本次研究中的6口井均由斯伦贝谢公司的高分辨率电成像测井仪(简称FMI-HD)采集完成, 资料的处理与解释工作是在交互式解释工作站上利用斯伦贝谢公司的Techlog软件完成的。FMI-HD仪器通过192个微电极对井壁深度1~1.4 cm范围内的地层进行测量得到192条微电阻率曲线, 通过对微电阻率曲线的图像处理, 可把井壁附近各点之间电阻率的差别转变为彩色图像, 图像颜色越深表示电阻率越低, 反之, 则越高。FMI-HD图像的纵向高分辨率为5 mm, 在8.5英寸的井眼中覆盖率为75%(钟光法和马在田, 2001; Rider, 2002), 通过图像观察和解释可以揭示岩石内部结构和构造特征, 如纹层形态、裂缝、断层等(赖锦等, 2023)。

通过电成像测井资料的直接解释, 可以了解地层沉积构造特征的概貌。常规测井、岩性扫描测井解释和电成像测井资料的结合可以确定沉积构造对应的地层矿物组分特征, 通过岩心标定可以建立沉积构造与电成像测井响应之间的关系。大安地区龙马溪组滑塌体主要发育在龙一₂亚段— 龙二段厚层灰黑色页岩地层内, 在FMI-HD电成像图像上与正常页岩有明显区别, 正常页岩段内纹层的形态单一、厚度稳定、相互平行、倾角平缓、倾向一致, 且与顶底层面的产状相同, 呈水平层理的特征, 而滑塌体内常见变形层理、裂缝特征, 纹层形态多变、倾角较高、倾向杂乱, 并多见纹层被裂缝切割、错断或终止的现象。滑塌体被夹持在正常页岩内, 呈层状特征, 与上覆和下伏正常页岩界线截然, 以沉积侵蚀界面与下伏页岩相接触。滑塌体对应层段及其上下的自然伽马等常规测井曲线起伏较弱, 由斯伦贝谢公司岩性扫描测井计算得到的矿物剖面指示该段矿物组成与含量与上覆和下伏正常页岩无明显差异: 硅质矿物(石英+长石)平均含量为49.3%, 钙质矿物(方解石+白云石)平均含量6.5%, 黏土矿物平均含量44.2%(图 2-A)。通过岩心深度归位到FMI-HD资料后发现, 滑塌体页岩和正常页岩在岩心上无明显差异, 两者颜色一致, 均呈单一的灰黑色, 纹层之间无色差, 难以通过肉眼分辨纹层和沉积构造(图 2-B), 但在偏光显微镜下滑塌体页岩纹层特征清晰, 硅质矿物和钙质矿物含量较高的纹层颜色较亮, 黏土矿物含量较高的纹层颜色较暗(图 2-C)。与之相似, 在FMI-HD图像上也表现出明显的纹层结构特征, 并呈书页状高频亮暗互层变化, 图像上亮色纹层的电阻率较高, 暗色纹层的电阻率较低, 由于硅质矿物和钙质矿物的电阻率远高于黏土矿物的电阻率(吴庆岩和张爱军, 1998), 不难判断亮色纹层应与富硅纹层或富钙纹层相对应, 暗色纹层则与富黏土矿物纹层对应, FMI-HD图像上的变形层理为纹层同生卷曲变形的表现。

图 2

Fig.2

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	图 2 川南大安地区E井中龙一2亚段— 龙二段滑塌体页岩与正常页岩特征 A— 滑塌体页岩与正常页岩的FMI-HD电成像测井特征; B— 滑塌体页岩与正常页岩的岩心特征; B— 滑塌体页岩的岩石薄片特征; Fig.2 Characteristics of landslides shale and normal shale in the Long12 Sub-member and Long2 Member in well E in Da'an area of southern Sichuan Basin

基于FMI-HD图像特征, 可进一步在滑塌体页岩内识别出滑塌构造和滑动构造。其图像结构特征和成因简述如下:

