川西新场地区须家河组二段气藏天然裂缝形成期次的确定

马旭杰 周 文 唐 瑜 邓虎成 雷 涛 王建俊

1．成都理工大学能源学院 2．中国石化国际石油勘探开发有限公司 3．“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学4．中国石油西南油气田公司川西北气矿 5．中国石化华北分公司勘探开发研究院 6．中国石油渤海钻探工程公司第三钻井工程分公司

四川盆地西部新场地区上三叠统须家河组二段气藏自X851井获高产工业气流以来已显示出须二段气藏的巨大开发前景［1］。该气藏位于四川省德阳市以北约20km，西邻孝泉气田，东接东泰—合兴场气田，西南距马井气田40km，南距洛带气田80km，可依托川西地区成熟的输气管网向各地市县天然气用户供气。

新场地区在须二段沉积时期以川西坳陷西北部龙门山古陆为物源形成的辫状河三角洲平原沉积体系为背景，位于江油—绵阳—德阳大型辫状河三角洲沉积体系前缘亚相带的南侧主体部位，广泛发育侧向迁移频繁的水下分流河道［1－2］。该区须二段气藏储层致密，孔隙度介于2%～4%，基质渗透率为0．04～0．16 mD，同时气藏内天然裂缝的发育改善了渗流条件，往往成为高产的关键因素之一［2－4］；但由于天然裂缝分布非均质性强，预测难度大，对气藏中天然裂缝成因、形成期次的认识不足，直接导致对天然裂缝发育、分布规律的认识与实际生产情况存在偏差。因此，弄清楚天然裂缝的分布规律和找到适用的预测评价方法，对正确认识裂缝成因及形成期次非常关键［5－6］。

1 裂缝特征描述

川西新场地区7口钻井须二段岩心裂缝观察描述表明，裂缝产状主要以高角度缝和垂直缝为主（图1－a），低角度斜交缝次之（图1－b），水平缝少见。利用14口井的成像测井资料识别出裂缝的产状主要存在北东、北西、近南北和东西向4个组系，其中东西向裂缝最为发育，北东向和近东西向两个组系裂缝次之，北西向裂缝发育程度相对最弱；其中东西向优势组系裂缝与该区现今水平最大主应力方位一致［7－8］。

图1 岩心裂缝照片

通过对岩心缝面观察、薄片微观裂缝的鉴定，该区超过80%的天然裂缝缝面平滑干净，无明显充填特征，少数天然裂缝缝面见不同程度方解石充填（图1－b）、石英充填和有机质充填（图1－c）；另外泥质岩类缝面也见剖面型擦痕（图1－d），表明存在剪性裂缝。

裂缝的充填特征决定了后期裂缝的有效性，对须二段裂缝充填性的统计结果表明：垂直和高角度裂缝主要为未充填缝，该类裂缝达到70．54%；半充填缝和全充填缝均占14．73%，全充填裂缝主要为低角度缝。因此从裂缝有效性来看，该区须二段裂缝有效性高，且有效裂缝主要以垂直缝和高角度缝为主（图2）［9］。

图2 岩心上裂缝充填程度统计分布图

2 裂缝形成期次的确定

2．1 实验测试分析确定裂缝形成期次

2．1．1 岩石声发射现象确定裂缝形成期次

由于岩石在长期的埋藏过程中经历了不同期次的构造作用而形成多期次破裂，在实验室内通过对岩石进行加载，当加载应力达到各期次破裂对应的历史应力值时，将产生声发射现象，通过监测该现象就可以恢复岩石的破裂期次及对应的古地应力环境［10－11］。

考虑到工区钻井的分布，选择 CX565、X5、XC203、XC12等4口井6组样品进行了声发射实验；通过单轴应力加载，使用声波检测仪器接收声发射特征参数（包括声发射次数、事件率和能率），获得声发射特征参数与加载时间之间的关系，反映出新场地区须二段经历了多期的受力历史，一般能划分出3～4级Kaiser效应点，至少对应了4期破裂历史（表1）。

2．1．2 裂缝充填物稳定同位素分析确定裂缝形成期次

裂缝充填物稳定同位素测试结果表明：无论是垂直裂缝还是斜交裂缝，其方解石充填物δ18O（PDB‰）和δ13C（PDB‰）特征相差较大（表2），显示出多期充填的特征。结合构造演化和须二段埋藏史情况，从裂缝充填物稳定同位素分布图上可以明显地划分出以下3个形成期次（图3）。

