邵緒鵬，劉振峰，劉忠群，季玉新

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

致密砂巖氣是一種重要的非常規(guī)油氣資源類型，隨著壓裂改造技術(shù)的進步和應(yīng)用，在中國多個盆地中獲得了勘探突破，并逐漸成為中國非常規(guī)天然氣增儲上產(chǎn)的重要增長點和最為現(xiàn)實的資源類型［1-4］?？碧綄嵺`證實，裂縫在優(yōu)質(zhì)致密砂巖儲層中普遍發(fā)育［5-8］，對致密砂巖氣的運聚成藏具有重要作用［6，9-12］，是影響致密砂巖儲層含氣性的關(guān)鍵因素［13］。四川盆地川西坳陷是中國最早發(fā)現(xiàn)致密砂巖氣的地區(qū)［1-2］，已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣藏具有超深、超高壓、超致密及超晚期構(gòu)造特征［14-15］。雖然近些年川西坳陷新場地區(qū)須家河組二段（簡稱須二段）致密砂巖氣勘探成果豐碩，提交探明儲量超千億方，但整體動用率低，始終無法實現(xiàn)有效開發(fā)動用［16-17］。造成以上局面的重要原因之一，即裂縫發(fā)育范圍能否準(zhǔn)確刻畫［16］。

斷縫體的概念最早由王威等提出，指由斷層、褶皺構(gòu)造所伴生的裂縫與基質(zhì)孔隙共同組成的具有立體網(wǎng)狀孔縫特征的地質(zhì)體［18］。其后，斷縫體概念在多個地區(qū)被推廣和應(yīng)用，并取得了良好的勘探開發(fā)成效［19-20］。新場地區(qū)是川西坳陷重點的致密砂巖氣產(chǎn)區(qū)，該區(qū)斷縫體的分布特征、發(fā)育規(guī)律尚不明確，是制約勘探開發(fā)深化的關(guān)鍵問題。筆者利用地震、巖心、成像測井等資料，在分析斷層、裂縫發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，利用地震屬性對斷縫體進行預(yù)測描述，并提出了斷縫體地質(zhì)發(fā)育模式，旨在從理論上深化斷縫體的內(nèi)涵，從生產(chǎn)實踐上為該區(qū)勘探開發(fā)的深化提供有益借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西坳陷位于四川盆地西部，是晚三疊世以來形成的前陸坳陷，大致呈NE 向展布［21］。以安縣、都江堰為界，川西坳陷分為南、中、北三段［22］。川西坳陷中段具有“三隆兩凹一坡”的構(gòu)造格局，依次為龍門山前構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、知新場構(gòu)造帶、梓潼凹陷、成都凹陷和中江斜坡［16，23］（圖1）。川西坳陷中段在空間上受秦嶺造山帶、青藏高原東緣構(gòu)造帶及揚子地塊自身的構(gòu)造作用；在時間上，自晚三疊世以來經(jīng)歷印支、燕山及喜馬拉雅3 大構(gòu)造運動［21-22］。在周緣造山帶不同方向、不同期次構(gòu)造擠壓作用下，川西坳陷中段形成NE 向、近EW 向及近SN 向3組構(gòu)造，地表構(gòu)造形跡和地腹構(gòu)造呈現(xiàn)良好的對應(yīng)關(guān)系［21］（圖1）。新場構(gòu)造帶作為川西坳陷重要的正向構(gòu)造單元，自晚三疊世以來經(jīng)歷了多期次構(gòu)造作用的疊加，整體呈NEE向［16］。

圖1 川西坳陷新場地區(qū)構(gòu)造位置與數(shù)字高程（數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺）Fig.1 Tectonic location and digital elevation of Xinchang area in western Sichuan Depression（The data is provided by Geospatial Data Cloud developed by Computer Network Information Center of Chinese Academy of Sciences）

