準噶爾盆地西北緣二疊系火山巖儲層裂縫發育特征及分布預測
----以金龍2井區佳木河組為例

何 輝，孔垂顯，蔣慶平，鄧西里，肖芳偉，李順明

1．中國石油勘探開發研究院，北京 100083 2．新疆油田公司勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000

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準噶爾盆地西北緣二疊系火山巖儲層裂縫發育特征及分布預測
----以金龍2井區佳木河組為例

何 輝1，孔垂顯2，蔣慶平2，鄧西里1，肖芳偉2，李順明1

1．中國石油勘探開發研究院，北京 100083 2．新疆油田公司勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000

準噶爾盆地西北緣金龍2井區二疊系佳木河組裂縫是該區火山巖儲層油氣主要的滲流通道。綜合巖心、巖石薄片及成像測井等資料，識別出該區主要發育的裂縫類型為半充填或未充填高角度縫，其次為半充填低角度斜交縫與網狀縫。成像測井解釋裂縫方位近東西向，與巖心古地磁解釋現今地應力最大主應力方向近似平行，有效性開啟較好?；鹕綆r儲層裂縫發育主要受構造與巖性兩種因素影響。距離斷層越近，由于構造曲率增大，裂縫越發育, 裂縫多沿斷裂呈條帶狀分布。不同的火山巖類型，裂縫發育程度也不同。通過成像測井資料分析，認為研究區中--酸性火山熔巖及火山碎屑熔巖裂縫較發育，并進一步定量計算出單井裂縫密度、裂縫傾角、裂縫孔隙度等，確定單井裂縫發育特征。結合疊前地震預測方法，即疊前方位各向異性法(AVAZ)，優選衰減起始頻率屬性，預測了佳木河組火山巖儲層裂縫分布特征。

二疊系；火山巖儲層；裂縫；成像測井；疊前地震預測；準噶爾盆地

0 引言

隨著世界石油工業發展，火山巖油氣藏已逐步成為目前石油勘探與開發的重要領域。但是，由于火山巖儲層一般埋藏較深、構造復雜、巖性巖相空間變化快、儲層非均質性較強，儲層描述與預測存在較大的困難[1]。同時，多年火山巖油藏勘探開發實踐表明，裂縫發育程度恰恰是控制火山巖儲層油氣運移與富集的重要因素，也是火山巖油藏高效開發的有利條件，裂縫的存在為流體提供了有效的滲流通道，提高了油氣滲流能力，同時增加了額外的油氣儲集空間，提高了泄油能力與面積[2-4]。因此，描述火山巖儲層裂縫發育特征，分析裂縫發育主控因素，預測裂縫分布規律成為火山巖儲層預測的關鍵，對火山巖油藏有效勘探與開發具有重要意義[5-9]。

新疆金龍2井區位于準噶爾盆地西北緣中拐凸起東斜坡帶克拉瑪依油田五區南部，二疊系是該區主要含油層系之一。2012年金201井于二疊系佳木河組獲高產工業油氣流，發現了金龍2井區佳木河組火山巖油氣藏，揭開了該區深層火山巖油氣藏勘探開發的序幕。由于該區火山巖經過了多期構造運動，裂縫普遍發育，因此筆者針對佳木河組火山巖儲層裂縫描述難點，利用巖心觀察、微電阻率掃描成像測井(FMI)[10]等資料進行火山巖儲層裂縫發育特征識別，總結裂縫發育規律;同時應用疊前地震反演方法預測裂縫密度與裂縫方向，為佳木河組火山巖油藏高效開發與部署提供地質依據。

1 儲層基本特征

針對本區目前已鉆遇的佳木河組(P1j)火山巖儲層[11]，根據巖心觀察與薄片鑒定，其巖性按結構可分為三大類，即火山熔巖類、火山碎屑熔巖類及火山碎屑巖類。按成分進一步劃分，熔巖類可識別出基性的玄武巖、杏仁玄武巖，中基性的玄武安山巖，中性的安山巖，中酸性的英安巖以及酸性的流紋巖、氣孔流紋巖、球粒流紋巖等；碎屑熔巖類主要識別出基性玄武質(熔結)角礫巖、中性安山質(熔結)角礫熔巖等；火山碎屑巖類主要識別出中性安山質集塊巖、安山質角礫巖及中酸性英安質凝灰巖、酸性流紋質晶屑凝灰巖等。金龍2井區佳木河組火山巖主要識別出三類8種巖性(表1)，其中有利儲層巖性主要為安山質火山角礫巖，火山角礫熔巖及安山巖、流紋巖等；巖相單元以火山爆發相、噴溢相為主。

