川西坳陷新場地區(qū)須家河組五段裂縫分布特征

張克銀，王瑩 （中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都610041）

隨著勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進步，占資源量80%左右的非常規(guī)油氣 （一般指空氣滲透率小于1mD或地層滲透率小于0．1mD的油氣）如頁巖氣、煤層氣、致密氣、致密油、頁巖油等已引起廣泛關(guān)注，并得到了有效開發(fā)，其在油氣儲量、產(chǎn)量中所占比例也逐年提高［1］。四川盆地發(fā)育多套頁巖氣地層，是中國重點的頁巖氣勘探地區(qū)［1，2］。川西坳陷的上三疊統(tǒng)具有良好的生烴能力，須家河組五段 （T3x5）埋深介于1800～4057m，地層厚度介于466～600m，為一套三角洲－濱淺湖相沉積，總體以黑色、灰黑色泥頁巖為主［3］，是川西坳陷最主要的烴源巖發(fā)育層段［2］。新場地區(qū)位于龍門山前緣的中段，中三疊世以來，經(jīng)歷了印支、燕山和喜馬拉雅等多期次大的構(gòu)造運動的改造［4，5］，是西南地區(qū)重點的勘探、開發(fā)區(qū)塊。

前人研究表明［6］，裂縫的發(fā)育可以改善滲流條件，往往成為高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。裂縫的分布具有非均質(zhì)性強、規(guī)律復雜等特點。已有的研究成果［7］雖對裂縫的特征和分布有一定的認識，但在裂縫的分布規(guī)律、成因、期次及受控因素等方面的研究還相對薄弱。因此，探討新場地區(qū)T3x5天然裂縫的分布規(guī)律不僅對該層位的油氣勘探、開發(fā)具有十分重大的現(xiàn)實意義，同時也在非常規(guī)油氣領(lǐng)域的深化研究方面具有非常重要的探索意義。

1 方法與數(shù)據(jù)

研究區(qū)T3x5深埋大，缺少地表露頭，對其裂縫的研究主要依賴于地震、測井資料及巖心的觀察。電成像測井能夠在實際溫度、壓力和流體環(huán)境下較為準確地提供裂縫二維空間信息，精細地描述巖性、裂縫、構(gòu)造地應(yīng)力方向等特性。通過對上述信息及特性的研究，可以更為深入地對裂縫成因類型及形成期次進行綜合分析與判斷［8～10］。

筆者依據(jù)周文［11］提出的裂縫類型劃分標準，將區(qū)內(nèi)裂縫劃分為水平縫、低角度斜交縫、高角度斜交裂縫、垂直裂縫等4類 （表1）。

利用電成像測井資料進行裂縫密度計算時，一般用線性密度表示：

表1 以裂縫產(chǎn)狀為標準的裂縫類型劃分方案

式中：Fd為視裂縫密度，條／m；H為評價井段長度為評價井段裂縫的總數(shù)，條［12］。

筆者利用Erf指標來進一步考察、評價裂縫在不同巖性中的發(fā)育情況：

式中：nr為某巖性中發(fā)育的裂縫數(shù)，條；nτ為裂縫的總數(shù)，條；Hr為某巖性的總厚度，m；Hτ為地層總厚度，m。Erf指標如為正值則代表有利于裂縫發(fā)育；負值則代表不利于裂縫發(fā)育，其最小值為－100；0則代表沒有影響。筆者擬通過電成像測井的手段，對研究區(qū)內(nèi)6口重點井T3x5發(fā)育的天然裂縫資料進行了統(tǒng)計、分析。

2 裂縫分布特征

2．1 裂縫分布特征

1）裂縫方向分布 裂縫主要集中在3個方向：ESE－WNW 至ENE－WSW 向、NNW－SSE向、NNE－SSW向 （圖1）。其中，ESE－WNW至ENE－WSW向裂縫分布最為廣泛，在統(tǒng)計的6口井中均有發(fā)育；NNW－SSE向裂縫在X206井中表現(xiàn)的最為突出，在Dey1井中有少量發(fā)育；NNE－SSW向裂縫在CL562井中表現(xiàn)的最為突出，在XC28井中有少量發(fā)育。

2）裂縫傾角 對選取的6口井的裂縫傾角進行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，主要發(fā)育低角度斜交裂縫，其次為高角度斜交裂縫，水平縫、垂直縫不發(fā)育（圖 2）。Dey1 井、XC8 井、X206井中發(fā)育的裂縫全部為低角度斜交裂縫，而XC28井和CL562井發(fā)育的低角度斜交裂縫也都超過了裂縫總數(shù)的75%，僅有XY1井的低角度斜交裂縫所占比列小于50%；高角度斜交裂縫在XY1井中所占比例最高，為60%，在XC28井和CL562井中所占比例小于25%。

3）裂縫線密度 對6口井的裂縫線密度進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，Dey1井的裂縫線密度最大為0．0865條／m。其他井的裂縫線密度均小于0．03條／m，其中 XY1井、XC8井、X206井的裂縫線密度均小于0．02條／m （圖3）。

圖1 川西新場地區(qū)T3x5裂縫產(chǎn)狀分析圖

2．2 裂縫分布與巖性的關(guān)系

所選取6口井的巖性主要為頁巖、細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖 （圖4），根據(jù)巖性的不同，分別考察其裂縫的發(fā)育情況。結(jié)果顯示，細砂巖、頁巖、粉砂巖是裂縫的主要載體。其中，細砂巖中發(fā)育的裂縫所占比例大多數(shù)超了過50%，在XC8井中更是達到了100%，但在XC28井中卻不到35% （圖4）。頁巖中，XC28井、X206井中的比例超過了50%，而XY1井、XC8井的頁巖中未見裂縫發(fā)育 （圖4）。泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖中的比例一般小于10%或者不發(fā)育裂縫 （圖4）。

