李玉璽,范存輝,李虎,2, 韓雨恬,秦啟榮
(1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川 成都 610500;2中國(guó)石油塔里木油田分公司,新疆 庫(kù)爾勒 841000)
裂縫不僅能增強(qiáng)油氣的滲流能力,還能為油氣儲(chǔ)存提供附加的儲(chǔ)集空間,構(gòu)造作用所形成的裂縫是致密砂巖儲(chǔ)層主要的滲濾通道和儲(chǔ)集空間(周文,1998)。四川盆地元壩中部須家河組儲(chǔ)層裂縫主要以構(gòu)造裂縫為主,經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造改造,構(gòu)造裂縫較為發(fā)育,不同期次的裂縫對(duì)油氣運(yùn)移聚集成藏起到至關(guān)重要的控制和調(diào)節(jié)作用。筆者通過(guò)巖心觀測(cè)以及成像測(cè)井解釋?zhuān)Y(jié)合裂縫充填物包裹體和巖石聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)裂縫特征和裂縫發(fā)育期次進(jìn)行系統(tǒng)了研究。
元壩地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于四川盆地東北部,北鄰米倉(cāng)-大巴前陸沖斷帶,東接川東高陡構(gòu)造帶,西為龍門(mén)山前陸盆地,受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)合疊加、改造而形成(圖1)。
1.地名;2.盆地邊界;3.斷層;4.一級(jí)構(gòu)造單元;5.二級(jí)構(gòu)造單元;6.研究區(qū)圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Location of the study area
研究區(qū)主要構(gòu)造單元可以劃分為低緩斷褶帶及構(gòu)造向斜帶。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)褶皺程度發(fā)育弱,斷裂以中淺層斷裂為主,多為中、小型斷裂,斷層規(guī)模不大,延伸范圍小,大部分?jǐn)鄬觾H斷穿須家河組,主要發(fā)育近南北向逆沖斷層和北西、北東向壓扭性斷層。研究區(qū)儲(chǔ)層巖性主要是石英砂巖、中-細(xì)粒巖屑砂巖、粉砂巖,以湖泊-三角洲沉積環(huán)境為主,為典型的低孔-低滲致密砂巖儲(chǔ)集層。裂縫和斷層的發(fā)育為油氣運(yùn)移提供了良好的疏導(dǎo)條件,有效的裂縫成為該區(qū)儲(chǔ)層的有利儲(chǔ)集場(chǎng)所和滲濾通道。其研究對(duì)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征、發(fā)育規(guī)律開(kāi)展研究、評(píng)價(jià)以及儲(chǔ)層的勘探、開(kāi)發(fā)具有十分重大的意義。
根據(jù)巖心觀測(cè)結(jié)果,元壩地區(qū)中部須家河組低滲透砂巖儲(chǔ)層裂縫可分為構(gòu)造裂縫、成巖裂縫及鉆井誘導(dǎo)縫等3種類(lèi)型。對(duì)構(gòu)造裂縫傾角進(jìn)行統(tǒng)計(jì),主要為0°~15°的水平縫、15°~45°的低角度縫、45°~75°的高角度縫以及75°~90°的直立縫。其中,低角度縫占裂縫總量的45%,高角度縫占裂縫總量的35%(圖2),其次是水平縫和直立縫。根據(jù)工區(qū)地表野外露頭區(qū)裂縫調(diào)查表明,由于特征各異的裂縫之間相互穿插,形成了互相連通的滲流系統(tǒng),這些裂縫體系則有效的控制了元壩中部須家河組砂巖天然氣藏的發(fā)育與分布(盤(pán)昌林等,2011;戴朝成等,2011)。
根據(jù)巖心觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析,該區(qū)裂縫長(zhǎng)度變化范圍較大,寬度較窄,長(zhǎng)度范圍介于10~20cm者占60%以上,寬度范圍主要介于0.1~1mm,局部存在大于1mm的張開(kāi)縫,最大切深可達(dá)30cm,縫間距范圍介于0.75~1.2m,平均間距0.9m,主要在巖層內(nèi)發(fā)育。裂縫密度普遍偏小,主要集中在0.2~0.4條/m和0.4~0.6條/m。研究區(qū)裂縫約40%全充填,未充填縫和半充填縫占60%左右,充填裂縫充填物主要以碳質(zhì)或泥質(zhì)方解石為主,充填程度不高,反映大多數(shù)裂縫都是有效的(圖3)。
研究區(qū)水平縫充填程度高,多被泥質(zhì)充填;低角度縫和高角度縫多為構(gòu)造剪切作用形成,其中高角度縫多見(jiàn)方解石半充填或未充填,低角度縫多被方解石全充填或半充填,而方解石充填現(xiàn)象主要具有縫面平直規(guī)則、產(chǎn)狀穩(wěn)定的特征(圖4)。
(a) (b)a.元陸4,高角度剪切縫;b.元陸1,低角度剪切縫圖2 須家河組巖心裂縫類(lèi)型圖Fig.2 Fracture types of Xujiahe Formation
a.巖心裂縫寬度頻率圖; b.巖心裂縫長(zhǎng)度頻率圖;c.巖心裂縫密度頻率圖; d.巖心裂縫充填物類(lèi)型及頻率分布圖3 須家河組巖心裂縫發(fā)育程度圖Fig.3 Fracture developments of Xujiahe Formation
圖4 巖心裂縫充填特征圖Fig.4 Core fracture filling characteristics
通過(guò)巖心觀察,結(jié)合成像測(cè)井資料、井下裂縫特征分析、裂縫充填物包裹體分析和巖石聲發(fā)射等方法,進(jìn)行構(gòu)造裂縫發(fā)育期次研究。
對(duì)研究區(qū)巖心裂縫充填礦物成分、裂縫切割關(guān)系、成像測(cè)井資料分析表明,元壩中部斷褶帶須家河組出儲(chǔ)層主要存在4期的裂縫(許同海,2005)。
