非常規(guī)沉積儲(chǔ)層層理縫研究進(jìn)展及趨勢

關(guān)鍵詞 層理縫；識(shí)別與預(yù)測；形成機(jī)制；主控因素；運(yùn)移和聚集

0 引言

非常規(guī)沉積儲(chǔ)層的主要研究對象是相對細(xì)粒的沉積（物）巖，包括泥頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖等，以及包含不同組分的混積巖[1?3]。非常規(guī)沉積儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以納米級(jí)孔喉為主，裂縫能夠明顯改善儲(chǔ)層物性，為油氣提供儲(chǔ)集空間和滲流通道[1，4?5]，一些研究表明，儲(chǔ)層的最終可采儲(chǔ)量取決于天然裂縫的類型、產(chǎn)狀、密度和有效性等[6]。因此，有效地識(shí)別和評(píng)價(jià)裂縫發(fā)育模式及其地下的分布特征，對油氣的勘探開發(fā)具有重要意義[7]。大量的勘探實(shí)踐和研究表明，以碎屑巖和碳酸鹽巖為主的沉積儲(chǔ)層中普遍發(fā)育層理縫，尤其是非常規(guī)沉積儲(chǔ)層中層理縫與油氣運(yùn)移聚集規(guī)律的研究程度制約著油氣的勘探發(fā)現(xiàn)[7?8]。然而，目前對于層理縫的精細(xì)表征、識(shí)別及預(yù)測、形成機(jī)制與主控因素，及其對油氣運(yùn)聚的控制機(jī)理和時(shí)空關(guān)系的研究相對于構(gòu)造裂縫還比較薄弱，沒有清晰的認(rèn)識(shí)[7?9]。

層理縫在非常規(guī)油氣成藏過程中是“運(yùn)移”還是“聚集”的作用？層理縫在油氣輸導(dǎo)體系中扮演的角色是什么？這些問題尚存爭議。無論是有效提高儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間、抑或是改善儲(chǔ)層滲濾性能或者在一定程度上作為油氣運(yùn)移的通道，均決定了層理縫研究的必要性和迫切性。

因此，本文聚焦于非常規(guī)沉積儲(chǔ)層研究領(lǐng)域，依據(jù)國內(nèi)外學(xué)者對沉積巖層理縫的相關(guān)研究，并結(jié)合筆者對鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖、馬家溝組碳酸鹽巖研究成果，對非常規(guī)沉積儲(chǔ)層層理縫的研究進(jìn)展及趨勢進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，以期為層理縫研究提供借鑒意義。

1 層理縫的定義及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

沉積和成巖過程中，沿巖石的層理裂開的天然裂縫稱為層理縫[7?8]。除砂巖、頁巖等層狀巖石外，一些學(xué)者也將泥巖、碳酸鹽巖等以塊狀層理為主的沉積巖中的部分水平裂縫定義為層理縫[10?13]。砂巖中還發(fā)育一部分產(chǎn)狀近水平的構(gòu)造縫，它們通常與層理面小角度相交，具有鏡面擦痕、階步或“餅裂”現(xiàn)象，是在斷層擠壓逆沖或近水平剪切滑動(dòng)下形成的[14]；在構(gòu)造擠壓和伸展作用下會(huì)形成沿泥巖軟弱面發(fā)育的、具有鏡面擦痕特征的低角度滑脫裂縫，這種軟弱面通常為應(yīng)力分布的異常部位，與巖層面大致平行[15]；碳酸鹽巖中發(fā)育的水平縫合線，具有鋸齒狀特征，為壓溶成因，也與沉積層理無關(guān)[16]。Cobbold et al. [10]統(tǒng)計(jì)了世界范圍內(nèi)110個(gè)含油氣盆地的層理縫及其充填物特征，認(rèn)為大多數(shù)層理縫與油氣運(yùn)移和流體超壓密切相關(guān)。

