川東涪陵地區(qū)大安寨段裂縫控制因素及期次分析

何 龍，鄭榮才，梁西文，徐文禮

（1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室，成都 610059；2.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，武漢430223）

0 引言

涪陵地區(qū)位于川東高陡構(gòu)造帶（圖1），該區(qū)發(fā)育一系列呈北東向弧形線狀延伸的大型隔擋式復(fù)背斜和復(fù)向斜構(gòu)造，沿褶皺軸向伴生多條深大斷裂，并且存在多個圈閉和潛伏構(gòu)造。川東地區(qū)長期以來一直為四川盆地的主力天然氣產(chǎn)區(qū)，迄今為止已發(fā)現(xiàn)多套含油氣層系和許多大、中型氣田，產(chǎn)氣層位從晚古生界至中生界的海相碳酸鹽巖及陸相碎屑巖地層中均有分布，其中獲得高產(chǎn)油氣流的下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段為川東地區(qū)非常規(guī)油氣藏勘探的主力層位［1］。

圖1 涪陵地區(qū)構(gòu)造分布Fig.1 The tectonicmap of Fuling area

早侏羅世沉積時期，四川盆地為一大型淡水碳酸鹽湖泊沉積環(huán)境，湖盆的沉降-沉積中心范圍較廣，包括了川中、川北至川東北（或渝東北）的大部分區(qū)域，以南充、達(dá)州和萬州一帶的水體最深，平面上圍繞湖盆中心發(fā)育大片環(huán)狀和帶狀分布的淺湖介殼灘和湖坡相帶［2］。大安寨段厚度為80～120m，頂部與上覆新田溝組（濱淺湖相碎屑巖）呈不整合接觸（暴露侵蝕沖刷接觸關(guān)系），底部與下伏自流井組馬鞍山段（湖相暗色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖沉積組合）呈整合接觸。自流井組大安寨段自下而上可劃分為大三、大二、大一和過渡層共4個亞段，其中大三亞段為深灰色介殼灰?guī)r，夾薄層暗色泥頁巖組合；大二亞段為大套富有機(jī)質(zhì)和鈣質(zhì)的暗色頁巖夾薄層介殼灰?guī)r紋層或條帶組合；大一亞段為厚層狀介殼灰?guī)r夾薄層暗色泥頁巖組合（圖2）；過渡層段為灰色泥巖夾灰綠色粉細(xì)砂巖組合。大安塞段整體為一區(qū)域分布穩(wěn)定的完整湖進(jìn)—湖退沉積旋回［2-3］。

圖2 涪陵地區(qū)梁平縣福祿鎮(zhèn)大安寨段沉積-層序綜合柱狀圖Fig.2 Com prehensive column of sediment-sequence of Da’anzhaimem ber in Fuling area

已有研究成果和物性分析資料［2-6］均表明，大安寨段屬于超低孔、低滲致密儲層，介殼灰?guī)r基質(zhì)的平均孔隙度僅為1.14%，滲透率僅為0.352mD，儲層依托于巖石發(fā)生破裂產(chǎn)生裂縫，并沿裂縫發(fā)生局部溶蝕作用而形成孔、洞及縫等儲集空間。大安寨段泥頁巖的孔隙度略偏高，為1.9%，滲透率異常高，可達(dá)1.76mD，這與泥頁巖中發(fā)育的相互交錯和連通的微裂隙密切相關(guān)。統(tǒng)計結(jié)果顯示，介殼灰?guī)r中隨著泥質(zhì)含量的增加，孔隙度無明顯的變化，而滲透率則表現(xiàn)出明顯的上升趨勢，顯然這與常規(guī)認(rèn)識相悖。然而，產(chǎn)油氣的層位卻位于條帶狀泥質(zhì)介殼灰?guī)r或介殼灰?guī)r與炭質(zhì)頁巖的不等厚互層組合體中，這些組合體往往是裂縫較發(fā)育的層位，因而裂縫在大安寨段非常規(guī)儲層中起著舉足輕重的作用。

