張嘯，陳國(guó)軍，肖華，高明，潘拓

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 烏魯木齊 836413；2.中國(guó)石油測(cè)井有限公司，陜西 西安 710077）

火成巖儲(chǔ)層作為一類油氣資源潛力巨大的非常規(guī)儲(chǔ)集層，日益引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注[1-4]?；鸪蓭r巖性致密，強(qiáng)度及脆性程度較大，受巖性、層厚、構(gòu)造應(yīng)力等多方面因素影響，不同程度產(chǎn)生裂縫[5-7]。原生孔隙差的火成巖儲(chǔ)集層，產(chǎn)油能力主要取決于儲(chǔ)層中裂縫發(fā)育程度[8]。裂縫使火成巖儲(chǔ)集層中無(wú)效孔隙得以連通，發(fā)育成有效的儲(chǔ)集空間[9]。裂縫的成因機(jī)理、分類方法、裂縫的識(shí)別與定量表征等是火成巖儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵[10-11]。目前，火成巖儲(chǔ)層裂縫研究主要是對(duì)裂縫成因機(jī)理與裂縫對(duì)儲(chǔ)層影響的研究，未建立一種有效表征火成巖裂縫發(fā)育的裂縫相模式，缺乏從空間配置上研究不同埋深條件下裂縫的發(fā)育規(guī)律及不同裂縫發(fā)育模式對(duì)火成巖儲(chǔ)層改造作用的相關(guān)研究。本文基于FMI測(cè)井資料結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料、錄井和巖心資料，對(duì)中拐凸起石炭系火成巖裂縫發(fā)育模式進(jìn)行系統(tǒng)研究，最終構(gòu)建了中拐凸起火成巖裂縫相發(fā)育模式。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中拐凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克烏斷裂帶和紅車(chē)斷裂帶轉(zhuǎn)換部位[12],是在石炭紀(jì)至二疊紀(jì)擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的寬緩鼻狀古隆起。研究區(qū)三面臨凹[13]，為油氣運(yùn)聚有力區(qū)域。隨著JL10井在石炭系火成巖獲得高產(chǎn)油氣流，中拐凸起石炭系成為準(zhǔn)噶爾盆地的重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。已有鉆探成果顯示，研究區(qū)石炭系火成巖巖性復(fù)雜，不僅發(fā)育火成巖，同時(shí)還發(fā)育有沉積巖。儲(chǔ)層以低孔、低滲儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)層物性變化范圍大，孔隙度2%～12%，最大孔隙度為16.4%，最小孔隙度為1.3%，平均4.65%。巖心分析滲透率普遍分布在0.1×10-3μm2以下（數(shù)據(jù)來(lái)源：統(tǒng)計(jì)本區(qū)35口井，235塊巖樣分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院）。由此認(rèn)為，本區(qū)儲(chǔ)層為低孔特低滲儲(chǔ)層。裂縫為本區(qū)油氣滲流提供有利“通道”。

2 裂縫發(fā)育特征的FMI測(cè)井響應(yīng)

2.1 受巖性影響的裂縫發(fā)育特征

受火成巖巖性和非均質(zhì)性影響，常規(guī)測(cè)井無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別火成巖巖性及定性表征火成巖裂縫發(fā)育情況，微電阻率掃描成像（FMI）測(cè)井主要是通過(guò)圖像特征和集合形態(tài)變化，反映電阻率物理參數(shù)差異，揭示地層不同巖性和沉積構(gòu)造的差異，具很高的分辨率（約5 mm），可清楚反映地層巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及井壁結(jié)構(gòu)變化[14]。本文利用FMI測(cè)井技術(shù)，結(jié)合常規(guī)測(cè)井、錄井和巖心資料，對(duì)中拐凸起石炭系火成巖不同巖性的裂縫發(fā)育模式進(jìn)行研究。