研究區火山巖儲層孔隙度為7.9%～20.4%，平均12.3%，滲透率(0.01～752)×10-3μm2，平均0.69×10-3μm2，屬低孔-低滲(特低滲)儲層。巖石薄片鑒定結果表明，佳木河組火山巖儲層儲集空間主要以杏仁溶蝕孔、氣孔、基質孔為主，其次為斑晶晶內孔及微裂縫。壓汞實驗結果表明，佳木河組火山巖儲層以微細--細喉道為主，最大孔喉半徑(0.3～4.1)μm，分選中等-差，優勢孔喉半徑一般為20～0.5 μm，排驅壓力一般小于0.03 Mpa，主要分布在以氣孔、杏仁安山巖和安山質火山角礫熔巖及火山角礫巖為主的有利儲層中，且儲層裂縫普遍發育，成為該區火山巖儲層油氣主要的滲流通道。

表1 金龍2井區佳木河組火山巖儲層巖性特征及儲集空間類型

Table 1 Lithological features and the type of reservoir space in volcanic reservoirs of Jiamuhe Formation in Jinlong 2 oilfield

2 裂縫發育特征及其控制因素

2.1 裂縫發育特征

根據金龍2井區佳木河組取心井巖心觀察、成像測井資料及巖石薄片資料，該區天然裂縫按成因可分為成巖縫與構造縫。其中,成巖縫可進一步細分出冷凝收縮縫、角礫粒間縫、層間縫及溶蝕縫等。按照裂縫產狀，該區裂縫可識別出水平縫(傾角≤15°)、低角度縫(15°<傾角≤45°)、高角度縫(45°<傾角≤75°)、垂直縫(75°<傾角≤90°)4種產狀裂縫類型(表2)。其中，從成因上研究區主要以構造裂縫為主，產狀上主要以高角度縫、垂直縫為主。

表2 金龍2井區佳木河組火山巖儲層裂縫類型及特征

Table 2 The types and characteristic of fracture in volcanic reservoirs of Jiamuhe Formation in Jinlong 2 oilfield

圖1 金龍2井區裂縫走向解釋結果Fig.1 Interpretation results of fracture strike in Jinlong 2 oil field

通過全直徑巖心地應力分析與成像測井(FMI)解釋裂縫方位觀察,該區佳木河組裂縫發育方向主要為近EW向(120°±5°)，近SN向裂縫發育較差(圖1)。裂縫充填程度多以未充填或半充填為主，全充填裂縫較少，裂縫充填物多以方解石充填為主，說明佳木河組火山巖儲層裂縫大部分是有效的(表2)。巖心與巖石薄片鑒定表明，半充填或未充填縫有瀝青充填現象，裂縫主要起到油氣運移作用及部分儲滲作用(圖2)。成像測井解釋結果表明,研究區裂縫傾角分布范圍主要為20°～90°，平均65°，以傾角大于45°的高角度縫或垂直縫發育為主(表3)。高角度縫主要為構造成因的剪切縫，縫面較平直，產狀穩定;低角度斜交縫有剪切與拉張兩種成因，且多數充填或半充填。此外，根據以往研究成果[11]，當裂縫走向與現今最大主應力方向夾角小于30°時，裂縫有效。巖心地應力、單井成像測井解釋表明,研究區裂縫基本與最大主應力方向一致，天然裂縫能有效保存。因此高角度縫或垂直縫的有效性有利于火山巖儲層高效開發。

圖2 金龍2井區佳木河組火山巖典型微裂縫顯微照片Fig.2 Typical microfracture micrograph of volcanic rocks of Jiamuhe formation in Jinlong 2 oil field

