四川盆地西部新場地區上三疊統須家河組二段構造裂縫的分布規律

王 瑩，張克銀，甘其剛，周 文，熊 亮，魏力民，史洪亮

(1.中石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川 成都 610059;2.成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610051)

0 引言

新場地區位于龍門山前緣的四川盆地西部(川西坳陷)(圖1)，中三疊世以來，經印支、燕山和喜山等多期次大的構造運動的改造，沉積環境完成了由海—海陸過渡—陸相的變遷(郭正吾等，1996;楊克明等，2012)。該區上三疊統須家河組，自下而上分為須二—須五段，與上覆的侏羅系白田壩組呈整合接觸關系，與下伏上三疊統的小塘子組、馬鞍塘組呈平行不整合接觸關系(李書兵等，1999)。川西新場氣田須二段氣藏具有超深、超低孔滲、超高壓、超致密等特征(張虹等，2008)，其巖性主要為淺灰色、灰白色細—中粒巖屑長石砂巖、長石巖屑石英砂巖，常見有底沖刷(林良彪等，2007)。須二段沉積期，川西坳陷以三角洲前緣沉積環境為主，物源來自3個方向：坳陷西南的古隆起，坳陷東南的川中隆起，坳陷北東方向的隆起區。構造上，須二頂面整體表現為一ENE向展布的背斜構造(熊亮等，2007)，地層近水平(5°左右)。

圖1 研究區大地構造位置圖(據 Wang et al，2015 修改)Fig.1 Tectonic location map of the study area(modified from Wang et al，2015)

前人研究表明，該區須二段氣藏儲層致密，孔隙度介于2% ～4%之間，基質滲透率為(0.04～0.16)mD，天然裂縫的發育可以改善滲流條件，往往成為高產的關鍵因素之一(關文均等，2007;葛祥等，2007;張虹等，2008)。但裂縫分布非均質性強、規律復雜，天然裂縫預測難度大，已有的裂縫研究成果雖然對裂縫的特征和分布有一定的認識(鄧模等，2009;Nelson et al，2001)，但對于裂縫成因、裂縫期次、受控因素、分布規律等方面還需要進一步的研究。因此，認識了解新場地區須家河組二段天然裂縫的分布規律非常關鍵。

1 研究方法與數據

研究區地表為第四系所覆蓋，故對須家河組二段裂縫的研究主要依賴于測井資料及巖芯的觀察。巖芯觀察方法的優勢顯而易見，可以直接對鉆井巖芯進行裂縫描述、測量、統計。測井方法包括常規測井和成像測井。常規測井方法很多，如電阻率測井、地層傾角測井、聲波速度測井、井徑測井、自然伽馬能譜測井、地層密度測井等(王鵬等，2000;吳文圣等，2001;康義逵等，2002;趙青，2003;曾聯波等，2010)。它們對裂縫的敏感程度也不同，通常綜合各種測井方法對裂縫進行研究。成像測井是目前識別和評價裂縫分布最有效的測井手段(曾聯波等，2010)。電成像測井能夠提供在實際溫度、壓力和流體環境下較為準確的裂縫二維空間信息，能夠精細地描述巖性、裂縫、構造地應力方向等特性，通過對這些信息及特性的研究，可以更深入地對裂縫成因類型及形成期次進行綜合分析、判斷(張筠等，2005;李建良等，2006;李陽兵等，2010)。在電成像上，單一的裂縫通常以正弦曲線的方式展布，裂縫面通常與層面、層理面相交成一定的角度(黃繼新等，2006)。

利用電成像資料進行裂縫密度計算時，一般用線性密度表示為：

按周文(1998)提出的裂縫類型的劃分標準，將裂縫分為水平縫、低角度斜交縫、高角度斜交裂縫、垂直裂縫4類(表1)。

表1 以裂縫產狀為標準的裂縫類型劃分方案Table 1 Classification of fracture types based on fracture occurences

