1、節(jié)理的野外研究及裂隙對煤層氣頁巖氣開發(fā)的影響地質(zhì)構(gòu)造是指地殼或巖石圈的巖層和巖體（包括沉積巖層、巖漿巖體和變質(zhì)巖系），在內(nèi)、外地質(zhì)作用下發(fā)生構(gòu)造變形，從而形成的諸如褶皺、節(jié)理、斷層、劈理，以及其他各種面狀和線狀等構(gòu)造。節(jié)理是指巖石中的裂隙，是無明顯位移的斷裂，常成群成組發(fā)育。節(jié)理構(gòu)造在自然界廣泛發(fā)育，對節(jié)理的研究在地質(zhì)中具有極其重要的意義，在地質(zhì)構(gòu)造分析方面，節(jié)理與褶皺、斷層和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造有密切的成因聯(lián)系，并且可以用來分析、恢復(fù)古構(gòu)造應(yīng)力場；在油、氣、水等的研究方面，節(jié)理是這些流體的運移通道、儲集的場所；在礦脈的研究方面，節(jié)理為礦液上升、分散、滲透提供了構(gòu)造條件；在工程地質(zhì)方面，節(jié)理是巖體中的

2、結(jié)構(gòu)面，影響巖體的強度。1節(jié)理的野外觀察和研究野外觀察研究節(jié)理首先要選取合適的節(jié)理觀測點，節(jié)理觀測點一般要求有：巖層露頭良好；構(gòu)造特征清楚，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定；節(jié)理比較發(fā)育（至少有幾十條），有代表性；要求既有平面又有剖面露頭；盡量位于構(gòu)造的重要部位。節(jié)理點的整體布置根據(jù)目的不同，應(yīng)該采取不同的布置方法。為了了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，可以均勻布點；了解褶皺特點，可以在其核部、翼部和傾伏端等部位布點；了解斷層特點，可以在斷層兩側(cè)布點；了解水文地質(zhì)特征，可以在含水層及其頂、底板中布點；了解煤層氣、頁巖氣儲層裂隙特征，在煤層、暗色泥頁巖層及頂?shù)装宀键c。節(jié)理觀測的內(nèi)容：1）、首先應(yīng)了解觀測點的地質(zhì)背景：巖層的產(chǎn)狀、巖

3、性、厚度和層理特征，褶皺與斷層的特點，以及觀測點所在的構(gòu)造部位；2）、區(qū)分構(gòu)造節(jié)理和非構(gòu)造節(jié)理，以及構(gòu)造節(jié)理中為張節(jié)理還是剪節(jié)理；3）、分析節(jié)理的發(fā)育程度與巖層的巖性、厚度及構(gòu)造應(yīng)力的關(guān)系；4）、劃分節(jié)理期、節(jié)理組和節(jié)理系，根據(jù)節(jié)理的交切關(guān)系進行初步的劃分；5）、節(jié)理的延伸情況，在同一層內(nèi)的延伸情況以及在層間的延伸情況；6）、節(jié)理面的觀察：平直程度、擦痕、微剪切羽列等；7）、節(jié)理的組合、交切關(guān)系，主節(jié)理和派生節(jié)理之間的組合形式及力學(xué)成因等關(guān)系；8）、節(jié)理的含礦性及充填性。野外節(jié)理觀測點的記錄1）、首先記錄節(jié)理觀測點的經(jīng)緯度，并在地圖上標(biāo)注；2）、確定觀測地層巖性及所在組、段，分析觀測點所在的構(gòu)

4、造部位，測量地層產(chǎn)狀并記錄；3）、測量節(jié)理產(chǎn)狀并記錄；4）、測量節(jié)理的密度并記錄，節(jié)理密度分為線密度與面密度；5）、對有代表性的節(jié)理進行拍照，可以用羅盤作為參照物，瞄準(zhǔn)器指北；6）、如需采樣，按照要求在巖層中采樣并標(biāo)記。2野外共軛剪節(jié)理的發(fā)育特點野外中由于漫長的地質(zhì)歷史，多次的構(gòu)造運動作用，巖石露頭上經(jīng)常發(fā)育許多組節(jié)理。同一套共軛剪節(jié)理通常具有以下特點：共軛的兩組剪節(jié)理以近于90°的角度（通常為60°120°之間）相交切，具有近似的節(jié)理間距，近似的延伸長度和裂隙張開程度，都沒有充填物或有相同的充填物（礦物成分和粒度大小相似）。共軛的兩組剪節(jié)理幾乎是同時形成的，常相

