朱 蘭，李素華，余 洋，李 蓉，石國山，許國明

中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041

近期，在川西新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部風化殼巖溶儲層風險勘探中取得油氣突破，油氣富集程度明顯受巖溶和裂縫發(fā)育的控制[1]。印支早期運動使上揚子地區(qū)整體隆升，海平面下降，雷口坡組暴露出地表，并遭受不同程度的剝蝕，成巖環(huán)境轉為以風化、大氣淡水作用為主的表生成巖作用環(huán)境，在雷口坡組頂部形成古風化殼[2]。川西地區(qū)印支早期抬升幅度相對較小，暴露時間較短，整體處于巖溶斜坡帶。前期野外露頭、鉆井及地震剖面揭示，該區(qū)雷口坡組頂部古風化殼主要形成于雷四段上部，疊加風化巖溶作用，發(fā)育大量溶蝕孔、洞、縫，可作為有效的儲集空間。準確預測川西新場地區(qū)雷口坡組頂部巖溶儲層裂縫發(fā)育帶，對該區(qū)雷口坡組油氣勘探開發(fā)具有重要指導作用，但前期該區(qū)針對裂縫發(fā)育特征及分布預測研究成果相對較少，制約著下一步勘探評價部署工作。

目前，裂縫表征方法有基于巖心觀察、測井統(tǒng)計、野外露頭測量或基于地震資料的裂縫預測等多種方法[3-6]。巖心觀察和測井統(tǒng)計方法只針對單井眼進行裂縫描述，可識別小尺度(小于1/100波長)裂縫發(fā)育特征，但存在嚴重局限性：(1)本區(qū)鉆遇雷口坡組鉆井少、取心少，且只局限在某一點，區(qū)域代表性不足；(2)裂縫空間分布復雜、規(guī)律性差，單井描述存在極大的偶然性；(3)鉆井取心過程中裂縫發(fā)育段巖心常常破碎，給裂縫描述帶來困難。而基于地震資料的裂縫預測是對空間范圍內的裂縫發(fā)育帶進行識別，是宏觀尺度的反映，主要集中在裂縫密度和走向的表征上，可有效識別中尺度(1/4波長～1/100波長)和大尺度(大于1/4波長)裂縫和斷層，與單井小尺度裂縫描述結果相結合，裂縫預測精度會明顯提高。近年來，疊前縱波方位各向異性裂縫預測技術在火山巖、碳酸鹽巖、碎屑巖及頁巖等儲層中取得了較好的預測效果[7-9]，主要利用相對波阻抗、振幅、頻率、衰減或振幅隨方位角變化等手段預測裂縫發(fā)育的密度和方向。川西海相勘探主要為縱波勘探，但受埋深(大于5 500 m)、目標層地震資料采集品質和鉆井數(shù)量限制，尚未建立疊前地震波各向異性參數(shù)與裂縫系統(tǒng)參數(shù)之間的關系，因此，研究區(qū)主要利用單井裂縫描述和疊后相關地震屬性進行裂縫識別與檢測。常規(guī)地震裂縫預測技術有相干、方位角、傾角、曲率屬性等[10-11]，相干屬性疊合地震剖面可直接識別大于1/4波長的大斷層，但小斷層和微裂縫識別需進一步結合方位角、傾角和曲率屬性，方位角和傾角可識別裂縫的傾向和產(chǎn)狀，而曲率不依賴于地震波形的橫向變化，只與巖層彎曲程度有關，可識別微小裂縫。綜合運用地質、地震、鉆井和測井等資料可準確識別該區(qū)不同尺度的斷層和裂縫的展布。

結合前期的研究成果，從區(qū)域構造背景和單井裂縫發(fā)育特征入手，利用巖心薄片、測井統(tǒng)計及成像測井等實物資料，分析了裂縫的形成背景，并基于高精度的分頻疊合地震屬性體等，預測了裂縫空間分布規(guī)律，最后評價了雷口坡組頂部裂縫發(fā)育的有利區(qū)呈北東向分布在研究區(qū)中部，以期能夠為川西新場地區(qū)雷口坡組頂部風化殼儲層高效勘探開發(fā)提供可靠依據(jù)。

