地质力学学报  2020, Vol. 26 Issue (6): 819-829
引用本文
李春麟, 李小诗, 王宗秀, 梁明亮, 张凯逊, 谭元隆, 陶涛, 高莉. 川东-武陵构造带下古生界海相页岩构造变形特征及对页岩气保存的影响[J]. 地质力学学报, 2020, 26(6): 819-829.
LI Chunlin, LI Xiaoshi, WANG Zongxiu, LIANG Mingliang, ZHANG Kaixun, TAN Yuanlong, TAO Tao, GAO Li. Deformation characteristics of Early Paleozoic marine shale and their influence on the shale gas preservation in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt[J]. Journal of Geomechanics, 2020, 26(6): 819-829.
川东-武陵构造带下古生界海相页岩构造变形特征及对页岩气保存的影响
李春麟1,2,3, 李小诗1,2,3, 王宗秀1,2,3, 梁明亮1,2,3, 张凯逊1,2,3, 谭元隆1,2,3, 陶涛1, 高莉4    
1. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
2. 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室, 北京 100081;
3. 中国地质调查局油气地质力学重点实验室, 北京 100081;
4. 北京市地质调查研究院, 北京 102206
摘要:川东-武陵构造带下古生界发育的两套海相页岩层系(下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组)不仅是区域内重要的滑脱层,也是页岩气勘探开发的重点层位。通过野外详细的构造解析及室内显微观察,从宏观露头—显微尺度分析了页岩的变形特征,认为页岩至少存在两期构造变形:早期顺层向北西或南东的逆冲和晚期的切层断层作用。页岩的变形强度随着与断裂带距离的变化而发生改变,远离断裂带的地区页岩变形主要表现为近直立的微裂隙,属脆性域;靠近断裂带,页岩的变形特征逐渐表现为脆-韧性过渡,开始发育糜棱化构造;在断裂带内部,页岩强烈面理化,发育大量的糜棱化构造,属韧性域。通过氩离子抛光和扫描电镜技术,分析了变形页岩内部的孔隙演化特征,认为随着变形作用从脆性—脆-韧性过渡—韧性的转变,页岩内部的孔隙类型不仅可以发生转换,而且页岩内部孔隙的大小、分布特征也随之改变。在此基础上,进一步讨论了中国南方复杂构造区下古生界页岩变形对页岩气保存的影响,认为顺层剪切滑脱作用会改变页岩内部的孔隙体系,有利于页岩气的富集;切层的伸展或走滑剪切作用不仅会破坏先前形成的油气圈闭,而且会导致油气沿着断裂带从高势区向低势区运移,进而造成油气散失。
关键词页岩滑脱变形    页岩气富集保存    下古生界    川东-武陵构造带    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2020.26.06.064     文章编号:1006-6616(2020)06-0819-11
Deformation characteristics of Early Paleozoic marine shale and their influence on the shale gas preservation in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt
LI Chunlin1,2,3, LI Xiaoshi1,2,3, WANG Zongxiu1,2,3, LIANG Mingliang1,2,3, ZHANG Kaixun1,2,3, TAN Yuanlong1,2,3, TAO Tao1, GAO Li4    
1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
2. Key Lab of Shale Oil and Gas Geological Survey, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
3. Key Laboratory of Petroleum Geomechanics, China Geological Survey, Beijing 100081, China;
4. Beijing Institute of Geological Survey, Beijing 102206, China
Abstract: Two sets of marine shale systems (the Lower Cambrian Niutitang Formation and the Upper Ordovician Wufeng-Lower Silurian Longmaxi Formations) developed in the Lower Paleozoic of the eastern Sichuan-Wuling tectonic belt are not only significant decollement zones,but also key strata for shale gas exploration and development. In this paper,through detailed field structural analysis (macroscopic scale) and indoor microscopic observation (microscopic scale),it is considered that there are at least two stages of structural deformation developed in shale: top-to-the-NW/SE thrusting (D1) and the faults cutting through the bedding (D2). The deformation and strength characteristics of shale are related to the change of distance from the regional fault zones. The deformation characteristics of shale far away from the fault zone are mainly manifested as nearly vertical microcracks,belonging to the brittle domain; near the fault zone,the deformation characteristics of shale gradually show brittle-to-ductile transition and the development of mylonitization structures; within the fault zone,strongly foliated and mylonitization structures developed in the shale indicating the deformation of shale belongs to the ductile domain. By means of ion-milled backscatter SEM,the pore-structure evolution characteristics of deformed shale were analyzed. The result showed that not only the pore types in shale can be transformed,the size and distribution characteristics of pores can also change with the deformation strength. On this basis,the influence of Lower Paleozoic shale deformation on shale gas preservation in the complex structural area of South China is further discussed. It is suggested that the D1 can change the pore system developed in the shale,which is conducive to shale gas enrichment. The extension or strike-slip shearing (D2) can not only destroy the oil and gas traps formed previously,but also cause oil and gas migration from the high potential zone to the low potential zone along the fault zone,thus leading to oil and gas loss.
Key words: shale decollement deformation    enrichment and preservation of shale gas    Lower Paleozoic    eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt    
0 引言

