楊少春，齊陸寧，2，李拴豹

（1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580;2.中國(guó)石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營(yíng) 257237; 3.中國(guó)海洋石油天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300452）

埕島地區(qū)埕北20潛山帶裂縫類型、發(fā)育期次及控制因素

楊少春1，齊陸寧1，2，李拴豹3

（1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580;2.中國(guó)石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營(yíng) 257237; 3.中國(guó)海洋石油天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300452）

依據(jù)巖心觀察和薄片分析并應(yīng)用潛山測(cè)井解釋模型，揭示埕島地區(qū)埕北20潛山帶的裂縫類型及測(cè)井響應(yīng)特征;通過(guò)應(yīng)用碳氧同位素特征判定方法對(duì)其裂縫的發(fā)育期次進(jìn)行劃分，并依據(jù)區(qū)域巖性、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及斷層活動(dòng)分析，對(duì)潛山裂縫的發(fā)育控制因素進(jìn)行剖析。結(jié)果表明:埕北20潛山帶主要發(fā)育風(fēng)化破裂縫和構(gòu)造破裂縫兩種類型;風(fēng)化破裂縫為網(wǎng)狀縫，以高角度為主，分布于不整合面下脆性地層中，構(gòu)造破裂縫多為斜交縫，形成于拉張和擠壓雙重構(gòu)造環(huán)境中;兩種裂縫在測(cè)井響應(yīng)上均表現(xiàn)出擴(kuò)徑、聲波時(shí)差增大、低電阻率的特征;裂縫發(fā)育主要經(jīng)歷了3個(gè)期次，以印支期發(fā)育為主，形成了加里東—海西期風(fēng)化縫、印支期構(gòu)造縫和燕山期—喜山期拉張縫;裂縫形成受上覆巖性、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、斷層活動(dòng)等多種因素控制，一般發(fā)育在灰?guī)r、白云巖等脆性巖石中，且在無(wú)上覆石炭－二疊系砂泥地層覆蓋區(qū)，或構(gòu)造應(yīng)力高值區(qū)、斷裂帶集中發(fā)育區(qū)。

潛山;裂縫類型;發(fā)育期次;控制因素

潛山是一種重要的深層地質(zhì)單元，指被埋于地下、在盆地接受沉積前就已經(jīng)形成的古地貌或構(gòu)造凸起，在隨后的盆地演化中被新地層覆蓋埋藏而形成的地質(zhì)單元［1］。潛山受到斷裂的相互切割，產(chǎn)生大量裂縫。這些裂縫受風(fēng)化剝蝕作用向較深層延伸，形成擴(kuò)大儲(chǔ)集空間，是一種重要的儲(chǔ)集體;同時(shí)多期次、多方向的裂縫將各種儲(chǔ)集空間有機(jī)地連接在一起，能作為有效的輸導(dǎo)體，因此潛山裂縫是富集高產(chǎn)且復(fù)雜的儲(chǔ)集體系［2－14］。埕北20潛山帶經(jīng)過(guò)多期斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化剝蝕，潛山裂縫大量發(fā)育［15－17］，但是一直以來(lái)潛山帶的裂縫特征、發(fā)育期次及控制因素認(rèn)識(shí)不清楚，筆者通過(guò)巖心觀察和薄片分析，以及應(yīng)用潛山測(cè)井模型解釋，碳氧同位素特征判定等方法，對(duì)該地區(qū)的裂縫特征進(jìn)行剖析，并對(duì)潛山裂縫的發(fā)育控制因素進(jìn)行研究。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

埕島地區(qū)位于渤海灣南部、東營(yíng)灘海地區(qū)東北部的淺海區(qū)，區(qū)域構(gòu)造上處于濟(jì)陽(yáng)坳陷與渤中凹陷過(guò)渡帶［14－15］。埕島地區(qū)潛山自古生代之后經(jīng)歷了印支、燕山、喜山等3個(gè)大構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段和2次應(yīng)力轉(zhuǎn)型期（其中印支期以逆斷及推覆運(yùn)動(dòng)的擠壓應(yīng)力為主，燕山期—喜山期轉(zhuǎn)成斷陷活動(dòng)的拉張應(yīng)力），造成了該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜的特征（圖1）。埕北20潛山帶位于埕島潛山帶埕北20古斷層的上升盤(pán)，主要是由埕北20古斷層控制形成，屬于典型的殘丘山。該潛山帶內(nèi)幕結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，發(fā)育了大量的褶皺和斷裂構(gòu)造，潛山裂縫也相對(duì)發(fā)育［18］。