中拐凸起火成巖巖石類型包括凝灰?guī)r、安山巖、火山角礫巖、英安巖等。結(jié)合FMI測(cè)井資料，發(fā)現(xiàn)對(duì)裂縫發(fā)育起控制作用的巖石類型的FMI測(cè)井響應(yīng)特征為：①凝灰?guī)r。FMI靜態(tài)圖像表現(xiàn)為暗黃色到黃色，動(dòng)態(tài)圖像上呈層狀（圖1-a），或暗色點(diǎn)狀半點(diǎn)狀及線狀（圖1-b），滲透性差；②安山巖。FMI靜態(tài)圖像上顯示為黃色到亮黃色，動(dòng)態(tài)圖像為塊狀構(gòu)造（圖1-c），有效裂縫較發(fā)育；③火山角礫巖。FMI靜態(tài)圖像為黃色到亮黃色，動(dòng)態(tài)圖像表現(xiàn)為亮色斑狀模式（圖1-d），部分層段發(fā)發(fā)育暗色針孔狀溶蝕孔（圖1-e）；④英安巖。FMI靜態(tài)圖像上顯示為黃色到亮黃色，動(dòng)態(tài)圖像表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造（圖1-f），大部分層段裂縫較發(fā)育或發(fā)育暗色溶蝕孔。對(duì)本區(qū)主要發(fā)育的4種火成巖裂縫統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，安山巖、英安巖裂縫最發(fā)育，次為火山角礫巖裂縫，凝灰?guī)r裂縫發(fā)育較少；安山巖平均裂縫發(fā)育為1.2條/m，英安巖平均裂縫發(fā)育為1.4條/m，火山角礫巖平均裂縫發(fā)育為0.8條/m，凝灰?guī)r平均裂縫發(fā)育為0.2條/m。

2.2 構(gòu)造對(duì)裂縫發(fā)育的控制作用

構(gòu)造對(duì)本區(qū)裂縫的發(fā)育程度具重要控制作用。構(gòu)造裂縫主要包括斷層型裂縫及褶皺型裂縫兩大類。由于不同構(gòu)造部位應(yīng)力分布不同，使得裂縫發(fā)育程度差別很大。一般認(rèn)為構(gòu)造形變?cè)酱罅芽p發(fā)育程度越高。如構(gòu)造曲率大的部位是裂縫發(fā)育的最佳部位，次為斷鼻、褶皺和斷塊軸交點(diǎn)部位[15]。

斷層為裂縫發(fā)育的又一重要控制因素，斷層控制局部構(gòu)造應(yīng)力，影響火成巖裂縫的分布，不同構(gòu)造位置構(gòu)造應(yīng)力分布不同?？拷鼣鄬恿芽p非常發(fā)育，距離斷層較遠(yuǎn)的井，裂縫發(fā)育較少。如位于JL10井南斷裂附近的3口井，平均裂縫密度為1.6條/m，遠(yuǎn)離斷裂的4口井裂縫密度均在0.5條/m，前者明顯好于后者。從鉆井所處位置裂縫發(fā)育程度與斷層關(guān)系反應(yīng)出二者具正相關(guān)性（圖2）

研究發(fā)現(xiàn)，由于地層局部構(gòu)造應(yīng)力分布不同，受到主控?cái)鄬影l(fā)育控制，從而影響裂縫的發(fā)育程度。由此可見(jiàn)，構(gòu)造位置對(duì)火成巖裂縫發(fā)育起一定控制作用。

2.3 FMI裂縫相類型

通過(guò)分析中拐凸起35口井的FMI測(cè)井資料，運(yùn)用FMI裂縫相的概念，建立表征本研究區(qū)裂縫發(fā)育模式的4種FMI裂縫相（圖3）。

圖1 研究區(qū)主要巖性的FMI測(cè)井響應(yīng)特征Fig.1 FMI log response character of the main lithology in study area

圖2 裂縫發(fā)育與構(gòu)造位置關(guān)系分布特征Fig.2 Distribution characteristics between the relationship of fracture development and structural location

2.3.1無(wú)效裂縫相

主要是火成巖在裂縫形成初期被方解石、石英等礦物充填，以高電阻率異常出現(xiàn)，在FMI上的圖像為亮白色正弦波條紋，連續(xù)性不明顯（圖3-a），這種裂縫滲透性差，不連通，儲(chǔ)集性能差。

2.3.2有效裂縫相

一般與層面不平行、不規(guī)則，由于泥漿的侵入，以高電導(dǎo)異常出現(xiàn)，在FMI上的圖像特征為暗色的正弦線或不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，連續(xù)性較好，這種裂縫滲透性好。按其發(fā)育特征不同，又可將其分為斜交有效縫（圖3-b）、高角度有效縫（圖3-c）、低角度有效縫和網(wǎng)狀有效縫縫（圖3-d）。

