川西孝泉—新场地区须家河组四段裂缝分布特征

张克银

(中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，成都 610041)

孝泉—新场地区位于龙门山前缘的中段，中三叠世以来，经印支、燕山和喜马拉雅等多期次大的构造运动的改造，沉积环境完成了由海→海陆过渡→陆相的变迁[1－3］，晚三叠世是川西盆地转型的关键时期[4］。该区上三叠统须家河组自下而上分为须一—须五段，与上覆的侏罗系白田坝组呈平行不整合接触关系，和下伏上三叠统的马鞍塘组呈平行不整合接触关系。须四段是须家河组上、下2个“成盆期”分界的开始，以“安县运动”为显著标志，须四段底部在川西坳陷范围内普遍发育有砾岩沉积[1］。须四段的岩性主要为砾岩、含砾砂岩、岩屑砂岩夹砂质泥岩和泥灰岩，偶见煤线，为冲积扇、河流等陆相沉积的产物，川西坳陷主体以辫状河三角洲前缘沉积为主[5－6］。须四段的平均孔隙度 4.87%，平均渗透率0.315 ×10－3μm2，属致密储层[7］。

前人研究表明，裂缝的发育可以改善渗流条件，往往成为高产的关键因素之一[8－10］。裂缝的分布具有非均质性强、规律复杂等特点。已有的研究成果虽然对裂缝的特征和分布有一定的认识[11－12］，但对于裂缝的分布规律、成因、期次、受控因素等方面还需要进一步的研究。因此，认识、了解孝泉—新场地区须家河组四段天然裂缝的分布规律，对该层位的油气勘探、开发具有十分重要的意义。

1 方法与数据

研究区须家河组四段均深埋地下，缺少地表露头，故对须家河组四段裂缝的研究主要依赖于地震、测井资料及岩心的观察。电成像测井能够提供在实际温度、压力和流体环境下较为准确的裂缝二维空间信息，能够满足精细地描述岩性、裂缝、构造地应力方向等特性。通过对这些信息及特性的研究，可以更深入地对裂缝成因类型及形成期次进行综合分析、判断[13－16］。

利用电成像资料进行裂缝密度计算时，一般用线性密度表示为

式中，Fd为视裂缝密度，条/m;H为评价井段长度，m;为评价井段裂缝的总条数[17］。

按周文提出的裂缝类型的划分标准[18］，将裂缝分为水平缝、低角度斜交缝、高角度斜交裂缝、垂直裂缝等4类(表1)。

表1 以裂缝产状为标准的裂缝类型划分方案Table 1 Fracture type classification scheme based on fracture attitudes

拟通过电成像测井的手段，对研究区内19口重点井须家河组四段发育的天然裂缝资料进行统计、分析。

2 裂缝分布特征

2.1 裂缝横向分布特征

2.1.1 裂缝方向分布

将选取的19口井按所处构造部位的不同，划分为3类:背斜北翼、背斜轴部、背斜南翼，并分别对其裂缝发育的方向进行了统计分析。北翼裂缝主要集中在4个方向:ESE－WNW至ENE－WSW向、NW－SE向、NE－SW向和近NS向(图1a);轴部裂缝主要集中在3个方向:ESE－WNW至ENEWSW、NW－SE和NNW－SSE(图1b);南翼裂缝主要集中在3个方向:ESE－WNW至ENE－WSW、NE－SW和 NNW －SSE(图1c)。

2.1.2 裂缝倾角

对选取的19口井的裂缝倾角进行了统计分析，结果显示，这19口井主要发育低角度斜交裂缝以及高角度斜交裂缝，水平缝发育较少，垂直缝基本不发育(图1d)。其中，低角度斜交裂缝所占比例均超过了40%，大多数在80%以上，最高达到了91.7%(X206井);高角度斜交裂缝均在45%以下，大多数在20%以下，XC28和X501井不发育此种裂缝。水平缝均在16%以下，大多数在10%以下，X209、XC30、CL562井不发育此种裂缝。垂直缝仅见于X10、X2井，且均小于11%。

2.1.3 裂缝线密度

对裂缝线密度进行了统计分析，结果显示，X206井的裂缝线密度最大，达到了0.393 4条/m;XC13、XC29、X5、XC31、XC33、XC8 井的裂缝线密度也都超过了0.1条/m;XC28、X209、X3井的裂缝线密度相对较低，均低于0.05条/m(图2)。

