周 杰 楊希冰 楊金海 吳 昊 何小胡 宋愛學(xué)

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

開展裂縫發(fā)育特征及主控因素研究，對于低滲碎屑巖、碳酸鹽巖、火成巖、變質(zhì)巖等儲層油氣藏勘探具有重要意義[1-5]?？碧綄嵺`表明，裂縫發(fā)育能夠改善潛山儲層的儲集物性及產(chǎn)能，并成為油氣有利的聚集空間，因此，近年來有關(guān)潛山裂縫發(fā)育特征及形成機理的研究受到了廣泛關(guān)注[5-10]。2019年，瓊東南盆地深水區(qū)松南低凸起中生界花崗巖潛山領(lǐng)域勘探獲得重大突破[11]，揭示了該盆地深水區(qū)基巖潛山領(lǐng)域具有較大的勘探前景。鉆井揭示該地區(qū)基巖潛山主要發(fā)育風(fēng)化殼和花崗巖裂縫帶兩種儲集體，在總厚度上風(fēng)化殼儲層占11.3%，裂縫帶儲層占88.7%，表明裂縫帶是該地區(qū)潛山主要儲層類型，但有關(guān)潛山裂縫特征及發(fā)育機理的研究尚不深入，制約了下一步勘探進程。本文通過最新的成像測井、井壁取心、薄片分析等資料，分析了松南低凸起Y8區(qū)中生界花崗巖潛山裂縫發(fā)育特征與垂向分帶規(guī)律，討論了裂縫形成機理及主控因素，在此基礎(chǔ)上探討了裂縫發(fā)育對油氣成藏的影響，為該盆地潛山領(lǐng)域下一步勘探?jīng)Q策提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瓊東南盆地是在南海北部準被動大陸邊緣伸展構(gòu)造背景上發(fā)育的新生代大型含油氣盆地[12-13]，具有“多坳多隆”的構(gòu)造格局，其中深水區(qū)(水深大于300 m)面積約為5.3×104km2，主要包括樂東凹陷、陵水凹陷、北礁凹陷、松南-寶島凹陷、長昌凹陷、陵南低凸起及松南低凸起(圖1)。中生代以來，受歐亞板塊、印支板塊和太平洋板塊等周緣板塊運動的影響，盆內(nèi)形成廣泛分布的火成巖[14-16]，盆地基底主要由前新生代的火成巖、變質(zhì)巖及沉積巖組成，屬于華南地塊的組成部分；進入新生代后，經(jīng)歷了始新世斷陷(T100—T80)、漸新世拗斷(T80—T60)、早中新世斷拗(T60—T50)和中中新世-現(xiàn)今拗陷(T50-現(xiàn)今)等4幕構(gòu)造演化階段[17]，發(fā)育了湖相—海陸過渡相—海相地層,自下而上可劃分為始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)(包括崖城組、陵水組)、中新統(tǒng)(包括三亞組、梅山組、黃流組)、上新統(tǒng)鶯歌海組和更新統(tǒng)樂東組。研究表明，瓊東南盆地以生氣為主，崖城組為主要的氣源巖[18-20]。Y8區(qū)位于松南低凸起(圖1)，該低凸起被“多凹環(huán)抱”，潛山圈閉成群成帶發(fā)育，是發(fā)育大中型氣田的有利區(qū)帶之一[21]。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造區(qū)劃及地層綜合柱狀圖Fig .1 Tectonic framework and comprehensive stratigraphic column of Qiongdongnan basin

2 潛山裂縫發(fā)育特征

對裂縫的識別、評價及描述是研究潛山裂縫發(fā)育特征的主要內(nèi)容[22-23]，其目的是識別出裂縫類型，指出裂縫發(fā)育層段，明確優(yōu)質(zhì)裂縫儲層發(fā)育層段。

2.1 裂縫類型識別

利用成像測井資料，并結(jié)合井壁取心、薄片等資料分析，發(fā)現(xiàn)松南低凸起Y8區(qū)中生界花崗巖潛山裂縫非常發(fā)育，根據(jù)成因可劃分為3種類型，即構(gòu)造縫、溶蝕縫、成巖縫(圖2)。

圖2 松南低凸起Y8區(qū)成像測井裂縫類型Fig .2 Fracture types of FMI in Y8 area,Songnan low uplift