2.2 裂縫發育控制因素

目前普遍認為構造與巖性是影響火山巖儲層裂縫發育程度的主控因素[5-11]。準噶爾盆地西北緣在地質歷史時期經歷海西運動、印支運動與燕山運動等多期次構造運動，二疊系佳木河組火山巖體主要受海西期及印支期構造運動控制,由東部斜坡區沿斷距較大的滑脫斷層面向西部老山石炭系古隆起逆掩推覆，研究區主要發育的北西--南東及近東西向兩組逆斷裂，控制火山巖體產生了成組出現的構造裂縫，構成了金龍2井區復雜的裂縫系統。其中北西--南東向逆斷裂為海西期中晚石炭世--早二疊世西準噶爾洋向哈薩克斯坦板塊之下碰撞俯沖，受近東西向擠壓應力影響形成的北西--南東走向逆沖斷裂;該期形成的裂縫主要為走向北北東及北北西向的張性斜交縫，后期多被充填，高角度縫較少。中晚二疊世即海西中晚期至印支早期碰撞擠壓作用及沖斷作用逐漸增強，推覆體繼承發展，受擠壓應力影響開始發育走向近東西向的走滑逆斷裂，并與前期北西--南東走向逆斷裂相交,將研究區切割為多個斷塊(圖1);該期裂縫受近東西向走滑斷裂影響以張剪性裂縫為主，高角度縫較多且開啟性較好，裂縫走向以北東及近東西向為主，裂縫縱向切深(長度)較長且開度較大。該區火山巖形成后主要遭受了兩期強烈擠壓斷裂作用，產生大量構造裂縫，明顯改善了火山巖儲滲能力。通常當巖層受構造應力擠壓時，層面發生彎曲變形，用形變與曲率的關系可以定性預測裂縫分布，即構造曲率。前人一般認為，構造應力差異影響了裂縫發育位置與程度，離斷層越近，構造曲率越大，裂縫越發育[5,7,9]。本區裂縫發育表現出此特征，如JL2010井與JL2004井，前者距離南北向邊界控藏大斷裂1 600 m，其裂縫密度平均為1.47 條/m，而JL2004井，距離南北向邊界控藏大斷裂400 m，其裂縫密度平均可達到2.36 條/m，且裂縫寬度也表現出明顯差異，揭示了斷裂對裂縫發育程度的影響。因此，不同構造位置是裂縫分布的主控因素(表3，圖1)。

此外，在相同的構造應力背景下，不同巖性其裂縫發育也有所差異[2,4-5]。高角度縫或垂直縫多發育在中-酸性火山熔巖及火山碎屑熔巖中，如安山巖、流紋巖、安山質火山角礫熔巖等，低角度斜交縫主要發育在不規則塊狀的火山碎屑巖中。由高角度縫與低角度斜交縫互相錯動形成的網狀縫，多發育在火山碎屑熔巖及中性熔巖(安山巖)中。從相同構造應力背景條件下看，火山角礫熔巖及安山巖由于抗壓縮性較差，因此更易發生剪切破裂(表1、表2、圖3)。

3 裂縫地球物理響應特征及應用

3.1 成像測井識別與描述火山巖儲層裂縫

常規測井資料只能定性識別裂縫發育情況，為了定量描述火山巖儲層裂縫， 明確裂縫發育特征，為金龍2井區佳木河組火山巖油藏高效開發提供可靠依據，部署了微電阻率成像測井。筆者應用成像測井資料，識別出不同火山巖巖性及裂縫類型與發育的特征：未充填的高角度縫與垂直縫在成像圖上顯示為暗色的低阻條紋，且多貫穿巖心；未充填的低角度裂縫在成像圖上表現出正弦暗色曲線切分層理；半充填或全充填發育較短的高角度縫、垂直縫與低角度縫在成像圖上顯示出白色或亮色條紋；而氣孔、溶蝕孔洞在成像圖上則表現出暗色低阻斑點；火山角礫表現出亮色斑點(圖4)。在裂縫與巖性識別基礎上，重點定量描述了火山巖儲層宏觀裂縫發育程度，如裂縫密度、裂縫長度、裂縫寬度、裂縫傾角及裂縫孔隙度。從成像圖分析可以看出，研究區佳木河組火山巖儲層裂縫傾角較大，以高角度縫、垂直縫及部分低角度斜交縫為主，裂縫發育密度平均為1.47～3.02 條/m，裂縫發育寬度以0.01～0.10 mm的中等縫為主，裂縫孔隙度相對較小，平均為0.01%～0.15%(表3)。

表3 佳木河組火山巖儲層裂縫參數成像測井解釋結果

Table 3 The imaging logging interpretation results of fracture parameters in volcanic reservoirs of Jiamuhe Formation

圖3 金龍2井區佳木河組不同巖性平均裂縫密度Fig.3 Average fracture density of different volcanic rocks of Jiamuhe Formation in Jinlong 2 oil field