川东-武陵构造带在行政区划上涵盖了四川省的东部、整个重庆市、贵州省东北部以及湖南、湖北的西部地区。构造上,川东-武陵构造带整体呈北东—南西向延伸,其西北部通过齐岳山断裂带与四川盆地相接,西南部止于黔中隆起,东南部以慈利-保靖-张家界断裂带为界与雪峰山构造带相邻,东北部构造带的走向逐渐转为近东西向,与大巴山弧形构造带一同汇入江汉盆地之下(Wang et al., 2012;王宗秀等,2019)。研究区内下古生界发育两套页岩气勘探的重要层系:下寒武统牛蹄塘组黑色页岩和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩。自21世纪初中国页岩气开发进入热潮以来,中国南方地区,特别是四川盆地周缘下古生界页岩气勘探取得了巨大的突破。2009年12月,中国石油西南油气公司蜀南气矿钻探的威201井获得了良好的含气显示,自投产以来,日均产气量2000 m3(李笑天等,2016)。2012年3月,位于四川盆地南部的长宁—威远页岩气产业化示范区获国家发改委及国家能源局正式批文,成为国内首个国家级页岩气示范区。2012年11月,中国石化在四川盆地东南缘布设的焦页1井钻获下志留统龙马溪组高产页岩气流(20.3×104 m3/d),进而发现了焦石坝页岩气田(郭彤楼和张汉荣,2014)。2016年7月,中国地质调查局在贵州遵义正安县安场镇实施的安页1井获得了下二叠统栖霞组油气、下志留统石牛栏组致密气、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气和中奥陶统宝塔组天然气的“四层楼”式油气重大突破(翟刚毅等, 2016, 2017葛明娜等,2019)。

在这些成功勘探开发实例的指导下,位于四川盆地和雪峰山构造带之间的川东-武陵构造带下古生界页岩气勘探结果却并不理想,投入的资金与页岩气产出不成正比。造成这种局面的原因主要是构造强改造区页岩气保存的主控因素还不清楚。下寒武统牛蹄塘组黑色页岩和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组黑色页岩作为区域上的滑脱层,自中生代以来受到了多期构造作用的改造(颜丹平等, 2000, 2008Wang et al., 2010)。已有研究表明,滑脱作用不仅可以改变页岩内部孔隙的连通性(大孔隙的比例增加)(Liang et al., 2017),而且还制约着页岩气成藏后的保存(王宗秀等,2012)。考虑到目前研究区下古生界海相页岩层系滑脱变形特征(特别是页岩微观尺度的几何学与运动学)的研究还较为薄弱,文章采用野外宏观观察和镜下微观分析相结合的方法,对川东-武陵构造带内两套下古生界海相页岩层系开展了详细的构造变形研究,确定了不同构造尺度(小型—显微—超显微)页岩的变形特征。在此基础上,探讨了构造强改造区构造变形对页岩气保存的影响,为中国南方地区页岩气的勘探开发提供科学依据。

1 区域地质概况

川东-武陵构造带位于扬子地块的中部,中生代以来远离板块边界,是研究陆内变形的天然实验室。区内出露的前寒武纪地层主要分布在慈利-保靖-张家界断裂带附近。新元古界板溪群为一套浅变质陆源碎屑火山岩,板岩。震旦系下部为深灰色、灰绿色冰碛砾岩,局部夹砂页岩,向上逐渐转为浅海相碳酸盐岩和硅质岩。寒武系下部为泥质岩石,中、上部转换为碳酸盐岩,主要分布在研究区的东南部。奥陶系为深灰色至灰白色厚层灰岩夹土黄色页岩;志留系为浅海相泥页岩、砂质页岩,中志留统与中、上泥盆统之间为平行不整合接触,泥盆系为一套滨海相碎屑岩沉积;石炭系大部分缺失,仅在局部出露一套薄层浅海相碳酸盐岩;二叠系碳酸盐岩广泛出露于褶皱的核部;三叠系中、下统为中薄层碳酸盐岩,上统为陆相碎屑岩,含碳质页岩夹煤线;侏罗系为一套中厚层砂岩、粉砂岩,局部夹灰岩,主要出露在研究区的西北部;白垩系—古近系主要出露在局部的小断陷盆地内,为一套紫红色、灰紫色长石石英砂岩、粉砂岩等。

川东-武陵构造带主要由一系列北东走向的褶皱-断层组成。以齐岳山断裂带为界,北西侧发育典型的隔挡式褶皱,而南东侧发育隔槽式褶皱(刘尚忠,1995冯向阳等,2003颜丹平等,2008胡召齐等,2009)。关于隔槽-隔挡式褶皱的成因,尽管存在不同的认识,但都不可否认地强调中生代页岩滑脱变形在区域构造定型上的作用(颜丹平等,2000Wang et al., 2010;梅廉夫等,2010王宗秀等,2012Li et al., 2018)。由于不少学者对川东-武陵构造带下古生界海相页岩的岩性特征、岩相古地理、有机地球化学等方面做了大量的研究工作(李皎和何登发,2014朱逸青等,2016郭永岩等,2019),文中着重对研究区内出露的下寒武统牛蹄塘组黑色页岩和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩开展了宏观和微观尺度的几何学与运动学分析,具体的采样位置见图 1

