(fù)雜的砂泥混合；(f) 薄層鈣質(zhì)極細(xì)粉砂與頁巖互層，細(xì)層厚度在3～4 mm。不典型的風(fēng)暴交錯(cuò)層理；青一段底部；(g) 灰色薄層細(xì)砂巖，中部夾黑色厘米級(jí)厚的鈣質(zhì)泥巖，中部夾黑色毫米級(jí)厚的鈣質(zhì)泥巖；(h) 塊狀介形蟲灰?guī)r， 厚度在36 cm；(i)塊狀白云巖，可見大量(約50%)粉砂級(jí)泥屑；白云石呈膠結(jié)物產(chǎn)于泥屑之間，實(shí)際上很多白云巖(結(jié)核)都是泥質(zhì)云巖、云化頁巖或云化泥巖(a) a relatively homogeneous shale, developed millimeter laminar fine layer, thickness of 1～2 mm,commonly known as “fine screw shale”; (b) relatively homogeneous shale with millimeter laminae; fine layer thickness in 1～2 mm,commonly known as “fine screw-like shale”; (c) thin layered very fine calcareous silt interacts with shale, the thickness of the fine layer is 2～3 mm, commonly known as “medium—coarse screw-like shale”; (d) very homogeneous mudstone; (e) liquefied siltstone, a large number of siltstone veins in the lower part of the mud shale, forming a complex sand—mud mixing; (f) thin layered very fine calcareous silts interact with the shale, with a thickness of 3～4 mm; a typical storm cross bedding; at the bottom of Q1 section; (g) gray thin layered fine sandstone, middle with black centimeter-thick calcareous mudstone,middle with black millimeter-thick calcareous mudstone; (h) massive ostracoda limestone, 36 cm thick; (i) massive dolostone with large amounts (about 50%) of silty grade mud fragments; dolomite is as cement material between the muddy fragments

2.1.2礦物成分

黏土礦物是青山口組頁巖的主要成分，主要為伊利石，少量蒙脫石；石英、長石顆粒極細(xì)，大部分長英質(zhì)顆粒的直徑多在0.01 mm以下(圖5)，甚至0.0039 mm以下，使巖石在結(jié)構(gòu)上顯示出泥巖或頁巖的特點(diǎn)，在薄片鑒定時(shí)容易歸屬于黏土礦物。目前薄片鑒定結(jié)果黏土礦物的含量在80%～90%(按中石油的規(guī)定)，而X衍射黏土礦物的含量卻在30%～40%。從化學(xué)成分和礦物成分上看多數(shù)黏土級(jí)的顆粒是長英質(zhì)礦物(圖5、圖6)。方解石是另一種重要的礦物(多數(shù)方解石是由介形蟲碎屑形成的)，常充填于順頁理縫中。方解石對頁巖儲(chǔ)層具有三重意義：一方面膠結(jié)其他礦物顆粒，使粒間孔消失，儲(chǔ)層的物性變差；另一方面在成巖過程中又被溶蝕形成溶蝕孔；三是使頁巖的可壓裂性提高。白云石是較常見的另一種碳酸鹽巖礦物，但常以結(jié)核的方式出現(xiàn)，且常作為砂級(jí)泥屑顆粒的膠結(jié)物出現(xiàn)，散布在粉砂級(jí)泥屑顆粒之間，其積極意義遠(yuǎn)大于方解石(白云石的密度更大、脆性更高，易于壓裂)。黃鐵礦也較常見，尤其是在下部的青一段。偶見重晶石。

圖5 松遼盆地古龍凹陷古3A井頁巖顯微照片F(xiàn)ig. 5 Micrographs of the shales from the Well Guye-3A in Gulong Sag, Songliao Basin(a) 泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。顆粒的直徑多在0.01 mm以下，成分為長英質(zhì)。面孔率約為30%的不規(guī)則狀黃鐵礦化物質(zhì)，其中包括大量黃鐵礦化生物介殼，少量生物介殼被黃鉀鐵礬或鐵方解石交代。高倍鏡下可見泥級(jí)顆粒中分布自形細(xì)粉晶板柱狀重晶石。具近閉合狀微裂縫。巖石組分中，泥級(jí)顆粒56%，主要是長英質(zhì)；黃鐵礦17%；粉砂2%；自生微晶狀白云石15%；生物化石碎屑8%；自生重晶石約2%。巖石組分及結(jié)構(gòu)疑似受熱水活動(dòng)影響。有一些粉砂級(jí)粒間孔(照片中的粉砂級(jí)藍(lán)色星點(diǎn))。正交偏光；鑄體薄片；古頁3A；2347.72～2347.7 m。 (b) 圖a中藍(lán)色方框的放大照片，可以見到一些粉砂級(jí)的孔隙，表明長英質(zhì)的超細(xì)碎屑中發(fā)育了一些粒間孔(a) Argillaceous texture, massive structure. The diameter of the particles is mostly below 0.01 mm, but the composition is felsic. Irregular pyrite with a facial ratio of about 30%, including a large number of pyrite biological shells and a small number of biological shells metasomatized by jarosite or ferric calcite. Under high magnification, it can be seen that the fine—silty plate—columnar barite is distributed in the mudy sized particles. With nearly closed microfractures. In the rock composition, 56% of mudy sized particles are mainly felsic; pyrite 17%; silt 2%; authigenic microcrystalline dolomite 15%; biological fossil detritus 8%; authigenic barite is about 2%. Rock composition and structure are suspected to be affected by hot water activity. There are some silty intergranular pores (silty blue stars in the photo). Orthogonal polarization;cast thin section. The Well Guye-3A; 2347.72 m. (b) This enlarged image of the blue box in Fig. a shows silty pores indicating the development of intergranular pores in the superfine feldspar

圖6 松遼盆地古龍凹陷古頁3A井青二段粉砂質(zhì)頁巖Fig. 6 Silty shale of the Second Member of the Qingshankou Formation in the Well Guye-3A(a) 主要由大量細(xì)粉砂級(jí)長英質(zhì)和鈣質(zhì)顆粒組成的，沿層面極易裂開成片狀，但內(nèi)部有一系列的低角度(剪切) 裂縫；保壓巖芯；(b) 長英質(zhì)礦物為主，有大量的粉砂級(jí)泥屑，占表面積的50%左右，但粒度上與細(xì)粉砂巖很類似，但礦物成分上卻為泥質(zhì)粉砂或粉砂質(zhì)泥巖；內(nèi)部沒有頁理，但剪切微頁理縫和中頁理縫發(fā)育；透射光；(c) 長英質(zhì)礦物為主，結(jié)構(gòu)上與細(xì)粉砂巖很類似，但有大量粉砂級(jí)泥屑顆粒，占表面積的50%以上，但礦物成分上卻為粉砂質(zhì)泥巖；同樣沒有頁理，但微頁理縫發(fā)育和中頁理縫發(fā)育；透射光(a) A pressure-holding core, composed of fine-silty felsic and calcareous grains, easily split into sheets along the lamellation. The oil stain is castor oil used for pressure-holding. (b) Felsic minerals are dominant, similar to fine siltstone; the lamellation is not visible, but the micro-lamellation crack development and the middle-lamellation crack development. transmitted light. (c) Felsic minerals are dominant, similar to fine siltstone. The lamellation is not visible, but the micro-lamellation crack development and the middle-lamellation crack development. Transmitted light

前人對青山口組頁巖的礦物組成做了大量的研究。據(jù)馮子輝等(2020) 發(fā)現(xiàn)青一段礦物組成：石英：35.66%；長石：20.20%；黏土類：32.64%；碳酸鹽巖：7.83%。青二段砂質(zhì)夾層礦物組成：石英：33.74%；長石：34.57%；黏土：20.72%。青山口組泥頁巖層鈣質(zhì)含量多為 5%～20%，長英質(zhì)成分多為40%～70%，黏土礦物多小于40%，與美國典型頁巖油儲(chǔ)層礦物組成具有一定的相似性，有利于儲(chǔ)層的后期壓裂改造(白靜等，2017)。也有人認(rèn)為松遼盆地的青山口組的頁巖礦物組成黏土礦物占很大的比重(曾維主等，2019)。最近，王鳳蘭等(2021) 對古龍頁巖的礦物組成又做了精細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)了脆性礦物含量很高，黏土礦物僅占整個(gè)礦物組成的29.7%，揭示了古龍頁巖的脆性較大，可壓裂性很好。松遼盆地青山口組頁巖油儲(chǔ)層的礦物組成比較復(fù)雜,脆性礦物的含量總體與有機(jī)質(zhì)含量成反比，還與頁巖的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

通過三維CT方法研究了古龍頁巖油儲(chǔ)層的脆性礦物分布(圖7a—f)，發(fā)現(xiàn)受紋層或頁理的控制，在順頁理方向還發(fā)育了微米級(jí)超薄紋層，紋層厚度在10～20 μm，擴(kuò)展到50000～60000條/m；在顯微鏡下也能見到這種紋層密度可達(dá)20000條/m(圖7g)，可見古龍青一段頁巖是“超級(jí)頁巖”。CT掃描還揭示了脆性礦物的粒度和分布都有很大的不均衡性(圖7a—f)，大的脆性礦物在紋層底部分布較多，具有明顯的正粒序性。在薄片上看也具有這個(gè)特點(diǎn)，底部是長英質(zhì)顆粒層，頂部是含更細(xì)長英質(zhì)顆粒的有機(jī)質(zhì)層。

圖7 松遼盆地古龍凹陷青一段三維CT展示的脆性礦物分布Fig. 7 Brittle minerals distribution shown by a 3D CT for the 1st Member, the Qingshan Formation, in Gulong Sag, Songliao Basin(a)—(f) 三維CT揭示了厚10～20 μm超級(jí)紋層和脆性礦物的分布受紋層影響和控制；(g) 顯微鏡下也能見到紋層非常細(xì)密，每1 mm可達(dá)20條左右，擴(kuò)展到1 m可達(dá)20000條(a)—(f) 3D CT reveals that the distribution of super-lamina and brittle minerals about 10～20 microns thick is influenced and controlled by lamina. (g) Under g microscope, we can also see that the lamina is very fine, up to 20 pieces per 1 mm, and up to 20000 pieces to 1 meter

2.1.3結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與組構(gòu)特點(diǎn)

除了一般的巖石學(xué)特點(diǎn)外，古龍頁巖還具有特殊的界面結(jié)構(gòu)構(gòu)造和界面組構(gòu)等。

(1) 摩擦鏡面、擦痕和階步等。在青山口組中經(jīng)?？梢砸姷巾摾砻嫔习l(fā)育了非常明顯的摩擦鏡面、擦痕和階步(圖8，圖9)，大部分與頁理縫(面)產(chǎn)狀近于一致，充分表明沿頁理面發(fā)生了剪切滑動(dòng)。摩擦鏡面的特點(diǎn)是表面非常光滑，會(huì)“閃閃發(fā)亮”，本文把發(fā)育了摩擦鏡面的頁巖稱之為“鏡面頁巖”。在古龍青山口組頁巖中很發(fā)育鏡面頁巖，如在古頁7井2541 m深附近有1～2 m的巖芯密集地發(fā)育了摩擦鏡面和擦痕；在2455.60 m深的1 cm內(nèi)有10個(gè)摩擦鏡面(圖8g)。摩擦鏡面附近往往發(fā)育密集的微裂縫(圖8h，i)，表明強(qiáng)烈的剪切導(dǎo)致頁巖受到了“內(nèi)傷”。這些微裂縫對于提高頁巖的儲(chǔ)集和輸導(dǎo)能力大有幫助。密集發(fā)育摩擦鏡面、擦痕和階步的層段，尤其是發(fā)育了傾角變化較大的摩擦鏡面的層段很可能是順層斷層的所在，如在古頁7井2534.00～2535.58 m發(fā)育了數(shù)十個(gè)摩擦鏡面，擦痕和階步，肯定是一條逆沖斷層(可能因?yàn)槠扑閺?qiáng)烈，使該段巖芯的取芯率僅有90.4%)；又如在杜68井828.56～829.51 m的白堊系青山口組姚二、三段的泥巖中也發(fā)育了密集的摩擦鏡面和擦痕，鏡面的傾角多在30°左右，可能是一種順斜坡的滑動(dòng)斷層。

圖8 松遼盆地古龍凹陷青山口組順頁理面的滑動(dòng)構(gòu)造Fig. 8 Sliding structures along the lamellation surface in the Qingshankou Formaiton in Gulong Sag, Songliao Basin(a) 順頁理滑動(dòng)形成的摩擦鏡面和擦痕。擦痕的長度多在1 cm，大者可達(dá)2 cm以上，揭示了滑動(dòng)距離可達(dá)2 cm以上；(b) 順頁理的摩擦鏡面和擦痕。擦痕的長度多在1 cm，大者可達(dá)2 cm以上，揭示了滑動(dòng)距離可達(dá)2 cm以上；(c)非常平坦順頁理發(fā)育的鏡面和擦痕。擦痕纖細(xì)；(d)非常平坦的順頁理發(fā)育的摩擦鏡面和擦痕；(e) 微傾斜的摩擦鏡面，表面凹凸不平，發(fā)育了密集的擦痕和一個(gè)特殊槽狀階步。因拍照方向不佳而反光不大；(f) 摩擦鏡面、階步和擦痕，還有數(shù)個(gè)淺坑或淺槽，揭示了強(qiáng)烈的滑動(dòng)壓剪；(g) 摩擦鏡面和擦痕，高度密集，每1 cm有10個(gè)。擦痕與階步的夾角在25°；(h) 摩擦鏡面附近的微裂縫非常發(fā)育，密度最大可達(dá)18 條/mm；(i) 摩擦鏡面附近的微裂縫非常發(fā)育，密度最大可達(dá)14 條/mm(a) Friction mirrors and scratches formed by sliding along lamellation. The length of the scratches is mostly about 1 cm, and the largest one can be more than 2 cm, revealing that the sliding distance can be more than 2 cm. (b) Friction mirrors and scratches along lamellation. The length of the scratches is mostly about 1 cm, and the largest can be more than 2cm, revealing that the sliding distance can be more than 2 cm. (c) Very flat mirrors and scratches developed along the lamellation. scratches are fine. (d) Very flat friction mirrors and scratches along lamellation. (e) Slightly tilted friction mirror, uneven surface, developed dense scratches and a special groove step. Poor reflection due to poor photograph orientation. (f) Friction mirrors, steps and scratches, as well as several shallow pits or grooves, reveal strong sliding pressure shear. (g) Friction mirror and scratches, highly dense, 10 per 1 cm. The angle between scratches and steps is 25°. (h) The microcracks near the friction mirror are well developed and the density is up to 18/mm; (i) micro-cracks near the friction mirror are highly developed with a maximum density of 14/mm

圖9 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁理面上的滑動(dòng)鏡面、擦痕及微弱的階步Fig. 9 Sliding mirrors, scratches and weak steps on lamellation surface of the Qingshankou Formation in tthe Gulong Sag, Songliao Basin(a)摩擦鏡面上發(fā)育了密集的擦痕。擦痕非常發(fā)育，呈半直圓柱狀，一端粗大、一端尖銳，或兩端尖銳。(b)擦痕直徑在0.01～0.02 mm；高0.05～0.10 mm；長數(shù)毫米到1 cm，最長可達(dá)2 cm以上，平均約8 mm。 (c) 擦痕的長度的分布直方圖，峰值在6～10 mm。 (d)摩擦鏡面上的階步及擦痕，可以見到擦痕具有一定的離散性下部總體垂直向上，而右側(cè)向左上，兩者夾角40°～50°。放大30倍。 (e)摩擦鏡面上的密集擦痕，非常纖細(xì)，彼此平行，密度為30～40條/mm。放大30倍(a) The friction mirror developed dense scratches. Scratches are very developed, a semi-straight cylindrical, one end is thick, one end is sharp; or sharp at both ends. (b) The diameter of the scratch is 0.01～0.02 mm;0.05～0.10 mm; length several mm to 1 cm, the longest can reach to more than 2 cm, average about 8 mm. (c) The distribution histogram of the length of the scratches, with a peak value of 6～10 mm; (d) the steps and scratches on the friction mirror. It can be seen that the scratches have certain discreteness. The lower part of the friction is generally vertical upward, while the right part is upward to the left, and the angle between the two is 40°～50°. Magnification 30 times. (e) Dense scratches on the friction mirror, very fine, parallel to each other, density of 30～40 /mm. magnification 30 times

擦痕多呈直線狀，少數(shù)彎曲成弧形。長度多在3～5 mm，最長可達(dá)1～2 cm，揭示了沿頁理面滑動(dòng)長度一般在數(shù)毫米，最大可達(dá)2～3 cm；寬度多在微米級(jí)別以下，最大寬度可達(dá)1～2 mm；高度也多在0.1～0.2 mm，最大高度0.3～0.4 mm。擦痕的密度最大20～30條/cm(圖9d，e)。一端尖細(xì)、另一端粗大，揭示了滑動(dòng)方向由細(xì)到粗；有的兩端尖細(xì)(圖9b)。這種現(xiàn)象常見，在一定程度是揭示了順頁理面的較大滑動(dòng)，因?yàn)橹挥休^大滑動(dòng)和滑動(dòng)面有有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)(瀝青) 才能形成這種三位一體(摩擦鏡面、擦痕和階步) 組合構(gòu)造，而其他的短程滑動(dòng)則不會(huì)形成這種組合構(gòu)造。短程滑動(dòng)可能更易形成鱗片構(gòu)造。少數(shù)彎曲成弧形，偏轉(zhuǎn)角可達(dá)40°，揭示了滑動(dòng)方向在斷距離內(nèi)有旋轉(zhuǎn)變化?？梢娪幸欢▕A角的兩組擦痕，表明了滑動(dòng)方向的變化。擦痕的發(fā)育揭示了相關(guān)構(gòu)造不是鉆井誘導(dǎo)。

階步也是常見的微構(gòu)造。幾乎在摩擦鏡面上都發(fā)育了階步，階步的形態(tài)以寬淺為特點(diǎn)，總的來說，其幾何學(xué)特征非常復(fù)雜(另文專述)。擦痕與階步往往有一定的夾角，多在十幾度到40余度。