通過電成像測井手段，對工區內7口重點井須家河組二段發育的天然裂縫資料進行統計分析。

2 裂縫特征

2.1 裂縫橫向分布特征

2.1.1 裂縫方向分布 對選取的7口井的裂縫發育方向進行統計分析，結果顯示：(1)走向上，區內發育的裂縫主要集中在3個方向：ESE—WNW至ENE—WSW 向，NW—SE向，NE—SW 向(圖 2)。其中，Dey1、X209、X201、XC8 井以發育 ESE—WNW至ENE—WSW向裂縫為主，X203、X501井以發育ESE—WNW至 ENE—WSW 向和 NE—SW 向裂縫為主，XC15井以 ESE—WNW 至 ENE—WSW 向、NW—SE向和NE—SW向3組裂縫為主(圖2);(2)傾向上，Dey1、XC15、X209井主要表現為北傾，而 X203、X201、XC8、X501 井主要表現為南傾(表2、圖2、圖 3)。

2.1.2 裂縫線密度 對選取的7口井的裂縫線密度進行統計分析，結果顯示：X501井的裂縫線密度最大，并且遠高于其他井，達0.922 7條/m;XC8井和XC15井的裂縫線密度也都超過了0.2條/m，分別為0.216 7、0.210 8 條/m;X203、Dey1、X209 井的裂縫線密度相對較低，但也都超過了0.1條/m，依次為0.144 8、0.109 1、0.107 5 條/m(圖4)。

2.1.3 裂縫傾角 對選取的7口井的裂縫傾角進行統計分析，結果顯示：這7口井主要發育低角度斜交裂縫以及高角度斜交裂縫，水平縫發育較少(僅見于X501)，垂直縫不發育(表 2、圖 5)。其中，Dey1、XC15、X209、X203、XC8、X501 井的低角度斜交裂縫所占比例均超過75%，最高為93.7%(XC15井);高角度斜交裂縫僅在X201井廣泛發育，所占比例為73.3%，其余各井的高角度斜交裂縫所占比例均小于25%(圖5、表2)。

圖2 裂縫產狀分析圖Fig.2 Analysis charts of fracture occurences

圖3 裂縫傾向分布圖Fig.3 Distribution of fracture dip

圖4 裂縫線密度分析圖Fig.4 Analysis chart of fracture linear density

圖5 裂縫傾角分布圖Fig.5 Distribution of fracture dip angle

表2 裂縫產狀統計表Table 2 Statistics of fracture occurences

2.2 裂縫縱向分布特征

依據各井所處構造位置的不同，將Dey1、XC15、X209和X203井歸為第一類討論、分析;將X201、XC8和X501井歸為第二類討論、分析。因為前4口井大致分布于新場ENE—WSW向背斜的兩翼及軸部，而后3口井則大致分布于區內NS向斷層發育區內。可以看到，縱向上，在第一類的4口井中，裂縫線密度都表現出一定程度的不均質性，其中X209井表現的最為突出，而XC15井的均質性則相對較好(圖6)。相對于第一類，第二類的3口井的裂縫線密度則表現出更為明顯的不均質性，其中，XC8井和X501井具有幾個明顯的高值段(圖7)。

圖6 Dey1－XC15－X209－X203裂縫隨深度變化分析圖Fig.6 Variations of the Dey1-XC15-X209-X203 fractures with depth

圖7 XC8－X201－X501裂縫隨深度變化分析圖ig.7 Variations of the XC8-X201-X501 fractures with depth

裂縫傾向：沒有觀察到裂縫傾向隨深度變化的規律性(圖2)。

裂縫傾角：裂縫傾角隨深度的變化似乎沒有表現出明顯的規律性(圖2)。X209井可能是個例外，在4 957 m以上，裂縫的傾角大多＜30°;在4 957 m以下，裂縫的傾角多＞30°(圖2)。

2.3 裂縫分布與巖性的關系

選取的7口井巖性主要由砂巖和頁巖組成(圖7)，對這7口井，按照不同的巖性，分別考察裂縫的發育情況。結果顯示中砂巖是裂縫的主要載體，中砂巖中發育的裂縫占全部裂縫的比例均超了過50%。其中，Dey1與X209井中的比例更是超過了95%(圖8)。除中砂巖之外，裂縫也在粗砂巖、細砂巖、頁巖等其他巖性中發育，但所占比例明顯低于中砂巖(圖8)。