下寒武统牛蹄塘组(红色):MJD—马金洞;TP—田坪;LB—龙鼻;SB—砂堡;PJ—彭家屯;HPS—壶瓶山;ZMY—走马镇岩湾;SX—泗溪上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组(黄色):YS—永顺;SJ—石家;GH—桂花;XW—小湾;ZM—走马村 图 1 川东-武陵构造带DEM图及采样位置图 Fig. 1 DEM map of the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt exhibiting the sample locations
2 宏观变形特征

川东-武陵构造带地形高点位于湘鄂交界的壶瓶山及鄂渝交界的齐岳山地区(图 1),可能是往北西逆冲的断层堆垛的结果(颜丹平等,2000)。研究区内出露的地层在空间上均呈北东—南西向延伸,且从南东向北西逐渐变新。下寒武统牛蹄塘组页岩主要出露在北东向慈利-保靖-张家界断裂带两侧。根据页岩的分布特征来看,牛蹄塘组页岩的变形强度随着远离断裂带而逐渐减弱,最终消失,这一现象指示了页岩的变形主要受控于区域断裂带的活动。野外构造解析发现,牛蹄塘组页岩至少经历了两期构造变形:早期顺层的滑脱作用及晚期的切层断层作用。在慈利-保靖-张家界断裂带的南东盘,沿着页岩层面发育明显的摩擦镜面和擦痕,晚期近直立的走滑断层切断了顺层滑脱(图 2a);在古丈县龙鼻村附近,早期页岩的变形还表现为近直立的劈理,晚期向北东的逆冲作用切割了早期变形(图 2b);在慈利-保靖-张家界断裂带的北西盘,秀山县彭家屯可见晚期宽约1.5 m的断裂带截断了早期的顺层滑动(图 2c)。上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩主要分布在齐岳山断裂带和慈利-保靖-张家界断裂带之间的褶皱翼部。与牛蹄塘组页岩类似,五峰—龙马溪组的变形也受控于区域断裂带的活动。在重庆酉阳桂花村采石场,五峰—龙马溪组页岩产状倾角较大,可见层间波状弯曲(图 3a),可能为顺层滑脱造成的;顺层滑脱变形通常还会造成滑脱面附近的页岩发生破碎,远离滑脱面,页岩则保存较为完整(图 3b),野外常常可见晚期的走滑断层将早期的顺层滑脱面截断(图 3c)。

黄色五角星—采样位置,黄色数字—样品编号;S0—页岩沉积层理,S1—改造后的劈理
a—张家界四都坪田坪村发育的早期顺层滑脱被晚期走滑切断;b—吉首古丈县龙鼻村附近发育的南西向北东逆冲的断层切断早期页岩中发育的S1劈理;c—重庆秀山县孝溪乡彭家屯发育的正断层
图 2 下寒武统牛蹄塘组页岩野外变形表现及采样位置 Fig. 2 Field photos showing the structural characteristics and sample locations of the Lower Cambrian Niutitang Formation in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt

黄色五角星—采样位置,黄色数字—样品编号
a—重庆酉阳县桂花村采石场内向南东倾的黑色页岩;b—早期顺层滑脱变形;c—晚期左行走滑剪切
图 3 下志留统龙马溪组黑色页岩野外变形表现及采样位置 Fig. 3 Field photos showing the structural characteristics and sample locations of the Lower Silurian Longmaxi Formation in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt

通过野外滑脱面及擦痕的测量统计发现,牛蹄塘组页岩早期顺层滑脱面的走向为北东—南西向,与区域断裂带的走向一致。擦痕的倾伏向与断层面倾向一致(图 4a),运动学主要指向南东或北西的逆冲。结合区域构造演化,认为牛蹄塘组页岩早期顺层滑脱变形可能与晚中生代时期川东-武陵地区大规模北西—南东向缩短有关(王宗秀等,2019)。五峰—龙马溪组页岩的顺层滑脱变形可能记录了两期变形。永顺县发育近南北走向的逆冲断层可能代表了早期区域大规模北西—南东向造山作用控制下的顺层滑脱,而彭水县走马村的正向滑动和酉阳桂花村北东向走滑断层可能代表后造山背景下的伸展或走滑作用(图 4b)。

a—下寒武统牛蹄塘组;b—上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组 图 4 页岩中发育的断层及擦痕赤平投影图 Fig. 4 Stereographic projections of fault planes and fault striae in the shale
3 微观变形特征