2.2 裂缝纵向分布特征

可以看到，纵向上，裂缝线密度都表现出较强的不均质性，其中 XC13、XC29、X206、XC12 井等较为突出，具有几个明显高值段且在顶部均有较多裂缝发育(图3)。

2.3 裂缝分布与岩性的关系

选取的19口井的岩性主要由砾岩、砂岩和页岩组成(图4)，根据岩性的不同，分别考察其裂缝的发育情况。结果显示，中砂岩、细砂岩、砾岩、粗砂岩是裂缝的主要载体。其中，中砂岩中发育的裂缝占全部裂缝的比例大多数超过了20%，X209与X3井中的比例更是超过了50%，不过在X11井中却少于4%(图4)。细砂岩中，只有XC30井中的比例超过了50%，其余的介于2%与48%之间(图4)。砾岩中，XC8井中的比例超过了50%。粗砂岩中，X5井的比例最高，达到了35%(图4)。粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩、页岩中的比例一般均小于20%(图4)。

我们用“E指标”来进一步考察、评价裂缝在不同岩性中的发育情况:

图1 川西孝泉—新场地区须家河组四段裂缝产状分析Fig.1 Fracture attitudes of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan － Xinchang area，western Sichuan

式中，nr为某岩性中发育的裂缝条数;nt为裂缝的总条数;Hr为某岩性的总厚度;Ht为地层总厚度。Erf指标的意义在于可以表征裂缝在各岩性中的发育情况，正值代表有利于裂缝发育;负值代表不利于裂缝发育，最小值为－100%;0则代表没有影响。

分析结果显示，砾岩、粗砂岩、中砂岩的值绝大多数是正值，平均值分别为168.70%，308.63%，115.28%;而粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩的值绝大多数是负值;页岩则均为负值(表2)。其中，砾岩中，XC12井的值最高，达到了616.41%;粗砂岩中，XC12井的值最高，达到了974.62%;中砂岩中，XC30井的值最高，达到了345.92%;细砂岩中，XC31井的值最高，达到了222.12%。粉砂岩中，虽然绝大多数都为负值，但X2井的值也高达129.47%;同样的，泥质粉砂岩中，X3井的值高达421.59%。

图2 川西孝泉—新场地区须家河组四段裂缝线密度分析Fig.2 Linear density of fractures of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan － Xinchang area，western Sichuan

图3 川西孝泉—新场地区须家河组四段裂缝随深度变化分析Fig.3 Fractures changing with depth of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan － Xinchang area，western Sichuan

图4 川西孝泉—新场地区须家河组四段各井岩性组成及裂缝在不同岩性中的发育特征Fig.4 Lithological composition of wells and fracture development characteristics in different lithologies in 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Xinchang area，western Sichuan

2.4 裂缝线密度与层厚的关系

通过裂缝线密度与层厚对应关系的回归分析(图5)，大体上可以得出以下几点认识:

(1)页岩、泥质粉砂岩、粉砂岩中的裂缝线密度呈较清晰的随层厚增加而减小的趋势，而且这种趋势，在裂缝线密度低于0.5条/m时表现得最明显;细砂岩、砾岩在一定程度上也表现出这样的趋势。

(2)中砂岩中，当裂缝线密度低于1.5条/m时，表现出较清晰的随层厚增加而减小的趋势，而当裂缝线密度高于1.5条/m时，却表现出较清晰的随层厚增加而增大的趋势。

表2 川西孝泉—新场地区须家河组四段E指标统计Table 2 Statistics of E of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Xinchang area，western Sichuan

图5 川西孝泉—新场地区须家河组四段层厚与裂缝线密度的回归分析Fig.5 Regression analysis of thickness and fracture linear density of 4th member of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Xinchang area，western Sichuan

(3)粉砂质页岩、粗砂岩中裂缝线密度与层厚没有表现出明显的对应关系。

3 讨论

了解天然裂缝的分布规律不仅对正确认识裂缝成因非常关键，同时也具有非常重要的地质意义。沉积岩储层裂缝主要以构造活动形成的构造裂缝为主，构造裂缝的发育状况往往与构造样式、所处的构造位置和地层岩石力学特性密切相关[19］。