圖4 金龍2井區佳木河組不同裂縫類型FMI成像圖Fig.4 FMI imaging figure of different fracture types in Jiamuhe Formation of Jinlong 2 oil field

3.2 疊前地震反演法預測裂縫分布規律

裂縫的存在往往會造成地下介質的方位各向異性，從而使地震屬性(振幅、頻率、衰減等)發生有規律變化，地震波振幅各向異性強度與裂縫密度成正比，裂縫越發育，振幅隨方位角變化各向異性越明顯。目前常用的地震預測方法中由于疊前地震資料保留了更多的偏移距與方位角信息，保證了方位各向異性的預測研究，因此描述裂縫密度的可靠性與精度更高。利用疊前地震資料，從中提取地震波動特征的方位各向異性，根據地震屬性隨方位角變化特征分析裂縫方向與發育強度，這一預測方法常稱之為疊前方位各向異性法，即AVAZ(amplitude versus azimuth)[8-11]。

本次研究利用金龍2井區疊前CMP道集數據，應用疊前方位各向異性法，參考Hudson裂隙理論模型，在三維地震資料保真、保幅處理基礎上，進行地震資料的疊前處理(包括方位角劃分、偏移距和覆蓋次數分析)，然后對不同方位角數據體進行疊加偏移處理與屬性計算。對比了疊前最大能量、相對波阻抗、衰減起始頻率等不同振幅動力學屬性各向異性強度及指示裂縫發育程度，與成像測井解釋裂縫密度對比，單井衰減起始頻率(地震振幅衰減到85%時對應的頻率值)計算的裂縫密度體與實際解釋結果絕對誤差更小(0.3)，符合率相對較高，可達80%(圖5)。因此選取衰減起始頻率屬性模擬計算研究區佳木河組裂縫方位橢圓，方位橢圓的短軸方向指示了裂縫在空間的統計定向(法向)，長軸與短軸之比為扁率，該值大小代表了地震反射的各向異性強度，可以指示裂縫密度，從而實現對裂縫密度和方向的預測。同時巖心分析水平最大主應力方向、FMI解釋裂縫走向均為近東西向，與AVAZ方法預測的裂縫方位基本一致(圖6)，證明AVAZ方法對金龍2井區佳木河組裂縫分布預測結果較為可靠，可對全區進行了裂縫分布預測。

圖5 裂縫密度疊前地震反演預測圖(多屬性對比)Fig.5 Prestack seismic inversion prediction of the fracture density (Attenuation starting frequency properties)

圖7 金龍2井區二疊系佳木河組裂縫分布預測圖Fig.7 Prediction of fracture distribution in Jiamuhe Formation of Permian in Jinlong 2 oil field

從全區裂縫預測分布(圖7)可以看出：1)受北西--南東及東西向兩組斷裂控制，金龍2井區潛山帶佳木河組火山巖儲層裂縫較為發育，且距離斷裂越近，裂縫越發育，斷塊軸向交點部位，構造變形越大，裂縫發育程度越高，如JIN208斷塊、JIN202斷塊及JIN209斷塊；2)研究區屬于北高南低、北陡南緩的構造格局，北部地區裂縫較南部更為發育；3)根據佳木河組不同時間切片裂縫預測分析，距離佳木河組頂部不整合面越遠的層位裂縫發育程度有所減弱，如JIN214斷塊、JIN201斷塊；4)裂縫發育程度較高且張開裂縫走向與地應力方向匹配較好的區域，單井試油試采效果好，如JL2010井，裂縫走向與現今最大主應力方向幾乎平行，在4 158～4 189 m進行試油，3 mm油嘴日產油15.34 t，日產氣1 760 m3，后期試采51 d，累積產油592.2 t，產氣3.3×104m3，產水46.4 t，平均日產油11.6 t。而JIN212井解釋裂縫走向與現今最大主應力方向夾角較大(>30°)，成像測井解釋局部發育裂縫，且裂縫多以低角度斜交縫為主，張開縫較少，射孔后抽汲日產油0.6 t，產水3.6 t，進行壓裂改造投產，3 mm油嘴日產油14.5 t?？梢妰瘜又饕芽p走向與現今最大主應力方向一致或夾角較小時，其裂縫有效性才好，儲層一般都能獲得高產。

