馬海勇, 周立發(fā)， 張雪峰, 韓天佑

(1 西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710054；

2 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系, 陜西 西安 710069；

3 中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田公司 勘探開發(fā)研究院, 陜西 西安 710018)

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陜西省定邊-吳起地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8地層裂縫形成因素分析

馬海勇1, 周立發(fā)2， 張雪峰3, 韓天佑3

(1 西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710054；

2 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系, 陜西 西安 710069；

3 中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田公司 勘探開發(fā)研究院, 陜西 西安 710018)

摘要：根據(jù)巖心觀察、薄片分析和成像測(cè)井解釋等相關(guān)資料,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史，對(duì)陜西省定邊-吳起地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段裂縫的分布特征及成因進(jìn)行分析。研究表明：水平構(gòu)造擠壓應(yīng)力是形成裂縫的主要力源，定邊-吳起地區(qū)在燕山期NWW—SEE向擠壓應(yīng)力產(chǎn)生了E—W向和NW—SE向裂縫，喜山期NNE—SSW向擠壓應(yīng)力產(chǎn)生了N—S向和NE—SW向裂縫。受沉積相作用，儲(chǔ)層非均質(zhì)性抑制了共軛剪切裂縫系中NW—SE、N—S向裂縫的發(fā)育,使E—W、NE—SW向裂縫較發(fā)育；靠近伊陜斜坡淺水三角洲河道側(cè)翼E—W向裂縫發(fā)育，天環(huán)坳陷軸部附近NE—SW向裂縫較發(fā)育?，F(xiàn)今NEE—SWW向地應(yīng)力影響不同組系裂縫的地下張開度、連通性和滲透性，對(duì)儲(chǔ)層勘探與開發(fā)井網(wǎng)部署起著重要的作用。

關(guān)鍵詞:定邊-吳起地區(qū)； 延長(zhǎng)組； 成像測(cè)井； 裂縫； 沉積相

低滲透砂巖儲(chǔ)層由于巖石致密、脆性大，在強(qiáng)烈的成巖作用過程中和后期的構(gòu)造作用下普遍發(fā)育裂縫。構(gòu)造成因的裂縫是沉積盆地低滲透儲(chǔ)集層的主要裂縫類型,裂縫的形成和分布受區(qū)域構(gòu)造事件或構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制，裂縫的產(chǎn)狀和發(fā)育程度在不同的構(gòu)造部位有所不同[1]。陜甘寧地區(qū)的鄂爾多斯盆地是典型的低滲透油氣田，盆地延長(zhǎng)組地層沉積以來經(jīng)歷了燕山期、喜山期構(gòu)造事件的影響，作用于盆地周緣的應(yīng)力必然會(huì)對(duì)盆地內(nèi)部產(chǎn)生影響，盆地范圍內(nèi)廣泛存在裂縫[2]。裂縫作為低滲透儲(chǔ)層疏導(dǎo)體系的組成部分，是油氣運(yùn)移的重要通道, 能夠提高孔隙的連通程度,改善儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能，影響油氣分布及開發(fā)效果。本文以陜西省定邊-吳起地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組鉆探資料為基礎(chǔ)，利用巖心觀察、常規(guī)測(cè)井及成像測(cè)井等方法，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)背景，對(duì)該區(qū)裂縫分布和形成因素進(jìn)行探討，對(duì)提高該區(qū)勘探成功率及指導(dǎo)注水開發(fā)均具有重要意義。

1區(qū)域地質(zhì)概況

定邊-吳起地區(qū)位于陜西省西北部，橫跨盆地伊陜斜坡與天環(huán)坳陷兩個(gè)構(gòu)造單元[3](圖1)，該區(qū)延長(zhǎng)組發(fā)育三角洲沉積，淺水三角洲河道砂體是主要的儲(chǔ)集砂體。盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng) 7 烴源巖生、排烴之前，儲(chǔ)層砂巖經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用過程，壓實(shí)作用、膠結(jié)作用使砂巖儲(chǔ)層孔隙損失嚴(yán)重，形成了相對(duì)致密的儲(chǔ)層[4]。該區(qū)早期勘探以三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6、長(zhǎng)4+5油層組作為主要含油層系。近年來，研究區(qū)延長(zhǎng)組下組合油層組勘探不斷取得突破，發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)8油層大型巖性油藏，砂巖類型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，砂體受東北陰山古陸和西北阿拉善古陸的控制,沉積期構(gòu)造背景穩(wěn)定,發(fā)育淺水三角洲沉積[5]，主要發(fā)育淺水三角洲前緣亞相沉積,水下分流河道砂體是主要的儲(chǔ)集砂體。