5、互切斷。共軛剪節(jié)理一定有微量的位錯，表現(xiàn)為一組右行，一組左行，剪節(jié)理的位錯關(guān)系，可以用彼此間或被切斷的其它標(biāo)志物（礫石、巖層或巖性界限）的相對錯動方向來確定，可以用羽列來判斷也可以用節(jié)理面上的擦痕來判斷。馬宗晉等（1965）認(rèn)為一個地區(qū)從平面上來看，區(qū)域性破裂（斷層或節(jié)理）一般總是出現(xiàn)4組或少于4組。巖石在破裂后沒有充填物來愈合的話，共軛見斷裂（斷層與節(jié)理）一般只能出現(xiàn)兩套（4組），也就是說只有頭兩期構(gòu)造應(yīng)力場的作用可能不受干擾地產(chǎn)生兩套共軛剪節(jié)理。如果這四組共軛剪節(jié)理沒有愈合，后期的構(gòu)造應(yīng)力作用將不再產(chǎn)生新的節(jié)理，而是沿著方向相近的早期節(jié)理發(fā)生重新活動。Donath（1961）對各向異性巖石

6、進行了壓縮試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)各項異性面（劈理、層面等各種軟弱面）與擠壓軸呈30°60°交角時，破裂沿原有的軟弱面產(chǎn)生，不再發(fā)生新方位的破裂面。這說明在已經(jīng)破裂的巖石中，破裂面能在一定的范圍內(nèi)影響應(yīng)力的作用，即以本身再活動的方式來釋放應(yīng)力，而不再發(fā)生新的破裂面。如果早期節(jié)理面已經(jīng)愈合，將不受此限制。在三維空間中，巖石破裂的極限尚無定論，有待研究。3與褶皺構(gòu)造有關(guān)的配套節(jié)理縱彎褶皺是在區(qū)域水平擠壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，在區(qū)域水平擠壓應(yīng)力方位不變的情況下，隨著縱彎褶皺的發(fā)生和發(fā)展，在不同的發(fā)展階段和褶皺構(gòu)造的不同部位，局部的應(yīng)力狀態(tài)是不斷變化的，因而會產(chǎn)生不同的配套節(jié)理。（1）、平面共軛剪

7、節(jié)理系平面共軛剪節(jié)理系分為早期平面共軛剪節(jié)理系和晚期平面共軛剪節(jié)理系。1）、早期平面共軛剪節(jié)理系：自區(qū)域水平壓應(yīng)力開始作用于水平巖層至縱彎褶皺即將形成而尚未形成之前，往往會先產(chǎn)生一對早期平面共軛剪節(jié)理系。兩組剪節(jié)理面的交線呈直立狀態(tài)，指向中間主應(yīng)力2的方位，兩組剪節(jié)理面所夾的銳角平分線指示最大主應(yīng)力的方位，鈍夾角平分線指示最小主應(yīng)力的方位。在有些部位，這套節(jié)理系往往會被后來產(chǎn)生的節(jié)理所利用或改造，不能完整的保存下來。2）、晚期平面共軛剪節(jié)理系：隨著縱彎褶皺的形成和發(fā)展，在背、向斜中和層以上往往會各自產(chǎn)生一對共軛剪節(jié)理系。如果背斜是水平的，在背斜核部中和層以上部位，平面共軛剪節(jié)理系銳夾角平分線方

8、向指示的局部最大主應(yīng)力方位，與軸跡方位平行，與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場最小主應(yīng)力方位平行，局部構(gòu)造應(yīng)力場最小方位與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場最大方向平行。如果向斜是水平的，在中和層以上部位，共軛剪節(jié)理系指示的局部構(gòu)造應(yīng)力場方位與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場方位一致。（2）、剖面共軛剪節(jié)理系1）、早期剖面共軛剪節(jié)理系：當(dāng)早期平面共軛剪節(jié)理系形成之后及縱彎褶皺雛形形成之初，最小和中間應(yīng)力方位互換了位置，最小主應(yīng)力方位成為直立，中間主應(yīng)力方位則成為水平。因而，在與最大主應(yīng)力平行的剖面上，往往會產(chǎn)生一對早期剖面共軛剪節(jié)理系，兩組剪節(jié)理所夾銳角的平分線，指向區(qū)域擠壓應(yīng)力的方位。2）、晚期剖面共軛剪節(jié)理系：縱彎褶皺形成后，水平背斜中和面以上