圖1 埕島地區(qū)埕北20潛山帶構(gòu)造圖Fig.1 Structuralmap of Chengbei20 buried hills in Chengdao aera

2 潛山裂縫類型及特征

埕北20潛山帶在形成過(guò)程中經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，在沉積孔隙、構(gòu)造裂縫的基礎(chǔ)上產(chǎn)生大量的溶蝕孔洞及溶縫，其突出特點(diǎn)是原生儲(chǔ)集空間不發(fā)育，多發(fā)育裂縫、溶蝕孔洞等儲(chǔ)集空間類型［17－19］。根據(jù)對(duì)研究區(qū)取心井的古生界、太古界潛山巖心裂縫發(fā)育特征的觀察和分析，認(rèn)為埕北20潛山帶存在風(fēng)化破裂縫和構(gòu)造破裂縫兩種類型裂縫（圖2）。

2.1 風(fēng)化破裂縫

在表生期因機(jī)械、物理及化學(xué)風(fēng)化作用或坍塌作用等形成的各類裂縫，也包含了同期構(gòu)造作用形成的破裂縫及其經(jīng)各種風(fēng)化、溶蝕作用改造后的構(gòu)造裂縫。埕北20潛山帶風(fēng)化破裂縫特征主要有:①縱向上分布于不整合面以下脆性地層中，破裂深度變化較大，主要取決于風(fēng)化時(shí)古地貌及加里東—海西期造縫運(yùn)動(dòng)。一般認(rèn)為，殘丘及各種溶蝕陡坡帶風(fēng)化破裂發(fā)育且厚度較大，而平臺(tái)及緩坡地區(qū)則較差;②裂縫的發(fā)育與早期構(gòu)造縫、斷層的發(fā)育有密切聯(lián)系，在無(wú)加里東—海西期裂縫、斷層影響區(qū)裂縫一般分布于地表下50～70 m（表面風(fēng)化破裂縫），而在加里東—海西期裂縫、斷層發(fā)育區(qū)其發(fā)育深度就大得多，這主要是由于巖石隨水溶蝕、溫差漲縮、鹽結(jié)晶張裂等作用沿著原裂隙方向易于改造;③風(fēng)化破裂縫的產(chǎn)狀較復(fù)雜，呈現(xiàn)出密度大（100～120條/ m）的特點(diǎn)，極破碎帶呈網(wǎng)狀，相對(duì)破碎帶則以高角度或垂直縫為主。

2.2 構(gòu)造破裂縫

埕北20潛山帶的古生界、太古界中存在有大量的構(gòu)造破裂縫。根據(jù)斜交剪切的產(chǎn)狀及擦痕方向，可以判斷出該區(qū)構(gòu)造縫至少有兩種成因類型:①構(gòu)造拉張縫，主要為燕山期—喜山期構(gòu)造拉張活動(dòng)的產(chǎn)物，發(fā)育于晚期活動(dòng)的斷裂帶內(nèi)，同樣由于構(gòu)造拉張作用可以激活印支期以前的裂縫，這類裂縫形成的剪切破裂縫傾角較大，一般為60°～70°，為高角度斜交縫;②構(gòu)造擠壓縫，主要為印支期擠壓作用的產(chǎn)物，該期構(gòu)造活動(dòng)可以產(chǎn)生許多破裂，也可以改造前印支期（加里東—海西期）破裂縫，是研究區(qū)重要的破裂縫類型之一，這類裂縫形成的斜交破裂縫傾角一般小于42°，為低角度斜交縫。

圖2 埕北20潛山帶儲(chǔ)層裂縫類型Fig.2 Fracture types of Chengbei20 buried hills reservoir

3 潛山裂縫測(cè)井響應(yīng)特征

埕北20潛山帶儲(chǔ)層發(fā)育大量裂縫、溶洞，非均質(zhì)性較強(qiáng)、物性差，應(yīng)將常規(guī)測(cè)井、特殊測(cè)井與地質(zhì)理論相結(jié)合，精細(xì)分析測(cè)井響應(yīng)規(guī)律，建立合理的解釋模型［14－16，18］。

3.1 風(fēng)化破裂縫測(cè)井響應(yīng)