圖1　研究區(qū)位置圖

2天然裂縫的識(shí)別

巖芯觀察到的裂縫，有許多是鉆井過程中或鉆井后由人為因素造成的誘導(dǎo)縫，而只有地質(zhì)歷史時(shí)期形成的天然裂縫才會(huì)對(duì)油氣的運(yùn)移、聚集成藏發(fā)揮作用。在常規(guī)測(cè)井中，裂縫的測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為密度變小、井徑增大、聲波時(shí)差和補(bǔ)償中子值變大，電阻率曲線形態(tài)呈起伏不平的多尖峰狀。天然裂縫與誘導(dǎo)縫在成像圖像上有明顯區(qū)別[6]，天然裂縫分布不規(guī)則，通常單個(gè)出現(xiàn)或成對(duì)出現(xiàn)但不對(duì)稱，徑向延伸長(zhǎng)，縫寬變化較大[7]。天然裂縫可分為張開裂縫和閉合裂縫，張開裂縫充填泥漿等低阻物質(zhì)，在成像圖像上顯示為低阻黑色正弦曲線，裂縫角度不同在成像上顯示有所差別。閉合裂縫充填高阻礦物如方解石等，在成像圖像上呈淺色曲線特征(圖2)。誘導(dǎo)縫直立、羽狀排列，對(duì)稱分布在鉆井的井壁附近，垂直和水平方向延伸距離較近，多被泥質(zhì)等低電阻成分充填，具有低電阻、高伽馬的特點(diǎn)，與天然裂縫有明顯的區(qū)別。

圖2誘導(dǎo)縫與天然裂縫成像測(cè)井特征

Fig.2 The imaging logs characteristics of induced joint and natural fracture

3天然裂縫特征及成因分析

3.1天然裂縫的特征

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)層砂巖經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造作用，形成了NE—SW、NW—SE、E—W和S—N四組構(gòu)造裂縫[8]。本文利用定邊-吳起地區(qū)延長(zhǎng)組下組合儲(chǔ)層砂巖的巖心、薄片及成像測(cè)井資料并結(jié)合前人對(duì)盆地周邊露頭區(qū)裂縫的分析結(jié)果[9], 系統(tǒng)分析了定邊-吳起地區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層砂巖的裂縫分布規(guī)律。研究區(qū)由于受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、沉積相和儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，主要發(fā)育E—W向和NE—SW兩組裂縫(圖3)。

圖3　研究區(qū)長(zhǎng)8裂縫走向玫瑰花圖

通過對(duì)研究區(qū)近30口井延長(zhǎng)組下組合裂縫段巖心觀察，發(fā)現(xiàn)該區(qū)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較明顯，主要發(fā)育垂直縫和高角度縫，而低角度裂縫、水平裂縫不發(fā)育(圖4)。巖心中垂直裂縫發(fā)育段很少充填其他礦物；巖心中高角度裂縫發(fā)育段基本都有礦物充填的現(xiàn)象，充填礦物主要為方解石。

3.2裂縫形成的構(gòu)造背景

基于裂縫特征及區(qū)域構(gòu)造演化資料的綜合分析，定邊-吳起地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層裂縫主要受區(qū)域構(gòu)造作用的控制，燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的水平構(gòu)造擠壓應(yīng)力是形成裂縫的主要力源。在三疊紀(jì)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8沉積末期，由于華北板塊向南俯沖產(chǎn)生印支期S—N向擠壓應(yīng)力，使鄂爾多斯盆地拗陷幅度急劇增大[10]。晚侏羅世-早白堊世，燕山運(yùn)動(dòng)在研究區(qū)派生的擠壓應(yīng)力為NWW—SEE向, 產(chǎn)生了E—W向和NW—SE向剪切裂縫。白堊紀(jì)末期-古近紀(jì)，喜山運(yùn)動(dòng)使鄂爾多斯盆地處于NE—SW向擠壓應(yīng)力場(chǎng)和太平洋板塊向NW俯沖的右旋剪切力場(chǎng)作用,在盆地西北部派生的構(gòu)造應(yīng)力表現(xiàn)為NNE—SSW向擠壓應(yīng)力,產(chǎn)生了N—S向和NE—SW向剪切裂縫[11-13]。