目前，國內(nèi)外關(guān)于層理縫的研究集中體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是對于層理及層理縫[8，17?24]的發(fā)育特征，開展了大量的分析描述工作；二是針對層理縫的形成機(jī)制，從沉積成巖[8，12，19，25?27]、超壓[21，25，28?31]、構(gòu)造[20，25，30，32?35]和結(jié)晶應(yīng)力[36?38]等方面進(jìn)行了探討；三是歸納總結(jié)了層理縫與油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)系，認(rèn)識(shí)到層理縫對油氣富集成藏的重要意義[7?8，23，39?40]（表1）。但是，對于容易形成層理縫的沉積巖和層理類型、不同類型層理縫的精細(xì)表征、層理縫的識(shí)別與預(yù)測、層理縫與油氣運(yùn)移和聚集的具體關(guān)系等，尚且缺乏全面、系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)及定量化的研究。

2 層理縫的發(fā)育特征

2.1 層理縫的產(chǎn)狀特征

層理是在水動(dòng)力條件發(fā)生強(qiáng)弱變化的條件下，沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、顏色等沿垂向發(fā)生變化而顯現(xiàn)出來的成層構(gòu)造[18]，層理的類型和特征制約著層理縫的形成[20，23，26]。紋層是層理的基本組成單位，是在特定沉積環(huán)境演化與氣候變遷條件下形成[27，31]，沉積環(huán)境的周期性變化，影響著水動(dòng)力強(qiáng)弱的改變，也為不同礦物成分的沉淀和紋層的形成提供了前提條件[19]。

通常以0.1 mm的裂縫孔徑作為劃分宏觀裂縫與微觀裂縫的界限，微觀裂縫需要借助顯微鏡才能觀察到[41?42]，因此，與沉積層理相關(guān)的裂縫也可以從宏觀尺度和微觀尺度進(jìn)行分析。層理縫常發(fā)育在紋層、層理和巖性界面，產(chǎn)狀與層理或紋層面接近一致。從分形的角度來看，沿紋層面發(fā)育的微觀層理縫可以認(rèn)為是宏觀層理縫的雛形，因?yàn)樗鼈冊诮Y(jié)構(gòu)上具有自相似性。一些學(xué)者認(rèn)為巖石中存在一個(gè)從微觀到宏觀的裂縫族群，對裂縫進(jìn)行量化時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們包含較多的小裂縫和較少的大裂縫，因此，微觀層理縫和宏觀層理縫的數(shù)量遵循一定的冪函數(shù)關(guān)系[41?43]。

在地層未發(fā)生明顯褶皺和倒轉(zhuǎn)作用的地區(qū)，除斜層理形成的層理縫外，大多數(shù)層理縫近水平發(fā)育，傾角通常小于5°[30，44]。層理縫在野外露頭中多呈開啟狀態(tài)，長度可達(dá)數(shù)十米[10，13，28]，被充填或有石油滲出的層理縫的延伸長度更加直觀；在垂直井和水平井的巖心上，開啟的層理縫長度為幾厘米至1 m 不等[8，21，45]。層理縫的線密度變化較大，巖心中從每米數(shù)條到一百多條（圖1a～c），而具有線狀油跡或串珠狀油斑顯示的微觀層理縫間隔僅幾毫米（圖1c～f）。在露頭、巖心和成像測井中常見層理縫與較高角度的天然裂縫（圖1a）伴生形成相互交織的網(wǎng)狀裂縫，它們是油氣在非常規(guī)儲(chǔ)層中運(yùn)移的優(yōu)勢通道[12]。因?yàn)殂@井取心過程或以前的研究、運(yùn)輸活動(dòng)可能導(dǎo)致巖心的不連續(xù)和層理縫開度的增加[25，46]，因此層理縫在巖心中的開度不能反映其在地下的真實(shí)狀態(tài)。