1 裂縫類型及特征

根據(jù)8個野外露頭和140m鉆井巖心共計207條裂縫的描述和統(tǒng)計分析結(jié)果，認(rèn)為大安寨段裂縫具有多成因和多期次的特征，各類型裂縫的產(chǎn)狀、發(fā)育規(guī)模和有效性等均存在較大的差異。因此可將該區(qū)裂縫劃分為成巖縫、構(gòu)造縫和溶蝕縫3種基本成因類型，并且各類型裂縫具有相互疊加發(fā)育和繼承性演化的特點(diǎn)。

1.1 裂縫類型

1.1.1 構(gòu)造縫

巖心中可識別出的構(gòu)造縫多見于介殼灰?guī)r層中，按力學(xué)性質(zhì)多表現(xiàn)為剪性裂縫，縫面偶見剪應(yīng)力形成的階步或擦痕，傾角為水平或低角度斜交，多數(shù)被方解石不同程度充填，部分為未充填的垂直構(gòu)造縫（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-2）。泥頁巖中宏觀的構(gòu)造縫少見，與取心過程中應(yīng)力釋放形成的誘導(dǎo)縫不易區(qū)分或被其掩蓋。野外大型構(gòu)造縫延伸長度可超過10m，甚至穿層。另外，在泥頁巖薄片中也可觀察到微構(gòu)造縫成組系產(chǎn)出，縫面較平直，或平行或低角度共軛相交，這些微構(gòu)造縫連通性好，張開度為10～250μm，多未被充填，并且常常切穿顆粒。宏觀的構(gòu)造縫和微構(gòu)造縫共同組成了油氣的運(yùn)移和聚集通道，尤其是在含介殼的炭質(zhì)頁巖中微構(gòu)造縫與下述成巖微裂縫之間穿插疊加，是頁巖中吸附氣和游離氣重要的儲集空間。

1.1.2 成巖縫

成巖縫是在整個沉積期后的成巖過程中形成的，各個成巖階段形成的裂縫特征各異，可分為成巖壓裂縫、成巖收縮縫、層間頁理縫和縫合線縫4類，其特征如下：①成巖壓裂縫是沉積物在固結(jié)成巖過程中因差異壓實(shí)或在后期地層異常高壓作用下所形成的微裂縫，往往表現(xiàn)為雜亂不規(guī)則狀、鋸齒狀和樹枝狀（圖版Ⅰ-3～Ⅰ-6），裂縫寬度小于0.05mm，延伸長度相對較短，最長不超過10 cm，具有一定的張開度，多見于介殼灰?guī)r中；②成巖收縮縫，多發(fā)育于泥質(zhì)巖和頁巖中，是成巖過程中巖石失水收縮或礦物相變導(dǎo)致體積變小而產(chǎn)生的裂縫（圖版Ⅰ-7、圖版Ⅱ-1），一般表現(xiàn)為不規(guī)則的水平狀、蛛網(wǎng)狀和放射狀，其中裂縫寬度小于0.02mm的絲狀或斑點(diǎn)狀裂縫被方解石半充填；③層間頁理縫，最直觀的表現(xiàn)為泥、頁巖中易被剝離的頁理構(gòu)造（圖版Ⅱ-2～Ⅱ-3），此類裂縫最初形成于沉積期，沿紋層面呈片狀水平延伸，但真正的頁理縫形成于泥質(zhì)沉積物經(jīng)強(qiáng)烈壓實(shí)、脫水和黏土礦物重結(jié)晶的中—晚成巖階段，縫的張開度為微米至納米級，經(jīng)壓裂改造后可形成大量裂縫系統(tǒng)，極大地增加了巖層水平滲透率，對儲層改造和新增滲流空間貢獻(xiàn)較大；④縫合線縫，廣泛發(fā)育于介殼灰?guī)r中，多為水平縫或低角度縫，呈彎曲的鋸齒狀（圖版Ⅱ-4～Ⅱ-5）、分叉狀、網(wǎng)狀和辮狀，縫較寬，為0.1～3.0mm，但被壓溶殘余的泥質(zhì)和炭質(zhì)完全充填而使縫合面緊閉，表明巖石曾經(jīng)歷過強(qiáng)烈的壓實(shí)和壓溶作用，對儲集體屬于無效裂縫［7］。

