東營凹陷鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層裂縫發(fā)育特征

袁靜，李春堂，楊學君，路智勇，樊海琳，張艷增

（1. 中國石油大學（華東） 地球科學與技術(shù)學院，山東 青島，266580；2. 中石化華北油氣分公司，河南 鄭州，450000；3. 中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒，841000；4. 中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營，257000；5. 中石油大慶油田分公司，黑龍江 大慶，163000）

東營凹陷鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層裂縫發(fā)育特征

袁靜1，李春堂2，楊學君3，路智勇4，樊海琳5，張艷增4

（1. 中國石油大學（華東） 地球科學與技術(shù)學院，山東 青島，266580；2. 中石化華北油氣分公司，河南 鄭州，450000；3. 中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒，841000；4. 中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營，257000；5. 中石油大慶油田分公司，黑龍江 大慶，163000）

通過巖心觀察、薄片鑒定、成像測井及物性分析等手段對東營凹陷鹽家地區(qū)沙四段近岸水下扇沉積砂礫巖儲層裂縫發(fā)育特征進行研究。研究結(jié)果表明：研究區(qū)沙四段砂礫巖儲層裂縫普遍發(fā)育，主要為構(gòu)造裂縫和風化縫、成巖縫、超壓縫、溶蝕縫等非構(gòu)造裂縫。有效的構(gòu)造裂縫主要形成于東營期末強烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動，為擠壓應力作用下的產(chǎn)物，近東西走向；這些構(gòu)造裂縫以斜交縫為主，裂縫線密度隨巖石粒度變粗和單層厚度增大而明顯減小，總體上以近岸水下扇中扇辮狀溝道和溝道前緣的中粗砂巖構(gòu)造裂縫最為發(fā)育。風化縫主要發(fā)育于沙四上亞段內(nèi)扇近岸水下扇主溝道和中扇辮狀溝道微相的花崗片麻質(zhì)中粗礫石中，是其在風化帶遭受風化破裂和差異溶蝕所致，這類裂縫多開啟并與孔隙連通，常儲集油氣。成巖縫在本區(qū)主要為壓裂縫和收縮縫，壓裂縫主要表現(xiàn)為粒內(nèi)壓裂縫和粒緣縫，其發(fā)育程度與巖石粒級、碎屑顆粒成分以及填隙物含量關(guān)系密切，在中扇辮狀溝道顆粒支撐的粗砂巖和中細礫巖中最為發(fā)育。研究區(qū)沙四段異常超壓較為普遍，造成膠結(jié)致密砂礫巖儲層超壓裂縫較為發(fā)育。粒度較粗、顆粒支撐、單層厚度適中的中扇亞相辮狀溝道砂礫巖中各類裂縫較為發(fā)育，與孔隙交織在一起構(gòu)成連通性良好的孔隙-裂縫復合儲集空間系統(tǒng)，是其成為近岸水下扇中最有利的儲集相帶的重要原因。

砂礫巖；近岸水下扇；構(gòu)造裂縫；非構(gòu)造裂縫；沙四段；東營凹陷

東營凹陷北部陡坡帶沙河街組砂礫巖體油氣藏是勝利油氣區(qū)近年來的重點勘探目標之一，預測其剩余資源量在1.3×109t以上，具有巨大的勘探潛力。鹽家地區(qū)位于東營凹陷北部陡坡帶東段，北鄰陳家莊凸起，南接民豐洼陷（圖1），勘探面積達1 500 km2，2009年探明石油地質(zhì)儲量為4.2×104t，沙四段為其主力層段。該區(qū)發(fā)育多條規(guī)模較大的古沖溝，在沙四段沉積時期于古沖溝的下方發(fā)育了大量近岸水下扇相砂礫巖體。這些砂礫巖體物源來自北部陳家莊凸起的母巖風化產(chǎn)物，沿陡坡快速堆積，縱向上多期疊合，平面上交互疊置，與民豐洼陷沙三中下的優(yōu)質(zhì)烴源巖鄰近，北部以扇根側(cè)向封堵，南部為巖性尖滅，東西兩側(cè)不同期次砂礫巖體錯層尖滅，含油疊合連片［1］。研究區(qū)沙四段砂礫巖體近物源、埋深大、遭受構(gòu)造作用和成巖作用強烈，儲集空間類型及特征復雜，基質(zhì)物性普遍較差。這類巖石能否成為有效儲層，斷裂變形導致大規(guī)模裂縫形成是重要因素之一［2］；同時，油田開發(fā)實踐業(yè)已表明，裂縫發(fā)育程度對這類砂礫巖儲層的產(chǎn)能有重要影響［3］。如天然裂縫較為發(fā)育的FS1井沙四下砂礫巖體氣藏壓裂后日產(chǎn)氣8×104m3，日產(chǎn)油50 m3，而該區(qū)塊后繼鉆探的天然裂縫不發(fā)育的FS3井開發(fā)效果卻不理想。由此可見：裂縫既是低滲透砂礫巖儲層有效的儲集空間，同時又是主要的滲流通道，裂縫發(fā)育規(guī)律研究對砂礫巖油藏既具有理論意義，又有應用價值。對裂縫特征的描述和分布預測，國內(nèi)外學者提出了眾多的研究思路和方法［4-9］，但多集中于碳酸鹽巖、低滲透砂巖和泥巖裂縫儲層［10-13］，而闡述砂礫巖裂縫發(fā)育特征和成因機理的報道尚不多見，大多是將裂縫作為砂礫巖儲層儲集空間之一與孔隙一起討論［14-16］。本文作者以鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖為研究對象，對FS1，F(xiàn)S2，F(xiàn)S3，F(xiàn)8，Y22，Y22-22，Y222和Y22-X1等8口取心井400多米巖心和476張薄片進行系統(tǒng)的描述與統(tǒng)計，并結(jié)合成像測井解釋成果和物性分析等手段對其宏微觀裂縫特征和成因展開討論。