9、，由于局部構(gòu)造應(yīng)力場改變，最大主應(yīng)力方形可能成直立，最小主應(yīng)力與背斜軸跡垂直，中間主應(yīng)力與軸跡平行，在背斜橫剖面上可能發(fā)現(xiàn)晚期剖面共軛剪節(jié)理系，兩組剪節(jié)理鈍夾角方向指示區(qū)域最大主應(yīng)力方位。（3）、橫張節(jié)理，由于最大主應(yīng)力方向的擠壓或者最小主應(yīng)力方向的拉張，常形成平行與最大主應(yīng)力方向的橫張節(jié)理，橫張節(jié)理常常追蹤早期形成的平面共軛剪節(jié)理系而呈鋸齒狀。當(dāng)背斜發(fā)生傾伏時,在傾伏端中和層以上部位常會形成與樞紐平行的張應(yīng)力，因而產(chǎn)生一組晚期橫張節(jié)理，呈楔形張口（不呈鋸齒狀），節(jié)理面與樞紐垂直。（4）、縱張節(jié)理，在縱彎褶皺形成之后，在背斜中和層以上部位，常形成局部橫向張應(yīng)力，產(chǎn)生縱向張節(jié)理，常與背斜軸跡平行

10、，呈楔形開口，在橫剖面上呈扇狀排列，有時也會追蹤晚期平面共軛剪節(jié)理系，呈鋸齒狀延伸。橫彎褶皺中如穹窿構(gòu)造會形成環(huán)狀或放射狀張節(jié)理，由于巖層成彎狀上拱，使巖層普遍受到放射狀和環(huán)狀的張應(yīng)力作用，形成環(huán)狀和放射狀張節(jié)理。4節(jié)理產(chǎn)狀復(fù)平沉積巖的原始產(chǎn)狀一般都呈水平狀態(tài)，由于褶皺和斷層運動等構(gòu)造作用的影響，巖層發(fā)生傾斜和旋轉(zhuǎn)等構(gòu)造變形，從而使巖層產(chǎn)狀發(fā)生了變化。在褶皺和斷層形成的早期，巖層在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的作用下會形成兩組平面共輛剪節(jié)理（例如高家場背斜西翼的緩傾角巖層中發(fā)育的兩組早期平面共輛剪節(jié)理）。對于傾角較大的其它巖層，在它們的節(jié)理組構(gòu)圖中有時可以明顯的分辨出兩個沿層面分布的極密圈，這些節(jié)理垂直于層

11、面，可能也是早期平面共輒剪節(jié)理。但由于巖層的傾斜和旋轉(zhuǎn)，原先在巖層水平狀態(tài)下形成的節(jié)理的產(chǎn)狀也會跟著變化，將巖層恢復(fù)到原始水平狀態(tài)能夠更直觀的認(rèn)識早期共輛剪節(jié)理的發(fā)育特征。巖層從原始水平狀態(tài)演變成現(xiàn)今的狀態(tài)，中間經(jīng)歷了一個復(fù)雜的變形過程。為了將巖層恢復(fù)水平，只能將這個變形過程做一些理想化的假設(shè)，假設(shè)巖層發(fā)生褶皺變形的過程中始終以褶軸為軸發(fā)生彎曲，褶軸的走向一直保持不變。因此，將巖層恢復(fù)水平的工作主要分兩步完成，第一步是將褶皺恢復(fù)成褶軸水平的狀態(tài)，第二步是再將巖層以裙軸為軸旋轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)（如圖1）。圖1：巖層恢復(fù)水平過程示意圖：1，褶皺傾伏；2，褶皺恢復(fù)水平；3，兩翼巖層恢復(fù)水平這個恢復(fù)過程如果

