何 利，譚欽銀，宋春彥，王瑞華，王正和，程錦翔

（1 成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所； 2 國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室）

建南地區(qū)位于四川盆地東部，是川東重要的油氣富集帶，也是中國南方油氣勘探的重點區(qū)塊之一。建南地區(qū)的油氣儲集層主要分布于上二疊統(tǒng)長興組二段和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組三段（以下簡稱飛三段），其中，飛三段儲層可與普光氣田進行對比［1-2］，是目前油氣勘探的重點層位。 “三元控儲”理論［3］的提出，表明儲集條件是決定該區(qū)油氣勘探成敗的關(guān)鍵因素之一。 研究表明，建南地區(qū)飛仙關(guān)組儲層包括孔隙型、裂縫型和孔-縫型三種；白云巖、碎屑灰?guī)r為孔隙型儲層，泥晶灰?guī)r為裂縫型儲層［4］。 大量鉆探資料證實，裂縫型灰?guī)r是建南地區(qū)飛仙關(guān)組的重要儲層類型，裂縫發(fā)育程度是影響建南地區(qū)油氣儲集性能的重要因素［4］。

迄今為止，對于建南地區(qū)飛三段儲層的研究主要集中于孔隙型儲層［5-7］，而對裂縫型儲層尚未得到足夠重視，對于該區(qū)裂縫發(fā)育情況認識的不足，已經(jīng)嚴重制約了油氣勘探工作的深入。 筆者基于地震資料，應(yīng)用分形法、構(gòu)造主曲率法分別對該區(qū)與斷層和褶皺相關(guān)的裂縫進行了預測，再結(jié)合巖性類型對裂縫發(fā)育程度進行了綜合評價。結(jié)果表明，應(yīng)用分形法和構(gòu)造主曲率法能夠很好地描述該區(qū)裂縫發(fā)育程度，預測結(jié)果是可信的。

1 地質(zhì)背景

四川盆地東部地區(qū)經(jīng)歷了早燕山期和喜馬拉雅期的擠壓褶皺變形，形成了方斗山背斜帶、石柱向斜帶、齊岳山背斜帶、利川向斜帶等數(shù)個巨型構(gòu)造單元（圖1）。 它們均呈典型的侏羅山式褶皺變形，主要表現(xiàn)為復背斜帶高陡、復向斜帶寬緩、隆坳相間、呈“S”形展布的區(qū)域構(gòu)造面貌［8］。

建南地區(qū)構(gòu)造上位于川東褶皺帶與湘鄂西褶皺帶的結(jié)合部位，處在石柱向斜帶內(nèi)部（圖1）。 地表出露的巖石以石灰?guī)r為主，屬山地地貌區(qū)，海拔高度一般為1 000～1 500 m，面積約1×104km2。 建南地區(qū)飛三段頂面構(gòu)造整體為北東—南西向展布（圖1）。 其中：斷層多為逆斷層，主要發(fā)育三條近于平行的主干斷裂：磨刀溪斷層、太平鎮(zhèn)斷層和龍3 斷層；三條斷層之間發(fā)育數(shù)個構(gòu)造圈閉。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組三段巖相分布與頂面構(gòu)造疊合圖

根據(jù)巖性特征，建南地區(qū)飛仙關(guān)組大致可以劃分為四段：一段和二段為陸棚—斜坡沉積，巖性為灰色薄層泥晶灰?guī)r、 泥晶泥質(zhì)灰?guī)r及泥晶含泥質(zhì)灰?guī)r互層，底部發(fā)育厚度不等的灰黑色泥頁巖；三段主要為淺灘相亮晶鮞?；?guī)r、 亮晶砂屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r等，是建南地區(qū)主要的儲層段；四段為局限臺地相及臺地蒸發(fā)巖相沉積，巖性為灰色泥晶含膏白云巖及紫紅色、綠灰色白云質(zhì)泥巖夾泥晶灰?guī)r，為一套區(qū)域性蓋層。 飛仙關(guān)組總層厚約300～800 m，其中三段層厚約60～380 m。區(qū)內(nèi)飛三段巖相平面分布特點（圖1）為： 中北部主要為中緩坡相臺洼亞相泥質(zhì)灰?guī)r—泥晶灰?guī)r微相和中緩坡相暴露鮞粒灘亞相鮞粒白云巖、鮞粒白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r微相；北部邊緣和中南部主要為中緩坡相鮞粒灘亞相泥晶灰?guī)r—鮞粒灰?guī)r微相。其中，有利儲集巖（礁灰?guī)r、碎屑灰?guī)r和白云巖）呈北東—南西向分布于研究區(qū)中部，由眾多孤立次級區(qū)塊構(gòu)成。