1 地質概況

川西坳陷位于四川盆地西部，西鄰龍門山推覆沖斷構造帶，東側為川中隆起區(qū)。川西坳陷中段可劃分為三隆兩凹5個三級構造單元(圖1a)。3個隆起帶為新場構造帶、知新場構造帶和龍門山前構造帶，兩凹為成都凹陷和梓潼凹陷，其中，3個隆起帶是川西坳陷中段油氣運移的有利指向區(qū)。川西地區(qū)雷口坡組產(chǎn)氣層段位于雷口坡組頂部雷四段，雷四段根據(jù)巖性組合特征劃分為上、中、下3個亞段，上覆地層依次為馬鞍塘組、小塘子組，實鉆井揭示雷口坡組與馬鞍塘組為角度不整合接觸(圖1b)。研究區(qū)位于新場構造帶上，為一復式背斜，構造主體呈北東東向，構造形態(tài)西低東高，南陡北緩，在復式背斜上發(fā)育若干次一級呈北東東、北北東向的局部構造，斷層呈北東、北西向展布。

圖1 四川盆地新場地區(qū)構造位置(a)及其三疊系巖性剖面(b)

2 裂縫發(fā)育特征

2.1 宏觀特征

經(jīng)鉆井統(tǒng)計分析，雷口坡組頂部風化殼儲層主要發(fā)育有天然裂縫和誘導裂縫。誘導裂縫是由于鉆開地層，破壞原有的地層應力平衡狀態(tài)，在新的應力平衡過程中形成的裂縫，裂縫面平整且無溶蝕等現(xiàn)象，這是與天然裂縫最主要的區(qū)別，誘導裂縫走向代表現(xiàn)今最大主應力方向。天然裂縫一般局部充填：當裂縫中有流體充填，在常規(guī)電阻率測井曲線上表現(xiàn)為低阻，在電成像圖上表現(xiàn)為深色條紋或條帶(圖2a)；當有方解石或鈣質充填時表現(xiàn)為高電阻率異常；當與溶蝕孔洞串在一起時，溶蝕孔洞在電成像圖上表現(xiàn)為圓斑狀，溶解擴大后呈不規(guī)則斑狀，較大、較深的孔洞在電成像圖上呈深黑色斑塊狀，易于識別；較小、較淺的孔洞呈淺黑色斑塊狀，不易識別；當溶解作用強烈，孔洞為數(shù)眾多，同溶解擴大后的裂縫連成片時，電成像圖中看不到斑狀，主要表現(xiàn)為雜亂或暗塊狀(圖2b)。X1鉆進過程中多次漏失，取心段溶蝕孔、洞發(fā)育，洞密度195.7～314.3個/m，均為小洞，形狀近圓形，大小2 mm×2 mm～3 mm×4 mm，部分被方解石充填；溶孔普遍可見，孔徑0.1～1.0 mm，最大1.8 mm，部分溶孔被方解石充填(圖2c)。

圖2 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部電成像圖及巖心照片

2.2 微觀特征

將鉆井巖心進行每1 m取1件樣，制片鏡下觀察，見多期裂縫發(fā)育(圖3a)，縫密度17～26條/m，縱向上分布較均勻，裂縫多為粒間縫(圖3b)，縫寬0.03～0.05 mm，縫長40～160 mm，多數(shù)未充填，少量被方解石半充填，為保存至今有效的運移通道和儲集空間。裂縫受溶蝕改造作用明顯(圖3c-d)，多見溶蝕擴大現(xiàn)象，縫寬寬窄不一，可見裂縫切割殘余生屑、切割顆粒(圖3e-f)。

圖3 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂裂縫微觀特征

2.3 裂縫統(tǒng)計

利用成像測井資料對C1、X1、X2井雷口坡組天然裂縫進行統(tǒng)計，雷口坡組頂部風化殼儲層裂縫相對發(fā)育，以高導裂縫為主，3口井總體以低角度(裂縫傾角不大于30°)為主，其次是斜交縫(裂縫傾角為30°～60°)，而高角度縫(裂縫傾角大于60°)相對較少(圖4a)。低角度或斜交裂縫走向多為北東—南西向、北西—南東向(圖4b)，少量高角度裂縫走向近東西向，誘導裂縫走向近東西向(圖4c)，表明現(xiàn)今最大主應力方向為近東西向，與區(qū)域構造運動特征相吻合；理論上講，高導裂縫走向與水平最大主應力方向平行，裂縫更容易呈開啟狀態(tài)，由圖4b與圖4c對比可知，高導裂縫走向與水平最大主應力方向平行或有一銳夾角，C1、X1井經(jīng)測試后獲高產(chǎn)油氣流。

