張克銀

(中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

孝泉—新場地區(qū)位于龍門山前緣的中段，中三疊世以來，經(jīng)印支、燕山和喜馬拉雅等多期次大的構(gòu)造運動的改造，沉積環(huán)境完成了由?！ｊ戇^渡→陸相的變遷[1－3］，晚三疊世是川西盆地轉(zhuǎn)型的關鍵時期[4］。該區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組自下而上分為須一—須五段，與上覆的侏羅系白田壩組呈平行不整合接觸關系，和下伏上三疊統(tǒng)的馬鞍塘組呈平行不整合接觸關系。須四段是須家河組上、下2個“成盆期”分界的開始，以“安縣運動”為顯著標志，須四段底部在川西坳陷范圍內(nèi)普遍發(fā)育有礫巖沉積[1］。須四段的巖性主要為礫巖、含礫砂巖、巖屑砂巖夾砂質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r，偶見煤線，為沖積扇、河流等陸相沉積的產(chǎn)物，川西坳陷主體以辮狀河三角洲前緣沉積為主[5－6］。須四段的平均孔隙度 4.87%，平均滲透率0.315 ×10－3μm2，屬致密儲層[7］。

前人研究表明，裂縫的發(fā)育可以改善滲流條件，往往成為高產(chǎn)的關鍵因素之一[8－10］。裂縫的分布具有非均質(zhì)性強、規(guī)律復雜等特點。已有的研究成果雖然對裂縫的特征和分布有一定的認識[11－12］，但對于裂縫的分布規(guī)律、成因、期次、受控因素等方面還需要進一步的研究。因此，認識、了解孝泉—新場地區(qū)須家河組四段天然裂縫的分布規(guī)律，對該層位的油氣勘探、開發(fā)具有十分重要的意義。

1 方法與數(shù)據(jù)

研究區(qū)須家河組四段均深埋地下，缺少地表露頭，故對須家河組四段裂縫的研究主要依賴于地震、測井資料及巖心的觀察。電成像測井能夠提供在實際溫度、壓力和流體環(huán)境下較為準確的裂縫二維空間信息，能夠滿足精細地描述巖性、裂縫、構(gòu)造地應力方向等特性。通過對這些信息及特性的研究，可以更深入地對裂縫成因類型及形成期次進行綜合分析、判斷[13－16］。

利用電成像資料進行裂縫密度計算時，一般用線性密度表示為

式中，F(xiàn)d為視裂縫密度，條/m;H為評價井段長度，m;為評價井段裂縫的總條數(shù)[17］。

按周文提出的裂縫類型的劃分標準[18］，將裂縫分為水平縫、低角度斜交縫、高角度斜交裂縫、垂直裂縫等4類(表1)。

表1 以裂縫產(chǎn)狀為標準的裂縫類型劃分方案Table 1 Fracture type classification scheme based on fracture attitudes

擬通過電成像測井的手段，對研究區(qū)內(nèi)19口重點井須家河組四段發(fā)育的天然裂縫資料進行統(tǒng)計、分析。

2 裂縫分布特征

2.1 裂縫橫向分布特征

2.1.1 裂縫方向分布

將選取的19口井按所處構(gòu)造部位的不同，劃分為3類:背斜北翼、背斜軸部、背斜南翼，并分別對其裂縫發(fā)育的方向進行了統(tǒng)計分析。北翼裂縫主要集中在4個方向:ESE－WNW至ENE－WSW向、NW－SE向、NE－SW向和近NS向(圖1a);軸部裂縫主要集中在3個方向:ESE－WNW至ENEWSW、NW－SE和NNW－SSE(圖1b);南翼裂縫主要集中在3個方向:ESE－WNW至ENE－WSW、NE－SW和 NNW －SSE(圖1c)。

2.1.2 裂縫傾角

對選取的19口井的裂縫傾角進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，這19口井主要發(fā)育低角度斜交裂縫以及高角度斜交裂縫，水平縫發(fā)育較少，垂直縫基本不發(fā)育(圖1d)。其中，低角度斜交裂縫所占比例均超過了40%，大多數(shù)在80%以上，最高達到了91.7%(X206井);高角度斜交裂縫均在45%以下，大多數(shù)在20%以下，XC28和X501井不發(fā)育此種裂縫。水平縫均在16%以下，大多數(shù)在10%以下，X209、XC30、CL562井不發(fā)育此種裂縫。垂直縫僅見于X10、X2井，且均小于11%。

2.1.3 裂縫線密度

對裂縫線密度進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，X206井的裂縫線密度最大，達到了0.393 4條/m;XC13、XC29、X5、XC31、XC33、XC8 井的裂縫線密度也都超過了0.1條/m;XC28、X209、X3井的裂縫線密度相對較低，均低于0.05條/m(圖2)。