對野外露頭和巖心中的裂縫研究后發(fā)現(xiàn)，建南地區(qū)飛三段中的裂縫以構(gòu)造裂縫為主，主要表現(xiàn)為三種類型：被方解石脈充填的無效裂縫、被油氣充填的有效裂縫、未被充填的有效裂縫。

2 裂縫預測方法

隨著油氣勘探開發(fā)的深入，裂縫性油藏和受裂縫影響的油藏在已發(fā)現(xiàn)油氣藏中所占的比例逐漸增大，儲量和產(chǎn)量的比例也逐漸上升，儲層裂縫預測的研究日益受到重視［9］。 裂縫預測是針對儲層內(nèi)裂縫集合所構(gòu)成的裂縫系而言，并不是指特定時期或特定類型的裂縫，因而，這就常常需要對研究區(qū)內(nèi)多期裂縫的綜合發(fā)育程度進行定性評價和定量化預測。由于儲層裂縫的規(guī)模、類型和性質(zhì)等千變?nèi)f化，要對復雜多變的儲層裂縫進行精細描述和定量化預測是目前石油地質(zhì)界的一個世界性難題［9］。 多年來的油氣勘探結(jié)果表明，構(gòu)造裂縫是儲層裂縫中最主要的類型，其他性質(zhì)的裂縫或多或少也與構(gòu)造裂縫具有一定的聯(lián)系，因此，對構(gòu)造裂縫進行定量預測便抓住了裂縫的主體，有利于指導油氣勘探。

目前，儲層裂縫描述與預測的方法較多，主要包括：基于巖心的裂縫統(tǒng)計法、基于裂縫對物理場影響的測井和地震法、基于斷裂的分形法和斷裂因子法、基于褶皺變形的曲率分析法、 基于古應(yīng)力場的有限元數(shù)值模擬法［10-12］。在眾多方法之中，分形法和曲率法兩者相對于其他方法而言，均是借助于宏觀構(gòu)造去預測微小構(gòu)造，逐漸受到了石油構(gòu)造地質(zhì)學家的重視。

分形理論是關(guān)于復雜系統(tǒng)自相似性（或標度不變性）的描述，按照Mandelbrot的定義［13］，只要組成部分與整體之間具有某種相似的形態(tài)，就稱之為分形。日本學者平田隆幸［14］首次證明了斷層和裂縫具有自相似的分形結(jié)構(gòu)，只是尺度上存在差異。因此，通過分析斷層的分形特征（分數(shù)維）和斷裂強度便可以定性預測儲層裂縫的發(fā)育程度。 例如，張吉昌等［15］曾指出儲層構(gòu)造裂縫的復雜形態(tài)及其分布具有分形特征，并且應(yīng)用分形方法預測了儲層構(gòu)造裂縫的分布；樂友喜等［16］應(yīng)用分形理論進行測井資料的裂縫解釋；蘇玉平等［17］從斷裂與裂縫的期次、組成形態(tài)和展布方位三方面論證了同一區(qū)塊的斷裂和裂縫具有自相似性，滿足分形理論，并進行了裂縫預測，經(jīng)鉆探證實其效果良好。

