摘要：川西坳陷孝泉-新場-合興場地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層具有埋藏深、致密、低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，裂縫的發(fā)育程度對(duì)儲(chǔ)層具有重要的意義。為此，通過巖心觀察和顯微鏡下薄片鑒定，研究了裂縫的發(fā)育類型、發(fā)育密度、發(fā)育頻率以及充填特征。結(jié)果表明：儲(chǔ)層中以低角度裂縫發(fā)育為主，高角度裂縫欠發(fā)育；微裂縫對(duì)須二段儲(chǔ)集空間的影響顯著大于須四段，在須二段地層中，對(duì)儲(chǔ)層滲透率有實(shí)質(zhì)性影響的主要是一些相對(duì)宏觀的裂縫。綜合區(qū)域地質(zhì)背景及前人的研究成果，認(rèn)為差異壓實(shí)導(dǎo)致的非構(gòu)造作用是該區(qū)裂縫尤其是須二段裂縫形成的主要機(jī)制，但后期燕山、喜山構(gòu)造運(yùn)對(duì)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力都可能疊加在原有的非構(gòu)造成因的裂縫上，使之具有構(gòu)造成因色彩。
關(guān)鍵詞：川西坳陷；晚三疊世；致密砂巖儲(chǔ)層；薄片鑒定；裂縫；非構(gòu)造成因；構(gòu)造成因；差異壓實(shí)
孝泉-新場-合興場地區(qū)位于龍門山前緣的川西坳陷中段，晚三疊世以來須家河組沉積期間，深受龍門山造山帶崛起的影響，沉積環(huán)境完成了白海相向陸相的變遷，并歷經(jīng)印支、燕山和喜山等多期次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造[1～3]。該區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組為致密砂巖儲(chǔ)層，自下而上分為須二-須五段，位于上覆的侏羅系白田壩組和下伏上三疊統(tǒng)的小塘子組、馬鞍塘組之上，并與下伏小塘子組、馬鞍塘組形成兩個(gè)成藏組合，即下部馬鞍塘、小塘子組(生)-須二段(儲(chǔ))-須三段(蓋)，上部須三段(生)-須四段(儲(chǔ))-須五段(蓋)[4～7]。
前人研究表明，孝泉-新場-合興場地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層主要為須二段和須四段，屬裂縫型或孔隙-裂縫型儲(chǔ)層，除喜山運(yùn)動(dòng)對(duì)裂縫活化溝通的部分儲(chǔ)層能獲自然產(chǎn)能外，仍有大量的天然氣封存在微裂隙及孔隙中[8～12]。據(jù)巖心密度統(tǒng)計(jì)，裂縫密度普遍都超過5.59條/m，局部巖心段上包括微裂縫在內(nèi)高達(dá)65.71條/m，而川孝565井的薄片見縫率達(dá)到了78.9%，裂縫的廣泛發(fā)育在改善致密儲(chǔ)層砂巖物性上具有十分重要的作用[13～20]。研究裂縫的發(fā)育特征及分布規(guī)律，對(duì)該區(qū)致密砂巖氣藏勘探和開發(fā)都具有重要的意義。
1 裂縫識(shí)別及發(fā)育特征
為便于統(tǒng)計(jì)將該區(qū)巖心裂縫按角度大小分為Ⅰ型、Ⅱ型兩種，工型指低角度裂縫(＜45°，含水平裂縫)，Ⅱ型指高角度裂縫(≥45°，含垂直裂縫)。對(duì)該區(qū)8口重點(diǎn)井的巖心進(jìn)行了觀察，并選擇其中典型段的52.28m作了細(xì)致識(shí)別與統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。
1.1 裂縫的形態(tài)特征
巖心上出現(xiàn)頻率最多的是低角度裂縫，通常小于等于15°，基本上沿板狀交錯(cuò)層理或水平層理分布，縫寬小于等于0.30mm，大多無充填，處于開啟狀態(tài)，部分所觀察到的低角度裂縫殘留有油跡。低角度裂縫在所觀察的8口井中均有分布，并在某一層段密集出現(xiàn)，呈“酥餅狀”構(gòu)造。
高角度裂縫出現(xiàn)頻率相對(duì)較低，延伸較長，縫面平直，縫寬較低角度裂縫大，巖心上可見視寬度為30mm的高角度裂縫，一般呈充填或半充填狀態(tài)，充填多為碳酸鹽，也可見硅質(zhì)膠結(jié)物，未充填或半充填的縫壁常常被有機(jī)質(zhì)浸染。低角度裂縫、高角度裂縫及不同傾向的各種裂縫可同時(shí)出現(xiàn)，它們可能是同期的或非同期的，并構(gòu)成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。
