川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造模拟及对页岩气生成保存的影响研究

川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造模拟及对页岩气生成保存的影响研究一、引言1.1研究背景与意义随着全球能源需求的持续增长和对清洁能源的迫切追求，页岩气作为一种重要的非常规天然气资源，在全球能源结构中的地位日益凸显。中国页岩气资源丰富，其中川东南地区是中国页岩气勘探开发的重点区域之一，广泛发育的五峰-龙马溪组页岩具有良好的页岩气开发潜力。川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积时期，经历了复杂的地质演化过程，沉积构造特征多样。这些沉积构造不仅记录了当时的沉积环境和沉积过程，还对页岩气的生成、运移和保存产生了深远的影响。沉积构造控制着页岩的岩性、物性和含气性等关键参数，进而影响页岩气的富集程度和分布规律。不同的沉积构造环境下，页岩的有机质含量、孔隙结构、裂缝发育程度等存在显著差异，这些差异直接关系到页岩气的生成量、储存空间和渗流能力。因此，深入研究川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造及其对页岩气生成保存的影响，对于揭示该地区页岩气成藏机制、提高页岩气勘探开发效率具有重要的理论和实际意义。在理论方面，研究页岩沉积构造与页岩气生成保存之间的内在联系，有助于丰富和完善页岩气地质学理论体系，深化对页岩气成藏过程的认识。通过对沉积构造的分析，可以更好地理解页岩气的生成环境、运移路径和保存条件，为页岩气资源评价和预测提供更加科学的依据。在实际应用中，准确掌握页岩沉积构造特征及其对页岩气的影响，能够指导勘探开发人员更加精准地选择勘探目标区域，优化井位部署和开发方案，提高页岩气的采收率，降低开发成本，促进川东南地区页岩气资源的高效开发利用，为保障国家能源安全做出贡献。1.2国内外研究现状国外对页岩气的研究起步较早，在沉积构造与页岩气关系方面积累了丰富经验。美国作为页岩气开发的先驱，对Barnett页岩、Marcellus页岩等多个页岩气产区进行了深入研究。研究表明，沉积环境控制着页岩的原始物质组成和沉积结构，不同沉积相带的页岩在有机质含量、矿物组成和孔隙结构上存在显著差异，进而影响页岩气的生成和储集能力。在构造作用对页岩气的影响方面，研究发现构造应力可以改变页岩的孔隙结构和裂缝发育程度，影响页岩气的运移和保存条件。例如，在一些褶皱和断裂发育的地区，页岩气的富集程度和开采效率会受到明显影响。近年来，国内对页岩气的研究和勘探开发取得了显著进展。在川东南地区五峰-龙马溪组页岩研究中，学者们通过岩心观察、测井分析、地球化学测试等多种手段，对其沉积构造特征和页岩气成藏条件进行了大量研究。研究揭示了该地区五峰-龙马溪组页岩主要为深水陆棚相沉积，沉积环境稳定，富含有机质，为页岩气的生成提供了良好的物质基础。在构造演化方面，川东南地区经历了多期构造运动，不同构造期次对页岩的埋藏、热演化和改造作用不同，进而影响页岩气的生成、运移和保存。例如，加里东运动导致该地区地层抬升剥蚀，影响了页岩的热演化进程；燕山运动和喜马拉雅运动则造成地层褶皱和断裂，改变了页岩的储集空间和渗流条件。尽管国内外在五峰-龙马溪组页岩沉积构造及页岩气生成保存方面取得了诸多成果，但仍存在一些不足。在沉积构造研究方面，对一些复杂沉积构造的形成机制和演化过程认识还不够深入，如页岩中特殊纹层构造的形成条件和控制因素。在页岩气生成保存方面，虽然对构造运动对页岩气的宏观影响有了一定认识，但对于构造作用如何具体影响页岩气的微观成藏过程，如有机质演化、孔隙结构变化、气体吸附解吸等，还缺乏系统深入的研究。此外，不同地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造和页岩气成藏条件存在差异，如何建立统一的评价标准和预测模型，也是亟待解决的问题。1.3研究内容与方法本研究主要聚焦于川东南地区五峰-龙马溪组页岩，深入探究其沉积构造特征，并分析这些特征对页岩气生成与保存的影响，具体内容如下：页岩沉积构造特征分析：收集川东南地区五峰-龙马溪组页岩的岩心、测井、地震等资料，运用岩石学、沉积学等方法，详细研究页岩的岩石类型、沉积相、层理构造、裂缝构造等特征。