為了進一步考察評價裂縫在不同巖性中的發育特征，引入“Erf指標”：

式(2)中，nr為某巖性中發育的裂縫條數，nt為裂縫的總條數，Hr為某巖性的總厚度，Ht為地層總厚度。Erf指標的意義在于可以表征裂縫在各巖性中的發育情況：正值代表有利于裂縫發育;負值代表不利于裂縫發育，最小值為－100.00%;0則代表沒有影響。

圖8 各井巖性組成(a)及裂縫在不同巖性中的發育特征(b)Fig.8 Lithological composition of wells(a)and fracture development characteristics in different lithologies(b)

對選取的7口井進行Erf指標分析。結果顯示，粗砂巖、中砂巖的Erf值絕大多數是正值，而細砂巖、頁巖的Erf值都是負值(表3、圖9)。在有粗砂巖數據的5口井中，有 4 口井(XC15、X203、X201、XC8)的Erf值是正值，最高的達到271.18%，Dey1井的Erf值為－100.00%，可能是因為其厚度較小(圖9);中砂巖中，只有X203井的Erf值為負(－11.91%)，其他井的Erf值均為正，且最大值為 107.40%(XC8);細砂巖與頁巖的Erf值均為負。整體上看，頁巖的Erf絕對值要大于細砂巖(表3、圖9)。

2.4 裂縫分布與層厚的關系

裂縫主要發育在粗砂巖、中砂巖、細砂巖及頁巖中，故僅對7口井中上述4種巖性進行裂縫分布與層厚的關系分析(圖10)。大體上可以得出以下規律。

表3 Erf指標統計表Table 3 Statistics of Erf

2.4.1 粗砂巖 粗砂巖中發育裂縫的井均沒有表現出明顯的裂縫隨層厚的增加而增多的趨勢。

圖9 各井的Erf值對比分析圖Fig.9 Comparative analysis of Erffor wells

圖10 裂縫分布與層厚的關系圖Fig.10 Relationship between fracture distribution and stratum thickness

2.4.2 中砂巖 Dey1、XC15、XC8井的裂縫大體上表現出比較明顯的隨層厚的增加而增多的趨勢，其他井中這種情況并不明顯。

2.4.3 細砂巖 X201井的裂縫表現出比較明顯的隨層厚的增加而增多的趨勢，XC15、X203、XC8、X501井的裂縫大體上表現為不隨層厚的變化而發生變化的狀態。

2.4.4 頁巖 頁巖中發育裂縫的井并沒有表現出裂縫隨層厚的增加而增多的趨勢。

3 討論

了解天然裂縫的分布規律不僅對正確認識裂縫成因及形成期次非常關鍵，也具有非常重要的地質意義。

裂縫發育期次。馬旭杰等(2013)采用巖石聲發射實驗、裂縫充填物穩定碳氧同位素分析、裂縫充填物流體包裹體測定等實驗測試分析手段，確定新場地區須二段氣藏內天然裂縫形成期次有4期，分別對應印支期、燕山期、喜馬拉雅期三幕和喜馬拉雅期四幕。羅嘯泉等(2010)根據鉆井巖芯、野外露頭資料顯示的裂縫性質、切割關系及與鄰區對比分析認為：NE—SW 向裂縫發育于 T3末期，NW—NNW向裂縫發育于K1末期，WNW—ESE向至近EW向裂縫發育于N－Q。現今構造應力場方面，根據汶川地震序列震源機制解沿龍門山斷裂帶的變化分析(崔效鋒等，2011)、斷裂面最新擦痕反演計算(劉健等，2012)和水壓致裂地應力測量資料(孟文等，2013)，判斷出龍門山斷裂帶中、南段最大主壓應力方向為NW—WNW向。羅嘯泉等(2010)依據電成像測井圖像上分析的井眼崩落及鉆井誘導縫的發育方位，判斷新場地區地層現今最大水平主應力方向為近WNW—EW向。綜合前人的研究成果，認為新場地區須家河組二段3組裂縫與地質時期的對應關系為：NE—SW向裂縫對應于T3末期;NW—SE向裂縫對應于K1末期;ESE—WNW至ENE—WSW向裂縫對應于 N－Q。但需要注意的是，郭正吾等(1996)認為四川盆地的構造是多期次生成的，一個構造的形成往往是多期次、長期作用的結果。裂縫也是一樣的道理，各組裂縫也應該是多期次、長期作用的結果，要徹底識別、區分出各個期次的裂縫顯然還需要做大量細致的工作。