此外，對摩擦鏡面發(fā)育的頁巖進(jìn)行了磨片分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)育摩擦鏡面的頁巖內(nèi)部發(fā)育了更多的微裂縫，可達(dá)14～18條/ mm(圖8g, h)，而且微裂縫的長度和寬度也明顯大于沒有發(fā)育摩擦鏡面的頁巖。

(2) 摩擦光面。本文新提出的一種層面構(gòu)造，與摩擦鏡面的最大區(qū)別是“不發(fā)亮”(圖10，圖11)，在古龍青一段中非常發(fā)育，遠(yuǎn)多于摩擦鏡面。我們把發(fā)育這種摩擦光面的頁巖稱為“光面頁巖”。光面頁巖特點(diǎn)是表面光滑，但不會(huì)反光，所以比摩擦鏡面的摩擦要弱或表面的物質(zhì)不利于發(fā)育摩擦鏡面(可能缺少瀝青)。這種構(gòu)造用手摸之表面非常平坦和光滑，但有時(shí)會(huì)有少量對面巖層留下的小巖碎塊(圖11b) ；表面也常有擦痕，擦痕平直，長度1～2 cm(圖11)，少數(shù)5～6 cm(圖11f)，寬度多在毫米級(jí)，高度在0.5 mm以下。當(dāng)用兩片發(fā)育有摩擦光面的巖芯薄片互相敲擊時(shí)會(huì)發(fā)出一種像板巖的聲音，表明其中的礦物可能出現(xiàn)了緊密排列致密化。發(fā)育摩擦光面的頁巖更容易破裂成薄片狀(圖12)，薄片的厚度一般在1 cm(大多數(shù)沒有完全裂開)，也有毫米級(jí)厚的，個(gè)別0.1～0.2 mm。如古頁2HC井在第8筒芯的2274.30～227.299 m深的巖芯均是這種光面頁巖，可能是一個(gè)順層斷層帶。在古頁1井的2488.00～2489.00 m深也有1 m厚的這種光面頁巖。在古頁7井2452.43～2453.24 m至少發(fā)育了18個(gè)光面(其中有的是摩擦鏡面) ；在2529.25～2530.95 m至少發(fā)育了20個(gè)摩擦光面和摩擦鏡面，以及30°左右的剪切面。實(shí)際光面和摩擦鏡面可能遠(yuǎn)多于此，因?yàn)楹芏喙饷婧顽R面可能還未裂開；此外，在三肇凹陷的肇頁1井第六筒芯的1977.30～1983.30 m深有6 m厚的這種光面頁巖，如果加上第五筒還有3 m，總共就是9 m厚的光面頁巖。大量的光面充分表明了沿頁理面滑動(dòng)明顯。摩擦光面附近也會(huì)發(fā)育一系列微裂縫，摩擦光面可以提高儲(chǔ)集能力。像摩擦鏡面一樣，光面頁巖也可能是順層斷層的所在，如古頁2HC井在第八筒芯的2274.30～227.299 m深的巖芯均是這種光面頁巖，可能是一個(gè)順層斷層帶。在古頁1井的2488.00～2489.00 m深也有1 m厚的這種光面頁巖。

圖10 松遼盆地古龍凹陷古龍頁巖的摩擦光面構(gòu)造Fig. 10 Frictional smooth structure of the Gulong Shale(a) 在巖芯的中部及右側(cè)發(fā)育了幾小片摩擦光面構(gòu)造；(b) 非常平坦的摩擦光面，用手觸之非常平滑；(c) 非常平坦的摩擦光面，但上面有幾處小的碎片粘連，沿光面可以輕易地剝落；(d) 摩擦光面突然變成階步狀，經(jīng)過一個(gè)小陡坎向斜上發(fā)育，也很光滑；(e) 摩擦光面；(f) 非常平滑的摩擦光面，幾乎像玻璃一樣平滑；(g) 密集的摩擦光面，幾乎沿每一個(gè)頁理發(fā)生；(h) 密集的摩擦光面，間距在1 mm左右，幾乎每一個(gè)頁理面都發(fā)育了一個(gè)摩擦光面，沿摩擦光面極易剝開(a) Several small pieces of frictional smooth structure developed in the central and right side of the core; (b) very flat rubbing surface, very smooth when touched by hand; (c) a very flat frictional smooth surface, but with several small fragments adhering to it and easily peeling off along the smooth surface; (d) the smooth surface of friction suddenly becomes a step shape and develops on a small steep syncline, which is also very smooth; (e) frictional smooth structure; (f) a very smooth rubbing plane, almost as smooth as glass; (g) dense friction surface, almost along every lamellation; (h) dense friction smooth surface, spacing at about 1 mm, almost every lamellation surface developed a friction smooth surface, along the friction smooth surface is easy to peel

圖12 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖油井發(fā)育光面構(gòu)造的薄片狀頁巖Fig. 12 Thin sheet shales with smooth structures in the Qingshankou Formaiton in the Gulong Sag, Songliao Basin

(3) 剪切裂面、階步與薄片構(gòu)造。是一種比上述兩種面狀構(gòu)造要“弱”的平面構(gòu)造，其特點(diǎn)是破裂面比較平坦(有時(shí)略曲)，巖芯沿此面容易破裂成薄片(圖13)，但表面既沒有鏡面也不平滑，所以稱之為“裂面頁巖”。這種面是剪切破裂面而非頁理面，但有時(shí)可能與頁理面重合，大多數(shù)時(shí)候不重合，夾角在10°～15°，最大可達(dá)20°～30°。剪切平面上一般有階步或反階步，階步的厚度極小，在10-1mm級(jí)；寬度在1 mm到數(shù)毫米。破裂面非常緊閉(圖13)，很明顯是一種壓剪面。少數(shù)情況下摩擦平面呈微曲弧形。像光面頁巖一樣，當(dāng)用兩片發(fā)育有摩擦光面的巖芯薄片互相敲擊是會(huì)發(fā)出一種像板巖的聲音，表明其中的礦物可能出現(xiàn)了緊密排列致密化。發(fā)育摩擦光面的頁巖更容易破裂成薄片狀(圖13a, b)，薄片的厚度在數(shù)毫米到1 cm。與摩擦光面有些相似，區(qū)別是剪切裂面光滑度不及摩擦光面和剪切裂面上有明顯的剪切構(gòu)造。裂面頁巖也是最常見的頁巖之一。

圖13 松遼盆地古龍凹陷古龍頁巖的剪切裂面與薄片構(gòu)造Fig. 13 Shear frature surface and thin section structure of the Gulong Shale in the Gulong Sag, Songliao Basin(a) 剪切裂面、階步與薄片構(gòu)造，薄片厚1～3 mm(沒有達(dá)到最薄剝裂厚度，最薄在1 mm左右)，剪裂面常有階步發(fā)育；(b) 剪切裂面、階步與薄片構(gòu)造，薄片厚1～3 mm(沒有達(dá)到最薄剝裂，最薄在1 mm左右)，剪裂面常有階步發(fā)育；(c) 剪切裂面，其上有非常細(xì)密的階步，階步的厚度在0.1～0.2 mm，順剪切方向排列成一行；(d) 剪切裂面，其上有比較細(xì)密的反階步，階步的厚度在0.2～0.3 mm，垂直剪切方向；(e) 剪切裂面，其上發(fā)育有階步，階步的厚度在0.3～0.4 mm，垂直剪切方向；(f) 圖c紅框的放大照片，可以見到纖細(xì)的反階步，自下向上滑動(dòng)；(g) 圖d藍(lán)框的放大照片，可以見到纖細(xì)的反階步，自下向上滑動(dòng)；(h) 圖e白框的放大照片，可以見到正階步，自上向下滑動(dòng) (a) Shear crack surface, step and lamellar structure, the lamellar thickness is 1～3 mm (The thinnest peeling thickness is not reached, perhaps the thinnest is around 1 mm), the shear crack surface often develops step. (b) Shear crack surface, step and flake structure. The flake thickness is 1～3 mm (The thinnest peeling thickness is not reached, perhaps the thinnest is above 1 mm). The shear crack surface is often developed step by step. (c) Shear fracture plane, on which there are very fine steps, the thickness of the steps is 0. 1～0.2 mm, arranged in a line along the shear direction. (d) Shear fracture plane, on which there are relatively fine inverse steps, the thickness of the steps is 0.2～0.3 mm, perpendicular to the shear direction. (e) Shear fracture plane, on which steps are developed, the thickness of the steps is between 0.3 and 0.4 mm, perpendicular to the shear direction. (f) An enlarged photo of red frame in fig. (d) shows the slim reverse step, sliding from bottom to top. (g) An enlarged photo of blue frame in Fig. (d), showing the slim reverse step, sliding from bottom to top. (h) An enlarged photo in white frame of Fig. (e), showing the positive step, swiping from top to bottom

(4) 鱗片構(gòu)造。這是本文新提出的另一種構(gòu)造(圖14，圖15)，除了砂巖、白云巖和介形蟲灰?guī)r這種硬巖外，頁巖中常有發(fā)育，估計(jì)占整個(gè)頁巖巖芯的60%～70%。鱗片構(gòu)造一般順頁理面發(fā)育，單個(gè)鱗片平面上呈橢圓形、近圓形或不規(guī)則形(圖14)，與西瓜子相似(圖14g；圖15a—c) ；有的鱗片呈舌狀，在前端邊緣凸起，在內(nèi)部和后端平滑微凹(圖15b)。有的鱗片構(gòu)造類似于槽模，其實(shí)發(fā)育了窄細(xì)的溝脊，指示了對面巖層的滑動(dòng)方向，同時(shí)也揭示了這種構(gòu)造不是鉆進(jìn)。直徑在數(shù)毫米到近1 cm；厚度在0.2～0.4 mm，最大1 mm。每一個(gè)鱗片面實(shí)際是一個(gè)順頁理縫的大裂縫面或者是其一部分。所以，頁理面也就不是一般的沉積頁理面，而是一個(gè)受到滑動(dòng)破裂的疊加面。此外，在該頁理面上還發(fā)育了微弱的擦痕(藍(lán)色箭頭)，長度可達(dá)1 cm，揭示了其滑動(dòng)的距離。

圖14 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖中的鱗片構(gòu)造Fig. 14 Scalelike structure in the shale of the Qingshankou Formation in the Gulong Sag, Songliao Basin(a) 鱗片構(gòu)造，以小型為主，直徑一般數(shù)毫米，部分疊置如魚鱗；外圈1 cm為鉆井誘導(dǎo)帶，隨后相同；(b) 小型鱗片構(gòu)造，形態(tài)和排列均雜亂；直徑多在1 cm以下；(c) 小型鱗片構(gòu)造，直徑在1 cm以下，次圓形為主，很??；(d) 鱗片構(gòu)造，形態(tài)不大規(guī)則，非常扁平，厚度都在毫米以下，其中很多厚度只有0.2～0.3 mm，發(fā)育在摩擦光面上；(e) 鱗片構(gòu)造，形態(tài)不大規(guī)則，直徑在2～3 mm到近1 cm，表明光滑；(f) 頁理頂面的大鱗片構(gòu)造，面積達(dá)7 cm×7 cm，明顯下凹，深度在1 mm左右；內(nèi)部非常平滑；(g) 大型的規(guī)則鱗片構(gòu)造，面積4 cm×5 cm；邊緣隆起明顯、平滑；(h) 不規(guī)則的大鱗片構(gòu)造，靠下的大鱗片面積達(dá)3 cm×4 cm?？孔笙轮芫売幸幻黠@的淺溝槽；(i) 非常扁平的鱗片構(gòu)造，表面非常平滑；規(guī)模很大，面積可達(dá)3 cm×4 cm；右側(cè)邊緣明顯。表面有微弱的擦痕(a) The scale structure is mainly small, with a diameter of a few mm. Some of them are superimposed-like fish scales. The outer ring 1cm is the drilling induction zone, then the same. (b) Small scale structure, morphology and arrangement are disorderly. The diameter is less than 1 cm. (c) Small scale structures, most less than 1 cm in diameter, subcircular, very thin. (d) The scale structure, not regular, very flat and its thickness is less than 1 mm, some of them only 0.1～0.2 mm thick, developed on the friction smooth surface. (e) Scale structure, less regular in morphology, ranging from 2～3 mm to nearly 1 cm in diameter, indicating smooth. (f) The large scale structure on the top of foliation is 7 cm×7 cm in diameter, obviously concave, about 1 mm in depth and very smooth inside. (g) Large regular scales-like structures, with a 4 cm×5 cm diameter; the edge is clearly raised and smooth. (h) An large irregular scales-like structures, clearly raised, with a diameter of 3 cm×4 cm. There is a conspicuous shallow groove near the lower left margin. (i) A very flat scales-like structures with a very smooth surface; it is very large, up to 3 cm×4 cm in diameter; The right margin is pronounced. There is a faint scratch on the surface

圖15 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁理面上的滑動(dòng)構(gòu)造：舌狀鱗片和擦痕Fig. 15 Sliding structure on the grain surface: tongue scales and scratches of the Qingshankou Formation in the Gulong Sag(a) 鱗片構(gòu)造；(b) 一個(gè)典型的瓜子片形鱗片構(gòu)造，其上發(fā)育了線理(紅色虛線)；(c) 一個(gè)典型的瓜子片形鱗片構(gòu)造，其上發(fā)育了線理(黃色虛線)；(d) 一個(gè)典型的瓜子片形鱗片構(gòu)造，其上發(fā)育了線理(藍(lán)色虛線)；(e) 一個(gè)瓜子片形鱗片構(gòu)造邊緣線理(灰色虛線)；(f) 大型不規(guī)則鱗片構(gòu)造，直徑在2～3 cm(a) Scale-like structure; (b) a typical melon-seed-like scale structure with lineation (red dotted line); (c) a typical melon seed flake scale structure with lineations (yellow dotted lines); (d) a typical melon seed flake scale structure with lineation (dashed blue line); (e) marginal lineation of a melon seed flake scale structure (gray dashed line); (f) large irregular scale structures, 2～3 cm in diameter

摩擦鏡面是頁理面滑動(dòng)的可靠證據(jù)，但在巖芯中不是普遍存在，而鱗片構(gòu)造是一種普遍的現(xiàn)象，除了砂巖、白云巖和介形蟲灰?guī)r外幾乎存在于所有的頁巖中。在古頁7井2502.65～2507.38 m深發(fā)育了大量的大鱗片構(gòu)造，最大直徑3×4 cm，與摩擦鏡面、擦痕、光面構(gòu)造一起發(fā)育，所以間接地揭示了鱗片構(gòu)造的成因與剪切有關(guān)。鱗片構(gòu)造實(shí)際上是順頁理大縫在層面上的反映，鱗片構(gòu)造的裂面在顯微鏡下對應(yīng)微裂縫，其中多被瀝青充填，所以容易破裂，推測在地下深處鱗片構(gòu)造可能具有儲(chǔ)集能力。因此，古龍凹陷青山口組頁巖油與順層裂縫之間可能存在某種依賴關(guān)系。鱗片構(gòu)造通常只發(fā)育在頁巖中，泥巖很少發(fā)育(如朝21井的泥巖段就完全沒有這種鱗片構(gòu)造。不排除鉆井有一定的誘導(dǎo)性(只能發(fā)育在巖芯邊緣1 cm寬左右的環(huán)帶內(nèi))，但是在鱗片構(gòu)造本身的基礎(chǔ)上誘導(dǎo)的。所以鱗片構(gòu)造應(yīng)該是古龍頁巖的一種重要屬性。鱗片構(gòu)造是本文首次發(fā)現(xiàn)和描述的一種新構(gòu)造，對其幾何學(xué)特征的描述很不完善，有待今后繼續(xù)深入。

鱗片構(gòu)造的一些特點(diǎn)揭示了鱗片構(gòu)造的形成條件是在一種較固結(jié)，但尚不大硬的條件下形成的，可能在塑性到中等脆性的轉(zhuǎn)化期，其形成深度可能在1100～1500 m(表1)，在古頁37井青三段頂部1343.30 m深的巖芯中就可以見到鱗片和光面構(gòu)造，表明在這一深度泥頁壓就開始具有脆性了，否則發(fā)育不了這兩種構(gòu)造。正好進(jìn)入生烴門限(1350 m)(楊萬里，1985)，排烴門限則在1500 m左右；生成的油氣正好充注到這些順頁理縫中，對于保存順頁理縫也起到了關(guān)鍵作用。因此，順頁理縫和油氣之間具有同生共存的緊密關(guān)系。在地表看到的巖芯頁理縫可能不能代表井下的狀態(tài)，在井下這些頁理縫可能會(huì)具有更大的開度。

鉆井誘導(dǎo)也會(huì)產(chǎn)生一些鱗片等相關(guān)構(gòu)造，但主要發(fā)生在巖芯邊緣的1 cm寬度內(nèi)，而且鉆井誘導(dǎo)產(chǎn)生的鱗片構(gòu)造不會(huì)有單向性的擦痕。此外，鉆井誘導(dǎo)產(chǎn)生的鱗片構(gòu)造也具有繼承性，頁巖容易發(fā)育鱗片構(gòu)造，而泥巖和砂巖不容易和不會(huì)發(fā)育。

(5) 碎片構(gòu)造。我們把發(fā)育這種構(gòu)造的頁巖稱之為“碎片頁巖”。有的巖芯很脆，順頁理縫較容易斷裂和破碎(圖16)，形成不規(guī)則碎片。碎片極薄，厚度一般在1 mm以下，直徑在數(shù)毫米到1～2 cm；邊緣參差不齊。破裂面可能頁理面。這種裂面將來可能容易被壓裂。這些破裂面對應(yīng)的是順頁理的大裂縫。

