九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖裂縫地震預(yù)測研究

郭鴻喜，梁大慶，易 斌，尹 宏，徐冷慧贇，張晉海，袁竟舟

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621700）

川西北九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段儲層橫向非均質(zhì)性強，儲集空間以溶蝕孔和裂縫為主，裂縫系統(tǒng)是儲層的主要滲流通道和重要的儲集空間，也是控制產(chǎn)能的關(guān)鍵因素[1、2]。由于構(gòu)造運動持續(xù)時間的長期性與多期性，在構(gòu)造應(yīng)力聚積和構(gòu)造變形的過程中，常有局部伴生或派生應(yīng)力產(chǎn)生，可能產(chǎn)生不同類型裂縫，而這些裂縫形成時間的不同，所處構(gòu)造部位的差異，會造成裂縫在性質(zhì)、規(guī)模、產(chǎn)狀等方面存在差異。運用三維地震屬性提取、測井識別、巖心識別等手段，研究裂縫與構(gòu)造運動和斷裂系統(tǒng)的關(guān)系，明確研究區(qū)裂縫特征、空間展布對提高九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段儲層裂縫預(yù)測的準確性有重要意義。

1 地質(zhì)背景

圖1 區(qū)域構(gòu)造位置圖

九龍山構(gòu)造處于上揚子陸塊北緣與秦嶺造山帶接合部的米倉山臺緣隆起斷褶構(gòu)造帶前緣與川北低平褶皺帶，屬地臺北部邊緣凹陷帶中印支期的三級局部構(gòu)造[3-5]。其西為龍門山推覆斷褶構(gòu)造帶，北為米倉山臺緣隆起，南及東南邊與蒼溪－興馬向斜緊鄰，西南面鄰梓潼向斜，背斜構(gòu)造與向斜平行。該區(qū)域既是區(qū)域上的活動帶，又是穩(wěn)定的背斜構(gòu)造（圖1），其展布明顯受到龍門山推覆和米倉山臺緣隆起以及地臺北邊巴中－通江旋轉(zhuǎn)構(gòu)造體系的控制，九龍山構(gòu)造是龍門山擠壓力與米倉山隆起產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)垂直上升力共同作用而形成。珍珠沖礫巖為大套淺灰白色濱湖相沉積的砂礫巖，北薄南厚，最薄為9m，最厚為185m。礫石以白色石英巖為主，次為泥頁巖，局部見介殼石灰?guī)r、黑褐色燧石及少量黃鐵礦，性致密；礫間砂質(zhì)填充，砂質(zhì)成份為石英、巖屑、長石等，中粒為主，少許細、粉，分選差，次棱角狀。礫巖的支撐類型可以分為雜基支撐結(jié)構(gòu)和顆粒支撐結(jié)構(gòu)，在顆粒支撐結(jié)構(gòu)中，礫石之間的接觸關(guān)系主要有點接觸、線接觸和凹凸接觸，縫合接觸少見。