川东-武陵构造带下古生界海相页岩的微观变形特征随着与区域断裂带的距离变化,逐渐发生从脆性(远)—脆、韧性过渡(近)—韧性(断裂带内)变形的转变。分布在川东-武陵构造带东北部黄陵背斜周缘的下寒武统牛蹄塘组页岩,由于远离区域北东向断裂带,且有晋宁期结晶基底作为支撑,它们大部分保留了原生的沉积结构(图 5a),仅在个别薄片中观察到垂直于层理的、表现为脆性变形的微裂隙(图 5b)。在慈利-保靖-张家界断裂带的周缘,可以发现两期裂隙的交切关系,早期平行于S0的微裂隙(D1)被晚期方解石充填的细脉(D2)截断(图 5c)。值得注意的是,沿晚期裂隙结晶的纤维状方解石矿物集合体具有对称背向生长的特征,是压溶作用发生扩散,沿着张应力方向生长的结果。另外,慈利-保靖-张家界断裂带周边的牛蹄塘组页岩还发育平行于S0的面理,当中偶有发育的不对称小褶皱指示了页岩层发生过顺层剪切作用(图 5d),其变形特点已接近脆、韧性过渡阶段。在来凤断裂带(F5)南西向延伸的秀山彭家屯附近,牛蹄塘组页岩内部发育大量的顺层剪切变形,例如剪切作用造成黏土矿物重结晶形成的旋转碎斑构造(图 5e),微剪切带内的反“Z”字型褶皱(图 5f),这些显微构造指示了断裂带内部的牛蹄塘组页岩已达到了韧性变形的特点。此外,牛蹄塘组页岩镜下观察到的微观变形特征与野外观察到的宏观变形特征一致,早期顺层滑脱作用(图 5f指示的北西向南东的逆冲)被晚期的断裂带(图 5e指示的上盘向北东的正断)截断。与下寒武统牛蹄塘组页岩变形特征类似,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩在远离断裂带的区域保存完好(图 6a);在断裂带内可见黑白相间的条带状构造,灰白色条带具有脆性矿物含量高、有机质含量低的特点,而黑色条带具有有机质和黏土类矿物含量高的特点,其往往会发育成微剪切带(图 6b)。在这些微剪切带内,发育了典型的S-C组构(图 6c6d)和不对称褶皱(图 6d),其运动学特点与野外页岩变形的几何学、运动学特点一致。

a—发育粒序层理的未变形页岩;b—页岩中发育的格里菲斯裂纹;c—页岩中早期的格里菲斯裂纹被晚期方解石脉切割;d—不对称褶皱指示了由南西向北东的逆冲;e—页岩中发育的旋转碎斑指示了南西向北东的剪切;f—页岩中的微剪切应变带内部的不对称褶皱 图 5 川东-武陵构造带下寒武统牛蹄塘组页岩微观变形表现显微镜下照片 Fig. 5 Microphotos showing the deformation characteristics of the Lower Cambrian Niutitang Formation in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt

a—未变形页岩;b—页岩中有机质、黏土类矿物含量高的区域发育的微剪切带;c—酉阳桂花村页岩S-C组构指示了南东向北西的剪切;d—彭水走马村页岩S-C组构及不对称褶皱指示了由北向南的剪切 图 6 川东-武陵构造带上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩微观变形表现显微镜下照片 Fig. 6 Microphotos showing the deformation characteristics of the Upper Ordovician Wufeng-Lower Silurian Longmaxi Formations in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt
4 超微观变形特征及其对页岩孔隙的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)方法研究页岩的超微观孔隙特征,目前已成功应用于四川盆地周缘下古生界富有机质页岩中(闫建萍等,2015马勇等,2015熊亮,2019王朋飞等,2019)。考虑到氩离子抛光制作的页岩样品可以更有效地识别页岩有机质、矿物颗粒的大小及其分布,特别是对于尺度较小的纳米级孔隙(焦淑静等,2016),采用SEM和氩离子抛光技术相结合的方法,以秀山彭家屯牛蹄塘组未变形(或脆性)—韧-脆性过渡—韧性变形的页岩为例,开展了超微观变形观察,并探讨了超微观变形对页岩孔隙的影响。观察结果显示,未变形或经过脆性变形的页岩内部主要由脆性矿物颗粒、黏土类矿物及有机质组成,不发育明显的矿物定向排列,其内部孔隙主要包含三种类型,即粒间骨架孔、黏土矿物层间孔和不规则形状的有机质孔(图 7a);经过脆、韧性变形的页岩内部黏土矿物由未变形时的杂乱无章排列变为定向排列,黏土矿物层间孔增大,且脆性矿物颗粒间的骨架孔大幅度缩小(图 7b);经过韧性变形的页岩内部黏土矿物强烈定向,在层间孔的内部可观察到黄铁矿集合体长轴定向排列(图 7c);随着变形作用的进一步增强,黏土类矿物层间孔可能进一步合并为微裂隙(图 7d)。由此可见,页岩内部的孔隙类型不仅可以随着变形作用强度的改变而发生转换,而且页岩内部孔隙的大小、分布特征也与页岩遭受变形作用的强度密切相关。

a—未变形页岩结构,发育不规则有机质孔、脆性矿物间骨架孔、黏土类矿物层间孔;b—具有脆、韧性过渡变形特征页岩中的黏土类矿物定向排列,脆性矿物间骨架孔数量减少;c—具有韧性变形特征页岩中发育的黏土类矿物定向排列,层间孔发育,黄铁矿集合体长轴方向具有优势方位;d—具有韧性变形特征页岩中层间孔合并为微裂隙,黄铁矿集合体等矿物长轴具有优势方位 图 7 川东-武陵构造带下古生界海相页岩超显微构造及孔隙分布特征 Fig. 7 Characteristics of ultramicroscopic structures and pore distribution of Lower Paleozoic marine shale in the eastern Sichuan-Wulingshan tectonic belt
5 讨论 5.1 页岩变形的区域构造意义