12、是用手工繪圖的方法完成，是一項非常繁瑣的工作，尤其是當(dāng)巖層面中的節(jié)理非常多的時候，對每一條節(jié)理逐一進行手工恢復(fù)幾乎是不可能的。如今，我們可以借助一些應(yīng)用軟件，例如前文所說的DIPS軟件來完成這項工作，具體分以下幾步驟（圖2）。圖2節(jié)理復(fù)平步驟謝耀權(quán)（2013）在川西高家場背斜和鹽井溪逆斷層地區(qū)研究逆沖斷裂帶節(jié)理組構(gòu)及變形特征時，曾對高家場背斜的節(jié)理進行復(fù)平，具體方法結(jié)合上述步驟如下：第一步：求褶軸的產(chǎn)狀在赤平投影中分別畫出招皺兩翼巖層面的投影，它們的交線的產(chǎn)狀即為褶軸的產(chǎn)狀。高家場背斜西翼的30號點（產(chǎn)狀319°31°）和32號點（產(chǎn)狀300°36°）的

13、巖層平均產(chǎn)狀為310°34°，東翼的35號點（產(chǎn)狀125°49°）、34號點（產(chǎn)狀144°80°）和33號點（產(chǎn)狀142°78°）的巖層平均產(chǎn)狀為137°69°，求得兩翼巖層面的交線即高家場背斜褶軸的產(chǎn)狀為225°4°。第二步：將褶軸恢復(fù)為水平這項操作是以垂直于褶軸的水平線為軸，將整個褶皺旋轉(zhuǎn)一個角度（大小等于褶軸的傾角），使褶軸恢復(fù)為水平狀態(tài)。具體到高家場背斜的數(shù)據(jù)處理工作，是在DIPS軟件中選擇“旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)”操作，將“旋轉(zhuǎn)軸心”設(shè)定為“傾覆向315°、傾覆角0&#

14、176;”、“旋轉(zhuǎn)角度（繞軸順時針旋轉(zhuǎn)）”設(shè)定為“4°”。經(jīng)過旋轉(zhuǎn)操作后得到的數(shù)據(jù)即為褶軸恢復(fù)水平后的巖層面及節(jié)理產(chǎn)狀。第三步：求解褶軸恢復(fù)水平后的巖層產(chǎn)狀野外測量的每一條節(jié)理或?qū)用鏀?shù)據(jù)在記錄表中都有對應(yīng)的編號，在用DIPS軟件進行處理時也有對應(yīng)的序號。將褶軸恢復(fù)水平時首先要記下層面的編號，然后當(dāng)褶軸恢復(fù)水平后對應(yīng)這個編號査找層面的新產(chǎn)狀。第四步：將巖層恢復(fù)為水平這項操作是以恢復(fù)水平后的巖層面走向為軸，將巖層面旋轉(zhuǎn)一個角度（大小等于巖層的傾角），使巖層面恢復(fù)為水平狀態(tài)。在DIPS軟件中的具體操作方法與將褶軸恢復(fù)為水平的操作方法相同。由于每個測點的巖層面產(chǎn)狀都不相同，操作中需要將每個測

15、點的巖層面分別進行旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)操作后得到的數(shù)據(jù)即為該測點的巖層面及節(jié)理在巖層恢復(fù)水平后的產(chǎn)狀。根據(jù)巖層恢復(fù)水平后的節(jié)理產(chǎn)狀，用DIPS軟件繪制了各個測點在巖層恢復(fù)水平后的節(jié)理極密圖（如圖3）。圖3 各測點節(jié)理極密圖5節(jié)理的構(gòu)造應(yīng)力場恢復(fù)朱勇等（2014）研究安徽巢北地區(qū)構(gòu)造時，研究區(qū)內(nèi)節(jié)理發(fā)育特征，通過研究區(qū)內(nèi)15個觀測點的千余組節(jié)理數(shù)據(jù)來恢復(fù)古構(gòu)造應(yīng)力場。測量點主要分布在平頂山向斜、鳳凰山背斜和俞府大村向斜的兩翼，測量點地層傾角較大，多為30°至近直立。觀測的節(jié)理多成群出現(xiàn)，構(gòu)成平行排列或雁行排列或由2組節(jié)理相互剪切形成的X型共軛節(jié)理。將每個測點的節(jié)理玫瑰花圖分別標(biāo)繪在研究區(qū)的構(gòu)