圖4 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部裂縫產(chǎn)狀

3 裂縫形成機理

裂縫按地質成因可分為構造裂縫和非構造裂縫。構造裂縫是由構造運動、應力作用形成的裂縫，主要包括與斷層、褶皺、隆升上拱等有關的裂縫系統(tǒng)。非構造裂縫(包括孔洞)是在非構造因素作用下，由巖石體積力、重力或成巖作用等因素誘發(fā)形成的一種與構造應力無關或間接有關的裂縫類型，主要有成巖縫、溶蝕縫、壓實縫、風化縫、沉積裂縫、層間縫、縫合線等[12]。儲層裂縫可在沉積、壓實固結、構造變形、剝蝕抬升、油氣運移等沉積盆地演化的各個環(huán)節(jié)中形成，具有復雜多樣的形成機理[13]。

川西地區(qū)雷口坡組頂部風化殼儲層構造裂縫和非構造裂縫并存。構造裂縫主要因龍門山推覆構造帶自印支晚期開始由北西向南東方向擠壓、抬升和剝蝕，逆沖推覆構造運動一直持續(xù)到燕山—喜馬拉雅期。喜馬拉雅晚期—現(xiàn)今[14-15]，形成與斷層、褶皺和隆升上拱等有關的構造裂縫。非構造裂縫主要因地層埋深、巖性、巖層厚度[16]及成巖作用等多種非構造因素形成。川西地區(qū)雷口坡組四段風化殼經(jīng)過多期構造運動改造后，夾持于馬鞍塘組二段泥頁巖層和雷四中亞段膏鹽層2個軟弱層間的灰?guī)r、白云巖剛性層發(fā)生脆性斷裂，形成層間裂縫，向上延伸至小塘子組，向下消失于雷四中亞段膏巖層內部(圖5)，裂縫形成與馬鞍塘組—雷口坡組塑性層與剛性層的巖性、厚度有關，與現(xiàn)今局部構造無成因上的聯(lián)系；與裂縫并存的溶蝕孔洞主要因建設性成巖作用中表生溶蝕或埋藏溶蝕作用形成[17]。構造裂縫和非構造裂縫縫洞形成油氣運移的通道，對雷口坡組頂部風化殼儲層起到了建設性作用。

圖5 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組裂縫分布模式

4 裂縫分布預測

川西新場地區(qū)實鉆雷口坡組厚大膏巖層發(fā)育，在地震剖面中難以發(fā)現(xiàn)延伸長度很長的大斷層，肉眼可見的層間小斷層主要發(fā)育在雷口坡組頂部附近(圖6)，因此，雷口坡組頂部裂縫預測主要以中、小尺度為主。確定單井裂縫發(fā)育特征后，利用高精度三維縱波分頻地震數(shù)據(jù)體開展斷層、裂縫空間分布規(guī)律預測，結合地震剖面反射特征和平面組合特征可識別大于1/4波長大尺度斷層，而中、小尺度斷層和裂縫需結合相干、方位角、傾角、曲率等屬性進行識別。不同方法在復雜斷裂、小斷層及裂縫連續(xù)性刻畫等方面略有不同，相干、傾角、方位角屬性三者疊合可識別裂縫發(fā)育帶，而曲率屬性可識別尺度更小的微裂縫，幾種方法結合相互驗證可有效識別雷口坡組頂部裂縫分布特征。

圖6 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組層間斷層地震剖面

4.1 裂縫發(fā)育帶預測

相干屬性利用地震波形橫向不連續(xù)性來檢測斷層，其可識別大于1/4波長大尺度斷層，但很難識別微小斷層和裂縫，可結合方位角和傾角屬性來識別中、小尺度斷層和裂縫發(fā)育帶的傾向和產(chǎn)狀，相干、方位角和傾角屬性三者疊合可清晰刻畫裂縫發(fā)育帶地層傾角、方位角的細微變化[18]。

雷口坡組頂部相干、方位角、傾角屬性三者疊合顯示(圖7)，研究區(qū)內主要發(fā)育北東、北西向兩組斷層，X1與C2井間發(fā)育“X”剪切斷裂，其中北西向斷層切割北東向斷層，而研究區(qū)中東部斷層規(guī)模較大，低相干特征明顯(黑色低相干條帶)，與區(qū)域構造變形特征一致，主要受來自于龍門山擠壓推覆構造運動影響；結合鉆井及地震剖面可知，研究區(qū)西南部主要發(fā)育北東、北西向“網(wǎng)狀”層間斷層、裂縫，通過低相干異?？纱_定北東向裂縫規(guī)模較大，裂縫發(fā)育位置地層傾角、方位角細節(jié)清晰，變化特征明顯，三者疊合裂縫預測精度明顯比單一相干屬性高。但因巖性突變或異常體發(fā)育時引起的地震同相軸錯斷[19]，常規(guī)裂縫檢測結果必然存在假象，因此有必要借助曲率屬性來進一步驗證微裂縫的展布。