2.2 充填特征及有效性

層理縫的有效性與其充填程度密切相關(guān)，方解石、石膏、石英脈、瀝青脈和黃鐵礦（表1）是常見的充填物，被充填層理縫的連續(xù)性是可變的[23，47]。Ukar etal. [28] 和Rodrigues et al. [48] 在阿根廷Neuquén 盆地Arroyo Mulichinco地區(qū)Vaca Muerta組黑色頁巖中發(fā)現(xiàn)被方解石充填的層理縫占巖石體積的10%，厚1 mm～16 cm（平均厚度為5 cm），局部延伸超過100 m。Zhang et al.[29]認(rèn)為四川盆地、渤海灣盆地和南襄盆地頁巖層理縫內(nèi)充填的大量方解石脈體與超壓、有機(jī)質(zhì)和脆性礦物有關(guān)，并且與不發(fā)育方解石脈體的部分相比擁有更高的孔隙度、滲透率和油氣含量。Lash et al.[47]在美國紐約州西部上泥盆統(tǒng)Dunkirk頁巖中發(fā)現(xiàn)80%的微觀層理縫被瀝青充填，根據(jù)瀝青作為唯一的層理縫填充材料，推測層理縫是在干酪根轉(zhuǎn)化為瀝青的同時(shí)形成的，并且促進(jìn)了油氣的側(cè)向初次運(yùn)移。筆者在鄂爾多斯盆地三邊北地區(qū)和志丹—靖邊地區(qū)延長組的致密砂巖中，發(fā)現(xiàn)層理縫含有大量的串珠狀油斑和固體瀝青（圖1b，c），薄片中的熒光顯示也主要出現(xiàn)在微觀層理縫內(nèi)（圖1g～i），表明大多數(shù)層理縫是與油氣運(yùn)移和聚集相關(guān)的有效裂縫，除瀝青外，部分微觀層理縫內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了方解石；馬家溝組碳酸鹽巖中也存在大量的縫合線（圖2a）及水平層理縫（圖2b～e），在層理縫內(nèi)存在較多的方解石、石膏以及近1 cm厚的鹽晶體（圖2b）充填現(xiàn)象，并且鹽晶體存在大量的鹽溶孔洞。

3 層理縫的研究進(jìn)展

3.1 層理縫的識(shí)別與預(yù)測

目前對層理縫的識(shí)別方法可以分為間接識(shí)別和直接識(shí)別兩種。間接識(shí)別主要是通過地震反演[49?51]、成像測井[52?55]和常規(guī)測井識(shí)別[53，56]。地震反演技術(shù)常用于識(shí)別大規(guī)模的斷裂和斷層，對中高角度的構(gòu)造縫也具有一定的識(shí)別效果[54，57]，而地震方法對中、小尺度的裂縫（包括層理縫）的響應(yīng)易被其他地質(zhì)因素隱藏，導(dǎo)致應(yīng)用效果不理想[5]。成像測井是目前除巖心外，研究地下層理縫的主要技術(shù)手段，在成像測井中（圖3），層理通常表現(xiàn)為一組平行或近平行的電導(dǎo)率異常區(qū)域，異常區(qū)域范圍較大，層理縫通常平行于層理，與層理的主要區(qū)別在于層理縫的邊緣毛刺不均勻，開口程度會(huì)發(fā)生變化，構(gòu)造裂縫常切穿層理[44，58]。未填充的層理縫被低電阻率泥漿滲透，在成像測井中呈現(xiàn)出深色水平線或低振幅正弦曲線[54]，是油氣運(yùn)移和聚集的有效通道；而被瀝青、方解石和石膏等填充的裂縫，其電阻率通常大于圍巖的電阻率，顏色更明亮[54?55]。盡管前人很少針對層理縫的常規(guī)測井識(shí)別方法開展過專門的研究，但是很早之前就注意到碳酸鹽巖儲(chǔ)層中不同角度的裂縫會(huì)對電阻率測井產(chǎn)生不同的影響[56，59?60]，由于雙側(cè)向電阻率測井擁有較強(qiáng)的聚焦能力，當(dāng)發(fā)育近水平裂縫時(shí)，深淺側(cè)向電阻率出現(xiàn)負(fù)差異。不同產(chǎn)狀（傾角）裂縫發(fā)育段在常規(guī)測井上的響應(yīng)特征具有一定的差異性，除電阻率測井外，聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度、自然電位等測井均可以在一定程度上反映裂縫傾角特征[5，22]。但是裂縫引起的測井響應(yīng)大多數(shù)是復(fù)雜的非線性關(guān)系，并且大部分層理縫在地下的開度很小，引起的測井響應(yīng)十分微弱，容易被泥質(zhì)夾層等引起的測井響應(yīng)所掩蓋，僅利用常規(guī)測井來準(zhǔn)確識(shí)別層理縫還存在較大的困難。