1968年，Murry［18］將構(gòu)造橫剖面看作彎曲的“梁”，用幾何方法導出了剖面曲率值與裂縫孔隙度之間的計算公式，對裂縫作了初步定量研究。 構(gòu)造面曲率在一定程度上控制了裂縫發(fā)育的密度、方向、寬度和深度。 曲率是一條曲線的二維屬性，它的大小反映了一個弧形的彎曲程度；對于脆性巖層而言，其彎曲程度越大，則構(gòu)造變形越強，構(gòu)造裂縫也就越發(fā)育［19］。近年來，曲率法在油氣儲層裂縫預測方面應(yīng)用越來越廣泛。 例如，周文等［20］利用主曲率法很好地預測了泌陽凹陷安棚油田核桃園組三段儲層的裂縫發(fā)育情況；汪必峰等［21］應(yīng)用剖面曲率法對東營凹陷牛莊油田牛35塊沙河街組三段中部儲層裂縫進行了預測，結(jié)果檢驗表明剖面曲率法適合于與褶皺相關(guān)的裂縫預測。

由以上分析可見，分形法主要是預測與斷層構(gòu)造相關(guān)的裂縫，曲率法則主要預測與褶皺構(gòu)造相關(guān)的裂縫，將這兩種方法結(jié)合起來便能夠?qū)?gòu)造成因裂縫進行很好地預測。因此，本文應(yīng)用分形法和曲率法對建南地區(qū)飛三段儲層裂縫的發(fā)育程度進行綜合預測與評價。

3 裂縫預測結(jié)果與檢驗

3.1 分形法預測結(jié)果

在分形裂縫預測方法中，常用的分維計算方法有豪斯道夫（Hausdorff）維數(shù)、自相似維數(shù)和盒維數(shù)［22］。通過對比分析，認為適合于油氣儲層構(gòu)造裂縫分維數(shù)測定的統(tǒng)計方法是盒維數(shù)，即網(wǎng)格覆蓋法。該方法的基本步驟如下： 用邊長為r 的正方形網(wǎng)格覆蓋在儲層構(gòu)造圖上，然后統(tǒng)計其包含裂縫的正方形格子數(shù)N；逐步改變正方形網(wǎng)格的邊長r，統(tǒng)計相應(yīng)的N；再以r 為橫坐標，N 為縱坐標，在雙對數(shù)坐標系中采用最小二乘法對統(tǒng)計數(shù)據(jù)作回歸分析，回歸直線的斜率即為裂縫分布的分維值D。

本次研究在建南地區(qū)飛三段的頂面構(gòu)造圖上，用邊長為4.0 km 的方格將其分成83 個子區(qū)域，然后再分別用邊長為2.0、1.0、0.5、0.25、0.125 km 的方格網(wǎng)對83 個子區(qū)域進行覆蓋，并對每個子區(qū)域記錄其對應(yīng)不同邊長r 的網(wǎng)格劃分時所含有斷裂的網(wǎng)格數(shù)N，經(jīng)回歸分析，得到那個子區(qū)域上裂縫分布的分維值D（圖2）。

結(jié)果顯示，幾乎所有l(wèi)nr 和lnN 的相關(guān)系數(shù)介于0.95～0.99 之間，故本次研究的斷層，分維特征很明顯，預測結(jié)果可信度高。 將83 個子區(qū)域的分維值歸一化后，繪制了建南地區(qū)飛三段頂面的分維值趨勢圖（圖2）。 由于斷裂與裂縫有自相似性，因此，可以把圖2看作是該區(qū)域飛三段儲層與斷層相關(guān)的構(gòu)造裂縫發(fā)育圖，圖中，分維值D作為描述儲層裂縫發(fā)育程度的定量參數(shù)［23］，分維值越大則裂縫越發(fā)育，分維值小則裂縫相對不發(fā)育。

圖2 建南地區(qū)飛仙關(guān)組三段儲層構(gòu)造裂縫的分形法預測結(jié)果

3.2 曲率法預測結(jié)果

曲率分析有趨勢面法和差分法兩種方法，本文采用九點差分法計算飛三段頂面的曲率，具體方法如下： 首先應(yīng)用邊長為t的網(wǎng)格將曲面進行網(wǎng)格化，再對網(wǎng)格中每個交叉點分別計算曲率值。 計算的時候該點編號為0點，相鄰的8個點依次編號為1～8；然后根據(jù)點1～8的高程（或深度）應(yīng)用差分公式計算0點的兩個主曲率值（圖3）。在計算出所有網(wǎng)格交叉點的主曲率值之后，選取其中絕對值的較大者作為各網(wǎng)格點的評價值，最后繪制曲率等值線圖。

