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陆相泥页岩在水平地应力作用下裂缝的多样性——以济阳坳陷古近系泥页岩为例
摘要
随着页岩气勘探逐渐深入，对页岩中裂缝的研究日渐重要。本文以济阳坳陷古近系泥页岩为研究对象，在水平地应力作用下对裂缝的多样性进行了分析，并尝试从页岩成因、应力环境和荷载作用三个方面解释裂缝形成的机制。研究结果表明，陆相泥页岩的裂缝类型较为复杂，主要包括节理裂缝，泥质脱落裂缝，伸展裂缝和剪切裂缝等。这些裂缝可能由页岩成因、构造应力及地震等多种因素共同作用而形成。同时，不同类型的裂缝受荷载作用的响应也不同。本研究拓展了对陆相泥页岩裂缝形成机制的认识，可为页岩气勘探提供一定的参考。
关键词：泥页岩；裂缝；成因；应力环境；荷载作用
Abstract
Withthedeepeningofshalegasexploration,thestudyoffracturesinshalehasbecomeincreasinglyimportant.TakingthePaleogenemudshaleinJiyangDepressionastheresearchobject,thispaperanalyzesthediversityoffracturesunderhorizontalstress,andtriestoexplainthemechanismoffractureformationfromthreeaspects:shalegenesis,stressenvironmentandloadaction.Theresultsshowthatthefracturetypesofcontinentalmudshalearecomplex,mainlyincludingjointfissures,muddetachmentfissures,extensionalfissuresandshearfissures,etc.Thesefracturesmaybeformedbythejointactionofshalegenesis,tectonicstress,earthquakesandotherfactors.Atthesametime,differenttypesoffracturesresponddifferentlytoloadaction.Thisstudyexpandstheunderstandingoftheformationmechanismoffracturesincontinentalmudshaleandprovidesareferenceforshalegasexploration.
Keywords:mudshale;fractures;origin;stressenvironment;loadaction
引言
页岩气”的出现是全球能源领域的一件大事。然而，在页岩气勘探和开采过程中，如何充分了解页岩中裂缝的特征和演化规律，才是实现资源勘探和开发的关键。因此，对页岩裂缝进行研究，不仅对页岩气勘探和开发具有重要的现实意义，而且对于理解页岩岩石物性、构造演化、地质灾害等领域也有重要的意义。
陆相泥页岩是页岩气中的重要类型，其裂缝特征与成因机制一直是研究的热点之一。本文以济阳坳陷古近系泥页岩为例，通过对其裂缝的分析，揭示其成因机制及多样化特征，为页岩气勘探提供一定的参考和理论依据。
1泥页岩的成因
泥页岩是由泥质物质组成的沉积岩石，其成因主要包括河流、洪泛平原和湖泊等环境。泥页岩的原始沉积物质主要来自于陆源，如火山灰、不同程度的风化残积、沉积碎屑、并以充水通道形成、降解作用加上其自身的化学和生物作用组成泥页岩。
泥页岩欠缺连续性沉积过程，常出现堆积交错。在水平同质压力的作用下经历了形态变形，其结构演化具有多样性。
2应力环境
2.1地质构造应力
构造应力是指地壳中因板块运动而产生的构造应力。构造应力会对页岩裂缝的形成起到显著的影响。构造应力作用下的页岩裂缝形态以节理裂缝、伸展裂缝和剪切裂缝为主。
2.2沉积后应力
沉积后应力是由地层堆积所产生的垂直应力和水平应力。水平应力是构造应力演化之后形成的，其作用主要是引起页岩中的体积压缩变形，并且常常引起页岩中的弱面破裂。因此，沉积后应力也会影响页岩中裂缝的形态。
3荷载作用
不同类型的荷载作用对页岩裂缝的产生和演化也有显著的影响。较大的静载荷作用下，页岩中的节理裂缝和伸展裂缝会得到扩张，而剪切裂缝则会被压缩。因此，荷载作用也对页岩中裂缝形成和演化有着重要的影响。
4裂缝类型
4.1节理裂缝
节理裂缝是沿页岩薄层中的平行表面发育的。在泥页岩中，节理裂缝可以是原生的或是次生的。在岩屑颗粒较小的泥页岩中，节理裂缝发育更为明显。
4.2泥质脱落裂缝
泥质脱落裂缝是一种类似于节点的裂缝，通常出现在泥页岩中的泥部位置，其断面