近年來，除露頭、巖心及薄片等直接觀察方法外，掃描電鏡[27，61]、XRD 和礦物綜合定量分析（QEMSCAN）[27，40，62]、微納米CT掃描和數(shù)字巖心[40，63]等技術(shù)（圖4）在微觀層理縫的礦物組成，以及與孔隙組成的運(yùn)移通道連通性等研究中得到廣泛應(yīng)用[25，27，40]，使層理縫的研究逐漸進(jìn)入精細(xì)化、定量化階段，不僅可以用于微觀層理縫的識(shí)別，對成因機(jī)制和影響因素分析也具有重要意義。掃描電鏡技術(shù)可以提供微觀層理縫的開度、延伸長度、溶蝕程度等二維特征（圖4a～c）；QEMSCAN可以定量分析紋層與紋層界面的元素和礦物組成、礦物顆粒大小和含量變化趨勢、面孔率，以及特定礦物的分布特征等（圖4d，e），提供了比XRD更全面的信息；CT掃描和數(shù)字巖心精細(xì)刻畫技術(shù)能使三維縫—孔系統(tǒng)空間分布特征可視化（圖4f，g）。但是精密儀器的使用，提高了技術(shù)要求和成本，難以利用這些方法在較大范圍內(nèi)進(jìn)行層理縫識(shí)別。

層理縫相關(guān)主控因素預(yù)測法、地質(zhì)參數(shù)建模及數(shù)值模擬預(yù)測法是目前在勘探和開發(fā)領(lǐng)域中常用的層理縫預(yù)測方法。前者通過擬合層理縫發(fā)育密度、開度、延伸長度等與各主控因素的數(shù)學(xué)關(guān)系，賦予各主控因素不同的權(quán)重系數(shù)，得到預(yù)測層理縫發(fā)育程度的綜合公式[64]；后者主要利用巖石彈性模量、泊松比、抗拉和抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、三維應(yīng)力條件及層理發(fā)育強(qiáng)度等參數(shù)，從構(gòu)造應(yīng)力學(xué)角度對層理縫的形成進(jìn)行數(shù)值模擬[65]。然而，這種方法存在一定的局限性，例如需要精細(xì)的地質(zhì)模型、過多的巖石力學(xué)參數(shù)和接近實(shí)際的邊界條件[57]，預(yù)測結(jié)果可以代表區(qū)域上層理縫發(fā)育趨勢，但是單井尺度預(yù)測的準(zhǔn)確度較低。

3.2 層理縫的影響因素

對于影響層理縫發(fā)育的因素，可以從巖石自身物理屬性和外部構(gòu)造環(huán)境兩個(gè)方面進(jìn)行分析。層理類型和層理面的性質(zhì)控制著層理縫強(qiáng)度[32，66]，部分層理沉積了適量的泥質(zhì)，在層間平行滑動(dòng)時(shí)能夠釋放一些應(yīng)力，不易形成層理縫；而另一些則抵抗層間平行滑動(dòng)，發(fā)生破裂[67?69]。黏土礦物含量對地層超壓的發(fā)展具有明顯的促進(jìn)作用，Imber et al.[11]認(rèn)為巖石黏土含量和正斷層引起的應(yīng)力場擾動(dòng)可能是控制Cleveland盆地Cleveland Ironstone和Whitby Mudstone組層理縫發(fā)育和分布的主要因素，并且在WhitbyMudstone組富含黏土的瀝青頁巖中，層理縫的間距范圍接近TOC、CaCO3和S的主要循環(huán)波長。筆者在鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖地層中，觀察到大量微觀層理縫沿著云母解離縫和礦物粒間縫發(fā)育（圖1d～f），其延伸長度與云母定向排列的長度具有較好的一致性，并且在巖心中的層理面上發(fā)現(xiàn)大量云母。因此，推測云母的大量富集是層理縫發(fā)育的主控因素之一。劉偉新等[61]在川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖中發(fā)現(xiàn)了紋層厚度越薄，層理縫發(fā)育強(qiáng)度越高的規(guī)律；頁巖儲(chǔ)層中層理縫的形成也受TOC含量的影響，Zhang et al.[29]認(rèn)為2%的TOC豐度是頁巖形成層理縫的閾值；曾聯(lián)波等[8]發(fā)現(xiàn)頁巖儲(chǔ)層中TOC和黃鐵礦含量高的層段，層理縫密度也較大，凝灰?guī)r中層理縫的發(fā)育程度則與剛性玻屑含量呈正相關(guān)關(guān)系。不同巖性的垂直變化率也是影響層理縫發(fā)育程度的因素之一，主要原因可能是不同巖性之間存在較大的彈塑性差異，這個(gè)觀點(diǎn)已經(jīng)在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中得到證實(shí)[13]。