通过岩心观察，识别页岩中的不同岩性组合和沉积构造类型，如水平层理、交错层理、块状层理等，并测量其厚度、产状等参数。利用测井曲线分析页岩的物性特征，如孔隙度、渗透率、电阻率等，结合地震资料，研究页岩的空间分布和构造形态。页岩沉积构造模拟：采用数值模拟方法，运用如PetroMod等盆地模拟软件，建立川东南地区五峰-龙马溪组页岩的沉积构造模型。根据研究区的地质背景和沉积演化历史，确定模拟的边界条件和参数，如沉积速率、古水深、古气候、构造应力等。模拟页岩在不同地质时期的沉积过程和构造变形，分析沉积构造的形成机制和演化规律。通过对比模拟结果与实际地质资料，验证模型的可靠性，并进一步优化模型参数。沉积构造对页岩气生成的影响研究：分析不同沉积构造环境下页岩的有机质含量、类型和成熟度等地球化学特征，研究沉积构造对有机质的富集、转化和生烃过程的影响。利用有机地球化学分析方法，如热解分析、元素分析、同位素分析等，测定页岩的有机质丰度、类型和成熟度指标。结合沉积构造特征，探讨有机质在沉积过程中的保存条件和热演化历史，揭示沉积构造与页岩气生成之间的内在联系。通过建立生烃动力学模型，模拟有机质的生烃过程，预测不同沉积构造条件下的页岩气生成量。沉积构造对页岩气保存的影响研究：研究页岩的孔隙结构、裂缝发育程度和封闭性等储层特征，分析沉积构造对页岩气储集空间和渗流通道的控制作用。运用扫描电镜、压汞仪、低温氮吸附等实验技术，研究页岩的孔隙结构和孔径分布。通过岩石力学实验和数值模拟，分析构造应力对页岩裂缝的形成、扩展和闭合的影响，以及裂缝对页岩气运移和保存的作用。研究页岩顶底板的岩性、厚度和封闭性等因素，评估沉积构造对页岩气保存条件的影响，确定有利于页岩气保存的沉积构造模式。本研究综合运用多种研究方法，从不同角度深入探讨川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造及其对页岩气生成保存的影响，具体如下：地质资料收集与分析：广泛收集川东南地区五峰-龙马溪组页岩的地质资料，包括区域地质背景、地层、构造、沉积、地球化学等方面的数据。对收集到的资料进行系统整理和分析，建立研究区的地质数据库，为后续研究提供基础数据支持。实验分析：采集页岩样品，进行岩石学、矿物学、地球化学、储层物性等实验分析。利用偏光显微镜、扫描电镜等设备观察页岩的岩石结构和矿物组成；运用X射线衍射仪分析矿物成分；通过热解仪、元素分析仪等测定有机质含量、类型和成熟度等参数；采用压汞仪、低温氮吸附仪等测试页岩的孔隙结构和孔径分布。通过这些实验分析，获取页岩的基本特征和相关参数，为研究沉积构造与页岩气生成保存的关系提供实验依据。数值模拟：运用PetroMod、ComsolMultiphysics等数值模拟软件，建立页岩沉积构造模型、生烃模型和渗流模型等。通过模拟不同地质条件下页岩的沉积过程、构造变形、有机质生烃和页岩气运移保存等过程，分析沉积构造对页岩气生成保存的影响机制。数值模拟可以直观地展示地质过程的演化，预测不同条件下的页岩气富集规律，为页岩气勘探开发提供理论指导。综合研究：将地质资料分析、实验结果和数值模拟成果相结合，从沉积学、构造地质学、地球化学等多学科角度，综合研究页岩沉积构造与页岩气生成保存的关系。建立沉积构造-页岩气成藏模式，总结有利于页岩气生成保存的沉积构造条件和地质特征，为川东南地区页岩气勘探开发提供科学依据和技术支持。通过综合研究，全面深入地揭示页岩气成藏机制，提高对页岩气资源的认识和开发利用效率。二、川东南地区地质背景2.1区域地质概况川东南地区地处四川盆地东南部及其边缘，地理位置独特，介于东经105°-110°，北纬28°-32°之间，涵盖重庆市区及涪陵、黔江等区域。该区域东接鄂西山地，南邻云贵高原，西连四川盆地腹地，北靠大巴山，境内长江、乌江贯穿，水运交通便利，319国道纵贯其中，为区域经济发展和地质勘探工作提供了一定的基础条件。在漫长的地质历史时期中，川东南地区经历了多期构造运动和复杂的沉积演化过程，形成了现今独特的地层分布格局。从老到新，主要发育有震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系地层。震旦系灯影组主要为海相碳酸盐岩沉积，岩性以白云岩、藻屑白云岩等为主，记录了晚震旦世时期稳定的浅海沉积环境。寒武系地层岩性多样，包括碎屑岩、泥岩和碳酸盐岩，反映了当时海陆交互的沉积背景。