1 儲層巖性、物性和儲集空間類型

1.1 巖石學特征

巖心觀察和薄片鑒定結(jié)果表明：鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖體儲層主要巖石類型為不等粒砂巖、中粗砂巖、含礫砂巖、細礫巖和中礫巖等。砂巖類型主要為長石砂巖，其次為巖屑長石砂巖。巖屑平均質(zhì)量分數(shù)為26.4%，受沙四段沉積時期陳家莊凸起主要出露太古界花崗片麻巖和古生界碳酸鹽巖的影響，主要為花崗質(zhì)變質(zhì)巖碎屑和為碳酸鹽巖碎屑。雜基一般為泥質(zhì)，平均質(zhì)量分數(shù)為5.25%，個別樣品為泥灰質(zhì)或泥云質(zhì)。膠結(jié)物質(zhì)量分數(shù)最高達33%，平均為7.2%，以白云石類和含鐵方解石類為主，兼有自生石英、硬石膏、黃鐵礦、菱鐵礦等，反映其成巖演化階段高、成巖作用復雜。鹽家地區(qū)沙四段礫巖類常具有復雜的雙模態(tài)結(jié)構(gòu)或復模態(tài)結(jié)構(gòu)。礫石多呈次棱～次圓狀，分選較差。雜基含量較高，兼有雜基支撐和顆粒支撐。

1.2 物性特征

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of study area

通過對FS1，F(xiàn)8和Y22-22等10余口井的巖心實測物性分析得知：鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層孔隙度一般為2.6%～16.5%，平均值為8.74%；滲透率一般為（0.065～278）×10-3μm2，平均值為 5.28×10-3μm2。同時發(fā)現(xiàn)，巖性不同，儲層的物性有較大的差異（圖2）。砂巖和含礫砂巖的孔隙度分布范圍為 2%～17%，細礫巖和中粗礫巖的孔隙度分布范圍略窄，為2.5%～13.5%，相同孔隙度分布范圍內(nèi)，礫巖滲透率分布范圍比含礫砂巖和砂巖的更寬。結(jié)合宏微觀觀察發(fā)現(xiàn)：礫巖，尤其是中粗礫巖滲透率異常高樣品通常有明顯的裂縫發(fā)育，表明裂縫發(fā)育為礫巖滲透率提高起到了積極作用。

圖2 鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層不同巖石類型物性特征Fig.2 Physical characteristics of different rock types in glutenite of the fourth member of Shahejie Formation in Yanjia area

根據(jù)沉積特征和水動力條件等，鹽家地區(qū)沙四段近岸水下扇沉積相可分為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相。砂礫巖儲層物性與沉積相帶具有較密切的關(guān)系。以取心最長、最為系統(tǒng)的 Y22-22井為例，對其主要儲集相帶儲層巖心物性統(tǒng)計結(jié)果表明，內(nèi)扇亞相物性整體較差，其中主溝道微相主要為大套雜基支撐中粗礫巖［17］，孔隙度與滲透率平均值分別為6.8%和2.4×10-3μm2，溝道側(cè)緣由于巖性多為顆粒支撐礫巖、含礫中粗砂巖、細砂巖，孔隙度略高，平均為 7%，但由于該微相沉積通常夾于大套主溝道礫巖沉積之中，層薄且連通性很差，平均滲透率僅為1.3×10-3μm2。中扇亞相儲層物性整體較好，其中辮狀溝道微相主要發(fā)育顆粒支撐中粗礫巖、細礫巖和含礫中粗砂巖，孔、滲相對較好，平均值分別為8.6%和5.5×10-3μm2；溝道前緣微相主要為灰色中細砂巖、含細礫中粗砂巖，顆粒分選較好，孔隙度高于辮狀溝道微相，平均為9.3%，但由于層薄，且多夾于厚層溝道間微相泥巖和外扇泥巖沉積之間，滲透率略有下降，平均值為5×10-3μm2。

1.3 儲集空間特征

巖心觀察、巖石薄片和掃描電鏡觀察表明：宏微觀裂縫在鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖中發(fā)育廣泛，孔隙和裂縫交織在一起，構(gòu)成砂礫巖儲層復雜的孔隙-裂縫復合儲集空間系統(tǒng)（圖3），不僅改善了砂礫巖儲層的滲透性，也是有效的油氣儲集空間。綜合分析認為：研究區(qū)沙四段砂礫巖不僅發(fā)育與斷裂活動有關(guān)的構(gòu)造裂縫，風化縫、成巖縫、超壓縫和溶蝕縫等非構(gòu)造裂縫也較為發(fā)育。

2 構(gòu)造裂縫

2.1 發(fā)育特征

構(gòu)造裂縫是指巖石在構(gòu)造應力作用下形成的裂縫，研究區(qū)構(gòu)造裂縫根據(jù)其充填特征可以分為2類。一類是被泥質(zhì)、方解石類和（硬）石膏充填的裂縫，主要分布在局部層段的砂泥巖互層中，往往具有張裂縫的特征，與古地震成因的同沉積正斷層（圖4（a））伴生，有時則呈現(xiàn)出樹枝狀分叉和杏仁狀組合（圖4（b））；另一類是未被充填的裂縫，在研究區(qū)沙四段砂礫巖中更為常見，通常表現(xiàn)為中高角度與層面相交或切穿粗礫（圖4（c）），鏡下通常表現(xiàn)為切穿礫石，有一定開度，并延伸數(shù)厘米以上，具有剪裂縫的特征，大多含油或見油跡（圖4（d）和4（e）），是有效的油氣儲集空間。本次研究主要應用 FMI 成像測井資料并結(jié)合巖心測量對未充填構(gòu)造裂縫進行統(tǒng)計分析。