2.1.1 構(gòu)造縫

構(gòu)造縫為多期構(gòu)造作用形成，成像測井上顯示為完整的正弦或余弦線。如圖3所示，Y8區(qū)成像測井及薄片上可見三組裂縫相互切割或限制，且呈網(wǎng)狀(圖3d、e)；裂縫在薄片上表現(xiàn)為平直延伸裂縫，縫寬均勻(圖3f)；井壁取心上可見構(gòu)造裂縫將井壁心劈裂為2個或多個部分，以未充填縫為主，局部見少量裂縫被方解石或泥質(zhì)充填(圖3a、b、c)。以Y8-3-A井為例，成像測井上共識別出構(gòu)造縫204條，裂縫傾角9.5°～75.8°，平均28.3°，多為中等角度；裂縫走向以NNW—SSE向為主，其次為NNE—SSW與NE—SW走向(表1)。

2.1.2 溶蝕縫

溶蝕縫為早期形成的構(gòu)造縫發(fā)生溶蝕改造而形成，成像測井上一般表現(xiàn)為較寬的低電阻黑色縫。根據(jù)成因不同，Y8區(qū)溶蝕縫可分為2種：一種為大氣水溶蝕裂縫，主要是花崗巖巖體經(jīng)過長期暴露風(fēng)化淋濾，儲層中的顆粒或不穩(wěn)定礦物進行選擇性溶蝕，造成裂縫面不規(guī)則加大、變寬而形成；薄片鑒定顯示溶蝕縫多呈不規(guī)則線狀延伸，裂縫寬度不均勻，表現(xiàn)為局部加寬、加大，多為半充填、未充填裂縫(圖3g)。另一種為深部熱液溶蝕裂縫，主要是多期構(gòu)造運動過程中來源于地殼深部的熱流體通過深大斷裂上涌出大量酸性物質(zhì)，在原有構(gòu)造裂縫的基礎(chǔ)上進一步溶蝕擴大而形成；薄片上可見晚期白云石、黃鐵礦，指示有深部熱流體的活動(圖3h)。以Y8-3-A井為例，成像測井上共識別出溶蝕縫51條，裂縫傾角21.3°～75.7°，平均57.6°，多為高角度；裂縫走向以近S—N向為主，傾向多為W傾(表1)。

2.1.3 成巖縫

成巖縫是由于侵入巖體中的流體混入造成冷凝收縮而形成，主要為收縮縫，成像測井上表現(xiàn)為不完整的弧形。Y8區(qū)成巖縫發(fā)育相對較少，以Y8-3-A井為例，成像測井上共識別出成巖縫36條，裂縫傾角13.5°～68°，平均26°，多為中等角度；裂縫走向以NW-SE和近S-N向為主(表1)。

(a)Y8-1-A井，2 970 m，中生界花崗巖，構(gòu)造裂縫，泥質(zhì)充填；(b)Y8-3-A井，2 976 m，中生界花崗巖，構(gòu)造裂縫，未充填；(c) Y8-3-A井，2 964.5 m，中生界花崗巖，溶蝕-構(gòu)造裂縫，方解石及泥質(zhì)充填；(d)Y8-3-A井，2 841～2 845 m，聲波成像測井，構(gòu)造裂縫和溶蝕裂縫；(e)Y8-1-A,3 061.2 m,三期構(gòu)造裂縫，網(wǎng)狀裂縫；(f)Y8-3-A井，2 864.5 m,構(gòu)造裂縫；(g)Y8-3-A井，2 860 m，溶蝕裂縫；(h)YL8-3-A井，2 964.5 m，溶蝕裂縫，見白云石、黃鐵礦

圖3 松南低凸起Y8區(qū)井典型壁心、薄片照片及聲成像特征

Fig .3 Typical photographs,microphotographs of sidewell core and acoustic imaging in Y8 area,Songnan low uplift

表1 Y8-3-A井裂縫產(chǎn)狀要素

Table 1 Fracture occurrence elements in Well Y8-3-A

上述3種裂縫具有一個共同點，即裂縫多為開啟的有效裂縫。根據(jù)井壁取心、薄片及成像測井等資料分析，Y8區(qū)花崗巖天然裂縫大部分是未充填的有效裂縫，只有少數(shù)裂縫被泥質(zhì)、方解石等礦物充填。通過聲成像可以看出，Y8-3-A井90%裂縫均為開啟狀態(tài)(圖3d)。當(dāng)然，上述3種裂縫的形成也存在一定聯(lián)系，巖漿的侵入冷凝形成成巖縫，多期構(gòu)造運動作用下產(chǎn)生構(gòu)造縫；流體沿構(gòu)造裂縫面溶蝕改造形成溶蝕縫。因此，多種類型裂縫在空間上交叉分布，形成了潛山內(nèi)部廣泛分布的網(wǎng)狀裂縫帶，有效地改善了儲層物性條件。