本文首先應(yīng)用邊長為1 km的網(wǎng)格對建南地區(qū)飛三段儲層頂面進行網(wǎng)格化，總共劃分了1 000多個正方形網(wǎng)格。在網(wǎng)格化過程中，對不同的構(gòu)造帶分帶進行，一般不跨越斷層線；同時考慮到等深線的疏密程度，對密集的地方縮小網(wǎng)格，對稀疏的地方加大網(wǎng)格。網(wǎng)格化之后，采用九點差分法對其主曲率進行計算，總共計算了700多個點位的主曲率值，最后將各點最大主曲率值歸一化后，繪制了建南地區(qū)飛三段儲層頂面的主曲率等值線圖（圖3）。 根據(jù)前面的分析，圖3代表了建南地區(qū)飛三段儲層中與褶皺相關(guān)的縱張裂縫的分布情況。

圖3 建南地區(qū)飛仙關(guān)組三段儲層構(gòu)造裂縫的曲率法預測結(jié)果

3.3 綜合預測結(jié)果

如前所述，分形法和曲率法是分別基于宏觀上斷層和褶皺與構(gòu)造裂縫之間的關(guān)系來進行裂縫預測的，這兩種預測結(jié)果應(yīng)代表了兩類不同性質(zhì)裂縫的發(fā)育情況。 為了盡可能地對儲層中發(fā)育的多期不同性質(zhì)裂縫進行完整而科學的預測，通常會將不同方法得到的結(jié)果進行綜合。

本文對分形法預測結(jié)果、 曲率法預測結(jié)果以及巖性類型三個要素進行了綜合考慮，來定性預測研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造裂縫的發(fā)育情況。 進行構(gòu)造裂縫預測時，巖性是不得不考慮的一個關(guān)鍵因素。 巖性是裂縫發(fā)育的內(nèi)因，對裂縫的發(fā)育存在顯著的影響。 巖性主要由巖石成分和巖石結(jié)構(gòu)兩個因素共同決定，這兩個因素決定了巖石的硬度和非均質(zhì)性，硬度是巖石抵抗外力作用的衡量標準，非均質(zhì)性決定了巖石受力后其內(nèi)部是否會產(chǎn)生局部應(yīng)力集中［9］。

然而，要用數(shù)字來定量評價巖性是很難實現(xiàn)的，雖然前人曾主觀地對不同巖性進行過賦值［24-25］。為慎重起見，本文采用疊加法，即對分形法預測結(jié)果、曲率法預測結(jié)果和巖性類型三者疊加起來綜合預測研究區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育情況。 疊加法相當于將不同的因素或結(jié)果平等對待，從而避免了人為賦值的主觀性和權(quán)重因子計算的不可靠性。

疊加之前，先把分形法預測結(jié)果（圖2）、曲率法預測結(jié)果（圖3）和巖性（圖1）三個因素分別劃分為“好”和“差”兩種結(jié)果：前兩者以歸一化后的0.5為分界進行劃分； 巖性方面則將孔隙發(fā)育的巖石（礁灰?guī)r、碎屑灰?guī)r和白云巖）劃為“好”，因孔隙發(fā)育的巖石非均質(zhì)性較強，裂縫易于產(chǎn)生；而成分單一、結(jié)構(gòu)簡單、致密的泥晶灰?guī)r劃為“差”，因其均質(zhì)性較強，相對不易形成裂縫。綜合分析時，當三個因素均為“好”時，劃為裂縫特別發(fā)育區(qū)；只有兩個為“好”時，劃為裂縫發(fā)育區(qū)；只有一個因素為“好”時，劃為裂縫不太發(fā)育區(qū)；三個因素均為“差”時，劃為裂縫不發(fā)育區(qū)。