外部構(gòu)造環(huán)境對層理縫發(fā)育的影響主要是斷層和褶皺發(fā)育程度，以及距斷層核和褶皺軸的距離[13，35，67?70]、地層埋藏深度和抬升剝蝕強(qiáng)度[34，71]，甚至是可能影響氣候和海平面振蕩的米蘭科維奇旋回等[19]。Li et al.[13]將斷層相關(guān)層理縫劃分為“剪切型層理縫”和“擴(kuò)展型層理縫”，認(rèn)為碳酸鹽巖中剪切型層理縫的產(chǎn)生與斷層活動(dòng)過程中上下地層的差異性滑動(dòng)有關(guān)。而斷層兩盤的“掛壁”式滑動(dòng)將產(chǎn)生縱向應(yīng)力，促進(jìn)擴(kuò)展型層理縫產(chǎn)生[72]，距離斷層核越近，推動(dòng)地層滑動(dòng)的趨勢和縱向應(yīng)力越強(qiáng)，層理縫的發(fā)育程度也越高。李劍等[34]和曾聯(lián)波等[8]發(fā)現(xiàn)層理縫的密度、開啟程度和延伸距離與地層抬升剝蝕的厚度具有正相關(guān)性，與地層埋藏深度有負(fù)相關(guān)性。Ravier et al.[19]通過系統(tǒng)性的礦物學(xué)和地球化學(xué)分析，揭示了米蘭科維奇旋回作用對Neuquén盆地Vaca Muerta組泥巖中富有機(jī)質(zhì)沉積物的沉積以及礦化層理縫的形成和分布的影響。

3.3 層理縫的形成機(jī)制

層理縫的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程，即使是單個(gè)裂縫也通常具有多期生長歷史和多種成因機(jī)制[57，73]，而目前大多數(shù)關(guān)于層理縫的研究均致力于描述單一的形成機(jī)制。由于層理縫與沉積層理密切相關(guān)，一些學(xué)者將層理縫劃歸為非構(gòu)造成因的成巖裂縫，認(rèn)為層理縫通常存在于具有層狀結(jié)構(gòu)的巖石中，這些裂縫的形成是由間歇性靜水懸浮、沉積和疊加壓實(shí)共同作用下形成的[5，8，74]。另外，層理面在沉積過程中富集碳屑、云母和泥質(zhì)，會(huì)成為巖石中的弱面[26，47，66]，在后期構(gòu)造應(yīng)力的作用下容易發(fā)生破裂。層理發(fā)育的沉積物在固結(jié)成巖過程中因遭受壓實(shí)壓溶、有機(jī)酸溶蝕和黏土礦物脫水等作用，形成沿紋層分布的溶蝕微裂縫和收縮微裂縫，隨后逐漸擴(kuò)展、連通，成巖作用越強(qiáng)，成巖裂縫的發(fā)育程度越高[8，25]。