奥陶系以海相沉积为主，主要岩性为灰岩、泥质灰岩和页岩，沉积环境较为稳定。志留系的五峰-龙马溪组是本次研究的重点，该组主要为深水陆棚相沉积，岩性以黑色页岩为主，富含笔石等化石，有机质含量丰富，是川东南地区重要的页岩气储集层位。二叠系早期发生海侵，沉积了栖霞组和茅口组碳酸盐岩台地相地层，茅口晚期受峨眉地裂运动影响，顶部遭受剥蚀。晚二叠世，玄武岩喷发，导致沉积相带分异。三叠系以海相和海陆过渡相沉积为主，早三叠世嘉陵江期-中三叠世雷口坡期为台地相和潮坪相沉积，中三叠世末期的印支运动结束了该地区海相沉积历史，此后进入陆相沉积盆地发育阶段，晚三叠世至早白垩世以陆相碎屑岩沉积为主。白垩系之后，区域以抬升剥蚀为主。在泥盆系和石炭系时期，该区域受云南和东吴构造抬升运动影响，主要以沉积间断和侵蚀为主，地层被剥蚀殆尽，造成地层缺失。在构造特征方面，川东南地区构造复杂，处于多个构造单元的交汇部位，受到多期构造运动的叠加影响。主要构造线方向为北东-南西向，发育一系列褶皱和断裂构造。褶皱构造形态多样，包括紧闭褶皱、开阔褶皱等，轴向多为北东向，枢纽起伏变化较大，转折端形态各异，反映了复杂的构造变形历史。断裂构造主要有北东向和北西向两组，北东向断裂规模较大，切割深度深，对区域构造格局和地层分布起到重要控制作用；北西向断裂规模相对较小，但与北东向断裂相互交切，进一步复杂化了区域构造。这些断裂不仅控制了地层的错动和位移，还对页岩气的运移和保存产生重要影响，一方面，断裂可以作为页岩气的运移通道，促进气体的扩散；另一方面，在合适的条件下，断裂也可以起到封闭作用，有利于页岩气的聚集和保存。区域内的构造运动主要包括加里东运动、海西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动。加里东运动使得川东南地区整体抬升，遭受风化剥蚀，在震旦系与寒武系之间形成平行不整合面。海西运动影响相对较弱，主要表现为区域的升降运动。印支运动是该地区构造演化的重要转折点，结束了海相沉积历史，使地层发生褶皱变形，形成了一系列北东向褶皱构造。燕山运动进一步加强了褶皱和断裂构造的发育，控制了地层的埋藏和热演化过程。喜马拉雅运动则对区域构造进行了最后调整，造成地层的隆升和剥蚀，形成现今的构造地貌格局。这些构造运动的叠加作用，塑造了川东南地区复杂的构造形态，对五峰-龙马溪组页岩的沉积环境、埋藏史和热演化史产生了深远影响，进而影响了页岩气的生成、运移和保存条件。2.2五峰-龙马溪组地层特征五峰-龙马溪组是川东南地区重要的页岩气储集层，其地层特征对于页岩气的生成、运移和保存具有关键影响。在岩性方面，五峰-龙马溪组主要为一套黑色页岩沉积，颜色深黑，质地细腻。其中，五峰组岩性相对单一，主要为黑色含硅质灰质页岩，硅质含量较高，使得岩石硬度较大，脆性增强，有利于后期裂缝的形成和扩展。顶常见深灰色泥灰岩，与上覆龙马溪组呈整合接触，泥灰岩的存在对页岩气起到一定的封盖作用。龙马溪组岩性变化相对较为丰富，上部为深灰色泥岩夹粉砂质泥页岩，粉砂质的加入使岩石的粒度变粗，物性有所改变，孔隙结构更为复杂；下部则以黑色页岩为主，富含笔石等化石，笔石的存在不仅是地层划分和对比的重要标志，也反映了当时水体较深、沉积环境相对安静的特点。黑色页岩有机质含量丰富，为页岩气的生成提供了充足的物质基础。五峰-龙马溪组的厚度在川东南地区呈现出一定的变化规律。在盆地中心区域，沉积环境相对稳定，水体能量较低，五峰-龙马溪组厚度较大，一般可达300-400m，如涪陵地区，优质页岩厚度可达350m左右。向盆地边缘，由于沉积环境的改变和后期构造运动的影响，厚度逐渐变薄。在一些构造活动强烈的区域，如齐岳山断裂附近，地层遭受剥蚀，厚度明显减薄，可能只有几十米。这种厚度的变化对页岩气的储量和分布具有重要影响，较厚的页岩层通常具有更大的页岩气资源潜力。从分布范围来看，五峰-龙马溪组在川东南地区广泛分布，覆盖了重庆、贵州北部、湖北西部等多个区域。在重庆涪陵、綦江等地，五峰-龙马溪组页岩气勘探开发取得了显著成果，已成为我国重要的页岩气产区。在贵州北部的习水、桐梓地区以及湖北西部的宜昌、恩施等地，也有较好的页岩气显示。其分布范围受沉积相带和构造格局的控制，主要位于深水陆棚相沉积区域，该区域沉积环境稳定，富含有机质，有利于页岩的沉积和保存。同时，区域构造运动也对其分布产生影响，如褶皱和断裂的发育，改变了地层的形态和连续性，使得五峰-龙马溪组在局部地区出现缺失或错断。