圖7 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部相干、方位角、傾角屬性三者疊合裂縫預測平面分布

4.2 微裂縫預測

曲率屬性兼具數(shù)學上的嚴密性和地質上的實際意義，巖層受力變形，在彎曲部位會產(chǎn)生張裂縫，其曲率值與裂縫發(fā)育程度存在密切的相關性[20-21]。曲面曲率的幾何意義是反映曲面一點鄰近區(qū)域的具體形態(tài)和變形特征，消除局部傾角影響，可反映與沉積特征或中、小尺度斷層相關的變形特征。

雷口坡組頂部最大正曲率屬性裂縫預測平面分布(圖8)顯示，曲率屬性對微小斷層和裂縫的識別精度明顯提高，研究區(qū)中東部大斷層附近裂縫細節(jié)刻畫清晰，但X1與C2井間的“X”剪切斷裂發(fā)育特征不明顯；研究區(qū)西南部發(fā)育的北東—南西、北西—南東向“網(wǎng)狀”層間裂縫，呈北東向條帶展布(紅色條帶)，一直延伸至研究區(qū)北部邊界，裂縫發(fā)育特征明顯較圖7清楚；在圖7中X2至X1井上方發(fā)育一條近東西向的低相干異常帶，而圖8曲率屬性預測裂縫規(guī)模不大，證實此處低相干異常非斷層的真實響應；位于北東—南西、北西—南東向“網(wǎng)狀”層間裂縫條帶內的C1和X1井試氣獲工業(yè)氣流，而X1井所處位置裂縫最發(fā)育，鉆井取心證實巖心破碎且溶蝕孔洞發(fā)育；C2井為1980年代油氣普查井，鉆遇雷口坡組頂部為裂縫型含氣層，實鉆與預測結果一致。

圖8 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部最大正曲率屬性裂縫預測平面分布

4.3 預測效果

相干、方位角、傾角屬性對微裂縫的識別沒有曲率屬性有效，但刻畫斷層邊界及切割關系比曲率屬性清晰；曲率屬性不依賴地震同相軸的橫向變化，可精確預測微小斷層和裂縫展布，裂縫預測精度明顯比常規(guī)屬性高，但在多期次構造運動影響的復雜構造區(qū)裂縫預測效果不佳。

綜合分析研究區(qū)西南部的北東—南西、北西—南東向“網(wǎng)狀”層間裂縫，有利區(qū)面積531 km2(圖9 黃色區(qū)域)，向上延伸至小塘子組，向下延伸至雷四段中亞段，為天然氣運移、聚集成藏及改善雷口坡組頂風化殼儲層起到十分重要的作用，近日在X1井“網(wǎng)狀”裂縫發(fā)育區(qū)開展評價井部署，試氣獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，證實預測結果可靠，可進一步擴大油氣評價范圍；而研究區(qū)中東部斷層規(guī)模較大、延伸較深(圖9橙色區(qū)域)，且雷四段上亞段地層剝蝕厚度較研究區(qū)西部大，因此，研究區(qū)中東部的斷裂、裂縫對雷口坡組頂部風化殼儲層的改造作用有待于鉆井進一步證實。

圖9 四川盆地新場地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部裂縫預測有利區(qū)分布示意

5 結論

(1)川西新場地區(qū)雷口坡組頂部發(fā)育構造型和非構造型兩種類型的裂縫，且主要以中低角度為主，走向多為北東—南西、北西—南東和近東西向，其中大尺度裂縫多為構造裂縫，受斷裂、褶皺及隆升上拱等因素控制，而小尺度裂縫多為非構造裂縫，受地層埋深、巖性、巖層厚度及成巖作用等因素控制。

(2)不同尺度、不同類型的裂縫需采用不同的預測方法，相干、傾角、方位角屬性三者疊合可識別構造成因的斷層和裂縫，且切割關系明顯，而曲率屬性可識別非構造成因的微小裂縫，預測精度明顯提高，其中構造裂縫主要發(fā)育在研究區(qū)中東部大斷層附近，而非構造成因的“網(wǎng)狀”層間裂縫呈北東向條帶分布在研究區(qū)西南部，是下步勘探開發(fā)評價有利目標區(qū)。

(3)多種裂縫預測結果與單井巖心薄片、成像測井等實物資料分析結果相互驗證，有效識別了研究區(qū)雷口坡組頂部風化殼裂縫發(fā)育情況，可利于下步勘探開發(fā)評價部署工作。