風(fēng)化破裂帶往往疊加有構(gòu)造縫，多組系裂縫形成網(wǎng)狀縫特征明顯，這些網(wǎng)狀縫中的小段以縱向上沿伸不長(zhǎng)（最多20 cm）的垂直縫束為主（圖3）;在測(cè)井響應(yīng)上表現(xiàn)為井徑擴(kuò)徑、聲波時(shí)差值增大、雙測(cè)向曲線上出現(xiàn)相對(duì)低阻的正幅度差等特征（圖4）。

圖3 勝海古2井古生界風(fēng)化破裂縫測(cè)井響應(yīng)Fig.3 Log response of Palaeozoic weathered fractures of well Shenghai Gu 2

3.2 構(gòu)造破裂縫測(cè)井響應(yīng)

構(gòu)造裂縫按產(chǎn)狀可以分為垂直縫、斜交縫、水平縫和網(wǎng)狀縫。在裂縫識(shí)別測(cè)井圖上（圖3），反映出古生界及太古界中的構(gòu)造裂縫以垂直縫和網(wǎng)狀縫為主，斜交縫次之，而水平縫極少;其測(cè)井響應(yīng)特征也表現(xiàn)為擴(kuò)徑、高聲波時(shí)差和雙側(cè)向電阻率的相對(duì)低阻等特征（圖4）。

圖4 勝海古2井古生界構(gòu)造破裂縫測(cè)井響應(yīng)Fig.4 Log response of Palaeozoic structural fractures of well Shenghai Gu 2

4 潛山裂縫發(fā)育期次

各期次形成的裂縫對(duì)油氣的運(yùn)移、成藏作用不同［19］。裂縫發(fā)育期次的研究方法有很多種，如利用包裹體特征、巖石聲發(fā)射特征、電子自族共振測(cè)年分析、成像測(cè)井等［20－22］。尤里［23］提出的通過(guò)測(cè)定碳酸鈣與水之間的氧同位素分布來(lái)估計(jì)古代海洋溫度的方法是當(dāng)代核子地球化學(xué)中最重要成就之一。本次研究就是在充分了解埕島地區(qū)埕北20潛山帶構(gòu)造背景、地層特征基礎(chǔ)上，通過(guò)這一綜合碳氧同位素特征方法來(lái)確定裂縫形成期次。

不同時(shí)期形成的裂縫中，方解石結(jié)晶礦物從地層水中析出后沉淀在裂縫壁上。結(jié)晶方解石礦物的氧穩(wěn)定同位素豐度（δ18O）主要取決于當(dāng)時(shí)的溫度和水介質(zhì)條件，因此可指示形成溫度，而形成溫度的差別表明裂縫形成期次不同。許多學(xué)者已提出不同的同位素測(cè)溫方程，筆者采用Fritz等［24］提出的氧同位素測(cè)溫方程:

式中，T為溫度，℃;δ18O為方解石氧同位素豐度值;δ18Ow為水介質(zhì)的氧同位素豐度值。利用氧同位素計(jì)算古溫度的同時(shí)，碳同位素的特征可用于區(qū)分處于相同埋深下、不同形成時(shí)期的情況。綜合氧碳同位素的特征，就能估算出裂縫形成的時(shí)間和期次。

根據(jù)構(gòu)造演化時(shí)期及7口取心井共19個(gè)裂縫充填方解石樣品進(jìn)行的同位素測(cè)定，認(rèn)為埕島地區(qū)埕北20潛山帶裂縫可分為3個(gè)發(fā)育期次的裂縫，即加里東—海西期裂縫、印支期裂縫和燕山期—喜山期裂縫（圖5）。

圖5 古生界—太古界裂縫充填方解石穩(wěn)定同位素特征Fig.5 Stable isotope characteristic of fracture filling Calcite in Archaeozoic＆Palaeozoic strata

（1）加里東—海西期裂縫:充填方解石的同位素值δ18O為－11‰～－7‰（PDB），δ13C為－2‰～－3.5‰（PDB），未見(jiàn)有機(jī)質(zhì)的影響。氧同位素值與淡水方解石氧同位素值相近（約為－10‰（PDB）），因此認(rèn)為這類裂縫多數(shù)應(yīng)為風(fēng)化剝蝕淋濾時(shí)期形成的破裂，可能有些裂縫形成時(shí)期更早。