川西坳陷須家河組自下而上分為須一段（相當(dāng)于馬鞍塘與小塘子組）至須五段，其中須一段、須三段、須五段以泥巖發(fā)育為主，須二段、須四段以砂巖發(fā)育為主［16，24］。川西坳陷已發(fā)現(xiàn)的須家河組氣藏主力層位為須二段，主要分布在新場構(gòu)造帶［16］。新場地區(qū)須二段地層厚度呈現(xiàn)西厚東薄的特征，巖性以厚層中粗砂巖夾中薄層泥巖為主，主要沉積相類型為辮狀河三角洲前緣水下分流河道［17，25］。新場地區(qū)須二段可以細(xì)分為3個亞段、10個砂組，自下而上依次為下亞段（T3x2-7—T3x2-10砂組）、中亞段（T3x2-4—T3x2-6砂組）、上亞段（T3x2-1—T3x2-3砂組）［17，25］。目前已發(fā)現(xiàn)的氣藏主力產(chǎn)層和優(yōu)質(zhì)甜點發(fā)育砂組主要為T3x2-2和T3x2-4砂組。

2 構(gòu)造與裂縫發(fā)育特征

新場地區(qū)須二段斷裂發(fā)育，主要發(fā)育NE 向、近EW 向與近SN 向斷層（圖2）。其中，控制新場構(gòu)造帶三級構(gòu)造單元的斷層以近EW 向為主，為三級斷層（南部近SN向斷層為控制知新場構(gòu)造帶的三級斷層）；控制局部構(gòu)造的斷層以近SN向為主，為四級斷層（圖2）。新場地區(qū)須二段發(fā)育多個背斜（斷背斜），整體上呈NE/NNE 走向，西部地區(qū)斷層欠發(fā)育，以背斜為主；東部地區(qū)斷層發(fā)育，受斷層改造，呈現(xiàn)斷背斜構(gòu)造形態(tài)（圖2）。川西坳陷須二段NE 向構(gòu)造開始發(fā)育于印支期，繼承于燕山期，強化于喜馬拉雅期，在川西坳陷內(nèi)部普遍發(fā)育；近EW 向構(gòu)造主要形成于燕山期；近SN向構(gòu)造主要形成于喜馬拉雅期［21］。因此，新場地區(qū)須二段呈近EW 向的三級斷層主要形成于燕山期，為早期斷層，經(jīng)歷后期構(gòu)造成巖等作用的改造，多被次生礦物充填，有效性差；而呈近SN向的四級斷層主要形成于喜馬拉雅期，為晚期斷層，斷層附近裂縫發(fā)育，常呈開啟狀態(tài)，有效性好。新場地區(qū)須二段裂縫發(fā)育，巖心和成像測井證實，裂縫發(fā)育區(qū)與斷層和褶皺關(guān)系密切。須二段發(fā)育的裂縫以平縫（＜10°）和低角度縫（10°～30°）為主，局部地區(qū)可見高角度縫（圖3）。裂縫的走向以近EW 向為主，裂縫在各個砂組的分布差異明顯，其中，以T3x2-2和T3x2-4砂組裂縫最為發(fā)育（圖2）。

圖2 新場地區(qū)須二段構(gòu)造簡圖與裂縫分布Fig.2 Schematic structure map and fracture distribution of 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area

圖3 L150井須家河組T3x2-2砂組電成像測井Fig.3 Electrical imaging logging of sand group T3x2-2 in 2nd Member of Xujiahe Formation，Well L150

3 斷縫體地震預(yù)測

3.1 斷層相關(guān)裂縫的預(yù)測

新場地區(qū)須二段已發(fā)現(xiàn)的裂縫普遍沿斷層發(fā)育，因此，在斷層內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，進行斷層相關(guān)裂縫的預(yù)測是斷縫體地震預(yù)測的重要方面。斷層實際上是具有復(fù)雜構(gòu)造的三維地質(zhì)體，具有“二元”結(jié)構(gòu)，即斷層中心部位的滑動破碎帶和兩側(cè)的誘導(dǎo)裂縫帶［26-30］。其中，滑動破碎帶構(gòu)造變形最為強烈，由斷層滑動面、伴生裂縫和斷層巖組成；誘導(dǎo)裂縫帶以發(fā)育大量低級別裂縫為主要特征，通常與斷層滑動面平行或呈銳角相交［26-28］?；瑒悠扑閹У囊?guī)模與斷距相關(guān)，斷距較小的斷層，滑動破碎帶規(guī)模小，僅由一條斷層滑動面調(diào)節(jié)變形；斷距較大的斷層，滑動破碎帶的規(guī)模也大，相應(yīng)存在多條次級斷層滑動面共同調(diào)節(jié)變形［28］。