從應(yīng)力學(xué)角度分析，裂縫面應(yīng)該與最小主應(yīng)力垂直，因此，形成層理縫的條件應(yīng)滿足上覆垂向應(yīng)力（Sv）小于最小水平主應(yīng)力（Sh）[11，35，75?77]，除非層理是傾斜的或者巖性不均一[47]。當(dāng)?shù)貙又邪l(fā)育斷層、褶皺或超壓，導(dǎo)致局部應(yīng)力場發(fā)生改變，使巖石骨架的垂直有效應(yīng)力變成拉伸狀態(tài)，并超過層理面的抗拉強(qiáng)度（圖5），使莫爾圓與破裂包絡(luò)線相切，就會(huì)滿足形成層理縫的應(yīng)力學(xué)條件[11，35，75]。層間滑動(dòng)被認(rèn)為是層理縫的形成機(jī)制之一，一些層理類型在層間滑動(dòng)過程中能夠消散部分應(yīng)力[12，66]，Alzayer[66]的研究證明抵抗層間滑動(dòng)的情況下裂縫強(qiáng)度更高；在斷層和褶皺作用中，斷層上下盤相對滑動(dòng)和褶皺兩翼彎曲滑移也能夠促進(jìn)層理縫的形成[13，35，78?79]。一些學(xué)者從抬升剝蝕的角度解釋了層理縫的構(gòu)造作用成因，認(rèn)為露頭和近地表的層理縫，是抬升卸載成因[76，80]；Lajtai[71]首先提出由于不同巖性地層，以及礦物和膠結(jié)物之間存在彈塑性差異，在地層抬升剝蝕過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致巖石產(chǎn)生破裂形成拉伸裂縫，隨后有學(xué)者也有類似的論述[8，34，81]。Lash et al.[47]和Engelder etal.[77]從孔隙應(yīng)力耦合的角度解釋了在超壓和大規(guī)模抬升剝蝕作用晚期，由于最小水平應(yīng)力超過上覆負(fù)荷而形成水平裂縫。

促進(jìn)地下深層產(chǎn)生異常高壓的原因主要有以下幾種：地層欠壓實(shí)、黏土礦物脫水反應(yīng)、側(cè)向構(gòu)造擠壓、有機(jī)質(zhì)生烴和原油裂解等[82?84]。壓實(shí)過程中由于壓實(shí)流體未能及時(shí)排出或者排出受阻會(huì)產(chǎn)生欠壓實(shí)超壓，特別是在低滲透性富黏土沉積物快速沉降的過程中[82?83]。因此，層理縫在易發(fā)生欠壓實(shí)的富黏土頁巖中傳播的可能性更大[11，47]。在美國紐約州西部上泥盆統(tǒng)，Dunkirk頁巖的層理縫主要發(fā)育在具有欠壓實(shí)超壓特征的下段，而在Dunkirk頁巖的上段由于生物擾動(dòng)造成了相對多孔和高滲，沒有發(fā)現(xiàn)層理縫[47]。Zanella et al.[38]和Ismat[76]認(rèn)為側(cè)向擠壓作用是形成層理縫的關(guān)鍵要素之一，也能使已經(jīng)閉合的層理縫再次開啟。Cobbold et al.[10]在對全球范圍內(nèi)110個(gè)沉積盆地的層理縫充填物的研究中發(fā)現(xiàn)，普遍存在的方解石脈體是烴源巖內(nèi)部或者附近存在流體超壓的典型標(biāo)志。在烴源巖的成熟過程中，部分固體有機(jī)質(zhì)將轉(zhuǎn)化為流體碳?xì)浠衔?，這意味著巖石孔隙和流體壓力的增加，尤其是原油通過裂解作用產(chǎn)生氣體，更易形成異常高壓[82]。大量的盆地分析實(shí)例和研究表明，有機(jī)質(zhì)的成熟會(huì)導(dǎo)致流體超壓和充填層理縫的發(fā)育。因此，大規(guī)模出現(xiàn)的充填層理縫也可以作為快速確定烴源巖是否成熟的標(biāo)志[38]。

一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了結(jié)晶應(yīng)力在纖維狀方解石、石膏等充填層理縫過程中的重要性，富含礦物質(zhì)的溶液進(jìn)入微觀層理縫后逐漸沉淀、結(jié)晶、生長，在結(jié)晶應(yīng)力的作用下微觀層理縫逐漸擴(kuò)展連通[36?37]。大部分結(jié)晶礦物均具有垂直層理縫生長趨勢，如世界范圍內(nèi)普遍發(fā)育的頁巖層理縫內(nèi)纖維狀方解石脈體的垂向生長[10，29，38]、柴達(dá)木盆地新生界泥巖地層中石膏晶體垂直水平裂縫方向的生長[34]、鄂爾多斯盆地馬家溝組碳酸鹽巖中鹽晶體的形成等，因此結(jié)晶應(yīng)力可能是沉積巖層理縫的成因之一。