三、五峰-龙马溪组页岩沉积构造模拟3.1模拟方法与数据来源本研究采用PetroMod盆地模拟软件对川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造进行模拟。PetroMod是一款功能强大的含油气系统模拟软件，由德国IES公司开发，能够在同一平台下实现一维、二维、基于层面、多一维和三维模拟操作，并且数据可在多维模块中共享。其先进的油气运移模拟技术，不仅提供经典的达西定律模拟器和现代的流线法模拟器，还创新性地开发了兼有两者优点的组合模拟器，既能保证模拟精度，又能提高运算速度。该软件成功将多组份、多相态油气生成、运移技术融入常规的2D和3D含油气系统模拟过程，具有良好的系统性和灵活性，能够处理火成岩侵入、盐丘刺穿、胶结、液压缝等特殊地质现象，还可通过灵活的可视化功能建立三维含油气系统模拟所需的3D地质模型，为研究五峰-龙马溪组页岩沉积构造提供了有力工具。在数据来源方面，地层数据主要通过收集研究区的钻井资料获得。对区内多口钻井的岩心进行详细观察和描述，记录不同层位的岩性、厚度、沉积构造等信息。利用测井曲线，如自然伽马、电阻率、声波时差等，对地层进行精确划分和对比，获取地层的物性参数，进一步明确五峰-龙马溪组页岩在纵向上的变化特征。同时，参考区域地质资料，了解研究区地层的整体分布和沉积演化历史，为模拟提供宏观背景信息。构造数据的获取则综合运用多种手段。通过地震资料解释，识别研究区的断层、褶皱等构造形态，确定构造的走向、倾向、倾角等参数。分析区域构造演化史，研究多期构造运动对五峰-龙马溪组页岩的影响，包括构造变形的时间、强度和方式等。结合野外地质调查，对地表出露的构造进行实地观测和测量，验证和补充地震解释结果，确保构造数据的准确性和可靠性。热史数据的确定相对复杂，需要综合多种方法。首先，通过分析研究区的古地温梯度资料，了解不同地质时期的地温变化情况。利用磷灰石裂变径迹分析、镜质体反射率等古温标，恢复地层的热演化历史，获取五峰-龙马溪组页岩在埋藏过程中的温度变化数据。参考区域内岩浆活动、热流值等资料，考虑热异常事件对页岩热史的影响，建立准确的热史模型。此外，还结合前人研究成果，对热史数据进行验证和修正，提高数据的可信度。通过多途径获取的数据，为PetroMod盆地模拟软件提供了丰富且准确的输入参数，确保模拟结果能够真实反映川东南地区五峰-龙马溪组页岩的沉积构造特征。3.2沉积构造模拟结果通过PetroMod盆地模拟软件，对川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造进行模拟，得到了丰富且具有重要意义的结果，清晰展示了该地区在五峰-龙马溪组页岩沉积时期的古地理、古构造格局及演化过程。在古地理格局方面，模拟结果显示，五峰-龙马溪组沉积时期，川东南地区整体处于海洋环境，主要为深水陆棚相沉积。在现今的涪陵、长宁等地区，为深水陆棚的中心区域，水体较深，通常在100-200m之间，海底地形相对平坦，水动力条件较弱，沉积物以细粒的泥质和硅质为主，有利于黑色页岩的沉积和保存。陆棚边缘靠近古隆起，如乐山-龙女寺古隆起和黔中-雪峰古隆起，地形逐渐变浅，水体能量有所增强，沉积了一些粉砂质泥岩和泥灰岩等。在古隆起附近，由于地形较高，沉积物供应相对较少，地层厚度较薄。随着时间的推移，古地理格局发生了一定的变化。在沉积早期，陆棚范围相对较小，随着海平面的逐渐上升，陆棚向古隆起方向扩展，沉积范围逐渐扩大。在沉积晚期，由于构造运动的影响，部分地区出现了局部的地形起伏，导致沉积环境有所改变，如在一些局部低洼区域，沉积物厚度增加，岩性也有所变化。古构造格局方面，模拟结果表明，五峰-龙马溪组沉积时期，川东南地区主要受区域构造应力场的控制，构造运动相对稳定，但仍存在一些局部的构造活动。区域上，主要构造线方向为北东-南西向，与现今的构造格局有一定的继承性。在该时期，发育了一些小型的断裂和褶皱构造，这些构造对沉积环境和地层分布产生了一定的影响。一些断裂控制了沉积物的搬运方向和沉积中心的位置，使得地层厚度和岩性在断裂两侧出现差异。褶皱构造则改变了地层的产状，形成了一些局部的背斜和向斜构造，在背斜顶部，地层遭受剥蚀，厚度减薄；在向斜底部，沉积物堆积，厚度增大。随着时间的推移，构造运动逐渐增强，在加里东运动时期，区域整体抬升，五峰-龙马溪组地层遭受剥蚀，剥蚀程度在不同地区有所差异，靠近古隆起的地区剥蚀量较大，导致地层厚度明显减薄。