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

馬旭杰 周 文 唐 瑜 鄧虎成 雷 濤 王建俊

1．成都理工大學能源學院 2．中國石化國際石油勘探開發有限公司 3．“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學4．中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 5．中國石化華北分公司勘探開發研究院 6．中國石油渤海鉆探工程公司第三鉆井工程分公司

四川盆地西部新場地區上三疊統須家河組二段氣藏自X851井獲高產工業氣流以來已顯示出須二段氣藏的巨大開發前景［1］。該氣藏位于四川省德陽市以北約20km，西鄰孝泉氣田，東接東泰—合興場氣田，西南距馬井氣田40km，南距洛帶氣田80km，可依托川西地區成熟的輸氣管網向各地市縣天然氣用戶供氣。

新場地區在須二段沉積時期以川西坳陷西北部龍門山古陸為物源形成的辮狀河三角洲平原沉積體系為背景，位于江油—綿陽—德陽大型辮狀河三角洲沉積體系前緣亞相帶的南側主體部位，廣泛發育側向遷移頻繁的水下分流河道［1－2］。該區須二段氣藏儲層致密，孔隙度介于2%～4%，基質滲透率為0．04～0．16 mD，同時氣藏內天然裂縫的發育改善了滲流條件，往往成為高產的關鍵因素之一［2－4］；但由于天然裂縫分布非均質性強，預測難度大，對氣藏中天然裂縫成因、形成期次的認識不足，直接導致對天然裂縫發育、分布規律的認識與實際生產情況存在偏差。因此，弄清楚天然裂縫的分布規律和找到適用的預測評價方法，對正確認識裂縫成因及形成期次非常關鍵［5－6］。

1 裂縫特征描述

川西新場地區7口鉆井須二段巖心裂縫觀察描述表明，裂縫產狀主要以高角度縫和垂直縫為主（圖1－a），低角度斜交縫次之（圖1－b），水平縫少見。利用14口井的成像測井資料識別出裂縫的產狀主要存在北東、北西、近南北和東西向4個組系，其中東西向裂縫最為發育，北東向和近東西向兩個組系裂縫次之，北西向裂縫發育程度相對最弱；其中東西向優勢組系裂縫與該區現今水平最大主應力方位一致［7－8］。

圖1 巖心裂縫照片

通過對巖心縫面觀察、薄片微觀裂縫的鑒定，該區超過80%的天然裂縫縫面平滑干凈，無明顯充填特征，少數天然裂縫縫面見不同程度方解石充填（圖1－b）、石英充填和有機質充填（圖1－c）；另外泥質巖類縫面也見剖面型擦痕（圖1－d），表明存在剪性裂縫。

裂縫的充填特征決定了后期裂縫的有效性，對須二段裂縫充填性的統計結果表明：垂直和高角度裂縫主要為未充填縫，該類裂縫達到70．54%；半充填縫和全充填縫均占14．73%，全充填裂縫主要為低角度縫。因此從裂縫有效性來看，該區須二段裂縫有效性高，且有效裂縫主要以垂直縫和高角度縫為主（圖2）［9］。

圖2 巖心上裂縫充填程度統計分布圖

2 裂縫形成期次的確定

2．1 實驗測試分析確定裂縫形成期次

2．1．1 巖石聲發射現象確定裂縫形成期次

由于巖石在長期的埋藏過程中經歷了不同期次的構造作用而形成多期次破裂，在實驗室內通過對巖石進行加載，當加載應力達到各期次破裂對應的歷史應力值時，將產生聲發射現象，通過監測該現象就可以恢復巖石的破裂期次及對應的古地應力環境［10－11］。

考慮到工區鉆井的分布，選擇 CX565、X5、XC203、XC12等4口井6組樣品進行了聲發射實驗；通過單軸應力加載，使用聲波檢測儀器接收聲發射特征參數（包括聲發射次數、事件率和能率），獲得聲發射特征參數與加載時間之間的關系，反映出新場地區須二段經歷了多期的受力歷史，一般能劃分出3～4級Kaiser效應點，至少對應了4期破裂歷史（表1）。