2 儲層裂縫特征

通過對龍106、龍108、龍109、龍112、龍113、龍119等14口井成像測井資料統(tǒng)計，九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段主要發(fā)育高角度裂縫、低角度裂縫、水平裂縫，充填裂縫和誘導(dǎo)裂縫，各種裂縫在成像測井上的響應(yīng)特征各不相同（圖2，表1）；高角度裂縫在縱向上溝通儲層的連通性具有十分重要的意義，低角度裂分和水平裂縫更多的是改善儲層橫向上的滲流情況。九龍山珍珠沖礫巖段主要發(fā)育北東和北西向的裂縫，少量的東西向裂縫，北東和北西向的微斷裂組成控制了棋盤狀的構(gòu)造格局和地貌特征。研究區(qū)鉆井誘導(dǎo)裂縫反應(yīng)現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向為北西向，而有效裂縫的方位為北東、北西和東西，其他方向的裂縫對油氣滲流的貢獻較小。成像測井更多的是依據(jù)裂縫的形態(tài)和充填情況識別裂縫[6、7]，通過巖心觀測資料，依據(jù)裂縫與礫巖中裂縫與礫石的關(guān)系，九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段主要發(fā)育穿礫縫、礫內(nèi)縫和礫緣縫3種類型，穿礫縫切穿礫石，延伸較大，裂縫可以是高角度也可以是低角度，穿礫縫多為構(gòu)造成因，受構(gòu)造擠壓剪切而成，多成組系出現(xiàn)，裂縫延伸方向穩(wěn)定（圖3-a，圖3-b）；礫內(nèi)縫發(fā)育在礫石內(nèi)部，將礫石切割破碎，延伸受礫石直徑限制，與穿礫縫相同，也是受構(gòu)造擠壓剪切而形成，與穿礫縫的區(qū)別在于，巖體破裂時由于圍壓、膠結(jié)物的強度，構(gòu)造應(yīng)力的不同導(dǎo)致裂縫的延伸方向各異，但二者在力學(xué)性質(zhì)上具有統(tǒng)一性（圖3-c）；礫緣縫繞過礫石，延伸方向多變，既包括在成巖過程中形成的分布在礫間或礫石邊緣的裂縫，也包括是在構(gòu)造拉伸作用中礫巖中張性裂縫（圖3-c）。三類裂縫相互切割，貫通形成裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，（圖3-d）。

表1 九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段裂縫類型

圖2 九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段有效裂縫方位統(tǒng)計圖

圖3 九龍山構(gòu)造珍龍103井珠沖礫巖段巖心裂縫

3 礫巖裂縫分布特征地震描述

3.1 裂縫地震相分析

單一的地震幾何屬性只能描述地質(zhì)體某一方面的地質(zhì)特征[8-10]，地震相分析可以將這些屬性進行聚類，運用多種屬性對地質(zhì)構(gòu)造特征進行解釋，裂縫地震相分析采用了基于貝葉斯概率模型的無監(jiān)督聚類分析方法。由于地震數(shù)據(jù)量很大，地震屬性間存在信息重疊的現(xiàn)象，在進行地震相分析前，對地震數(shù)據(jù)進行了主組份分析。對珍珠沖組礫巖儲層的裂縫地震相分析，采用了地震反射的傾角屬性、曲率屬性和相似性屬性。并對微斷裂-裂縫進行識別和幾何尺度意義上的分級。對裂縫地震相分析結(jié)果的解釋要依據(jù)各幾何屬性的物理和地質(zhì)意義，微斷裂-裂縫通道會表現(xiàn)為大的地震傾角值、大的最大曲率值和小的地震相干性。各個代表微斷裂和裂縫不同級別的地震相會用不同的顏色表示，通過顏色顯示可以清晰的分辨出不同尺度的斷裂和裂縫在空間的分布特征（表2），通過地震相與地震幾何屬性交匯圖，最大曲率最敏感于微斷裂和裂縫，可有效地用于檢測微斷裂和裂縫。

表2 九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段裂縫地震相分級

裂縫地震相空間分布的三維顯示（圖4），藍色和青色的地震相主要分布在西部和南部的斷裂帶附近，綠色的地震相分布在藍色和青色的地震相周邊，而且也出現(xiàn)在背斜構(gòu)造的中部，具有一定的空間線狀沿展特征，棕色地震相分布在綠色的地震相周邊，鑲嵌在紅色地震相中。棕色地震相還在構(gòu)造背斜的南北兩翼分布較多，也可能是受地震數(shù)據(jù)的噪聲影響。紅色相 5的范圍較廣，主要出現(xiàn)在構(gòu)造變形較弱的部，依據(jù)裂縫地震相的地質(zhì)意義，微斷裂與大的裂縫通道，主要分布在地層侵蝕邊界以南，沿著斷裂帶分布，次級規(guī)模的地震相(黃色)主要分布在微斷裂與大的裂縫通道的周邊，范圍較廣的為紅色地震相代表基質(zhì)分布。值得注意的是，由于壓實和膠結(jié)作用，深部的微小裂縫閉合的可能性較大，有效裂縫(開啟裂縫)會影響儲層的特征。

