川东北元坝中部须家河组构造裂缝形成期次分析

李玉玺，范存辉，李虎，2, 韩雨恬，秦启荣

(1.西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500；2中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

裂缝不仅能增强油气的渗流能力，还能为油气储存提供附加的储集空间，构造作用所形成的裂缝是致密砂岩储层主要的渗滤通道和储集空间(周文，1998)。四川盆地元坝中部须家河组储层裂缝主要以构造裂缝为主，经历了多期次的构造改造，构造裂缝较为发育，不同期次的裂缝对油气运移聚集成藏起到至关重要的控制和调节作用。笔者通过岩心观测以及成像测井解释，结合裂缝充填物包裹体和岩石声发射实验技术对裂缝特征和裂缝发育期次进行系统了研究。

1 研究区地质概况

元坝地区区域构造位于四川盆地东北部，北邻米仓-大巴前陆冲断带，东接川东高陡构造带，西为龙门山前陆盆地，受多期构造运动复合叠加、改造而形成(图1)。

1.地名；2.盆地边界；3.断层；4.一级构造单元；5.二级构造单元；6.研究区图1 研究区构造位置图Fig.1 Location of the study area

研究区主要构造单元可以划分为低缓断褶带及构造向斜带。通过研究发现研究区褶皱程度发育弱，断裂以中浅层断裂为主，多为中、小型断裂，断层规模不大，延伸范围小，大部分断层仅断穿须家河组,主要发育近南北向逆冲断层和北西、北东向压扭性断层。研究区储层岩性主要是石英砂岩、中-细粒岩屑砂岩、粉砂岩，以湖泊-三角洲沉积环境为主，为典型的低孔-低渗致密砂岩储集层。裂缝和断层的发育为油气运移提供了良好的疏导条件，有效的裂缝成为该区储层的有利储集场所和渗滤通道。其研究对储层裂缝发育特征、发育规律开展研究、评价以及储层的勘探、开发具有十分重大的意义。

2 裂缝特征

2.1 裂缝类型

根据岩心观测结果，元坝地区中部须家河组低渗透砂岩储层裂缝可分为构造裂缝、成岩裂缝及钻井诱导缝等3种类型。对构造裂缝倾角进行统计，主要为0°～15°的水平缝、15°～45°的低角度缝、45°～75°的高角度缝以及75°～90°的直立缝。其中，低角度缝占裂缝总量的45%，高角度缝占裂缝总量的35%(图2)，其次是水平缝和直立缝。根据工区地表野外露头区裂缝调查表明，由于特征各异的裂缝之间相互穿插，形成了互相连通的渗流系统，这些裂缝体系则有效的控制了元坝中部须家河组砂岩天然气藏的发育与分布(盘昌林等，2011；戴朝成等，2011)。

2.2 裂缝发育程度

根据岩心观测和统计分析，该区裂缝长度变化范围较大，宽度较窄，长度范围介于10～20cm者占60%以上，宽度范围主要介于0.1～1mm，局部存在大于1mm的张开缝，最大切深可达30cm，缝间距范围介于0.75～1.2m，平均间距0.9m，主要在岩层内发育。裂缝密度普遍偏小，主要集中在0.2～0.4条/m和0.4～0.6条/m。研究区裂缝约40%全充填，未充填缝和半充填缝占60%左右，充填裂缝充填物主要以碳质或泥质方解石为主，充填程度不高，反映大多数裂缝都是有效的(图3)。

研究区水平缝充填程度高，多被泥质充填；低角度缝和高角度缝多为构造剪切作用形成，其中高角度缝多见方解石半充填或未充填，低角度缝多被方解石全充填或半充填，而方解石充填现象主要具有缝面平直规则、产状稳定的特征(图4)。

(a) (b)a.元陆4，高角度剪切缝；b.元陆1，低角度剪切缝图2 须家河组岩心裂缝类型图Fig.2 Fracture types of Xujiahe Formation

a.岩心裂缝宽度频率图; b.岩心裂缝长度频率图;c.岩心裂缝密度频率图; d.岩心裂缝充填物类型及频率分布图3 须家河组岩心裂缝发育程度图Fig.3 Fracture developments of Xujiahe Formation