2.1.1 裂縫走向和傾向

全井眼地層微電阻率掃描成像測井（FMI）裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計結(jié)果表明：研究區(qū)沙四段砂礫巖體高導縫主要傾向SE方向（圖5（a）），走向為NE—SW方向（圖5（b））；高阻縫主要傾向有近S和近N 2個方向（圖5（c）），走向近EW方向（圖5（d））。

2.1.2 裂縫傾角

圖3 鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層孔隙-裂縫復合儲集空間系統(tǒng)Fig.3 Complex reservoir spaces of pores&fractures in glutenite of the fourth member of Shahejie Formation in Yanjia area

圖4 鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層構(gòu)造裂縫Fig.4 Structural fractures in glutenite of the fourth member of Shahejie Formation in Yanjia area

圖5 Y22-22井成像測井裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計Fig.5 Statistics of fractural occurrence with imaging logging of well Y22-22

巖心裂縫描述及統(tǒng)計表明：鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層未被（完全）充填的構(gòu)造裂縫以低角度縫（15°＜裂縫傾角≤45°）和斜交縫（45°＜裂縫傾角≤75°）為主，垂直縫（裂縫傾角＞75°）僅占10.7%（圖6）。

2.1.3 裂縫線密度

巖心觀察統(tǒng)計結(jié)果表明：鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖各主要巖石類型中以中粗砂巖裂縫最發(fā)育，平均裂縫線密度為5條/m；隨礫石含量增多，粒度變粗，裂縫發(fā)育程度逐漸減弱；裂縫線密度的由大到小關(guān)系為：中粗砂巖（5條/m），含礫中粗砂巖（1.7條/m），細礫巖（1.6條/m），中粗礫巖（1.4條/m）（圖7）。這是因為不同巖類其力學性質(zhì)不同，在受力破裂時裂縫發(fā)育情況不同［18-19］。裂縫的發(fā)育程度與巖石的脆性密切相關(guān)：本區(qū)巖石粒度越粗，雜基支撐者越多，膠結(jié)越疏松，巖石脆性越小，構(gòu)造裂縫越不發(fā)育。進一步研究表明：研究區(qū)砂礫巖中構(gòu)造裂縫線密度與單層厚度呈明顯的負相關(guān)關(guān)系，即同一巖性的地層，單層厚度越大，構(gòu)造裂縫越不發(fā)育（圖8）。測井解釋統(tǒng)計結(jié)果表明：研究區(qū)沙四段砂礫巖體不同巖性平均單層厚度以粗礫巖最大，為2.01 m；其次是細礫巖，平均為0.51 m；粗砂巖和含礫中粗砂巖相近，分別為0.39 m和0.33 m；各粒級巖石裂縫發(fā)育程度與上述認識基本吻合。

圖6 鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖構(gòu)造裂縫傾角分布直方圖Fig.6 Dip angle distribution of structural fractures in glutenite in Yanjia area

圖7 鹽家沙四段砂礫巖不同巖石類型中裂縫線密度Fig.7 Liner density of structural fractures in different rock types

2.2 成因

鹽家地區(qū)地處坨勝永斷裂帶，且緊鄰東營凹陷控盆斷層陳南斷層。前人研究表明：孔店組-沙四段沉積時期，由于郯廬斷裂運動方式由左旋走滑運動向右旋走滑運動的轉(zhuǎn)換，主要是SN向或NEE向拉伸應力場控制了東營凹陷發(fā)育［20］，北部陡坡帶東段主要由NWW陳南斷層控制。沙三段-沙一段沉積時期，東營凹陷主要處于NW-SE 向拉伸應力場作用下，拉伸應力作用的結(jié)果主要是形成了大量的 NE向同沉積斷層［21-24］，坨勝永斷層即在這一時期形成，且活動性逐漸加強，同時形成大量走向NE-SW向的次生小斷層和宏微觀張裂縫。這些宏微觀裂縫被同期泥質(zhì)和后期成巖礦物，如碳酸鹽類、硬石膏等自生礦物充填（圖4（a）和（b）），表現(xiàn)為高導特征（圖5（b））。

圖8 鹽家沙四段砂礫巖裂縫線密度與單層厚度關(guān)系Fig.8 Relationship between liner density of structural fractures and thickness of single layer

前人研究認為：受東營期末（≤25 Ma）郯廬斷裂帶由右旋走滑轉(zhuǎn)為逆沖右旋走滑，構(gòu)造應力場特征表現(xiàn)為NEE—SWW雙向強擠壓應力場疊加于NW—SE向的雙向拉張應力場之上［24］。陳南斷層發(fā)生構(gòu)造正反轉(zhuǎn)，尤以東段因走向NW或NNW與應力場方向近于垂直或大角度夾角而尤為顯著。本研究根據(jù)井壁塌落、誘導縫產(chǎn)狀及過井縱橫波剖面結(jié)合分析得到的研究區(qū)現(xiàn)今水平最大主應力為近EW向，與上述研究成果相吻合。因此，認為東營期末的構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動產(chǎn)生擠壓型破裂和碎裂作用，是形成砂礫巖儲層中走向近EW、切穿礫石等顆粒的剪裂縫的主要原因。這些裂縫形成時期與沙四下亞段烴源巖成熟并開始發(fā)生原油初次運移時期［25］匹配，因此成為流體滲流的通道。部分裂縫中的原油受地層抬升背景的影響轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)（圖4（d）），更多的裂縫被后期埋藏成巖作用溶蝕擴大，對油氣運移和儲集具有重要意義（圖4（c）～（e）），表現(xiàn)為高阻特征（圖5（d））。在油氣田開發(fā)過程中，可以針對構(gòu)造裂縫走向采取壓裂工藝使其進一步得到溝通，從而提高油氣采收率。