圖16 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖中的裂片構(gòu)造及其裂面Fig. 16 The surface of the crack along the lamination fissures and the irregular flake of shales in the Qingshankou Formation, in the Gulong Sag, Songliao Basin(a)易破碎成不規(guī)則的薄片，邊緣參差不齊。古頁3HC井，2381.9 m，青二段Q9。 (b) 極易破碎成不規(guī)則的薄片，邊緣參差不齊。古頁3HC，2498.43 m，青二段Q8。 (c) 稍微受力就破碎成多層疊置的碎片狀。古頁3HC，2381.1 m，青一段Q9。 (d) 像雪花一樣的碎片構(gòu)造，極薄，總厚不及1 mm，由多層疊合形成，至少可以看到5～6個(gè)薄層，因此每個(gè)終端薄層厚度在0.2 mm以下(a) It is easily broken into irregular flakes with jagged edges. the Well Guye-3HC, the Mem. Q9 (the 9th Member,Qingshankou Formation) , 2381.90 m deep. it can be seen from this section that the foliation surface is uneven. (b) Easy to break into irregular flakes. the Well Guye-3HC, the Mem. Q8, 2498.43 m deep. (c) With the slightest force, it breaks into multi-layered fragments. the Well Guye-3HC, Mem. Q9, 2381.10 m. (d) snowflake-like debris structure, extremely thin, total thickness of less than 1mm, formed by the superposition of multiple layers, at least 5～6 thiner layers can be seen, so the thickness of each terminal thin layer is less than 0.2 mm, really thin as a cicada wing

古龍青山口組泥頁巖是一種主要與黏土礦物組成的巖石。黏土在剛沉積時(shí)含大量水分(80%～90%) 或大量的孔隙度(80%～90%)(Schieber, 2011a、 b)。模擬實(shí)驗(yàn)表明，剛沉積的黏土形成絮狀物懸浮液后，黏土的含量在頂部僅8 g/L，在底部也只有40 g/L(Schieber，2015) ；Nishida 等(2013)也通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了黏土懸浮密度僅在10～30 g/L?？梢妱偝练e下來的黏土凝聚體密度極低。我們對黃河現(xiàn)代黏土沉積的研究也表明，剛沉積下來的黏土是一種比豆腐腦還要稀的富含水的物質(zhì)，用手只能撈起一點(diǎn)泥漿。在這兩種情況下黏土凝聚體(clay aggregates) 的直徑從幾百微米到毫米大小(Schieber，2015)。爾后在成巖過程中迅速發(fā)生大量脫水和壓實(shí)(表1)，在300～400 m黏土就幾乎固結(jié)成巖了，如在朝頁6801井441.70 m深的泥頁巖巖芯中幾乎觀察到了與2000多米深相似的摩擦鏡面、摩擦光面、擦痕和階步，表明此時(shí)黏土已經(jīng)基本上完成固結(jié)變成脆性，至少是半脆性。片狀的黏土礦物極易響應(yīng)垂向重力而發(fā)生垂直于重力方向的緊密排列。如遇順層剪切作用便會(huì)很容易地發(fā)育剪切構(gòu)造—剪切面理，所以在古龍青山口組的頁巖中見到大量剪切面理是理所當(dāng)然的。

縱觀上述可以看出古龍頁巖受剪切作用非常強(qiáng)，是一種受了“傷”的頁巖。今天看到的頁理基本都是剪切面理，而非沉積形成的頁理，這是古龍頁巖的一大特點(diǎn)。

2.2 方解石脈

齊家—古龍凹陷(包括三肇凹陷) 青山口組頁巖油儲(chǔ)層中另一個(gè)引人注目的現(xiàn)象是發(fā)育了大量順層方解石脈(圖17，圖18)，其實(shí)在我們所知道的勝利油田、中原油田和新疆朗湖油田的頁巖油儲(chǔ)層中同樣發(fā)育了方解石脈，尤其是勝利油田則更甚。鏡下觀察表明，方解石脈含油大量瀝青，方解石脈與頁巖油似乎具有一種“共生共存”關(guān)系。方解石脈的寬度在不到0.1 mm到2.0 cm，長度在數(shù)毫米到10 cm以上(穿過整個(gè)巖芯)。大型方解石脈多具纖柱狀結(jié)構(gòu)(圖17，圖18，圖19)，與牛肉非常相似，所以，國外的學(xué)者又把這種方解石脈成為“牛肉”(Peter, 2013)。

圖17 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖油儲(chǔ)層中的方解石脈Fig. 17 Calcite veins in a shale-oil reservoir of the Qingshankou Formation in the Gulong Sag, Songliao Basin(a) 方解石脈。中部和上部的兩層較厚，厚度的1 cm左右，其中好像發(fā)育了疊錐構(gòu)造。沿其中部或近中部有一黏土或富有機(jī)質(zhì)的泥晶方解石狹縫(脈)。(b) 中部為一較寬方解石脈，厚度達(dá)1.5 cm。其中好像發(fā)育了疊錐構(gòu)造。頂部有三條較窄的細(xì)方解石脈，寬度在3～4 mm。中部和底部還有幾條更細(xì)的方解石脈。(c) 略傾斜的兩條方解石脈，有雁列狀，由近垂直的纖柱狀方解石組成。中心也有一暗色的黏土或富有機(jī)質(zhì)的泥晶方解石狹縫(脈)。 (d) 方解石脈分叉成螯狀構(gòu)造，可能受剪切力控制；還發(fā)育了低角度的疊瓦構(gòu)造。 (e) 方解石脈和方解石透鏡體，都由近垂直的纖柱狀方解石組成，中心都有一暗色的黏土或富有機(jī)質(zhì)的泥晶方解石狹縫(脈)，纖柱狀方解石對稱中心的暗色的黏土或富有機(jī)質(zhì)的泥晶方解石狹縫(脈)。叉狀或螯狀構(gòu)造與順層擠壓形成的剪切有關(guān)。 (f) 大型方解石脈，發(fā)育了纖柱狀構(gòu)造，頂?shù)状蟛糠址浅Ｆ教?，猶如刀切一般。 (g) 大型的方解石脈的纖柱狀結(jié)構(gòu)，放大30倍。 (h)大型方解石脈，中心具有一纖細(xì)的富含有機(jī)質(zhì)的黏土脈，非常平直，纖柱狀方解石對稱于此脈“生長”；發(fā)育了假疊錐構(gòu)造(a) calcite vein. The middle and upper layers are thicker, about 1 cm thick, which seems to have developed a pyramidal structure. There is a slit (vein) of clay or organic-rich micrite calcite along the center or near the center. (b) In the middle is a wide calcite vein up to 1. 5 cm thick. It seems to have developed a pyramid structure. There are three narrow, fine calcite veins at the top, 3～4 mm wide. There are also several finer calcite veins in the center and bottom. (c) Two slightly inclined calcite veins, with anechelon shape, composed of nearly vertical fibrous columnar calcite. There is also a dark clay or organic-rich micritic calcite slit (vein) in the center. (d) Calcite veins bifurcated into chelate structures, possibly controlled by shear forces; Low-angle imbricated structures are also developed. (e) Calcite veins and calcite lenses are composed of nearly vertical fibrillar calcite with a dark clay or organic-rich micritic calcite slit (vein) in the center of the fibrillar calcite with a dark clay or organic-rich micritic calcite slit (vein) in the center of the fibrillar calcite. Forked or chelate structures may be related to shear formed by bedding extrusion. (f) Large calcite veins with fibrous columnar structures, most of which are very flat and knife cut. (g) Large fibrous columnar calcite veins, magnified 30 times. (h) Large calcite veins with a thin, organic-rich clay vein in the center, very straight, symmetrical growth of fibrous columnar calcite; Pseudo-cone-in cone structure was developed

圖19 松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖中纖柱狀方解石脈的顯微照片F(xiàn)ig. 19 Micrographs of fibrous columnar calcite veins in shales of the Qingshankou Formaiton in the Gulong Sag, Songliao Basin(a) 纖柱狀方解石脈，中心有一微弱的細(xì)小中脈。 (b) 纖柱狀方解石的順頁理(層) 照片，可見纖柱狀方解石在垂直纖柱的方向都是粒狀，粒徑在0.01～0.02 mm。上部的黑褐色縫合線為中心微脈的平面截面。圖中的黑色圓點(diǎn)系瀝青，占表面積20%～30%，揭示了方解石脈具有很好的儲(chǔ)集能力。 (c) 垂直層面的截面。暗色縫合線狀微脈是瀝青(紅色箭頭)，其中的黑點(diǎn)也是瀝青，占表面積的30%左右，表明方解石脈具有較好的儲(chǔ)集能力。纖柱狀方解石垂直其生長，可以見到都是顆粒狀、短柱狀或長柱狀方解石顆粒疊置形成的。紅色部分是瀝青(紅色箭頭)。 (d) 圖(c)中的某部分進(jìn)一步放大，清晰可見線性的方解石纖柱。黑色的部分為瀝青(紅色箭頭)，發(fā)育了e-雙晶。(e)、(f) 纖柱狀方解石的顆粒垂向堆疊，發(fā)育了e-雙晶。黑色部分是瀝青(紅色箭頭)。 (g) 、(h)方解石脈的陰極發(fā)光，可見順頁理分布的瀝青條帶，揭示了順頁理方向是張性，其上的方解石沿解理面破裂，并被瀝青充填(a) Fibrous columnar calcite veins with a faint, tiny midvein in the center. (b) Fibrillar calcite along the lamellation (lamination) photo, it can be seen that fibrillar calcite in the direction perpendicular to the fibrillar are granular, particle size between 0.01 and 0.02 mm. The upper dark brown suture is the plane section of the central microvein. The black dots in the Fig. (d)—(f) are bitumen (red arrow), accounting for 20%～30% of the surface area, which indicates that calcite veins have good storage capacity. (c) The cross section of the vertical plane. The dark sutured linear microveins are bitumen (red arrow), and the black spots are bitumen (red arrow), which account for about 30% of the surface area, indicating that calcite veins have good storage capacity. The vertical growth of fibrous columnar calcite can be seen to be formed by the superposition of granular, short columnar or long columnar calcite particles. Twin crystals are developed. (d) A section of Fig. (c) is further enlarged, and a linear calcite column is clearly visible. Twin crystals are developed. The black part is asphalt. (e), (f) The particles of fibrous columnar calcite were stacked vertically, and e-twin crystals developed. The black part is asphalt (red arrow). (g), (h) Cathodoluminescence of calcite veins, showing asphalt bands distributed along the bedding, revealing that the bedding direction is tensile, and the calcite on it breaks along the cleavage plane and is filled with asphalt

圖18 和圖20a頂部方解石脈隱約可見纖柱狀方解石和擠出構(gòu)造。方解石脈順頁理方向，與c面理的成因應(yīng)該一致。在齊家—古龍凹陷青山口組的頁巖中還能見到典型的有方解石脈形成的S—C組構(gòu)(圖20)，從另一個(gè)角度揭示了順層發(fā)生了剪切作用。 從圖20可以看出，傾斜的方解石脈呈S形(紅色線)組構(gòu)；而近水平的方解石脈非常平坦，是c面理(藍(lán)色線)，兩者共同構(gòu)成了S—C面理。最典型的S—C組構(gòu)發(fā)育在圖21a中，另一種是由裂縫形成的S—C組構(gòu)(圖21b)和斜歪微型褶皺。微型斜歪褶皺的軸面與S面理產(chǎn)狀一致。這些組構(gòu)充分揭示了剪切作用的存在。

圖18 松遼盆地古龍凹陷青山組頁巖中方解石脈、方解石透鏡體和方解石擠出構(gòu)造Fig. 18 Scan of polished slabs, showing calcite veins, calcite lens and calcite extrusion structures in shales of the Qingshankou Formaiton in the Gulong Sag, Songliao Basin(a) 方解石脈與方解石透鏡體。中心均發(fā)育了一套暗色的富有機(jī)質(zhì)泥晶方解石脈(紅色箭頭)。發(fā)育了兩個(gè)擠出構(gòu)造(黃色箭頭) 。 (b) 方解石脈。底部的方解石脈呈規(guī)則條帶狀，中心有一平坦的暗色的富有機(jī)質(zhì)泥晶方解石脈(紅色箭頭)。上部的方解石脈被剪切擠出成四條(黃色箭頭)。 (c) 方解石脈。似乎發(fā)育了疊錐構(gòu)造，但可能不是。 (d) 方解石脈，由垂直的纖柱狀方解石組成；中心有一平坦的暗色的富有機(jī)質(zhì)泥晶方解石脈(紅色箭頭)。發(fā)育了擠出構(gòu)造(黃色大箭頭)，表明側(cè)向遭受了擠壓。 (e) 錯(cuò)斷的方解石脈，發(fā)育了一個(gè)螯狀構(gòu)造，系兩個(gè)剪切面。 (f) 寬方解石脈，達(dá)2 cm，由不大規(guī)則的垂直的纖柱狀方解石組成，中心有一平坦的暗色的富有機(jī)質(zhì)泥晶方解石脈(紅色箭頭)，似乎有微弱的疊錐構(gòu)造。 (g) 方解石脈，靠左側(cè)發(fā)育了一個(gè)微逆沖斷層(紅色箭頭)，揭示了順層擠壓。 (h) 順層方解石脈和高角度方解石脈，邊緣發(fā)育了順層的毛刺，系順層擠壓剪切形成。 (i) 一組密集的不大規(guī)則的方解石脈，總體順層，中心有一平坦的暗色的富有機(jī)質(zhì)泥晶方解石脈(紅色箭頭)，還發(fā)育了側(cè)向擠壓構(gòu)造(橙色箭頭)。共軛剪切裂縫發(fā)育，平均銳角14.50°。 (j) 方解石透鏡體、方解石脈和共軛裂縫及其擠出體，由垂直的纖柱狀方解石組成；中心有一平坦的暗色的富有機(jī)質(zhì)泥晶方解石脈(紅色箭頭)，發(fā)育了共軛剪切微裂縫(藍(lán)色箭頭) 和擠出構(gòu)造(黃色箭頭)。順頁理還還有了一些小型方解石脈和更次一級(jí)的方解石透鏡體(白色箭頭)。共軛裂縫發(fā)育，平均銳角27.91°(a) Calcite veins and calcite lenses. A set of dark organic-rich micrite calcite veins (red arrow) are developed in the center. Two extruded structures developed (yellow arrow). (b) Calcite veins. The calcite veins at the bottom are regular banding, with a flat dark organic-rich micritic calcite vein (red arrow) in the center. The upper calcite veins are sheared and extruded into four. The extruded structures developed (yellow arrow). (c) Calcite veins. It seems to have developed a pyramid structure, but probably not true. (d) Calcite veins, consisting of vertical fibrous columnar calcite. There is a flat, dark vein of organic-rich micrite calcite in the center (red arrow). Extrusion structures (large yellow arrows) developed, indicating lateral compression. (e) The calcite veins with dislocation, developed a chelate structure with two shear planes. (f) Wide calcite veins, up to 2 cm, composed of irregular vertical fibrillar calcite with a flat dark organic-rich micritic calcite vein (red arrow) in the center, which appears to have a faint conical structure. (g) Calcite vein, with a microthrust fault (red arrow) on the left, reveals bedding compaction. (h) Bedding calcite veins and high angle calcite veins, with bedding burrs developed on the edge, are formed by bedding extrusion shear. (i) A group of dense, irregular calcite veins that are generally bedding with a flat, dark organic-rich micritic calcite vein (red arrow) in the center and a lateral compaction structure (orange arrow). Conjugate fractures are developed with an average acute angle of 14. 50°. (j) Calcite lens body and calcite vein, composed of vertical fibrous columnar calcite; a flat, dark vein of organic-rich micrite calcite (red arrow) is present in the center, with conjugated shear microfractures (blue arrow) and extruded structures (yellow arrow). There are also some small calcite veins and the next calcite lens (white arrow) along the lamination. Conjugate fractures are developed with an average acute angle of 29. 71°. Two extruded structures developed (yellow arrow)

圖20 方解石脈中發(fā)育的擠出構(gòu)造、共軛剪切裂縫、c′面理和S—C面理Fig. 20 Extrusion structures, conjugate shear fractures, c′ foliation and S—C foliation developed in calcite veins(a) 發(fā)育了雙擠出構(gòu)造，向上下擠出，擠出體呈反向弧形，揭示了側(cè)向擠壓較強(qiáng)烈(紅色箭頭)。共軛剪切裂縫發(fā)育，平均銳角29.71°。發(fā)育了不完善的鰲構(gòu)造；右下角有一個(gè)傾斜方解石脈，其中發(fā)育了S面理。 (b) 傾斜方解石脈中發(fā)育了S面理。左側(cè)有一個(gè)不完善的鰲構(gòu)造。圖中的白色星點(diǎn)狀物質(zhì)也是方解石，有的可能是介形蟲碎片(a) A double extrusion structure, which extruded upward and downward, and the extruded body showed a reverse arc shape, indicating that the lateral extrusion was strong(red arrows). Conjugate shear fractures are developed with an average acute angle of 29.71°. An imperfect claw structure has been developed. There is an oblique calcite vein in the lower right corner in which the S-facets are developed. (b) S-foliation are developed in inclined calcite veins. On the left there is an imperfect claw structure. The white star-like material in the image is also calcite, and some may be ostracod fragments

圖21 巖芯截面上的S—C組構(gòu)Fig. 21 S—C fabric on core section(a) 兩種構(gòu)造：一是上部的明顯的S—C組構(gòu)，揭示了順層剪切。二是下部的三條方解石脈(這種脈兩端不是緩緩尖滅的，而是呈直線或斜線狀突然中止)。 (b) 完全有裂縫形成的S—C組構(gòu)，有近于平臥的小型褶皺，軸面(橙色虛線) 與S面理一致。 (c) 圖(b)中黃色框的放大，可以清晰地看到三個(gè)斜歪褶皺，軸面產(chǎn)狀與S面理一致(a) Two types of structures: one is a distinct S—C fabric in the upper part, revealing bedding shear. The second is the lower three calcite veins. Note that the veins do not taper off slowly at each end, but abruptly terminate in a straight or oblique manner. (b) A fully fractured S—C fabric with a small nearly recumbent fold. The axial plane (orange dotted line) is consistent with the S-plane. (c) With the enlargement of the yellow frame in Fig. (b), three slanting folds can be clearly seen, and the axial plane occurrence is consistent with the S-foliation