圖4 J1Z1-J1Z的裂縫地震相空間分布的三維顯示

表3 九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段裂縫地震相分級

3.2 裂縫體系空間分布的三維雕刻

通過體雕刻技術(shù)對裂縫地震相進行三維雕刻，了解裂縫地震相在空間的分布形態(tài)和各裂縫相間的三維連通特征，依據(jù)每個裂縫地震相的級別特征后，識別對應(yīng)的曲率值（表3），得到其對應(yīng)的門檻值。曲率屬性對斷裂與裂縫的特征最敏感，應(yīng)用裂縫地震相并在大于門檻值的曲率屬性約束下,雕刻不同尺度的裂縫相的空間形態(tài)和連通特征。

圖5 裂縫地震相空間形態(tài)的三維雕刻

采用曲率門檻值對裂縫地震相空間形態(tài)的三維雕刻。微斷裂主要以裂縫地震相1和2組成，空間的分布為線形構(gòu)造特征，而以小裂縫和微裂縫為主的裂縫地震相4和5，空間的分布為層狀分布特征，而裂縫通道的裂縫地震相 3，則介于微斷裂和小裂縫與微裂縫之間。裂縫地震相的空間形態(tài)差異說明了不同尺度的構(gòu)造非均質(zhì)對儲層物性和流體流動有著不同的作用和影響。裂縫地震相空間形態(tài)的三維雕刻體現(xiàn)了微斷裂、裂縫通道和小的彌散裂縫在空間的分布，產(chǎn)水井多位于裂縫通道發(fā)育部位，而具有較長無水生產(chǎn)周期的井多位于小裂縫和微裂縫中，圖5。

3.3 裂縫分布特征

裂縫地震相的研究表明，曲率屬性是檢測裂縫最為敏感的幾何屬性之一[11][12]。地震裂縫相分析得到斷裂和裂縫對應(yīng)的最大曲率門檻值后，分級結(jié)果應(yīng)用于曲率裂縫屬性來描述裂縫的空間分布特征。曲率裂縫屬性是由最大曲率和最小曲率方向構(gòu)成的可用來定性地描述裂縫的密度和方向。圖 6，九龍山構(gòu)造為一穹隆狀短軸背斜，構(gòu)造走向北東向，兩翼傾角較陡。微斷裂/裂縫主要分為三組，呈北東-南西和北西-南東向，同時也發(fā)育東西向；彌散裂縫受微斷裂控制比較明顯，伴生于微斷裂周圍；北東向的微斷裂/裂縫主要分布在工區(qū)西北部、東南部及背斜構(gòu)造較高部位。北西向微斷裂/裂縫主要分布在構(gòu)造的西南部。通過裂縫密度/方向統(tǒng)計，九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段裂縫尺度的的彌散裂縫的分布以北東-南西向為主，其次為北西-南東向及近東西向，垂向上裂縫密度變化比較小。

4 結(jié)論

1）九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段有效裂縫的方位為北東、北西和東西，其他方向的裂縫對油氣滲流的貢獻較小；礫巖中發(fā)育穿礫縫、礫內(nèi)縫和礫緣縫三種裂縫。

圖6 散裂縫密度、方向與最大曲率分級切片疊合（JIZl）

2）九龍山構(gòu)造珍珠沖礫巖段裂縫地震相劃分為5個級別，微斷裂主要以裂縫地震相1和2組成，空間的分布為線形構(gòu)造特征，而以小裂縫和微裂縫為主的裂縫地震相4和5，空間的分布為層狀分布特征，而裂縫通道的裂縫地震相3，則介于微斷裂和小裂縫與微裂縫之間。

3）微斷裂/裂縫為北東-南西、北西-南東向、東西向；彌散裂縫受微斷裂控制比較明顯，伴生于微斷裂周圍；北東向的微斷裂/裂縫主要分布在工區(qū)西北部、東南部及背斜構(gòu)造較高部位，北西向微斷裂/裂縫主要分布在構(gòu)造的西南部。

4）以上認識指導(dǎo)了后續(xù)井位的部署，并在實鉆中得到驗證。

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