新場地區(qū)須二段大部分?jǐn)鄬拥臄嗑噍^小，存在諸多微小斷裂，僅在地震剖面上很難區(qū)分?jǐn)鄬拥母鱾€內(nèi)部結(jié)構(gòu)。筆者以斷層的“二元”結(jié)構(gòu)為指導(dǎo)，將人工解釋的斷層、巖心及成像測井揭示的裂縫發(fā)育帶與最大似然屬性（Thin Likelihood）、基于梯度結(jié)構(gòu)張量的混沌（構(gòu)造熵）屬性所對應(yīng)的屬性值進行對比統(tǒng)計，分析認(rèn)為最大似然屬性能夠反映斷層滑動面，混沌（構(gòu)造熵）屬性能夠反映滑動破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶。由人工解釋斷層和成像測井解釋裂縫結(jié)果刻度，得到斷層各個內(nèi)部結(jié)構(gòu)的值域范圍。反映斷層滑動面的最大似然屬性的值域范圍為0.15～1，反映滑動破碎帶的混沌（構(gòu)造熵）屬性的值域范圍為0.18～1，反映誘導(dǎo)裂縫帶的混沌（構(gòu)造熵）屬性的值域范圍為0.05～0.18，值域范圍之外的地震屬性可視為背景值或噪音影響。借助最大似然屬性的參考，使得斷層的解釋更加客觀，在最大似然屬性和混沌（構(gòu)造熵）屬性疊合剖面上，可以較好地分辨出滑動破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶，可以將誘導(dǎo)裂縫帶及滑動破碎帶范圍作為斷層相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)（圖4）。T3x2-2砂組斷層相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)主要受研究區(qū)三級、四級斷層控制，沿斷層走向分布，東部地區(qū)較西部地區(qū)裂縫發(fā)育（圖5）。T3x2-4砂組裂縫發(fā)育區(qū)與T3x2-2砂組相比，雖然大致范圍類似，但裂縫發(fā)育區(qū)更瑣碎，這與該砂組斷層規(guī)模相關(guān)，整體上圍繞斷裂帶發(fā)育（圖6）。

圖4 新場地區(qū)須二段斷層內(nèi)部結(jié)構(gòu)（AA＇剖面位置見圖2）Fig.4 Internal structure of faults in 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area（See Fig.2 for location of AA＇profile）

圖5 新場地區(qū)T3x2-2砂組斷層相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)Fig.5 Fault-related fracture zone of sand group T3x2-2 in Xinchang area

圖6 新場地區(qū)T3x2-4砂組斷層相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)Fig.6 Fault-related fracture zone of sand group T3x2-4 in Xinchang area