16、造綱要圖上，定性分析古構(gòu)造應(yīng)力場的狀態(tài)（謝仁海等，2007）（圖4），可以看出最大主應(yīng)力方向為NW向和NE向。一個地區(qū)的節(jié)理一般是長期多次構(gòu)造的產(chǎn)物，為了探討研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場，需對節(jié)理進行分期與配套。觀測點可見多組節(jié)理共存的現(xiàn)象，它們之間相互切斷錯開、限制中止并且有的可見擦痕、羽裂和派生節(jié)等。通過節(jié)理測量，繪制節(jié)理走向玫瑰花圖，結(jié)合節(jié)理之間的切割限制關(guān)系，確定出2組共軛剪節(jié)理(表1)。圖4巢北地區(qū)各測點節(jié)理玫瑰花圖表1共軛剪節(jié)理產(chǎn)狀統(tǒng)計表根據(jù)上述節(jié)理分期配套的結(jié)果，能夠確定研究區(qū)至少經(jīng)歷了2期主要構(gòu)造運動。通過作各點的節(jié)理等密圖，找出代表性節(jié)理產(chǎn)狀，對共軛節(jié)理分析配套之后求出共軛節(jié)理產(chǎn)狀，然后

17、借助赤平投影求出各應(yīng)力軸的產(chǎn)狀，投放到地質(zhì)綱要圖上，繪出主應(yīng)力軸軌跡線圖。以下對該研究區(qū)各期古構(gòu)造應(yīng)力場的特征和構(gòu)造形跡進行分析。（1）第一期古構(gòu)造應(yīng)力場通過應(yīng)力軸產(chǎn)狀，對各測點節(jié)理數(shù)據(jù)進行吳氏網(wǎng)投影，編制本區(qū)第一期構(gòu)造節(jié)理應(yīng)力狀態(tài)，依據(jù)各點應(yīng)力方向繪制該研究區(qū)第一期構(gòu)造應(yīng)力軸軌跡線圖（5）。由第一期構(gòu)造應(yīng)力軸軌跡線圖能直觀地分析出最小主應(yīng)力3軸跡線與褶曲軸跡線方向一致，最大主應(yīng)力1方向為287°355°，平均為319°。從構(gòu)造變形特征可以判斷出這種應(yīng)力狀態(tài)是受到NW-SE方向的擠壓應(yīng)力作用下形成的，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，三疊紀(jì)末期華北板塊與揚子板塊的拼接，揚子板

18、塊向NE俯沖產(chǎn)生不斷增加的側(cè)壓力而形成研究區(qū)西側(cè)的郯廬斷裂帶。研究區(qū)該期次的構(gòu)造格局動力來源于郯廬斷裂左旋平移在本區(qū)派生出的NW-SE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場。圖5 第一期構(gòu)造應(yīng)力場圖（1:25000）（2）第二期古構(gòu)造應(yīng)力場通過吳氏網(wǎng)投影編制本區(qū)第二期構(gòu)造節(jié)理應(yīng)力狀態(tài)，并繪制該研究區(qū)第二期構(gòu)造應(yīng)力軸軌跡線圖（圖6）。由圖6分析，第二期構(gòu)造應(yīng)力場最大主應(yīng)力軸跡線在研究區(qū)北部略呈NNE向偏轉(zhuǎn)，南部略呈SSW向偏轉(zhuǎn)，整體微向南東向凸出的弧形彎曲。中間主應(yīng)力軸2傾角變化較大，說明本期構(gòu)造運動除了形成新的節(jié)理之外，還可能利用了先期構(gòu)造形跡。最大主應(yīng)力1方向為23°68°，平均為44

19、6;，受到NE-SW方向的擠壓并導(dǎo)致一期構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及觀測到的地質(zhì)現(xiàn)象分析，研究區(qū)在上侏羅統(tǒng)與中侏羅統(tǒng)之間，白堊系與上侏羅統(tǒng)之間以及新生界與白堊系之間均為角度不整合接觸，不整合面上下巖層產(chǎn)狀變化較小，燕山運動存在多個弱的褶皺幕，晚期表現(xiàn)為近SN向擠壓，是該期次構(gòu)造格局的動力來源。圖6第二期構(gòu)造應(yīng)力場圖（1:25000）6節(jié)理發(fā)育特征對煤層氣開發(fā)的影響煤層裂隙是煤層氣運移、產(chǎn)出的通道，控制著煤儲層的滲透率，決定著煤層氣的可開發(fā)性（Ammosov. I.等，1963； 2001；李金海等，2008）。其方向取決于煤質(zhì)、含煤巖系巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應(yīng)力場等因素。同一期構(gòu)造運動形成的煤

