杜貴超，倉(cāng) 輝，張森森，曹卿榮

(1.陜西省延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.中南大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410000；3.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450002)

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呵叻盆地L區(qū)塊裂縫發(fā)育特征及形成機(jī)理

杜貴超1，倉(cāng) 輝1，張森森2，3，曹卿榮1

(1.陜西省延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.中南大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410000；3.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450002)

在鉆井取心及測(cè)井資料分析基礎(chǔ)上，結(jié)合盆地構(gòu)造演化特征，對(duì)呵叻盆地L區(qū)塊二疊系碳酸鹽巖裂縫發(fā)育特征及形成機(jī)制進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：目的層碳酸鹽巖共發(fā)育早期充填縫及晚期張開縫2期構(gòu)造裂縫。張開縫主要為低角度裂縫及水平裂縫，呈半充填—未充填特征，其形成演化與印支期造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)，為印支Ⅰ、Ⅱ幕2期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的產(chǎn)物；在Ⅱ幕印支運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓作用下，低角度正斷層F1發(fā)生擠壓變形，2號(hào)斷塊被推覆到1號(hào)斷塊之上，導(dǎo)致灰?guī)r斷塊內(nèi)部沿較脆弱的沉積紋理面破裂，形成低角度縫及水平裂縫；巖心裂縫統(tǒng)計(jì)及常規(guī)測(cè)井識(shí)別表明，該套裂縫在垂向上以薄層為主，裂縫密度較小。從構(gòu)造作用改造程度來(lái)看，研究區(qū)碳酸鹽巖目的層地層厚度較大，受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力改造相對(duì)較小，斷層斷面曲率及地層曲率小，導(dǎo)致構(gòu)造裂縫發(fā)育密度較小，不利于油氣規(guī)模性成藏。該研究可為呵叻盆地L區(qū)塊有利區(qū)的預(yù)測(cè)提供重要依據(jù)。

呵叻盆地；碳酸鹽巖；裂縫型儲(chǔ)層；裂縫類型；低角度裂縫；水平裂縫

0 引 言

裂縫型儲(chǔ)層是重要的油氣儲(chǔ)層類型之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，裂縫型油氣藏儲(chǔ)量在中國(guó)油氣田探明儲(chǔ)量中占比超過(guò)30%[1]，而油氣產(chǎn)量占整個(gè)石油天然氣產(chǎn)量的1/2以上[2]，是重要的油氣勘探領(lǐng)域。因此，裂縫識(shí)別及形成機(jī)理已成為當(dāng)前儲(chǔ)層研究熱點(diǎn)之一。前人圍繞碳酸鹽巖裂縫發(fā)育特征、形成機(jī)理及裂縫預(yù)測(cè)等方面開展了大量卓有成效的工作[2-5]。但文獻(xiàn)報(bào)道顯示，中國(guó)的裂縫型油氣藏主要以高角度裂縫及垂直裂縫系統(tǒng)為主，而對(duì)吐哈盆地馬喀油田、酒泉盆地青西凹陷及川西坳陷等以低角度及水平裂縫系統(tǒng)為主的油氣藏的研究相對(duì)較少。已有研究表明，低角度及水平裂縫的成因機(jī)制包括構(gòu)造及非構(gòu)造2類作用，非構(gòu)造作用包括古卸載機(jī)制、差異壓實(shí)作用、溶蝕作用及砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物溶解等[6-7]。構(gòu)造作用成因的低角度及水平裂縫主要是在構(gòu)造擠壓作用下，斷層發(fā)生逆沖或?qū)娱g滑動(dòng)，形成近水平剪切作用所致[1，8-9]。同時(shí)，裂縫發(fā)育密度主要受斷層面曲率等控制，斷層面曲率及地層曲率越大，構(gòu)造裂縫發(fā)育密度往往越大[10-11]。

在呵叻盆地L區(qū)塊二疊系碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井取心及測(cè)井資料研究基礎(chǔ)上，通過(guò)巖心描述及常規(guī)測(cè)井曲線識(shí)別，刻畫目的層低角度及水平裂縫發(fā)育特征，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之間的匹配關(guān)系等，開展了研究區(qū)裂縫成因及演化機(jī)制研究，總結(jié)了裂縫發(fā)育模式，并探討了裂縫發(fā)育對(duì)油氣儲(chǔ)層的影響，有助于深入認(rèn)識(shí)研究區(qū)裂縫發(fā)育規(guī)律，為有利區(qū)帶預(yù)測(cè)及勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