綜合評價結(jié)果（圖4）顯示，研究區(qū)內(nèi)裂縫特別發(fā)育區(qū)位于北部的龍3斷層附近和南部的跨石廟附近，其面積比較小，且臨近斷裂帶；裂縫發(fā)育區(qū)主要發(fā)育于新店子、建南及其以南部分地區(qū)，多被夾在三條主干斷層之間，且與斷層之間的垂直距離小于10km；裂縫不太發(fā)育區(qū)約占整個研究區(qū)面積的40%，它們一般位于兩條斷裂帶之間的中部地區(qū)； 裂縫不發(fā)育區(qū)約占整個研究區(qū)面積的50%，集中于研究區(qū)內(nèi)的西北和東南部。

圖4 建南地區(qū)飛仙關(guān)組三段儲層構(gòu)造裂縫的綜合預測結(jié)果圖

3.4 結(jié)果檢驗

首先，從圖2 和圖3 分析，圖2 中與斷層相關(guān)的裂縫主要發(fā)育在研究區(qū)內(nèi)三條主干斷層附近，靠近斷層處發(fā)育，遠離斷層處則不發(fā)育，因此分形法的預測結(jié)果比較合理； 圖3 中與褶皺相關(guān)的裂縫主要發(fā)育于研究區(qū)內(nèi)三條主干斷層的中間，特別是建南構(gòu)造高點上，因此曲率法的預測結(jié)果也是可信的。

其次，為了進一步檢驗兩種方法預測結(jié)果的可靠性，本文將研究區(qū)內(nèi)28 口鉆井處的分維值和曲率值相加，然后與每口井的日產(chǎn)氣量進行相關(guān)分析（圖5）。 結(jié)果顯示，研究區(qū)大部分鉆井的日產(chǎn)氣量與分維值與曲率值的和具有很好的正相關(guān)性，即分維值與曲率值的和越大，日產(chǎn)氣量越高。由此表明，本文預測的裂縫綜合發(fā)育程度對油氣藏具有正面作用，預測結(jié)果具有一定的實際勘探價值。

圖5 建南地區(qū)飛仙關(guān)組三段儲層分維值與曲率值之和與日產(chǎn)氣量的相關(guān)性

最后，通過部分鉆井的日產(chǎn)氣量來檢驗本文的綜合預測結(jié)果（圖4），即考慮了裂縫和巖性兩個因素之后的預測結(jié)果。 位于裂縫特別發(fā)育區(qū)的建15 井、 建平5 井和建61 井的日產(chǎn)氣量分別為9.7×104m3、 21.5×104m3、 5.9×104m3； 位于裂縫發(fā)育區(qū)的建51 井、建35 井和建10 井的日產(chǎn)氣量分別為40×104m3、 36.9×104m3和6.7×104m3；位于裂縫不太發(fā)育區(qū)的建68 井和太1 井的日產(chǎn)氣量分別為0.9×104m3和0.82×104m3；位于裂縫不發(fā)育區(qū)的建69 井和建33 井的日產(chǎn)氣量非常低，僅為0.015×104m3和0.04×104m3。 總體上，研究區(qū)內(nèi)裂縫的發(fā)育程度與日產(chǎn)氣量具有較高的一致性，這表明裂縫發(fā)育情況在一定程度上控制了研究區(qū)內(nèi)的油氣聚集成藏。 由此表明，本文的預測結(jié)果具有較高的可信度。

4 結(jié)束語

采用分形法和曲率法較好地預測了四川盆地東部建南地區(qū)飛仙關(guān)組三段儲層中構(gòu)造裂縫的發(fā)育情況；綜合分析法相對于單一方法而言，避免了單一方法的某些不足，能夠更加科學地預測裂縫的發(fā)育程度，與實際資料的吻合度較高，對實際勘探可能具有一定的指導意義。 但由于研究中較多地突出了儲層裂縫因素，故在油氣勘探實踐中應(yīng)合理使用。

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