2.2 裂縫縱向分布特征

可以看到，縱向上，裂縫線密度都表現(xiàn)出較強的不均質(zhì)性，其中 XC13、XC29、X206、XC12 井等較為突出，具有幾個明顯高值段且在頂部均有較多裂縫發(fā)育(圖3)。

2.3 裂縫分布與巖性的關系

選取的19口井的巖性主要由礫巖、砂巖和頁巖組成(圖4)，根據(jù)巖性的不同，分別考察其裂縫的發(fā)育情況。結(jié)果顯示，中砂巖、細砂巖、礫巖、粗砂巖是裂縫的主要載體。其中，中砂巖中發(fā)育的裂縫占全部裂縫的比例大多數(shù)超過了20%，X209與X3井中的比例更是超過了50%，不過在X11井中卻少于4%(圖4)。細砂巖中，只有XC30井中的比例超過了50%，其余的介于2%與48%之間(圖4)。礫巖中，XC8井中的比例超過了50%。粗砂巖中，X5井的比例最高，達到了35%(圖4)。粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、頁巖中的比例一般均小于20%(圖4)。

我們用“E指標”來進一步考察、評價裂縫在不同巖性中的發(fā)育情況:

圖1 川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段裂縫產(chǎn)狀分析Fig.1 Fracture attitudes of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan － Xinchang area，western Sichuan

式中，nr為某巖性中發(fā)育的裂縫條數(shù);nt為裂縫的總條數(shù);Hr為某巖性的總厚度;Ht為地層總厚度。Erf指標的意義在于可以表征裂縫在各巖性中的發(fā)育情況，正值代表有利于裂縫發(fā)育;負值代表不利于裂縫發(fā)育，最小值為－100%;0則代表沒有影響。

分析結(jié)果顯示，礫巖、粗砂巖、中砂巖的值絕大多數(shù)是正值，平均值分別為168.70%，308.63%，115.28%;而粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖的值絕大多數(shù)是負值;頁巖則均為負值(表2)。其中，礫巖中，XC12井的值最高，達到了616.41%;粗砂巖中，XC12井的值最高，達到了974.62%;中砂巖中，XC30井的值最高，達到了345.92%;細砂巖中，XC31井的值最高，達到了222.12%。粉砂巖中，雖然絕大多數(shù)都為負值，但X2井的值也高達129.47%;同樣的，泥質(zhì)粉砂巖中，X3井的值高達421.59%。

圖2 川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段裂縫線密度分析Fig.2 Linear density of fractures of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan － Xinchang area，western Sichuan

圖3 川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段裂縫隨深度變化分析Fig.3 Fractures changing with depth of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan － Xinchang area，western Sichuan

圖4 川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段各井巖性組成及裂縫在不同巖性中的發(fā)育特征Fig.4 Lithological composition of wells and fracture development characteristics in different lithologies in 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Xinchang area，western Sichuan

2.4 裂縫線密度與層厚的關系

通過裂縫線密度與層厚對應關系的回歸分析(圖5)，大體上可以得出以下幾點認識:

(1)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖中的裂縫線密度呈較清晰的隨層厚增加而減小的趨勢，而且這種趨勢，在裂縫線密度低于0.5條/m時表現(xiàn)得最明顯;細砂巖、礫巖在一定程度上也表現(xiàn)出這樣的趨勢。

(2)中砂巖中，當裂縫線密度低于1.5條/m時，表現(xiàn)出較清晰的隨層厚增加而減小的趨勢，而當裂縫線密度高于1.5條/m時，卻表現(xiàn)出較清晰的隨層厚增加而增大的趨勢。

表2 川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段E指標統(tǒng)計Table 2 Statistics of E of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Xinchang area，western Sichuan

圖5 川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段層厚與裂縫線密度的回歸分析Fig.5 Regression analysis of thickness and fracture linear density of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Xinchang area，western Sichuan

(3)粉砂質(zhì)頁巖、粗砂巖中裂縫線密度與層厚沒有表現(xiàn)出明顯的對應關系。

3 討論

了解天然裂縫的分布規(guī)律不僅對正確認識裂縫成因非常關鍵，同時也具有非常重要的地質(zhì)意義。沉積巖儲層裂縫主要以構(gòu)造活動形成的構(gòu)造裂縫為主，構(gòu)造裂縫的發(fā)育狀況往往與構(gòu)造樣式、所處的構(gòu)造位置和地層巖石力學特性密切相關[19］。

3.1 裂縫與褶皺的關系

一般認為，在褶皺型局部構(gòu)造上，巖石變形強度從構(gòu)造翼部向頂部不斷加強;在地臺型局部隆起上，巖石變形強度則從構(gòu)造頂部向翼部逐漸加強[19］。因此，褶皺的翼部和端部無疑是裂縫強烈發(fā)育帶[20］。整體上看，在孝泉—新場ENE向背斜南、北兩翼的裂縫線密度要大于軸部，符合孫煥泉等[20］提出的褶皺型局部構(gòu)造巖石變形強度的變化規(guī)律。

