馬旭杰 周 文 唐 瑜 鄧虎成 雷 濤 王建俊

1．成都理工大學(xué)能源學(xué)院 2．中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司 3．“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)4．中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 5．中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院 6．中國石油渤海鉆探工程公司第三鉆井工程分公司

四川盆地西部新場地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏自X851井獲高產(chǎn)工業(yè)氣流以來已顯示出須二段氣藏的巨大開發(fā)前景［1］。該氣藏位于四川省德陽市以北約20km，西鄰孝泉?dú)馓?，東接?xùn)|泰—合興場氣田，西南距馬井氣田40km，南距洛帶氣田80km，可依托川西地區(qū)成熟的輸氣管網(wǎng)向各地市縣天然氣用戶供氣。

新場地區(qū)在須二段沉積時(shí)期以川西坳陷西北部龍門山古陸為物源形成的辮狀河三角洲平原沉積體系為背景，位于江油—綿陽—德陽大型辮狀河三角洲沉積體系前緣亞相帶的南側(cè)主體部位，廣泛發(fā)育側(cè)向遷移頻繁的水下分流河道［1－2］。該區(qū)須二段氣藏儲(chǔ)層致密，孔隙度介于2%～4%，基質(zhì)滲透率為0．04～0．16 mD，同時(shí)氣藏內(nèi)天然裂縫的發(fā)育改善了滲流條件，往往成為高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一［2－4］；但由于天然裂縫分布非均質(zhì)性強(qiáng)，預(yù)測難度大，對(duì)氣藏中天然裂縫成因、形成期次的認(rèn)識(shí)不足，直接導(dǎo)致對(duì)天然裂縫發(fā)育、分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)情況存在偏差。因此，弄清楚天然裂縫的分布規(guī)律和找到適用的預(yù)測評(píng)價(jià)方法，對(duì)正確認(rèn)識(shí)裂縫成因及形成期次非常關(guān)鍵［5－6］。

1 裂縫特征描述

川西新場地區(qū)7口鉆井須二段巖心裂縫觀察描述表明，裂縫產(chǎn)狀主要以高角度縫和垂直縫為主（圖1－a），低角度斜交縫次之（圖1－b），水平縫少見。利用14口井的成像測井資料識(shí)別出裂縫的產(chǎn)狀主要存在北東、北西、近南北和東西向4個(gè)組系，其中東西向裂縫最為發(fā)育，北東向和近東西向兩個(gè)組系裂縫次之，北西向裂縫發(fā)育程度相對(duì)最弱；其中東西向優(yōu)勢組系裂縫與該區(qū)現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力方位一致［7－8］。

圖1 巖心裂縫照片

通過對(duì)巖心縫面觀察、薄片微觀裂縫的鑒定，該區(qū)超過80%的天然裂縫縫面平滑干凈，無明顯充填特征，少數(shù)天然裂縫縫面見不同程度方解石充填（圖1－b）、石英充填和有機(jī)質(zhì)充填（圖1－c）；另外泥質(zhì)巖類縫面也見剖面型擦痕（圖1－d），表明存在剪性裂縫。

裂縫的充填特征決定了后期裂縫的有效性，對(duì)須二段裂縫充填性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：垂直和高角度裂縫主要為未充填縫，該類裂縫達(dá)到70．54%；半充填縫和全充填縫均占14．73%，全充填裂縫主要為低角度縫。因此從裂縫有效性來看，該區(qū)須二段裂縫有效性高，且有效裂縫主要以垂直縫和高角度縫為主（圖2）［9］。

圖2 巖心上裂縫充填程度統(tǒng)計(jì)分布圖

2 裂縫形成期次的確定

2．1 實(shí)驗(yàn)測試分析確定裂縫形成期次

2．1．1 巖石聲發(fā)射現(xiàn)象確定裂縫形成期次

由于巖石在長期的埋藏過程中經(jīng)歷了不同期次的構(gòu)造作用而形成多期次破裂，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過對(duì)巖石進(jìn)行加載，當(dāng)加載應(yīng)力達(dá)到各期次破裂對(duì)應(yīng)的歷史應(yīng)力值時(shí)，將產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，通過監(jiān)測該現(xiàn)象就可以恢復(fù)巖石的破裂期次及對(duì)應(yīng)的古地應(yīng)力環(huán)境［10－11］。

考慮到工區(qū)鉆井的分布，選擇 CX565、X5、XC203、XC12等4口井6組樣品進(jìn)行了聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)；通過單軸應(yīng)力加載，使用聲波檢測儀器接收聲發(fā)射特征參數(shù)（包括聲發(fā)射次數(shù)、事件率和能率），獲得聲發(fā)射特征參數(shù)與加載時(shí)間之間的關(guān)系，反映出新場地區(qū)須二段經(jīng)歷了多期的受力歷史，一般能劃分出3～4級(jí)Kaiser效應(yīng)點(diǎn)，至少對(duì)應(yīng)了4期破裂歷史（表1）。

2．1．2 裂縫充填物穩(wěn)定同位素分析確定裂縫形成期次

裂縫充填物穩(wěn)定同位素測試結(jié)果表明：無論是垂直裂縫還是斜交裂縫，其方解石充填物δ18O（PDB‰）和δ13C（PDB‰）特征相差較大（表2），顯示出多期充填的特征。結(jié)合構(gòu)造演化和須二段埋藏史情況，從裂縫充填物穩(wěn)定同位素分布圖上可以明顯地劃分出以下3個(gè)形成期次（圖3）。