2．1．2 裂縫充填物穩定同位素分析確定裂縫形成期次

裂縫充填物穩定同位素測試結果表明：無論是垂直裂縫還是斜交裂縫，其方解石充填物δ18O（PDB‰）和δ13C（PDB‰）特征相差較大（表2），顯示出多期充填的特征。結合構造演化和須二段埋藏史情況，從裂縫充填物穩定同位素分布圖上可以明顯地劃分出以下3個形成期次（圖3）。

表1 新場地區須二段巖石聲發射試驗結果表

1）喜馬拉雅期裂縫（三幕為主），充填方解石的δ18O值在－17‰左右，根據Epstein氧同位素測溫方程估算埋深在3 590m左右，接近現今須二段埋藏深度［12］。

2）燕山期裂縫，其充填方解石的δ18O值約為－16‰，估算出其形成溫度約為108．92℃，折算埋深為2 963m左右，接近燕山期須二段埋藏深度。

3）印支期裂縫，充填方解石δ18O值在－13‰左右，估算出其形成溫度約為74．3℃，折算埋深為1 810 m左右，對應為印支期須二段埋藏深度。

2．1．3 裂縫充填物包裹體測試分析確定裂縫形成期次

流體包裹體是礦物結晶生長過程中被捕獲在礦物晶體缺陷、空穴、晶格空位、位錯及微裂隙中的成巖成礦溶液，至今在主礦物中完好封存并與主礦物有著相界限的封閉體系［12－15］。裂縫充填物流體包裹體代表裂縫形成時的原始流體樣品，是研究裂縫形成時間的有效手段；通過對流體包裹體均一溫度的測定結合地溫梯度等資料可估算出充填物形成時間，并推斷裂縫形成時間［12］。本文中測試流體包裹體樣本來自CX565、XC6等井下巖心樣品，裂縫充填物內包裹體類型主要有2類，并以氣液兩相鹽水包裹體次生包裹體為主，偶見氣液兩相原生水包裹體。

根據氣液兩相鹽水次生包裹體測試，其均一溫度由于有熱液活動的影響，所測溫度較高，但依據其均一溫度與鹽度關系大致可以劃分為3期：第一期溫度約為172℃，第二期溫度約為187℃，第三期溫度約為202℃（圖4）。

表2 須二段裂縫充填方解石穩定同位素分析結果表

圖3 須家河組中裂縫充填方解石碳氧同位素特征圖

圖4 包裹體測試均一溫度與鹽度關系圖

2．2 裂縫形成期次的綜合確定

歸納以上裂縫期次各方面分析資料，新場地區須二段從沉積后經歷了印支晚幕、燕山晚幕、喜馬拉雅期一、二、三、四幕等多期構造運動［16］，巖石聲發射反映出可至少4期的Kaiser效應點；裂縫充填物碳氧穩定同位素分析和充填物內流體包裹體的測試分析也反映出3個差異明顯的裂縫形成環境。但由于碳氧同位素和流體包裹體分析依賴于裂縫充填物，而該區絕大多數晚期形成裂縫處于未充填狀態，這類裂縫的產狀與目前的現今水平最大主應力方向一致，應該屬于喜馬拉雅期四幕所形成。因此綜合來看，新場地區須二段內天然裂縫形成期次為4期：第一期為印支期，第二期為燕山期，第三期為喜馬拉雅期三幕，第四期為喜馬拉雅期四幕，而且晚期形成的裂縫是新場須二段氣藏內的主要裂縫，其有效性高，是應該重點評價和關注的一期裂縫。

3 結論

1）通過巖心裂縫觀察描述、相似露頭區裂縫調查，認為新場地區須二段氣藏天然裂縫主要以高角度縫和垂直縫為主，低角度斜交縫次之，水平縫少見；以東西組系裂縫最為發育，北東和近東西向2個組系裂縫次之，并主要為構造成因裂縫。