川东-武陵构造带下古生界海相页岩至少经历了两期构造变形——早期顺层向北西或南东的剪切滑脱以及晚期的切层断层作用。这两期构造变形的时代很可能对应于区域晚侏罗—早白垩世大规模北西—南东向缩短及晚白垩世的伸展或走滑作用。主要的证据是区域前侏罗纪地层三次不整合接触关系均以平行不整合为代表,暗示着前侏罗纪时期川东-武陵构造带并未发生过大规模的褶皱冲断变形,区域主要以整体的抬升为特征(王宗秀等,2019)。中侏罗统与上白垩统之间的角度不整合代表了区域开始强烈的造山,多层褶皱-逆冲构造开始形成(Yan et al., 2003, 2009)。此外,有学者利用低温年代学方法进行研究后认为,川东-武陵构造带的构造变形具有由南东向北西逐渐变新的趋势,变形的时代可能介于165~95 Ma(梅廉夫等,2010李双建等,2011)。由于页岩自身的矿物组成决定了其对区域构造变形极其敏感,因此,对页岩宏观与微观变形特征的观察与分析,可以为构建区域构造演化提供重要的线索和证据。

5.2 页岩变形特征对页岩气保存的影响

页岩气主要是以吸附、游离和溶解三种形式赋存在页岩孔隙中(李倩文等,2020),孔隙的内部空间储存游离态,孔隙表面则是以吸附态储存,而页岩中的液态烃是溶解态(刘宇等,2015陈尚斌等,2018)。相关学者对川东-武陵构造带古生界烃源岩的生烃史开展了大量模拟工作:徐二社等(2015)采用镜质体反射率正演法,结合古地温梯度,建立了彭水地区五峰—龙马溪组页岩的生烃历史,模拟结果揭示五峰—龙马溪组页岩的生气期始于早侏罗世,中侏罗世进入过成熟生干气阶段;徐立恒等(2008)利用化学动力学方法模拟了川东地区上二叠统灰岩、泥岩有机质在早侏罗世开始进入生油、生气期,一直延续到早白垩世早期结束。川东-武陵构造带下古生界海相页岩层系发育的两期构造变形较页岩气的生气高峰期稍晚,且随着近年来的研究发现,构造变形作用对于页岩内部孔隙结构、大小的影响非常明显(Liang et al., 2017;章新文等,2018),因此,构造变形的改造作用对探讨川东-武陵构造带下古生界页岩气的保存与富集至关重要。晚侏罗—早白垩世顺层剪切滑脱作用易造成区内富有机质页岩内部发生脆-韧性或韧性变形,进而发育糜棱构造,粒间骨架孔和有机质孔可合并为层间孔或微裂缝。这种页岩内部发育的由纳米级层间孔和微裂缝构成的糜棱化孔隙体系,具有比表面积大、吸附性强、渗透率高和毛细管压力高的特点,非常有利于页岩气的富集(马勇等,2014)。张艺凡(2020)通过对四川盆地周缘下古生界页岩的地球化学特征、孔隙结构、渗透率及产气量的综合研究发现,页岩平行层理方向的渗透率普遍高于垂直方向,进而提出渗透率是影响页岩气产率和产能的重要参数。与晚侏罗—早白垩世顺层剪切滑脱作用不同,晚白垩世切层伸展或走滑剪切作用不仅会破坏先前形成的油气圈闭,而且会导致油气沿着断裂带从高势区向低势区运移,进而造成油气散失。

6 结论

(1) 川东-武陵构造带下古生界海相页岩的构造变形强度按照距断裂带的远近,可分为脆性、脆-韧性过渡、韧性三种类型。远离断裂带的地区页岩变形主要表现为近直立的微裂隙,属脆性域;靠近断裂带,页岩的变形特征逐渐表现为脆-韧性过渡的特点,已开始发育糜棱化构造;在断裂带内部,页岩强烈面理化,发育大量的糜棱化构造,属韧性域。

(2) 川东-武陵构造带下古生界海相页岩的变形至少存在两期活动:早期顺层向北西或南东的逆冲和晚期的切层断层作用。这两期构造变形的时代很可能对应于区域晚侏罗世—早白垩世大规模北西—南东向缩短及随后的伸展或走滑作用。

(3) 随着变形作用从脆性—脆-韧性过渡—韧性的转换,页岩内部孔隙类型不仅可以随着变形作用强度的改变而发生转换,而且页岩内部孔隙的大小、分布特征也发生变化。

(4) 早期顺层剪切滑脱作用会改变页岩内部的孔隙体系,有利于页岩气的富集;而晚期切层的伸展或走滑剪切作用不仅会破坏先前形成的油气圈闭,而且会导致油气沿着断裂带从高势区向低势区运移,进而造成油气散失。

