雷俊杰，辛江，賀志亮

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

延長(zhǎng)油田東北部子長(zhǎng)—延安一帶主要含油層系為三疊系延安組長(zhǎng)6油層組，儲(chǔ)層巖石類型為細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，滲透率平均為0.6MD，為典型的特低滲儲(chǔ)層。長(zhǎng)6儲(chǔ)層普遍發(fā)育天然裂縫(張莉，2003；王震等，2006)，裂縫發(fā)育程度及方向是油田注水開(kāi)發(fā)井網(wǎng)部署的關(guān)鍵考慮因素。目前對(duì)儲(chǔ)層裂縫方向確定的方法主要有地層傾角、FMI、EMI等裂縫井下探測(cè)技術(shù)，但該系列測(cè)井成本昂貴，在低成本淺層開(kāi)發(fā)的延長(zhǎng)油田不宜使用。筆者引進(jìn)巖心樣品古地磁測(cè)定技術(shù)確定裂縫方位，為注采井網(wǎng)部署提供依據(jù)。

1 宏觀裂縫發(fā)育背景

鄂爾多斯盆地中、新生代地層經(jīng)歷了印支、燕山和喜山等3期大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

印支旋回以來(lái)，在鄂爾多斯地塊西緣兩側(cè)分別發(fā)育著左旋剪切和右旋剪切兩種應(yīng)力場(chǎng)。鄂爾多斯盆地是在兩種應(yīng)力的聯(lián)合作用下形成的，盆地東部主要受來(lái)自太平洋方向的近南北向左行剪切擠壓應(yīng)力作用(曾聯(lián)波等，2007)。印支期鄂爾多斯盆地處于擠壓的應(yīng)力環(huán)境下，為一壓性盆地，最大主應(yīng)力方向?yàn)镾N向。

燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，由于太平洋板塊與歐亞板塊間發(fā)生了較強(qiáng)烈的左旋剪切，它加于大華北盆地的力是一種剪切擠壓應(yīng)力，剪切應(yīng)力為南北向，而派生的擠壓應(yīng)力為北西—南東向。在此應(yīng)力體制下，必將在鄂爾多斯盆地內(nèi)部產(chǎn)生區(qū)域性的EW—SN向裂縫(圖1、圖2)，裂縫不受局部構(gòu)造的控制。在這種區(qū)域應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破裂縫可能兩組均發(fā)育，也可以表現(xiàn)為僅有一組剪切縫較為發(fā)育，而另一組不發(fā)育。野外露頭表明，在鄂爾多斯盆地地表范圍內(nèi)表現(xiàn)為EW向一組裂縫較為發(fā)育。

喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，青藏高原向東南方向擴(kuò)張擠壓，東部的左旋應(yīng)力場(chǎng)消失，西部的擠壓應(yīng)力場(chǎng)擴(kuò)展到整個(gè)鄂爾多斯盆地，作用在鄂爾多斯盆地的構(gòu)造應(yīng)力表現(xiàn)為NE向擠壓應(yīng)力，在該作用力下產(chǎn)生了NE向的張裂縫，并且還對(duì)前期裂縫進(jìn)行了改造。

1.剪切應(yīng)力；2.派生應(yīng)力；3.剪裂縫；4.張裂縫圖1 左旋作用下產(chǎn)生的EW—SN向裂縫示意圖Fig.1 EW-SN trending fracture resulting fromleft-lateral effect

1.最大主應(yīng)力；2.應(yīng)力方位；3.剪裂縫；4.張裂縫圖2 青藏高原向東南方向擴(kuò)張產(chǎn)生NE—WS向擠壓Fig.2 NE-WS compression resulting from Tibetan Plateau extending towards southeast

綜上所述，盡管穩(wěn)定型盆地內(nèi)褶皺和斷層不發(fā)育，但作用于盆地周緣的應(yīng)力必然會(huì)對(duì)盆地內(nèi)部產(chǎn)生影響，即盆地在穩(wěn)定背景下具有不穩(wěn)定因素，表現(xiàn)為在盆地范圍內(nèi)廣泛存在裂縫。裂縫形成時(shí)期主要為燕山期和喜山期，燕山期裂縫主要為EW、SN向區(qū)域裂縫，喜山期裂縫則主要為NE 向裂縫。