2）從天然裂縫縱橫向延伸長度來看，裂縫縱向延伸受制于巖層厚度，一般不具穿層性，橫向延伸長度一般不超過5m，為中等規模裂縫；巖心及成像測井裂縫線密度的統計反映了裂縫發育非均質性強，裂縫密度可達0．8條／m，裂縫發育程度為中—高。

3）裂縫充填程度低，有效程度高，充填物以方解石為主，未充填裂縫主要為垂直和高角度裂縫，且未充填裂縫主要為近東西向組系，與現今最大主應力方向一致，表明了有效裂縫形成時間晚，與現今構造應力環境相關。

4）新場地區須二段氣藏內天然裂縫形成期次為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4個時期；早期以充填裂縫為主，晚期以未充填為主，其中喜馬拉雅期四幕時期形成的裂縫有效性較高，對該氣藏的開發具有重要意義。

［1］黎華繼．新場氣田須二氣藏儲層評價及綜合預測研究［D］．成都：成都理工大學，2008．LI Huaji．Research on reservoir evaluation and composite prediction for Xu－2gas pool in Xinchang Gas Field［D］．Chengdu：Chengdu University of Technology，2008．

［2］徐樟有，吳勝和，張小青，等．川西坳陷新場氣田上三疊統須家河組須四段和須二段儲集層成巖—儲集相及其成巖演化序列［J］．古地理學報，2008，10（5）：447－457．XU Zhangyou，WU Shenghe，ZHANG Xiaoqing，et al．Diagenetic－reservoir facies and their evolutionary sequences of the members 4and 2of Upper Triassic Xujiahe Formation in Xinchang Gasfield，western Sichuan Depression［J］．Journal of Palaeogeography，2008，10（5）：447－457．

［3］張晟，陳德友，黎華繼，等．新場氣田須二段儲層的分類與評價［J］．石油天然氣學報：江漢石油學院學報，2011，33（4）：25－29．ZHANG Sheng，CHEN Deyou，LI Huaji，et al．Reservoir classification and evaluation of T3x2in Xinchang Gas Field［J］．Journal of Oil and Gas Technology－Journal of Jianghan Petroleum Institute，2011，33（4）：25－29．

［4］關文均，郭新江，智慧文，四川盆地新場氣田須家河組二段儲層評價［J］．礦物巖石，2007，27（4）：98－103．GUAN Wenjun，GUO Xinjiang，ZHI Huiwen．Reservoir evaluation of the second member of Xujiahe Formation in Xinchang Gas Field，Sichuan Basin［J］．Journal of Mineralogy and Petrology，2007，27（4）：98－103．

［5］曲良超，卞昌蓉．四川盆地新場氣田致密砂巖裂縫預測技術研究［J］．科學技術與工程，2012，12（26）：6605－6609．QU Liangchao，BIAN Changrong．Research of fracture prediction technology in tight sandstone gas reservoir in Xinchang Gas Field of Sichuan Basin［J］．Science Technology and Engineering，2012，12（26）：6605－6609．

［6］王春梅，黃思靜，孫治雷，等．川西坳陷須家河組致密砂巖儲層裂縫發育特征及其成因——以孝泉—新場—合興場地區為例［J］．天然氣工業，2011，31（8）：43－47，132．WANG Chunmei，HUANG Sijing，SUN Zhilei，et al．Characteristics and origin of fractures in tight sandstone reservoirs of the Xujiahe Formation in the western Sichuan Depression：A case study in the Xiaoquan－Xinchang－Hexingchang area［J］．Natural Gas Industry，2011，31（8）：43－47，132．

［7］鄧虎成，周文，姜浩罡，等．川西坳陷鹽井溝構造沙溪廟組現今地應力方向［J］．石油與天然氣地質，2009，30（6）：720－725．DENG Hucheng，ZHOU Wen，JIANG Haogang，et al．Current terrestrial stress direction of the Shaximiao Formation in the Yanjinggou structure of the west Sichuan Depression［J］．Oil ＆ Gas Geology，2009，30（6）：720－725．