致谢: 野外工作及文章的撰写得到了北京大学陈晶教授的细心指导。感谢中国地质调查局油气调查中心周新桂研究员给出的建设性修改意见。

参考文献/References
CHEN S B, ZHANG C, LIU Y, 2018. Research progress and prospect of shale gas occurrence and its molecular simulation[J]. Coal Science and Technology, 46(10): 36-44. (in Chinese with English abstract)
FENG X Y, MENG X G, SHAO Z G, et al., 2003. A preliminary discussion on features and dynamics of sequence deformation in South China and neighboring area[J]. Acta Geoscientia Sinica, 24(2): 115-120. (in Chinese with English abstract)
GE M N, PANG F, BAO S J, 2019. Micro pore characteristics of Wufeng-Longmaxi shale and their control on gas content:a case study of well Anye 1 in Zunyi area, Guizhou Province[J]. Petroleum Geology and Experiment, 41(1): 23-30. (in Chinese with English abstract)
GUO T L, ZHANG H R, 2014. Formation and enrichment mode of Jiaoshiba shale gas field, Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 41(1): 28-36. (in Chinese with English abstract)
GUO Y Y, LIANG M L, WANG Z X, et al., 2019. Organic geochemistry and mineral composition characteristics in shales of Niutitang Formation northwestern Hunan[J]. Journal of Geomechanics, 25(3): 392-399. (in Chinese with English abstract)
HU Z Q, ZHU G, LIU G S, et al., 2009. The folding time of the Eastern Sichuan Jura-type fold belt:evidence from unconformity[J]. Geological Review, 55(1): 32-42. (in Chinese with English abstract)
JIAO S J, ZHANG H, XUE D C, 2016. Application and comparison of fresh fracture secondary electron SEM and ion-milled backscatter SEM for shale sample preparation[J]. Journal of Chinese Electron Microscopy Society, 35(6): 544-549. (in Chinese with English abstract)
LI J, HE D F, 2014. Palaeogeography and tectonic-depositional environment evolution of the Cambrian in Sichuan Basin and adjacent areas[J]. Journal of Palaeogeography, 16(4): 441-460. (in Chinese with English abstract)
LI J H, DONG S W, CAWOOD P A, et al., 2018. An Andean-type retro-arc foreland system beneath northwest South China revealed by SINOPROBE profiling[J]. Earth and Planetary Science Letters, 490: 170-179. DOI:10.1016/j.epsl.2018.03.008
LI Q W, TANG L, PANG X Q, 2020. Dynamic evolution model of shale gas occurrence and quantitative evaluation of gas-bearing capacity[J]. Geological Review, 66(2): 457-466. (in Chinese with English abstract)
LI S J, LI J M, ZHOU Y, et al., 2011. Fission track evidence for Mesozoic-Cenozoic uplifting in the southeastern margin of Sichuan Basin[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 30(2): 225-233. (in Chinese with English abstract)
LI X J, PAN R F, YAN J, et al., 2016. Absorptivity and influential factors of Lower Silurian Longmaxi gas-bearing shale in Changning-Weiyuan Area, Sichuan Basin[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 21(4): 60-66. (in Chinese with English abstract)
LIANG M L, WANG Z X, GAO L, et al., 2017. Evolution of pore structure in gas shale related to structural deformation[J]. Fuel, 197: 310-319. DOI:10.1016/j.fuel.2017.02.035
LIU S Z, 1995. My opinion of structural pattern of thin-skinned structure in east Sichuan[J]. Acta Geologica Sichuan, 15(4): 264-267. (in Chinese with English abstract)
LIU Y, XIA X H, LI W, et al., 2015. Pore characteristics and relation with shale gas in the Longmaxi Formation shale reservoir[J]. Natural Gas Geoscience, 26(8): 1576-1603. (in Chinese with English abstract)
MA Y, ZHONG N N, HAN H, et al., 2014. Definition and structure characteristics of pores in mylonitized organic-rich shales[J]. Science China Earth Sciences, 57(12): 3027-3034. DOI:10.1007/s11430-014-4968-3
MA Y, ZHONG N N, CHENG L J, et al., 2015. Pore structure of two organic-rich shales in southeastern Chongqing area:Insight from focused ion beam scanning electron microscope (FIB-SEM)[J]. Petroleum Geology & Experiment, 37(1): 109-116. (in Chinese with English abstract)
