川西新场地区中三叠统雷口坡组顶部风化壳裂缝分布特征及预测

朱 兰，李素华，余 洋，李 蓉，石国山，许国明

中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041

近期，在川西新场地区中三叠统雷口坡组顶部风化壳岩溶储层风险勘探中取得油气突破，油气富集程度明显受岩溶和裂缝发育的控制[1]。印支早期运动使上扬子地区整体隆升，海平面下降，雷口坡组暴露出地表，并遭受不同程度的剥蚀，成岩环境转为以风化、大气淡水作用为主的表生成岩作用环境，在雷口坡组顶部形成古风化壳[2]。川西地区印支早期抬升幅度相对较小，暴露时间较短，整体处于岩溶斜坡带。前期野外露头、钻井及地震剖面揭示，该区雷口坡组顶部古风化壳主要形成于雷四段上部，叠加风化岩溶作用，发育大量溶蚀孔、洞、缝，可作为有效的储集空间。准确预测川西新场地区雷口坡组顶部岩溶储层裂缝发育带，对该区雷口坡组油气勘探开发具有重要指导作用，但前期该区针对裂缝发育特征及分布预测研究成果相对较少，制约着下一步勘探评价部署工作。

目前，裂缝表征方法有基于岩心观察、测井统计、野外露头测量或基于地震资料的裂缝预测等多种方法[3-6]。岩心观察和测井统计方法只针对单井眼进行裂缝描述，可识别小尺度(小于1/100波长)裂缝发育特征，但存在严重局限性：(1)本区钻遇雷口坡组钻井少、取心少，且只局限在某一点，区域代表性不足；(2)裂缝空间分布复杂、规律性差，单井描述存在极大的偶然性；(3)钻井取心过程中裂缝发育段岩心常常破碎，给裂缝描述带来困难。而基于地震资料的裂缝预测是对空间范围内的裂缝发育带进行识别，是宏观尺度的反映，主要集中在裂缝密度和走向的表征上，可有效识别中尺度(1/4波长～1/100波长)和大尺度(大于1/4波长)裂缝和断层，与单井小尺度裂缝描述结果相结合，裂缝预测精度会明显提高。近年来，叠前纵波方位各向异性裂缝预测技术在火山岩、碳酸盐岩、碎屑岩及页岩等储层中取得了较好的预测效果[7-9]，主要利用相对波阻抗、振幅、频率、衰减或振幅随方位角变化等手段预测裂缝发育的密度和方向。川西海相勘探主要为纵波勘探，但受埋深(大于5 500 m)、目标层地震资料采集品质和钻井数量限制，尚未建立叠前地震波各向异性参数与裂缝系统参数之间的关系，因此，研究区主要利用单井裂缝描述和叠后相关地震属性进行裂缝识别与检测。常规地震裂缝预测技术有相干、方位角、倾角、曲率属性等[10-11]，相干属性叠合地震剖面可直接识别大于1/4波长的大断层，但小断层和微裂缝识别需进一步结合方位角、倾角和曲率属性，方位角和倾角可识别裂缝的倾向和产状，而曲率不依赖于地震波形的横向变化，只与岩层弯曲程度有关，可识别微小裂缝。综合运用地质、地震、钻井和测井等资料可准确识别该区不同尺度的断层和裂缝的展布。

结合前期的研究成果，从区域构造背景和单井裂缝发育特征入手，利用岩心薄片、测井统计及成像测井等实物资料，分析了裂缝的形成背景，并基于高精度的分频叠合地震属性体等，预测了裂缝空间分布规律，最后评价了雷口坡组顶部裂缝发育的有利区呈北东向分布在研究区中部，以期能够为川西新场地区雷口坡组顶部风化壳储层高效勘探开发提供可靠依据。