3 非構(gòu)造縫

非構(gòu)造裂縫［7，14，26］是在非構(gòu)造因素作用下，由沉積物（巖石）體積力、重力或成巖作用、油氣源排烴等因素誘發(fā)形成的與構(gòu)造應力無關(guān)或僅間接有關(guān)的裂縫類型。在鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖中，非構(gòu)造縫包括風化縫、成巖縫、超壓縫和溶蝕縫等類型。

3.1 風化縫

風化縫是在各種機械和化學風化作用以及與塊體滑移有關(guān)的作用下形成的一種裂縫［26］。這種裂縫可在巖層中保留下來并在后期成巖過程中遭受溶蝕，從而增大儲層孔隙度。一般認為風化縫等表生縫在碳酸鹽巖中的意義較大，在其他巖類中對油氣的儲集意義不大［6］。然而對鹽家地區(qū)沙四段近岸水下扇砂礫巖體巖心觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)扇主溝道和中扇辮狀溝道中粗礫巖中常見礫內(nèi)樹枝狀和網(wǎng)絡狀風化縫（圖9（a）），其中后者具有儲集性能。

樹枝狀風化縫主要賦存于沙四下亞段砂礫巖體中的碳酸鹽巖中粗礫中，主要表現(xiàn)為垂直（或近垂直）的樹枝狀縫，尾端常有分叉現(xiàn)象，受早成巖期堿性介質(zhì)的影響［27］，常被灰白色方解石致密充填而失去滲濾意義。網(wǎng)絡狀風化縫主要出現(xiàn)在沙四上亞段砂礫巖體中的花崗片麻巖質(zhì)中粗礫中，有時可見褐色鐵質(zhì)充填物，應為其中不穩(wěn)定含鐵鎂暗色礦物在巖石發(fā)生早期物理風化破裂后在飽和硅鋁和酸性硅鋁階段受大氣水的侵蝕而發(fā)生溶蝕的部分產(chǎn)物。這些網(wǎng)絡狀風化縫與上述不穩(wěn)定暗色礦物在風化帶中分解形成的溶蝕孔洞溝通，在埋藏成巖過程中進一步溶蝕擴大，并與基質(zhì)孔隙連通，進而儲集油氣（圖9（a）），增強了上述沉積相帶的儲集性能。

3.2 成巖縫

成巖縫是指巖層在成巖過程中由于壓實作用、壓溶作用、組分體積收縮等作用而產(chǎn)生的裂縫。鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖體中主要發(fā)育由壓實作用和成巖收縮作用形成的壓裂縫和收縮縫。

3.2.1 壓裂縫

圖9 東營凹陷鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層非構(gòu)造裂縫Fig.9 Non-structural fractures in glutenite of the fourth member of Shahejie Formation in Yanjia area

巖石內(nèi)部顆粒由于受到上覆巖層壓力常會因相互擠壓而發(fā)生移動、變形、轉(zhuǎn)動、溶解和破碎，形成粒內(nèi)壓裂縫、粒緣縫或粒間縫（圖9（b））。這些壓裂縫在鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖體顆粒支撐的中粗砂巖、砂礫巖和中細礫巖中廣泛發(fā)育。它們通常會優(yōu)先沿著長石解理面、石英微裂紋或其他薄弱面產(chǎn)生，一般局限在某個顆粒內(nèi)或某幾個顆粒邊緣，規(guī)模較小，寬度較窄，延伸較短，不同顆粒內(nèi)發(fā)育的壓裂縫沒有統(tǒng)一的方向，常以顆粒接觸點為中心呈輻射狀向顆粒內(nèi)部消減（圖9（c））。盡管它的產(chǎn)生以砂礫間孔隙的減少為代價，對孔隙度增加意義不大，但可以提高流體的滲流性，同基質(zhì)孔隙和其他裂縫連通共同構(gòu)成縱橫交織的裂縫系統(tǒng)，不但改善深部砂礫巖儲層的油氣儲集和滲流能力，也是有效的油氣儲集空間（圖9（c））。

巖心和微觀觀察表明：鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖中壓裂縫的發(fā)育程度與巖石粒級、碎屑顆粒成分及填隙物含量有密切關(guān)系。壓裂縫多發(fā)育于中扇辮狀溝道中的顆粒支撐粗砂巖和中細礫巖中，被壓裂的主要為長石、石英和某些剛性巖屑；且在粒級和碎屑顆粒成分構(gòu)成相當?shù)那闆r下，壓裂縫發(fā)育程度與填隙物含量呈反比，即顆粒支撐者比雜基支撐者粒內(nèi)壓裂縫更為發(fā)育。這是因為，一方面，在一定的外力作用下，粗粒級顆粒所受的壓強比細粒級顆粒的大很多，造成壓裂縫在粗粒級巖石中發(fā)育［28］。另一方面，雜基支撐的巖石其顆粒之間沒有接觸，雜基相當于塑性介質(zhì)，可以通過塑性流動緩沖應力，減少了作用于顆粒上的應力，顆粒不易發(fā)生破裂；顆粒支撐的砂巖和礫巖因其顆粒支撐點較少，顆粒接觸點上的壓強要比雜基支撐者和細砂巖、粉砂巖等高出幾個數(shù)量級［26］，易使粗顆粒局部受力超過破裂強度而沿平行壓應力的方向破裂，形成壓裂縫。若這種壓裂縫在后期成巖環(huán)境中得以保存，則可成為油氣良好的儲集空間和滲流通道［28］。

形成壓裂縫的應力既可以單獨由縱向巖層壓力提供，也可以由構(gòu)造擠壓提供。研究區(qū)東營期末處于正反轉(zhuǎn)活動時期，為擠壓應力背景，發(fā)育在鹽家地區(qū)沙四段粗碎屑巖中的部分壓裂縫不排除構(gòu)造擠壓成因。在該類油氣田在開發(fā)過程中，可以通過壓裂工藝使壓裂縫進一步擴大，提高儲層的滲流能力。