1.1.3 溶蝕縫

嚴(yán)格意義上講溶蝕縫也應(yīng)屬于成巖縫的一種，但鑒于其往往是對成巖縫和構(gòu)造縫進(jìn)行疊加溶蝕改造作用的產(chǎn)物而將其劃分為復(fù)合成因類型（圖版Ⅱ-6～Ⅱ-7）。在野外露頭剖面和巖心上都可觀察到溶蝕縫，不同之處在于地表露頭中的溶蝕縫更傾向于地層出露后經(jīng)大氣淡水溶蝕和淋濾作用而形成，裂縫的發(fā)育規(guī)模往往較大，最大縫寬可達(dá)3 cm，當(dāng)然，也不排除為先期裂縫在暴露之后被風(fēng)化侵蝕進(jìn)一步擴(kuò)大、伸長的可能。與之對應(yīng)的是巖心和薄片中觀察到的溶蝕縫，它往往為早期裂縫在流體作用下發(fā)生溶蝕改造而形成新的裂縫分支或者獨(dú)立的裂縫體系，如巖心上見到的沿先期裂縫溶蝕形成的細(xì)小孔洞，呈串珠狀展布（圖版Ⅰ-1），不僅在介殼灰?guī)r中發(fā)育，而且在泥頁巖中也可見到大量的溶蝕裂縫，呈蛇曲狀或樹枝狀分布。溶蝕縫的存在在一定程度上改善了裂縫之間的溝通關(guān)系，使各類裂縫之間的連接更加密切頻繁。

以上述3種基本類型的裂縫作為基礎(chǔ)，彼此間疊加改造，交錯貫通，形成了以下4種復(fù)合型裂縫：①成巖縫疊加構(gòu)造縫；②成巖縫疊加溶蝕縫；③構(gòu)造縫疊加后期溶蝕縫；④成巖縫疊加構(gòu)造縫再疊加溶蝕縫。其中，以①，③和④復(fù)合型裂縫為大安寨段主要的油氣運(yùn)移通道和儲集空間，也是大安寨段重要的儲層空間類型。

1.2 裂縫發(fā)育特征

1.2.1 裂縫的傾角

通過巖心裂縫統(tǒng)計，將裂縫傾角劃分為4個區(qū)間，0°～5°為水平裂縫，5°～45°為低角度裂縫，45°～85°為高角度裂縫，85°～90°為垂直裂縫。根據(jù)207條裂縫傾角資料統(tǒng)計，大安寨段裂縫主要為低角度斜交縫，其次為水平縫和高角度縫（表1）。各亞段裂縫傾角有明顯差別，其中大二亞段以水平裂縫為主，大一和大三亞段均以低角度裂縫為主，局部發(fā)育高角度裂縫和少量垂直裂縫。

表1 涪陵地區(qū)FY3-2HF井裂縫參數(shù)特征Table 1 Fracture parameter characteristics in FY3-2HFwell in Fuling area

1.2.2 裂縫的長度

裂縫長度是衡量裂縫規(guī)模的一個重要指標(biāo)。在野外調(diào)查過程中，可觀察到縱向延伸長達(dá)10m并貫穿地層的大型裂縫，但是在鉆井巖心上，裂縫的長度往往受巖心尺度的限制，加之大安寨段垂直縫相對較少，可觀察到的裂縫長度普遍較短，一般為5～15 cm（參見表1），但這并不意味著裂縫的延伸長度就短，類似于網(wǎng)狀的成巖壓裂縫和平行于巖層面的層間縫，在相互連通的情況下，其水平延伸距離可達(dá)上百米，對油氣的疏導(dǎo)起到積極作用。