通過(guò)對(duì)野外露頭觀察，盆地表現(xiàn)為NE向區(qū)域裂縫發(fā)育，而注水動(dòng)態(tài)也反映裂縫主要方位為NE向，分析認(rèn)為這與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)分布有關(guān)。一是受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，NE向裂縫為張性縫，而兩組EW、SN向形成的裂縫以剪性閉合縫為主；二是盆地內(nèi)現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)最大水平主應(yīng)力方位為NE向，一方面使NE向裂縫成為高效導(dǎo)流裂縫，另一方面壓裂改造形成的人工裂縫按照NE向展布，并溝通原有的天然裂縫，使注水動(dòng)態(tài)中反映NE向裂縫起作用；三是盆地內(nèi)砂體展布方向?yàn)镹E向。綜上所述，由于NE向裂縫有效程度高，注水后使該方向上油井與裂縫連通，使動(dòng)態(tài)上反映出明顯的NE方向裂縫效應(yīng)。

2 宏觀裂縫特征

長(zhǎng)6油層裂縫以構(gòu)造裂縫為主，主要發(fā)育高角度張性垂直縫，占70%；傾角小于10°的水平縫主要為沿層面發(fā)育的層間裂縫，占20%；傾斜縫主要是傾角約為45°的剪切縫和張剪性縫，泥巖中常常見(jiàn)到，縫面上有擦痕和鏡面。裂縫主要在巖層內(nèi)發(fā)育，有少數(shù)大的裂縫可切穿不同巖層。由于部分裂縫的切穿深度較大，且裂縫密度較高，在有些區(qū)域裂縫密度達(dá)到50條/100m，裂縫長(zhǎng)度為10～100m，可能構(gòu)成裂縫系統(tǒng)。大部分宏觀裂縫的主要開(kāi)度集中在0.1～0.5mm，長(zhǎng)6油層組裂縫有開(kāi)啟、半開(kāi)啟、閉合多種形態(tài)；長(zhǎng)6油層組部分裂縫表面可以見(jiàn)到擦痕。在裂縫充填方面，二者多有充填物，并且都是以碳酸鈣充填為主。

3 古地磁定向的基本原理與方法

通過(guò)對(duì)古地磁研究結(jié)果表明，地球磁軸的平均位置總是和地球旋轉(zhuǎn)軸的位置基本吻合，即地磁場(chǎng)具有地心軸向偶極子場(chǎng)特征，巖石記錄的地磁極位置幾乎總在地理極附近，磁坐標(biāo)與地理坐標(biāo)近乎一致。因此，如果能測(cè)量出巖心的磁化方向就能得到它的地理坐標(biāo)(郝明強(qiáng)等，2007)。

地質(zhì)歷史時(shí)期中地球磁場(chǎng)經(jīng)常發(fā)生變化，其中最顯著且最重要的變化是地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)。由于地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)過(guò)程僅經(jīng)歷數(shù)百年或數(shù)千年，占據(jù)的地層空間僅幾十厘米，與漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期和巨厚的地層相比微不足道，巖石保留了自形成后各個(gè)時(shí)期的地磁場(chǎng)信息。

碎屑沉積時(shí)在當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)作用下獲得的磁性稱沉積剩余磁性(DRM)。DRM是一種非常穩(wěn)定的剩磁，可以保留至今。DRM是在碎屑顆粒定位幾分鐘到幾年內(nèi)獲得的，由于剩磁顆粒的磁矩是按當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)方向取向的，因此巖石標(biāo)本DRM方向理論上與巖石形成時(shí)期地磁場(chǎng)方向一致。通過(guò)測(cè)定巖石的DRM方向，可以得到當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)方向。

原生剩磁是最穩(wěn)定的剩磁，記錄了生成時(shí)期地磁場(chǎng)方向，最后期的VRM非常顯著，記錄了現(xiàn)代地磁場(chǎng)方向。因此，只要測(cè)出巖心的VRM磁化方向，就能得到巖心相對(duì)地磁極方向，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)于巖心的地理方位。由于VRM在低溫退磁條件下就可清洗掉，因此在進(jìn)行分段熱退磁時(shí)，低溫分量(不同樣品不同，大約在40～200℃)代表了后期的VRM。筆者在進(jìn)行熱退磁時(shí)發(fā)現(xiàn)，40～120℃的熱退磁可將VRM清洗掉，通過(guò)這一溫度區(qū)間退磁結(jié)果的矢量合成，可獲得低溫分量的方向。因?yàn)榈蜏胤至糠较虼砹撕笃赩RM方向，VRM方向與現(xiàn)代地磁場(chǎng)方向一致。所以，通過(guò)測(cè)量巖心的熱退磁低溫分量方向，就可獲得其地理方位。

4 樣品備制與測(cè)量

為了獲得宏觀天然裂縫和微裂縫的方向數(shù)據(jù)，對(duì)所有含有裂縫的巖心以及準(zhǔn)備制作微裂縫定向薄片的樣品進(jìn)行了巖心古地磁定向。在巖心上標(biāo)記標(biāo)志線，平行標(biāo)志線切割成棱長(zhǎng)為2cm的立方體樣品，在樣品上刻畫(huà)箭頭，并平行巖心標(biāo)志線。本次工作共備制樣品88塊(2塊測(cè)量中破損)，上機(jī)測(cè)量86塊。