圖3 典型FMI裂縫相類型Fig.3 The type of typical FMI fracture facies

2.3.3直劈擴(kuò)大縫相

在FMI動(dòng)態(tài)圖像上可見(jiàn)，寬度較大的深棕色至黑色垂直的高導(dǎo)縫（3-e），此類裂縫縱向延伸范圍較大。研究發(fā)現(xiàn)此類FMI裂縫相多與斷層相伴生，在構(gòu)造應(yīng)力大的區(qū)域此類裂縫相最發(fā)育。

2.3.4溶蝕孔隙相

溶蝕孔特點(diǎn)是形狀不規(guī)則，部分繼承了被溶蝕顆粒的本來(lái)形狀但邊緣圓滑，為高電導(dǎo)異常體，在FMI上的圖像為分散的不規(guī)則的暗色斑點(diǎn)（3-f）。當(dāng)裂縫與溶蝕孔隙混合發(fā)育時(shí)，使得儲(chǔ)集空間相互溝通，易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層。

3 裂縫相配置關(guān)系

3.1 裂縫發(fā)育的垂向分帶性

中拐凸起石炭系火成巖裂縫發(fā)育有明顯分帶性，整體上分為上部表生裂縫發(fā)育帶和下部深埋裂縫發(fā)育帶，與之對(duì)應(yīng)的FMI裂縫相模式也不相同。

3.1.1表生裂縫帶

主要包括風(fēng)化殼及以下200 m范圍。受構(gòu)造作用和風(fēng)化淋濾影響，火成巖裂縫發(fā)育受溶蝕作用增強(qiáng)，形成良好的孔隙性與滲透性，成為本區(qū)火成巖優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)集層。與表生裂縫帶對(duì)應(yīng)的FMI裂縫相為有效裂縫相、溶蝕孔隙相與直劈擴(kuò)大縫相。

3.1.2深埋裂縫帶

受上覆地層壓力影響，火成巖成巖初期受到構(gòu)造應(yīng)力的影響裂縫十分發(fā)育，后期多為方解石等充填形成無(wú)效裂縫。深埋裂縫帶同時(shí)受地下流體溶蝕作用多發(fā)育有效縫。與深埋裂縫帶對(duì)應(yīng)的FMI裂縫相為無(wú)效裂縫相或有效裂縫相。

以本區(qū)JL11井為例探討裂縫發(fā)育控制因素、裂縫發(fā)育位置與FMI裂縫相3者間的關(guān)系（圖4）:①發(fā)育有兩套凝灰?guī)r隔層，深度分別為在3 117～3 180 m與3 199～3 205 m，有效裂縫較少發(fā)育，主要發(fā)育有直劈擴(kuò)大縫；②在表生裂縫帶深度3 181～3 199 m段巖性分為安山巖，該井段裂縫十分發(fā)育，發(fā)育有有效裂縫相、溶蝕孔隙相及直劈擴(kuò)大縫相。直劈擴(kuò)大縫相延伸至上部凝灰?guī)r，使該井段溶蝕作用增強(qiáng)儲(chǔ)層物性變好；③本井毗鄰JL11井北斷層，受構(gòu)造應(yīng)力作用裂縫在3 180～3 199 m、3 206～3 243 m、3 279～3 307 m、3 313～3 357 m井段裂縫極發(fā)育，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法統(tǒng)計(jì)該井平均裂縫密度為1.2條/m；④從對(duì)比其與表生裂縫帶儲(chǔ)層物性發(fā)現(xiàn)，表生裂縫帶由于受溶蝕改造儲(chǔ)層物性好于深埋裂縫帶的安山巖儲(chǔ)層物性。實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)表明，表生裂縫帶平均孔隙度為8.65%，平均滲透率為3.75×10-3μm2。深埋裂縫帶平均孔隙度為5.43%，平均滲透率為0.1×10-3μm2（數(shù)據(jù)來(lái)源：JL11井23塊巖樣分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院）。