1.2.3 裂縫的充填情況

巖心上觀察到的裂縫充填情況較多，完全充填的裂縫占64%，半充填裂縫占26%，未充填縫占10%（參見表1），充填物主要為方解石、泥質(zhì)或瀝青質(zhì)，而在薄片中觀察到的微裂縫有效性較高，多未被充填或膠結(jié)，微裂縫的寬度為10～200μm，裂縫的孔隙度為0.05%～0.20%。表明微裂縫的高有效性是形成大安寨段裂縫型頁巖氣（油）最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。1.2.4 成像測井資料中的裂縫特征

在FMI成像測井圖上可以識別出地下巖層的各種地質(zhì)特征，包括裂縫、條帶和孔洞等，還可通過校正計算獲得裂縫的走向、產(chǎn)狀以及集中發(fā)育的層位等。在成像測井圖上，斜交裂縫表現(xiàn)為正弦曲線影像，其振幅越高表示裂縫傾角越大，水平裂縫和垂直裂縫分別表現(xiàn)為近水平和垂直的影像。根據(jù)FY3-2HF井的成像結(jié)果（圖3），顯示大安寨段地層中裂縫多為低角度裂縫和水平縫，呈暗色低幅度三角函數(shù)曲線，與巖心觀察結(jié)果一致，裂縫走向均為NW—SE向。裂縫發(fā)育頻率較高的部位主要出現(xiàn)在大一亞段中下部介殼灰?guī)r與頁巖互層處，裂縫密集處為2～3條/m。

圖3 涪陵地區(qū)FY3-2井大安寨段成像測井特征Fig.3 Logging features of the fracture of Da’anzhai member in FY3-2 well in Fuling areaarea

2 裂縫發(fā)育的影響因素

2.1 巖性對裂縫的影響

裂縫以巖石作為發(fā)育的載體，巖石的巖性不同，導(dǎo)致巖石的力學(xué)性質(zhì)具有差異，所產(chǎn)生的裂縫規(guī)模和特征也不同，因而巖性是控制裂縫發(fā)育的首要條件。一般情況下，脆性巖石要比塑性巖石容易發(fā)生破裂而產(chǎn)生裂縫，特別是在泥頁巖中，隨著脆性礦物含量的增加，顆粒之間的黏力和吸附力減小，巖石的抗壓強(qiáng)度降低，有利于裂縫的發(fā)育。大安寨段泥頁巖的脆性礦物含量較高，主要為石英、方解石和少量白云石，平均體積分?jǐn)?shù)可達(dá)60.4%，微裂縫非常發(fā)育。在巖心觀察中，泥質(zhì)介殼灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖、介殼灰?guī)r與頁巖薄互層處所發(fā)育的裂縫密度明顯大于單一的厚層狀介殼灰?guī)r或頁巖，往往可達(dá)到5～6條/m，大部分呈開啟狀態(tài)，可見油氣浸染痕跡。同時，對頁巖、介殼灰?guī)r和泥質(zhì)介殼灰?guī)r進(jìn)行巖石力學(xué)分析（表2），其結(jié)果顯示：7件頁巖樣品的單軸抗壓強(qiáng)度為11.32～52.59MPa，平均為29.57MPa，彈性模量為0.35～3.18 GPa，平均為 1.24 GPa；2 件塊狀介殼灰?guī)r的單軸抗壓強(qiáng)度為102.12～103.00MPa，平均為102.56 MPa，彈性模量為 5.29～5.93 GPa，平均為5.61GPa；6件含泥質(zhì)介殼灰?guī)r的單軸抗壓強(qiáng)度為30.32～54.02MPa，平均為 42.07MPa，彈性模量為0.93～3.30GPa，平均為1.86GPa。對比實(shí)驗數(shù)據(jù)，認(rèn)為大安寨段頁巖屬抗壓性差的塑性巖石，介殼灰?guī)r屬抗壓性強(qiáng)的剛性巖石，而含泥質(zhì)介殼灰?guī)r或含介殼鈣質(zhì)頁巖的巖石力學(xué)性質(zhì)介于塑性和剛性之間，更接近頁巖，表明在承受相同壓力下，含泥質(zhì)介殼灰?guī)r或含介殼鈣質(zhì)頁巖比單一頁巖和介殼灰?guī)r更易發(fā)生破裂，實(shí)驗結(jié)果與巖心觀察到的現(xiàn)象完全一致。