此后，在海西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等多期构造运动的叠加影响下，构造格局进一步复杂化，形成了现今复杂的褶皱和断裂构造体系。模拟结果还展示了五峰-龙马溪组页岩沉积构造的演化过程。从沉积初期到末期，经历了沉积、压实、构造变形等多个阶段。在沉积阶段，沉积物在深水陆棚环境中逐渐堆积，形成了五峰-龙马溪组页岩的原始地层。随着沉积物的不断堆积，地层逐渐被压实，孔隙度减小，岩石密度增大。在构造变形阶段，受到多期构造运动的影响，地层发生褶皱和断裂，形成了各种构造形态。在褶皱过程中，地层发生弯曲变形，形成背斜和向斜，背斜顶部由于拉伸作用，容易产生裂缝，为页岩气的运移提供了通道；向斜底部由于挤压作用，岩石致密，有利于页岩气的保存。断裂的形成则打破了地层的连续性，一方面，断裂可以作为页岩气的运移通道，使页岩气在不同地层之间进行运移；另一方面，断裂也可能导致页岩气的逸散，当断裂与地表连通时，页岩气会沿着断裂向上运移，最终散失到大气中。在构造演化过程中，不同地区的构造变形程度和方式存在差异，这与区域构造应力场、岩石力学性质等因素密切相关。四、页岩沉积构造对页岩气生成的影响4.1有机质富集与演化沉积构造在页岩气生成过程中扮演着关键角色，其对有机质的输入、保存与热演化产生多方面影响，进而决定了页岩气的生成潜力。沉积环境与沉积构造密切相关，不同的沉积构造环境决定了有机质的输入来源和数量。在五峰-龙马溪组页岩沉积时期，深水陆棚相沉积环境稳定，水体安静，为有机质的大量输入提供了有利条件。研究表明，在深水陆棚中心区域，沉积速率相对较低，一般为0.01-0.05cm/ka，使得海洋生物有足够的时间繁衍和堆积，大量的浮游生物、藻类等在死亡后沉入海底，成为有机质的主要来源。这些生物遗体在沉积过程中，随着时间的推移逐渐被埋藏，为页岩气的生成奠定了物质基础。相比之下，在靠近陆源区的沉积构造环境中，陆源碎屑物质输入量大，沉积速率较高，可达0.1-0.5cm/ka，会稀释有机质的含量，不利于有机质的富集。沉积构造还对有机质的保存起着重要作用。氧化还原条件是影响有机质保存的关键因素之一，而沉积构造可以控制氧化还原环境。在深水陆棚相沉积中，水体较深，底层水处于缺氧状态，这种还原环境有利于有机质的保存。研究发现，五峰-龙马溪组页岩中，当水体的氧化还原电位（Eh）低于-100mV时，有机质的保存率明显提高。此外，沉积构造中的纹层构造也对有机质保存有影响。水平纹层发育的页岩，其沉积过程相对稳定，能够减少有机质与氧气的接触，从而有利于有机质的保存。通过对岩心样品的观察和分析发现，水平纹层页岩中的有机质含量比块状构造页岩高出20%-30%。热演化是有机质转化为页岩气的重要过程，沉积构造对有机质的热演化也有显著影响。构造运动导致的地层埋藏和抬升，会改变页岩的热历史，进而影响有机质的演化进程。以川东南地区为例，加里东运动使五峰-龙马溪组页岩经历了抬升剥蚀，地层温度降低，有机质热演化速率减缓。而在后期的燕山运动和喜马拉雅运动中，地层再次埋藏，温度升高，有机质热演化加速。研究表明，页岩的热演化程度与埋藏深度和古地温梯度密切相关。当埋藏深度增加1000m，古地温梯度为3℃/100m时，有机质成熟度（Ro）可提高0.3%-0.5%。此外，构造应力也会影响有机质的热演化。在构造应力作用下，页岩中的有机质分子结构会发生变化，降低有机质的活化能，促进有机质向页岩气的转化。通过热模拟实验发现，在相同的温度和时间条件下，受到构造应力作用的页岩样品，其生烃量比未受应力作用的样品高出10%-20%。4.2生烃过程与关键时期基于上述对有机质富集与演化的分析，结合模拟结果，进一步确定不同沉积构造背景下页岩气的生烃过程及关键生烃时期，对深入理解页岩气的生成机制具有重要意义。在深水陆棚相沉积构造背景下，五峰-龙马溪组页岩的生烃过程呈现出阶段性特征。早期，随着有机质的大量沉积和埋藏，地层温度逐渐升高，当温度达到60-80℃时，进入生物化学气生成阶段。此时，微生物对有机质进行分解，产生少量的甲烷等气体，这些气体主要以吸附态存在于页岩的孔隙表面。随着埋藏深度的进一步增加，温度升高到100-150℃，进入热解气生成阶段。在这个阶段，有机质在热作用下发生裂解，大量生成甲烷、乙烷等烃类气体，气体的生成量随着温度的升高而迅速增加。