1 地质概况

川西坳陷位于四川盆地西部，西邻龙门山推覆冲断构造带，东侧为川中隆起区。川西坳陷中段可划分为三隆两凹5个三级构造单元(图1a)。3个隆起带为新场构造带、知新场构造带和龙门山前构造带，两凹为成都凹陷和梓潼凹陷，其中，3个隆起带是川西坳陷中段油气运移的有利指向区。川西地区雷口坡组产气层段位于雷口坡组顶部雷四段，雷四段根据岩性组合特征划分为上、中、下3个亚段，上覆地层依次为马鞍塘组、小塘子组，实钻井揭示雷口坡组与马鞍塘组为角度不整合接触(图1b)。研究区位于新场构造带上，为一复式背斜，构造主体呈北东东向，构造形态西低东高，南陡北缓，在复式背斜上发育若干次一级呈北东东、北北东向的局部构造，断层呈北东、北西向展布。

图1 四川盆地新场地区构造位置(a)及其三叠系岩性剖面(b)

2 裂缝发育特征

2.1 宏观特征

经钻井统计分析，雷口坡组顶部风化壳储层主要发育有天然裂缝和诱导裂缝。诱导裂缝是由于钻开地层，破坏原有的地层应力平衡状态，在新的应力平衡过程中形成的裂缝，裂缝面平整且无溶蚀等现象，这是与天然裂缝最主要的区别，诱导裂缝走向代表现今最大主应力方向。天然裂缝一般局部充填：当裂缝中有流体充填，在常规电阻率测井曲线上表现为低阻，在电成像图上表现为深色条纹或条带(图2a)；当有方解石或钙质充填时表现为高电阻率异常；当与溶蚀孔洞串在一起时，溶蚀孔洞在电成像图上表现为圆斑状，溶解扩大后呈不规则斑状，较大、较深的孔洞在电成像图上呈深黑色斑块状，易于识别；较小、较浅的孔洞呈浅黑色斑块状，不易识别；当溶解作用强烈，孔洞为数众多，同溶解扩大后的裂缝连成片时，电成像图中看不到斑状，主要表现为杂乱或暗块状(图2b)。X1钻进过程中多次漏失，取心段溶蚀孔、洞发育，洞密度195.7～314.3个/m，均为小洞，形状近圆形，大小2 mm×2 mm～3 mm×4 mm，部分被方解石充填；溶孔普遍可见，孔径0.1～1.0 mm，最大1.8 mm，部分溶孔被方解石充填(图2c)。

图2 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组顶部电成像图及岩心照片

2.2 微观特征

将钻井岩心进行每1 m取1件样，制片镜下观察，见多期裂缝发育(图3a)，缝密度17～26条/m，纵向上分布较均匀，裂缝多为粒间缝(图3b)，缝宽0.03～0.05 mm，缝长40～160 mm，多数未充填，少量被方解石半充填，为保存至今有效的运移通道和储集空间。裂缝受溶蚀改造作用明显(图3c-d)，多见溶蚀扩大现象，缝宽宽窄不一，可见裂缝切割残余生屑、切割颗粒(图3e-f)。

图3 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组顶裂缝微观特征

2.3 裂缝统计

利用成像测井资料对C1、X1、X2井雷口坡组天然裂缝进行统计，雷口坡组顶部风化壳储层裂缝相对发育，以高导裂缝为主，3口井总体以低角度(裂缝倾角不大于30°)为主，其次是斜交缝(裂缝倾角为30°～60°)，而高角度缝(裂缝倾角大于60°)相对较少(图4a)。低角度或斜交裂缝走向多为北东—南西向、北西—南东向(图4b)，少量高角度裂缝走向近东西向，诱导裂缝走向近东西向(图4c)，表明现今最大主应力方向为近东西向，与区域构造运动特征相吻合；理论上讲，高导裂缝走向与水平最大主应力方向平行，裂缝更容易呈开启状态，由图4b与图4c对比可知，高导裂缝走向与水平最大主应力方向平行或有一锐夹角，C1、X1井经测试后获高产油气流。