3.2 褶皺相關(guān)裂縫的預(yù)測

新場地區(qū)須二段局部地區(qū)發(fā)育背斜（斷背斜），存在與背斜構(gòu)造伴生的裂縫帶。關(guān)于褶皺相關(guān)裂縫的預(yù)測，曲率類地震屬性已取得一定的應(yīng)用效果［31-33］。在脆性巖層只發(fā)生脆性構(gòu)造變形的前提下，縱彎褶皺中和面以上巖層受拉張應(yīng)力作用而產(chǎn)生張裂縫，中和面以下巖層受擠壓應(yīng)力作用而產(chǎn)生剪裂縫。通常，巖層經(jīng)受的擠壓應(yīng)力越大，巖層構(gòu)造變形越大，地層越彎曲，對應(yīng)的曲率越大，中和面以上巖層的張裂縫越發(fā)育［32-33］。曲率類地震屬性就是利用曲率值來間接反映中和面以上巖層張裂縫發(fā)育程度的。曲率類地震屬性雖然種類多樣，但都是基于極大曲率、極小曲率的運算［33］。在地震剖面揭示的褶皺發(fā)育區(qū)的基礎(chǔ)上，對比多種曲率類地震屬性與混沌（構(gòu)造熵）屬性的差異，發(fā)現(xiàn)地震剖面揭示的背斜（斷背斜）的樞紐部位，在混沌（構(gòu)造熵）屬性剖面上為中低值區(qū)，而在曲度屬性剖面上為高值區(qū)，且高值區(qū)的形態(tài)與理論上中和面以上巖層的張裂縫發(fā)育區(qū)形態(tài)相似（圖7）。由此，可以認(rèn)為曲度屬性能夠更穩(wěn)定地反映研究區(qū)發(fā)育的褶皺相關(guān)裂縫，是混沌（構(gòu)造熵）屬性對裂縫預(yù)測的補充。

圖7 新場地區(qū)須二段褶皺相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)混沌（構(gòu)造熵）屬性與曲度屬性的響應(yīng)差異（BB＇剖面位置見圖2）Fig.7 Response difference between chaos（structural entropy）and curvature attributes in fold-related fracture zone in 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area（See Fig.2 for location of BB＇profile）

根據(jù)T3x2-2砂組曲度均方根振幅屬性疊合最大似然屬性，曲度均方根振幅屬性的高值區(qū)整體上呈團塊狀，沿背斜（斷背斜）樞紐展布，與斷層相隔一定距離（圖8），而斷層相關(guān)裂縫地震屬性的高值區(qū)通常位于斷層中心（圖5），這是新場地區(qū)背斜轉(zhuǎn)折端通常位于斷層上盤，與逆斷層存在一定距離導(dǎo)致。T3x2-2砂組曲度高值區(qū)大多數(shù)為與逆斷層關(guān)聯(lián)的斷背斜樞紐的響應(yīng)，如X601 井附近。少數(shù)地區(qū)，如L150井附近，在斷層相關(guān)裂縫地震屬性平面上為低值區(qū)（圖5），而在褶皺相關(guān)裂縫地震屬性平面上則呈高值異常（圖8），這是L150 井附近背斜導(dǎo)致的裂縫的響應(yīng)，說明了曲度屬性是對斷層相關(guān)裂縫預(yù)測的有效補充。T3x2-4砂組曲度均方根振幅屬性高值區(qū)較T3x2-2砂組分布分散，高值區(qū)大多圍繞斷層展布，與斷層間隔一定距離（圖9），這是T3x2-4砂組規(guī)模小、繁多雜亂的斷層影響的斷背斜導(dǎo)致。

對比圖5與圖8、圖6與圖9可知，曲度屬性可以有效地補充混沌（構(gòu)造熵）屬性反映的裂縫發(fā)育區(qū)。因此，鑒于裂縫的成因機制和來源的差異性，為了更全面地預(yù)測裂縫發(fā)育區(qū)，應(yīng)該針對不同成因的裂縫，采用不同的地震屬性來刻畫裂縫優(yōu)勢發(fā)育區(qū)。通過實際預(yù)測效果的驗證對比，可見利用混沌（構(gòu)造熵）屬性來預(yù)測斷層相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)，用曲度屬性來預(yù)測褶皺相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)是具有適用性的。

圖8 新場地區(qū)T3x2-2砂組褶皺相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)Fig.8 Fold-related fracture zone of sand group T3x2-2 in Xinchang area

圖9 新場地區(qū)T3x2-4砂組褶皺相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)Fig.9 Fold-related fracture zone of sand group T3x2-4 in Xinchang area