表2 涪陵地區(qū)大安寨段巖石力學(xué)實(shí)驗特征參數(shù)Table 2 Characteristic parameters of rock mechanical experiments of Da’anzhai member in Fuling area

2.2 沉積-成巖作用對裂縫的影響

沉積物在沉積-成巖作用過程中因水動力的變化、壓實(shí)、脫水、膠結(jié)、交代或重結(jié)晶作用等發(fā)生礦物間的重新組合、轉(zhuǎn)化，都可使巖層發(fā)生反復(fù)的收縮膨脹，導(dǎo)致裂縫的開啟或充填閉合。例如，早期成巖過程中介殼顆粒在壓力作用下發(fā)生破裂產(chǎn)生微裂縫，后期被膠結(jié)物充填；在深埋藏成巖過程中持續(xù)高壓發(fā)生壓裂和壓溶形成各類閉合的成巖裂縫，溶蝕作用又將裂縫重新開啟。介殼在沉積過程中往往呈凸面朝下、凹面朝上的定向排列分布，與下伏層系為點(diǎn)接觸或線接觸，當(dāng)沉積在塑性泥頁巖之上時，易發(fā)生滑脫產(chǎn)生裂縫，這在大一亞段下部介殼灰?guī)r與頁巖薄互層帶多見，如頁巖的頁理縫表面常具有滑痕，或被方解石不完全充填，表明在介殼灰?guī)r中含有一定量的泥質(zhì)組分對裂縫的產(chǎn)生是有利的。另外，大安寨段為典型的超低孔、低滲儲層，其非均質(zhì)性強(qiáng)，受沉積相帶控制明顯，如淺湖介殼灘相帶的主體顆粒粗，雜質(zhì)含量低，巖石膠結(jié)致密，厚度大，剛性強(qiáng)，裂縫發(fā)育程度相對較低；半深湖—深湖泥頁巖相帶盡管成巖微縫發(fā)育，但巖層壓實(shí)率高，構(gòu)造縫一旦形成后很容易重新被壓緊閉合或被充填，因而有效構(gòu)造縫欠發(fā)育；在介殼灘邊緣和湖坡相帶因泥質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼灰?guī)r夾薄層頁巖組合其物質(zhì)組分的非均質(zhì)性極強(qiáng)，巖石的差異性壓實(shí)和物理、化學(xué)性質(zhì)活躍，因此，不僅成巖壓裂縫非常發(fā)育，而且構(gòu)造裂縫和溶蝕縫都具有追蹤疊加成巖壓裂縫發(fā)育的特點(diǎn)，致使該部位成為有利的裂縫發(fā)育帶［8］。