20、層裂隙產(chǎn)狀與上下圍巖中的節(jié)理產(chǎn)狀基本一致，但因其力學(xué)性質(zhì)不同會有一定偏差。在對沁水盆地的研究中，王生維等（2005）對該區(qū)山西組3號煤儲層中的裂隙系統(tǒng)進行了研究，發(fā)現(xiàn)煤儲層中的大裂隙系統(tǒng)具有明顯的方向性，表現(xiàn)為NESW和NWSE兩個優(yōu)勢方向，且以NESW向更為發(fā)育，這與巖石節(jié)理走向的優(yōu)勢方向基本一致，煤層主裂隙的方向與現(xiàn)在應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向也基本一致。這一裂隙與應(yīng)力場的耦合關(guān)系，造成了在煤層氣井不斷排采、流體壓力不斷降低過程中，裂隙張開度逐漸增加，進而導(dǎo)致煤層滲透率隨最大主應(yīng)力差的增加而增加，這是沁水盆地研究區(qū)煤層氣井穩(wěn)定高產(chǎn)的主控因素之一。在羽狀分支水平井的布置方面（鮮保安等，2006；郭

21、丙政等，2006；張冬麗等，2005），李金海等（2008）依據(jù)煤層的主應(yīng)力方向與現(xiàn)在的應(yīng)力場的NESW向一致，建議沿NESW向布置主水平井，以大致垂直的方向來布置分支井。這樣就能最大限度地溝通煤層的主裂隙，并且隨著后期的排采，流體從裂隙中流出，在最大主壓應(yīng)力場作用下，裂隙張開度將有所增加，不至于出現(xiàn)因流體壓力降低而閉合的現(xiàn)象，進而提高滲透率。但要充分考慮煤體結(jié)構(gòu)，在確保成孔的前提下采用此方向布井。如果煤體完整性差，以保證主水平井成孔為前提，建議采用NW向，即垂直于最大主應(yīng)力場方向布置主水平井。7煤儲層裂隙發(fā)育規(guī)律預(yù)測與評價在野外大量節(jié)理實測資料和有限的煤層節(jié)理實測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，可以

22、研究煤、巖層裂隙發(fā)育的內(nèi)在聯(lián)系，建立關(guān)系模型，從而為隱伏區(qū)煤層裂隙預(yù)測與評價提供依據(jù)。如果在研究區(qū)域內(nèi)有較好的煤層露頭，可以為研究提供良好條件，如果野外沒有煤層露頭，可以通過井下煤層節(jié)理的測量來實現(xiàn)（姜波等，2015）。煤層與巖層優(yōu)勢節(jié)理方向具有相關(guān)性。大寧吉縣野外相同構(gòu)造部位的煤、巖節(jié)理統(tǒng)計結(jié)果表明，煤層與巖層節(jié)理發(fā)育具有較好的一致性，節(jié)理走向基本相同，且傾角較大。同一觀測點煤、巖層節(jié)理特征對比研究排除了不同構(gòu)造部位或空間對節(jié)理發(fā)育非均質(zhì)性的影響，煤層節(jié)理與相應(yīng)巖層節(jié)理的走向玫瑰花圖形態(tài)相似，表明煤、巖層發(fā)育相近的節(jié)理系統(tǒng)，煤層的優(yōu)勢節(jié)理方向為40°45°，其次為130&

23、#176;140°，與巖層節(jié)理十分相近。煤層與巖層節(jié)理密度具有相關(guān)性。選擇構(gòu)造變形條件相同的地區(qū)，在綜合分析巖性、層厚與節(jié)理密度關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究煤層與巖層節(jié)理發(fā)育的相關(guān)性。大底吉縣地區(qū)東南部存在較好的煤層露頭，且距河底臺頭斷層1000m以上，受局部構(gòu)造的影響較小。在相同的構(gòu)造背景下，若層厚相同，則煤層與巖層節(jié)理發(fā)育的差異主要受巖性的影響，以廣泛發(fā)育的砂巖層作為對比層，發(fā)現(xiàn)本區(qū)同一點厚度相等的煤層和砂層節(jié)理密度比值與其層厚有關(guān)，并隨著層厚的增大而增加，分別擬合得到煤層、砂巖層節(jié)理密度與其層厚的關(guān)系式。煤儲層節(jié)理發(fā)育預(yù)測方法如下：以廣泛發(fā)育的砂巖層作為對比層，通過研究區(qū)東部煤、砂巖層露