MEI L F, LIU Z Q, TANG J G, et al., 2010. Mesozoic intra-continental progressive deformation in Western Hunan-Hubei-Eastern Sichuan Provinces of China:evidence from apatite fission track and balanced cross-section[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 35(2): 161-174. (in Chinese with English abstract) DOI:10.3799/dqkx.2010.017
WANG P F, JIANG Z X, YANG C H, et al., 2019. Organic pore development characteristics of Longmaxi and Niutitang shales in the periphery of Chongqing[J]. Lithologic Reservoirs, 31(3): 27-36. (in Chinese with English abstract)
WANG Z X, ZHANG J, LI T, et al., 2010. Structural analysis of the multi-layer detachment folding in Eastern Sichuan Province[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 84(3): 497-514. DOI:10.1111/j.1755-6724.2010.00269.x
WANG Z X, ZHANG J, LI T, et al., 2012. Structural traps in detachment folds:a case study from the 'comb- and trough-like' deformation zone/s, East Sichuan, China[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 86(4): 828-841. DOI:10.1111/j.1755-6724.2012.00709.x
WANG Z X, ZHANG J, GUAN H M, et al., 2012. A discussion on the structural deformation and oil/gas traps on the western side of the Xuefeng Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 31(11): 1812-1825. (in Chinese with English abstract)
WANG Z X, LI C L, LI H J, et al., 2019. Tectonic architecture and evolution of the eastern Sichuan-Wulingshan area, South China[J]. Journal of Geomechanics, 25(5): 827-839. (in Chinese with English abstract)
XIONG L, 2019. The characteristics of pore development of the Lower Cambrian organic-rich shale in Sichuan Basin and its periphery[J]. Natural Gas Geoscience, 25(3): 1319-1331. (in Chinese with English abstract)
XU E S, LI Z M, YANG Z H, 2015. Thermal and hydrocarbon generation history of Wufeng and Longmaxi shales in Pengshui area, eastern Sichuan Basin:A well PY1 case study[J]. Petroleum Geology and Experiment, 38(4): 4594-4599. (in Chinese with English abstract)
XU L H, CHEN J F, LU S F, et al., 2008. Study on hydrocarbon-generating history of hydrocarbon source rock in upper Permian East Sichuan Basin with hydrocarbon-generating kinetics[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 38(4): 594-599. (in Chinese with English abstract)
YAN D P, WANG X W, LIU Y Y, 2000. Analysis of fold style and it's formation mechanism in the area of boundary among Sichuan, Hubei and Hunan[J]. Geoscience, 14(1): 37-43. (in Chinese with English abstract)
YAN D P, ZHOU M F, Song H L, et al., 2003. Origin and tectonic significance of a Mesozoic multi-layer over-thrust system within the Yangtze Block (South China)[J]. Tectonophysics, 361(3-4): 239-254. DOI:10.1016/S0040-1951(02)00646-7
YAN D P, JIN Z L, ZHANG W C, et al., 2008. Rock mechanical characteristics of the multi-layer detachment fault system and their controls on the structural deformation style of the Sichuan-Chongqing-Hunan-Hubei thin-skinned belt, South Gansu China[J]. Geological Bulletin of China, 27(10): 1687-1697. (in Chinese with English abstract)
YAN D P, ZHANG B, ZHOU M F, et al., 2009. Constraints on the depth, geometry and kinematics of blind detachment faults provided by fault-propagation folds:an example from the Mesozoic fold belt of South China[J]. Journal of Structural Geology, 31(2): 150-162. DOI:10.1016/j.jsg.2008.11.005
YAN J P, JIA X J, SHAO D Y, et al., 2015. Characterization of organic matter-hosted pores by SEM method and their formation mechanisms for shales of Longmaxi Formation, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 26(8): 1540-1546. (in Chinese with English abstract)
ZHAI G J, BAO S J, PANG F, et al., 2016. Breakthrough of the natural gas of Paleozoic marine strata in Wuling Mountain complex tectonic zone[J]. Acta Geoscientica Sinica, 37(6): 657-662. (in Chinese with English abstract)