裂縫與斷裂的關系。Peacock(2001)認為：在同一應力環境下，與斷層同時形成的裂縫在線密度上會有所體現，也就是說越靠近斷層，裂縫的線密度越大。距新場構造最近的大型斷裂系統當屬龍泉山斷裂系統，該斷裂系統是川西坳陷的東部邊界，總體走向N20°～30°，在孝泉—豐谷地區走向近SN。數據表示，選用的7口井，按照距離龍泉山主斷裂系統的遠近，依次為 XC15、Dey1、X209、X203、X201、XC8、X501井。從線密度的角度分析，Dey1、X209、X203、X201、XC8、X501這6口井大致表現出距主斷裂系統越近，裂縫線密度越大的特點。其中，SN向裂縫相對比較少，廣泛發育的是 ESE—WNW至ENE—WSW向裂縫。在形成機制和活動時間上，ESE—WNW至ENE—WSW向裂縫似乎和龍泉山斷裂系統統一。雖然Price(1967)認為，裂縫可以垂直于褶皺樞紐發育，但新場構造中，ESE—WNW至ENE—WSW向裂縫與龍泉山斷裂系統是否同時期、同構造機制，其形成機理到底如何，顯然還需要做進一步的工作才可能確定。

前人對川西及鄰區的構造事件及其機制已進行了大量研究(王金琪，1990;羅志立，1991;四川省地質礦產局，1991;童崇光，1992;陳社發等，1994;郭正吾等，1996;劉樹根等，2011;Burchfiel et al，1995;Royden et al，2008;Hubbard et al，2009;Jia et al，2010)，比較一致的意見是，印支期、燕山期、喜山期發生的構造事件，對川西及周邊地區乃至整個歐亞大陸都有重要而深遠的影響。但一些關鍵問題依然是現在討論的熱點，如龍門山造山帶與四川盆地在地形、地貌上的巨大差異是如何產生并且得以維持下來的。就這一問題，目前主要有2種觀點：(1)脆性地殼的加厚(Tapponnier et al，2001;Hubbard et al，2009);(2)中、下地殼低速物質的側向流動(Royden et al，1997;Cook et al，2008)。第一種說法似乎更合理，因為據對油氣勘探井、地震剖面和地面露頭的調查研究發現，四川盆地的沉積蓋層中廣泛存在多個滑脫層(郭正吾等，1996;湯良杰等，2008)。這些滑脫層對構造變形樣式具有重要的控制作用，其中一些滑脫層至今仍保持著活動(Jia et al，2006)。就新場地區而言，有實驗模擬結果表明雷口坡組內的膏巖層是控制區內滑脫斷層及其相關的褶皺構造發育的主要因素(于福生等，2011)。已經有研究表明，龍泉山斷裂系統的形成與滑脫層的發育有密切關系(Jia et al，2006)。

4 結論

川西坳陷新場地區上三疊統須家河組二段氣藏具有儲層致密、低孔隙度、低滲透率的特點。因此，裂縫是否發育、裂縫的分布規律到底如何，以及其他與裂縫相關的問題的研究對更好地認識、了解該儲層的性質具有非常重要的意義。然而，裂縫的研究是一個非常復雜的系統工程，其涵蓋與涉及的內容非常廣泛。通過電成像測井的手段，對工區內7口重點井須家河組二段發育的天然裂縫資料進行了統計分析，并結合區域地質背景及前人相關內容的研究成果，側重于其裂縫分布規律方面的研究及討論，得出以下規律。

(1)新場地區須家河組二段裂縫主要有3組：T3末期的NE—SW向裂縫;K1末期的NW—SE向裂縫;N－Q時期的 ESE—WNW 至 ENE—WSW 向裂縫。

(2)對選取的7口井的裂縫線密度進行了統計分析，結果顯示，X501井的裂縫線密度最大，并且遠高于其他井。從線密度橫向分布的角度分析，大致表現出距主斷裂系統越近，裂縫的線密度越大的特點。

