張 鵬，侯貴廷，潘文慶，齊英敏，張慶蓮，孟慶峰

（1造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院）（3中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院）

白云巖是一類重要的碳酸鹽巖儲(chǔ)層［1-2］。隨著深度增加，白云巖儲(chǔ)層所占比例呈逐漸增大的趨勢(shì)［3］。裂縫的發(fā)育，對(duì)白云巖內(nèi)部已有的孔洞起到一定的連通作用。按成因機(jī)制，裂縫可分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫主要是指構(gòu)造應(yīng)力作用下巖石破裂而形成的裂縫，一般成組出現(xiàn)、走向穩(wěn)定，能指示主應(yīng)力方向［4-5］。相對(duì)于非構(gòu)造成因縫而言，構(gòu)造裂縫分布更具有區(qū)域性規(guī)律。開展構(gòu)造裂縫特征研究，對(duì)儲(chǔ)層特征研究有重要意義，本文討論的裂縫均為構(gòu)造裂縫。

目前，對(duì)塔里木盆地下古生界潛山型裂縫發(fā)育區(qū)（如牙哈地區(qū)）研究相對(duì)充分，認(rèn)為裂縫對(duì)儲(chǔ)層改造作用明顯，并有部分油氣顯示井［6-7］，而對(duì)內(nèi)幕型裂縫發(fā)育區(qū)（如塔中地區(qū)）的有效裂縫發(fā)育情況缺乏了解，研究尚處于初步階段。本文基于寒武系巖心裂縫觀察與裂縫面密度統(tǒng)計(jì)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)，對(duì)盆地內(nèi)牙哈、英買力、塔中和塔東等四個(gè)地區(qū)寒武系裂縫發(fā)育的時(shí)空特點(diǎn)與差異機(jī)制進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地為造山帶所圍限，北緣和西緣為天山造山帶，南緣為西昆侖造山帶和阿爾金造山帶［8-10］。塔里木盆地震旦紀(jì)為一個(gè)較穩(wěn)定的克拉通，后經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期和喜馬拉雅期等多期構(gòu)造活動(dòng)［10］。受構(gòu)造活動(dòng)差異性控制，盆地內(nèi)塔中、塔東和巴楚地區(qū)沉積了震旦系—新近系相對(duì)完整的地層，下古生界屬于內(nèi)幕區(qū)；牙哈、英買力地區(qū)，受加里東晚期至海西早期構(gòu)造活動(dòng)的影響而抬升剝蝕，缺失奧陶系—侏羅系，下古生界屬于潛山區(qū)，上寒武統(tǒng)的頂界面發(fā)育一套風(fēng)化殼，受風(fēng)化、淋濾影響較大［11-12］。根據(jù)下古生界地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文把寒武系構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)劃分為兩類，即潛山型裂縫發(fā)育區(qū)和內(nèi)幕型裂縫發(fā)育區(qū)。

塔里木盆地深部白云巖主要發(fā)育于震旦系—寒武系，本次主要基于四個(gè)地區(qū)28口鉆井（圖1，牙哈地區(qū)7口井，英買力地區(qū)9口井，塔中地區(qū)7口井，塔東地區(qū)5口井；牙哈和英買力地區(qū)鉆井較多，僅標(biāo)示了部分重要鉆井）的巖心對(duì)寒武系構(gòu)造裂縫進(jìn)行觀察與統(tǒng)計(jì)，巖性主要為泥粉晶白云巖，部分為中細(xì)晶白云巖，泥巖、灰?guī)r與砂巖偶見。因巴楚地區(qū)僅方1井鉆遇目的層，缺乏可對(duì)比性，故暫不作統(tǒng)計(jì)。

圖1 塔里木盆地四個(gè)研究區(qū)位置與寒武系白云巖裂縫平均面密度分布圖

2 裂縫有效性統(tǒng)計(jì)

2.1 有效裂縫定義

前人對(duì)塔里木盆地寒武系—奧陶系白云巖的野外露頭剖面、鉆孔巖心進(jìn)行了大量的觀察采樣及巖石薄片鑒定等工作，認(rèn)為無(wú)論在出現(xiàn)的頻率上還是在孔隙體積上，次生孔隙都占到95%以上，原生孔隙占比不到5%［13］；發(fā)育原生孔隙的白云巖，需要經(jīng)過(guò)后期改造才能成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，裂縫就是一類重要的改造作用的產(chǎn)物［14］。