研究表明，在热解气生成阶段，每升高10℃，页岩的生烃量可增加20%-30%。当温度超过150℃后，有机质逐渐趋于成熟，生烃速率逐渐减缓，进入干气生成阶段。此时，主要生成甲烷等干气，气体的组成相对简单。关键生烃时期主要集中在晚二叠世-早三叠世和中侏罗世-早白垩世。在晚二叠世-早三叠世，受区域构造运动的影响，地层发生快速埋藏，古地温梯度升高，达到3.5-4.5℃/100m，为有机质的快速生烃提供了有利条件。以长宁地区为例，在这一时期，五峰-龙马溪组页岩的埋藏深度增加了1000-1500m，温度升高了35-60℃，生烃量显著增加。中侏罗世-早白垩世，构造运动再次导致地层的埋藏和热演化，使得页岩气的生成进一步加强。在焦石坝地区，该时期页岩的成熟度（Ro）从1.5%增加到2.5%，生烃量也随之大幅提高。这两个关键生烃时期的确定，与区域构造演化和地层热历史密切相关，对页岩气的资源潜力评估和勘探开发具有重要的指导意义。在靠近古隆起的沉积构造背景下，生烃过程和关键生烃时期与深水陆棚相存在一定差异。由于古隆起的存在，沉积厚度相对较薄，地层埋藏较浅，生烃过程相对滞后。生物化学气生成阶段可能在温度达到70-90℃时开始，热解气生成阶段在120-160℃之间，干气生成阶段则在160℃以上。关键生烃时期主要集中在中侏罗世-早白垩世，这是因为在该时期，虽然古隆起地区整体埋藏较浅，但构造运动导致局部地区地层发生褶皱和断裂，使得部分页岩的埋藏深度增加，温度升高，从而促进了生烃作用。例如，在威远地区，中侏罗世-早白垩世期间，由于局部构造变形，部分五峰-龙马溪组页岩的埋藏深度增加了500-800m，温度升高了15-25℃，生烃量明显增加。这种差异表明，沉积构造背景对页岩气的生烃过程和关键生烃时期具有显著影响，在页岩气勘探开发中需要充分考虑不同地区的沉积构造特征。五、页岩沉积构造对页岩气保存的影响5.1保存条件分析页岩气保存条件是决定其能否有效富集和开采的关键因素，而沉积构造在其中扮演着至关重要的角色，主要通过盖层、断层、褶皱等方面对页岩气保存条件产生影响。盖层作为页岩气藏的重要组成部分，对页岩气的保存起着关键的封盖作用。在川东南地区五峰-龙马溪组页岩中，盖层主要为上覆的泥岩、粉砂质泥岩等细粒沉积物。这些盖层的岩性致密，孔隙度低，渗透率小，一般孔隙度小于5%，渗透率低于0.1mD，能够有效阻止页岩气的向上逸散。盖层的厚度也对页岩气保存有着重要影响，通常情况下，盖层厚度越大，其封盖能力越强。在涪陵地区，五峰-龙马溪组页岩的上覆盖层厚度可达100-200m，为页岩气的保存提供了良好的条件。此外，盖层的连续性也是影响页岩气保存的重要因素，连续的盖层能够更好地阻挡页岩气的运移通道，减少页岩气的散失。在长宁地区，由于构造运动相对稳定，盖层连续性较好，页岩气保存条件相对优越，页岩气含量较高。断层作为岩石的破裂面，对页岩气保存条件的影响较为复杂，既可能是页岩气逸散的通道，也可能在一定条件下起到封闭作用。根据断层的活动性和封闭性，可将其分为开启性断层和封闭性断层。开启性断层通常是在构造运动过程中形成的，其断层面两侧岩石破碎，孔隙和裂缝发育，连通性好，为页岩气的运移提供了通道。当开启性断层与地表或其他含水层连通时，页岩气会沿着断层向上运移，最终散失到大气中或被水替代，导致页岩气藏的破坏。在川东南地区，一些北东向的大型断层，如齐岳山断裂，在晚燕山运动和喜马拉雅运动时期活动强烈，导致部分页岩气藏遭受破坏，页岩气含量明显降低。封闭性断层则是由于断层两盘岩石的挤压、摩擦和胶结作用，使得断层面附近岩石致密，孔隙和裂缝被充填，从而阻止了页岩气的运移。封闭性断层的形成与断层的性质、活动历史以及岩石的力学性质等因素密切相关。逆断层由于受到挤压作用，断层面紧闭，封闭性较好；而正断层由于受到拉伸作用，断层面相对开放，封闭性较差。在黔北地区，一些小型的逆断层，其断层面附近岩石致密，封闭性良好，对页岩气起到了有效的封挡作用，使得断层下盘的页岩气得以保存。褶皱构造通过改变地层的形态和应力状态，对页岩气保存条件产生重要影响。在褶皱构造中，背斜和向斜是两种基本的构造形态，它们对页岩气保存的影响有所不同。背斜顶部由于受到拉伸作用，岩石破碎，孔隙和裂缝发育，有利于页岩气的运移，但同时也增加了页岩气逸散的风险。如果背斜顶部的盖层完整性遭到破坏，页岩气就容易沿着裂缝向上运移，导致气藏的散失。然而，在一些情况下，背斜顶部的裂缝在后期可能被矿物质充填，或者盖层具有良好的封盖能力，此时背斜顶部也可以成为页岩气的有利聚集区。