全部樣品在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室古地磁室測(cè)量完成。磁性測(cè)量使用捷克制造的J-R6磁力儀，退磁測(cè)量使用英國(guó)制造的MMDT80熱退磁儀，樣品退磁溫度為①NRM，②50℃，③75℃，④100℃，⑤125℃，⑥150℃，⑦175℃，⑧200℃，⑨250℃，⑩300℃。每個(gè)溫度擋退磁后進(jìn)行剩磁測(cè)量，對(duì)最后期低溫黏滯剩磁進(jìn)行了矢量分析，獲得巖心記錄到的現(xiàn)代地磁場(chǎng)磁化的黏滯剩磁VRM，由于VRM方向與現(xiàn)代地磁場(chǎng)方向一致，即與地理坐標(biāo)一致，因此參照巖心裂縫標(biāo)志線可以得到巖心裂縫方向。絕大多數(shù)樣品取得了良好的效果，極少數(shù)樣品(4塊)由于在沉積成巖階段沒(méi)有獲得很好的沉積剩磁，因此無(wú)法得到有效數(shù)據(jù)。

5 典型樣品退磁圖分析

Z023號(hào)樣品是理632井巖心樣品，樣品在磁屏蔽環(huán)境退磁測(cè)量，得到樣品剩磁方向。圖3為Z氏圖和樣品標(biāo)志線剩磁方向，由于矢量合成方向與磁北極方向一致，因此得到該樣品裂縫方位標(biāo)志線方向?yàn)?6°，巖心裂縫為北東方向。

Z006號(hào)樣品是理899井巖心樣品，用于巖心薄片定向。樣品在磁屏蔽環(huán)境退磁測(cè)量，得到樣品剩磁方向。圖4為Z氏圖和樣品標(biāo)志線剩磁方向，樣品具有低溫NMR330°～125°和150～300° 2個(gè)矢量合成方向，由于低溫矢量合成方向與磁北極方向一致，因此得到該樣品標(biāo)志線方向?yàn)?8°，薄片標(biāo)志線方向?yàn)?8°。

圖3 理632井巖心樣品標(biāo)志線剩磁方向圖Fig.3 Marker line residual magnetism direction of Li-632 core sample

圖4 理899井巖心樣品標(biāo)志線剩磁方向圖Fig.4 Marker line residual magnetism direction of Li-899 core sample

6 宏觀天然大裂縫的古地磁定向結(jié)果

巖心裂縫的矢量合成方向如表1、圖5所示，結(jié)果表明子北油田巖心裂縫主要以北東方向?yàn)橹?，約占58%；北西方向次之，約占33%；東西與南北方向裂縫各一條，占8%。

延長(zhǎng)油田延長(zhǎng)組為低、超低滲儲(chǔ)層，均加砂水力壓裂投產(chǎn)，注水井同樣壓裂投注。從壓裂裂縫監(jiān)測(cè)可知，在現(xiàn)今北東60°～80°最大主應(yīng)力作用下，人工裂縫優(yōu)先沿北東向天然裂縫開(kāi)啟延伸，坪橋區(qū)17個(gè)注水井組93口注水受益井水淹方向主要集中在NE、SE、NE方向，壓裂裂縫檢測(cè)及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)展示裂縫方向與古地磁分析裂縫方向一致。

表1 巖心宏觀大裂縫的古地磁定向結(jié)果表Tab.1 Paleomagnetic orientation results of macro core fracture

圖5 巖心宏觀大裂縫的古地磁定向結(jié)果圖Fig.5 Paleomagnetic orientation results of macro core fracture

7 結(jié)論

(1)盆地周緣的應(yīng)力必然會(huì)對(duì)盆地內(nèi)部產(chǎn)生影響，即盆地在穩(wěn)定背景下具有不穩(wěn)定因素，表現(xiàn)為在盆地范圍內(nèi)廣泛存在裂縫。裂縫形成時(shí)期主要為燕山期和喜山期，燕山期裂縫主要為EW、SN向區(qū)域裂縫，喜山期裂縫則主要為NE向裂縫。

(2)長(zhǎng)6油層裂縫以構(gòu)造裂縫為主，主要發(fā)育高角度張性垂直縫，以北東為主裂縫方向，裂縫角度在40°～75°。裂縫有開(kāi)啟、半開(kāi)啟、閉合多種形態(tài)。

(3)油田巖心裂縫主要以北東方向?yàn)橹?，約占58%；北西方向次之，約占33%；東西與南北方向裂縫各一條，占8%。

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