ZHAI G Y, BAO S J, PANG F, et al., 2017. Peservoir-forming pattern of "four-storey" hydrocarbon accumulation in Anchang syncline of northern Guizhou Province[J]. Geology in China, 44(1): 1-12. (in Chinese with English abstract)
ZHANG X W, LI J J, LU S F, et al., 2018. Effects of structural deformation on shale pore structure and adsorption[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 25(3): 32-36. (in Chinese with English abstract)
ZHANG Y F, 2020. Study of pore structure and permeability characteristics of marine shale in typical area of South China[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing). (in Chinese with English abstract)
ZHU Y Q, WANG X Z, FENG M Y, et al., 2016. Lithofacies classification and its relationship with reservoir of the Lower Paleozoic Wufeng-Longmaxi Formation in the eastern Sichuan Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 28(5): 59-66. (in Chinese with English abstract)
陈尚斌, 张楚, 刘宇, 2018. 页岩气赋存状态及其分子模拟研究进展与展望[J]. 煤炭科学技术, 46(1): 36-44.
冯向阳, 孟宪刚, 邵兆刚, 等, 2003. 华南及邻区有序变形及其动力学初探[J]. 地球学报, 24(2): 115-120. DOI:10.3321/j.issn:1006-3021.2003.02.004
葛明娜, 庞飞, 包书景, 2019. 贵州遵义五峰组-龙马溪组页岩微观孔隙特征及其对含气性控制:以安页1#为例[J]. 石油实验地质, 41(1): 23-30.
郭彤楼, 张汉荣, 2014. 四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式[J]. 石油勘探与开发, 41(1): 28-36.
郭永岩, 梁明亮, 王宗秀, 等, 2019. 湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机地球化学与矿物组成特征[J]. 地质力学学报, 25(3): 392-399.
胡召齐, 朱光, 刘国生, 等, 2009. 川东"侏罗山式"褶皱带形成时代:不整合面的证据[J]. 地质论评, 55(1): 32-42. DOI:10.3321/j.issn:0371-5736.2009.01.004
焦淑静, 张慧, 薛东川, 2016. 泥页岩样品自然断面与氩离子抛光扫描电镜制样方法的比较与应用[J]. 电子显微学报, 35(6): 544-549. DOI:10.3969/j.issn.1000-6281.2016.06.013
李皎, 何登发, 2014. 四川盆地及邻区寒武纪古地理与构造-沉积环境演化[J]. 古地理学报, 16(4): 441-460.
李倩文, 唐令, 庞雄奇, 2020. 页岩气赋存动态演化模式及含气性定量评价[J]. 地质论评, 66(2): 457-466.
李双建, 李建明, 周雁, 等, 四川盆地东南缘中新生代构造隆升的裂变径迹证据[J]. 岩石矿物学杂志, 30(2): 225-233.
李笑天, 潘仁芳, 鄢杰, 等, 2016. 四川盆地长宁-威远页岩气示范区下志留统龙马溪组泥页岩吸附特征及影响因素分析[J]. 海相油气地质, 21(4): 60-66. DOI:10.3969/j.issn.1672-9854.2016.04.007
刘尚忠, 1995. 川东薄皮构造模式之我见[J]. 四川地质学报, 15(4): 264-267.
刘宇, 夏筱红, 李伍, 等, 2015. 重庆綦江地区龙马溪组页岩孔隙特征与页岩气赋存关系探讨[J]. 天然气地球科学, 26(8): 1576-1603.
马勇, 钟宁宁, 韩辉, 等, 2014. 糜棱化富有机质页岩孔隙结构特征及其含义[J]. 中国科学:地球科学, 44(10): 2202-2209.
马勇, 钟宁宁, 程礼军, 等, 2015. 渝东南两套富有机质页岩的孔隙结构特征-来自FIB-SEM的新启示[J]. 石油实验地质, 37(1): 109-116.
梅廉夫, 刘昭茜, 汤济广, 等, 2010. 湘鄂西-川东中生代陆内递进扩展变形:来自裂变径迹和平衡剖面的证据[J]. 地球科学-中国地质大学学报, 35(2): 161-174.
王朋飞, 姜振学, 杨彩虹, 等, 2019. 重庆周缘龙马溪组和牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育特征[J]. 岩性油气藏, 31(3): 27-36.
王宗秀, 张进, 关会梅, 等, 2012. 雪峰山西侧地区构造形变与油气圈闭[J]. 地质通报, 31(11): 1812-1825. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2012.11.006
王宗秀, 李春麟, 李会军, 等, 2019. 川东-武陵地区构造格局及其演化[J]. 地质力学学报, 25(5): 827-839.
熊亮, 2019. 四川盆地及周缘下寒武统富有机质页岩孔隙发育特征[J]. 天然气地球科学, 30(9): 1319-1331.
徐二社, 李志明, 杨振恒, 2015. 彭水地区五峰-龙马溪组页岩热演化史及生烃史研究:以PY1井为例[J]. 石油实验地质, 37(4): 4594-4599.
徐立恒, 陈践发, 卢双舫, 等, 2008. 应用生烃动力学法研究川东上二叠统烃源岩生烃史[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 38(4): 594-599.
颜丹平, 汪新文, 刘友元, 2000. 川鄂湘边区褶皱构造样式及其成因机制分析[J]. 现代地质, 14(1): 37-43.
颜丹平, 金哲龙, 张维宸, 等, 2008. 川渝湘鄂薄皮构造带多层拆离滑脱系的岩石力学性质及其对构造变形样式的控制[J]. 地质通报, 27(10): 1687-1697. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2008.10.011
闫建萍, 贾详娟, 邵德勇, 等, 2015. 四川盆地龙马溪组页岩有机孔隙SEM表征及成因分析[J]. 天然气地球科学, 26(8): 1540-1546.
翟刚毅, 包书景, 庞飞, 等, 2016. 武陵山复杂构造区古生界海相油气实现重大突破[J]. 地球学报, 37(6): 657-662.
翟刚毅, 包书景, 庞飞, 等, 2017. 贵州遵义地区安场向斜"四层楼"页岩油气成藏模式研究[J]. 中国地质, 44(1): 1-12. DOI:10.3969/j.issn.1006-9372.2017.01.001
章新文, 李吉君, 卢双舫, 等, 2018. 构造变形对页岩孔隙结构及吸附性的影响[J]. 特种油气藏, 25(3): 32-36. DOI:10.3969/j.issn.1006-6535.2018.03.007
张艺凡, 2020.中国南方典型地区海相页岩储层孔隙特征与渗透性研究[D].北京: 中国地质大学(北京).
朱逸青, 王兴志, 冯明友, 等, 2016. 川东地区下古生界五峰组-龙马溪组页岩岩相划分及其与储层关系[J]. 岩性油气藏, 28(5): 59-66. DOI:10.3969/j.issn.1673-8926.2016.05.007