1.2 各層段裂縫發(fā)育特點(diǎn)
該區(qū)須家河組以發(fā)育低角度裂縫為主，發(fā)育密度大致是高角度裂縫的10倍，出現(xiàn)頻率超過90%。無論是低角度還是高角度裂縫，須二段都較須四段更自發(fā)育，其裂縫平均密度顯著大于須四段(表1、圖1)。
2 裂縫分析及成因機(jī)制探討
2.1 裂縫的薄片觀察與分析統(tǒng)計(jì)
2.1.1顯微鏡下裂縫特征
顯微鏡下所觀察到的裂縫根據(jù)形態(tài)大致可以分自如下幾種(圖2)：
1) 碳酸鹽膠結(jié)物溶解使縫寬擴(kuò)大及互相連通，微裂縫的長度通常超過5mm(圖2-a)。
2) 長石溶蝕并改造的裂縫，視寬度較大，達(dá)到幾十微米，縫壁有溶蝕痕跡，可有暗色不溶礦物沉淀，有時(shí)連通兩個(gè)或以上次生孔隙(圖2-b)。
3) 切穿顆粒與基質(zhì)的微裂縫，延伸長度較大，一般超過一個(gè)顆粒直徑，鏡下可達(dá)5mm甚至更長，一般縫寬介于2～5μm，但也有較大的可達(dá)20μm，常常在局部范圍內(nèi)有較好定向性(圖2-c)。
4) 延伸長度僅限于顆粒內(nèi)部的裂縫，裂縫較平直，縫寬較小，通常為1～2μm，有時(shí)聯(lián)結(jié)成方格網(wǎng)狀，在剛性顆粒如石英表面常見(圖2-d)。
5) 粒緣微裂縫，裂縫一般較彎曲，延伸方向視顆粒邊緣輪廓走向而定，但也有少數(shù)延伸到基質(zhì)與其他顆粒內(nèi)部的現(xiàn)象，與后期的改造作用有關(guān)(圖2-e)。
6) 縫合線，薄片下主要觀察到粒間縫合線，可伴有不溶殘余礦物沉淀和有機(jī)質(zhì)富集，如瀝青充填(圖2-f)。
此外，鏡下亦常見有機(jī)質(zhì)充填縫及其中的收縮縫，有機(jī)質(zhì)充填縫寬介于0.1～0.3mm，由于有機(jī)質(zhì)的收縮作用，其內(nèi)部可出現(xiàn)一些細(xì)小的微裂縫，寬度約數(shù)微米，延伸方向不超過有機(jī)質(zhì)條帶邊界，呈開啟狀態(tài)，但其連通性較差。
另外，還有一種沿礦物顆粒解理面裂開的裂縫，如沿云母、長石、碳酸鹽等解理較發(fā)育的礦物顆粒發(fā)育的微裂縫，由于縫寬小且延伸不大，彼此獨(dú)立，溝通性很差，意義不大。
2.1.2顯微鏡下裂縫的分析統(tǒng)計(jì)
為了說明薄片裂縫的分布特征，尤其是須二段和須四段裂縫發(fā)育和分布的差異性，選取裂縫較為發(fā)育的川孝565井，對(duì)薄片中裂縫進(jìn)行了系統(tǒng)鑒定和統(tǒng)計(jì)，據(jù)Cmexoba等于1962年提出的薄片微裂縫各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算公式[18]，計(jì)算微裂縫的各項(xiàng)特征參數(shù)并求取平均值(表2)。
須二段與須四段相比，前者比后者具有較大的微裂縫面積密度，但差別不大，且沒有考慮微裂縫的寬度；須二段微裂縫的平均長度和平均寬度顯著大于須四段，分別是須四段的12倍和6倍；須二段的微裂縫孔隙度平均值顯著大于須四段，分別為0.51%和0.16%，須二段的孔隙度是須四段的3.2倍；須二段微裂縫的內(nèi)蘊(yùn)滲透率顯著大于須四段，須二段是須四段的444倍。
川孝565井71個(gè)具有代表性的薄片中，鏡下可識(shí)別裂縫的薄片有56個(gè)，包括30個(gè)須二段的薄片和41個(gè)須四段的薄片。其中須二段見縫薄片22個(gè)，見縫頻率為73.3%，須四段見縫薄片34個(gè)，見縫頻率為82.9%。須四段比須二段具有較高的薄片見縫頻率，但與該井的巖心觀察結(jié)果不一致，在須四段的巖心上可供統(tǒng)計(jì)的裂縫很少，因而就對(duì)儲(chǔ)層更有價(jià)值的裂縫來說，須二段應(yīng)該比須四段更發(fā)育。
據(jù)川孝565井須二、須四段巖心孔隙度和滲透率的分析結(jié)果，可估算裂縫孔隙度和內(nèi)蘊(yùn)滲透率對(duì)總孔隙度和總滲透率的貢獻(xiàn)值(表3)。
須二段裂縫孔隙度和內(nèi)蘊(yùn)滲透率對(duì)總孔隙度和總滲透率的貢獻(xiàn)值都顯著大于須四段，但如果只考慮薄片中的微裂縫，其對(duì)總孔隙度和總滲透率的貢獻(xiàn)值都很小，孔隙度貢獻(xiàn)值為19.88%，滲透率的貢獻(xiàn)值僅為0.548%，但無論是孔隙度還是滲透率，都應(yīng)對(duì)巖心尺度的孔隙度和滲透率產(chǎn)生一定的影響，特別是對(duì)一些滲透率很低的樣品來說，微裂縫對(duì)滲透率的增加會(huì)有一些作用。