3.2.2 收縮縫

本文中所指的收縮縫是指碎屑巖在埋藏成巖過程中因組分體積縮小產(chǎn)生張應力而形成的拉張裂縫（圖9（d））。鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層中的收縮縫一般順層或沿組分分界面分布，延伸數(shù)毫米至數(shù)十厘米，斷續(xù)出現(xiàn)，有的被瀝青質(zhì)完全或部分充填。它們主要發(fā)育于泥質(zhì)巖類與砂礫巖層界面處、雜基支撐砂礫巖中礫石與基質(zhì)交界處、砂巖和粉砂巖的泥質(zhì)夾層或泥質(zhì)巖屑中，從區(qū)域上看，主要分布于中扇溝道前緣和溝道間泥巖界面處。

本區(qū)沙四段砂礫巖儲層收縮縫的成因機制主要是脫水作用和礦物相變作用。脫水作用是一種由于水下或地下失水而造成沉積物總體積減小的化學過程，包括黏土及凝膠或膠體懸浮物的失水和體積減?。?］，可出現(xiàn)在頁巖、粉砂巖、石灰?guī)r、白云巖及細粒至粗粒的砂巖中，是造成細碎屑巖和中粗碎屑巖層間裂縫的重要原因，對油氣儲集和滲流具有積極影響。此外，砂礫巖中碳酸鹽和黏土組分的礦物相變引起的體積減小也可以形成收縮縫，由此產(chǎn)生晶間和層內(nèi)微縫隙。東營期末的構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動造成地層大幅度抬升，因巖石組分的熱脹冷縮率存在差異性，也是形成大顆粒和基質(zhì)接觸處成巖收縮縫的原因之一。

3.3 超壓縫

地層形成異常高壓的原因有多種，如欠壓實作用、生烴作用、水熱增壓作用、黏土礦物脫水和構(gòu)造擠壓作用等。異常高壓流體的存在使巖石中某一點的應力摩爾圓向左移動，并當流體壓力達到異性數(shù)值的時候，可以使最小主應力（σ3）由正值（壓應力）變?yōu)樨撝担◤垜Γ?，從而在巖石內(nèi)形成拉張裂縫［29］，提高儲集層的孔滲性能。微觀觀察表明，鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層超壓縫規(guī)則性和方向性較差，呈線狀或分支狀延伸，可將顆粒破碎成網(wǎng)格狀或炸裂狀（圖9（e）），開度很小，常見于較大的剛性顆粒內(nèi)部，如石英顆粒中，或使顆粒相對較薄的邊緣破碎。超壓裂縫有時被有機質(zhì)或方解石充填，表明其具有流體滲透性。

國內(nèi)外很多學者研究了產(chǎn)生超壓裂縫時的孔隙流體壓力范圍，一般認為，當孔隙流體壓力超過上覆巖層靜壓力的85%時，會導致流體壓裂上覆巖層，形成微裂縫［30］。根據(jù)對東營凹陷北帶鹽家地區(qū)各井的壓力結(jié)構(gòu)分析表明，該區(qū)沙四段儲層壓力系數(shù)一般在1.2～1.6之間，局部壓力系數(shù)最高可達1.75，足以導致巖石破裂而產(chǎn)生超壓裂縫。由于異常高壓區(qū)是一個壓力不斷積累、釋放，再積累、再釋放的過程，在這種狀態(tài)下形成的裂縫具有周期性開啟和閉合的特點。這一過程的多次反復，會使大量油氣從烴源巖中排出［6］，并促使構(gòu)造裂縫進一步發(fā)育。通過對鉆井巖心的宏微觀分析發(fā)現(xiàn)，超壓縫在分布區(qū)域上與構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)疊合，表明已存在裂縫的沉積物或巖石的強度要比同類完整的沉積物或巖石的強度低得多。

3.4 溶蝕縫

鹽家地區(qū)沙四段砂礫巖儲層經(jīng)歷了強烈的成巖作用，現(xiàn)今處于中成巖A2亞期-B期，溶蝕作用具有多重溶解機理，主要是有機酸溶解作用、無機酸溶解作用、硫酸鹽熱化學氧化還原反應和油田水引起的溶解作用等酸性介質(zhì)溶解機理和以石英為主要溶蝕對象的堿性介質(zhì)溶解機理；溶解作用的動力機制包括循環(huán)熱對流、斷裂活動引起大氣淡水淋濾和超壓泄露［26］。溶蝕縫是孔隙水進入先成裂縫，對縫壁不穩(wěn)定組分溶蝕，將其進一步擴大而成。因此，未被充填的溶蝕縫是有效的流體滲流通道和儲集空間。在研究區(qū)砂礫巖儲層中，溶蝕縫主要表現(xiàn)為沿礫石邊緣的貼粒溶蝕（圖9（f），即流體沿碎屑顆粒邊緣流動并溶解早期填隙物形成緊貼顆粒外緣發(fā)育的線狀縫隙。其他形式裂縫，如礫石原生節(jié)理縫、泥巖收縮縫和顆粒壓裂縫等經(jīng)溶蝕改造形成的裂縫也可認為是溶蝕縫。

4 裂縫發(fā)育與儲層質(zhì)量

以Y22-22砂礫巖體為例，其主力產(chǎn)層為7小層（圖10）。儲層評價結(jié)果表明：全區(qū)除Y22-X8和Y22-X43井外，其余各井平均物性均在有效儲層下限之上。其中 Y22-42和 Y22-X1井區(qū)主要發(fā)育內(nèi)扇主溝道微相，砂礫巖平均孔隙度為 4%～6%，基質(zhì)滲透率為（0.5～1.0）×10-3μm2，巖心和微觀觀察表明，其裂縫類型主要為風化縫和成巖縫，為Ⅲ類儲層；其他井區(qū)主要發(fā)育中扇辮狀溝道微相，平均孔隙度為4%～10%，基質(zhì)滲透率為（1～10）×10-3μm2，巖心和薄片中構(gòu)造縫和上述各類非裂縫均較為發(fā)育，為Ⅱ類儲層。綜合分析認為，粒度較粗、顆粒支撐、單層厚度適中的中扇亞相辮狀溝道砂礫巖中各類裂縫較為發(fā)育，裂縫與孔隙交織在一起，構(gòu)成了溝通良好的孔隙-裂縫復合儲集空間系統(tǒng)，是其成為近岸水下扇中最有利的儲集相帶的重要原因。