(3)對選取的7口井的裂縫傾角進行統計分析，結果顯示，主要發育低角度斜交裂縫以及高角度斜交裂縫、水平縫發育較少，垂直縫不發育。

(4)縱向上，7口井的裂縫線密度都表現出一定程度的不均質性。總體上看，越靠近斷裂系統，其不均質性越明顯。

(5)為進一步討論裂縫與巖性的關系，引入“Erf指標”分析，結果顯示，粗砂巖、中砂巖的Erf值絕大多數是正值，而細砂巖、頁巖的Erf值都是負值，且頁巖的Erf絕對值要大于細砂巖，說明裂縫在粗砂巖、中砂巖中發育程度比細砂巖和頁巖高，而頁巖最不利于裂縫發育。

(6)裂縫分布與層厚的關系方面，中砂巖、細砂巖和頁巖中的裂縫具有隨層厚的增加而增多的現象，但有些井細砂巖中發育的裂縫和所有粗砂巖中裂縫的分布與層厚變化并無明顯相關性。

陳社發，鄧起東，趙小麟，等.1994.龍門山中段推覆構造帶及相關構造的演化歷史和變形機制(二)［J］.地震地質，(4)：413－421.

崔效鋒，胡幸平，俞春泉，等.2011.汶川地震序列震源機制解研究［J］.北京大學學報：自然科學版，47(6)：1063－1072.

鄧模，瞿國英，蔡忠賢.2009.常規測井方法識別碳酸鹽巖儲層裂縫［J］.地質學刊，33(1)：75－78.

郭正吾，鄧康齡，韓永輝，等.1996.四川盆地形成與演化［M］.北京：地質出版社.

葛祥，張筠，吳見萌.2007.川西須家河組致密碎屑巖裂縫與儲層評價［J］.測井技術，31(3)：211－215.

關文均，郭新江，智慧文.2007.四川盆地新場氣田須家河組二段儲層評價［J］.礦物巖石，27(4)：98－103.

黃繼新，彭仕宓，王小軍，等.2006.成像測井資料在裂縫和地應力研究中的應用［J］.石油學報，27(6)：65－69.

康義逵，金梅，文清，等.2002.應用常規測井資料識別單井裂縫發育層段的方法［J］.新疆石油學院學報，14(4)：29－32.

羅志立.1991.龍門山造山帶巖石圈演化的動力學模式［J］.成都地質學院學報，18(1)：1 －7.

李書兵，周文英，劉應楷，等.1999.四川盆地中生代以來構造演化、形變特征及與天然氣富集關系研究［R］.四川成都：西南石油局地質綜合研究院.

李建良，葛祥，張筠.2006.成像測井新技術在川西須二段儲層評價中的應用［J］.天然氣工業，26(7)：49－51.

林良彪，陳洪德，胡曉強，等.2007.四川盆地上三疊統構造層序劃分及盆地演化［J］.地層學雜志，31(4)：415－422.

羅嘯泉，呂志洲，李書兵，等.2010.四川盆地中新生代構造演化及裂縫分布規律研究［R］.四川成都：中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司.

李陽兵，張筠，徐炳高，等.2010.川西地區須家河組裂縫成因類型及形成期次的成像測井分析［J］.測井技術，34(4)：348－351.

劉樹根，李智武，孫瑋，等.2011.四川含油氣疊合盆地基本特征［J］.地質科學，46(1)：233－257.

劉健，熊探宇，趙越，等.2012.龍門山活動斷裂帶運動學特征及其構造意義［J］.吉林大學學報：地球科學版，42(增刊2)：320－330.

馬旭杰，周文，唐瑜，等.2013.川西新場地區須家河組二段氣藏天然裂縫形成期次的確定［J］.天然氣工業，33(8)：15－19.

孟文，陳群策，吳滿路，等.2013.龍門山斷裂帶現今構造應力場特征及分段性研究［J］.地球物理學進展，28(3)：1150－1160.

四川省地質礦產局.1991.四川省區域地質志［M］.北京：地質出版社.

童崇光.1992.四川盆地構造演化與油氣聚集［M］.北京：地質出版社.