受后期流體活動(dòng)、沉積作用等影響，部分裂縫會(huì)被充填，無(wú)法成為油氣運(yùn)移通道或油氣儲(chǔ)集空間，這種裂縫稱為無(wú)效裂縫；未被充填或半充填的裂縫，則仍可作為油氣運(yùn)移通道或油氣儲(chǔ)集空間，這些裂縫稱為有效裂縫。有效裂縫對(duì)白云巖的改造起著重要作用，即裂縫有效性和裂縫密度是影響深部白云巖儲(chǔ)層性能的重要因素。

2.2 裂縫有效程度——有效裂縫百分比

裂縫有效程度，是指所觀察的特定巖心段內(nèi)有效裂縫條數(shù)占裂縫總條數(shù)的百分比。

以盆地內(nèi)四個(gè)地區(qū)上寒武統(tǒng)巖心裂縫觀察統(tǒng)計(jì)（表1）為例，總體上深部白云巖裂縫多被充填，如塔中地區(qū)有效裂縫占比低于25%，僅部分區(qū)域有效裂縫相對(duì)較發(fā)育，如牙哈地區(qū)有效裂縫占比高于45%。

2.3 有效裂縫發(fā)育程度——加權(quán)有效裂縫面密度

裂縫密度反映了巖石的破裂程度，可以分為線密度、面密度和體密度。線密度是指與一直線相交的裂縫數(shù)目和該直線的長(zhǎng)度的比值；面密度是指裂縫累計(jì)長(zhǎng)度與流動(dòng)橫截面上基質(zhì)總面積的比值；體密度是指裂縫總表面積與基質(zhì)總體積的比值［15］。線密度最易測(cè)量，但很難反映基質(zhì)裂縫發(fā)育的程度；體密度最能反映基質(zhì)裂縫發(fā)育情況，但較難測(cè)量；面密度能在一定程度上反映基質(zhì)裂縫發(fā)育的程度，同時(shí)也較易測(cè)量［16］，本文使用裂縫面密度來(lái)反映裂縫發(fā)育程度。具體到一段巖心，裂縫面密度［17-18］為:

表1 塔里木盆地四地區(qū)上寒武統(tǒng)巖心有效裂縫統(tǒng)計(jì)

式中：f——面密度，1/m；

li——測(cè)點(diǎn)內(nèi)第i條裂縫的長(zhǎng)度，m；

A——巖心表面積，m2；

r——巖心半徑，m；

L——巖心長(zhǎng)度，m。

對(duì)儲(chǔ)層段或一套地層的裂縫發(fā)育程度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，采用加權(quán)平均值，既考慮到了裂縫發(fā)育段，也兼顧了裂縫不發(fā)育段，這樣可以反映研究層段裂縫的整體發(fā)育情況。與有效裂縫百分比相比，加權(quán)有效裂縫面密度可以反映研究層段有效裂縫的整體發(fā)育情況［17-18］，其表達(dá)式為:

式中：f加權(quán)有效——加權(quán)有效裂縫面密度，1/m；

fi有效——第i塊巖心的有效裂縫面密度，1/m；

Li——第i塊巖心的長(zhǎng)度，m。

本次基于塔里木盆地四個(gè)地區(qū)28口鉆井巖心觀察，分別統(tǒng)計(jì)了寒武系上、中、下統(tǒng)的裂縫發(fā)育情況（表2，圖1）?？傮w上，裂縫發(fā)育程度方面，塔中、塔東地區(qū)加權(quán)裂縫平均面密度較大，裂縫較發(fā)育，牙哈、英買力地區(qū)次之；有效裂縫發(fā)育程度方面，塔中地區(qū)和牙哈地區(qū)加權(quán)有效裂縫平均面密度較大，英買力地區(qū)中寒武統(tǒng)也有一定優(yōu)勢(shì)。

3 裂縫發(fā)育特征及差異機(jī)制

如前所述，盆地內(nèi)四個(gè)地區(qū)寒武系白云巖裂縫發(fā)育程度存在差異，這與構(gòu)造活動(dòng)的區(qū)域性差異有關(guān)，斷裂活動(dòng)強(qiáng)弱在很大程度上影響了裂縫的發(fā)育。塔中地區(qū)斷裂較發(fā)育，區(qū)內(nèi)有四條大型的斷裂帶［19-23］，次級(jí)斷裂發(fā)育，鉆遇寒武系的7口井位于斷裂附近，上寒武統(tǒng)加權(quán)裂縫平均面密度達(dá)2.2；牙哈地區(qū)斷裂相對(duì)不發(fā)育，區(qū)內(nèi)僅發(fā)育一條相對(duì)大型的斷裂［24］，次級(jí)斷裂也不發(fā)育，上寒武統(tǒng)加權(quán)裂縫平均面密度為1.9。