按規(guī)模和幾何特點(diǎn)古龍凹陷青山口組的方解石脈可以分為3種：大方解石脈、中方解石脈和小方解石脈：

2.2.1方解石脈的規(guī)模

(1) 大方解石脈。相對小型方解石脈而言，大方解石脈的寬度一般5～10 mm(圖17，圖18，圖20，圖22)，最寬可達(dá)45 mm(圖17g)；長度多在數(shù)厘米(圖17，圖18，圖20，圖22) 到橫穿整個(gè)巖芯(圖17g)。大部分順層(圖17a—c，e，f，h；圖18a—d，f—j)，極少量傾斜(圖17d；圖18e，i；圖20b；圖22a，c) 或低角度組合成雁列狀(圖11c、d、f、i)；厚度在10 mm以上的方解石脈發(fā)育是縫合線構(gòu)造，規(guī)模稍大的方解石脈具有纖柱構(gòu)造(圖15)。中部或偏上或偏下多有一條顏色較深的黏土細(xì)脈或含有機(jī)質(zhì)的泥晶方解石脈，寬度多在1 mm以下，纖柱狀方解石對稱、近對稱或不對稱黏土細(xì)脈或含有機(jī)質(zhì)的泥晶方解石脈發(fā)育(圖14中紅色箭頭所指)，顯微鏡下可以見到纖柱狀方解石是有更細(xì)粒的方解石顆粒垂向疊置形成的(圖15)。除了纖柱狀方解石構(gòu)造外，還有剪切構(gòu)造(17a)、擠出構(gòu)造(圖14，圖16a)、逆沖構(gòu)造(圖16a)、疊瓦構(gòu)造(圖14j)、鰲構(gòu)造(圖16a)及S—C組構(gòu)和雁列構(gòu)造等，這些構(gòu)造均反應(yīng)了方解石脈形成好以后遭受了側(cè)向或順層擠壓。大方解石脈一般都是單獨(dú)出現(xiàn)，但在古頁851井青1段底部則有3層厚度在1 cm以上的方解石脈緊鄰出現(xiàn)。

圖22 巖芯中的方解石脈中的擠壓構(gòu)造、疊瓦構(gòu)造及逆沖構(gòu)造Fig. 22 Compressional structure, imbricated structure and thrust structure of calcite veins in core(a) 鰲狀構(gòu)造、逆沖構(gòu)造和疊瓦構(gòu)造；(b) 疊瓦構(gòu)造；(c) 逆沖構(gòu)造；(d) 鰲狀構(gòu)造和逆沖構(gòu)造；(e) 剪切撕裂構(gòu)造；(f) 上部為剪切撕裂構(gòu)造，下部為直立的方解石脈(a) Pincer-like, thrust and imbricate structures; (b) imbricate structure; (c) thrust structure; (d) pincer-like and thrust structures; (e) shear tear structure; (f) the upper part is a shear tear structure and the lower part is an upright calcite vein

在濟(jì)陽坳陷的沙河街組沙三下亞段頁巖油中也發(fā)育了大量順層方解石脈。圖20是樊頁1井的巖芯照片，可見方解石脈和大量共軛剪切裂縫，揭示了順層擠壓，最大主應(yīng)力是在水平方向，而最小主應(yīng)力在豎直方向。王彥斌等(2020)發(fā)現(xiàn)在2200 m左右埋深，最大主應(yīng)力多半是水平方向的，而最小主應(yīng)力則垂直地表(某次會(huì)議上面告)，與筆者等從方解石脈的力學(xué)成因分析結(jié)論一致，而且可知共軛裂縫發(fā)育在方解石脈形成之后。

(2)中方解石脈。中方解石脈(圖18，圖20，圖22) 的寬度在0.5～1.0 mm，長度多在數(shù)厘米；多易分叉、傾斜(圖22c，e) ；多作為大方解石脈的伴生脈散布在大方解石脈之間(圖22c，e)。從數(shù)量上講多于大方解石脈，少于小方解石脈。

(3)小方解石脈或微脈。這種類型的方解石脈在敖34井中最為發(fā)育(圖24)。多微曲少直，順層或雁列、分叉合并頻繁；非常纖細(xì)，寬度多在0.1～0.5 mm；長度多在數(shù)毫米到1～2 cm；極長者可達(dá)3～5 cm(圖24)。這種脈有時(shí)組合成雁列狀，非常明顯(圖24c)，大部分順層或近順層。

圖24 順頁理小方解石微脈Fig. 24 Small calcite veins along lamellation(a)、(b) 成巖過程中形成的順頁理方解石微脈，并非沉積時(shí)形成的。寬度多在1 mm以下，大多在0.2～0.4 mm，大多長2～3 mm到5～6 mm，長者超1 cm?？傮w順頁理，但很多斜穿頁理，尤其是較短的脈。很多短脈疊合成雁列狀(黃色虛線)，揭示了順頁理發(fā)生了右行剪切(紅色大箭頭)。 (c) 發(fā)育順頁理或極低角度剪裂縫，并被方解石脈充填，組合成雁列狀，雁列方向與頁理面的夾角在20°左右，充分揭示了這種裂縫和方解石脈是后期構(gòu)造成因，而非沉積形成的真正頁理(a)， (b) The calcite microveins formed in the diagenesis process were not formed during deposition. Width is more than 1 mm below, mostly in 0.2～0.4 mm, most long 2～3 mm to 5～6 mm, the elderly more than 1 cm. Overall along the page, but many oblique through the page, especially the shorter veins. Many short veins are superposed to form an echelon (yellow dashed line), revealing a right-lateral shearing along the foliation (big red arrow). (c) Developed along foliation or extremely low angle shear fractures, which were filled by calcite veins and combined into an echelon shape. The angle between the direction of the echelon and the foliation surface was about 20°, fully revealing that these fractures and calcite veins were the tectonic origin of the later period, rather than the real foliation formed by deposition

2.2.2方解石脈的產(chǎn)狀特點(diǎn)

(1)順層方解石脈。古龍凹陷青一段頁巖順層方解石脈(圖17，圖18，圖20，圖25)占方解石脈的80%～90%以上。特點(diǎn)是順層，大型方解石脈以纖柱狀為主(圖19)，小型脈以顆粒為主。大型方解石脈多發(fā)育擠出構(gòu)造。成因與側(cè)向強(qiáng)烈擠壓、派生出垂向張性有關(guān)。

圖23 濟(jì)陽坳陷始新統(tǒng)沙河街組三段下亞段順頁理方解石脈及其共軛剪切裂縫Fig. 23 Calcite veins and their conjugate shear fractures in the lower part of the Sha3 Member(the 3rd Member of the Shahejie Formation, Eocene) in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin(a) 濟(jì)陽坳陷樊頁1井順頁理發(fā)育了大量方解石脈，其中發(fā)育了密集的共軛剪切裂縫(紅色實(shí)線)，還有擠出構(gòu)造(黃色箭頭)，揭示了側(cè)向強(qiáng)烈的擠壓；(b) 斜穿頁理發(fā)育了兩條方解石大脈，由“S”形柱狀方解石(S組構(gòu))疊合而成，還有順頁理方解石脈(c組構(gòu))和一個(gè)擠出構(gòu)造(藍(lán)色箭頭)，系順層剪切形成(a) Large number of calcite veins are developed along the shale lamellation in the Well Fanye-1 of the Jiyang Depression, in which dense conjugate shear fractures (red solid line) and extrusion structures (yellow arrow) are developed, revealing strong lateral compression. (b) Oblique transfoliation developed two large calcite veins, which were formed by the superposition of s-shaped columnar calcite (S fabric), as well as synfoliation calcite veins (c fabric) and an extruding structure (blue arrow), which were formed by synfoliation shear

圖25 順層方解石脈發(fā)育了擠出構(gòu)造(紅色大箭頭) Fig. 25 Bedding calcite veins(large red arrow)

(2)傾斜方解石脈。古龍凹陷青一段頁巖方解石脈的另一種產(chǎn)狀(圖17d，圖18e，i，圖19b，圖22a，c，d，e，圖26)，如果把微傾斜(傾角小于10°) 也算在內(nèi)，那么這種方解石脈占的比例也較大，估計(jì)可達(dá)20%。特點(diǎn)是傾斜，大型方解石脈以纖柱狀為主，小型脈以顆粒為主。明顯是構(gòu)造形成的，菱形“節(jié)環(huán)”(圖26b) 揭示了是一種剪切裂縫；這種方解石脈發(fā)育了微弱的中脈，沿中脈發(fā)育了傾斜的微弱纖柱狀方解石(圖26c)。是一種有利的壓裂面，成因與順層剪切有關(guān)(圖26c)。

(3)直立方解石脈。這種方解石脈在古龍凹陷青一段少見(圖27)，規(guī)模也很小，寬度多在1 mm以下，大者不超過3 mm，成因與側(cè)向張性有關(guān)。稍大的脈中心也具有一條黏土脈，纖柱狀方解石晶體垂直中面生長(圖27)，揭示了順方解石纖柱的方向應(yīng)力較小，所以認(rèn)為該方向垂直于最大主應(yīng)力(圖中黃色的應(yīng)變橢圓)，最大主應(yīng)力是平行該脈的(圖中紅色圓圈的垂直方向)。

圖27 直立方解石脈Fig. 27 Vertical calcite veins

2.2.3方解石脈的力學(xué)成因

以上介紹可以看出齊家—古龍青山口組頁巖中的方解石脈是在成巖過程中形成的，而非沉積過程中形成的。含油氣頁巖中普遍發(fā)育了方解石脈，關(guān)于其成因有人做過深入研究，吳安彬等(2020)認(rèn)為從沉積開始直到晚期成巖作用一直都有方解石脈在形成，可以分為3期。本文初步認(rèn)齊家—古龍青山口組頁巖中的方解石脈為有兩種力學(xué)成因模式：一是側(cè)向順層擠壓或水平擠壓作用；二是剪切作用。

(1) 側(cè)向順層擠壓或水平擠壓。在齊家—古龍凹陷的青山口組頁巖方解石脈中發(fā)育了很多共軛裂縫和擠出構(gòu)造(圖14，圖16a，圖22，圖25a、b、f、g，圖26)，這些共軛剪切裂縫揭示了頁巖曾遭受側(cè)向擠壓，這種擠壓來自于嫩末期到泰康組的4～5次的構(gòu)造擠壓。松遼盆地遭受擠壓形成了長垣和兩側(cè)的凹陷(圖2)。方解石脈中發(fā)育的這種共軛剪切可能發(fā)育在嫩江組末以后的多期構(gòu)造反轉(zhuǎn)過程中(陳昭年等，1996)。側(cè)向順層擠壓必然會(huì)導(dǎo)致側(cè)向縮短，在較大的方解石脈中常常發(fā)育擠出構(gòu)造(圖14，圖16a，圖22，圖25a、b、f、g，圖26)。擠出構(gòu)造為一種小型的透鏡體，向上或向下擠出，兩側(cè)為共軛剪切裂縫(節(jié)理) (圖14，圖16a，圖22，圖25a、b、f、g，圖26)。多數(shù)沿方解石脈一側(cè)擠出，少數(shù)在方解石脈的同一處對稱擠出，形成一種特殊的擠出構(gòu)造(圖28a、b中的ES3)，相關(guān)問題在后文還要詳細(xì)討論。擠出構(gòu)造揭示了水平擠壓應(yīng)力是最大主應(yīng)力，方解石脈中的e-雙晶也揭示了水平應(yīng)力是最大主應(yīng)力(圖28e)。圖28g給出了方解石脈形成擠出構(gòu)造形成的應(yīng)力模式，水平擠壓是最大的主應(yīng)力。此外還有近直立的共軛剪切裂縫也同樣揭示了水平擠壓應(yīng)力是最大主應(yīng)力。當(dāng)然，最能反映水平擠壓應(yīng)力是最大主應(yīng)力的是長垣背斜和齊家—古龍凹陷及三肇凹陷的褶皺(圖2) 的形成。這種最大水平擠壓應(yīng)力來自于嫩末的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，一直持續(xù)到明水組和伊安組。

圖28 纖柱狀方解石中的擠出構(gòu)造及其形成動(dòng)力學(xué)模式Fig. 28 Extrusion structures in fibrous columnar calcite and its formation kinetics model(a) 方解石脈中的共軛擠出構(gòu)造(ES) 及擠出方向(黃色箭頭) 和兩組剪切裂縫(紅色實(shí)線) 及側(cè)向擠壓(紅色箭頭) ；(b) 另一個(gè)共軛擠出構(gòu)造；(c) 方解石纖柱中發(fā)育的方解石e-雙晶；(d) 方解石纖柱中的e-雙晶，銳角在水平方向，揭示水平擠壓；(e) e-雙晶的顯微照片，張性破裂近水平，與頁理方向一致；(f) 順層纖柱狀方解石脈及其明顯的共軛擠壓構(gòu)造；(g) 圖f的放大照片，共軛剪切裂縫和擠出構(gòu)造明顯(a) conjugated extrusion structure (ES) and extrusion direction (yellow arrow), two groups of shear fractures (red solid line) and lateral extrusion (red arrow) in (a)calcite veins. (b) Another conjugate extrusion structure. (c) e-twin crystals developed in calcite fiber column. (d) e-twin in calcite fiber column has an acute angle in the horizontal direction, revealing the horizontal extrusion. (e) The micrograph of e-twin crystal shows that the shear fracture surface is nearly horizontal. (f) fibrillar calcite veins in f bedding and its obvious conjugate extrusion structure. (g) Enlarged photograph of Fig. (f). The conjugate shear fracture and extrusion structure are obvious

(2) 順層剪切。小型和中型的方解石脈多具有雁列排列特點(diǎn)(圖24c，圖26a、c)，揭示了順頁理或順層有剪切作用。圖8—圖15，圖21，圖22e、f，圖24c，圖26c及圖30中展示了方解石脈和頁巖中廣泛發(fā)育的剪切構(gòu)造，揭示了沿著頁理面普遍發(fā)生了順層剪切。除了方解石脈揭示了沿水平方向有剪切外，其他構(gòu)造也能揭示巖層之間的順層剪切作用非常強(qiáng)烈，如摩擦鏡面、摩擦光面及剪切裂面構(gòu)造等。此外，廣泛發(fā)育的傾斜液化砂脈普遍記錄了順層剪切作用(圖30)。總之，從多個(gè)角度揭示了古龍凹陷青一段順層剪切是普遍現(xiàn)象。

圖26 傾斜方解石脈 Fig. 26 inclined calcite veins(a) 七條方解石脈斜列，其中發(fā)育了不甚明顯的S組構(gòu)，揭示了斜向剪切；(b) 一系列的斜向方解石脈，發(fā)育了菱形節(jié)環(huán)，揭示了系剪切形成；(c) 雁列狀的斜列方解石脈(a) Seven calcit(e)vein oblique row, in which the S fabric is not very obvious, revealing oblique shear; (b) a series of oblique calcite veins with developed rhomboid nodules, revealing the formation of the system shear; (c) anechenoid oblique calcite veins

圖30 砂脈顯示的順層剪切現(xiàn)象Fig. 30 Shearing along the beds of sand veins(a)、(b) 發(fā)育傾斜砂脈的兩塊相隔180°的巖芯，可以發(fā)現(xiàn)是右行剪切形成的傾斜砂脈；(c)、(d) 發(fā)育傾斜砂脈的兩塊相隔180°的巖芯，可以發(fā)現(xiàn)是右行剪切形成的傾斜砂脈(a)，(b) Two cores separated by 180° developed inclined sand veins, which can be found to be formed by right-lateral shearing. (c), (d) Two cores separated 180° apart developed inclined sand veins, which can be found to be formed by right-lateral shearing

液化砂脈不僅能夠定性地記錄順層剪切作用，而且還可以定量地記錄了順層剪切的距離。

2.3 頁理(裂) 縫及其特點(diǎn)

古龍頁巖青山口組頁理縫極為發(fā)育，占總面孔的22%～79%(孫龍德，2020)，是一種重要的儲(chǔ)集空間(何文淵等，2021)。無論是古龍凹陷，還是其他地方的頁巖油藏都開始重視順頁理的裂縫(或稱“水平層理縫”、“順頁理(裂) 縫”或“順層頁理縫”等)。如濟(jì)陽坳陷已經(jīng)把順頁理縫作為儲(chǔ)層的重要參數(shù)，川東北元壩及美國一些油田也把頁理縫作為甜點(diǎn)預(yù)測的重要參數(shù)。川東北的平安1井也發(fā)育了大量的這種裂縫，與古龍頁巖相似。

2.3.1頁理縫的級(jí)別及其分類

從電鏡到顯微鏡，再到巖芯均可以看到大量頁理縫。從含油性、尺度、產(chǎn)出狀態(tài)、產(chǎn)出位置及成因可以初步分為5級(jí)：

(1)納米縫。僅見于電鏡下。縫寬在10～50 nm，縫長在50～100 nm，或更長；兩端尖中間寬，微彎曲呈蠕蟲狀；末端有時(shí)分叉?？傮w多平行(圖31a，b)。順頁理以F—F( Plint, 2014) 的方式發(fā)育?？臻g交織成網(wǎng)狀，并常與微米級(jí)裂縫相連。

(2)微米縫(微微縫) 。又叫“微微縫”，僅見于電鏡下?？p寬0.1 μm到10 μm，長數(shù)十微米到數(shù)百微米，主要發(fā)育在(有機(jī))黏土中(圖31c—h)。以成巖收縮縫為主，由蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾芏葧?huì)增加10%，因此體積也會(huì)縮小10%左右，進(jìn)而在黏土礦物內(nèi)產(chǎn)生收縮微微縫(圖31)。收縮微微縫的發(fā)育大部分順頁理發(fā)育，可能是沉積時(shí)受F—F凝聚和成巖期受到了上覆重力的壓實(shí)作用。這種微微縫的含油性很好，因?yàn)榫唷坝驮础弊罱?，再加上其本身就含大量有機(jī)質(zhì)，是一種有機(jī)黏土。這種微微縫能夠把微米級(jí)孔隙和納米級(jí)孔縫里的石油“收集”起來，形成“油縫”，然后向較大的裂縫輸送，形成一個(gè)含油的裂縫空間網(wǎng)絡(luò)。

