吳 滿,楊風(fēng)麗,陸建林

(1.海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 同濟(jì)大學(xué),上海 200092;2.同濟(jì)大學(xué),上海 200092; 3.中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,江蘇 無(wú)錫 214151)

松遼盆地東部地區(qū)火山巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)研究

吳 滿1,2,楊風(fēng)麗1,2,陸建林3

(1.海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 同濟(jì)大學(xué),上海 200092;2.同濟(jì)大學(xué),上海 200092; 3.中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,江蘇 無(wú)錫 214151)

基于三維地震資料,從構(gòu)造裂縫產(chǎn)生的應(yīng)力驅(qū)動(dòng)因素出發(fā),采用構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)正反演的思路對(duì)松遼盆地東部地區(qū)火山巖儲(chǔ)層裂縫的密度、方位與開(kāi)啟性三項(xiàng)特征參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)并展開(kāi)分析,結(jié)果表明開(kāi)啟性是相對(duì)最好的有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)參數(shù)。預(yù)測(cè)結(jié)果符合火山巖裂縫發(fā)育規(guī)律并得到實(shí)際資料驗(yàn)證,構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)正反演方法可以為有效火山巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)提供一定的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞:裂縫預(yù)測(cè);特征參數(shù);構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng);火山巖儲(chǔ)層;松遼盆地

引 言

火山巖儲(chǔ)層本身具有巖性多樣、分布復(fù)雜、致密性極高、非均質(zhì)性極強(qiáng)等特點(diǎn)。可能容納流體的儲(chǔ)集空間常包括氣孔、粒間孔、晶間孔、溶蝕孔、溶蝕縫和構(gòu)造縫等,其中構(gòu)造縫可大范圍溝通孤立的孔、洞等,對(duì)儲(chǔ)層性能的好壞起決定性作用[1-2]。

前人采用成相測(cè)井法[3]、曲率分析法[4]、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬[5]、地震屬性預(yù)測(cè)法[6]、地震相干分析法[7]等對(duì)火山巖裂縫儲(chǔ)層進(jìn)行了技術(shù)方法上的探討及預(yù)測(cè)研究。而基于3D地震資料,在研究區(qū)域概況基礎(chǔ)上,采用構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)正反演的思路和相應(yīng)技術(shù)手段,可直接對(duì)構(gòu)造裂縫的平面展布密度、方位、開(kāi)啟性參數(shù)做出全面的分析和預(yù)測(cè),進(jìn)而對(duì)火山巖儲(chǔ)層裂縫各項(xiàng)特征和成因展開(kāi)分析和討論。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地處于活動(dòng)大陸邊緣,晚侏羅世時(shí)期,盆地東部地區(qū)區(qū)域性上升隆起基本結(jié)束,在東西向張性應(yīng)力的控制作用下,主斷裂開(kāi)始活動(dòng),斷距逐漸增大。至白堊世早期營(yíng)城組沉積形成后,主斷裂再次活動(dòng),并且一部分次級(jí)伴生斷裂也相應(yīng)產(chǎn)生,為火山巖活動(dòng)提供了重要的通道。造成了營(yíng)城組一條主斷裂縱貫?zāi)媳?次級(jí)斷裂兩盤發(fā)育,火山巖儲(chǔ)層大量分布的特點(diǎn)。到早白堊世晚期,張性應(yīng)力減弱、火山活動(dòng)基本結(jié)束,營(yíng)城組多期疊置、關(guān)系復(fù)雜的巖漿噴出體與侵入體大都固結(jié)成巖。在固結(jié)的火山巖中,受應(yīng)力作用影響,裂縫開(kāi)始形成。之后,應(yīng)力場(chǎng)又經(jīng)歷了壓扭—張扭—壓扭 3個(gè)時(shí)期的轉(zhuǎn)變,每個(gè)時(shí)期中又有若干應(yīng)力性質(zhì)不同的階段。每一次應(yīng)力場(chǎng)性質(zhì)轉(zhuǎn)變都會(huì)引起營(yíng)城組地層各點(diǎn)微觀起伏狀態(tài)的改變和應(yīng)力的重新分布,在應(yīng)力自行調(diào)整平衡的過(guò)程中,大量的裂縫就會(huì)隨之產(chǎn)生并且逐期疊加。

2 構(gòu)造正反演裂縫預(yù)測(cè)

2.1 基本原理

2.1.1 裂縫預(yù)測(cè)