1)滑塌构造: 滑塌构造是大安地区龙一₂亚段— 龙二段内最为典型的沉积构造类型, 发育段内岩性为灰黑色含笔石碳质页岩或含粉砂碳质页岩, 单层厚度0.5~20 m, 在FMI-HD图像上纹层连续变化, 无错动和终止, 构成卷曲、横卧、倒转、微褶皱等复杂的形态特征, 但纹层的形态变化只局限在1个层内, 不影响到上下层, 以沉积侵蚀界面或断层面与下伏正常页岩之间呈突变接触关系(图 3-A), 指示了其为原生水平层理在同生期受到强烈揉皱、变形作用的产物, 在力学性质上主要为弹性— 塑性形变。

图 3

Fig.3

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	图 3 川南大安地区A井中龙一2亚段— 龙二段滑塌体内滑塌构造和滑动构造的FMI-HD电成像测井特征 FMI-HD电成像上裂缝和断层的形态相似, 均呈正弦曲线切割纹层的缝面, 裂缝缝面前后的纹层是连续的, 断层缝面前后的纹层具有位移, 是错动或终止的; A中x836.4-x839 m纹层卷曲横卧; B中x889-x892 m纹层角度较高, x892 m以下低角度裂缝和断层发育, 构成剪切滑移动面Fig.3 Borehole image log characteristics of slump structure and slide structure in the Long12 Sub-member and Long2 Member in Well A in Da'an area of southern Sichuan Basin

2)滑动构造: 滑动构造发育段岩性与滑塌构造一致, 单层厚度2~35 m, 仅局限在1个层内, 可单独出现, 也可与滑塌构造组合出现, 常紧邻于滑塌构造发育段之下, 在FMI-HD图像上与正常页岩之间的图像特征迥异、界面截然, 与下伏的正常页岩之间存在明显的剪切滑移面, 表现为发育大量的低角度裂缝和断层, 将地层分割为大小不一的碎块(图 3-B)。滑动构造发育段的页岩纹层无卷曲、揉皱等同生变形现象, 但常为中高角度地层倾角, 表现出厚层异地搬运岩块的沉积特征。这些现象指示了滑动构造是成岩期后固结或弱固结的页岩块体受到顺层剪切滑移作用后的产物, 在力学性质上主要为弹性形变。

大安地区6口钻井中的FMI-HD图像显示滑塌体出现的层位稳定, 均发育在龙一₂亚段— 龙二段内, 但首层滑塌体出现的位置在不同井中并不相同, 距龙一₂亚段底界最小为18 m, 最大为41 m, 滑塌体页岩层被正常页岩层相隔, 岩性与正常页岩层基本一致, 矿物组成与含量在纵向上无明显变化。这6口钻井的井间距较小, 为5~11 km, 不同井中滑塌体的层数也有明显不同, 单井中最多可达35层, 最少为9层。这些现象说明大安地区龙一₂亚段— 龙二段页岩内滑塌体是事件性沉积作用的结果, 单层滑塌体的分布面积较局限, 具有被搬运距离近、堆积沉积速度快的特点, 不同井区对同一滑塌作用的沉积响应区别较大, 单层滑塌体可能是对1次滑塌作用的沉积响应, 也可能是多次滑塌作用堆积的结果, 缺乏横向对比性(图 4)。

图 4

Fig.4

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	图 4 川南大安地区龙一2亚段— 龙二段滑塌体对比剖面图(剖面位置见图 1)Fig.4 Multi-well correlation profile for landslides in the Long12 Sub-member and Long2 Member in Da'an area of southern Sichuan Basin(Profile location is show in Fig.1)

纵向上, 单层滑塌体的平均厚度一般为4.5~10 m, 最厚为32.4 m, 单井中滑塌体累计厚度最大可达194.45 m, 自下而上滑塌体的发育程度有先增强后减弱的趋势, 在龙一₂亚段中上部发育程度最高, 单层厚度最大, 至龙二段单层厚度变小, 滑塌强度变弱。此外, 在滑塌体内, 特别是滑动构造内发育有大量的裂缝与断层, 不同滑塌体层内的裂缝和断层特征在纵向上相似程度较高, 倾角均为中低角度, 走向均为北东— 南西向。