（2）印支期裂縫:在印支期研究區(qū)古生界、太古界經(jīng)歷了早期擠壓和晚期的拉張作用，擠壓作用不僅能形成構(gòu)造裂縫而且由此引起的地層風(fēng)化剝蝕作用也能改造構(gòu)造縫和形成新的破裂縫。這一時(shí)期形成的破裂縫中充填物的δ18O為－14.5‰～－12‰（PDB），δ13C值為－5‰～－2‰（PDB），個(gè)別點(diǎn)值達(dá)到－7.8‰（PDB），說(shuō)明含有一定的有機(jī)質(zhì)。按實(shí)測(cè)氧同位素值和方程估算得到該期裂縫充填方解石形成時(shí)的古溫度為45.8～65.3℃，如果按年平均地表溫度為20℃估計(jì)，其形成時(shí)埋深為0.860～1.510 km（梯度取3.0℃/（100 m），勝海古2井），說(shuō)明裂縫形成期相對(duì)較早，其第一次充填物形成期也早。

（3）燕山期—喜山期裂縫:在燕山期—喜山期研究區(qū)處于拉張作用階段，區(qū)域影響不是太大，形成的裂縫較少，但由于形成期晚，有效性較高。該期破裂縫充填物的同位素值分布δ18O為－19‰～－15‰ （PDB），δ13C為－3‰～－0.5‰（PDB），多數(shù)破裂鏈形成于成烴期后而未見(jiàn)有機(jī)質(zhì)的影響。按同位素測(cè)溫方程估算得到其形成時(shí)溫度為77.1～138.6℃，按相對(duì)低溫平均溫度94℃估計(jì)其形成時(shí)埋深約為2.50 km。因此判斷其為晚期形成的裂縫。

5 潛山裂縫發(fā)育控制因素

埕島地區(qū)埕北20潛山帶裂縫成因主要受上覆巖性、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、斷層活動(dòng)等因素影響。

5.1 巖性

不同的巖性其力學(xué)性質(zhì)不同，其破裂發(fā)育情況也存在區(qū)別。風(fēng)化破裂縫主要見(jiàn)于灰?guī)r、白云巖及花崗片麻巖風(fēng)化殼中，泥質(zhì)巖或砂巖地層風(fēng)化期形成的破裂相對(duì)就不發(fā)育。構(gòu)造縫發(fā)育程度也與巖性有一定關(guān)系;統(tǒng)計(jì)8口井構(gòu)造縫發(fā)育井段，白云巖類有8層占50%，灰?guī)r類有6層占37.5%，花崗片麻巖（煌斑巖）有2層，占12.5%。因此構(gòu)造縫優(yōu)先選擇在白云巖類中形成破裂，灰?guī)r、花崗片麻巖相對(duì)較差。

無(wú)論是風(fēng)化裂縫還是構(gòu)造裂縫，都主要發(fā)育在碳酸鹽巖中，而在砂泥巖層中裂縫相對(duì)不發(fā)育。在埕北20潛山帶，若古潛山上覆有石炭－二疊系（CP）的砂泥巖層，其裂縫則不發(fā)育，而在無(wú)石炭－二疊系的砂泥巖覆蓋的下古生界直接暴露的區(qū)域，古潛山裂縫發(fā)育，并以風(fēng)化破裂縫為主，其次發(fā)育斷裂伴生裂縫（圖6）。

圖6 巖性與潛山裂縫發(fā)育程度關(guān)系模式圖Fig.6 M ode chart about relationship between lithology and fractured size

5.2 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)

在巖性相同的地層中，構(gòu)造裂縫發(fā)育程度受控于構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，即在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)高值區(qū)，構(gòu)造裂縫相對(duì)發(fā)育。從部分井產(chǎn)液量與模擬最大主應(yīng)力（σmax）關(guān)系反映出，隨著應(yīng)力的增加，產(chǎn)液呈增大的趨勢(shì)（圖7）。由于潛山儲(chǔ)層油井產(chǎn)液量主要取決于裂縫的發(fā)育情況，因此上述關(guān)系反映構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)越高，裂縫相對(duì)越發(fā)育。

圖7 產(chǎn)液量與模擬最大主應(yīng)力關(guān)系Fig.7 Relationship between liquid production and simulated maximum principal stress

5.3 斷層

斷裂帶往往是破裂帶，前人對(duì)華北地區(qū)古生界及太古界的裂縫發(fā)育帶做過(guò)許多研究［25－27］，認(rèn)為二者關(guān)系十分密切。從圖1可以看出，埕島地區(qū)埕北20潛山帶發(fā)育許多斷裂構(gòu)造，無(wú)疑這些斷裂帶附近也是裂縫發(fā)育帶。