構(gòu)造正反演裂縫預(yù)測(cè)是一種地質(zhì)成因法。在假設(shè)地層為變形前后體積和面積不變的理想模型前提下,首先通過(guò)對(duì)地層的構(gòu)造發(fā)育歷史進(jìn)行反演得出正確的三維地質(zhì)模型,然后再根據(jù)正演來(lái)計(jì)算每期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地層產(chǎn)生的應(yīng)變量。以此應(yīng)變量為主控因素,對(duì)裂縫發(fā)育的相對(duì)富集帶及主要發(fā)育方向進(jìn)行預(yù)測(cè)。其算法分為 2組:非運(yùn)動(dòng)學(xué)算法—忽略了斷層的幾何形態(tài);運(yùn)動(dòng)學(xué)算法—考慮斷層幾何形狀對(duì)上盤的影響[8]。

2.1.2 裂縫開(kāi)啟性分析

裂縫“開(kāi)啟性”指在一定應(yīng)力條件下裂縫的開(kāi)啟程度(未考慮后期充填情況),以擴(kuò)張趨勢(shì)參數(shù)來(lái)表達(dá):

式中:σ1為最大主應(yīng)力,σ3為最小主應(yīng)力,σn為應(yīng)力場(chǎng)中任一平面 (裂縫面或斷層面)上的正應(yīng)力[9]。

2.2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程與模擬參數(shù)的選取

本次研究采用非運(yùn)動(dòng)學(xué)算法,以主斷裂上下盤作為 2個(gè)地塊進(jìn)行主斷裂關(guān)閉與開(kāi)啟的反演恢復(fù)與正演模擬。實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括:①精細(xì)地震解釋建立初始地質(zhì)—物理模型;②反演恢復(fù)計(jì)算應(yīng)力場(chǎng) (曲率)分布;③選取適當(dāng)參數(shù)進(jìn)行“灑縫”(圖 1);④預(yù)測(cè)裂縫的開(kāi)啟性(圖 2)。

圖 1 營(yíng)城組頂面預(yù)測(cè)裂縫分布

模擬參數(shù)的選取在裂縫模擬過(guò)程中至關(guān)重要,為了使模擬發(fā)育的裂縫更接近于真實(shí)狀況,在基于前人成像測(cè)井、巖心資料研究的基礎(chǔ)上,選擇最小裂縫距離 200、每步種子點(diǎn)數(shù)為 250控制密度;以步距離為 50控制縫長(zhǎng);用傾向和走向分別控制裂縫方向;以長(zhǎng)寬比為 10、末端角度為 30、最大寬度為 10和投影參數(shù)為 0控制裂縫形態(tài)。

3 松遼盆地東部地區(qū)火山巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征與預(yù)測(cè)效果分析

3.1 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)正反演預(yù)測(cè)裂縫特征參數(shù)分析

3.1.1 密度參數(shù)特征

研究區(qū)密度參數(shù)特征表現(xiàn)為總體上數(shù)值較大、平面上呈不均一狀分布。從平面分布特征上分析(圖 1),裂縫廣泛發(fā)育區(qū)主要集中在 2種區(qū)帶:一是斷層附近與斷層交叉處;一是斷層轉(zhuǎn)彎處與斷層尾部。

裂縫的密度主要是受區(qū)域斷裂發(fā)育、應(yīng)力平衡過(guò)程的影響。在斷層附近、斷層交叉處,地殼最為活躍,應(yīng)力相對(duì)集中,因此產(chǎn)生最大的形變 (曲率),進(jìn)而在應(yīng)力的重新分布平衡作用中產(chǎn)生裂縫。在斷層轉(zhuǎn)彎處,由于部分應(yīng)力仍有平衡方向的轉(zhuǎn)變而向原方向繼承性發(fā)展的趨勢(shì),因此在使斷層分叉的同時(shí)產(chǎn)生伴生裂縫;而在斷層尾部,剩余的應(yīng)力集中釋放,因其不足以使斷層繼續(xù)延伸,所以形成了規(guī)模次于斷層的裂縫。

圖 2 營(yíng)城組頂面裂縫發(fā)育開(kāi)啟性裂縫分布

3.1.2 走向方位

預(yù)測(cè)結(jié)果表明(圖 1),裂縫按走向方位可分為3組:近東西向、近南北向、北東向和北西向。結(jié)合前人對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的分析研究[10-11],基本可將不同走向的裂縫劃歸不同的形成時(shí)期:晚侏羅世—早白堊世、早白堊世晚期—晚白堊世、古近紀(jì)和新近紀(jì)。

