南非卡鲁盆地二叠系Whitehill组富有机质页岩裂缝网络的定量表征及其对油气勘探、CO2 封存和裂缝性地流体系统的启示

针对页岩低基质渗透率下流体运移机制不清的问题，研究人员通过多尺度野外-钻孔联合研究，定量表征了南非卡鲁盆地Whitehill组页岩受岩浆侵入影响的裂缝网络，识别出5类裂缝类型及3个空间域，揭示了热液-有机质相互作用驱动的裂缝形成机制，为页岩油气开发及CO2 封存提供了关键参数模型。

　　

在能源转型与碳中和背景下，页岩地层作为油气资源、CO₂
封存和地热开发的关键载体备受关注。然而，其极低的基质渗透率使得裂缝网络成为流体运移的主要通道，但岩浆侵入导致的复杂裂缝系统形成机制长期缺乏定量研究。南非卡鲁盆地Whitehill组富有机质页岩与下侏罗统辉绿岩岩床的独特组合，为破解这一难题提供了天然实验室。

研究人员采用多学科交叉方法，通过千米尺度数字露头模型（DOM）构建、裂缝参数数字化量化（P₂₀
/P₂₁
强度分析）、流体包裹体显微测温及拉曼光谱等技术，系统解析了侵入热效应控制的裂缝网络演化规律。研究首次在垂向剖面上划分出上、中、下三个裂缝域：近岩床的上/下域以N-S走向的垂直固态沥青脉（6.2-9.8 %BRo）为主，中央域发育水平沥青-方解石脉（1.8-2.2 %BRo）。拉曼光谱I_D
/I_G
比值（0.93-1.3）与流体包裹体数据（286-319°C，80-160 MPa）揭示裂缝形成于岩浆热驱动的超压环境，其中垂直裂缝延伸达16米并贯穿岩床，证实流体迁移发生于岩床未完全固结阶段。

研究创新性提出三类控裂机制：

1. 热裂解主导域：近岩床20米范围内，有机质快速裂解（形成焦炭）和粘土脱水产生800-1600 bar超压，形成高密度（P₂₁
   达0.48 m^-1
   ）、高连通性（f=0.57）的垂直裂缝网络；
2. 热-力学耦合域：中央区水平裂缝发育受控于页岩各向异性与热弹性变形，尽管裂缝长度最大（21米），但连通性较低（f=0.10）；
3. 构造叠加域：后期ESE-WNW向节理切割所有早期裂缝。

该研究为理解岩浆侵入区页岩"自生自储"机制提供了关键证据：垂直裂缝与脱挥发分孔隙构成运移通道，而水平裂缝系统成为重要储集空间。成果发表于《Journal of Structural Geology》，其建立的定量参数模型可直接指导卡鲁盆地页岩气开发井网部署，并为CO₂
封存选址提供裂缝渗透率预测框架。研究揭示的热致裂缝时空异质性（10米尺度内P₂₀
变化达5倍）警示传统均质化模型可能严重低估复杂页岩系统的流体运移能力。