2.3 構(gòu)造作用對裂縫的影響

構(gòu)造作用是控制裂縫形成最關(guān)鍵的外在因素，主要表現(xiàn)為構(gòu)造應(yīng)力集中部位對伴生或派生裂縫的發(fā)育規(guī)模、產(chǎn)狀及形態(tài)等特征的控制。涪陵地區(qū)處于北東向的黃泥堂背斜和大池干井背斜之間的拔山寺向斜內(nèi)，背斜高陡、兩翼不對稱且變形強(qiáng)烈，向斜寬緩變形較弱，局部構(gòu)造應(yīng)力存在較大差異［9］。根據(jù)8個野外露頭裂縫的調(diào)查結(jié)果（圖4），在高陡背斜處地層應(yīng)力大且集中，以構(gòu)造形變派生的裂縫為主，走向多平行于背斜的軸向，即北東向，并且傾角較高。例如，梁平縣九龍村剖面觀察點(diǎn)處于黃泥堂背斜東翼近核部，出露大一亞段淺灰色介殼灰?guī)r，發(fā)育一組低角度相交的X型共軛剪切裂縫，交角為36°，裂縫走向為 NE 56°—NE 72°，與黃泥堂背斜軸向近于平行，傾角66°～81°，縱向延伸大于10m；在構(gòu)造形變較弱的寬緩向斜區(qū)，應(yīng)力相對分散，局部構(gòu)造作用影響較小，形成的裂縫傾角低且產(chǎn)狀穩(wěn)定，根據(jù)成像測井及地震資料對斷裂帶的識別，拔山寺向斜平緩區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NW向張扭性裂縫［9］。

圖4 涪陵地區(qū)大安寨段裂縫走向玫瑰花圖Fig.4 Rose diagram of fracture trend of Da’anzhai member in Fuling area

根據(jù)前人研究結(jié)果［9］，燕山晚期—喜山早期，揚(yáng)子板塊西緣向西北俯沖插入龍門山下，在東緣雪峰山構(gòu)造帶強(qiáng)烈擠壓作用下持續(xù)隆升，使川東地區(qū)在印支期褶皺的基礎(chǔ)上接受來自南東→北西的擠壓應(yīng)力，形成了北東向高陡緊閉背斜和開闊寬緩向斜相間的構(gòu)造格局，在背斜的陡翼順軸向發(fā)育深大斷裂。至喜山晚期，秦嶺造山帶的抬升促使大巴山對川東地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈的逆沖推覆作用，同時龍門山、雪峰山活動相對減弱，最大主應(yīng)力變?yōu)楸睎|→南西向，形成一系列疊加在早期北東向構(gòu)造之上，走向為北西向的斷裂和裂縫體系。另外，在背斜變形區(qū)，北東向構(gòu)造變形縫比例高，掩蓋了北西向區(qū)域性裂縫的存在，因而川東涪陵地區(qū)的斷裂總體表現(xiàn)出背斜區(qū)裂縫為北東走向、向斜區(qū)裂縫為北西走向的格局。

2.4 裂縫發(fā)育期次

2.4.1 巖心及地表露頭裂縫期次

對巖心和露頭推斷裂縫形成期次最有效的方法是描述裂縫之間的切割、限制、組合關(guān)系以及對充填物的差異性分析。如在FY3-2井的2 190.7～2 190.9m處，發(fā)育2條低角度構(gòu)造縫和1條溶蝕縫（圖版Ⅲ-1），都充填有乳白色方解石，其中溶蝕縫為上部構(gòu)造縫被疊加溶蝕作用后的產(chǎn)物，寬5mm，溶蝕縫向下延伸到下部構(gòu)造縫時截止，由裂縫之間的相互限制關(guān)系可推斷溶蝕縫的形成時間晚于這2條構(gòu)造縫。另外，在2 192.60～2 192.75m井段處發(fā)育2條充填有乳白色方解石的水平縫、1條局部充填有碳化瀝青的垂直構(gòu)造縫和1條低角度縫合線縫（圖版Ⅲ-2～Ⅲ-3），其中，2條水平縫被垂直縫切斷并輕微錯位，縫合線又切割垂直縫，由裂縫的切割關(guān)系和充填物差異，反映至少發(fā)育有2期構(gòu)造裂縫。此外，依據(jù)地表露頭、成像測井及地震資料，研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有北東向和北西向2個方向的構(gòu)造裂縫，北西向裂縫常切割北東向裂縫（圖版Ⅲ-4），結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化及應(yīng)力場分析結(jié)果［9］，可確定涪陵地區(qū)大安寨段至少發(fā)育有3期構(gòu)造裂縫，其中相對較早的2期為北東向裂縫，分別形成于燕山中、晚期的北西→南東向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場，較晚期的北西向裂縫，為喜山早期大巴山由北東→南西向川東地區(qū)推覆構(gòu)造應(yīng)力場作用的產(chǎn)物。

