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碎屑颗粒的接触关系可从3个演化阶段分析:
1) 沉积–浅埋藏阶段,碎屑颗粒尚未固结成岩,加之含有较高的易变形的软塑性黏土矿物,垂向上相邻的骨架颗粒(图2(a))将在有效上覆岩层压力作用下相互支撑发生点–线接触(图2(b)),垂向上相邻的骨架颗粒脱离接触(颗粒悬空)且类似脱离接触的骨架颗粒在近水平向有一定延伸的情况无法存在(图2(c)),具有韵律特征的近水平向裂缝或层间缝无法存在。
2) 深埋成岩–生烃增压阶段,碎屑颗粒已固结成岩,骨架颗粒相互约束,流体压力如果大于地层破裂压力,裂缝将产生;由于此阶段垂向通常为最大主应力方向,虽然某方向页岩的抗拉强度同该方向与纹层的夹角有关,但垂向仍然为裂缝延伸的最有利方向(图3),所产生的裂缝为近垂向高角度裂缝而非近水平向裂缝,近水平向裂缝尤其是具有韵律特征的近水平向裂缝难以形成并存在。
3) 现今阶段,地层处于低压状态(压力系数0.70~0.85),流体压力无法支撑骨架颗粒使得垂向上相邻的骨架颗粒脱离接触进而形成具有韵律特征的近水平向裂缝(图2(c))。
地层条件下(处于三维应力场)只能形成并保持近垂向高角度裂缝,无垂向支撑的近水平向裂缝无法形成并保持。页岩具有低弹性模量、强应力敏感性特征,随着净上覆压力的增加,覆压孔隙度、覆压渗透率与净上覆压力呈幂指数降低,进一步证明了地层条件下近水平向裂缝无法形成并存在。
页理本质上是页岩的基质与纹层具有不同的抗风化能力,地表条件下发生差异风化作用,从而形成书页状结构。纹层既可以在地层条件下存在,也可以在地表条件下存在,而页理只能在地表条件下形成,无法在地层条件下(处于三维应力场)形成,页理不具有特殊的储集和渗流意义。
典型盆地页岩地层,因为页岩的埋深较大,垂向应力为最大主应力。即使生烃增压,压力大于破裂压力,形成的裂缝只能是高角度垂向缝,而不是近水平的页理缝或层间缝。
齐亚林. 鄂尔多斯盆地长73亚段纹层型页岩油地质工程一体化评价[J]. 地球科学前沿, 2024, 14(06) .
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