3.1 裂缝与褶皱的关系

一般认为，在褶皱型局部构造上，岩石变形强度从构造翼部向顶部不断加强;在地台型局部隆起上，岩石变形强度则从构造顶部向翼部逐渐加强[19］。因此，褶皱的翼部和端部无疑是裂缝强烈发育带[20］。整体上看，在孝泉—新场ENE向背斜南、北两翼的裂缝线密度要大于轴部，符合孙焕泉等[20］提出的褶皱型局部构造岩石变形强度的变化规律。

3.2 裂缝与断裂的关系

Peacock认为，在同一应力环境下，与断层同时形成的裂缝在线密度上会有所体现，也就是说越靠近断层，裂缝的线密度越大[21］。龙泉山断裂系统位于孝泉—新场地区东部，构成了川西坳陷的东部边界，总体走向为N20°～30°，在孝泉—丰谷地区走向近SN。线密度分析数据显示，背斜轴部大致上表现出距断裂系统越近的位置裂缝的线密度越大的特点，而在南、北两翼这种规律并不明显。但在处于断裂附近的X206、XC8、X5三口井中裂缝线密度明显偏高(图2)。

3.3 裂缝发育期次

前人已采用多种方法开展过这方面的研究[22］，认为孝泉—新场地区存在印支期、燕山期、喜马拉雅期裂缝。杨克明等[1］根据断层在空间的展布特点及相互切割关系认为:NE－SW向裂缝发育于印支晚期—燕山早期;SN向断裂系统主要形成于燕山中、晚期;NW向裂缝发育于喜马拉雅晚期。马旭杰等根据岩石声发射、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结果认为，近EW向裂缝发育于喜马拉雅期四幕[22］。综合前人的研究成果认为，孝泉—新场地区须家河组四段4组裂缝与地质时期的对应关系为:NE－SW向裂缝对应于印支晚期—燕山早期;近SN向裂缝对应于燕山中、晚期;NW－SE向裂缝对应于喜马拉雅晚期;ESE－WNW至ENE－WSW向裂缝对应于喜马拉雅期四幕。郭正吾等认为四川盆地的构造是多期次生成的，一个构造的形成往往是多期次、长期作用的结果[2］。各组裂缝也应该是多期次、长期作用的结果，要彻底识别、区分出各个期次的裂缝显然还需要做大量的细致工作。

现今构造应力场对裂缝的保存状况及渗流规律具有重要影响。根据汶川地震序列震源机制解沿龙门山断裂带的变化分析[23］、断裂面最新擦痕反演计算[24］和水压致裂地应力测量资料[25］，认为龙门山断裂带中、南段最大主压应力方向为NWWNW向。研究区内，ESE－WNW至ENE－WSW向裂缝与现今最大主应力方向相近。

4 结论

(1)孝泉—新场地区须家河组四段裂缝主要有4组:印支晚期—燕山早期的NE－SW向裂缝，燕山中、晚期的近SN向裂缝，喜马拉雅晚期的NW－SE向裂缝，喜马拉雅期四幕的ESE－WNW至ENE－WSW向裂缝。

(2)孝泉—新场地区须家河组四段主要发育低角度斜交裂缝以及高角度斜交裂缝，水平缝发育较少，垂直缝基本不发育。

(3)裂缝线密度具有较强的不均质性。X206井的裂缝线密度最大，达到了0.393 4条/m。整体上看，在孝泉—新场ENE向背斜南、北两翼的裂缝线密度要大于轴部，符合褶皱型局部构造岩石变形强度的变化规律。背斜轴部大致上表现出距断裂系统越近的位置裂缝的线密度越大的特点，而在南、北两翼这种规律并不明显，在处于断裂附近的X206、XC8、X5三口井中裂缝线密度明显偏高。

(4)中砂岩、细砂岩、砾岩、粗砂岩是裂缝的主要载体。裂缝在中砂岩、细砂岩、砾岩、粗砂岩中发育得更好，而页岩最不利于裂缝发育。

(5)裂缝线密度与层厚对应关系的回归分析显示:页岩、泥质粉砂岩、粉砂岩中的裂缝线密度呈较清晰的随层厚增加而减小的趋势，细砂岩、砾岩在一定程度上也表现出这样的趋势;中砂岩中，当裂缝线密度低于1.5条/m时，表现出较清晰的随层厚增加而减小的趋势，而当裂缝线密度高于1.5条/m时，却表现出较清晰的随层厚增加而增大的趋势;粉砂质页岩、粗砂岩中裂缝线密度与层厚没有表现出明显的对应关系。

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