四個(gè)地區(qū)有效裂縫發(fā)育程度的差異，除構(gòu)造活動(dòng)因素外，還與成巖環(huán)境和流體充填有關(guān)。潛山型裂縫發(fā)育區(qū)和內(nèi)幕型裂縫發(fā)育區(qū)的流體類型存在差異：朱東亞等［25］通過(guò)對(duì)碳氧同位素和鍶同位素的分析認(rèn)為，以牙哈地區(qū)為代表的潛山型裂縫發(fā)育區(qū)，流體主要為地層水和大氣降水，部分為深部熱液；以塔中地區(qū)為代表的內(nèi)幕型裂縫發(fā)育區(qū)，流體主要為深部熱液，與二疊紀(jì)巖漿活動(dòng)有關(guān)。以上寒武統(tǒng)為例，從有效裂縫發(fā)育程度 （加權(quán)有效裂縫平均面密度）看，塔中地區(qū)與牙哈地區(qū)相當(dāng)，均為0.6，塔東地區(qū)僅為0.2（表2，圖1）；反映到裂縫有效程度（有效裂縫百分比）上，牙哈地區(qū)大于45%，明顯高于塔中、塔東地區(qū)（小于25%）（表1）。這說(shuō)明，內(nèi)幕型裂縫發(fā)育區(qū)深部熱液活動(dòng)機(jī)制下裂縫更容易被充填，塔東地區(qū)由于寒武系內(nèi)的流體與上部奧陶系內(nèi)的流體不連通，這使得裂縫的有效性更差一些［26-27］。

表2 塔里木盆地四地區(qū)巖心構(gòu)造裂縫面密度統(tǒng)計(jì)

巖心觀察可見裂縫的充填類型存在一定差異，這與流體類型的差異密切相關(guān)，潛山型裂縫發(fā)育區(qū)以牙哈5井為代表，裂縫多為鐵質(zhì)、泥質(zhì)充填，部分為方解石充填（圖2a）；內(nèi)幕型裂縫發(fā)育區(qū)以塔中408井為代表，裂縫多為方解石等充填，多見熱液流體作用殘留的破碎角礫（圖2b）。

圖2 潛山區(qū)（a）與內(nèi)幕區(qū)（b）裂縫充填類型的差別

與不同地質(zhì)時(shí)期的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度和流體活動(dòng)情況相關(guān)，各地區(qū)有效裂縫相對(duì)發(fā)育的層位也存在差異。牙哈地區(qū)集中在上、中寒武統(tǒng)，英買力地區(qū)集中在中寒武統(tǒng)，塔中地區(qū)上寒武統(tǒng)和下寒武統(tǒng)有效裂縫發(fā)育程度相當(dāng)，塔東地區(qū)寒武系各統(tǒng)有效裂縫發(fā)育程度均較低（圖1）。塔中地區(qū)與牙哈地區(qū)上寒武統(tǒng)加權(quán)有效裂縫平均面密度均較大，反映了裂縫對(duì)這里的白云巖儲(chǔ)層有較好的改造作用，具有較好的勘探潛力；塔東地區(qū)有效裂縫基本不發(fā)育，勘探前景相對(duì)較差。

目前研究區(qū)揭示深部白云巖的鉆井較少，使用部分鉆井來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域裂縫發(fā)育規(guī)律有一定局限性，隨著勘探的深入和資料的積累，對(duì)有效裂縫發(fā)育的研究將會(huì)更進(jìn)一步。

4 結(jié) 論

（1）基于巖心裂縫觀察，對(duì)有效裂縫發(fā)育程度（加權(quán)有效裂縫面密度）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以反映研究層段有效裂縫的整體發(fā)育情況。

（2）塔中地區(qū)與牙哈地區(qū)上寒武統(tǒng)加權(quán)有效裂縫平均面密度較大，反映了裂縫對(duì)白云巖儲(chǔ)層有較好的改造作用；英買力地區(qū)中寒武統(tǒng)有效裂縫相對(duì)發(fā)育；塔東地區(qū)有效裂縫基本不發(fā)育。

（3）有效裂縫發(fā)育程度的差異，與潛山區(qū)和內(nèi)幕區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度、流體活動(dòng)類型及裂縫充填的差異有關(guān)。

［1］ 馬鋒，楊柳明，顧家裕，等.世界白云巖油氣田勘探綜述［J］.沉積學(xué)報(bào)，2011，29（5）：1010-1021.

［2］ 焦存禮，邢秀娟，何碧竹，等.塔里木盆地下古生界白云巖儲(chǔ)層特征與成因類型［J］.中國(guó)地質(zhì)，2011，38（4）：1008-1015.

［3］ SUN S Q.Dolomite reservoirs:Porosity evolution and reservoir characteristics［J］.AAPG Bulletin，1995，79(2):186-204.