2.2 裂縫成因機(jī)制探討
前人認(rèn)為構(gòu)造裂縫對(duì)該區(qū)的油氣聚集起著主要作用[17,21～26]，而對(duì)該區(qū)的古構(gòu)造應(yīng)力場模擬，構(gòu)造應(yīng)力差值小[24]，構(gòu)造裂縫不發(fā)育[8,27]，且構(gòu)造裂縫難以解釋縫洞系統(tǒng)的分布[8,11～12]。而該區(qū)致密儲(chǔ)層中無論是巖心觀測還是薄片下觀察裂縫，總體上都可見裂縫缺乏良好的定向性、具有無組系、無規(guī)律性、分布具有局限性與偶然性[8,11～12,27]。
孝泉-新場-合興場地區(qū)裂縫中充填的自生石英具有較低的沉淀溫度(58～68℃)，沉淀時(shí)間大致在須四時(shí)中期[13]，表明這些裂縫是在須四時(shí)中期以前就已形成。主要儲(chǔ)層須二段和須四段都經(jīng)歷了燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)，此外須二段還經(jīng)歷了安縣運(yùn)動(dòng)[28～32]。裂縫主要發(fā)育在須二段，說明須二段經(jīng)歷了比須四段不同的與裂縫形成機(jī)制有關(guān)的地質(zhì)條件，同時(shí)這種地質(zhì)條件也主要是非構(gòu)造成因的。
非構(gòu)造成因機(jī)制主要是差異壓實(shí)作用[8,11～12,33]，其次是雷口坡組地層中厚度巨大的蒸發(fā)巖可能發(fā)生溶解[34]及雷口坡組地層中蒸發(fā)巖的二次脫水，此外砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物溶解及長石溶蝕使縫寬擴(kuò)大及互相連通，在一定程度上能夠改善儲(chǔ)層。
非構(gòu)造作用是該區(qū)尤其是須二段裂縫形成的主要機(jī)制，但其后經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力都可能疊加在原有的非構(gòu)造成因裂縫上，使其具有構(gòu)造成因的色彩。研究中曾觀察到后期構(gòu)造成因裂縫對(duì)早期非構(gòu)造成因裂縫的疊加，在相對(duì)早期階段發(fā)育的裂縫被自生碳酸鹽礦物充填后愈合，又在相對(duì)晚期階段沿原裂縫部分重新發(fā)育新的裂縫，并切穿原有裂縫中的碳酸鹽膠結(jié)物。
3 結(jié)論
1) 無論是巖心尺度的裂縫還是薄片尺度的裂縫，須二段均比須四段更為發(fā)育。據(jù)巖心觀察和統(tǒng)計(jì)，低角度裂縫比高角度裂縫更為發(fā)育，前者的密度大致是后者的10倍。
2) 據(jù)薄片鑒定和參數(shù)計(jì)算，微裂縫對(duì)須二段儲(chǔ)集空間的影響顯著大于須四段，分布于須四段中的微裂縫主要是一些寬度很小，延伸長度很短的裂縫。在須二段地層中，對(duì)儲(chǔ)層滲透率有實(shí)質(zhì)性影響的也主要是一些相對(duì)宏觀的裂縫，大多數(shù)薄片尺度的微裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響是相對(duì)有限的。
3) 非構(gòu)造作用是該區(qū)裂縫尤其是須二段裂縫形成的主要機(jī)制，但后期燕山、喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力都可能疊加在原有的非構(gòu)造成因的裂縫上，使之具有構(gòu)造成因色彩。在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)欠發(fā)育地區(qū)的致密低滲砂巖儲(chǔ)層中，只有兩種成因的裂縫互為補(bǔ)充，相互構(gòu)通，才會(huì)使孔隙度和滲透率得到應(yīng)有的改善，從而變?yōu)橛行?chǔ)層。
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(本文作者：王春梅1 黃思靜1 孫治雷2 胡作維1 黃可可1 佟宏鵬3 1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院；2.青島海洋地質(zhì)研究所；3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)
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