呵叻盆地位于泰國(guó)東南部，面積大約為17×104km2，為呵叻高原盆地的一部分，其北部與普潘隆起相接，東北與Loei-Phetchabun褶皺帶相鄰，是在印支板塊穩(wěn)定基底上發(fā)展起來(lái)的克拉通內(nèi)部盆地，最大沉積厚度達(dá)7 600 m[11]，是泰國(guó)陸上最大的含氣盆地，油氣勘探始于20世紀(jì)60年代，迄今為止僅發(fā)現(xiàn)2個(gè)小型氣田，預(yù)測(cè)可采天然氣儲(chǔ)量達(dá)140×108m3[12]。研究區(qū)位于呵叻盆地中部，面積為3 960 km2，受區(qū)域構(gòu)造演化影響，研究區(qū)經(jīng)歷了斷陷裂谷階段(C3—P2)、印支I幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(P2—T2)、印支II幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(T3末期)、盆地整體沉降(J1—K1)、中白堊構(gòu)造反轉(zhuǎn)(K2)、喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)(E1至今)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段[11]。自下而上發(fā)育了晚古生代石炭系及二疊系，中生代三疊系、侏羅系及白堊系，以及少量第三系及第四系地層，具有“下斷上坳、下海上陸”雙層結(jié)構(gòu)。下部裂谷層序?yàn)橥砉派鷾\海相地層，晚石炭Si That組主要為泥巖、頁(yè)巖及粉砂巖地層，二疊系Pha Nok Khao組為晚古生代盆地?cái)嘞萘压绕诋a(chǎn)物，以淺海相碳酸鹽巖沉積為主，是研究的主要目的層。二疊系末期，盆地整體抬升為陸地，中、新生代沉積了巨厚的三角洲、河湖相及沖積扇相陸相地層。從下至上依次發(fā)育Huai Hin Lat組、呵叻群及少量第三系等地層(圖1)。

圖1 研究區(qū)地層發(fā)育及構(gòu)造演化階段劃分

2 裂縫發(fā)育特征

2.1 裂縫巖心特征

研究區(qū)Y3井在二疊系碳酸鹽巖地層共取心16.48 m，取心段巖性穩(wěn)定，主要為泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r，灰?guī)r基質(zhì)孔隙不發(fā)育。裂縫主要見(jiàn)垂直裂縫、高角度裂縫、低角度縫及水平縫發(fā)育(圖2a—c)，見(jiàn)少量網(wǎng)狀縫及不定向縫等(圖2d)。未見(jiàn)壓溶縫、溶蝕縫、晶間縫、風(fēng)化縫等非構(gòu)造裂縫?？蓜澐譃槌涮盍芽p及張開縫2期裂縫，充填縫往往被晚期張開縫切割(圖2)。

(1) 充填裂縫。取心段充填裂縫主要為垂直裂縫及高角度裂縫。垂直縫傾角一般為75～90 °，裂縫面平直規(guī)則，裂縫延伸較長(zhǎng)，見(jiàn)組系特征；以小縫及微縫為主，次為中縫，亦見(jiàn)少量大縫；垂直裂縫均被方解石膠結(jié)物完全充填，高角度裂縫發(fā)育程度略低于垂直縫，裂縫面平直規(guī)則，裂縫延伸較長(zhǎng)，縫寬變化較大。高角度縫傾角一般為45～75 °，主要為小縫及微縫，亦見(jiàn)少量中縫，偶見(jiàn)大縫；高角度裂縫均被方解石膠結(jié)物全充填。

(2) 張開縫。張開縫基本為水平裂縫及低角度裂縫，呈半充填—未充填特征，為構(gòu)造裂縫，裂縫平直，偶見(jiàn)彎曲，裂縫面平整，具有近平行組系特征，以致取心段多處呈“餅裂”現(xiàn)象(圖2a、b)。低角度縫傾角一般為15～45 °，以小縫及微縫為主，見(jiàn)少量中縫。水平縫傾角一般為0～15 °，以小縫及微縫為主，見(jiàn)少量中縫(圖2e、f)；局部取心段水平裂縫較發(fā)育，巖心為密集的餅狀，呈“餅裂”現(xiàn)象(圖2a、b)。

巖心觀察及裂縫統(tǒng)計(jì)表明，該取心深度范圍內(nèi)共發(fā)育半充填—未充填的低角度縫及水平縫約252條，裂縫密度為15條/m。張開縫以小縫為主，次為微縫及中縫。