2.4.2 裂縫充填物的碳、氧同位素特征

不同期次的裂縫形成時地層水介質(zhì)條件及環(huán)境是有差異的，因而其充填物中的碳、氧同位素也會發(fā)生相應(yīng)的變化，由此可利用方解石充填物的碳、氧同位素對裂縫形成期次進(jìn)行判斷。由采自FY3-2井巖心的9件充填裂縫方解石碳、氧同位素分析結(jié)果（表3）可知，在δ18O-δ13C離散圖中分布于相對獨(dú)立的3個區(qū)（圖5），其中Ⅰ區(qū)氧同位素最低，δ18O平均值為 -13.5‰（PDB），碳同位素較高，δ13C 平均值為 4.5‰（PDB）；Ⅱ 區(qū) δ18O 平均值為 -10.7‰（PDB），δ13C平均值為 5‰（PDB）；Ⅲ 區(qū)數(shù)據(jù)較多，δ18O 相對偏正，平均值為 -9.25‰（PDB），δ13C 最低，平均值為1.5‰（PDB）。由碳、氧同位素的分區(qū)特征，反映出至少存在3期的裂縫充填作用。利用Fritz和Smith提出的氧同位素測溫方程來計算裂縫形成時的流體平均溫度［10-11］，即

表3 涪陵地區(qū)各期次裂縫方解石碳氧同位素分析結(jié)果Table 3 Carbon and oxygen isotope analysis of calcite filled in different periods of fractures in Fuling area

圖5 涪陵地區(qū)充填裂縫的方解石δ18O-δ13C離散圖Fig.5 Scatter diagram ofδ18O-δ13C of calcite filled in fractures in Fuling area

裂縫形成時的流體平均溫度為：Ⅰ區(qū)為60.9℃；Ⅱ區(qū)為80℃；Ⅲ區(qū)為98.9℃。按2.5℃/hm地溫梯度和地表常年溫度為15℃推算［11］，方解石充填裂縫時的地層深度及Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ區(qū)方解石充填裂縫時的地層深度，恰好分別對應(yīng)于大安寨段埋藏史中的燕山晚期、喜山早期和喜山晚期的埋藏深度。