湯良杰，楊克明，金文正，等.2008.龍門山沖斷帶多層次滑脫帶與滑脫構造變形［J］.中國科學：地球科學，38(增刊1)：30－40.

王金琪.1990.安縣構造運動［J］.石油與天然氣地質，11(3)：223－234.

王鵬，金衛東，高會軍，等.2000.聲、電成像測井資料裂縫識別技術及其應用［J］.測井技術，(增刊1)：487－490.

吳文圣，陳鋼花，雍世和.2001.利用雙側向測井方法判別裂縫的有效性［J］.石油大學學報：自然科學版，25(1)：87－89.

熊亮，曹波，魏力民，等.2007.川西坳陷須家河組天然氣勘探目標評價與優選［R］.四川成都：中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司.

于福生，王彥華，李曉劍，等.2011.川西坳陷孝泉—豐谷構造帶變形特征及成因機制模擬［J］.地球科學與環境學報，33(1)：45－53.

楊克明，朱宏權，葉軍，等.2012.川西致密砂巖氣藏地質特征［M］.北京：科學出版社.

周文.1998.裂縫性油氣儲集層評價方法［M］.四川成都：四川科學技術出版社.

趙青.2003.常規測井識別裂縫在塔河油田中的應用［J］.新疆地質，21(3)：379－380.

張筠，徐炳高.2005.成像測井在川西碎屑巖解釋中的應用［J］.測井技術，29(2)：129－132.

張虹，沈忠民.2008.超致密裂縫性儲層地震預測方法研究：以川西新場氣田須二氣藏勘探為例［J］.成都理工大學學報：自然科學版，35(2)：149－157.

曾聯波，柯式鎮，劉洋.2010.低滲透油氣儲層裂縫研究方法［M］.北京：石油工業出版社.

BURCHFIEL B，CHEN ZHILIANG，LIU YUPINC，et al.1995.Tectonics of the Longmen Shan and adjacent regions，central China［J］.International Geology Review，37(8)：661－735.

COOK K L，ROYDEN L H.2008.The role of crustal strength variations in shaping orogenic plateaus，with application to Tibet［J］.Journal of Geophysical Research，113：B8407.

HUBBARD J，SHAW J H.2009.Uplift of the Longmen Shan and Tibetan Plateau，and the 2008 Wenchuan(Ms7.9)earthquake［J］.Nature，458(7235)：194 －197.

JIA DONG，WEI GUOQI，CHEN ZHUXIN，et al.2006.Longmen Shan fold－thrust belt and its relation to the western Sichuan Basin in central China：New insights from hydrocarbon exploration［J］.AAPG Bulletin，90(9)：1425 －1447.

JIA DONG，LI YIQUAN，LIN AIMING，et al.2010.Structural model of 2008Mw7.9 Wenchuan earthquake in the rejuvenated Longmen Shan thrust belt，China［J］.Tectonophysics，491(1/4)：174－184.

NELSON R A，AMOCO B，HOUSTON T.2001.Geologic Analysis of Naturally Fractured Reservoirs［M］.2nd ed.Woburn，MA，USA：Gulf Professional Publishing.

PRICE R A.1967.The tectonic significance of mesoscopic subfabrics in the southern Rocky Mountains of Alberta and British Columbia［J］.Canadian Journal of Earth Sciences，4(1)：39－70.

PEACOCK D C P.2001.The temporal relationship between joints and faults［J］.Journal of Structural Geology，23(2/3)：329－341.

ROYDEN L H，BURCHFIEL B C，KING R W，et al.1997.Surface deformation and lower crustal flow in eastern Tibet［J］.Science，276(5313)：788 －790.

ROYDEN L H，BURCHFIEL B C，VAN DER HILST R D.2008.The geological evolution of the Tibetan Plateau［J］.Science，321(5892)：1054－1058.

TAPPONNIER P，XU ZHIQIN，ROGER F，et al.2001.Oblique stepwise rise and growth of the Tibet Plateau［J］.Science，294(5547)：1671－1677.

WANG YING，ZHANG KEYIN，GAN QIGANG，et al.2015.Bayesian probabilities of earthquake occurrences in Longmenshan fault system(China)［J］.J Seismol，19(1)：1 －14.