［4］ 秦啟榮，蘇培東.構(gòu)造裂縫類型劃分與預(yù)測(cè)［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（10）：33-36.

［5］ 張厚福，方朝亮，高先志，等.石油地質(zhì)學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［6］ 崔海峰，滕團(tuán)余，鄭多明，等.英買力—牙哈地區(qū)碳酸鹽巖潛山的油氣成藏模式［J］.高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，15（1）：100-107.

［7］ 沈安江，王招明，鄭興平，等.塔里木盆地牙哈—英買力地區(qū)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因類型、特征及油氣勘探潛力［J］.海相油氣地質(zhì)，2007，12（2）：23-32.

［8］ 賈承造，魏國(guó)齊.“九五”期間塔里木盆地構(gòu)造研究成果概述［J］.石油勘探與開發(fā)，2003，30（1）：11-14.

［9］ 戴福貴，楊克繩，劉東燕.塔里木盆地地震剖面地質(zhì)解釋及其構(gòu)造演化［J］.中國(guó)地質(zhì)，2009，26（4）：747-760.

［10］ 陽(yáng)懷忠.塔里木盆地中央隆起帶隆坳格局變遷及其構(gòu)造控制機(jī)制分析［D］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010.

［11］ 楊帆，孫玉善.塔里木盆地主要?dú)獠貎?chǔ)層特征［J］.天然氣工業(yè)，1999，19（2）：43-49.

［12］ 趙宗舉，周新源，范國(guó)章.塔里木盆地塔中地區(qū)主要構(gòu)造圈閉形成期分布及成藏意義［J］.海相油氣地質(zhì)，2006，11（2）：1-8.

［13］ 朱井泉，吳仕強(qiáng)，王國(guó)學(xué)，等.塔里木盆地寒武—奧陶系主要白云巖類型及孔隙發(fā)育特征［J］.地學(xué)前緣，2008，15（2）：67-79.

［14］ 強(qiáng)子同.碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)［M］.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，1998.

［15］ VAN GOLF-RACHT T D.裂縫油藏工程基礎(chǔ)［M］.陳鐘祥，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1989.

［16］ 魏永佩，張之一.油氣田裂縫密度定量研究方法［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，1991，13（1）：37-40.

［17］ 張慶蓮，侯貴廷，潘文慶，等.新疆巴楚地區(qū)走滑斷裂對(duì)碳酸鹽巖構(gòu)造裂縫發(fā)育的控制［J］.地質(zhì)通報(bào)，2010，29（8）：1160-1167.

［18］ 張鵬，侯貴廷，潘文慶，等.新疆柯坪地區(qū)碳酸鹽巖對(duì)構(gòu)造裂縫發(fā)育的影響［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，47（5）：831-836.

［19］ 雷克輝，鐘寧寧.塔中Ⅰ號(hào)斷裂坡折帶及其鄰區(qū)礁灘體發(fā)育的區(qū)域構(gòu)造-沉積背景和古地貌控制作用［J］.海相油氣地質(zhì)，2012，17（4）：16-22.

［20］ 鄔光輝，楊海軍，屈泰來(lái)，等.塔里木盆地塔中隆起斷裂系統(tǒng)特征及其對(duì)海相碳酸鹽巖油氣的控制作用［J］.巖石學(xué)報(bào)，2012，28（3）：793-805.

［21］ 陳清清.塔中隆起帶早古生代構(gòu)造樣式和構(gòu)造演化研究［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2007.

［22］ 丁文龍，樊太亮，黃曉波，等.塔中地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)模擬與裂縫儲(chǔ)層有利區(qū)預(yù)測(cè) ［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，34（5）：1-6.

［23］ 胡德勝.塔里木盆地塔中隆起帶主干斷裂系統(tǒng)及其油氣地質(zhì)意義［D］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010.

［24］ 崔澤宏，王志欣，湯良杰，等.塔北隆起北部正斷層的成因機(jī)制及地質(zhì)意義［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，21（1）：1-6.

［25］ 朱東亞，孟慶強(qiáng)，胡文瑄，等.塔里木盆地塔北和塔中地區(qū)流體作用環(huán)境差異性分析［J］.地球化學(xué)，2013，42(1)：82-94.

［26］ 陳園園，王國(guó)芝，王東，等.塔東古生界儲(chǔ)層中流體包裹體特征［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2009，29（4）：68-72.

［27］ 王東，王國(guó)芝，冉啟貴，等.塔東地區(qū)古城4井上寒武統(tǒng)—中上奧陶統(tǒng)流體地球化學(xué)示蹤［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（4）：586-591.