图4 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组顶部裂缝产状

3 裂缝形成机理

裂缝按地质成因可分为构造裂缝和非构造裂缝。构造裂缝是由构造运动、应力作用形成的裂缝，主要包括与断层、褶皱、隆升上拱等有关的裂缝系统。非构造裂缝(包括孔洞)是在非构造因素作用下，由岩石体积力、重力或成岩作用等因素诱发形成的一种与构造应力无关或间接有关的裂缝类型，主要有成岩缝、溶蚀缝、压实缝、风化缝、沉积裂缝、层间缝、缝合线等[12]。储层裂缝可在沉积、压实固结、构造变形、剥蚀抬升、油气运移等沉积盆地演化的各个环节中形成，具有复杂多样的形成机理[13]。

川西地区雷口坡组顶部风化壳储层构造裂缝和非构造裂缝并存。构造裂缝主要因龙门山推覆构造带自印支晚期开始由北西向南东方向挤压、抬升和剥蚀，逆冲推覆构造运动一直持续到燕山—喜马拉雅期。喜马拉雅晚期—现今[14-15]，形成与断层、褶皱和隆升上拱等有关的构造裂缝。非构造裂缝主要因地层埋深、岩性、岩层厚度[16]及成岩作用等多种非构造因素形成。川西地区雷口坡组四段风化壳经过多期构造运动改造后，夹持于马鞍塘组二段泥页岩层和雷四中亚段膏盐层2个软弱层间的灰岩、白云岩刚性层发生脆性断裂，形成层间裂缝，向上延伸至小塘子组，向下消失于雷四中亚段膏岩层内部(图5)，裂缝形成与马鞍塘组—雷口坡组塑性层与刚性层的岩性、厚度有关，与现今局部构造无成因上的联系；与裂缝并存的溶蚀孔洞主要因建设性成岩作用中表生溶蚀或埋藏溶蚀作用形成[17]。构造裂缝和非构造裂缝缝洞形成油气运移的通道，对雷口坡组顶部风化壳储层起到了建设性作用。

图5 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组裂缝分布模式

4 裂缝分布预测

川西新场地区实钻雷口坡组厚大膏岩层发育，在地震剖面中难以发现延伸长度很长的大断层，肉眼可见的层间小断层主要发育在雷口坡组顶部附近(图6)，因此，雷口坡组顶部裂缝预测主要以中、小尺度为主。确定单井裂缝发育特征后，利用高精度三维纵波分频地震数据体开展断层、裂缝空间分布规律预测，结合地震剖面反射特征和平面组合特征可识别大于1/4波长大尺度断层，而中、小尺度断层和裂缝需结合相干、方位角、倾角、曲率等属性进行识别。不同方法在复杂断裂、小断层及裂缝连续性刻画等方面略有不同，相干、倾角、方位角属性三者叠合可识别裂缝发育带，而曲率属性可识别尺度更小的微裂缝，几种方法结合相互验证可有效识别雷口坡组顶部裂缝分布特征。

图6 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组层间断层地震剖面

4.1 裂缝发育带预测

相干属性利用地震波形横向不连续性来检测断层，其可识别大于1/4波长大尺度断层，但很难识别微小断层和裂缝，可结合方位角和倾角属性来识别中、小尺度断层和裂缝发育带的倾向和产状，相干、方位角和倾角属性三者叠合可清晰刻画裂缝发育带地层倾角、方位角的细微变化[18]。

雷口坡组顶部相干、方位角、倾角属性三者叠合显示(图7)，研究区内主要发育北东、北西向两组断层，X1与C2井间发育“X”剪切断裂，其中北西向断层切割北东向断层，而研究区中东部断层规模较大，低相干特征明显(黑色低相干条带)，与区域构造变形特征一致，主要受来自于龙门山挤压推覆构造运动影响；结合钻井及地震剖面可知，研究区西南部主要发育北东、北西向“网状”层间断层、裂缝，通过低相干异常可确定北东向裂缝规模较大，裂缝发育位置地层倾角、方位角细节清晰，变化特征明显，三者叠合裂缝预测精度明显比单一相干属性高。但因岩性突变或异常体发育时引起的地震同相轴错断[19]，常规裂缝检测结果必然存在假象，因此有必要借助曲率属性来进一步验证微裂缝的展布。