3.2 裂縫與斷裂的關系

Peacock認為，在同一應力環(huán)境下，與斷層同時形成的裂縫在線密度上會有所體現(xiàn)，也就是說越靠近斷層，裂縫的線密度越大[21］。龍泉山斷裂系統(tǒng)位于孝泉—新場地區(qū)東部，構(gòu)成了川西坳陷的東部邊界，總體走向為N20°～30°，在孝泉—豐谷地區(qū)走向近SN。線密度分析數(shù)據(jù)顯示，背斜軸部大致上表現(xiàn)出距斷裂系統(tǒng)越近的位置裂縫的線密度越大的特點，而在南、北兩翼這種規(guī)律并不明顯。但在處于斷裂附近的X206、XC8、X5三口井中裂縫線密度明顯偏高(圖2)。

3.3 裂縫發(fā)育期次

前人已采用多種方法開展過這方面的研究[22］，認為孝泉—新場地區(qū)存在印支期、燕山期、喜馬拉雅期裂縫。楊克明等[1］根據(jù)斷層在空間的展布特點及相互切割關系認為:NE－SW向裂縫發(fā)育于印支晚期—燕山早期;SN向斷裂系統(tǒng)主要形成于燕山中、晚期;NW向裂縫發(fā)育于喜馬拉雅晚期。馬旭杰等根據(jù)巖石聲發(fā)射、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結(jié)果認為，近EW向裂縫發(fā)育于喜馬拉雅期四幕[22］。綜合前人的研究成果認為，孝泉—新場地區(qū)須家河組四段4組裂縫與地質(zhì)時期的對應關系為:NE－SW向裂縫對應于印支晚期—燕山早期;近SN向裂縫對應于燕山中、晚期;NW－SE向裂縫對應于喜馬拉雅晚期;ESE－WNW至ENE－WSW向裂縫對應于喜馬拉雅期四幕。郭正吾等認為四川盆地的構(gòu)造是多期次生成的，一個構(gòu)造的形成往往是多期次、長期作用的結(jié)果[2］。各組裂縫也應該是多期次、長期作用的結(jié)果，要徹底識別、區(qū)分出各個期次的裂縫顯然還需要做大量的細致工作。

現(xiàn)今構(gòu)造應力場對裂縫的保存狀況及滲流規(guī)律具有重要影響。根據(jù)汶川地震序列震源機制解沿龍門山斷裂帶的變化分析[23］、斷裂面最新擦痕反演計算[24］和水壓致裂地應力測量資料[25］，認為龍門山斷裂帶中、南段最大主壓應力方向為NWWNW向。研究區(qū)內(nèi)，ESE－WNW至ENE－WSW向裂縫與現(xiàn)今最大主應力方向相近。

4 結(jié)論

(1)孝泉—新場地區(qū)須家河組四段裂縫主要有4組:印支晚期—燕山早期的NE－SW向裂縫，燕山中、晚期的近SN向裂縫，喜馬拉雅晚期的NW－SE向裂縫，喜馬拉雅期四幕的ESE－WNW至ENE－WSW向裂縫。

(2)孝泉—新場地區(qū)須家河組四段主要發(fā)育低角度斜交裂縫以及高角度斜交裂縫，水平縫發(fā)育較少，垂直縫基本不發(fā)育。

(3)裂縫線密度具有較強的不均質(zhì)性。X206井的裂縫線密度最大，達到了0.393 4條/m。整體上看，在孝泉—新場ENE向背斜南、北兩翼的裂縫線密度要大于軸部，符合褶皺型局部構(gòu)造巖石變形強度的變化規(guī)律。背斜軸部大致上表現(xiàn)出距斷裂系統(tǒng)越近的位置裂縫的線密度越大的特點，而在南、北兩翼這種規(guī)律并不明顯，在處于斷裂附近的X206、XC8、X5三口井中裂縫線密度明顯偏高。

(4)中砂巖、細砂巖、礫巖、粗砂巖是裂縫的主要載體。裂縫在中砂巖、細砂巖、礫巖、粗砂巖中發(fā)育得更好，而頁巖最不利于裂縫發(fā)育。

(5)裂縫線密度與層厚對應關系的回歸分析顯示:頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖中的裂縫線密度呈較清晰的隨層厚增加而減小的趨勢，細砂巖、礫巖在一定程度上也表現(xiàn)出這樣的趨勢;中砂巖中，當裂縫線密度低于1.5條/m時，表現(xiàn)出較清晰的隨層厚增加而減小的趨勢，而當裂縫線密度高于1.5條/m時，卻表現(xiàn)出較清晰的隨層厚增加而增大的趨勢;粉砂質(zhì)頁巖、粗砂巖中裂縫線密度與層厚沒有表現(xiàn)出明顯的對應關系。

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