横向上, 自北向南, 滑塌体的单层厚度和累计厚度有减小趋势, 滑塌体之间的隔层厚度有增大趋势, 北部的A井中滑塌体多为滑动构造与滑塌构造的组合, 单层滑塌体的平均厚度为10 m, 滑塌体层的累计厚度为194.45 m, 隔层的平均厚度为2.6 m, 而至南部的F井中的滑塌体则主要表现为滑塌构造, 单层滑塌体的平均厚度为4.5 m, 滑塌体层的累计厚度为44.7 m, 隔层的平均厚度为9.4 m(图 5)。单井滑塌体中裂缝、断层的产状以及发育强度与该井所处构造带内的断层产状、该井距离断层的远近没有明显关系, 在横向上不同构造位置上的井中的滑塌体都发育有大量的裂缝和断层, 并且倾角均为中低角度, 平均为18° ~35° , 走向也基本一致, 都为北东— 南西向(图 6)。

图 5

Fig.5

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	图 5 川南大安地区龙一2亚段— 龙二段滑塌体层层数、厚度与隔层统计 B、D中数据为平均值Fig.5 Statistics for number of layers, thickness of landslide bodies and compartment shale in the Long12 Sub-member and Long2 Member in Da'an area of southern Sichuan Basin

图 6

Fig.6

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	图 6 川南大安地区龙一2亚段— 龙二段滑塌体内裂缝与断层的产状统计Fig.6 Statistics for fractures and faults in landslide bodies of Long12 Sub-member and Long2 Member in Da'an area of southern Sichuan Basin

综上所述, 大安地区龙一₂亚段— 龙二段页岩滑塌体是事件性沉积作用的产物, 其分布特征与沉积期研究区内北高南低的斜坡背景相耦合, 各井中滑塌体在纵向和横向上具有相似的变形和裂缝、断层特征, 裂缝与断层的优势走向可能代表反映了沉积期斜坡的走向(Alsop et al., 2011), 即北东— 南西向。

前人的研究表明充沛的物源和足够的斜坡坡度是大型滑塌体形成的基础(秦雁群等, 2018; 秦磊等, 2020), 川南大安地区龙一₂亚段— 龙二段沉积时期, 沉积物源充沛, 水下斜坡发育, 具备大型滑塌体形成的基本条件。但大型滑塌体的形成具有多种触发机制(Elger et al., 2018; Minisini et al., 2020; 于吉星等, 2023), 通常归纳为2类: 一类为盆地的内动力因素, 包括快速沉积作用、天然气水合物分解、强大的风暴流、潮汐作用等; 另一类为盆地外动力因素, 主要与构造活动有关, 如地震和断层活动、火山爆发等。

根据大安地区龙一₂亚段— 龙二段滑塌体的形成环境、形态特征以及其他构造或岩相标志对其成因做简要分析如下:

1)大安地区龙一₂亚段— 龙二段页岩多为灰黑色, 普遍发育有水平层理, 反映了其形成于安静低能的沉积环境, 区域地质研究认为该段沉积期沉积水体深度为60~100 m, 最大水深可能超过100 m(蒲泊伶等, 2020), 而风暴作用的平均风暴浪基面水深为40 m, 最大风暴浪基面为85 m, 只有异常强大的风暴才能越过水深65 m的界限(Bose et al., 1988)。大安地区龙一₂亚段— 龙二段滑塌体发育处是风暴、潮汐作用所不能及的水深环境。加之单层滑塌体层厚较大, 平均厚度一般为4.5~10 m, 最厚为32.4 m, 基本可以排除风暴和潮汐作用的因素。

2)滑塌体在6口钻井中均有发现, 具有良好的成层性, 单井中最多发现有35层, 累计厚度最大可达194.45 m, 具有分布范围广、发育层数多、地层厚度大的特点, 滑塌体内的岩石发育有大量的同生变形构造, 正常页岩内发育水平层理, 两者岩性一致, 但沉积构造差异巨大, 界线清晰, 因此无法简单地用顺层滑脱变形的构造作用来解释。

3)不同井中首层滑塌体出现的位置差异较大, 滑塌体的层数也有明显不同, 缺乏横向对比性, 说明单层滑塌体控制面积局限、被搬运距离近、堆积沉积速度快, 用天然气水合物分解作用等因素来解释滑塌体的成因也存在不妥之处。