图7 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组顶部相干、方位角、倾角属性三者叠合裂缝预测平面分布

4.2 微裂缝预测

曲率属性兼具数学上的严密性和地质上的实际意义，岩层受力变形，在弯曲部位会产生张裂缝，其曲率值与裂缝发育程度存在密切的相关性[20-21]。曲面曲率的几何意义是反映曲面一点邻近区域的具体形态和变形特征，消除局部倾角影响，可反映与沉积特征或中、小尺度断层相关的变形特征。

雷口坡组顶部最大正曲率属性裂缝预测平面分布(图8)显示，曲率属性对微小断层和裂缝的识别精度明显提高，研究区中东部大断层附近裂缝细节刻画清晰，但X1与C2井间的“X”剪切断裂发育特征不明显；研究区西南部发育的北东—南西、北西—南东向“网状”层间裂缝，呈北东向条带展布(红色条带)，一直延伸至研究区北部边界，裂缝发育特征明显较图7清楚；在图7中X2至X1井上方发育一条近东西向的低相干异常带，而图8曲率属性预测裂缝规模不大，证实此处低相干异常非断层的真实响应；位于北东—南西、北西—南东向“网状”层间裂缝条带内的C1和X1井试气获工业气流，而X1井所处位置裂缝最发育，钻井取心证实岩心破碎且溶蚀孔洞发育；C2井为1980年代油气普查井，钻遇雷口坡组顶部为裂缝型含气层，实钻与预测结果一致。

图8 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组顶部最大正曲率属性裂缝预测平面分布

4.3 预测效果

相干、方位角、倾角属性对微裂缝的识别没有曲率属性有效，但刻画断层边界及切割关系比曲率属性清晰；曲率属性不依赖地震同相轴的横向变化，可精确预测微小断层和裂缝展布，裂缝预测精度明显比常规属性高，但在多期次构造运动影响的复杂构造区裂缝预测效果不佳。

综合分析研究区西南部的北东—南西、北西—南东向“网状”层间裂缝，有利区面积531 km2(图9 黄色区域)，向上延伸至小塘子组，向下延伸至雷四段中亚段，为天然气运移、聚集成藏及改善雷口坡组顶风化壳储层起到十分重要的作用，近日在X1井“网状”裂缝发育区开展评价井部署，试气获高产工业气流，证实预测结果可靠，可进一步扩大油气评价范围；而研究区中东部断层规模较大、延伸较深(图9橙色区域)，且雷四段上亚段地层剥蚀厚度较研究区西部大，因此，研究区中东部的断裂、裂缝对雷口坡组顶部风化壳储层的改造作用有待于钻井进一步证实。

图9 四川盆地新场地区中三叠统雷口坡组顶部裂缝预测有利区分布示意

5 结论

(1)川西新场地区雷口坡组顶部发育构造型和非构造型两种类型的裂缝，且主要以中低角度为主，走向多为北东—南西、北西—南东和近东西向，其中大尺度裂缝多为构造裂缝，受断裂、褶皱及隆升上拱等因素控制，而小尺度裂缝多为非构造裂缝，受地层埋深、岩性、岩层厚度及成岩作用等因素控制。

(2)不同尺度、不同类型的裂缝需采用不同的预测方法，相干、倾角、方位角属性三者叠合可识别构造成因的断层和裂缝，且切割关系明显，而曲率属性可识别非构造成因的微小裂缝，预测精度明显提高，其中构造裂缝主要发育在研究区中东部大断层附近，而非构造成因的“网状”层间裂缝呈北东向条带分布在研究区西南部，是下步勘探开发评价有利目标区。

(3)多种裂缝预测结果与单井岩心薄片、成像测井等实物资料分析结果相互验证，有效识别了研究区雷口坡组顶部风化壳裂缝发育情况，可利于下步勘探开发评价部署工作。