2.2 裂縫參數(shù)定量評價及垂向分帶特征

Y8區(qū)潛山儲集體縱向由淺至深，遭受風(fēng)化作用的程度不同，具有明顯的分帶性，但各層帶之間界線不清晰(為逐漸過渡)，局部非均質(zhì)性較強，且發(fā)育相對致密帶。以Y8-3-A井為例說明(該井中生界花崗巖潛山未鉆完)。該井潛山頂部風(fēng)化作用較強，主要發(fā)育砂礫質(zhì)風(fēng)化帶，成像測井上可見大的花崗巖礫石及角礫，裂縫相對不發(fā)育；砂礫質(zhì)風(fēng)化帶以下主要發(fā)育裂縫帶，儲集空間以孔隙-裂縫型和裂縫型儲層為主，垂向上可劃分為風(fēng)化裂縫帶及內(nèi)幕裂縫帶(圖4)。

1) 風(fēng)化裂縫帶受風(fēng)化淋濾作用影響較大，井壁穩(wěn)定性較差，電性上表現(xiàn)為較高電阻率與較低密度的特征；部分井段因井壁垮塌而造成密度減小，電成像測井質(zhì)量變差，發(fā)育大量溶蝕孔縫，形成良好儲集空間，未見熱液活動。成像測井顯示，自上而下風(fēng)化強度減弱，裂縫發(fā)育強度減弱；裂縫密度0.1～3.3條/m，裂縫寬度分布范圍廣，為0.03～0.8 mm，連續(xù)構(gòu)造縫最多，溶蝕縫居中，成巖縫最少；視面孔率在10%左右，最高為19%。

2) 內(nèi)幕裂縫帶受風(fēng)化淋濾作用相對減弱，電性上表現(xiàn)為比風(fēng)化裂縫帶更高的電阻率特征；井壁穩(wěn)定性相對較好，發(fā)育多套致密夾層(表現(xiàn)為高電阻、高密度、低中子)，裂縫帶和致密帶相互交叉，沒有明顯的分帶界限，具有較強的非均質(zhì)性，發(fā)育熱液溶蝕作用形成的溶蝕孔縫。成像測井顯示，裂縫發(fā)育段裂縫密度1.0～5.7條/m，較風(fēng)化裂縫帶密度有所增大，裂縫寬度分布范圍窄，多為0.1～0.4 mm，構(gòu)造縫最多；視面孔率相對較大，最高達40%，高于風(fēng)化裂縫帶。

圖4 Y8-3-A井測井響應(yīng)特征及裂縫分布特征Fig .4 Logging response characteristics and fracture distribution characteristics of Well Y8-3-A

3 潛山裂縫形成機理

3.1 富脆性長英質(zhì)巖性是潛山裂縫發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

基巖潛山內(nèi)幕裂縫的規(guī)模和開啟程度均與母巖性質(zhì)有密切的關(guān)系[24-25]。區(qū)域研究認為，瓊東南盆地基巖潛山以花崗巖巖性為主，松南低凸起及周緣潛山巖性為花崗巖。根據(jù)巖石類型分析三角圖，Y8-1-A井花崗巖主要為二長花崗巖，其主要礦物成分由石英、長石等礦物組成，長石+石英含量超過80%(圖5)。石英和長石屬于脆性礦物，前人在進行巖石壓縮變形實驗時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖石中的長英質(zhì)礦物含量達到70%時，其抗壓強度會發(fā)生階梯式減小，這種富長英質(zhì)的巖石在外力作用下極易發(fā)生機械破碎，產(chǎn)生構(gòu)造裂縫；同時，由于礦物混合化程度高，不同礦物的比熱及膨脹系數(shù)不同，在巖漿冷凝的過程中也易產(chǎn)生成巖縫，而長石的抗風(fēng)化能力差、易被溶蝕，并且在地下水及地表水作用下經(jīng)過長時間的溶解作用，原有的構(gòu)造縫及成巖縫進一步被溶蝕改造，從而形成大量溶蝕縫。因此，長英質(zhì)礦物含量大于80%的致密而性脆的二長花崗巖是松南低凸起潛山裂縫發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖5 Y8-1-A井花崗巖巖石類型分析三角圖Fig .5 Triangulation of granite type analysis in Well Y8-1-A