表1 新場地區(qū)須二段巖石聲發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果表

1）喜馬拉雅期裂縫（三幕為主），充填方解石的δ18O值在－17‰左右，根據(jù)Epstein氧同位素測溫方程估算埋深在3 590m左右，接近現(xiàn)今須二段埋藏深度［12］。

2）燕山期裂縫，其充填方解石的δ18O值約為－16‰，估算出其形成溫度約為108．92℃，折算埋深為2 963m左右，接近燕山期須二段埋藏深度。

3）印支期裂縫，充填方解石δ18O值在－13‰左右，估算出其形成溫度約為74．3℃，折算埋深為1 810 m左右，對(duì)應(yīng)為印支期須二段埋藏深度。

2．1．3 裂縫充填物包裹體測試分析確定裂縫形成期次

流體包裹體是礦物結(jié)晶生長過程中被捕獲在礦物晶體缺陷、空穴、晶格空位、位錯(cuò)及微裂隙中的成巖成礦溶液，至今在主礦物中完好封存并與主礦物有著相界限的封閉體系［12－15］。裂縫充填物流體包裹體代表裂縫形成時(shí)的原始流體樣品，是研究裂縫形成時(shí)間的有效手段；通過對(duì)流體包裹體均一溫度的測定結(jié)合地溫梯度等資料可估算出充填物形成時(shí)間，并推斷裂縫形成時(shí)間［12］。本文中測試流體包裹體樣本來自CX565、XC6等井下巖心樣品，裂縫充填物內(nèi)包裹體類型主要有2類，并以氣液兩相鹽水包裹體次生包裹體為主，偶見氣液兩相原生水包裹體。

根據(jù)氣液兩相鹽水次生包裹體測試，其均一溫度由于有熱液活動(dòng)的影響，所測溫度較高，但依據(jù)其均一溫度與鹽度關(guān)系大致可以劃分為3期：第一期溫度約為172℃，第二期溫度約為187℃，第三期溫度約為202℃（圖4）。

表2 須二段裂縫充填方解石穩(wěn)定同位素分析結(jié)果表

圖3 須家河組中裂縫充填方解石碳氧同位素特征圖

圖4 包裹體測試均一溫度與鹽度關(guān)系圖

2．2 裂縫形成期次的綜合確定

歸納以上裂縫期次各方面分析資料，新場地區(qū)須二段從沉積后經(jīng)歷了印支晚幕、燕山晚幕、喜馬拉雅期一、二、三、四幕等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［16］，巖石聲發(fā)射反映出可至少4期的Kaiser效應(yīng)點(diǎn)；裂縫充填物碳氧穩(wěn)定同位素分析和充填物內(nèi)流體包裹體的測試分析也反映出3個(gè)差異明顯的裂縫形成環(huán)境。但由于碳氧同位素和流體包裹體分析依賴于裂縫充填物，而該區(qū)絕大多數(shù)晚期形成裂縫處于未充填狀態(tài)，這類裂縫的產(chǎn)狀與目前的現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力方向一致，應(yīng)該屬于喜馬拉雅期四幕所形成。因此綜合來看，新場地區(qū)須二段內(nèi)天然裂縫形成期次為4期：第一期為印支期，第二期為燕山期，第三期為喜馬拉雅期三幕，第四期為喜馬拉雅期四幕，而且晚期形成的裂縫是新場須二段氣藏內(nèi)的主要裂縫，其有效性高，是應(yīng)該重點(diǎn)評(píng)價(jià)和關(guān)注的一期裂縫。

3 結(jié)論

1）通過巖心裂縫觀察描述、相似露頭區(qū)裂縫調(diào)查，認(rèn)為新場地區(qū)須二段氣藏天然裂縫主要以高角度縫和垂直縫為主，低角度斜交縫次之，水平縫少見；以東西組系裂縫最為發(fā)育，北東和近東西向2個(gè)組系裂縫次之，并主要為構(gòu)造成因裂縫。

2）從天然裂縫縱橫向延伸長度來看，裂縫縱向延伸受制于巖層厚度，一般不具穿層性，橫向延伸長度一般不超過5m，為中等規(guī)模裂縫；巖心及成像測井裂縫線密度的統(tǒng)計(jì)反映了裂縫發(fā)育非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫密度可達(dá)0．8條／m，裂縫發(fā)育程度為中—高。

3）裂縫充填程度低，有效程度高，充填物以方解石為主，未充填裂縫主要為垂直和高角度裂縫，且未充填裂縫主要為近東西向組系，與現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向一致，表明了有效裂縫形成時(shí)間晚，與現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境相關(guān)。

4）新場地區(qū)須二段氣藏內(nèi)天然裂縫形成期次為4期，分別對(duì)應(yīng)印支期、燕山期、喜馬拉雅期三幕和喜馬拉雅期四幕4個(gè)時(shí)期；早期以充填裂縫為主，晚期以未充填為主，其中喜馬拉雅期四幕時(shí)期形成的裂縫有效性較高，對(duì)該氣藏的開發(fā)具有重要意義。

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