4 斷縫體類型與地質(zhì)發(fā)育模式

現(xiàn)階段關(guān)于斷縫體的研究［18-20］更多地強調(diào)和關(guān)注斷層對裂縫發(fā)育區(qū)的控制作用，實際上褶皺對裂縫發(fā)育區(qū)也起到了重要的控制作用。新場地區(qū)須二段裂縫發(fā)育，總結(jié)其成因機制，可以分為斷層相關(guān)裂縫和褶皺相關(guān)裂縫。研究發(fā)現(xiàn)，新場地區(qū)須二段斷縫體可以分為斷縫體、斷褶縫體和褶縫體3 種類型。斷縫體中裂縫的發(fā)育主要受斷層控制，即根據(jù)斷層的“二元”結(jié)構(gòu)，在滑動破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶范圍內(nèi)廣泛發(fā)育裂縫。在混沌（構(gòu)造熵）屬性疊合曲度屬性剖面上，可以發(fā)現(xiàn)屬性的高值區(qū)以斷層滑動面為中心，呈現(xiàn)明顯的圈層結(jié)構(gòu)，在斷距最大、構(gòu)造變形最強的部位，屬性值越高（圖10a）。斷褶體中裂縫的發(fā)育受斷層和褶皺共同控制，在地震剖面上呈斷背斜構(gòu)造，在地震屬性剖面上，既有斷層相關(guān)裂縫，也有褶皺相關(guān)裂縫。斷層相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)類似于斷縫體，以斷層滑動面為中心，受斷層控制；褶皺相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)則受控于斷背斜的形態(tài)，在地層褶皺變形強的部位，屬性值呈高異常（圖10b）。褶縫體則主要受褶皺控制，在褶皺變形越強的部位，曲度屬性值越高，裂縫發(fā)育的可能性越大（圖10c）。

圖10 新場地區(qū)須二段斷縫體類型（剖面位置見圖2）Fig.10 Types of fault-fracture bodies in 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area（See Fig.2 for locations of profiles）

新場地區(qū)須二段斷縫體以斷縫體、斷褶縫體為主，褶縫體在局部地區(qū)發(fā)育，褶縫體可以作為裂縫預(yù)測中斷縫體、斷褶縫體的有效補充。新場地區(qū)須二段斷縫體受喜馬拉雅期至今近EW 向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場影響明顯，造成了區(qū)內(nèi)近SN 向斷層普遍發(fā)育［21］。圍繞近SN 向斷層常發(fā)育斷背斜，在局部地區(qū)也發(fā)育近SN 或NE 向背斜構(gòu)造。在近SN 向斷層的滑動破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶、斷層上盤發(fā)育的斷背斜以及局部地區(qū)的背斜構(gòu)造樞紐部位，通常為裂縫發(fā)育區(qū)，受近EW 向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場影響，這些裂縫走向呈近EW向（圖11）。

圖11 新場地區(qū)須二段斷縫體地質(zhì)發(fā)育模式Fig.11 Geological development modes of fault-fracture bodies in 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area

5 結(jié)論

新場地區(qū)須二段已發(fā)現(xiàn)裂縫受研究區(qū)三級、四級斷層控制，走向以近EW 向為主，以平縫（＜10°）和低角度縫（10°～30°）為主，在上亞段T3x2-2和中亞段T3x2-4砂組最為發(fā)育。

人工構(gòu)造解釋借鑒最大似然屬性能夠更客觀地刻畫斷層滑動面，混沌（構(gòu)造熵）屬性能夠刻畫斷層破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶，曲度屬性能夠刻畫褶皺相關(guān)裂縫發(fā)育區(qū)，實際應(yīng)用效果也證實利用最大似然、混沌（構(gòu)造熵）、曲度屬性能夠有效進行新場地區(qū)須二段斷縫體的地震預(yù)測。

新場地區(qū)須二段斷縫體可以細(xì)分為斷縫體、褶縫體和斷褶縫體3 種地質(zhì)發(fā)育模式，其中，斷縫體、斷褶縫體在全區(qū)普遍發(fā)育，局部地區(qū)發(fā)育褶縫體，褶縫體可以作為研究區(qū)斷縫體地質(zhì)發(fā)育模式的有效補充。