3.2 多期構(gòu)造運動是網(wǎng)狀裂縫發(fā)育的關(guān)鍵動力

利用鋯石定年技術(shù)，測得松南低凸起潛山花崗巖地質(zhì)年齡距今約250 Ma，為中生代三疊紀花崗巖潛山。對于致密的花崗巖地質(zhì)體，潛山暴露期的風(fēng)化淋濾作用只能改造淺部地層，很難影響到潛山深部。潛山內(nèi)幕裂縫帶的發(fā)育首先需要遭受強烈的構(gòu)造作用而形成構(gòu)造裂縫，構(gòu)造裂縫能夠成為風(fēng)化淋濾作用往基巖拓展的通道，進而形成溶蝕裂縫。構(gòu)造活動是潛山裂縫發(fā)育最關(guān)鍵的因素，通過應(yīng)力作用控制潛山儲層裂縫的發(fā)育規(guī)模、性質(zhì)及展布?；紫喔汕衅?T100向下10 ms)顯示，松南低凸起主要經(jīng)歷了印支期擠壓成山、燕山期走滑改造、喜山期伸展翹傾抬升等3期構(gòu)造運動的影響，形成3組斷裂，并伴生網(wǎng)狀裂縫(圖6)。其中，印支運動末期是裂縫形成的“優(yōu)勢發(fā)育期”，其后的燕山期走滑運動和喜山期拉張活動對早期裂縫進行了網(wǎng)格化改造，形成了現(xiàn)今以NNW—SSE走向為主，疊合NNE—SSW走向與NE—SW走向的網(wǎng)格化裂縫系統(tǒng)。

圖6 松南低凸起基底斷裂展布與應(yīng)力場特征Fig .6 Fault distribution and stress field characteristics of basement in Songnan low uplift

印支運動中—末期，強烈的構(gòu)造擠壓導(dǎo)致華夏板塊和揚子板塊在中三疊世末期率先完成碰撞、拼合，形成華南板塊；印支運動末期，受到印支板塊與華南板塊強烈的擠壓應(yīng)力回撤作用，形成了沿NNW—SSE方向延伸，傾向為SWW的一組斷裂，這組斷裂對松南低凸起潛山裂縫的影響較大，如Y8-3-A井成像測井資料顯示裂縫主要走向為NNW—SSE向，與印支期斷裂走向一致。燕山運動初期，太平洋板塊向華南大陸低角度俯沖擠壓，造成松南低凸起區(qū)域隆升而遭受風(fēng)化剝蝕，形成燕山早期至漸新世長期的暴露溶蝕；燕山期，伴隨著區(qū)域隆升，基底受到左旋走滑應(yīng)力作用，形成了沿NNE—SSW向展布的走滑斷裂系統(tǒng)，同時形成NNE—SSW走向裂縫。喜山期，裂縫主要與瓊東南盆地的形成相伴生，始新世—漸新世早期受太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用的影響，盆地總體處于NW—SE向的伸展應(yīng)力場，盆地內(nèi)部形成了以半地塹為主的NE—NNE向斷陷群；古近紀斷裂活動強烈，凹陷發(fā)生沉降，凸起區(qū)相對翹傾隆升[26]，形成了一組NE—SW走向斷裂，而潛山繼承性隆起，繼續(xù)遭受風(fēng)化剝蝕，以發(fā)育NE—SW走向延伸裂縫為主；新近紀控盆斷裂活動減弱，松南低凸起整體進入拗陷階段，潛山受構(gòu)造運動的影響微弱，裂縫發(fā)育較少。

