王府断陷火石岭组火山岩储层裂缝特征与分布规律

王府断陷火石岭组火山岩储层裂缝特征与分布规律
宋鹏
【摘要】以岩芯裂缝和薄片资料为基础,结合成像测井技术和地震资料研究王府断陷火石岭组火山岩储层裂缝特征及分布规律.该区火山岩储层发育原生裂缝和构造-后生裂缝,原生裂缝张开度小,对改善储层意义不大;而构造-后生裂缝张开度大,延伸较远,能提高储层的储渗能力.通过FMI成像测井可识别出高导缝、高阻缝、微裂缝和钻井诱导缝,其中高导缝和微裂缝一般为有效裂缝.根据高导缝走向和构造特征,将研究区火山岩储层裂缝分为3个区:北部区、中部区和南部区,其中北部区和南部区受顺直断裂控制,高导缝具有两个优势走向;中部区受交叉断裂控制,高导缝为一个优势走向.中部区裂缝平均密度最高,倾角属性也显示为有利裂缝区,可以作为勘探和井位部署的重点区域.
【期刊名称】《世界地质》
【年(卷),期】2015(034)003
【总页数】10页(P716-725)
【关键词】王府断陷;火石岭组;裂缝;成像测井;火山岩储层
【作者】宋鹏
【作者单位】中国石油吉林油田公司勘探开发研究院,吉林松原138000
【正文语种】中文
【中图分类】P618.136
裂缝是火山岩成储的重要因素，不仅可以作为储集空间，更重要的作用在于它可以作为渗流通道，沟通孔隙，改善储层条件，提高单井产能［1--6］。

根据勘探开
发成果，王府断陷火山岩储层具有低孔、低渗和低丰度的特点，通过开发井的采气情况来看，高产井主要分布在断裂及裂缝发育区。

以往针对王府地区断裂和裂缝开展了一系列的工作，比如在断裂对储层的控制和改造作用、王府断陷断裂和断裂密集带的特征以及火山岩储层裂缝空间等方面都取得了相应的进展［7--10］。

在裂缝的分布规律和裂缝预测方面虽然有一定的研究，但是没有相关的论述，而且基于地震资料品质和标定井资料等因素的限制，裂缝分布与预测结果存在较大差异。

本文从岩芯裂缝描述入手，应用铸体薄片资料和成像测井技术对裂缝进行定性--定量解释与描述，开展地震属性裂缝预测，分析王府地区火山岩裂缝的分布规律，对勘探和开发具有一定的指导意义。

王府断陷位于松辽盆地东南隆起区的西北部，与榆树断陷、莺山断陷和德惠断陷毗邻 (图1)。

王府断陷断裂发育密集，断裂走向近SN向及NE向，受这一系列断层的控制，王府断陷从西至东发育山东屯构造带、小城子构造带和武家屯构造带，研究区主要位于小城子构造带。

地层由老到新依次为侏罗系火石岭组、白垩系沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组。

其中火石岭组和营城组发育火山岩地层，且在王府地区的三套含气层系中，火石岭组原生气藏储量规模最大［11］。

火石岭组可以分为粗安岩段、火山碎屑岩段和流纹岩段，粗安岩段上部和流纹岩段为天然气聚集的主要层位。

受构造活动影响，王府断陷形成西断东超的构造格局，火山碎屑岩和流纹岩主要分布于断陷西部，其边界受东部近NE向的深大断裂控制。

粗安岩段以角度不整合发育在盆地基底之上，分布面积广，形成火山洼地和火山隆起相间的格局，同时也奠定了断陷的基本构造格局。

整个火石岭组地层断裂发育程度大，而火山岩地层中与断裂常常伴生很多的微裂缝，在火山岩储层中裂缝是一种
重要的储层因素，从勘探开发井的产气情况分析，裂缝发育区一般为高产区，因此研究本区火石岭组火山岩的裂缝分布规律，有助于指导井位的部署。

按成因分类，可以将火山岩裂缝分为原生裂缝和构造--后生裂缝 (表1)，在火山岩中冷凝收缩裂缝和爆炸裂缝是两种重要的原生裂缝，不仅可以形成原生的裂缝空间，更重要的意义在于为后期的成岩改造提供了良好的物质基础，有利于形成次生溶孔。