3.3裂縫與儲(chǔ)層非均質(zhì)性的關(guān)系

儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性是影響不同方向裂縫發(fā)育程度的重要因素，主要受沉積相控制。在沉積過程中,受水流方向的控制,礦物顆粒的排列具有取向性差異,從而造成巖石力學(xué)性質(zhì)在平面上的各向異性[14]。巖石力學(xué)性質(zhì)各向異性限制了某個(gè)方向裂縫的發(fā)育,使共軛裂縫中一組的裂縫的發(fā)育受到抑制。定邊-吳起地區(qū)受燕山期NWW—SEE向水平擠壓應(yīng)力作用下,發(fā)育E—W、NE—SW向剪切裂縫；在喜山期受NNE—SSW向擠壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生NW—SE、S—N向剪切裂縫。定邊-吳起地區(qū)受西北物源和東北物源的控制，區(qū)域內(nèi)靠近天環(huán)坳陷的古峰莊、麻黃山、堡子灣區(qū)均受西北物源的控制，砂體西北向展布,儲(chǔ)層非均質(zhì)性抑制了兩組共軛剪切裂縫系中的NW—SE、S—N向裂縫的發(fā)育程度，使E—W、NE—SW向裂縫發(fā)育?？恳陵冃逼碌陌策?、鐵邊城區(qū)受東北物源的控制，巖層強(qiáng)烈的非均質(zhì)性抑制了NW—SE向裂縫，使近E—W向裂縫較發(fā)育[8](圖5)。

圖4研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8裂縫照片

Fig.4The picture of natural fractures of chang-8 subsection in the study area3.4裂縫與巖石性質(zhì)的關(guān)系

巖石的性質(zhì)也會(huì)對(duì)裂縫的發(fā)育產(chǎn)生影響，影響因素主要包括巖石的組成、巖屑的粒度等。細(xì)砂巖、粉砂巖中脆性組分含量較高，巖石中的裂縫通常較為發(fā)育[2]。通過對(duì)定邊-吳起地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8地層裂縫發(fā)育段巖芯觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)砂巖中存在大量裂縫，發(fā)育頻率為0.62條/m，而且都發(fā)育高角度裂縫；粒度相對(duì)較細(xì)的粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖中裂縫高角度裂縫不太發(fā)育，主要為低角度裂縫和水平裂縫。巖石巖屑的粒度大小也影響裂縫的發(fā)育,巖屑的顆粒的粒度越小,巖石就越致密，越有利于裂縫的發(fā)育[2]。研究區(qū)東北物源的安邊地區(qū)巖性較西北物源的堡子灣地區(qū)巖性致密，堡子灣地區(qū)裂縫發(fā)育程度明顯低于安邊地區(qū)(圖5)。

3.5裂縫與砂體厚度的關(guān)系

儲(chǔ)層砂體的單層厚度對(duì)裂縫的影響也十分明顯，由于儲(chǔ)層砂體的單層厚度較薄，其巖石粒度較細(xì)，砂體抗剪強(qiáng)度相對(duì)較弱，裂縫發(fā)育程度也就較高[2]。砂體單層厚度和巖石性質(zhì)都會(huì)對(duì)裂縫的發(fā)育程度產(chǎn)生明顯的影響。從裂縫平面分布圖上可以明顯看到，裂縫主要發(fā)育在三角洲分流河道砂體的側(cè)翼，而分流河道主體部位砂巖的單層厚度大、粒度粗且剛性成分較多、填隙物少，裂縫相對(duì)不發(fā)育(圖5)。

圖5　研究區(qū)長(zhǎng)8裂縫走向平面分布圖

4現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)裂縫的影響

現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)影響不同組系裂縫的地下張開度、連通性和滲透性。誘導(dǎo)縫的走向代表了井旁最大水平應(yīng)力方向，利用成像測(cè)井資料可以獲得現(xiàn)今最大水平應(yīng)力走向?yàn)镹EE—SWW(圖6)。根據(jù)古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和沉積、成巖作用的綜合分析,研究區(qū)主要發(fā)育E—W、NE—SW向裂縫,現(xiàn)今NEE—SWW向應(yīng)力場(chǎng)[10]對(duì)不同方向裂縫的滲透性產(chǎn)生不同的影響,NE—SW向裂縫與現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向交角較小，現(xiàn)今NEE—SWW向應(yīng)力場(chǎng)對(duì)NE—SW向裂縫產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力相對(duì)較小，NE—SW向裂縫開啟壓力小,張開度大,滲透率高,是主滲流裂縫方向。NE—SW向裂縫也是開發(fā)井網(wǎng)部署時(shí)需要重點(diǎn)考慮的裂縫方向，對(duì)開發(fā)井網(wǎng)的布置、壓裂改造方案設(shè)計(jì)有重要影響。

