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主题:地层条件下页理缝存在性:基于多阶段应力场-碎屑颗粒接触耦合关系分析
fccyl发表于 2025-03-22 14:43
0 引言页岩作为典型的细粒沉积岩,其组分的成层富集并由此形成颜色、组成与上下邻近的基质存在明显差异的条带称为纹层,页岩主要由基质和毫米-厘米级纹层构成:基质为碎屑颗粒(石英、长石等)、黏土矿物(伊利石、伊/蒙混层)及有机质等组分的无序混积;纹层则为长英质、凝灰质(以长英质、伊利石、黄铁矿为主)或有机质等单一组分的有序成层聚集[1-2]。基质与纹层的组分差异导致其岩石力学性质与抗风化能力显著不同,当此类岩性组合出露地表时,因差异风化作用而形成书页状的‌页理结构‌。纹层为原生沉积结构,可存在于地层及地表条件;页理为次生构造,仅发育于地表条件[1-2]。页理缝作为沿页岩层理面发育的天然裂缝系统,普遍认为是层理缝在页岩的表现形式,其概念演变经历了多个发展阶段。层理缝概念起源于白云岩、砂岩储层研究,被视为重要储集空间[3-4]。随着研究深入,页岩中普遍发育层理缝的现象被记录[5],但此时尚未形成完整的概念体系。20世纪90年代,页理缝被明确为构造应力或溶蚀作用改造沉积页理的产物,成为页岩储层研究的对象[6]。近年来,针对页理缝的岩心观察和模拟测试研究发现,页理缝可显著提升页岩储渗性能;页理缝易被激活促进水力裂缝扩展并形成复杂缝网,提升压裂改造效果;从而推动成为勘探开发热点[6-8]。然而,针对地层条件下页理缝的存在性,学术界仍存在不同观点[1-2],相关争议持续推动着该领域的研究深化,争议核心体现为学科视角的割裂:沉积地质学关注碎屑颗粒接触的静态特征,而岩石力学强调现今应力场的动态调控。页理缝研究不仅是理论争议的焦点,更是页岩油气高效勘探开发的关键突破口。本文通过应力场演化与碎屑颗粒接触机制分析,探讨地层条件下页理缝(包括层理缝)的存在性,为页岩储层评价与压裂设计提供科学依据。1 页理缝工程判识标准地层条件下裂缝的发育状态,本质上是碎屑颗粒接触关系的反映。若地层条件下存在页理缝,表明在地层条件下垂向相邻的碎屑颗粒脱离接触,且该现象在横向上有一定延伸。碎屑颗粒接触关系受控于颗粒间的应力作用。取至地表的岩心,其碎屑颗粒经历了沉积-埋藏-生烃演化阶段,经历了地表至地层再至地表的过程,与此相对应碎屑颗粒所受的应力经历逐渐增大再减小的动态变化。分析页理缝的存在性需追溯碎屑颗粒接触状态的演化过程,结合多阶段应力场演化特征综合判断。

‌2 多阶段应力场演化与碎屑颗粒接触机制

2.1 应力加载阶段(埋藏过
基于多阶段应力场-碎屑颗粒接触耦合关系分析
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