24、頭節(jié)理的系統(tǒng)測量和分析，分別擬合得到煤層、砂巖層節(jié)理密度與其層厚的關(guān)系（Wang Linlin等，2014）：（1）（2）式中:x1和x2分別為煤層和砂巖層的層厚；y1和y2分別為對應(yīng)的節(jié)理密度。由式（1）、式（2）可知，煤層與砂巖層節(jié)理發(fā)育的密度存在較大差異，巖石（煤）的力學(xué)性質(zhì)是主要的影響因素。若層厚x1=x2=x時，則平均巖性參數(shù)k為： （3）由式（3）可知，同一點厚度相等的煤層和砂巖層節(jié)理密度的比值與其層厚有關(guān)，并隨著層厚的增加而增大，巖性參數(shù)是與層厚有關(guān)的函數(shù)，經(jīng)研究，y2與x關(guān)系為y2=axk，且不因其他因素的影響而改變。但因不同部位構(gòu)造變形強度不同，關(guān)系式中參數(shù)a和b變化范圍較大

25、。基于野外上覆砂巖層節(jié)理密度觀測數(shù)據(jù)，逐點擬合出砂巖節(jié)理密度與層厚的表達(dá)式，即確定各點的a、b值，再考慮k，即可得出對應(yīng)砂巖觀測點各點的節(jié)理密度預(yù)測模型：依據(jù)煤層等厚線圖，讀取與露頭巖層節(jié)理觀測點對應(yīng)的煤層厚度值，帶入預(yù)測模型，獲得該點的煤層節(jié)理密度預(yù)測值。然后，采用線性插值法繪制出煤層節(jié)理密度等值線預(yù)測圖（如圖7）。5號煤層節(jié)理密度與構(gòu)造密切相關(guān)，并與層厚為1030cm的砂巖層節(jié)理線密度分布規(guī)律具有較好的一致性，滲透率總體上隨煤層節(jié)理密度的增加而增大，但滲透率變化較大。顯示了煤儲層裂隙發(fā)育對滲透率的影響，也反映了煤儲層裂隙發(fā)育規(guī)律預(yù)測模型的可行性和實際應(yīng)用價值（姜波，2015）。8泥頁巖裂隙

26、發(fā)育特征對頁巖氣開發(fā)的影響裂縫既可以為頁巖氣提供聚集空間，也可以為頁巖氣的生產(chǎn)提供運移通道。泥頁巖作為一種低孔低滲儲層，頁巖氣生產(chǎn)機制非常復(fù)雜，涉及吸附氣含量與游離氣含量、天然微裂隙與壓裂誘導(dǎo)縫系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。泥頁巖中主要存在5種裂縫，即構(gòu)造縫（張性縫和剪性縫）、層間頁理縫、層面滑移縫、成巖收縮微裂縫和有機質(zhì)演化異常壓力縫；控制裂縫形成的地質(zhì)因素復(fù)雜，主要與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場、構(gòu)造部位、沉積成巖作用、巖石物性等（龍鵬宇等，2011）。圖7 大寧吉縣地區(qū)5號煤層裂隙評價及其與滲透率的關(guān)系泥頁巖屬于低孔低滲的沉積巖，基質(zhì)孔隙極其不發(fā)育（總孔隙度一般小于10%，而含氣的有效孔隙度一般只有1%5%），多為微毛細(xì)管孔隙，滲透率也遠(yuǎn)小于致密砂巖（一般小于0.1×10-3m2），隨裂縫發(fā)育程度的不同而有較大的變化。裂縫的存在某種程度上極大改善了泥頁巖的滲流能力和壓裂處理措施的效率，同時也增加了深層產(chǎn)氣頁巖的儲集空間。從野外地表露頭、巖心的觀察和物性實驗分析表明，泥頁巖非常致密，屬于低孔低滲儲層，但泥頁巖中存在大量的天然裂縫體系，且至少存在2組或2組以上，具有高度的集群分布特征（圖8）。其中大部分裂縫屬于天然開啟裂縫、閉合微裂縫和半充填裂縫，電子顯微特征顯示，泥頁巖中還存在大量呈蜂窩狀分布的小孔洞和