5 結(jié)論

1） 鹽家地區(qū)沙四段近岸水下扇砂礫巖儲層裂縫普遍發(fā)育，主要包括構(gòu)造裂縫和風化縫、成巖縫、超壓縫和溶蝕縫等非構(gòu)造裂縫。

2） 有效的構(gòu)造裂縫主要形成于東營期末強烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動，為擠壓應力作用下的斜交縫，且隨巖性變粗，發(fā)育程度也逐漸減弱。風化縫是中粗礫巖儲層中富有特色的儲集空間類型，主要發(fā)育于內(nèi)扇主溝道和中扇辮狀溝道的花崗片麻質(zhì)中粗礫石中，是這些粗碎屑在物源區(qū)中遭受風化破裂和差異溶蝕所致。成巖縫主要表現(xiàn)為壓裂縫和收縮縫，尤以廣泛分布于中扇辮狀溝道顆粒支撐的粗砂巖和中細礫巖中的粒內(nèi)壓裂縫和粒緣縫這兩類壓裂縫為特征。研究區(qū)較為普遍的異常超壓是沙四段致密砂礫巖儲層發(fā)育超壓裂縫的成因。

圖10 Y22-22近岸水下扇沉積相平面圖Fig.10 Sedimentary facies map of Y22-22 nearshore subaqueous fan

3） 中扇亞相辮狀溝道砂礫巖中各類裂縫較為發(fā)育，裂縫與孔隙交織在一起，構(gòu)成了溝通良好的孔隙-裂縫復合儲集空間系統(tǒng)，是其成為近岸水下扇中最有利的儲集相帶的重要原因。

［1］ 田美榮. 鹽家地區(qū)沙四段上亞段砂礫巖體儲層特征及成巖演化［J］. 油氣地質(zhì)與采收率， 2011， 18（2）： 30-33， 48. TIAN Meirong. Diagenesis evolution characteristics of glutenite reservoir in Yanjia area［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2011， 18（2）： 30-33， 48.

［2］ 付曉飛， 尚小鈺， 孟令東. 低孔隙巖石中斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及與油氣成藏［J］. 中南大學學報（自然科學報）， 2013， 44（6）：2428-2438. FU Xiaofei， SHANG Xiaoyu， MENG Lingdong. Internal structure of fault zone and oil/gas reservoir in low-porosity rock［J］. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2013， 44（6）： 2428-2438.

［3］ 肖麗華， 張磊， 田偉志， 等. 徐家圍子斷陷深層砂礫巖優(yōu)質(zhì)儲層預測［J］. 中南大學學報（自然科學版）， 2014， 45（4）：1174-1182. XIAO Lihua， ZHANG Lei， TIAN Weizhi， et al. High-quality reservoir prediction of deep tight glutenites in Xujiaweizi Fault Depression［J］ . Journal of Central South University （Science and Technology）， 2014， 45（4）： 1174-1182.

［4］ BAI T P， DAVID D. Fracture spacing in layered rocks： a new explanation based on the stress transition［J］. Journal of Structural Geology， 2000， 22（1）： 43-57.

［5］ CONNOLLY P， COSGROVE J. Prediction of fracture-induced permeability and fluid flow in the crust using experimental stress data［J］. AAPG Bulletin， 1999， 83（5）： 757-777.

［6］ NELSON R A. Geologic analysis of naturally fractured reservoirs［M］. Texas： Gulf Publishing Company， 1985： 8-26.

［7］ 郭璇， 鐘建華， 徐小林， 等. 非構(gòu)造裂縫的發(fā)育特征及成因機制［J］. 中國石油大學學報（自然科學版）， 2004， 28（2）： 6-11. GUO Xuan， ZHONG Jianhua， XU Xiaolin， et al. The development characteristics and generation mechanism of nonstructural fractures［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2004， 28（2）： 6-11.

［8］ 宋惠珍， 賈承造， 歐陽健， 等. 裂縫性儲集層研究理論與方法［M］. 北京： 石油工業(yè)出版社， 2001： 22. SONG Huizhen， JIA Chengzao， OUYANG Jian， et al. Research theory and method of fractured reservoir［M］. Beijing： Publishing House of Oil Industry， 2001： 22.

［9］ 曾聯(lián)波， 漆家福， 王永秀. 低滲透儲層構(gòu)造裂縫的成因類型及其形成地質(zhì)條件［J］. 石油學報， 2007， 28（4）： 52-56. ZENG Lianbo， QI Jiafu， WANG Yongxiu. Origin type of tectonic fractures and geological conditions in low permeability reservoirs［J］. Acta Petrolei Sinica， 2007， 28（4）： 52-56.

［10］ ERNSTSON K， RAMPINO M R， HILTL M. Cratered cobbles in Triassic Buntsandstein conglomerates in northeastern Spain： an indicator of shock deformation in the vicinity of large impacts［J］. Geology January， 2001， 29（1）： 11-14.

［11］ 王真. 豐深 1 砂礫巖體裂縫發(fā)育特征及主控因素研究［J］. 中國石油大學勝利學院學報， 2008， 22（2）： 6-8. WANG Zhen. The development characteristics and master factor analysis of fracture of sand gravel body of well Feng sheng1［J］. Journal of Shengli College China University of Petroleum， 2008，22（2）： 6-8.