2.1 原生裂缝
原生裂缝是指火山岩形成过程中由于冷凝收缩、气液爆炸导致原岩 (包括半固结熔浆和刚固结而成的岩石)开裂而形成的裂缝，以及矿物在此原生作用中形成的裂缝(如石英、长石的炸裂纹等)，和不同期次火山岩层间残余的界面缝。

根据成因的不同又可以细分为冷凝收缩缝和爆炸裂缝。

2.1.1 冷凝收缩缝
冷凝收缩缝是岩浆冷凝成岩时不均匀收缩所形成的裂缝，常呈半圆形或弧形，往往存在冷凝中心。

此类裂缝可以出现在多种类型的火山熔岩中，如侵出熔岩、溢流熔岩，但在凝灰岩中出现较少，相对在角砾岩和集块岩中较多。

CS608井的角砾流
纹岩、WF1井粗安岩等岩芯段中均有冷凝收缩缝发育，冷凝收缩缝延伸较短，呈
弯曲状，或沿层面发育 (图2a)。

显微薄片可观察到部分冷凝收缩缝被溶蚀，或为
黏土充填 (图2b)。

2.1.2 爆炸裂缝
爆炸裂缝是由火山喷发时岩浆上拱力、含挥发份或含水岩浆爆发力引起的岩浆气液爆炸作用形成的裂缝。

裂缝不定向，弯曲形、直形都有。

这种爆炸作用不仅会在自身岩体 (同期岩浆)，更会在围岩中形成爆炸裂缝。

CS607井含角砾流纹岩中爆炸
裂缝明显，具有显著的隐爆角砾结构 (图2c)。

在铸体薄片中显示石英斑晶发育爆
炸裂缝，切穿石英斑晶 (图2d)。

2.2 构造--后生裂缝
后生裂缝是指岩石在成岩之后经构造作用或溶蚀作用后形成的裂缝，由于主要是构造作用的原因，因此泛称构造裂缝。

原生孔隙和裂缝、构造裂缝常作为后期流体进入岩石发生溶蚀作用的通道，同时也发生溶蚀作用形成后生溶蚀裂缝。

构造--后生裂缝可以增加岩石的储集空间和改善岩石渗流能力，形成裂缝型储层或裂缝--孔隙型储层，但也可能因为化学成分再沉淀，形成新矿物而使物性变差。

2.2.1 张性裂缝
张性裂缝是由于张性应力作用形成的裂缝，裂缝面较粗糙、不平整，张开度大，延伸较远，但一般发育密度小，即使局部地段张性裂缝发育较多，也是疏密不均，很少密集成带，部分张性裂缝被后期充填。

通过岩芯观察发现张性裂缝开启程度较大，延伸较远，但裂缝面粗糙不平整，且被炭屑充填或方解石充填 (图2e)。

镜下特征
显示张性裂缝被炭质或硅质充填 (图2f)，裂缝面不平整。

张性裂缝可以切穿岩石
中的角砾或斑晶，连通性较好，对油气的运移和储集都有利。

2.2.2 剪切裂缝
剪切裂缝是剪切应力作用的结果，沿着最大剪应力面分布。

裂缝的错动方向与裂缝面平行。

剪切缝产状稳定、延伸长、较直、缝面平直、共轭产出、开张程度低，一般以高角度缝为主。

在CS608井流纹岩岩芯中观察到的剪切共轭裂缝较直，开张
程度低 (图2g)。

铸体薄片中观察到剪切共轭裂缝具有明显的连通性 (图2h)。

2.2.3 压性裂缝
压性裂缝是由于压性应力作用形成的裂缝，裂缝位移方向与裂缝面垂直，具有产状不稳定、舒缓波状、延伸较长、密集排列、裂缝宽度较小的特点。

在CS607井岩
芯中观察到的压性裂缝呈舒缓波状，延伸距离较长，贯穿了整个岩芯观察段(图2i)。

铸体薄片中压性裂缝显示较弯曲，延伸较长，裂缝具有一定的连通性，部分裂缝被充填的特点 (图2j)。

2.2.4 溶蚀--构造缝
溶蚀--构造缝是指经过构造作用和溶蚀作用共同改造形成的裂缝。

此类裂缝一般张开度较大、连通性较好、形状弯曲、长度不大。

在CS606井粗安岩中观察到裂缝
与气孔连通，但被钙质充填(图2k)。

显微薄片显示构造--溶蚀宽度较大，形状弯曲，可提高岩石的渗流能力 (图2l)。

3.1 裂缝类型
在对FMI识别的裂缝描述中存在多种分类方案，有学者按成因将裂缝分为构造缝、非构造缝和人工诱导缝［12］;或按裂缝产状分为垂直裂缝(75°～95°)、高角度裂缝(45°～75°)、低角度裂缝(15°～45°)、水平裂缝(0°～15°)［13］; 或按裂缝的闭合程度分为开启裂缝、闭合或充填裂缝［12］;或按电阻率特征和裂缝成因分为
高导缝、高阻缝、微裂缝和诱导缝［3］。