2.4.3 聲發(fā)射實(shí)驗確定裂縫期次

利用聲發(fā)射實(shí)驗判斷裂縫形成期次是目前普遍使用的較可靠和簡便的方法［12-13］，基于Kaiser效應(yīng)能夠?qū)Α皫r石在古構(gòu)造應(yīng)力場作用下發(fā)生破裂時的主要應(yīng)力場期次和強(qiáng)度產(chǎn)生記憶力的原理”，由實(shí)驗中Kaiser效應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)的個數(shù)和所對應(yīng)的破裂強(qiáng)度，判斷巖石的破裂期次和古構(gòu)造應(yīng)力場強(qiáng)度。本次研究選取了FY3-2HF井大安寨段15件非定向巖心樣品進(jìn)行聲發(fā)射實(shí)驗，包括大一亞段、大二亞段和大三亞段，樣品巖性為較純的介殼灰?guī)r和含泥質(zhì)介殼灰?guī)r。實(shí)驗數(shù)據(jù)列于表4中。由實(shí)驗結(jié)果對大安寨段斷裂縫形成期次可得出如下認(rèn)識：①在AE曲線普遍出現(xiàn)3個Kaiser效應(yīng)點(diǎn)（圖6），對應(yīng)的巖層破裂期次至少有3期；②對應(yīng)的Kaiser效應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力場強(qiáng)度Ⅰ級為11.95～28.57MPa，Ⅱ級為18.52～39.74MPa，Ⅲ 級為 23.52～56.47MPa，基于大安寨段介殼灰?guī)r的抗壓強(qiáng)度為33.25～74.18MPa，巖石所能記憶的應(yīng)力場強(qiáng)度也應(yīng)限制在此范圍內(nèi)；③由于巖石在發(fā)生破裂時，后期較強(qiáng)應(yīng)力多沿前期破裂提供的力學(xué)薄弱面釋放出來，因而各期次Kaiser效應(yīng)點(diǎn)對應(yīng)力場強(qiáng)度的記憶是逐級遞增的，當(dāng)應(yīng)力場的強(qiáng)度接近甚至超過巖石抗壓強(qiáng)度時，巖石發(fā)生破裂的規(guī)模最大，并對應(yīng)于裂縫發(fā)育的主要時期。由大安寨段介殼灰?guī)rⅠ級、Ⅱ級和Ⅲ級Kaiser效應(yīng)點(diǎn)記憶的3個應(yīng)力場作用期次，分別對應(yīng)于燕山晚期、喜山早期和喜山晚期的3個裂縫發(fā)育期，逐級遞增的應(yīng)力場強(qiáng)度，與構(gòu)造裂縫形成于逐漸加大的埋藏地質(zhì)過程、對應(yīng)期次的地層深度和繼承性追蹤疊加與演化特征相吻合，據(jù)此，Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級Kaiser效應(yīng)點(diǎn)分別記錄了燕山中期、燕山晚期和喜山早期這3個裂縫發(fā)育期次。

表4 涪陵地區(qū)大安寨段介殼灰?guī)r非定向樣品聲發(fā)射實(shí)驗特征參數(shù)Table 4 Characteristic parameters of acoustic emission experiment of non-oriented samples in coquina of Da’anzhai member in Fuling area MPa

圖6 涪陵地區(qū)大安寨段介殼灰?guī)r非定向樣品聲發(fā)射實(shí)驗AE曲線Fig.6 AE curves of acoustic emission experiment of non-oriented samples in coquina of Da’anzhai member in Fuling area

綜上所述，涪陵地區(qū)大安寨段有利裂縫發(fā)育帶主要為介殼灰?guī)r夾頁巖組合的淺湖介殼灘相帶的灘緣和泥質(zhì)介殼灰?guī)r與頁巖薄互層組合的湖坡相帶，以發(fā)育集各類裂縫、溶孔、溶洞及微孔和微縫為一體的溶蝕孔洞-裂縫為主；裂縫開始形成的時期為燕山中期之前的早、中成巖階段，此時成巖壓裂縫、收縮縫等非構(gòu)造縫發(fā)育廣泛，為燕山中、晚期和喜山早期的構(gòu)造裂縫提供了良好的介質(zhì)條件；構(gòu)造裂縫大規(guī)模發(fā)育和擴(kuò)展時期為喜山早期［14］。

3 結(jié)論

（1）川東涪陵地區(qū)大安寨段裂縫類型多樣，包括成巖縫、構(gòu)造縫和溶蝕縫，這3種基本類型的裂縫之間追蹤疊加改造，形成錯綜復(fù)雜的、集各類裂縫、溶孔、溶洞及微孔和微裂縫為一體的溶蝕孔洞-裂縫型儲層。

（2）裂縫受多種因素控制，其中抗壓強(qiáng)度適中的含泥質(zhì)介殼灰?guī)r或介殼灰?guī)r與頁巖薄互層組合為最有利裂縫發(fā)育的載體；沉積-成巖作用控制了裂縫的成因和平面分布；構(gòu)造作用直接控制了裂縫的產(chǎn)狀、規(guī)模、形態(tài)、繼承性發(fā)展和演化特征等。

（3）構(gòu)造裂縫的發(fā)育有3個期次，第一期為燕山中期，第二期為燕山晚期，第三期為喜山早期，并且喜山早期為主要的構(gòu)造裂縫大規(guī)模發(fā)育期和擴(kuò)展期。

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