［12］ 鞏磊， 曾聯(lián)波， 張本健， 等. 九龍山構(gòu)造致密礫巖儲層裂縫發(fā)育的控制因素［J］. 中國石油大學學報（自然科學版）， 2012，36（6）： 6-12. GONG Lei， ZENG Lianbo， ZHANG Benjian， et al. Control factors for fracture development in tight conglomerate reservoir of Jiulongshan structure［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2012， 36（6）： 6-12.

［13］ 張立松， 閆相禎， 楊秀娟， 等. 致密碎屑巖裂縫性儲層發(fā)育定量預測［J］. 中南大學學報（自然科學版）， 2014， 45（2）： 501-506. ZHANG Lisong， YAN Xiangzhen， YANG Xiujuan， et al. Quantitative prediction of natural fracture development for tight fractured clastic rock reservoir［J］. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2014， 45（2）： 501-506.

［14］ 文慧儉， 舒萍， 范傳聞， 等. 興城氣田深層礫巖儲層儲集空間類型及控制因素［J］. 大慶石油學院學報， 2008， 32（3）： 101-104. WEN Huijian， SHU Ping， FAN Chuanwen， et al. Reservoir space type and control factors of the deep conglomerate reservoir in Xingcheng gas field ［J］. Journal of Daqing Petroleum Institute，2008， 32（3）： 101-104.

［15］ 王成， 官艷華， 肖利梅， 等. 松遼盆地北部深層礫巖儲層特征［J］. 石油學報， 2006， 27（增刊）： 52-56. WANG Cheng， GUAN Yanhua， XIAO Limei， et al. Characteristics of deep conglomerate reservoir in northern Songliao Basin ［J］. Petrolei Sinica， 2006， 27（Suppl）： 52-56.

［16］ 王勇， 鐘建華， 馬鋒， 等. 濟陽坳陷陡坡帶深層砂礫巖體次生孔隙成因機制探討［J］. 地質(zhì)學報， 2008， 82（8）： 1152-1159. WANG Yong， ZHONG Jianhua， MA Feng， et al. The mechanism of secondary porosity in the deep-seated gravel reservoirs on the steep slope belt， Jiyang Depression［J］. Acta Geologica Sinica，2008， 82（8）： 1152-1159.

［17］ 袁靜， 楊學君， 陳武杰， 等. 東營凹陷鹽 22塊沙四上亞段砂礫巖粒度概率累積曲線特征［J］. 沉積學報， 2011， 29（3）：815-824. YUAN Jing， YANG Xuejun， CHEN Wujie， et al. Probability cumulative grain size curves in sandy conglomerate of the upper Es4 in Yan 22 Block， Dongying Depression［J］ .Acta Sedimentologica Sinica. 2011， 29（3）： 815-824.

［18］ 曠紅偉， 劉俊奇， 覃漢生， 等. 束鹿凹陷古近系沙河街組第三段下部儲層物性及其影響因素［J］. 沉積與特提斯地質(zhì)， 2008，28（1）： 88-95. KUANG Hongwei， LIU Junqi， QIN Hansheng， et al. Physical properties and influencing factors of the reservoir rocks in the lower part of the third member of the Palaeogene Shahejie Formation in the Shulu depression［J］. Sedimentary Geology and Tethyan Geology， 2008， 28（1）： 88-95.

［19］ 周文， 張銀德， 閆長輝， 等. 泌陽凹陷安棚油田核三段儲層裂縫成因、期次及分布研究［J］. 地學前緣， 2009， 16（4）： 157-165. ZHOU Wen， ZHANG Yinde， YAN Changhui， et al. Genesis，stages and distribution of the fractures in H3reservoir in Anpeng oil field， Miyang sag ［J］. Earth Science Frontiers， 2009， 16（4）：157-165.

［20］ 張鵬， 王良書， 丁增永， 等. 濟陽坳陷中-新生代斷裂發(fā)育特征及形成機制［J］. 石油與天然氣地質(zhì)， 2006， 27（8）： 467-474. ZHANG Peng， WANG Liangshu， DING Zengyong， et al. Characteristics and formation mechanism of the faults in Mesozoic-Cenozoic in Jiyang Depression［J］. Oil & Gas Geology，2006， 27（8）： 467-474.

［21］ 盛文波， 操應長， 劉暉， 等. 東營凹陷古近紀控盆斷層演化特征及盆地結(jié)構(gòu)類型［J］. 石油與天然氣地質(zhì)， 2008， 29（3）：290-296， 289. SHENG Wenbo， CAO Yingchang， LIU Hui， et al. Evolutionary characteristics of the Palaeogene basin-controlling boundary faults and types of basin architectures in the Dongying sag［J］. Oil & Gas Geology， 2008， 29（3）： 290-296， 289.

［22］ 陽懷忠， 任建業(yè)， 陸金波. 東營凹陷負反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式及其運動學特征［J］. 地球科學： 中國地質(zhì)大學學報， 2009， 34（3）：493-501. YANG Huaizhong， REN Jianye， LU Jinbo. Tectonic styles and kinematic characteristics of negative inversion structure in Dongying Depression［J］. Earth Science： Journal of China University of Geosciences， 2009， 34（3）： 493-501.

［23］ 謝銳杰， 漆家福， 王永詩， 等. 渤海灣盆地東營凹陷北部地區(qū)新生代構(gòu)造演化特征研究［J］. 石油實驗地質(zhì)， 2004， 26（5）：427-431. XIE Ruijie， QI Jiafu， WANG Yongshi， et al. Characteristics of the Cenozoic structural evolution in the north of the Dongying sag， the Bohaiwan Basin［J］. Petroleum Geology & Experiment，2004， 26（5）： 427-431.