綜上所述，巖性與斷層控制裂縫發(fā)育強(qiáng)度，靠近斷層裂縫明顯發(fā)育，且裂縫發(fā)育程度在垂向上有明顯分帶性,上部為表生裂縫帶,下部為深埋裂縫帶。裂縫發(fā)育模式的不同對(duì)儲(chǔ)層改造作用不盡相同。

3.2 裂縫相發(fā)育模式

對(duì)中拐凸起裂縫發(fā)育的控制因素進(jìn)行深入研究，明確巖性及構(gòu)造對(duì)裂縫發(fā)育的影響，在此基礎(chǔ)上，提出中拐地區(qū)裂縫發(fā)育模式。

圖4 研究區(qū)JL-11井裂縫發(fā)育規(guī)律與FMI裂縫相關(guān)系Fig.4 The relationship of fracture development law and Well JL-11 FMI fracture facies in the study area

研究表明，裂縫發(fā)育具垂向分帶性，包括上部表生裂縫帶和下部深埋裂縫帶；FMI裂縫相組合存在差異性；受風(fēng)化淋濾影響，表生裂縫帶發(fā)育有有效裂縫相、直劈擴(kuò)大縫相、溶蝕孔隙相。其中直劈擴(kuò)大縫相為表生裂縫帶特有的FMI裂縫相，可作為表生裂縫帶的特征相。深埋裂縫帶主要發(fā)育有效裂縫相，無(wú)效裂縫相，相比之下，表生裂縫帶裂縫更發(fā)育，儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能更好。

斷層的發(fā)育有利于裂縫發(fā)育。構(gòu)造應(yīng)力一方面制造了原始斷層且伴生裂縫，裂縫連通了原有的無(wú)效孔隙，從而改善儲(chǔ)層物性；另一方面，產(chǎn)生的裂縫，再次受到地下流體的溶蝕，這種溶蝕對(duì)儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能起到明顯的改善作用。巖石脆性程度是控制裂縫發(fā)育的另一個(gè)重要因素。對(duì)中拐凸起FMI測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)得出，安山巖與英安巖為火山熔巖脆性指數(shù)高，裂縫最發(fā)育；凝灰?guī)r、層狀凝灰?guī)r與火山角礫巖脆性指數(shù)較低裂縫發(fā)育較少。

4 應(yīng)用效果

圖5 中拐凸起石炭系火成巖表生帶（左）、深埋帶（右）裂縫預(yù)測(cè)平面圖Fig.5 The fracture prediction plan of epigenetic zone(left)and Embedded zone(right)in Carboniferous volcanic rock of Zhongguai uplift

利用FMI測(cè)井資料，構(gòu)建中拐凸起火成巖裂縫相發(fā)育模式。石炭系上部為表生裂縫帶，下部為深埋裂縫帶。結(jié)合地震曲率預(yù)測(cè)中拐凸起石炭系裂縫發(fā)育特征發(fā)現(xiàn)（圖5-a），石炭系距頂200 m深度范圍，高曲率，裂縫非常發(fā)育。石炭系下部裂縫基本不發(fā)育（圖5-b），呈零星狀分布，說(shuō)明裂縫在成巖后期被方解石充填程度高。筆者據(jù)FMI測(cè)井資料構(gòu)建中拐凸起石炭系裂縫相發(fā)育模式，與地震資料預(yù)測(cè)的裂縫發(fā)育程度基本吻合。

5 結(jié)論

（1）裂縫發(fā)育的控制因素主要為巖性和斷層。不同巖性的裂縫發(fā)育程度不同，火山熔巖類的安山巖、英安巖裂縫較火山角礫巖、凝灰?guī)r類更發(fā)育。斷層的發(fā)育有利于裂縫發(fā)育。

（2）建立有效裂縫相、無(wú)效裂縫相、直劈擴(kuò)大縫相、溶蝕孔隙相4種FMI測(cè)井裂縫相，可有效表征中拐凸起石炭系火成巖裂縫發(fā)育程度。

（3）研究區(qū)石炭系火成巖裂縫發(fā)育具垂向上的分帶性，上部表生裂縫帶比下部深埋裂縫帶裂縫更發(fā)育。下部深埋裂縫帶裂縫多為方解石充填，多為無(wú)效裂縫相。

（4）表生裂縫帶的直劈擴(kuò)大縫相、有效裂縫相及溶蝕孔隙相的混合發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層物性改造效果好，易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層。