圖31 電鏡下的納微裂縫Fig. 31 Nano and micron-order fissues under electron microscope(a) 納米縫?？p寬10～50 nm；縫長50～100 nm。兩端尖、中間寬；呈蠕蟲狀；右側(cè)有大量微米級(jí)縫；左上角的黃色短棒長200 nm。(b)納米縫?？p寬10～50 nm；縫長50～100 nm。兩端尖、中間寬；呈蠕蟲狀；左上角的黃色短棒長100 nm。 (c)發(fā)育在黏土礦物中，寬1 μm，長6 μm，周圍還有大量小于1 μm的微縫(紅色箭頭)，連接了小于1 μm的裂縫和微米孔(白色箭頭)，周圍還有大量的納米級(jí)微縫，因放大倍數(shù)較低未顯示。(d) 發(fā)育在黏土礦物中，彎曲，寬0.8 μm，長10 μm，周圍還有大量小于1 μm的微縫，連接了小于1 μm的裂縫和微米孔(紅色箭頭)，周圍還有大量的納米級(jí)微縫，因放大倍數(shù)較低未顯示。 (e) 發(fā)育在黏土礦物中，寬0.8 μm，長10 μm，彎曲成折線狀，可能受礦物的控制；白色亮點(diǎn)為黃鐵礦。 (f)發(fā)育在黏土礦物中密集微縫和微孔，微縫繞過石英(藍(lán)色箭頭)發(fā)育。 (g) 數(shù)微米的大微縫和20 μm寬的中微縫。明顯可見20 μm的中微縫石油三條微微縫合并形成的，揭示了中微縫與微微縫之間的關(guān)系。 (h) 鋸齒狀的微微縫，長度可達(dá)50余微米，揭示了微微縫在空間上具有很好的聯(lián)通性(a) Nano fissures, width 10～50 nm and length 50～100 nm. Both ends pointed, wide in the center and its shape is vermicular. There are a large number of micron fissures on the right side. The yellow bar in the upper left corner is 200 nm long. (b) Nanofissures, width 10～50 nm and length 50～100 nm. Both ends pointed, wide in the center; its shape is vermicular. The yellow bar in the upper left corner is 100 nm long. (c) Developed in clay minerals, 1μm wide and 6μm long, surrounded by a large number of micro-fractures less than 1μm (red arrows), connecting cracks and micropores less than 1μm (white arrows), and a large number of nanometers around, due to low magnification is not shown. (d) Developed in clay minerals, curved, 0.8μm wide, 10μm long, surrounded by a large number of micro-fractures less than 1μm, connecting cracks and micropores less than 1μm (red arrows), there are also a large number of nanometers around, due to low magnification is not shown. (e) Occurs in clay minerals and is 0. 8μm wide and 10μm long. It is curved into a folded line and may be controlled by minerals. The white bright spot is pyrite. (f) Develops in dense microcracks and pores in clay minerals, and microcracks develop around quartz (blue arrow). (g) Several micron large slit and 20 micron wide medium slit. It is obvious that the 20 micron medium micro-crack oil is formed by three micro-sews, revealing the relationship between the medium micro-crack and micro-crack. (h) A zigzag micro-fissure, up to 50 microns in length, reveals the excellent spatial connectivity of the micro-fissure

(3) 中微縫。這也是一種用肉眼看不到、只能在顯微鏡下看到的裂縫(圖32)。一般發(fā)育在富有機(jī)質(zhì)的基質(zhì)中，含有機(jī)質(zhì)少的黏土或長英質(zhì)層中不大發(fā)育(圖33)。多呈絲發(fā)狀，少數(shù)有分叉、有合并；有的剪切強(qiáng)烈的較為平直，有時(shí)組合成雁列狀，揭示了構(gòu)造應(yīng)力的影響和控制?？p寬數(shù)微米到數(shù)十余微米，在地下可能被油氣充注而更寬；縫長數(shù)百微米?？p密度變化大，在富有機(jī)質(zhì)的基質(zhì)中順頁理微縫的密度10～15條/mm，最大可達(dá)16～32條/mm(圖32a、b)，在含中等有機(jī)質(zhì)的基質(zhì)中3～5條/mm；在不含有機(jī)質(zhì)的基質(zhì)中0～1條/mm(圖32c、d)。順頁理微縫均被瀝青充填，所以這種縫是有利的儲(chǔ)集空間。這種順層微縫似乎與有機(jī)質(zhì)密切有關(guān)，主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)豐富的基質(zhì)中，有機(jī)質(zhì)少的基質(zhì)很少發(fā)育(圖33)，所以含油性較好。其成因可能與生排烴有關(guān)，也可能部分受到了構(gòu)造應(yīng)力的影響和控制。

圖32 順頁理中微縫和油基、油元顯微照片F(xiàn)ig. 32 Big fissures, meso-micro fissures and meso-fracture and oil base, oil element(a) 順頁理大微裂縫(黃色)；密度2條/1 mm；白色箭頭指示順頁理大微裂縫；油基—藍(lán)色箭頭；油脈—充填在微大縫(白色箭頭) 中的石油，此時(shí)已固化為瀝青；(b) 褐色順頁理微大縫；密度16條～32/mm(灰色柱狀左側(cè)) ；(c) 順頁理大縫(黃色箭頭) 不大發(fā)育，密度1條/mm；右側(cè)有一高角度傾斜大縫；瀝青呈不規(guī)則團(tuán)塊狀(紅色框之內(nèi)) ；(d) 順頁理微縫不大發(fā)育，瀝青呈不規(guī)則團(tuán)塊狀(紅色箭頭)，在地下油可能是一種能流動(dòng)的油，當(dāng)散發(fā)完輕質(zhì)組和天然氣、并在地表的低溫低壓下就變成了固態(tài)瀝青；油基發(fā)育(藍(lán)色箭頭)，呈星點(diǎn)狀密集地散布在無機(jī)顆粒之間(a) Large micro-cracks (yellow); density 2 strips/1mm. White arrows indicate large, small micro-cracks along the page seam along the page. Oil-base—blue arrow; vein—oil filling in a small fissure (white arrow) that has solidified into bitumen. (b) Brown along the page slightly large seam; density 16～32/1mm (gray columnar left). (c) Foliation joints (yellow arrow) are not well developed, with a density of 1/1mm; There is a high angle sloping slit on the right side. Bitumen is in irregular clumps (red box). (d) Bedding micro-fractures are not well developed, and the asphalt is irregular clumps (red arrow). The underground oil may be a kind of flowing oil, and when the light formation and natural gas are dispersed, it becomes a solid asphalt at low temperature and low pressure on the surface. The oil base is developed (blue arrow) and densely spaced between inorganic particles in a starlike pattern

圖33 古頁3A井巖芯與顯微照片F(xiàn)ig. 33 Photos and micrographs of the cores from the Well Guye-3A(a) “典型”的頁巖，摩擦光面發(fā)育，幾乎是沿頁理面發(fā)育的，順層面極易破裂。 (b) “典型”的頁巖，順層面極易破裂。 (c) 圖(a)的顯微照片，可見大量微傾斜的微順頁理縫，被瀝青充填；順頁理縫主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)較高的基質(zhì)中，密度可達(dá)10條/mm；而有機(jī)質(zhì)較少的長英質(zhì)條帶中很少，充分揭示了順層微裂縫的成因與有機(jī)質(zhì)有一定聯(lián)系。 (d) 圖(b)的顯微照片，也可見大量微傾斜的微順頁理縫，順頁理縫主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)較高的基質(zhì)中，密度可達(dá)8條/mm；而有機(jī)質(zhì)較少的長英質(zhì)條帶中很少，充分揭示了順層微裂縫的成因與有機(jī)質(zhì)有一定聯(lián)系；順頁理縫被瀝青充填。在下部可以見到很好的極細(xì)長英質(zhì)紋層(紅色箭頭) 和富有機(jī)制紋層，寬度只有0.01 mm(a) “Typical” shales with very high fracture rates along the bedding. (b) “Typical” shales with very high fracture rates along the bedding. (c) The micrograph in Fig. (a) shows a large number of slightly sloping microfissures along the lamellation; filled with asphalt. The lamellar fractures are mainly developed in the matrix with higher organic matter, and the density is up to 10 strips/mm. However, there are few felsic bands with less organic matter, which fully reveals that the formation of bedding microfractures is related to organic matter to some extent. (d) The micrographs of Fig. (b) also showed a large number of micro-sloping microfractures along the lamellation, which were mainly developed in the matrix with higher organic matter, and the density could reach 8/mm. However, there are few felsic bands with less organic matter, which fully reveals that the formation of bedding microfractures is related to organic matter to some extent. The bedding seam is filled with bitumen. The very fine felsic laminae (red arrow) and rich mechanical laminae can be seen on the lower part, only 0. 005～0. 001 mm wide

(4) 大微縫。這種裂縫也只有在顯微鏡下才能看見(圖8g、h，圖33)，所以稱之為大微縫。規(guī)模也很小，從數(shù)十微米到100 μm，在地下可能被油氣充注而更寬；長數(shù)百微米到數(shù)毫米；直或微曲；特點(diǎn)是順層或傾斜，可以穿越含有機(jī)質(zhì)不同的微區(qū)，但在有機(jī)質(zhì)較豐富的微區(qū)更發(fā)育，可能這種裂縫在生排烴充注裂縫后更易保存有關(guān)。常易分叉合并(圖33)，這種裂縫可能與成巖壓實(shí)或構(gòu)造作用有關(guān)。

(5) 大頁理縫。用肉眼明顯可以見到的裂縫(圖34)。古龍頁巖中發(fā)育的大量頁理縫成為古龍頁巖區(qū)別于其地區(qū)頁巖的典型特點(diǎn)。初步總結(jié)如下14個(gè)特點(diǎn)：①總體上順頁理，但常與頁理面相交；②常分叉、合并或中止、消失；③破裂面多呈波浪狀、豆莢狀等形態(tài)較復(fù)雜的曲線狀；在三維上是形態(tài)復(fù)雜的曲面；④被切開的巖層常呈透鏡體狀、豆莢狀；⑤少數(shù)呈薄片狀；⑥彼此常常相交、互相切割；⑦裂縫緊閉，但明顯，長度多在數(shù)厘米到貫穿整個(gè)巖芯(圖34)；⑧順頁理縫常常發(fā)育剪切系統(tǒng)，如雁裂狀、S—C組構(gòu)；⑨大部分呈開放性，滲流較強(qiáng)；所以，順層方向滲透率遠(yuǎn)大于垂直方向(10～100倍；孫龍德，2020)；⑩發(fā)育不均衡，短距離內(nèi)可多可少，易分叉中止；頁理縫兩側(cè)的巖性或礦物組成相同；有時(shí)被方解石脈充填、甚至被黃鐵礦薄膜充填；多發(fā)育在頁巖中，(純)泥巖不大發(fā)育；偶見發(fā)育在粉砂巖中；有時(shí)頁理縫會(huì)分隔不同的巖石單元。

用肉眼和顯微鏡不可能定量描述微米級(jí)孔隙及其數(shù)十微米的裂縫，筆者等做了3個(gè)樣品的三維CT(圖35)，其中第一塊樣(古頁3HC井2420.15 m) 的孔隙直徑以20 μm以下的孔隙為主，但10 μm以下的孔隙占70%以上；最大一條大頁理縫(圖35a、b、c，圖39a—c) 的寬度0.707 mm，長3.15 mm(可見部分)，孔隙體積為0.00294 cm3。裂縫的連續(xù)性和穩(wěn)定性很差，僅在左下角發(fā)育，右上角沒有發(fā)育裂縫。第二塊樣品(古頁3HC 2506.00 m) 的孔隙直徑以40 μm以下的孔隙為主；裂縫的連續(xù)性和穩(wěn)定性極差，僅在左側(cè)發(fā)育了一點(diǎn)點(diǎn)，中右側(cè)都沒有發(fā)育裂縫。而第三塊樣品(古頁3HC井2462.00 m) 的孔隙直徑以20 μm的孔隙為主，但10 μm以下的孔隙占55%以上。據(jù)CT揭示的微孔隙可知，微米級(jí)孔隙具有一定的分布，連續(xù)性和聯(lián)通性較差，但連續(xù)性和聯(lián)通性比孔隙度更加重要，僅沿裂縫聯(lián)通性和連續(xù)性較好。除了上述特點(diǎn)外，從圖35可以看出微孔隙還有其他兩個(gè)特點(diǎn)：①只有在裂縫邊緣孔隙才具有一定的聯(lián)通性，遠(yuǎn)離裂縫孔隙的聯(lián)通性基本為零。②越靠近裂縫孔隙直徑越大；而是越靠近裂縫孔隙的聯(lián)通性越好，也揭示了裂縫的發(fā)育影響了孔隙的聯(lián)通。這是在地表沒有油氣充注時(shí)的大頁理縫的儲(chǔ)集空間，在地下有油氣充滿時(shí)儲(chǔ)集空間可能還要大。各個(gè)被分割出來的顆粒是可以定量表征的，所以可以知道裂縫發(fā)育的方位，有機(jī)質(zhì)、孔隙或者無機(jī)礦物的孔徑，體積，比表面積等，這些參數(shù)可以用于說明有機(jī)質(zhì)孔隙裂縫無機(jī)礦物之間的影響因素。但這種方法獲得的孔隙度值可能比較接近頁巖在地下覆壓條件下的值(除去固體干絡(luò)根)，所以古龍青山口組頁巖在地下的孔隙度可能比地表要大的多。古龍青山口組頁巖有大部是輕質(zhì)油，而且多含大量天然氣，有理由推測頁巖孔隙中充填的瀝青在地下高溫和沒有脫氣(天然氣) 和脫輕(輕質(zhì)油) 的條件下是可以流動(dòng)的。一旦脫氣(天然氣) 和脫輕(輕質(zhì)油) 后便會(huì)變得很粘稠而難以流動(dòng)，在地表甚至可能變成固體瀝青充填在各級(jí)孔隙或微裂縫中，使頁巖的孔隙度急劇降低。故頁巖在地表的孔隙度也同樣面臨測不準(zhǔn)的問題。

3 頁理縫及其順頁理方解石脈的力學(xué)成因分析及其恢復(fù)

3.1 力學(xué)成因分析

3.1.1重力壓實(shí)機(jī)理

大量的液化砂脈揭示了古龍頁巖經(jīng)受了強(qiáng)烈的壓實(shí)，在2000 m壓實(shí)率多在1.66～3.55(楊冠群等，2017)。壓實(shí)的結(jié)果除了脫水外，礦物的定向排列、尤其是片狀礦物或條狀礦物響應(yīng)重力沿層面定向排列(邵紅梅等，2021)，形成頁理甚至片理，裂縫也是這一過程的產(chǎn)物。大量觀察表明，古龍青一段頁巖中發(fā)育了大量頁理縫(圖4a、b、c，圖6b、c，圖7，圖8g、h，圖31～圖35，圖36a、b)，隨著沉降幅度加大和上覆巖層厚度的加大，泥質(zhì)沉積物被壓實(shí)(表1)，厚度急劇減小。對古龍凹陷龍124井青2～3段(2124.34 m) 泥巖中的砂脈的研究表明，泥巖的最大壓實(shí)厚度減小率可達(dá)3.55(楊冠群等，2017)，從古龍頁巖青一段中大量砂脈的曲率看，泥頁巖的壓實(shí)減小率完全可達(dá)3.55(圖36c)，可見古龍凹陷青一段的泥頁巖壓實(shí)率非常大。由此可以得出油基和油元中的壓力會(huì)因?yàn)閴簩?shí)而增加。由于在褶皺之前垂直方向是最大主應(yīng)力方向，而水平方向是最小主應(yīng)力和中間主應(yīng)力方向，所以油元和油基會(huì)沿頁理方向擴(kuò)展聯(lián)結(jié)，壓裂頁理，相鄰的油元和油基會(huì)聯(lián)合起來，形成順層油脈(圖36c)。壓實(shí)與油氣的運(yùn)移具有密切的關(guān)聯(lián)性，Magarak(1978)年出版了系統(tǒng)介紹利用測井曲線定量研究泥巖壓實(shí)與油氣運(yùn)移關(guān)系的專著；而國內(nèi)學(xué)者關(guān)于泥巖壓實(shí)方面的研究起步較晚，研究內(nèi)容也多側(cè)重于泥巖壓實(shí)曲線在油氣勘探開發(fā)中的運(yùn)用，很少提到壓實(shí)與成藏之間的關(guān)系。油氣的初次運(yùn)移無疑與壓實(shí)引起的顆粒之間的相對運(yùn)動(dòng)和緊密排列密切相關(guān)。

發(fā)育在富有機(jī)質(zhì)的順頁理微縫與水平砂脈的成因非常相似，我們可以借鑒水平砂脈的形成機(jī)理來探討順頁理微縫的形成機(jī)理(鐘建華等，2020)。超壓使顆粒內(nèi)黏力或內(nèi)摩擦力下降，處于一種懸浮或半懸浮狀態(tài)，由于在垂向上存在一個(gè)壓力梯度，所以極易沿層面被撕裂；要形成順頁理微縫要求油基或油元的壓力必須超過垂直應(yīng)力(σv) 和垂直于層理的張應(yīng)力(Tv) ( Price and cosgrove，1990)，才能把泥頁巖撕開，要滿足:

Po﹥?chǔ)襳+Tv

(1)

此處的Po代表油基、油元或頁理縫中油的壓力，此處的垂直應(yīng)力可以看成是上覆地層重力形成的壓強(qiáng)(包括地表的大氣壓)。由于是頁巖，在順頁理方向的粘合力很小，所以撕裂頁巖需要的張應(yīng)力(Tv) 也可以忽略不計(jì)。本文首先討論的實(shí)例是以1500 m左右作為泥頁巖的生排烴深度。沉積層孔隙度取15% (表1)，那么孔內(nèi)流體為 15%。固體物質(zhì)密度取2700 kg/m3，因此有2700 kg/m3×85% =2295 kg/m3; 流體有1000 kg/m3×15% = 150 kg/m3。所以，沉積層總的密度(ρ0)為 2445 kg/m3。