圖2 研究區(qū)巖心低角度及水平裂縫發(fā)育特征

2.2 常規(guī)測(cè)井曲線響應(yīng)特征

利用常規(guī)測(cè)井曲線對(duì)碳酸鹽巖裂縫型儲(chǔ)層識(shí)別已有廣泛的應(yīng)用[1-2，11]。研究區(qū)鉆井測(cè)井曲線特征表明(圖3)，該取心段井徑曲線平直，3 218.4～3 221.5 m深度段見(jiàn)小幅擴(kuò)徑特征；聲波時(shí)差曲線在3 209.5～3 212.5 m及3 218.4～3 221.5 m深度段見(jiàn)2組聲波時(shí)差曲線小幅變化帶，聲波時(shí)差曲線呈尖刺狀擺動(dòng)，分析認(rèn)為是低角度縫或水平縫的發(fā)育，造成聲波能量的衰減。在這2個(gè)深度段的密度測(cè)井相應(yīng)小幅降低，亦呈尖刺狀小幅擺動(dòng)；補(bǔ)償中子曲線在相應(yīng)深度段亦呈小幅增大，其幅值變化趨勢(shì)與密度曲線大致相同；雙側(cè)向曲線在該深度段亦表現(xiàn)出小幅的負(fù)異常。上述測(cè)井信息綜合反應(yīng)了低角度縫及水平縫的發(fā)育特征。

圖3 研究區(qū)Y3井取心段裂縫發(fā)育常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征

3 裂縫成因機(jī)制

3.1 裂縫發(fā)育與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

不同裂縫成因類型、充填特征及切割關(guān)系等研究表明，研究區(qū)目的層發(fā)育的2期構(gòu)造裂縫與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有較好的匹配關(guān)系。

(1) 斷陷裂谷期裂縫。對(duì)應(yīng)早—晚二疊系時(shí)期，印支板塊從岡瓦納大陸分離后處于板塊漂移階段，研究區(qū)海平面逐漸降低，廣泛沉積了Pha Nok Khao組碳酸鹽巖地層。此期間呵叻盆地整體處于構(gòu)造拉張環(huán)境，區(qū)域構(gòu)造拉張應(yīng)力導(dǎo)致研究區(qū)二疊系碳酸鹽巖地層內(nèi)部正斷層發(fā)育，并由此派生出大量構(gòu)造裂縫。與正斷層伴生的裂縫主要以垂直縫、高角度縫為主，同時(shí)見(jiàn)不定向縫、網(wǎng)狀縫等不規(guī)則裂縫。該期裂縫形成時(shí)間較早，通常發(fā)育于成巖作用早期，碳酸鹽巖地層呈半固結(jié)—固結(jié)階段，此后被方解石膠結(jié)物充填(圖2d，圖4a)。分析認(rèn)為，早期裂縫發(fā)育時(shí)期目的層為淺海沉積環(huán)境，碳酸鹽巖地層與海水接觸，海水極易通過(guò)裂縫進(jìn)入該地層。由于海水中含豐富的鈣、鈉、鎂等堿性金屬離子，早期進(jìn)入碳酸鹽巖地層的主要為堿性流體，成巖流體進(jìn)入碳酸鹽巖地層后，由于埋藏深度的增加，地層溫度及壓力均隨之增加，CaCO3達(dá)到過(guò)飽和并析出，形成方解石膠結(jié)物，并充填構(gòu)造裂縫。

圖4 研究區(qū)目的層取心段裂縫演化模式

(2) 印支Ⅰ期構(gòu)造裂縫。對(duì)應(yīng)為晚二疊—中三疊系時(shí)期，區(qū)域上受印支板塊與中國(guó)華南板塊碰撞及縫合影響，即印支Ⅰ構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，盆地內(nèi)部由構(gòu)造拉張轉(zhuǎn)換為擠壓應(yīng)力環(huán)境，研究區(qū)抬升為陸地，同時(shí)遭受廣泛剝蝕，形成了盆地內(nèi)的區(qū)域不整合面(圖1)。受構(gòu)造擠壓應(yīng)力影響，早期正斷層轉(zhuǎn)換為逆斷層。斷層F1及F2均為低角度正斷層，在逆沖擠壓過(guò)程中，斷層上盤沿逆沖斷層向上滑動(dòng)。斷層的破裂變形沿?cái)鄬觾A角方向傳遞，導(dǎo)致了碳酸鹽巖斷塊內(nèi)沿沉積紋層面破裂變形，并形成低角度裂縫及水平縫為主的裂縫系統(tǒng)。

印支Ⅰ期后，盆地經(jīng)歷了短暫的平靜期，同時(shí)沉積了三疊系Huai Hin Lat組陸相碎屑巖沉積。

(3) 印支Ⅱ期構(gòu)造裂縫。三疊系末期，由于印支板塊與Shan Thai板塊的碰撞，發(fā)生了印支Ⅱ幕造山運(yùn)動(dòng)，使盆地內(nèi)部反向傾滑構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境發(fā)育，導(dǎo)致了一系列擠壓推覆構(gòu)造形成[11]。