3.4 層理縫與油氣的關(guān)系

明確層理縫與油氣運(yùn)聚成藏的關(guān)系是進(jìn)行層理縫研究的根本目的。目前，研究裂縫對油氣運(yùn)移和聚集具體關(guān)系的主要技術(shù)手段是通過巖心滲流實(shí)驗(yàn)分析裂縫的存在對儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的影響。王劍等[85]證明流體沿層理面輸送效率高于垂直層理面方向，滲透率通常沿層理方向最為連續(xù)，這是因?yàn)槲葱纬闪芽p的紋層對流體的垂向運(yùn)移有一定的抑制作用。層理縫的發(fā)育，能夠改善儲(chǔ)層的物性特征[7]，使儲(chǔ)層的水平滲透率得到明顯提升[39，86]，對垂向滲透率也具有一定的改善作用[9]。

筆者分析了三邊北地區(qū)延長組長6和長7發(fā)育層理縫、有紋層無層理縫和無紋層的致密砂巖巖心，分別順層理縫方向、無紋層樣品任意方向和垂直紋層方向進(jìn)行孔隙度和滲透率測試（圖6）。結(jié)果顯示，無紋層樣品的平均孔隙度和滲透率分別為7.14% 和12.6×10-3 μm2；有紋層樣品的平均孔隙度為6.23%，而垂直紋層方向，滲透率降低至4.4×10-3 μm2；與前兩者相比，樣品順層理縫的方向平均滲透率分別提高了6.4倍和76.8倍，因此，三邊北地區(qū)延長組大量發(fā)育的層理縫，明顯提升了致密儲(chǔ)層的水平滲透率。受層理縫延伸長度的限制，這種水平滲透率的提高可能是局部、散點(diǎn)式的，點(diǎn)與點(diǎn)之間由孔隙連通，即“縫孔耦合式”運(yùn)移通道。雖然實(shí)測孔隙度的結(jié)果表明層理縫的發(fā)育僅使平均孔隙度提高了0.91%～1.82%，但是考慮到地層中存在大量的從宏觀至微觀的層理縫族群，層理縫對致密儲(chǔ)層整體孔隙度的提高也是可觀的。雖然層理縫可以作為油氣成藏的優(yōu)勢運(yùn)移通道[39]，但在不同的成藏動(dòng)力條件下，層理縫在成藏過程中所起的作用存在較大差異；并且與小尺度的巖心相比，油氣的運(yùn)移和聚集是大尺度的，常規(guī)的巖心滲流實(shí)驗(yàn)這樣的一孔之見無法準(zhǔn)確說明層理縫在非常規(guī)油氣成藏過程中到底是“運(yùn)移”還是“聚集”的作用。

4 存在的主要問題及發(fā)展趨勢

綜上，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)針對層理縫展開了大量的工作。雖然層狀巖石中普遍發(fā)育層理縫的事實(shí)以及層理縫在非常規(guī)油氣運(yùn)聚成藏中的重要作用已被廣泛認(rèn)可，但是對于不同類型層理縫的形成機(jī)制仍然缺乏合理完善的科學(xué)解釋，對形成層理縫的地質(zhì)條件和主控因素等方面都存在諸多問題尚待解決。層理縫與油氣“運(yùn)移”或“聚集”關(guān)系的研究方法也不成熟，常規(guī)的薄片觀察、X射線衍射、掃描電鏡觀察、巖心滲流實(shí)驗(yàn)等方法，僅能提供層理型巖石礦物組成的定性或半定量分析及層理縫與石油運(yùn)移和聚集關(guān)系的模糊認(rèn)識(shí)，不能滿足礦物組分、含量變化趨勢、賦存狀態(tài)，以及層理縫發(fā)育特征與油氣“運(yùn)移”或“聚集”過程的直觀定量分析。盡管部分學(xué)者針對裂縫的形成機(jī)制開展了巖石物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是主要集中于較高角度的構(gòu)造縫，對于層理縫仍沒有較好的模擬方法。其存在的具體問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1） 不同類型沉積巖和層理縫的精細(xì)表征相對缺乏

前人重點(diǎn)分析了不同類型沉積巖的形成環(huán)境以及不同類型層理形成過程中的水動(dòng)力機(jī)制和沉積機(jī)制，但是對于不同類型沉積巖及相應(yīng)層理縫的精細(xì)表征，不同層理縫的形成條件、礦物組成及形態(tài)特征是否存在差異，哪些類型的沉積巖和層理容易發(fā)育層理縫，均未給出明確的解釋。

