構造裂縫定量預測方法——以濟陽坳陷樁海地區太古宇為例

殷天濤，李守軍，原麗媛

(1.中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 250013;2.山東科技大學地質科學與工程學院，山東 青島 266590;3.山東省核工業二七三地質大隊，山東 煙臺 265300)

裂縫性油氣田的勘探與開發最重要的環節就是裂縫的分布規律，尤其是對其定量預測分析。近年來關于裂縫定量預測越來越受到重視，其研究已有一定進展，眾學者主要對地質模型、力學模型和數學計算模型之間的關系;構造裂縫的定量預測與應力場的關系;構造裂縫的發育規律、形態以及構造應力場的方向等問題進行了研究[1-3］。對于目前裂縫性油氣藏的研究，主要是針對構造裂縫。而構造裂縫主要受控于構造應力場，利用構造應力場結合有限元數值模擬技術在當前對裂縫定量預測進行研究，是眾多學者比較贊同的方案。然而裂縫的分布規律在地下較為復雜，除了受構造應力場影響外還與多期構造運動、巖石物性等有關。尤其是區域性問題，具體區域具體分析。因此本文的研究是對裂縫定量研究分析的又一探索。

1 裂縫研究及評價方法

構造裂縫是伴隨構造變形過程形成的，其在局部構造和斷裂帶中的分布具有一定的規律性，基于此，利用應力與應變的關系和構造主曲率法可以預測裂縫分布規律及其發育情況[2］。關于構造裂縫預測的方法主要有直接觀測法和分析預測法。直接觀測法主要是將露頭和宏觀與微觀進行分析，并結合測井資料來識別與解釋裂縫[4］。分析預測法主要包括概率統計方法、物理模擬、數值模擬、巖石破裂法、主曲率法、能量法等。通過對這些方法比較分析之后，眾學者從不同方面對裂縫進行了研究[1，4］。其核心也是利用有限元方法結合區域構造應力場來進行裂縫的定量研究。本文以濟陽坳陷樁海地區太古宇為例，利用有限元數值模擬技術，結合研究區構造應力場來對裂縫發育情況進行預測嘗試。

2 研究實例

2.1 區域地質概況

樁海地區古潛山(樁西和埕島潛山)緊鄰渤中坳陷，屬于沾化凹陷的一部分(見圖1)[5］。濟陽坳陷樁海地區經鉆井資料顯示最古老的基底巖層為太古宇泰山群，其巖性主要以混合花崗巖和多種片麻巖為主，其次為斜長角閃巖等。濟陽坳陷潛山數量較多、規模較大，經歷了多旋回發育和多次構造變動，致使濟陽坳陷樁海地區潛山構造復雜。樁海潛山油氣運聚成藏的地質時期主要是東營末期-明化鎮期，因此Tg2地震反射層的構造特征基本就可以代表太古界油氣在運聚期間的構造特征，現今構造反映的構造應力場特征可以反映油氣運聚期間的應力場特征[6］。

2.2 模型建立及裂縫模擬

2.2.1 地質模型

由于埕島-樁西潛山在樁海地區是主力生油區，較為典型，所以本文主要對樁海地區的埕島-樁西地區進行分析。樁海地區內斷裂主要展布方向為即近南北向(NNE向)、北東向、近東西向、北西向及近南北向[7］。本文選用埕島-樁西Tg2反射面構造圖(Tg2反映的是埕島-樁西地區太古宇頂面地震反射層構造圖，見圖2)作為底圖進行構造單元劃分，并賦予研究區相應的物性參數，對該區進行有限元模擬分析，從而分析其裂縫發育態勢。

2.2.2 力學模型

力學模型的建立主要包含巖石力學參數的選取和邊界條件的選擇[1］。研究區斷層根據其斷裂大小分為二級與三級斷層。本文在模擬計算過程中主要使用的力學參數有彈性模量和泊松比等。這些參數主要通過巖石力學實驗以及對巖心分析得到。經分析，本研究區斷層級數、彈性模量、泊松比等參數如表1所示。

表1 建模采用的巖石力學參數

根據構造圖的特征，本文采用自由網格劃分。同時對一些特殊地帶，諸如斷層周圍以及斷層末梢處等區域進行人工干預劃分，以期輸出點數能更好地控制整個投影平面應力的變化情況。經分析，研究區目的層網格劃分結果如圖3所示。該圖作為力學計算模型，對其施加相應荷載進行模擬計算。

2.2.3 裂縫模擬

本工區南邊界定義為約束邊界。此次研究區域主要受力為水平擠壓。其主應力主要為近東西向與南北向。東西向為120 MPa，南北向為70 MPa。研究區東西方向為X向，南北為Y向。此模型包括了工作區域內的24條斷層，按其方向分為北東向和南東向段層兩類。在依照相應的參數(表1)計算完成后，建立了濟陽坳陷埕島-樁西地區構造應力云圖(見圖4)。

從構造應力云圖4上可以較為直觀地顯示出裂縫的高值發育區及其位置。裂縫發育帶主要分布在斷層附近，主要裂縫發育帶高值區呈兩個NNE以及NW的條帶狀分布。在埕北303井附近應力變化較大，周圍裂縫較發育。顯示埕島-樁西地區裂縫受斷層影響明顯，裂縫帶在斷層及其周圍發育良好，表明這些地區應力較為集中，受控于構造應力場。強張應力區主要分布在斷層附近，揭示裂縫發育與斷層附近應力大小具有一定的對應關系。

通過分析，圖4進一步揭示了裂縫性油氣藏裂縫發育的情況與構造運動產生的斷層、斷裂密切相關。由于裂縫的存在，對于不同層位的油氣相連也起到了重要的作用。尤其是由構造運動產生的構造裂縫。同時也利于油氣的儲集。張應力區主要為油氣儲集區，其值越大，越利于油氣的儲集。本文將數值模擬技術與地震資料解釋的構造體系、構造應力場和巖石物性等研究有機結合起來，對于應力和裂縫的空間分布及其相互間的對應關系提供新的認識。

3 結論

通過分析揭示構造裂縫主要受控于構造應力場。研究區裂縫帶在斷層及其周圍發育良好，表明這些地區應力較為集中。強張應力區主要分布在斷層附近，顯示裂縫發育與斷層附近應力大小具有較好的對應關系。該區也是油氣儲集的主要場所。

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