晚侏羅世—早白堊世時(shí)期,整個(gè)松遼盆地處在以東西向張扭應(yīng)力為主的應(yīng)力場(chǎng)中,在營(yíng)城組火山巖固結(jié)成巖后,持續(xù)的拉伸破裂機(jī)制使部分南北向裂縫伴隨著主斷裂相應(yīng)形成。至晚白堊世,應(yīng)力場(chǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴号ば再|(zhì),壓扭作用越來(lái)越強(qiáng)烈,巖層又受共軛剪切作用形成北東向與北西向兩組共軛縫。在古近紀(jì),應(yīng)力場(chǎng)又經(jīng)歷了一次張扭—壓扭的旋回,此次應(yīng)力事件對(duì)裂縫總體發(fā)育情況改變不大,但可能會(huì)在局部影響到裂縫的數(shù)量。新近紀(jì)以來(lái),應(yīng)力又轉(zhuǎn)變?yōu)閴号橹?張扭壓扭復(fù)合的性質(zhì),多數(shù)東西向裂縫在此時(shí)期擠壓破裂生成。

3.1.3 開(kāi)啟性特征

開(kāi)啟性參數(shù)表現(xiàn)為數(shù)值普遍大于 0.5,在 0.5與 0.999兩點(diǎn)附近呈雙峰態(tài)分布。由圖 2可知,數(shù)值在 0.999附近的近東西向裂縫 (粉紅色)表現(xiàn)為開(kāi)啟性,其余方向的裂縫數(shù)值在 0.5附近,開(kāi)啟性相對(duì)差。而開(kāi)啟性數(shù)值距 0.5和 0.999較遠(yuǎn)的裂縫極少存在。

由擴(kuò)張趨勢(shì)公式 (1)可知,開(kāi)啟性裂縫的方向與最大主應(yīng)力方向一致,大小由最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力和任一平面的正應(yīng)力的大小關(guān)系決定。松遼盆地東部地區(qū)現(xiàn)今處于東西向擠壓力為主的應(yīng)力場(chǎng)中[12],因此,近東西向裂縫的開(kāi)啟性最大。

3.2 預(yù)測(cè)效果分析

將研究區(qū)密度、方位與開(kāi)啟性 3項(xiàng)參數(shù)分別與鉆井資料進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,開(kāi)啟性參數(shù)與有效儲(chǔ)層的對(duì)應(yīng)關(guān)系相對(duì)較好。

區(qū)域主斷層上盤北部、中南部,下盤北部、中部等地區(qū)都有大范圍開(kāi)啟性裂縫集中分布 (圖 2)。位于開(kāi)啟性裂縫集中分布區(qū)的 7口鉆井中,4口為高產(chǎn),2口獲得好的油氣顯示,1口失利。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際資料的吻合程度大于 85%,據(jù)此有理由相信,在松遼盆地東部地區(qū)其余未鉆井的開(kāi)啟性裂縫集中分布區(qū),營(yíng)城組也應(yīng)存在較好的火山巖儲(chǔ)層。

4 結(jié) 論

(1)松遼盆地東部地區(qū)火山巖儲(chǔ)層特征表現(xiàn)為密度參數(shù)總體數(shù)值大,平面分布不均一;走向可分為近東西向、近南北向、北西向和北東向 3組;開(kāi)啟性參數(shù)在兩點(diǎn)處集中分布,而東西向裂縫為有效儲(chǔ)層。在密度、走向方位和開(kāi)啟性 3項(xiàng)特征參數(shù)中,開(kāi)啟性參數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果與已知井的吻合程度在85%以上,預(yù)測(cè)火山巖有效儲(chǔ)層最為直接有效。

(2)用構(gòu)造正反演方法從裂縫產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)制出發(fā),雖然無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出裂縫的長(zhǎng)度和絕對(duì)密度特征,但能夠?qū)α芽p的相對(duì)關(guān)系與發(fā)育狀況做出確定的預(yù)測(cè),其結(jié)果也是可信的,因此不失為一種好的預(yù)測(cè)火山巖有效儲(chǔ)層的方法。

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編輯 王 威 孟凡勤

TE122

A

1006-6535(2010)05-0060-03

20100610;改回日期:20100724

吳滿 (1985-),女,2008年畢業(yè)于成都理工大學(xué)石油工程專業(yè),現(xiàn)為同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)系在讀碩士研究生,現(xiàn)從事油氣藏勘探與油藏描述研究工作。