由于钻井液一般比地层电阻率低，高导缝一般代表开启裂缝，而高阻缝代表闭合充填裂缝。

在火山岩地层中，开启缝对储层意义重大，因此结合实际生产需要，将研究区火山岩储层裂缝分高导缝、高阻缝、钻井诱导缝和微裂缝四类描述。

3.1.1 高导缝
高导缝在FMI图像上表现为深色 (黑色)的正弦曲线，连续性比较好，裂缝边缘不
平直，有时沿裂缝边缘见有溶蚀扩大现象。

图3a的图像上的黑色曲线表明此类裂缝未被高阻物质充填 (如方解石)，可能为低阻泥质或有机质充填，或未被充填，通过和岩芯对比，发现裂缝未被充填，有利于提高火山岩储层的储集性能。

未充填的构造--后生裂缝 (如张性裂缝、溶蚀--构造缝)常表现为高导缝的特征。

3.1.2 高阻缝
高阻缝在FMI图像上表现为浅色--白色的正弦曲线，系高阻物质充填裂缝或裂缝
闭合而成 (图3b)。

高阻缝由于被充填或者闭合，不能成为好的储集空间和起到连
通孔隙的作用，因此，高阻缝减小了储层储集性能。

爆炸裂缝、压性裂缝或其他充填缝一般表现为高阻缝特征。

3.1.3 微裂缝
在火山岩地层中，除了构造作用会产生伴生的微裂缝外，冷凝收缩缝是另一种常见的微裂缝，为岩浆表面冷却收缩形成，冷凝收缩缝对于改善火山岩储层具有重要意义，是后期溶蚀作用发生的重要场所。

在FMI图像上，微裂缝显示为黑色特征，
与构造裂缝伴生的微裂缝多为较平缓的正弦图像(图3c)，而冷凝收缩缝呈现出树
枝状特征，而且极不规则，一般不具有正弦波状特征，收缩裂缝也存在一部分为水平层状。

3.1.4 钻井诱导缝
钻井诱导缝是由于地层被钻开后，原始地层应力释放，挤压井眼周围的地层，从而在井壁上产生裂缝。

在FMI图像上，钻井诱导缝显示为黑色线条，多呈雁状分布，最大特点是沿井壁呈180°对称出现在两个极板上 (图3d)。

诱导缝的走向与现今最大水平主应力的方向平行，可以为研究地应力状态和定向压裂提供依据。

3.2 裂缝参数定量计算
通过岩芯可以直接获得裂缝的相关资料，但是由于岩芯收获率、取芯数量以及岩芯不定向等方面的因素，不能获得裂缝的空间分布等信息。

虽然成像测井识别的裂缝与岩芯相比，精度存在差距，但是在测量井段内可以获取连续的信息，而且通过FMI成像测井资料可以对裂缝的倾向、倾角、裂缝宽度、裂缝密度、裂缝长度、
裂缝孔隙度等参数进行定量计算。

本文通过图像处理技术，得到井壁表面宏观裂缝的空间分布情况以及裂缝孔隙度等信息(图4～图6、表2)。

对于火山岩储层，裂
缝的发育程度是决定储层物性好坏的重要因素，从分析结果看，流纹岩段的裂缝发育程度最好，裂缝宽度大(36～131.8 μm)，裂缝孔隙度高 (0.029% ～0.097%)，
是火石岭组有利火山岩储层。

粗安岩段和火山碎屑岩段裂缝也有一定程度发育，裂缝密度和裂缝长度与流纹岩段相似，但是裂缝宽度和裂缝孔隙度都差很多，裂缝孔隙度为0.012%～0.020%。

在典型井中，CS9井火石岭组火山岩裂缝发育度高，
多井段见裂缝发育 (图4)，而WF1井裂缝主要发育于2 828～2 844 m、3 065～3 143 m和3 468～3 517 m三个井段 (图5)，CS10井裂缝主要发育于2 674～2 700 m、2 962～3 000 m和3 409～3 542 m三个井段 (图6)。