例如，在威远地区的一些背斜构造中，虽然顶部裂缝发育，但由于盖层厚度大、封闭性好，页岩气依然能够得到较好的保存。向斜构造由于地层凹陷，岩石受到挤压作用，孔隙度减小，渗透率降低，有利于页岩气的保存。向斜底部的页岩气在压力作用下，更容易被压实和封闭在页岩层中。此外，向斜构造中的地层产状相对平缓，减少了页岩气因重力作用而发生运移的可能性。在焦石坝地区，五峰-龙马溪组页岩主要分布在向斜构造中，页岩气保存条件良好，页岩气产量较高。褶皱的紧闭程度和轴向方向也会影响页岩气的保存条件。紧闭褶皱的轴部应力集中，岩石变形强烈，可能导致裂缝的产生和页岩气的逸散；而开阔褶皱的轴部应力相对较小，对页岩气保存较为有利。褶皱轴向与区域构造应力方向的关系也会影响页岩气的保存，当褶皱轴向与构造应力方向垂直时，褶皱的稳定性较好，有利于页岩气的保存；当两者平行时，褶皱容易受到应力的破坏，影响页岩气的保存。5.2保存主控因素在页岩气保存条件中，构造样式和断裂活动是至关重要的主控因素，对页岩气的保存与散失起着决定性作用。构造样式的不同，直接影响着页岩气的保存环境。在川东南地区，宽缓的褶皱构造对页岩气保存较为有利。以长宁地区为例，该区域发育的宽缓向斜构造，地层产状平缓，一般倾角在5°-15°之间，使得页岩气在储层中受到的重力分异作用较小，减少了页岩气因重力而发生运移和散失的可能性。向斜构造的轴部由于受到挤压作用，岩石致密，孔隙度降低，渗透率减小，进一步增强了页岩气的保存能力。研究表明，在宽缓向斜构造中，页岩气的保存系数可达到0.8-0.9，明显高于其他构造样式。相比之下，紧闭褶皱构造对页岩气保存存在一定风险。紧闭褶皱的轴部应力集中，岩石破碎，容易产生大量裂缝，这些裂缝虽然在一定程度上增加了页岩气的运移通道，但也加大了页岩气逸散的风险。在一些紧闭褶皱地区，由于裂缝发育，页岩气的保存系数可能降至0.5-0.6，导致页岩气含量明显降低。断裂活动对页岩气保存的影响同样显著。断裂的活动性是影响页岩气保存的关键因素之一。活动性强的断裂，如齐岳山断裂在晚燕山运动和喜马拉雅运动时期强烈活动，断层面两侧岩石破碎，形成了良好的渗流通道，使得页岩气容易沿着断裂向上运移，最终散失到大气中或被水替代。研究发现，在断裂活动性强的区域，页岩气的散失速率可达到每年0.5-1.0m³/m²。而封闭性较好的断裂则对页岩气起到封挡作用，有利于页岩气的保存。在黔北地区的一些小型逆断层，断层面两侧岩石在挤压作用下紧密接触，再加上后期的胶结作用，使得断层面附近岩石致密，孔隙和裂缝被充填，有效阻止了页岩气的运移。这些封闭性断裂的存在，使得断层下盘的页岩气得以保存，页岩气含量较高。断裂的切割程度也对页岩气保存条件产生重要影响。当断裂切割深度大，贯穿整个页岩储层时，页岩气的保存条件会受到严重破坏。例如，一些大型正断层，其切割深度可达数千米，将页岩储层完全断开，使得页岩气在上下盘之间失去了有效的封闭条件，大量页岩气通过断裂散失。相反，切割程度较小的断裂，对页岩气保存条件的影响相对较小。如果断裂仅在页岩储层的局部区域发育，且未贯穿整个储层，页岩气仍可在未受断裂影响的区域得以保存。在川东南地区的一些局部构造中，小型断裂的切割范围有限，页岩气在远离断裂的区域依然保持着较高的含量。六、案例分析6.1典型气田页岩沉积构造与页岩气特征以焦石坝、彭水等气田为例，深入剖析其五峰-龙马溪组页岩沉积构造及页岩气生成保存特征，对于验证前文理论分析、揭示页岩气成藏规律具有重要意义。焦石坝气田位于重庆市涪陵区，是我国首个大型页岩气田，在页岩气勘探开发领域具有重要地位。该气田五峰-龙马溪组页岩沉积构造以深水陆棚相为主，沉积环境稳定，水体安静，有利于细粒沉积物的堆积和有机质的保存。页岩厚度较大，一般在300-350m之间，其中优质页岩段厚度可达100-150m。岩性主要为黑色页岩，富含笔石等化石，有机质含量高，TOC（总有机碳）含量平均可达3.5%-4.5%，为页岩气的生成提供了丰富的物质基础。从沉积构造细节来看，焦石坝气田五峰-龙马溪组页岩发育水平层理，纹层厚度一般在0.1-0.5mm之间，反映了沉积过程中水体能量低、沉积稳定的特点。这种水平层理构造有利于有机质的保存，减少了有机质与氧气的接触，降低了有机质的氧化分解程度。此外，页岩中还发育少量的生物扰动构造，主要表现为虫孔和生物遗迹，这些构造在一定程度上改善了页岩的孔隙结构，增加了页岩的渗透性。