第一期裂縫:為須家河組沉積后成巖階段的產(chǎn)物, 主要是成巖縫,為碳質(zhì)或泥質(zhì)充填;第二期裂縫:北東(30°±5°)、北西向(315°±5°)向裂縫為第二期“X”型共軛剪切縫,充填物為方解石充填,多為全充填或半充填;第三期裂縫:南北(0°±5°)、北東東(75°±10°)向裂縫形成第三期“X”型共軛剪切縫,充填物為顆粒較粗的方解石,多半充填或未充填;第四期裂縫: 北西西(290°±10°)向裂縫形成第四期剪切縫,多數(shù)未充填,縫面光滑,少量縫見(jiàn)瀝青及油氣侵染(圖5)(周文等,2008;賴(lài)生華等,2004;童亨茂,2006)。
構(gòu)造解析表明(圖6),研究區(qū)須家河組主要以近南北向、北西向斷裂體系為主,其次是北東向斷裂,多數(shù)斷層傾角在80°以上,在地震剖面上表現(xiàn)為高角度逆斷層。
根據(jù)不同期次裂縫充填物溫度分布及其形態(tài)特征,筆者選取研究區(qū)不同切割期次的裂縫充填物樣品進(jìn)行均一溫度測(cè)試(楊巍然等,1996)。按均一溫度分布,可以劃分2個(gè)流體充注時(shí)期:第一期溫度為75~85℃;第二期溫度150~175℃??紤]未充填的構(gòu)造裂縫,即研究區(qū)至少存在3期裂縫。
充填物主要為次生方解石,包裹體為氣液兩相,均一溫度主要為75~85℃左右的第二期構(gòu)造縫;充填為粗粒方解石,其包裹體主要為群體分布無(wú)色橢圓液態(tài)與無(wú)色氣態(tài)烴類(lèi)包裹體,均一溫度主要為150~175°左右的第三期構(gòu)造縫;無(wú)充填物的第三期構(gòu)造縫。
通過(guò)對(duì)巖石加載的應(yīng)力達(dá)到古應(yīng)力場(chǎng)大小強(qiáng)度時(shí),形成的微裂紋會(huì)開(kāi)啟形成Kaiser效應(yīng)點(diǎn),不斷的加載應(yīng)力,通Kaiser效應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)即可反演出巖石所經(jīng)受的應(yīng)力破裂期次和古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度(鄭榮才,1998;丁原辰等,1991)。
圖5 構(gòu)造裂縫產(chǎn)狀圖Fig.5 Attitude of structural fractures
1.近南北向斷層;2.北東向斷層;3.北西向斷層;4.在鉆井;5.工業(yè)氣流井;6.油氣顯示井圖6 元壩中部須家河組頂面構(gòu)造綱要圖Fig.6 Faults system diagram of Xujiahe Formation in fault-fold belt of central Yuanba area
通過(guò)對(duì)巖石樣品聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,3期Kaise效應(yīng)點(diǎn)表明元壩中部須家河組形成至今至少遭受了3期構(gòu)造破裂作用(圖7),將實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的3期Kaise效應(yīng)點(diǎn)劃分為 3期構(gòu)造裂縫發(fā)育期(表1、表2)。
表1 研究區(qū)構(gòu)造期次與裂縫發(fā)育模式Tab.1 Development and formation stages of structural fractures
表2 研究區(qū)構(gòu)造期次與所對(duì)應(yīng)古構(gòu)造應(yīng)力中最大有效主應(yīng)力值Tab.2 Structural stages and corresponding paleo stress values of the study area
1.第一階段應(yīng)力;2.第二階段應(yīng)力;3.第三階段應(yīng)力圖7 須家河組古構(gòu)造應(yīng)力分布直方圖Fig.7 Histogram of the palaeo-structure stress distribution of Xujiahe Formation
(1)元壩地區(qū)中部斷褶帶須家河組儲(chǔ)層裂縫主要以構(gòu)造縫為主,構(gòu)造縫中又以低角度和高角度構(gòu)造剪切縫為主,裂縫長(zhǎng)度變化范圍較大,寬度較窄,具有間距大、密度小的特征;裂縫充填主要以全充填和半充填為主,充填物主要以碳質(zhì)或泥質(zhì)方解石為主,充填程度不高,總體上有效性較好。
(2)研究區(qū)裂縫發(fā)育方位主要為北東(30°±5°)、北西(315°±5°)向裂縫(第二期“X”型共軛剪切縫),南北(0°±5°)、北東東(75°±10°)向裂縫(第三期“X”型共軛剪切縫),北西西(290°±10°)向裂縫(第四期剪切縫)。
(3)通過(guò)地質(zhì)分析方法、包裹體實(shí)驗(yàn)方法和聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方法表明區(qū)內(nèi)裂縫為三期,第一期形成于燕山運(yùn)動(dòng)晚期,包裹體均一溫度為75~85℃,對(duì)應(yīng)凱瑟爾點(diǎn)3,古構(gòu)造應(yīng)力值為20.5MPa,充填物主要為次生方解石;第二期裂縫形成于為喜馬拉雅早—中期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),包裹體均一溫度為150~175℃,對(duì)應(yīng)凱瑟爾點(diǎn)2,古構(gòu)造應(yīng)力值為29.8MPa,充填物主要為半充填或未充填的粗粒方解石;第三期裂縫形成于為喜馬拉雅晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),對(duì)應(yīng)凱瑟爾點(diǎn)1,古構(gòu)造應(yīng)力值為42.5MPa,基本無(wú)充填物。
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