4 結論

1)金龍2井區佳木河組火山巖油藏可識別出多種巖性，巖性巖相是控制火山巖儲層的主要因素。研究區有利儲層段裂縫相對發育，主要以高角度縫、垂直縫為主，其次為低角度斜交縫，多表現出未充填或半充填特征，裂縫走向近東西向，與現今地應力最大主應力方向近似平行，有利于保證裂縫開啟性。

2)研究區裂縫發育主要受構造與火山巖巖性兩種因素影響。距離斷層越近，構造裂縫越發育，且斷裂復雜，構造變形越大裂縫發育程度越高。火山巖巖性類型不同，裂縫發育程度也不同，研究區高角度縫或垂直縫多發育在中性-中酸性火山熔巖及火山碎屑熔巖中，如安山巖、英安巖及安山質火山角礫熔巖等，低角度斜交縫主要發育在不規則塊狀的火山碎屑巖中，如火山角礫巖、火山角礫熔巖等。由高角度縫與低角度斜交縫互相錯動形成的網狀縫，多發育在火山碎屑熔巖及部分中性熔巖中。

3)研究區微電阻率成像測井技術的應用，準確地識別出裂縫類型，并定量計算出單井裂縫密度、裂縫長度、裂縫寬度、裂縫傾角及裂縫孔隙度，同時也輔助定性識別出火山巖巖性，彌補了巖心、常規測井識別的不足。同時根據研究區以高角度縫發育為主的特征，以單井成像資料解釋結果為基礎，采用疊前方位各向異性法，即AVAZ定量地預測了裂縫空間分布特征，并與單井成像測井解釋結果進行對比，提高了疊前裂縫預測的可靠性。同時，裂縫發育程度較高且張開裂縫走向與最大主應力方向一致或夾角較小時，單井試油試采效果好。疊前地震裂縫預測為研究區開發井部署提供了重要參考。

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Fracture Characterization and Prediction of Permian Volcanic >Reservoir in Northwestern Margin of Junggar Basin: A Case from Jiamuhe Formation of Jinlong 2 Oil Field

He Hui1, Kong Chuixian2, Jiang Qingping2, Deng Xili1, Xiao Fangwei2, Li Shunming1

1.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing100083,China2.XinjiangOilfieldCompanyResearchInstituteofExplorationandDevelopment,Karamay834000,Xinjiang,China

The fractures of Jiamuhe Formation of Permian volcanic reservoir are the main flowing channels for the reservoir in Jinlong 2 oil field. Through core observation, thin slice identification, and image logging data, the fracture types are identified: Unfilled or half-filled high-angle fractures are mainly develop in the reservoir, followed by half-filled low-angle oblique and netted fractures. The main orientations of fractures interpreted by image logging data are nearly E-W, and parallel with the current maximum principal stress direction. The fracture development in the volcanic reservoir is mainly affected by two factors: the tectonic position and rock type. The closer it is to the fault；the bigger the structure curvature is, and the greater the fractures are developed. They distributed zonally along the fault. The types of volcanic rocks impact the degree of fracture development. Through the image logging data analysis, the fractures mainly developed in the intermediate-acid volcanic lava and pyroclastic lava. The fracture density, fracture dip, and fracture porosity of single well can be quantitatively calculated. Combining with the method of amplitude versus azimuth (AVAZ) in pre-stack fracture detection technology, the fracture distribution in volcanic reservoir of Jiamuhe Formation can be predicted effectively and accurately. This study provides a reliable basis for a deployment of development well in a volcanic reservoir.

Permian; volcanic reservoir; fracture; imaging logging; prestack seismic prediction；Junggar basin

10.13278/j.cnki.jjuese.201505102.

2014-11-20

國家重大科技專項(2012E-34-08)

何輝(1982--)，男，工程師，博士，主要從事油氣田開發地質研究，E-mail:hui_he@petrochina.com.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505102

TE122.23

A

何輝，孔垂顯，蔣慶平，等.準噶爾盆地西北緣二疊系火山巖儲層裂縫發育特征及分布預測:以金龍2井區佳木河組為例.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(5):1278-1288.

He Hui, Kong Chuixian, Jiang Qingping, et al. Fracture Characterization and Prediction of Permian Volcanic Reservoir in Northwestern Margin of Junggar Basin: A Case from Jiamuhe Formation of Jinlong 2 Oil Field.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(5):1278-1288.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201505102.