在強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓作用下，研究區(qū)被抬升并遭受剝蝕，同時(shí)，F(xiàn)1、F2斷層再次發(fā)生逆沖滑動(dòng)，其中F1斷層發(fā)生一定程度的擠壓變形。導(dǎo)致了碳酸鹽巖斷塊內(nèi)沿沉積紋層面進(jìn)一步破裂變形，形成大量的低角度裂縫及水平裂縫。

3.2 研究區(qū)裂縫發(fā)育模式

鉆井取心段裂縫發(fā)育特征及其與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系分析表明，研究區(qū)主要發(fā)育2期構(gòu)造裂縫。早期以垂直裂縫及高角度裂縫為主的充填裂縫主要形成于早—晚二疊系構(gòu)造拉張時(shí)期，并在碳酸鹽巖地層成巖演化過(guò)程中被方解石膠結(jié)物完全充填(圖4a)。以低角度裂縫及水平裂縫為主的裂縫系統(tǒng)是印支Ⅰ、Ⅱ幕2期構(gòu)造作用疊加的結(jié)果(圖4b、c)。2期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均為擠壓性質(zhì)，碳酸鹽巖斷塊沿?cái)鄬用姘l(fā)生小幅逆沖滑動(dòng)，特別是印支Ⅱ幕時(shí)期強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓作用下，低角度正斷層F1發(fā)生擠壓變形，2號(hào)斷塊被推覆到1號(hào)斷塊之上，導(dǎo)致灰?guī)r斷塊內(nèi)部沿較脆弱的沉積紋理面破裂，形成低角度縫及水平裂縫。印支II幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，呵叻盆地相繼經(jīng)歷了整體沉降階段(J1—K1)、中白堊構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)，受此3期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，研究區(qū)均以整體升降為主，盆地處于構(gòu)造擠壓環(huán)境至今。構(gòu)造擠壓環(huán)境使大部分低角度裂縫及水平縫被保存下來(lái)(圖4d)。

4 裂縫發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層的影響

研究區(qū)鉆井取心段的儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫發(fā)育，以低角度縫及水平縫為主。在3 209.5～3 212.5 m及3 218.4～3 225.9 m深度段內(nèi)見(jiàn)多個(gè)薄層裂縫發(fā)育段(圖3)。從水平裂縫及低角度裂縫自身特征來(lái)看，其裂縫系統(tǒng)通常呈帶狀分布，平面上延伸較廣，垂向上主要靠低角度縫上下溝通，裂縫的連通性較好，水平滲透率高，有利于油氣的運(yùn)移及富集。但巖心裂縫統(tǒng)計(jì)及常規(guī)測(cè)井識(shí)別表明，該套裂縫以薄層為主，裂縫密度低。從成因機(jī)理來(lái)看，研究區(qū)位于盆地中部，灰?guī)r地層厚度大，受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力改造相對(duì)較小，斷層斷面曲率及地層曲率小，導(dǎo)致研究區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育密度相對(duì)較小。

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)目的層主要發(fā)育充填裂縫及張開縫2期構(gòu)造裂縫，有效裂縫為低角度縫及水平縫，呈未充填—半充填特征，且以小縫為主，次為微縫及中縫。

(2) 以低角度裂縫及水平裂縫為主的裂縫系統(tǒng)為印支Ⅰ幕、Ⅱ幕2期構(gòu)造作用疊加的結(jié)果，表明斷層逆沖推覆擠壓作用導(dǎo)致研究區(qū)灰?guī)r斷塊內(nèi)部沿較脆弱的沉積紋理面破裂，從而形成低角度縫及水平裂縫形成。

(3) 水平縫及低角度縫為研究區(qū)目的層油氣儲(chǔ)集空間，該類裂縫具有平面上延伸廣，裂縫連通性好，水平滲透率高等特征。但裂縫成因機(jī)理研究表明，研究區(qū)裂縫發(fā)育密度相對(duì)較低，不利于油氣成藏。

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編輯 林樹龍

20160503；改回日期：20160913

陜西省延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司2014年科技計(jì)劃項(xiàng)目“泰王國(guó)呵叻盆地L31/50區(qū)塊二疊系碳酸鹽巖勘探潛力分析及目標(biāo)評(píng)價(jià)”(ycsy2014ky-A-10)

杜貴超(1983-)，男，工程師，2007年畢業(yè)于新疆大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2012年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖礦專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事海外油氣勘探綜合地質(zhì)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.005

TE122.2

A

1006-6535(2016)06-0021-05