圖2 川西新場地區(qū)T3x5裂縫傾角分布圖

圖3 川西新場地區(qū)T3x5裂縫線密度分析圖

圖4 川西新場地區(qū)T3x5各井巖性組成 （a）及裂縫在不同巖性中的發(fā)育特征 （b）

在Erf指標方面，只有細砂巖的值為正值，平均為205．38%；而粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、頁巖的的平均值均為負值，分別為－10．20%、－75．67%、－96．95%、－48．28% （表2，圖5）。值得注意的是，XC28井、X206井中頁巖的表現(xiàn)為正值，分別為8．20%和26．53%。

表2 川西新場地區(qū)T3x5的Erf指標統(tǒng)計表

2．3 裂縫線密度與層厚的關(guān)系

通過裂縫線密度與層厚對應(yīng)關(guān)系的回歸分析 （圖6）可知：

1）頁巖、細砂巖中的裂縫線密度呈較為明顯的隨層厚增加而減小的趨勢，而且該趨勢在裂縫線密度低于0．8條／m時表現(xiàn)的最為明顯。

2）粉砂巖中，當層厚小于6m時，表現(xiàn)出較為明顯的隨層厚增加而減小的趨勢。

3）粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖中，由于數(shù)據(jù)較少，規(guī)律并不明顯。

圖5 川西新場地區(qū)T3x5各井的Erf指標對比分析圖

3 討論

只有掌握好裂縫的分布規(guī)律才能更準確地判斷裂縫的成因，從而提高裂縫預測的準確性。沉積巖儲層裂縫主要以構(gòu)造裂縫為主，構(gòu)造裂縫的發(fā)育狀況往往與構(gòu)造樣式、構(gòu)造位置及地層巖石力學特性密切相關(guān)［13］。

前人在構(gòu)造對裂縫分布的控制方面開展了大量的研究工作。Peacock［14］認為，在同一應(yīng)力環(huán)境下，與斷層同時形成的裂縫在線密度上會有所體現(xiàn)，離斷層越近，裂縫的線密度越大，斷裂形成前或斷裂形成后發(fā)育的裂縫則沒有該特點。新場地區(qū)東部的龍泉山斷裂系統(tǒng)構(gòu)成了川西坳陷的東部邊界，在孝泉－豐谷地區(qū)走向近SN。從線密度的角度分析，大致上距斷裂系統(tǒng)越近，裂縫的線密度就越小。由此可以說明，T3x5的裂縫在成因上與龍泉山斷裂系統(tǒng)并沒有對應(yīng)關(guān)系，或者說兩者并不是在同一應(yīng)力環(huán)境下形成的。Lisle［15］則提出了根據(jù)自然構(gòu)造的高斯曲率分析確定異常高變形構(gòu)造帶，并利用該方法研究了懷俄明州Goose Egg穹隆構(gòu)造并獲得了成功。構(gòu)造主曲率大的部位往往是構(gòu)造的高部位，為油氣的最有利聚集區(qū)［16］。有研究表明，褶皺曲率和裂縫發(fā)育的相關(guān)性十分有限，對于預測具有剪切屬性的裂縫發(fā)育則不適用［17］。整體上看，在新場地區(qū)ENE向背斜翼部的裂縫線密度要大于軸部，簡單應(yīng)用構(gòu)造主曲率法來解釋其形成機理似乎不太有效。當然，這僅是基于6口井的電成像測井數(shù)據(jù)而得出的認識，隨著高質(zhì)量資料的增多，可能會得出不同的認識。

圖6 川西新場地區(qū)T3x5層厚與裂縫線密度的回歸分析

前人對裂縫期次的研究認為［18］，新場地區(qū)存在印支期、燕山期、喜馬拉雅期裂縫。根據(jù)斷裂在空間的展布特點及相互切割關(guān)系，部分學者認為：NE－SW向裂縫發(fā)育于印支晚期－燕山早期；NW向裂縫發(fā)育于喜馬拉雅晚期。而馬旭杰等［18］認為近EW向的有效裂縫形成于喜馬拉雅期四幕。結(jié)合該次研究，筆者更傾向于新場地區(qū)T3x5的4組裂縫與地質(zhì)時期的對應(yīng)關(guān)系為：NNE－SSW向裂縫形成于印支晚期－燕山早期；NNW－SSE向裂縫形成于喜馬拉雅晚期；ESE－WNW至ENE－WSW向裂縫形成于喜馬拉雅期四幕。

4 結(jié)論

1）新場地區(qū)須家河組五段 （T3x5）天然裂縫主要有3組：NNE－SSW向裂縫形成于印支晚期－燕山早期；NNW－SSE向裂縫形成于喜馬拉雅晚期；ESE－WNW至ENE－WSW向裂縫形成于喜馬拉雅期四幕。

2）研究區(qū)T3x5主要發(fā)育低角度斜交裂縫，其次為高角度斜交裂縫，水平縫、垂直縫不發(fā)育。

3）T3x5的裂縫與龍泉山斷裂系統(tǒng)并非在同一應(yīng)力環(huán)境下形成，距斷裂系統(tǒng)越近裂縫的線密度越小。背斜翼部的裂縫線密度要大于軸部，構(gòu)造主曲率較大的地方，裂縫線密度反而較小。

4）細砂巖、頁巖、粉砂巖是裂縫的主要載體。裂縫在細砂巖中發(fā)育最好，而粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、頁巖則不利于裂縫的發(fā)育。

5）頁巖、細砂巖中的裂縫線密度呈較清晰的隨層厚增加而減小的趨勢；粉砂巖中，當層厚小于6m時，裂縫線密度隨層厚增加而減小。

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