在页岩气生成方面，焦石坝气田五峰-龙马溪组页岩经历了复杂的热演化过程。根据镜质体反射率（Ro）分析，该地区页岩的成熟度较高，Ro值一般在2.0%-2.5%之间，处于高成熟-过成熟阶段，已大量生成页岩气。通过对页岩气组成成分的分析，发现甲烷含量高达95%以上，乙烷及以上重烃含量较低，这表明页岩气主要以干气为主，是有机质在高温热演化条件下的产物。在页岩气保存方面，焦石坝气田具备良好的保存条件。盖层主要为上覆的泥岩和粉砂质泥岩，厚度较大，一般在100-200m之间，岩性致密，孔隙度低，渗透率小，能够有效阻止页岩气的向上逸散。构造上，该气田处于向斜构造中，地层产状平缓，一般倾角在5°-10°之间，减少了页岩气因重力作用而发生运移的可能性。同时，向斜构造的轴部由于受到挤压作用，岩石致密，孔隙度降低，渗透率减小，进一步增强了页岩气的保存能力。此外，该地区断裂不发育，减少了页岩气沿断裂逸散的风险。彭水地区位于渝东南，该区域五峰-龙马溪组页岩沉积构造以深水陆棚相和浅水陆棚相过渡带为主，沉积环境相对复杂。页岩厚度在200-300m之间，相较于焦石坝气田略薄。岩性主要为黑色页岩和灰黑色页岩，夹少量粉砂质页岩。有机质含量相对较低，TOC含量平均在2.0%-3.0%之间。彭水地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造特征表现为，水平层理和波状层理较为发育。水平层理反映了水体相对安静的沉积环境，而波状层理则表明在沉积过程中水体能量有一定的波动。页岩中还可见到一些小型的交错层理，主要发育在粉砂质页岩层中，这与沉积时水体的局部流动有关。生物扰动构造在该地区也较为常见，生物扰动程度相对焦石坝气田更高，对页岩的孔隙结构和渗透性影响更为显著。在页岩气生成方面，彭水地区五峰-龙马溪组页岩的成熟度适中，Ro值一般在1.5%-2.0%之间，处于成熟-高成熟阶段。页岩气组成中甲烷含量在90%-95%之间，重烃含量相对焦石坝气田略高，这与页岩的成熟度和有机质类型有关。在页岩气保存方面，彭水地区的保存条件相对复杂。盖层同样为泥岩和粉砂质泥岩，但厚度相对较薄，一般在50-100m之间，封盖能力相对较弱。构造上，该地区处于褶皱构造的翼部，地层倾角相对较大，一般在15°-30°之间，增加了页岩气因重力作用而发生运移的风险。此外，该地区存在一些小型断裂，虽然规模较小，但仍可能成为页岩气逸散的通道。不过，在一些局部构造相对稳定的区域，页岩气仍能得到较好的保存。6.2沉积构造对页岩气生成保存的具体影响通过对焦石坝和彭水地区的案例分析可知，沉积构造对页岩气生成保存有着具体且显著的影响。在页岩气生成方面，沉积构造决定了有机质的富集程度。焦石坝气田深水陆棚相沉积构造使得水体安静，沉积速率低，有利于海洋生物遗体的大量堆积，TOC含量平均可达3.5%-4.5%，为页岩气生成提供了充足的物质基础。而彭水地区处于深水陆棚和浅水陆棚相过渡带，沉积环境相对复杂，水体能量有波动，导致有机质输入相对较少，TOC含量平均在2.0%-3.0%之间，低于焦石坝气田。这表明稳定的深水陆棚相沉积构造更有利于有机质的富集，从而增加页岩气的生成量。沉积构造还影响有机质的热演化进程。焦石坝气田受多期构造运动影响，地层埋藏和抬升过程使得页岩经历了复杂的热演化，成熟度Ro值一般在2.0%-2.5%之间，处于高成熟-过成熟阶段，大量生成页岩气。彭水地区虽然也经历构造运动，但由于其特殊的构造位置和沉积环境，页岩成熟度Ro值一般在1.5%-2.0%之间，处于成熟-高成熟阶段，生烃量相对焦石坝气田较少。这说明构造运动导致的地层埋藏和热历史变化，对页岩气的生成时期和生成量有着重要影响，不同的沉积构造背景下，页岩气的生成进程存在差异。在页岩气保存方面，沉积构造控制着保存条件。焦石坝气田处于向斜构造，地层产状平缓，盖层厚度大且岩性致密，断裂不发育，这些因素使得页岩气保存条件良好。据统计，该气田页岩气保存系数可达0.8-0.9，页岩气含量高。而彭水地区处于褶皱构造翼部，地层倾角较大，盖层厚度相对较薄，还存在一些小型断裂，增加了页岩气逸散的风险。其页岩气保存系数相对较低，约为0.6-0.7，页岩气含量也相应减少。这表明向斜构造、厚而致密的盖层以及稳定的构造环境等沉积构造特征，对页岩气的保存至关重要，有利于提高页岩气的富集程度。七、结论与展望7.1研究主要成果本研究通过对川东南地区五峰-龙马溪组页岩沉积构造模拟