圖6　研究區(qū)現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向

5結(jié)論

定邊-吳起地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層裂縫受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，燕山運(yùn)動(dòng)在鄂爾多斯盆地西北部派生的NWW—SEE向擠壓應(yīng)力，產(chǎn)生了E—W向和NW—SE向裂縫；喜山運(yùn)動(dòng)在鄂爾多斯盆地西北部派生的NNE—SSW向擠壓應(yīng)力,產(chǎn)生了N—S向和NE—SW向裂縫。儲(chǔ)層非均質(zhì)性抑制了NW—SE、S—N向裂縫的發(fā)育程度，使E—W、NE—SW向裂縫較發(fā)育。裂縫的走向在平面上具有明顯的分區(qū)性，在天環(huán)坳陷軸部及斷層發(fā)育區(qū)裂縫走向以NE—SW向?yàn)橹?；天環(huán)坳陷東西兩側(cè)、鄰近伊陜斜坡區(qū)裂縫走向以E—W向?yàn)橹鳌?/p>

受沉積和成巖作用的影響，定邊-吳起地區(qū)裂縫主要發(fā)育在砂體單層厚度薄、粒度細(xì)的三角洲分流河道砂體的側(cè)翼，而分流河道主體部位砂巖的單層厚度大、粒度粗且剛性成分較多，裂縫相對(duì)不發(fā)育。受NEE—SWW向現(xiàn)應(yīng)力場(chǎng)的影響，NE—SW向裂縫開啟壓力比E—W向裂縫小，為主滲流裂縫方向。

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〔責(zé)任編輯程琴娟〕

Analysis of factors affecting fractures of Chang-8 subsection based on Dingbian-Wuqi area of Shaanxi province

MA Haiyong1, ZHOU Lifa2,ZHANG Xuefeng3, HAN Tianyou3

(1 College of Geology & Environment, Xi′an University of Science and Technology,Xi′an 710054, Shaanxi, China;2 Department of Geology, Northwest University, Xi′an 710069, Shaanxi, China;3 Exploration and Development Research Institution, PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi′an 710018， Shaanxi, China)

Abstract:Based on the characteristics of tectonics evolution, the well drilling,log information and microscopic, high resolution boreholemicro resistivity image logs (FMI), the flat distribution regulation and genesis of the fractures of Chang-8 subsection of Yanchang Formation in Dingbian-Wuqi area of Shaanxi province were analyzed.The research showed that the horizontal compression stress formed the fractures.The E—W and NW—SE regional fractures were formed by the horizontal compression stress of NWW—SEE orientation during the Yanshanian movement, the NE—SW and N—S fractures were formed by the horizontal compression stress of NNW—SEE orientation during the Himalayan movement.Affected by the influences of the strong terrane anisotropism made by sedimentary and diagenesis, the development of two sets of conjugate shear fractures at the same time was different in the dissimilar sedimentary system, NW—SE and E—W shear fractures would develop well,NW—SE and N—S fractures was restrained. It is found that E—W fractures developed well where closed to Yishan slope, and NW—SE fractures developed well neared Tianhuan depression or faults.The directions of the present tectonic stress fields in the basin were NEE—SWW which controlled the fracture connectivity and permeability. It is very important to exploration and the oilfield network arrangement of low-permeability oil.

Keywords：Dingbian-Wuqi area; Yanchang Formation; FMI; fracture; sedimentary

中圖分類號(hào)：TE121

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)基金( 2011ZX05044，2011ZX05001-004)； 西安科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金(A5030740)

收稿日期：2014-03-15

doi:10.15983/j.cnki.jsnu.2016.02.424

文章編號(hào)：1672-4291(2016)02-0106-05

第一作者：馬海勇，男，講師，博士，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)綜合研究。E-mail：mahaiyong_126@126.com