4)滑塌体层在纵向上重复多次出现, 之间以正常页岩相隔, 表明从时间上讲, 滑塌体层的形成是由周期性、彼此独立的事件所触发。滑塌体中存在大量的低角度裂缝和断层, 其发育密度受控于滑塌体的厚度和发育强度, 与该井附近的构造断层产状以及该井离断层的距离远近没有明显关系, 因此难以将滑塌体简单地归因于断层直接作用的产物。

根据上述分析, 笔者认为大安地区龙一₂亚段— 龙二段中的滑塌体层分布层位稳定、成层特征明显、展布范围广泛、周期性重复夹持在正常页岩内, 具有地震作用触发的滑塌体特征。在地震作用期内, 固结或弱固结的沉积物在斜坡地带发生破裂, 在重力和水流的作用下向斜坡下方滑动堆积, 形成龙一₂亚段— 龙二段的滑塌堆积, 在地震作用间歇期形成正常页岩沉积。滑塌体中的裂缝和断层产状在纵向和横向上均具有较高的相似度, 走向均为北东— 南西向, 反映了滑塌体沉积期内斜坡的走向, 这与施振生等(2020, 2022)和王红岩等(2023)通过地震资料和沉积相分析认为的斜坡走向基本一致, 但斜坡带存在多处地形坡折, 地貌单元复杂多变, 造成不同斜坡部位滑塌体的沉积构造、层数和厚度等特征存在较大差异(图 7)。

图 7

Fig.7

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	图 7 川南大安地区龙一2亚段— 龙二段不同地貌单元滑塌体分布特征(据施振生等, 2022; 舒红林等, 2023; 王红岩等, 2023, 修改)Fig.7 Distribution characteristic of landslide body on different paleo-landscape of the Long12 Sub-member and Long2 Member in Da'an area of southern Sichuan Basin(modified from Shi et al., 2022; Shu et al., 2023; Wang et al., 2023; )

川南龙马溪组龙一₂亚段— 龙二段页岩与上下地层在测录井资料上易于区分, 但龙一₂亚段— 龙二段内部测井曲线形态平直, 波阻抗差异较小, 地震剖面同相轴反射较弱或无反射, 加之录井岩性、颜色单一, 地层划分、对比、追踪难度较大, 当在横向上短距离内出现地层厚度突变时, 往往因地震和测井资料上缺乏足够的信息, 导致对地层厚度变化的成因造成误判, 影响地质综合认识。滑塌体是典型的异地搬运沉积, 可以造成地层在平面上减薄或增厚。FMI-HD电成像测井揭示, 与大安地区同处于乐山— 龙女寺古隆起东南水下斜坡带的威远、自贡、隆昌、涪陵地区在龙马溪组同层位中均发育有大型滑塌体, 这可能是该地区龙一₂亚段— 龙二段厚度在横向上短距离内出现突变现象的原因之一。如包汉勇等(2023)基于地震和常规测录井资料认为涪陵焦石坝地区龙马溪组在平面上厚度的变化是海底微古地貌起伏叠加内潮汐作用导致的, 但从该地区FMI-HD电成像测井观察到, 具有地层厚度突变的井中滑塌构造层厚可达百米以上, 其内部裂缝和断层明显, 且均为中低角度, 这是内潮汐沉积作用难以解释的, 滑塌体的存在可能为分析该地区地层厚度变化的原因提供新的视角。

此外, 川南龙马溪组页岩气勘探开发已取得巨大成功, 但随着各气田开发进入递减期, 单井产量逐年递减, 因此需寻找新的增产阵地。大量地质和工程实践表明天然裂缝是页岩储集层的重要储集空间和主要渗流通道, 影响页岩气的富集、保存、单井产能及开发效果, 特别是离断裂远、横向延伸差的低角度裂缝对页岩气富集和产出具有积极的意义(郭旭升等, 2016; 曾联波等, 2023)。龙一₂亚段— 龙二段中的滑塌体在在龙一₂亚段中上部发育程度最高, 具有厚度大、分布广, 低角度裂缝发育程度高的特点, 滑塌体下伏地层为龙一₁亚段页岩, 是优质的烃源岩, 上覆地层为龙二段厚层泥页岩, 具有良好的盖层条件, 当存在天然气的纵向运移时, 可导致滑塌体内具有较高天然气富集程度, 成为下一步天然气勘探的备用层系, 对提高整个含气页岩段储量动用率及采收率具有重要的意义。