表1 新场地区须二段岩石声发射试验结果表

1）喜马拉雅期裂缝（三幕为主），充填方解石的δ18O值在－17‰左右，根据Epstein氧同位素测温方程估算埋深在3 590m左右，接近现今须二段埋藏深度［12］。

2）燕山期裂缝，其充填方解石的δ18O值约为－16‰，估算出其形成温度约为108．92℃，折算埋深为2 963m左右，接近燕山期须二段埋藏深度。

3）印支期裂缝，充填方解石δ18O值在－13‰左右，估算出其形成温度约为74．3℃，折算埋深为1 810 m左右，对应为印支期须二段埋藏深度。

2．1．3 裂缝充填物包裹体测试分析确定裂缝形成期次

流体包裹体是矿物结晶生长过程中被捕获在矿物晶体缺陷、空穴、晶格空位、位错及微裂隙中的成岩成矿溶液，至今在主矿物中完好封存并与主矿物有着相界限的封闭体系［12－15］。裂缝充填物流体包裹体代表裂缝形成时的原始流体样品，是研究裂缝形成时间的有效手段；通过对流体包裹体均一温度的测定结合地温梯度等资料可估算出充填物形成时间，并推断裂缝形成时间［12］。本文中测试流体包裹体样本来自CX565、XC6等井下岩心样品，裂缝充填物内包裹体类型主要有2类，并以气液两相盐水包裹体次生包裹体为主，偶见气液两相原生水包裹体。

根据气液两相盐水次生包裹体测试，其均一温度由于有热液活动的影响，所测温度较高，但依据其均一温度与盐度关系大致可以划分为3期：第一期温度约为172℃，第二期温度约为187℃，第三期温度约为202℃（图4）。

表2 须二段裂缝充填方解石稳定同位素分析结果表

图3 须家河组中裂缝充填方解石碳氧同位素特征图

图4 包裹体测试均一温度与盐度关系图

2．2 裂缝形成期次的综合确定

归纳以上裂缝期次各方面分析资料，新场地区须二段从沉积后经历了印支晚幕、燕山晚幕、喜马拉雅期一、二、三、四幕等多期构造运动［16］，岩石声发射反映出可至少4期的Kaiser效应点；裂缝充填物碳氧稳定同位素分析和充填物内流体包裹体的测试分析也反映出3个差异明显的裂缝形成环境。但由于碳氧同位素和流体包裹体分析依赖于裂缝充填物，而该区绝大多数晚期形成裂缝处于未充填状态，这类裂缝的产状与目前的现今水平最大主应力方向一致，应该属于喜马拉雅期四幕所形成。因此综合来看，新场地区须二段内天然裂缝形成期次为4期：第一期为印支期，第二期为燕山期，第三期为喜马拉雅期三幕，第四期为喜马拉雅期四幕，而且晚期形成的裂缝是新场须二段气藏内的主要裂缝，其有效性高，是应该重点评价和关注的一期裂缝。

3 结论

1）通过岩心裂缝观察描述、相似露头区裂缝调查，认为新场地区须二段气藏天然裂缝主要以高角度缝和垂直缝为主，低角度斜交缝次之，水平缝少见；以东西组系裂缝最为发育，北东和近东西向2个组系裂缝次之，并主要为构造成因裂缝。

2）从天然裂缝纵横向延伸长度来看，裂缝纵向延伸受制于岩层厚度，一般不具穿层性，横向延伸长度一般不超过5m，为中等规模裂缝；岩心及成像测井裂缝线密度的统计反映了裂缝发育非均质性强，裂缝密度可达0．8条／m，裂缝发育程度为中—高。

3）裂缝充填程度低，有效程度高，充填物以方解石为主，未充填裂缝主要为垂直和高角度裂缝，且未充填裂缝主要为近东西向组系，与现今最大主应力方向一致，表明了有效裂缝形成时间晚，与现今构造应力环境相关。

4）新场地区须二段气藏内天然裂缝形成期次为4期，分别对应印支期、燕山期、喜马拉雅期三幕和喜马拉雅期四幕4个时期；早期以充填裂缝为主，晚期以未充填为主，其中喜马拉雅期四幕时期形成的裂缝有效性较高，对该气藏的开发具有重要意义。

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