［24］ 侯旭波. 濟陽坳陷構(gòu)造反轉(zhuǎn)特征及其與疊合盆地演化關(guān)系［D］.青島： 中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院， 2010： 72. HOU Xubo. The development characteristics of structures inversion in Jiyang Depression and its relationship with the evolution of superimposed Basin［D］. Qingdao： China University of Petroleum （Huadong）. School of Geosciences，2010： 72.

［25］ 宋國奇， 蔣有錄， 劉華， 等. 東營凹陷利津—民豐地區(qū)中深層裂解氣成藏史［J］. 天然氣工業(yè)， 2009， 29（4）： 14-17， 38. SONG Guoqi， JIANG Youlu， LIU Hua， et al. Pooling history of cracked gas in middle-deep reservoirs in Lijin-Minfeng areas of the Dongying sag［J］. Natural Gas Industry， 2009， 29（4）： 14-17，38.

［26］ 王洪輝， 陸正元. 四川盆地中西部上三疊統(tǒng)砂巖非構(gòu)造裂縫儲層［J］. 石油與天然氣地質(zhì)， 1998， 19（1）： 35-41. WANG Honghui， LU Zhengyuan. Nontectonic fractured sandstone reservoirs of upper Triassic in middle-west Sichuan Basin［J］. Oil and Gas Geology， 1998， 19（1）： 35-41.

［27］ 袁靜， 張善文， 喬俊， 等. 東營凹陷深層溶蝕孔隙的多重介質(zhì)成因機理和動力機制［J］. 沉積學報， 2007， 25（6）： 840-846. YUAN Jing， ZHANG Shanwen， QIAO Jun， et al. Cause of formation and dynamical mechanisms in multiply medium of dissolved pores in deep formation of Dongying sag［J］. Acta Sedimentologica Sinica. 2007， 25（6）： 840-846.

［28］ 郭沫貞， 朱國華， 壽建峰， 等. 碎屑巖壓裂縫的特征、成因與油氣勘探意義［J］. 沉積學報， 2006， 24（4）： 483-487. GUO Mozhen， ZHU Guohua， SHOU Jianfeng， et al. Origin and petroleum explorative significance of crushed fracture in clastic rock［J］. Acta Sedimentologica Sinica. 2006， 24（4）： 483-487.

［29］ 曾聯(lián)波， 漆家福， 王成剛， 等. 構(gòu)造應力對裂縫形成與流體流動的影響［J］. 地學前緣（中國地質(zhì)大學（北京）； 北京大學），2008， 15（3）： 292?298. ZENG Lianbo， QI Jiafu， WANG Chenggang， et al. The influence of tectonic stress on fracture formation and fluid flow［J］. Earth Science Frontiers （China University of Geosciences， Beijing；Peking University）， 2008， 15（3）： 292?298.

［30］ 蔣凌志， 顧家裕， 郭彬程. 中國含油氣盆地碎屑巖低滲透儲層的特征及形成機理［J］. 沉積學報， 2004， 22（1）： 13-18. JIANG Lingzhi， GU Jiayu， GUO Bincheng. Characteristics and mechanism of low permeability clastic reservoir in Chinese petroliferous Basin［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2004， 22（1）：13-18.

（編輯 楊幼平）

Development characteristics of glutenite reservoir fractures of the fourth member of Shahejie Formation in Yanjia area, Dongying sag

YUAN Jing1， LI Chuntang2， YANG Xuejun3， LU Zhiyong4， FAN Hailin5， ZHANG Yanzeng4

（1. School of Geosciences， China University of Petroleum， Qingdao 266580， China；2. North China Oil & Gas Branch of Sinopec， Zhengzhou 450000， China；3. Exploration and Development Research Institute， Petrochina Tarim Oilfield Branch， Korla 841000， China；4. Dongxin Oil Production Plant， Sinopec Shengli Oilfield Branch， Dongying 257000， China；5. Petrochina Daqing Oilfield Branch， Daqing 163000， China）

Development characteristics of glutenite reservoir of nearshore subaqueous fan fractures of the fourth member of Shahejie Formation， Paleogene in Yanjia area of Dongying sag were studied based on the comprehensive analysis of cores， thin sections， FMI loggings and physical properties analysis. The results show that there are abundant structuralfractures and non-structural fractures， such as weathering fractures， diagenetic fractures， overpressure fractures and dissolution fractures in the glutenite. Effective structural fractures in Yanjia area are induced by the compression stress，due to the intense structural inversion in the end of Dongying Formation stage. Most of these structural fractures are oblique. Linear fracture density decreases with the grain sizes coarsening and the layer thickening. Middle-coarse sandstone fractures are mostly developed in general. Weathering fractures are mostly open and connected with the pores in granite gneiss pebbles and cobbles of main channels and braided channels. Diagenetic fractures in Yanjia area mainly include crashed fractures and shrink fractures. Diagenetic compaction induces crashed fractures which include intra-grain fissures and grain edge fissures， common in grain supported coarse sand and conglomerate of braided channels， the development degree of which is closely related to the grain size， clastic particles component and the interstitial material content. Overpressure fractures are promoted by the available overpressure common in Yanjia area. Fractures are relatively well developed in braided channels of middle fan， which has coarser-grained and grain supporting texture and moderate layer thickness. The cracks and pores are intertwined forming pore-fracture complex reservoir space， which is the important cause of being the most favorable reservoir of nearshore subaqueous fan.

glutenite； nearshore subaqueous fan； structural fractures； non-structural fractures； characteristics； the fourth member of Shahejie Formation； Dongying sag

P558.21；TE122

A

1672-7207（2016）05-1649-11

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.05.026

2015-05-13；

2015-07-04

國家科技重大專項（2011X05001） （Project（2011X05001） supported by the National Science and Technology Major Program of China）

袁靜，博士，教授，從事儲層沉積學和儲層地質(zhì)學研究；E-mail： drjyuan@163.com