3.3 大氣淡水及深部熱液溶蝕改造擴大了裂縫發(fā)育的深度及規(guī)模

松南低凸起花崗巖主要形成于三疊紀，遭受風(fēng)化剝蝕的時間較長，導(dǎo)致該地區(qū)普遍缺失中生界、新生界地層。古潛山在長期的暴露過程中，遭受大氣淡水的淋濾作用，在表層形成了厚層的風(fēng)化殼儲層，同時風(fēng)化殼下部構(gòu)造裂縫也被溶蝕作用加大、加寬。另外，潛山底部由于斷裂的溝通作用，深部熱液流體順著斷裂向上侵入，使長石等不穩(wěn)定鋁硅酸鹽礦物溶蝕，對潛山內(nèi)幕裂縫的發(fā)育也起到了明顯的改造作用，擴大了裂縫發(fā)育的深度及規(guī)模(圖7)。

圖7 松南低凸起花崗巖潛山裂縫發(fā)育模式Fig .7 Fracture development pattern of buried hill in Songnan low uplift

綜上所述，松南低凸起潛山裂縫發(fā)育主要受巖性、構(gòu)造、溶蝕改造的共同控制，該地區(qū)中生界花崗巖本身并不是儲層發(fā)育的有利巖體，但潛山裂縫發(fā)育極大地改善了儲層物性，擴大了儲層規(guī)模，形成了中生界潛山優(yōu)質(zhì)儲層。松南低凸起鉆井揭示，風(fēng)化作用形成的砂礫質(zhì)風(fēng)化帶規(guī)模有限，通常厚度在50 m以內(nèi)，而目前已鉆遇的裂縫帶分布厚度達350 m，且未鉆穿，裂縫發(fā)育層段測井孔隙度在7%～12%左右，致密層段測井解釋孔隙度多為2%以內(nèi)，如Y8區(qū)Y8-3-A井僅發(fā)育厚度7m的砂礫質(zhì)風(fēng)化帶，其儲層主要為裂縫性儲層，裂縫發(fā)育段測井解釋主要為氣層，平均孔隙度9.3%，致密層平均孔隙度1.8%。另外，潛山裂縫的發(fā)育有效地促進了油氣運移及聚集，并提高了油氣產(chǎn)能。勘探實踐證實裂縫越發(fā)育產(chǎn)能越高[27-29]，目前松南低凸起Y8-3-A井測試產(chǎn)能日產(chǎn)天然氣超百萬立方米，計算無阻流量超千萬立方米，創(chuàng)造了中國海域潛山領(lǐng)域測試產(chǎn)能的最高紀錄，表明瓊東南盆地深水區(qū)基巖潛山領(lǐng)域具有較大的勘探前景。

4 結(jié)論

1) 松南低凸起中生界花崗巖潛山裂縫根據(jù)成因可劃分為構(gòu)造縫、溶蝕縫、成巖縫等3種類型，其中構(gòu)造裂縫廣泛發(fā)育，是主要的裂縫類型，裂縫走向以NNW—SSE向為主， NNE—SSW與NE—SW向次之，主要為三期形成，且不同期次裂縫相互切割，多為開啟的有效裂縫。裂縫參數(shù)定量評價結(jié)果顯示，研究區(qū)潛山儲集體在垂向上受到不同程度的風(fēng)化淋濾作用，自上而下裂縫發(fā)育程度逐漸降低，表現(xiàn)出明顯的分帶特征，可劃分為風(fēng)化裂縫帶和內(nèi)幕裂縫帶，形成了孔隙-裂縫型和裂縫型儲層。

2) 松南低凸起主要發(fā)育富脆性長英質(zhì)花崗巖體，經(jīng)歷了印支期擠壓、燕山期走滑、喜山期拉張翹傾等多期構(gòu)造運動，受到長時間風(fēng)化剝蝕、大氣水淋濾、深部熱流體溶蝕改造等作用，在潛山內(nèi)部形成了規(guī)模巨大的網(wǎng)狀裂縫體系，且裂縫多與斷裂相伴生，與印支期以來應(yīng)力的變化具有很好的對應(yīng)關(guān)系，因此裂縫發(fā)育主要受到巖性、構(gòu)造、溶蝕改造的共同控制。

3) 裂縫發(fā)育對于松南低凸起基巖潛山領(lǐng)域形成規(guī)模性儲層產(chǎn)生了重要影響，繼而促進了油氣運移及聚集，現(xiàn)有鉆井證實裂縫發(fā)育區(qū)往往天然氣產(chǎn)能較高，因此裂縫較發(fā)育的構(gòu)造帶及構(gòu)造部位是下一步繼續(xù)勘探的重點區(qū)域。