6 結(jié)論

（1）埕島地區(qū)埕北20潛山裂縫具有類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布不均勻的特點(diǎn)，但主要發(fā)育風(fēng)化破裂縫和構(gòu)造破裂縫兩種類型。

（2）風(fēng)化破裂縫為網(wǎng)狀縫，密度大，以高角度為主，分布于不整合面下的脆性地層中，深度變化較大;構(gòu)造破裂縫多為斜交縫，是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)拉張和擠壓后形成，其拉張縫多呈高角度特征，擠壓縫多呈低角度特征。風(fēng)化破裂縫、構(gòu)造破裂縫均在測(cè)井響應(yīng)上表現(xiàn)為擴(kuò)徑、高聲波時(shí)差、低雙側(cè)向電阻率低的特點(diǎn)。

（3）埕北20潛山帶裂縫發(fā)育3個(gè)充填期次，分別為加里東—海西期、印支期和燕山期—喜山期，且以印支期為主要階段。加里東—海西期裂縫多數(shù)為風(fēng)化剝蝕淋濾時(shí)期形成的風(fēng)化縫，是早期裂縫;印支期裂縫為早期擠壓和晚期拉張的構(gòu)造縫，形成規(guī)模大;燕山期裂縫形成較晚，但有效性較高，分布范圍小。

（4）埕北20潛山帶裂縫形成主要受上覆巖石巖性、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、以及斷層活動(dòng)等因素控制。裂縫一般發(fā)育在灰?guī)r、白云巖等脆性巖石中，且在無(wú)上覆石炭－二疊系砂泥地層覆蓋區(qū)較為發(fā)育，另外應(yīng)力高值區(qū)構(gòu)造裂縫相對(duì)發(fā)育，斷裂帶一般也是裂縫的集中發(fā)育帶。

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Fracture types，development phases and controlling factors of Chengbei20 buried hills in Chengdao area

YANG Shao－chun1，QILu－ning1，2，LIShuan－bao3

（1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266580，China; 2.Offshore Oil Production Plant，Shengli Oilfield，SINOPEC，Dongying 257237，China; 3.Research Institute of Exploration and Development，BohaiOilfield，CNOOC，Tianjin 300452，China）

Based on the core observation，thin section analysis and the buried hill log interpretation，the fracture types and the log response features were revealed in Chengbei 20 buried hills.The fracture development phases were distinguished clearly by carbon and oxygen isotope characteristics decisionmethod.According to the regional lithology，tectonic stress field and fault activity analysis，the buried hill fracture controlling factorswere explained.The results show that two kinds of fractures are identified in Chengbei20 buried hills，which are weathering fractures and structural fractures.The weathering fractures aremesh ones with high density，high angles，and various depths，and distribute in the brittle strata under the unconformities.The structural fractures have bevel angles，high tension joint angles and low extrusion joint angles，which are caused by the extensionaland compressionmovements.Both the weathering and the structural fractures perform expanding diameter，long interval transit time，and low resistivity characteristics in logging response.The fractures in Chengbei20 buried hills can be divided into three development phases and Indo－Chinesemovement dominates.As a result the Caledonian－Hercynian weathering fractures，Indo－Chinese structural fractures，and Yanshan－Himalayan tensional fractures form.The formation of the fractures in Chengbei20 buried hills ismainly controlled by the overlying lithology，the tectonic stress field and the fault activities.The fractures aremainly caused in the brittle rocks such as the limestone and dolomite，especially in those no Carboniferous－Permian sandstone ormudstone overlying.The fractures are also influenced by the tectonic stress andmostly form in the strong tectonic stress field as a consequence.Furthermore，the fractures are controlled by the faults，and the fault concentrated development zone is the fracture area as well.

buried hills;fracture type;development phase;controlling factor

P 583

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2012.05.001

1673－5005（2012）05－0001－06

2012－02－18

中國(guó)石油化工股份有限公司攻關(guān)項(xiàng)目（So－PF0769D010E）;國(guó)家科技重大油氣專項(xiàng)課題（2011ZX05009－003）

楊少春（1962－），男（漢族），廣西桂林人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事油藏描述及儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究和教學(xué)工作。

（編輯 徐會(huì)永）