［8］楊君，郭春華，曾焱，等．新場氣田地應力特征綜合研究［J］．天然氣工業，2005，25（9）：20－22．YANG Jun，GUO Chunhua，ZENG Yan，et al．Comprehensive research on the characteristics of terrestrial stresses in Xinchang Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2005，25（9）：20－22．

［9］鄧虎成，周文，周秋媚，等．新場氣田須二氣藏天然裂縫有效性定量表征方法及應用［J］．巖石學報，2013，29（3）：1087－1097．DENG Huheng，ZHOU Wen，ZHOU Qiumei，et at．Quantification characterization of the valid natural fractures in the 2ndXu Member，Xinchang Gas Field［J］．Acta Petrologica Sinica，2013，29（3）：1087－1097．

［10］鄧虎成，周文，姜文利，等．鄂爾多斯盆地麻黃山地區延長、延安組裂縫成因及期次研究［J］．吉林大學學報：地球科學版，2009，39（5）：811－817．DENG Hucheng，ZHOU Wen，JIANG Wenli，et al．Genetic mechanism and development periods of fracture in the Yanchang and Yan’an Formations of western Mahuangshan block in Ordos Basin［J］．Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2009，39（5）：811－817．

［11］張守仁，張遂安，萬貴龍．構造裂縫發育區帶預測的有效方法［J］．中國石油勘探，2012，17（2）：38－43．ZHANG Shouren，ZHANG Sui′an，WAN Guilong．Available approach to structural fracture estimating［J］．China Petroleum Exploration，2012，17（2）：38－43．

［12］冷濟高，李書兵，楊長清．利用流體包裹體確定川西坳陷孝泉—豐谷構造帶須家河組天然氣成藏期［J］．天然氣工業，2011，31（8）：38－42．LENG Jigao，LI Shubing，YANG Changqing．Determination of the time of gas accumulation in the Xujiahe Formation of Xiaoquan－Fenggu structural belt in the Western Sichuan Depression through fluid inclusion analysis［J］．Natural Gas Industry，2011，31（8）：38－42．

［13］李厚民，毛景文，張長青．滇黔交界地區玄武巖銅礦流體包裹體地球化學特征［J］．地球科學與環境學報，2011，33（1）：14－23．LI Houmin，MAO Jingwen，ZHANG Changqing．Geochemistry of fluid inclusions of the basalt copper deposits in adjacent area of northeastern Yunnan and western Guizhou，China［J］．Journal of Earth Sciences and Environment，2011，33（1）：14－23．

［14］袁際華，柳廣弟，姜麗娜，等．海安凹陷泰州組流體包裹體特征與油氣成藏期次分析［J］．西安石油大學學報：自然科學版，2011，26（1）：34－36，41．YUAN Jihua，LIU Guangdi，JIANG Lina，et al．Characteristics of fluid inclusions and determination of hydrocarbon accumulation period of Taizhou Formation in Hai′an Sag［J］．Journal of Xi＇an Shiyou University：Natural Science Edition，2011，26（1）：34－36，41．

［15］年秀清，羅金海，李杰林，等．庫車坳陷東部下－中侏羅統砂巖流體包裹體特征與油氣成藏期次研究［J］．西安石油大學學報：自然科學版，2011，26（4）：12－18．NIAN Xiuqing，LUO Jinhai，LI Jielin，et al．Study on the fluid inclusion characteristics and oil－gas accumulation stage times of lower－middle Jurassic sandstone in the east of Kuche Depression［J］．Journal of Xi＇an Shiyou University：Natural Science Edition，2011，26（4）：12－18．

［16］雍自權，劉慶松，李倩．川西前陸盆地的發展演化、地層充填及其對油氣成藏的意義［J］．天然氣工業，2008，28（2）：26－29．YONG Ziquan，LIU Qingsong，LI Qian．Evolution and sediment filling of western Sichuan foreland basin and their significance of hydrocarbon accumulation［J］．Natural Gas Industry，2008，28（2）：26－29．