生排烴前有:σv=Pf+σe

( 2)

生排烴形成以游離油為主的油基或油元后，則有σe= 0;σv=ρ0h1g。將上述值(1500 m)帶入公式σv=ρ0h1g，得:

σv=2411 kg/m3×1500 m×9.8 m/s2

=35441700 n/s2

由于σe= 0，則有σv=Po

即：Po= 35441700 n/s2

= 35.44 MPa

即如不考慮生排烴的泄漏和油基或油元處在完全的封閉體系，在1500 m深當(dāng)液化層埋深以游離油為主的油基或油元的壓力是35.44 MPa。而此時(shí)的流體正常壓力是：

Pw=1500m×1000 kg/m3g

= 1500000 kg/m2×9.8 m/s2

= 14700000 n/m2

= 14.7 0 MPa

壓力系數(shù)則為：

Co=Po/Pw

(3)

把相關(guān)數(shù)帶入(3) 式，得：

所以，在1500 m深度由上覆地層地層形成的超壓可以達(dá)到1.41。如果再考慮生排烴形成的化學(xué)壓力(Pc) (暫不考慮構(gòu)造應(yīng)力)，那么油基或油元中的壓力肯定會(huì)大于35.44 MPa，也就是說，油基或油元中的壓力可以輕而易舉地托起上部巖層，還有富余的壓力可以用來撕裂泥頁巖，由于頁巖的順層固結(jié)較弱，所以很容易順層撕裂形成順頁理微縫，在側(cè)向上聯(lián)結(jié)形成為裂縫(圖33f)。

實(shí)際上，自嫩末開始松遼盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)(陳昭年等，1996)，在1350～1500 m深度松遼盆地已經(jīng)發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)，水平應(yīng)力已經(jīng)轉(zhuǎn)變成了最大主應(yīng)力，而垂直應(yīng)力則退變?yōu)樽钚≈鲬?yīng)力，在垂直方向有利于發(fā)育大量順層張裂縫。來自近東西向的擠壓使得地層褶皺，形成了長垣和兩側(cè)的凹陷(西部的齊家—古龍凹陷和東部的三肇凹陷) (圖2)。使地層褶皺隆起，其水平擠壓應(yīng)力(σh) 肯定要大于垂向應(yīng)力(σv)，即：

σh﹥?chǔ)襳

所以，在松遼盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)時(shí)油基或油元中的壓力Po應(yīng)該近于等于σh，而大于σv，即大于35.44 MPa。水平擠壓應(yīng)力作用到油基或油元上，使本來就超壓的油基或油元壓力更大。由于原來的超壓是上覆地層重力形成的，靠這種壓力就完全可以舉起上覆地層，而剩于的構(gòu)造擠壓應(yīng)力和生排烴形成的化學(xué)壓力(Th) 則完全可以用來撕裂泥頁巖。頁巖的抗壓強(qiáng)度在11.5～22.8 MPa，遠(yuǎn)小于35.44 MPa(如果考慮構(gòu)造應(yīng)力和生排烴壓力該值還會(huì)更大)，再考慮在1500 m的深度，泥頁巖還未完全成巖，處于一種半軟半硬的狀態(tài)，抗壓強(qiáng)度會(huì)更小。黏土或砂質(zhì)黏土的抗壓強(qiáng)度只有0.03～0.21 MPa (Parry，1974)，所以頁巖(泥質(zhì)沉積) 發(fā)生破裂是很容易的。又由于頁巖在順頁理方向一般膠結(jié)較差而容易破裂，順頁理方向形成微裂縫較非常容易，固我們在順頁理或微傾斜頁理方向可以見到大量裂縫(圖6、圖30、圖31等)。

一般條件下形成順層裂縫是不容易的，因?yàn)樵诔练e盆地大多數(shù)情況下垂直方向都是最大主應(yīng)力方向，會(huì)完全約束和限制水平裂縫的形成。前已敘述，因?yàn)槟囗搸r中有大量有機(jī)質(zhì)會(huì)生排除游離烴形成油基和油元，這種油基和油元能夠吸收上覆巖層的重量和側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力，再加上生排烴形成的高壓而形成一種特殊的高壓“胞”，在順頁理方向撕裂頁理形成順層的微裂縫(圖33f)。所以，油基和油元又是撕裂頁巖的“壓裂液”，為有機(jī)質(zhì)微頁巖儲(chǔ)層的微裂縫的形成創(chuàng)造了物質(zhì)條件。所以，頁巖油的形成具有自己的獨(dú)特內(nèi)正反饋機(jī)制。

從這種機(jī)理出發(fā)可能推測順層微縫的形成應(yīng)該發(fā)生在有機(jī)質(zhì)生排烴的時(shí)候，如發(fā)生在生排烴前順層微縫則可能不會(huì)形成。因?yàn)榧词鬼橅摾砜p形成了也會(huì)因?yàn)闆]有油支撐也會(huì)閉合。因此順頁理微縫的形成與油氣密切相關(guān)，必然導(dǎo)致順頁理微縫在頁巖油的勘探開發(fā)中具有重要作用。

3.1.2差異壓實(shí)機(jī)理

大量的現(xiàn)象揭示青山口組順層滑動(dòng)較強(qiáng)烈(圖8—圖11，圖13—圖15，圖21，圖22e，圖24c，圖26c，圖30)。層間的剪切會(huì)在頁理面上形成滑動(dòng)，造成破裂。層間滑動(dòng)剪切可以起因于重力滑動(dòng)、差異壓實(shí)、壓實(shí)及褶皺作用，一般容易在斜坡帶發(fā)育，所以斜坡帶是這種頁理縫發(fā)育的有利地區(qū)，也是頁巖油成藏的有利部位。

差異壓實(shí)除了引起地層厚度的變化、還會(huì)引起層間滑動(dòng)。砂巖的壓實(shí)率較低，約為1.25，而泥巖的壓實(shí)率很高，多在3以上，最大可達(dá)5～6(圖37a、b)，保守起見壓實(shí)率采用3(圖37c)。由于凹陷邊緣的砂質(zhì)沉積較多，而凹陷中央的砂質(zhì)沉積較少，兩者之間存在一個(gè)壓實(shí)率差異。因此，同一套地層在凹陷邊緣較高，而在凹陷中央較低。按圖37c的地質(zhì)模型，因差異壓實(shí)引起的凹陷中央與邊緣斜坡中上部之間的角度在0.1°～0.2°，傾角非常小?？紤]到泥頁巖是一種軟巖，其中含大量的水，尤其是在生排烴后，泥頁巖內(nèi)部顆粒之間的摩擦力或內(nèi)聚力非常小，泥頁巖長期在重力的作用下也會(huì)從邊緣斜坡的較高部位向低部位滑動(dòng)，形成層間剪切和(順) 頁理縫。許多盆地或坳陷廣泛發(fā)育的從凹陷邊緣向凹陷中央發(fā)育的椅式或坡坪式斷層可能就是這種作用的產(chǎn)物(有的可能疊加了一些凹陷邊緣的隆升引起的角度增量)。椅式或坡坪式斷層在很大范圍是沿層間滑動(dòng)的，所以會(huì)形成頁巖之間的順層剪切破裂，形成頁理縫。

圖37 差異壓實(shí)引起的層間相對滑動(dòng)形成的剪切示意圖Fig. 37 Conceptual view of shearing diagram of relative slip between layers caused by differential compaction(a)、(b) 頁巖中的液化砂脈在垂向上被擠壓強(qiáng)烈縮短成腸狀，壓縮率約5～6，揭示了泥頁巖在成巖過程中的垂向壓實(shí)非常強(qiáng)烈。(c) 砂泥巖垂向壓實(shí)差異引起的斜坡滑動(dòng)(a), (b) Liquefied sand veins in shale are strongly compressed vertically and shortened into intestines, with compression ratios of about 5～6, indicating that the vertical compaction of mud shale is very strong during diagenesis. (c) Slope sliding caused by vertical compaction differences of sand stone and mudstone

3.1.3斜坡重力滑動(dòng)機(jī)理

這種機(jī)制有點(diǎn)類似于上一種機(jī)制，即在重力的作用下由凹陷邊緣的高處向凹陷中央的低處滑動(dòng)。這種滑動(dòng)在古龍青山口組泥頁巖中不可避免。泥質(zhì)沉積富含水，內(nèi)聚力或內(nèi)黏力極小，尤其是在生排烴是時(shí)候，排出的油氣使泥頁巖內(nèi)部的內(nèi)粘里驟然下降，是原先就處在近失穩(wěn)狀態(tài)的泥頁巖產(chǎn)生滑動(dòng)，形成一系列層間滑動(dòng)構(gòu)造(圖8—圖11，圖13—圖15，圖21，圖22e，圖24c，圖26c，圖30)，表現(xiàn)出來的就是形成大量的頁理縫，為油氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集提供有效空間和通道。圖35 的三維CT揭示了頁理縫的空間規(guī)模，比起一般的孔隙來說要大得多。關(guān)于斜坡重力滑動(dòng)形成頁理縫的機(jī)理及其頁理縫的數(shù)字表征還需要今后進(jìn)一步研究。

3.1.4側(cè)向擠壓派生層間滑動(dòng)剪切機(jī)理或縱彎褶皺作用形成的層間滑動(dòng)剪切機(jī)理

這種作用最為重要，是整個(gè)松遼盆地的變革性事件，對構(gòu)造、沉積、儲(chǔ)層、烴源巖及成藏，尤其是對頁巖油氣藏的形成都具有重要意。松遼盆地在嫩江組末期開始發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)，明水組期末是主要構(gòu)造反轉(zhuǎn)期(陳昭年等，1996)，盆地由拉張轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓，對古龍凹陷青山口組泥頁巖的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)集空間的發(fā)育造成了深度的影響，有以下7個(gè)證據(jù)：

(1) 小型低角度逆沖斷層。在泥頁巖中、粉砂巖和白云巖中均可見，揭示了松遼盆地青山口組存在過側(cè)向擠壓作用。特點(diǎn)是傾角較小，多在20°左右(圖38)，少數(shù)可達(dá)30多度。一般與摩擦鏡面、摩擦光面、階步、擦痕和鱗片構(gòu)造共同發(fā)育，或者說小型低角度逆沖斷層面上多有摩擦鏡面、摩擦光面、階步、擦痕(圖38b、d，圖39) 和鱗片(圖38f)。必須指出，在成巖過程中的壓實(shí)作用使逆沖角度可能變小，有的低角度微型斷層是伸展斷層。

圖38 低角度逆沖斷層、摩擦鏡面、階步、擦痕和鱗片構(gòu)造Fig. 38 Small low-angle thrust fault, friction mirror, step, scratch and scale structure(a)、(b) 低角度逆沖斷層、摩擦鏡面和擦痕，階步不明顯，滑動(dòng)方向和斜面最大梯度方向與擦痕方向一致。(c)、(d) 低角度逆沖斷層、摩擦鏡面和擦痕，階步不明顯，斜面最大梯度方向與擦痕方向不一致。(e)、(f)低角度逆沖斷層、鱗片構(gòu)造和階步，斜面最大梯度方向與階步的指向近一致(a), (b) Low angle thrust fault, friction mirror and scratch, the step is not obvious, the sliding direction and the maximum gradient direction of the inclined plane are consistent with the scratch direction. (c), (d) Low angle thrust fault, friction mirror and scratch, the step is not obvious, the maximum gradient direction of the inclined plane is inconsistent with the direction of the scratch. (e), (f) Low angle thrust fault, scale structure and step, the direction of maximum gradient of inclined plane is nearly consistent with the direction of step

(2)小型共軛剪切破裂。從微構(gòu)造上講，在古龍凹陷青山口組的泥頁巖巖芯的水平方向或順層方向發(fā)育了大量低角度的共軛剪切逆沖斷裂面(剪切裂縫、剪切微斷層)，剪裂角在20°～30°，剪裂面多發(fā)育了摩擦鏡面、階步和擦痕(圖39a—d)；在2487.60 m也發(fā)育了一個(gè)非常典型的這種構(gòu)造(圖39e—h)，共軛剪裂角在20°左右，一側(cè)發(fā)育了典型的摩擦鏡面和擦痕與階步，另一側(cè)則發(fā)育了摩擦光面和隱性的擦痕和階步。在古頁7井的2486.80～2487.60 m之間的黑色泥頁巖中發(fā)育了6個(gè)這種共軛剪切面。充分表明了水平方向發(fā)生了強(qiáng)烈的側(cè)向擠壓作用。

圖39 側(cè)向擠壓形成了水平方向低角度共軛剪切破裂Fig. 39 Lateral extrusion resulted in a horizontal conjugate shearing fractures at a low angle(a) 共軛剪切破裂面的側(cè)面，可見剪裂角很小，分別為20°和25°；(b) 共軛剪切破裂面的側(cè)面，可見兩個(gè)剪裂面所夾的薄層像刀一樣鋒利；(c) 圖(b) 的剪裂面C非常光滑，其上發(fā)育了擦痕和階步；(d) 圖(b)中的D剪裂面非常光滑，其上也發(fā)育了擦痕和階步；(e) 另3個(gè)共軛剪裂面:最上部的兩個(gè)對沖成屋脊?fàn)?，剪裂角分別為20°和18°；側(cè)面的兩個(gè)相夾成平臥“V”字形，剪裂角也分別在20°和18°; 注意：20°夾角的剪裂面在里面橙黃色虛線部位；(f) 圖(e)的平臥“V”字形剪裂面在巖芯另一面的樣子，可見兩組剪裂面共軛特點(diǎn)很明顯，剪裂角也很小，分別在20°和18°；在巖芯下部兩組共軛剪切面交織成低角度“X”形；(g) 圖(f)的正面，可見兩個(gè)共軛剪裂面夾持把巖芯剪裂成薄片狀，可以見到剪裂面光滑，其上發(fā)育了擦痕；(h) 圖(e)頂面，可見兩個(gè)剪切面對沖成屋脊?fàn)?，剪切面非常光滑，發(fā)育了密集的擦痕和少量階步(a) On the side of a conjugate shear fracture plane, it can be seen that the shearing angle is very small, which is 20°and 25°respectively. (b) Conjugate shear fracture surface, the thin layer sandwiched between the two shear surfaces is as sharp as a knife. (c) The shear surface C of Fig. (b) is very smooth, with scratches and steps developed on it. (d) The shear surface in Fig. (b) is very smooth, with scratches and steps developed on it. (e) The other three conjugate shear surfaces: the two at the top are in the shape of roof ridges with shear angles of 20° and 18° respectively; the two phases on the side are clamped into a recumbent “V” shape, and the shearing angles are also at 20° and 18° respectively. Note that the shearing surface with the Angle of 20° is in the orange dotted line inside. (f) The appearance of the recumbent “V” shaped shear plane on the other side of the core in Fig. (e) shows that the conjugate characteristics of the two groups of shear plane are obvious, and the shear angle is also very small, at 20° and 18° respectively. At the lower part of the core, two sets of conjugate shear surfaces are interwoven into a low-angle “X” shape. (g) On the front side of Fig. (f), it can be seen that the core is cleaved into thin sheets by the clamping of two conjugate shear surfaces. It can be seen that the shear surface is smooth and scratches are developed on it. (h) The top surface of Fig. (e), shows that the two shear faces are washed into a roof shape. The shear surface is very smooth with dense scratches and a few steps

(3)小型負(fù)地塹地壘構(gòu)造。除了以上小型共軛剪切構(gòu)造外，古龍青山口組泥頁巖中還發(fā)育了小型負(fù)地塹地壘構(gòu)造。所謂負(fù)地塹地壘構(gòu)造是指具有地塹地壘構(gòu)造的幾何形態(tài)和結(jié)構(gòu)，但是在擠壓應(yīng)力條件下形成的，而不是在伸展應(yīng)力條件下形成的，所以稱之為“負(fù)”地塹地壘構(gòu)造。在英X58井2101.09 m的青一段發(fā)育了一個(gè)微型負(fù)地塹(圖40a、d)，負(fù)地塹的右側(cè)為一個(gè)傾角20°的斜面，其上發(fā)育了左沖階步及擦痕，揭示了是自右向左逆沖；而在負(fù)地塹的左側(cè)發(fā)育了一個(gè)由3個(gè)次級(jí)逆沖斜面組成的復(fù)合逆沖面，其上也發(fā)育了階步和擦痕，階步是右沖的(圖40b、c)。這種組合揭示了負(fù)地塹是擠壓對沖剪切形成的，而不是由拉伸離散形成的。負(fù)地塹(圖40a、d)和負(fù)地壘(圖40e)構(gòu)造及其摩擦鏡面的都具有共軛性(圖40c)，與共軛剪切破裂的區(qū)別是破裂面沒有匯聚，銳角在30°左右，近水平，揭示擠壓應(yīng)力(最大水平主應(yīng)力) 來自于水平方向。