图4 岩心裂缝充填特征图Fig.4 Core fracture filling characteristics

3 裂缝形成期次研究

通过岩心观察,结合成像测井资料、井下裂缝特征分析、裂缝充填物包裹体分析和岩石声发射等方法,进行构造裂缝发育期次研究。

3.1 岩心观察结合成像测井资料划分裂缝期次

对研究区岩心裂缝充填矿物成分、裂缝切割关系、成像测井资料分析表明，元坝中部断褶带须家河组出储层主要存在4期的裂缝(许同海，2005)。

第一期裂缝：为须家河组沉积后成岩阶段的产物, 主要是成岩缝，为碳质或泥质充填；第二期裂缝：北东(30°±5°)、北西向(315°±5°)向裂缝为第二期“X”型共轭剪切缝，充填物为方解石充填，多为全充填或半充填；第三期裂缝：南北(0°±5°)、北东东(75°±10°)向裂缝形成第三期“X”型共轭剪切缝，充填物为颗粒较粗的方解石，多半充填或未充填；第四期裂缝: 北西西(290°±10°)向裂缝形成第四期剪切缝，多数未充填，缝面光滑，少量缝见沥青及油气侵染(图5)(周文等，2008；赖生华等，2004；童亨茂，2006)。

3.2 井下断裂构造分析裂缝期次

构造解析表明(图6)，研究区须家河组主要以近南北向、北西向断裂体系为主，其次是北东向断裂，多数断层倾角在80°以上，在地震剖面上表现为高角度逆断层。

3.3 裂缝充填物包裹体分析裂缝期次

根据不同期次裂缝充填物温度分布及其形态特征，笔者选取研究区不同切割期次的裂缝充填物样品进行均一温度测试(杨巍然等，1996)。按均一温度分布，可以划分2个流体充注时期：第一期温度为75～85℃；第二期温度150～175℃。考虑未充填的构造裂缝，即研究区至少存在3期裂缝。

充填物主要为次生方解石，包裹体为气液两相，均一温度主要为75～85℃左右的第二期构造缝；充填为粗粒方解石，其包裹体主要为群体分布无色椭圆液态与无色气态烃类包裹体，均一温度主要为150～175°左右的第三期构造缝；无充填物的第三期构造缝。

3.4 声发射研究裂缝期次

通过对岩石加载的应力达到古应力场大小强度时，形成的微裂纹会开启形成Kaiser效应点，不断的加载应力，通Kaiser效应点出现的个数即可反演出岩石所经受的应力破裂期次和古构造应力场强度(郑荣才，1998；丁原辰等，1991)。

图5 构造裂缝产状图Fig.5 Attitude of structural fractures

1.近南北向断层；2.北东向断层；3.北西向断层；4.在钻井；5.工业气流井；6.油气显示井图6 元坝中部须家河组顶面构造纲要图Fig.6 Faults system diagram of Xujiahe Formation in fault-fold belt of central Yuanba area

通过对岩石样品声发射实验结果分析，3期Kaise效应点表明元坝中部须家河组形成至今至少遭受了3期构造破裂作用(图7)，将实验测试获得的3期Kaise效应点划分为 3期构造裂缝发育期(表1、表2)。

表1 研究区构造期次与裂缝发育模式Tab.1 Development and formation stages of structural fractures

表2 研究区构造期次与所对应古构造应力中最大有效主应力值Tab.2 Structural stages and corresponding paleo stress values of the study area

1.第一阶段应力；2.第二阶段应力；3.第三阶段应力图7 须家河组古构造应力分布直方图Fig.7 Histogram of the palaeo-structure stress distribution of Xujiahe Formation

4 结论

(1)元坝地区中部断褶带须家河组储层裂缝主要以构造缝为主，构造缝中又以低角度和高角度构造剪切缝为主，裂缝长度变化范围较大，宽度较窄，具有间距大、密度小的特征;裂缝充填主要以全充填和半充填为主，充填物主要以碳质或泥质方解石为主，充填程度不高，总体上有效性较好。

(2)研究区裂缝发育方位主要为北东(30°±5°)、北西(315°±5°)向裂缝(第二期“X”型共轭剪切缝)，南北(0°±5°)、北东东(75°±10°)向裂缝(第三期“X”型共轭剪切缝)，北西西(290°±10°)向裂缝(第四期剪切缝)。

(3)通过地质分析方法、包裹体实验方法和声发射实验方法表明区内裂缝为三期，第一期形成于燕山运动晚期，包裹体均一温度为75～85℃，对应凯瑟尔点3，古构造应力值为20.5MPa，充填物主要为次生方解石；第二期裂缝形成于为喜马拉雅早—中期构造运动，包裹体均一温度为150～175℃，对应凯瑟尔点2，古构造应力值为29.8MPa，充填物主要为半充填或未充填的粗粒方解石；第三期裂缝形成于为喜马拉雅晚期构造运动，对应凯瑟尔点1，古构造应力值为42.5MPa，基本无充填物。

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