2） 層理縫的測井識(shí)別表征與地質(zhì)預(yù)測方法尚未成熟

目前，成像測井圖像是識(shí)別地下層理縫的主要資料，但是價(jià)格昂貴不易普遍使用。利用綜合指數(shù)、小波分析、分形維數(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法處理常規(guī)測井資料，識(shí)別中高角度構(gòu)造縫的方法逐漸成熟，但對于低角度層理縫的測井識(shí)別研究仍處于起步階段。特殊測井和常規(guī)測井相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)分析和物理模擬相結(jié)合，著重開展地表、巖心和地下，宏觀和微觀，定性和定量研究，建立相應(yīng)地質(zhì)背景和層理縫成因及影響因素條件下的層理縫地質(zhì)—測井解釋模型，以及識(shí)別和預(yù)測方法是主要的發(fā)展趨勢。

3） 層理縫的形成機(jī)制及影響因素缺乏整體的動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)

以往的研究強(qiáng)調(diào)單一機(jī)制和因素對形成層理縫的影響，而真實(shí)的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，任何微弱的因素在經(jīng)歷長時(shí)間的地質(zhì)作用后，均可能導(dǎo)致層理縫的形成。關(guān)鍵是如何建立預(yù)測模型對各種影響因素定量化，確定形成不同類型層理縫的綜合作用機(jī)制。

4） 層理縫與油氣“運(yùn)移”或“聚集”的關(guān)系不明確

前人主要從巖心、薄片觀察，巖心滲流實(shí)驗(yàn)、沙箱模擬實(shí)驗(yàn)、層理縫發(fā)育程度與油氣產(chǎn)量關(guān)系等方面，初步得到層理縫與油氣“運(yùn)移”或“聚集”關(guān)系，且存在爭議。另外，巖心滲流實(shí)驗(yàn)還不能滿足直觀可視化、定量分析層理縫與油氣運(yùn)移和聚集關(guān)系的需求，且缺乏將微觀與宏觀相結(jié)合的手段。通過地質(zhì)研究—實(shí)際模擬—理論分析相結(jié)合的方式，將實(shí)時(shí)CT掃描、三軸應(yīng)力分析以及油氣滲濾模擬等實(shí)驗(yàn)相匹配，并綜合考慮巖性、溫度、圍壓、層理縫密度和油氣充注速率等變量，將復(fù)雜的地質(zhì)問題轉(zhuǎn)化為可視化的理論模型，將傳統(tǒng)油氣運(yùn)聚模型動(dòng)態(tài)化，是明確層理縫與油氣“運(yùn)移”或“聚集”具體關(guān)系的可行方案。

5 結(jié)論

（1） 層理縫的高線密度、高水平滲透率是影響非常規(guī)沉積儲(chǔ)層油氣富集的重要因素，層理縫發(fā)育區(qū)往往控制了非常規(guī)油氣富集的甜點(diǎn)。明確層理縫在石油運(yùn)移和聚集過程中的作用，有利于彌補(bǔ)裂縫型儲(chǔ)層勘探和開發(fā)的短板。在非常規(guī)油氣開發(fā)過程中，合理利用層理和層理縫的特性，選擇不同的水力壓裂改造方式，對于油氣采收率的提高具有重要意義。

（2） 關(guān)于不同巖性中層理縫的定義、成因機(jī)制、主控因素及其與油氣運(yùn)移和聚集關(guān)系等方面，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度和尺度進(jìn)行了廣泛而深刻的探討。但對于容易形成層理縫的沉積巖和層理類型、不同類型層理縫的精細(xì)表征、層理縫的形成機(jī)制及其與油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)系等，尚缺乏全面、系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)及定量化的研究。

（3） 針對目前層理縫研究存在的突出問題，應(yīng)該重點(diǎn)解決不同類型沉積巖和層理形成層理縫的綜合機(jī)制及與非常規(guī)油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)系、層理縫測井識(shí)別表征方法的探索、不同類型層理形成層理縫的差異性以及層理縫量化預(yù)測模型的建立。