圖40 古龍青山口組泥頁巖中的負(fù)地塹—地壘構(gòu)造Fig. 40 Negative graben—horst structures in mud shale of the Gulong shale in the Qingshankou Formation(a) 微型負(fù)地壘構(gòu)造，規(guī)模極小，高度在1cm以下，寬度在5～6 cm；兩側(cè)的斷裂面發(fā)育了摩擦鏡面和擦痕對稱或?qū)_；(b) 圖(a) 左側(cè)的摩擦鏡面、階步和擦痕，指示自左向右對沖；(c) 圖(a)左側(cè)的摩擦鏡面、階步和擦痕，指示自右向左對沖；(d) 微型負(fù)地塹構(gòu)造，深度也在1 cm以內(nèi)，寬在5～6 cm內(nèi)，兩側(cè)的斷裂面發(fā)育了摩擦鏡面、階步和擦痕；摩擦鏡面左側(cè)陡，18°左右；右側(cè)摩擦鏡面陡，30°左右；(e) 微型負(fù)地壘構(gòu)造，規(guī)模極小，高度在1 cm以下，寬度在5～6 cm；兩側(cè)的斷裂面發(fā)育了擦痕對稱或?qū)_，構(gòu)成尖銳的屋脊?fàn)?a) Micro-negative horst structures, extremely small in size, less than 1 cm in height and 5～6 cm in width; the two sides of the fracture surface developed friction mirror and scratch symmetry or offset; (b) the friction mirror, steps and scratches on the left of fig. (a) indicate hedging from left to right; (c) the friction mirror, steps and scratches on the left side of fig. (a) indicate a right-to-left hedging; (d) micro-negative graben structures, with a depth of less than 1 cm and a width of less than 5～6 cm, on both sides of the fault surface developed friction mirrors, steps and scratches; friction mirror left steep, about 18°; the friction mirror on the right side is steep, about 30°; (e) micro-negative horst structures, extremely small in size, with a height of less than 1 cm and a width of 5～6 cm; the two sides of the fracture surface developed a striation symmetry or offset, forming a sharp ridge

(4)小型逆沖斷層及其剪切裂縫組合。從厘米級(jí)厚的小型粉砂條帶的變形特點(diǎn)也能看出水平方向曾經(jīng)是主應(yīng)力分布方向是近水平或順層的。圖41是一個(gè)比較典型的水平擠壓逆沖和垂向被擠出及沿與主應(yīng)力夾30°角方向發(fā)育了近直立剪切裂縫和方解石脈的實(shí)例，各微型構(gòu)造具有很好的力學(xué)成因聯(lián)系：小型砂條(含大量介形蟲碎屑) 最厚達(dá)2 cm，長11 cm左右，中間厚，兩端薄至尖滅。在兩側(cè)發(fā)育了近對稱的微型逆斷層，中間被擠出隆起成地壘狀(由于是擠壓成壘，所以稱之為“負(fù)地壘”)(圖41a—c)。在力學(xué)成因上無疑是擠壓應(yīng)力。在其下緊鄰一條厘米級(jí)厚的微型順層方解石脈，寬1 mm左右，其中發(fā)育了纖柱狀構(gòu)造、逆沖擠出構(gòu)造及剪切構(gòu)造(圖41 a、b、f、g)。近直立的剪切裂縫被方解石脈充填，寬度僅1 mm，與水平或順層方解石脈一樣發(fā)育了典型的纖柱狀構(gòu)造(圖41f、g)，其底部有一條張性的瀝青脈圖41f。揭示了在與方解石脈垂直的發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)也是應(yīng)力較小的方向。垂直方向裂縫與水平方向順頁理裂縫都充填了纖柱狀方解石脈，但兩者有明顯不同：一是前者規(guī)模小、多在毫米級(jí)；數(shù)量少，在整個(gè)巖芯中僅占整個(gè)長度1%～2%。后者規(guī)模大，多在1 mm以上，厘米級(jí)也常見，最大厚度可達(dá)2 cm以上。頻率高，在有的井非常發(fā)育，如敖34井2264.42+0.5～2264.52深發(fā)育了30條左右的2 mm以上的方解石脈，最大厚度可達(dá)18 mm。二是前者很穩(wěn)定、產(chǎn)狀等變化很??；而后者變化大，可以穿層；分叉合并頻繁。

圖41 小型逆沖斷層及其剪切裂縫組合圖41 Small thrust faults and their shear fracture assemblages(a) 共軛剪切擠出構(gòu)造的正面，可以見到兩組共軛剪切裂縫或節(jié)理、微型逆沖斷層和擠出構(gòu)造(負(fù)地壘) ；(b) 圖(a)左側(cè)的逆沖微型斷層，具有斷褶性質(zhì)。砂條底部發(fā)育了一條毫米級(jí)厚的順層方解石脈，也發(fā)育了兩組微型的共軛剪切斷層，方解石脈也同樣具有擠出特點(diǎn)；(c) 圖(a)右側(cè)的逆沖微型斷層，具有疊瓦組合特點(diǎn)，揭示了水平或順層方向的擠壓；(d) 圖(a)的底面發(fā)育了低角度和近直立的微裂縫，裂縫也具有剪切特點(diǎn)，與主應(yīng)力和方砂脈都有一定夾角；(e) 圖(a)的頂面發(fā)育了一條近直立的裂縫，被方解石脈充填，寬1 mm左右，非常平直，緊閉。發(fā)育了典型的纖柱狀構(gòu)造、左行剪切構(gòu)造和微弱的羽裂；(f) 充填豎直裂縫中的方解石脈，發(fā)育了典型的纖柱狀構(gòu)造、左行剪切構(gòu)造和微弱的羽裂；(g) 典型的纖柱狀構(gòu)造，中心有一部連續(xù)的中脈；底部為一瀝青條帶；(h) 典型的纖柱狀構(gòu)造及左行剪切構(gòu)造(a) On the front face of conjugate shear extrusion structure, two groups of conjugate shear fractures or joints, micro-thrust faults and extrusion structure (negative horst) can be seen. (b) The thrust micro-fault on the left of Fig. (a) is fault-fold. A millimeter-thick bedding calcite vein is developed at the bottom of the sand strip, and two groups of miniature conjugate shear faults are also developed. The calcite veins also have the characteristics of extrusion. (c) The thrust micro-fault to the right of Fig. (a), characterized by imbricated assemblages, reveals horizontal or bedding compression. (d) Low angle and nearly vertical micro-fractures are developed on the bottom surface of Fig. (a), which also have shear characteristics and have certain angles with principal stress and square sand veins. (e) A nearly vertical fracture developed on the top surface of Fig. (a) filled with calcite veins, about 1 mm wide, very straight and closed. Typical fibril columnar structure, left lateral shear structure and weak feather fissure are developed. (f) Calcite veins filling vertical fractures are characterized by fibrous columnar structures, sinistral shear structures, and weak feather fractures. (g) Typical fibrous columnar structure with a continuous midrib in the center. The bottom is an asphalt strip. (h) Typical fibrous columnar structures and sinistral shear structures

(5) 直立或近直立的共軛剪切裂縫(節(jié)理)。在巖芯的層面上偶然能見到共軛剪切裂縫(圖42)，有時(shí)偶然可以見到直立或近直立的共軛剪切裂縫(節(jié)理)，共軛剪裂角多在40°～70°。剪裂面較平直或很平直，一般緊閉，多被方解石脈充填，但經(jīng)常巖方解石脈發(fā)育溶蝕孔洞，可以成為油氣的儲(chǔ)集空間。這種共軛剪切裂縫的存在也揭示了水平或順層方向的擠壓或最大主應(yīng)力的方向。

圖42 直立的共軛剪切裂縫(節(jié)理) Fig. 42 Vertical conjugate shear cracks (joints)(a) 共軛剪切裂縫(節(jié)理)，剪裂角在65°～70°。剪裂面較平。巖芯頂面視圖。(b)共軛剪切裂縫(節(jié)理)，剪裂在35°～60°。其中一組羽列狀，并被方解石脈充填；另一組未被方解石脈充填(a) Conjugate shear cracks (joints), shear angle of 65°～70°. The shear surface is relatively flat. Core top view. (b) Conjugate shear cracks (joints), shear cracks in the range of 35°～60°. One group is pinnate and filled with calcite veins; the other group is not filled with calcite veins

(6)方解石e雙晶。方解石e雙晶的銳角等分線平行或近于平行層面(圖28)，指示最大擠壓應(yīng)力來自于水平方向。

(7) 從區(qū)域上講松遼盆地開始形成縱彎褶皺(圖43)。褶皺以斷彎—斷展褶皺為主，其次是擠壓褶皺。在褶皺過程中巖層之間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，形成剪切，使青山口組頁巖產(chǎn)生順頁理縫(圖4c，圖34等)。這種機(jī)制形成的順頁理縫一般容易發(fā)育在翼部，在齊家—古龍凹陷與西部斜坡和長垣相鄰的部位是這種成巖機(jī)制形成的裂縫的有利發(fā)育地帶(圖43)。

圖43 青山口組剪切順頁理縫的形成示意圖Fig. 43 The formation diagram of lamination fractures in the Qingshankou Formation

以上探討了順頁理縫的形成機(jī)制，這幾種機(jī)制疊合起來就具有廣泛性，尤其是第一種重力壓實(shí)機(jī)理可以分布在凹陷的任何地方；第二種差異壓實(shí)機(jī)理主要發(fā)育在砂巖與泥頁巖交接處，可以是斜坡帶，第三種斜坡滑動(dòng)機(jī)理主要發(fā)育在凹陷邊緣，西部與西斜坡交界和東部與長垣交界的部位，也可能在古頁2HC井的馬鞍狀隆起的兩側(cè)，還可以是凹陷內(nèi)部的巖性差異帶；第四種縱彎褶皺作用引起的滑動(dòng)剪切機(jī)理，這種作用形成的頁理縫主要主要發(fā)育在背向斜的兩翼，在背向斜的核部會(huì)引起張性頁理的發(fā)育，有利于成為頁巖油氣的良好儲(chǔ)集空間，這種頁理縫最為重要。這四種機(jī)制決定了齊家—古龍凹陷青山口組頁理縫的分布具有廣泛性，也是頁巖油廣泛分布的重要條件之一。

3.2 側(cè)向擠壓應(yīng)力的恢復(fù)

前面說到了縱彎褶皺作用，作用力有多大？現(xiàn)代地應(yīng)力可以通過實(shí)際測量等方法獲得，地史上的古應(yīng)力卻很難恢復(fù)，但古應(yīng)力對于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究和油氣成藏研究具有重要意義，因此研究含油氣盆地的古應(yīng)力史具有重要意義。大量的巖芯觀察表明，在方解石脈中發(fā)育了很好的共軛剪切裂縫(節(jié)理)和擠出構(gòu)造(圖18，圖20，圖22，圖25，圖28，圖29)，表明方解石脈受到了水平或側(cè)向擠壓形成的剪切破裂。由于銳角(平均25.68°) 都在水平方向，所以可以肯定擠壓力來自于水平方向。那當(dāng)時(shí)的水平擠壓力有多大？這個(gè)問題在古龍凹陷還沒有人探討過，本文通過方解石脈中發(fā)育的共軛剪切破裂探討這個(gè)問題。

首先建立地質(zhì)模型，從圖18，圖20，圖22，圖25，圖28及圖29可以獲得方解石脈的共軛剪切銳角在水平方向，從上述幾張照片中采集到的88個(gè)剪裂角的平均值為26.71°，所以我們把φ值定在26.71°。而最小主應(yīng)力(σ3)在垂直方向，因?yàn)樵诖怪狈较蛏霞袅呀鞘氢g角，而且發(fā)育了很多擠出構(gòu)造和向上的逆沖(圖13，圖15a，圖18，圖19，圖21，圖24，圖25)，充分表明在豎直方向上是最小主應(yīng)力方向。我們?nèi)〕练e物從韌性轉(zhuǎn)向脆性的最淺深度，約為1500 m(表1)，實(shí)際上在朝頁6801井的441.93 m頁巖巖芯中就發(fā)育了摩擦鏡面、階步和擦痕?？梢娔囗搸r在很淺就壓實(shí)硬化轉(zhuǎn)變成具有一定脆性的巖石了。該深度也大概是生排烴的開始深度，該深度的σ3=35.44 MPa。

最大主應(yīng)力與剪裂角和最小主應(yīng)力可以有下式給出：

(4)

式中c是方解石的剪切強(qiáng)度，據(jù)稽少丞等(1988)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(原文圖3a)，方解石的抗剪強(qiáng)度約為28 MPa；從另一個(gè)角度也可以獲得方解石的抗剪強(qiáng)度：方解石的抗壓強(qiáng)度是100 MPa。抗剪強(qiáng)度一般是抗壓強(qiáng)度的10%～40%，本文取25%，所以方解石的抗剪強(qiáng)度為25.00 MPa，但考慮到齊家—古龍凹陷青山口組頁巖中的方解石脈是纖柱狀結(jié)構(gòu)，與均質(zhì)的方解石晶體的強(qiáng)度大相徑庭，所以抗剪前度會(huì)大打折扣，固c取方解石的抗剪強(qiáng)度為26.50 MPa的一半13.25 MPa。將c=12.50 MPa、φ=26.71°和σ3=34.69 MPa分別代入公式(4)，可得：

=35.44 tan2(58.99°)+2ctan(58.99°)

=35.44×1.662+2×12.50×1.66

=97.66+41.50

=139.16 MPa

(5)

求得了1500 m深度的最大水平主應(yīng)力為137.09 MPa，是垂直應(yīng)力的3.95倍。這是1500 m深的水平構(gòu)造擠壓力，與生排烴深度(1350 m) 接近。在古龍凹陷青山口組頁巖油的最大深度在2500 m左右，巖層重力形成的垂向最大主應(yīng)力也可以用公式σv=ρ0h1g計(jì)算，其他條件和參數(shù)與1500 m深度相同：

σv=2411 kg/m3×2500 m×9.8 m/s2

=59070000 n/ s2

=59.07 MPa

這是在2500 m深度、而且生排烴形成游離油層時(shí)由巖層重量形成的垂向應(yīng)力，利用公式(3) 可以求得壓力系數(shù)得c0=1.60。

再利用公式：

(2)

可以計(jì)算在2500 m深度的水平最大擠壓應(yīng)力，把相關(guān)參數(shù)帶入公式(2)，得：

=59.07tan2(58.99°)+2ctan(58.99°)

=59.07×1.662+2×12.50×1.66

=162.77+41.50

=204.27 MPa

該值是在2500 m深度的水平擠壓應(yīng)力，實(shí)際值可能小于該值，因?yàn)?500 m的深度溫度相對較高，方解石的剪切強(qiáng)度c會(huì)有所下降。在該深度，最大水平主應(yīng)力與最小垂直主應(yīng)力的比值是200.83/57.82=3.47，比1500 m深度的3.95要小。

從以上計(jì)算可知，從1500 m(略過生排烴門)開始到2500 m，水平擠壓力明顯增加，但是水平擠壓力與垂直擠壓力之比反而減小，從3.91減小到3.47，揭示了隨深度增加逐漸減小。

為了了解不同剪裂角和不同深度條件下的最大水平主應(yīng)力和最小垂直主應(yīng)力的分布情況，本文從剪裂角從15°開始到45°，每隔5°求一個(gè)最大和最小主應(yīng)力；深度1000 m開始到2500 m，每隔100 m求一個(gè)最大和最小主應(yīng)力；做了一系列最大水平主應(yīng)力與最小垂直主應(yīng)力的關(guān)系圖(圖44)。從該圖上可以看到以下幾個(gè)特點(diǎn)：① 隨著深度的增加，無論是垂直最小主應(yīng)力還是水平最大主應(yīng)力都呈增加的趨勢，符合于一般的規(guī)律。1500 m深度大概是從伸展沉降轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓隆起，在剪裂角30°的情況下最大主應(yīng)力1500 m深的139.16 MPa轉(zhuǎn)變?yōu)?500 m的204.27 MPa；垂直最小主應(yīng)力從35.44 MPa轉(zhuǎn)變?yōu)?500 m深的59.07 MPa。水平主應(yīng)力值是不是偏大還有待于研究。這可能是明末的古應(yīng)力，即松遼盆地褶皺隆起時(shí)的最大水平擠壓應(yīng)力。② 隨著剪裂角增大，最大水平主應(yīng)力驟然增加，剪裂角45°時(shí)的最大水平主應(yīng)力是15°是的好幾倍，所以，在地下淺處更容易形成剪裂；③ 隨著剪裂角的增加，最大水平主應(yīng)力值增加幅度遠(yuǎn)大于垂直最小主應(yīng)力，最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力的比值從15°時(shí)的不到3倍到7倍以上。

圖44 不同深度和不同剪裂角的水平主應(yīng)力及其與垂向最小主應(yīng)力之比Fig. 44 Horizontal principal stress at different depths and shear fracture angles and its ratio to the minimum vertical principal stress

所以在嫩江末期以后松遼盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，從斷陷轉(zhuǎn)變?yōu)檑晗?，最大主?yīng)力從豎直轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较虻?39.58 MPa，是垂直應(yīng)力的4倍左右。在嫩江末期青山口組也基本被膠結(jié)硬化或脆化(表1)，在這種強(qiáng)大的水平擠壓作用下青山口組泥頁巖會(huì)發(fā)育大量的平行最大擠壓應(yīng)力和垂直最小主應(yīng)力方向的張裂，即大量順頁理的張裂縫(圖45)，具有非常好的儲(chǔ)集能力。圖35是一條大裂縫的三維CT，可以見到大裂縫的儲(chǔ)集能力很好，裂縫的寬度0.707 mm，長3.15 mm(可見部分)，裂縫的孔隙體積微2.94 cm3。而此時(shí)也是生排烴的開始，生成的液態(tài)烴正好可以充注在這些順頁理縫中，形成頁巖油藏。

圖45 嫩江組末期以后構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成了大量的順頁理縫(注：紅色實(shí)線表示順層裂縫或頁理縫)Fig. 45 Conceptual view of the tectonic inversion formed a large number of bedding fractures after the end of the Nenjiang Formation(Note: Solid red lines indicate bedding cracks or bedding cracks)

松遼盆地在嫩江末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)是盆地從拉張轉(zhuǎn)向擠壓，最大主應(yīng)力從豎直轉(zhuǎn)向水平(近東西向) 必然會(huì)導(dǎo)致青山口組的巖石結(jié)構(gòu)和組構(gòu)發(fā)生調(diào)整，形成沉積和早期成巖(豎直最大主應(yīng)力) 所沒有的新的結(jié)構(gòu)和組構(gòu)，這是必然的。嫩江末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)在很大程度上是應(yīng)力反轉(zhuǎn)，簡言之：“盆地由拉變壓”。盆地尺度上的構(gòu)造應(yīng)力巨變必然會(huì)導(dǎo)致其中的任何一個(gè)地質(zhì)體發(fā)生響應(yīng)，青山口組泥頁巖也不例外，所以會(huì)在泥頁巖中形成動(dòng)力的順頁理張裂縫，為頁巖油的成藏提供有力的儲(chǔ)集空間。此時(shí)，泥頁巖也經(jīng)歷了早期成巖作用而被壓實(shí)和膠結(jié)變硬變脆(表1)，當(dāng)遭受水平方向的側(cè)向構(gòu)造擠壓，再加上其中含有大量的長英質(zhì)脆性礦物，得以形成大量順層脆性裂縫而且容易被保存下來。這是齊家—古龍凹陷青山口組泥頁巖容易形成大量順頁理縫的得天獨(dú)厚條件，所以，齊家—古龍凹陷的青山口組可以成為優(yōu)質(zhì)的頁巖油儲(chǔ)層。

4 儲(chǔ)集空間的級(jí)別、序次及油態(tài)關(guān)系

4.1 儲(chǔ)集空間的級(jí)別與序次

電鏡及三維CT揭示古龍頁巖有大量納米級(jí)孔縫和微米級(jí)孔縫(圖31，圖35，圖46)，有兩大類，主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)中(何文淵等，2021)。孔隙的結(jié)構(gòu)具有多級(jí)性，圖46a中的孔隙具有三級(jí)結(jié)構(gòu)，最大的孔隙之間在500～600 nm，中間一級(jí)的孔隙直徑在200～250 nm，第三級(jí)孔隙在10～20 nm。納米級(jí)孔隙和納米縫是古龍頁巖油的基本儲(chǔ)集空間(何文淵等，2021)。它們主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)中(馮子輝等，2021)，構(gòu)成了古龍頁巖油的基本儲(chǔ)集單元：油元和油基，以及形成了原位納米連續(xù)油藏(圖47)，所有的頁理縫中的油氣無疑最初都是來自于納米孔隙中的(圖47)，形成了古龍頁巖油的特色，貫穿在整個(gè)古龍凹陷，是古龍頁巖油(氣)巨大儲(chǔ)量(153億噸) 的根本保證。納米級(jí)孔隙的油氣又向與其緊鄰的微米級(jí)孔隙中運(yùn)移，在未壓裂的情況下這些孔隙大多數(shù)都呈孤立狀態(tài)，只有在微微裂縫中和緊鄰微微裂縫的微米和納米孔隙是聯(lián)通的(不排除有更細(xì)小的納米級(jí)微微裂縫聯(lián)通了遠(yuǎn)離微米級(jí)的微微裂縫的納米孔隙)。

圖46 電鏡下的nm孔隙及三維CT掃描微米孔隙及其微微縫的分布圖Fig. 46 The distribution of nano-pores and microcracks by electron microscopy and 3D CT scanning(a)孔隙團(tuán)簇發(fā)育的納米孔隙，可以分為三級(jí)：外圈的最大孔直徑可達(dá)500～600 m；中圈的較大孔隙直徑200～250 nm，內(nèi)圈的最小孔隙直徑只有10～20 nm，一個(gè)200～300 nm的大孔(0.2 μm孔) 包含了多個(gè)小納米孔，也就是納米孔向微米孔匯聚，形成了三級(jí)嵌套。(b) 數(shù)百納米到數(shù)十納米直徑的孔隙與數(shù)百納米到數(shù)十納米寬的微縫，它們互相連接、彼此聯(lián)通，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的儲(chǔ)集疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為頁巖油的有效和高效開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 (c) 有大量數(shù)十微米直徑的有機(jī)質(zhì)團(tuán)簇(橙色方塊) 。 (d) 有機(jī)黏土中發(fā)育了大量的十納米(藍(lán)色箭頭) 到數(shù)十納米微孔(橙色箭頭) 和寬數(shù)十納米的微縫(紅色箭頭)，彼此聯(lián)通很好，為有機(jī)質(zhì)中的原位油氣藏的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 (e)、(f) 能譜分析表明黑色團(tuán)斑主要是一種有機(jī)質(zhì)；最高峰為碳元素。 (g) 3D CT，可見頁巖的微米級(jí)孔隙較發(fā)育，聯(lián)通性較差，裂縫內(nèi)孔隙發(fā)育。 (h) 3D CT，可見頁巖的微米級(jí)孔隙非常發(fā)育，靠近裂縫有一定的聯(lián)通性，遠(yuǎn)離裂縫微米孔的聯(lián)通性差(a) The nanopores developed by pore clusters can be divided into three levels: the maximum pore diameter of the outer ring can reach 500～600 nm. The larger pore diameter of the middle ring is 200～250 nm, and the smallest pore diameter of the inner ring is only 10～20 nm. A large pore diameter of 200～300 nm (0. 2 μm pore) contains a number of small nano-pores, that is, the nm pore to the μm pore, forming a three level nesting. (b) Hundreds of nm to tens of nm diameter pores and hundreds of nm to tens of nm wide micro-fractures are interconnected and connected to each other, forming a complex reservoir and drainage network system, which lays a foundation for the effective and efficient development of shale oil. (c) Abundant clusters of organic matter with diameters of tens of μm (orange squares). (d) A large number of 10-nm (blue arrow) to 10-nm micropores (orange arrow) and 10-nm wide microfractures (red arrow) are well connected to each other in organic matter, which lays a foundation for the development of in-situ oil and gas reservoirs in the organic matter. (e), (f) Energy spectrum analysis showed that black blobs were mainly organic matter. The highest peak is carbon. (g) A large number of micropores from 10 nm (blue arrow) to tens of nm (orange arrow) and micro-fractures from tens of nm (red arrow) are well connected to each other, laying a foundation for the development of in-situ reservoirs in the organic matter. 3D CT shows that micron-scale pores of shale are well developed, but the connectivity is poor, but the pores are well developed within fractures. (h) 3D CT, it can be seen that micron-scale pores of shale are well developed and have certain connectivity close to fractures, but the connectivity far from fractures is also poor

圖47 古龍頁巖油五級(jí)運(yùn)聚系統(tǒng)示意圖Fig. 47 Schematic diagram for five stages migration and accumulation system of the Gulong shale-oil

4.2 油態(tài)及其關(guān)系

從圖46可以部分地看出頁巖的納米級(jí)到微米級(jí)孔隙可能是連續(xù)的(電鏡觀察也表明納米到微米級(jí)孔隙可能是連續(xù)的)，尺度不同的三級(jí)微縫和尺度較大的大頁理縫之間尺度也可能是連續(xù)的。因此，在重視納米級(jí)孔隙研究的時(shí)候，還要加強(qiáng)微米級(jí)孔隙的研究，1 μm級(jí)孔比納米級(jí)孔體積大109；微米級(jí)孔比10 納米級(jí)孔大106；微米孔隙度在2.5%左右。納米級(jí)孔隙是基礎(chǔ)，是頁巖油氣的最初終端總源，是油氣庫；微米級(jí)孔隙是“橋梁”，起中間儲(chǔ)集和聯(lián)結(jié)作用；而頁理大縫是頁巖油氣的末端(圖47)，三者構(gòu)成了古龍頁巖油儲(chǔ)層的運(yùn)聚系統(tǒng)，為古龍頁巖油氣的高效開發(fā)提供了保障(圖46—圖48)。我們簡化為四級(jí)尺度：第一級(jí)尺度—孤立的納米級(jí)油元，第二級(jí)尺度—多個(gè)油元匯聚成的微米級(jí)油基，第三級(jí)尺度—多個(gè)油基匯聚在微微裂縫和中微裂縫中形成的油脈；第四級(jí)尺度—多個(gè)油脈(加上部分油基和油元) 匯聚在順頁理大裂縫中形成的油管(圖48)。這四個(gè)尺度結(jié)合在一起，構(gòu)成了古龍青山口組頁巖油藏一個(gè)完好的“頁巖油箱體”(圖49)，為頁巖油的有效開發(fā)奠定了地質(zhì)基礎(chǔ)。

圖48 五級(jí)儲(chǔ)集空間和五級(jí)油態(tài)示意圖(注：油元可以看做是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；油基可以看做是一個(gè)三維的小點(diǎn)；油脈可以看做是一個(gè)二維的薄片狀油膜；“油管”實(shí)際是一個(gè)尺度更大的三維的油薄片)Fig. 48 Schematic diagram of three level reservoir spaces and four-level and five-level oil states (Note: The oil element can be regarded as a particle; the oil base can be considered as a three dimensional dot; oil vein can be regarded as a two-dimensional thin sheet oil film. The oil tube is actually a larger, three dimensional slice of oil)

圖49 四級(jí)儲(chǔ)集空間聯(lián)通成箱體的關(guān)系及其在壓裂改造后的響應(yīng)示意圖Fig. 49 Conceptual view of connectivity of four-level reservoir spaces and its response after fracturing紅色圓點(diǎn)代表藍(lán)色線代表順頁理微縫(油脈) ；紅色扁橢圓代表順頁理大縫(油管) ；綠豎線代表垂直壓裂縫；水平深藍(lán)線代表水平壓裂縫The red dots represent the blue lines representing the micro-fissures along the lamina (oil veins). The red flat ellipse represents the large seam along the page (tubing). The green vertical line represents the vertical compression crack; horizontal deep blue lines represent horizontal compression fissures

古龍凹陷青山口組埋藏較深，一般在1750～2600 m，成熟度較高，主要發(fā)育中—高成熟頁巖。齊家—古龍凹陷青山口組頁巖油的壓力系數(shù)多大于1，最大可達(dá)1.7以上(古頁8HC井) ，大多數(shù)都在1.6以下，與本文計(jì)算的結(jié)果1.6很吻合。造成超壓的因素很多，主要有：① 構(gòu)造應(yīng)力；② 地層重力；③ 生排烴；④ 油氣的相態(tài)變化；⑤ 礦物結(jié)晶及其相變；⑥ 高壓流體的介入；⑦ 溫度變化。這7種因素影響和控制了地下油氣藏的壓力，后面5種目前不易定量分析；前面兩種可以做定量分析。構(gòu)造應(yīng)力可以實(shí)測，一般值都較大；剩下的地層重力引起的超壓我們可以從計(jì)算的角度來反推地下油氣藏的壓力，如果理論計(jì)算獲得的值與目前地下油氣藏的值比較接近就可以認(rèn)為是地層重力引起的超壓。青一段高異常壓力區(qū)約3000 km2(王廣昀等，2020)，表明地下頁巖油處在一種游離狀態(tài)，受到了地層重力的作用，產(chǎn)生超壓。這一現(xiàn)象表明，青山口組的油氣已經(jīng)撕裂了頁巖儲(chǔ)層的顆粒骨架，使顆粒承擔(dān)的有效應(yīng)力(構(gòu)造應(yīng)力和排烴壓力相對很小，忽略不計(jì))部分被油氣吸收，所以就有這種自噴現(xiàn)象。因此，從頁巖油層壓裂后的壓力狀態(tài)可以推測頁巖油的地下狀態(tài)是一種與砂巖油藏相似的狀態(tài)；頁巖油儲(chǔ)層在地下的孔隙度和連通性均較好，在地面測得的頁巖頁巖孔隙度和滲透性均不大好，可能與輕質(zhì)油和頁巖氣噴發(fā)后留下的重質(zhì)成分膠結(jié)有關(guān)。薄片和電鏡的實(shí)際觀察表明，大量的孔隙和裂縫均被(瀝青)有機(jī)質(zhì)充填，而這一部分物質(zhì)在地下與輕質(zhì)油和天然氣混合后可能有相當(dāng)一部分是可以流動(dòng)的，所以，有理由認(rèn)為頁巖油儲(chǔ)層的物性在地下是較好的，而不是地面所測得的物性。

松遼盆地北部中淺層烴源巖的生烴高峰期和主排烴期在齊家—古龍凹陷和三肇凹陷分別為嫩江組沉積期和四方臺(tái)組沉積期，直到依安組結(jié)束，與大慶長垣背斜形成時(shí)間相比，生烴高峰期與大慶長垣背斜形成時(shí)間是同期和稍晚一些，而在主排烴期之前形成，反映了烴源巖生烴高峰期與構(gòu)造形成時(shí)間同步。從烴源巖成熟時(shí)間和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生的時(shí)間分析，以青山口組和嫩江組為主的烴源巖主要在嫩江組沉積之后才大規(guī)模進(jìn)入生油門限，嫩江組之后的明水組末期的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無疑對油氣藏的形成產(chǎn)生了重要影響。褶皺導(dǎo)致巖層之間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，有利于軟巖層(泥頁巖)形成順層剪切裂理(或裂縫)。因此，松遼盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)的油氣生成、運(yùn)移和聚集條件在時(shí)空上匹配較好，可以形成比較優(yōu)越的儲(chǔ)集條件(裂理或裂縫)。深層烴源巖生烴高峰期早，油氣運(yùn)聚成藏時(shí)間早，青山口組和嫩江組為主的烴源巖主要在嫩江組沉積之后才大規(guī)模進(jìn)入生油門限， 嫩江組之后的明水組末期的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無疑對油氣藏的形成產(chǎn)生了重要影響。嫩江組沉積時(shí)期開始的擠壓作用使原來停止活動(dòng)的封閉性斷層再次啟動(dòng)，形成油氣再次運(yùn)移的主要通道，又使油氣在合適的圈閉內(nèi)聚集成藏。這些斷層多為地層壓力釋放區(qū)，成為油氣的有利指向區(qū)。因此，自早白堊世嫩江組沉積期開始的擠壓作用有利于油氣的運(yùn)移和聚集成藏。與此同時(shí)，擠壓作用有利于形成頁巖或泥巖中剪切裂縫(裂理)，為儲(chǔ)集油氣創(chuàng)造了有利的空間。這種多類型多尺度的儲(chǔ)集空間和運(yùn)移系統(tǒng)在頁巖的生烴、排烴、儲(chǔ)集和成藏達(dá)到了高效的匹配。

5 結(jié)論及結(jié)束語

(1)松遼盆地青山口組頁巖油儲(chǔ)層與一般的頁巖明顯不同，主要表現(xiàn)在發(fā)育了大量的(順層)頁理縫，使頁巖在納米和微米孔隙的基礎(chǔ)上疊加了一種更加有效的儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道，正是這些頁理縫使青山口組頁巖油具有可開發(fā)性或可動(dòng)用性。

(2)順層頁理縫可以分為五種，其中一種是納米縫，三種是微米縫，只有在電鏡和顯微鏡下才能看得見；第五種是大縫：肉眼明顯可見，寬0.10～0.80 mm，長數(shù)毫米到數(shù)厘米，或更長；呈弧形、波狀、透鏡狀或豆莢狀(有的可能是誘導(dǎo)縫)。

(3)有的頁理縫面發(fā)育了摩擦鏡面、擦痕、階步、光面、鱗片及裂片構(gòu)造，此外還偶見S—C組構(gòu)，揭示了順頁理面存在剪切滑動(dòng)，間接地證實(shí)了較大的頁理縫的成因還與剪切滑動(dòng)有關(guān)。

(4)除了順層頁理縫外，青山口組頁巖油儲(chǔ)層還發(fā)育了大量的方解石脈，寬度在0.10～0.30 mm和0.3～0.5 mm，最寬可達(dá)2.2 m。較寬的方解石脈呈豎直纖柱狀，其中心有一條寬度在0.5 mm以下的黏土或泥晶灰?guī)r脈。研究認(rèn)為，這種纖柱狀方解石脈是在水平應(yīng)力較大，而垂直應(yīng)力較小的條件下形成的；具有一定的儲(chǔ)集能力。

(5)順層頁理縫和順層方解石脈的發(fā)育主要與壓實(shí)、差異壓實(shí)、斜坡滑動(dòng)和松遼盆地嫩江組末以后的構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成的順層擠壓有關(guān)。通過方解石脈反演了松遼盆地嫩末和明末的構(gòu)造反轉(zhuǎn)時(shí)的最大水平擠壓應(yīng)力，分別為139.58 MPa和204.58 MPa，而最小主應(yīng)力為垂直方向，分別為35.44 MPa和59.07 MPa，僅是水平擠壓力的25.39%和28.87%。所以在這種應(yīng)力狀態(tài)形成的了廣泛的張性順頁理縫，由于形成時(shí)間正好為生排烴期，所以為頁巖油氣成藏提供了良好的儲(chǔ)集空間。

(6)納米孔縫+微米孔縫+頁理中微縫+頁理大微縫+頁理大縫五者構(gòu)成了一個(gè)空間儲(chǔ)集和疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這五個(gè)運(yùn)聚元素為古龍凹陷原位納米連續(xù)油藏的有效或高效開發(fā)創(chuàng)造了有利條件。早期開發(fā)(即時(shí)動(dòng)用) 的是大頁巖縫和微米級(jí)孔縫中的油氣，而后期開發(fā)(中后期動(dòng)用)的是頁巖小微米級(jí)孔縫和納米級(jí)孔縫中的油氣。所以，古龍頁巖油可能具有更長久的產(chǎn)油期。

以上重點(diǎn)介紹了五級(jí)頁理縫，并認(rèn)為它們是主要的儲(chǔ)集空間，但也有人認(rèn)為古龍凹陷青山口組由于該頁巖的黏土含量高，裂縫不發(fā)育，單層泥頁巖厚度大，基本屬于裂縫不發(fā)育的泥巖基質(zhì)型頁巖油系統(tǒng)。頁巖的基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖油的富集影響重大(曾維主等，2019)，可見對松遼盆地青山口組頁巖油儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間類型的認(rèn)定還存在仁者見仁智者見智的局面，需要今后不斷積累資料，不斷完善，最終趨向統(tǒng)一。

頁巖油作為一種非常規(guī)油氣資源，在美國和加拿大都實(shí)現(xiàn)了頁巖油的商業(yè)開發(fā)，使得一批老油區(qū)重獲新生。松遼盆地古龍頁巖油儲(chǔ)量資源達(dá)百億噸，將在我國陸相頁巖油能源革命中發(fā)揮排頭兵的作用，為我國的油氣資源接替起著重要的不可替代的作用(孫龍德，2020)。加強(qiáng)對古龍青三口組頁巖油基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究具有重要意義。

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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