根据FMI识别的裂缝资料，结合断陷内的断裂特征，将工区火石岭组火山岩的裂缝发育带由北向南分为3个区:北部区、中部区和南部区。

4.1 北部区
该区域以顺直断裂控制为主，断裂走向近南北向，不同断层走向近于平行，断裂体系1和断裂体系2的断层倾向相向，构成地堑。

成像测井资料显示北部区高导缝存在两个优势走向，一组为近东西向，一组为北北西—南南东，与主断裂呈小角度相交，而且北北西—南南东走向的裂缝占优势 (图7)。

从成因机制上看，在断裂体系1和断裂体系2形成地堑的过程中产生一个近东西向的挤压应力，从而形成与主断裂相伴生的横张裂缝和纵张裂缝。

钻井诱导缝为近东西向，说明现今的地应力走向为近东西向 (图7)。

裂缝平均密度揭示，CS10的裂缝平均密度大，其值3.2条/m，而CS12的裂缝平均密度为0.69条/m(表3)。

这一现象可能是由于CS10区构造活动更为强烈，存在向东倾和向西倾两个不同倾向的断裂，而CS12区只有向西倾的断裂。

在裂缝的倾角方面，CS10比CS12的倾角小，为低角度缝--高角度缝(20°～75°)，而
CS12为高角度--垂直缝(45°～90°)(表3)。

4.2 中部区
该区域以交叉断裂控制为主，断裂体系1和断裂体系2相互穿插，前者走向为北北东—南南西，后者走向为北北西—南南东，二者倾向相背，形成王府断陷中央隆起区。

从天然气探明情况看，中部隆起区为天然气的富集区域。

中部区域的高导缝优势走向为近东西向，而南北走向的高导缝发育程度低甚至基本不发育，如WF1井和CS5井只存在近东西向的一组高导缝(图7)，这可能是中部
区域的地垒形成过程中产生了一个近东西向的拉张应力，且占主体优势。

钻井诱导缝的走向与北部区域一致，为近东西向 (图7)。

从裂缝密度方面看，中部区域裂缝密度最大，其中WF1、CS5和CS9的裂缝密度较大，说明中部区域为裂缝有利发育区，其中以WF1、CS5和CS9三个井区的裂缝最为发育 (表3)，这与该区的断裂相互穿插，断裂系统分布复杂有关。

中部区的裂缝倾角差别大，低角度缝、高角度缝和垂直缝都有分布 (表3)。

4.3 南部区
该区域与北部区基本一致，以顺直断裂控制为主，断裂走向北北东—南南西，在该区域断裂体系1和断裂体系2同样形成地垒，但是和中部区不同点在于该区域内不同断裂体系的断层没有相互穿插，其走向基本平行。

南部区高导缝也存在两个优势走向，且以近东西向为主，但是不同井位处的优势走向有所变化，表现出与主断裂走向近于垂直的特征 (图7)，其构造成因机制与中部区相同。

钻井诱导缝走向与北部区和中部区一致，为东西走向 (图7)，说明王府断陷现今的主应力方向为东西走向。

裂缝密度分布显示南部区整体裂缝密度最低，最大为0.90条/m，从断裂的分布可以看出，CS6离断裂较远，而CS7和CS9离断裂更近，因而其裂缝更加发育(表3)。

4.4 裂缝预测
在火山岩储层中，裂缝发育密集区为有利储层区，其含气性较好。

开展裂缝相关研究，分析裂缝分布发育规律，重要的目的是对裂缝有利区进行预测，从而指导油气勘探和井位部署。

本文在岩芯观察裂缝和用FMI成像测井资料分析裂缝发育规律的基础上，结合地震属性预测裂缝的平面分布规律。

目前国内外应用较多的裂缝地震识别和预测技术主要有三大类:多分量转换波裂缝检测、纵波方位各向异性检测和叠后地震属性分析［14--17］，基于三维纵波勘探已有的庞大数据量和技术基础，叠后地震属性
分析具有广阔的发展空间，成为近年来业界的研究热点。

本文采用的是叠后地震属性分析中的倾角属性分析，倾角属性是时间曲线的导数，定义为任意一个平面与水平面之间的夹角，通过垂直于地层走向的线与铅垂线来测量，该属性指示了地震反射的构造特征，地震解释人员可以用倾角属性来识别规模较大的断裂系统，也可以作为层位自动追踪性能的质量控制标准。

根据本文分析成果，将裂缝和断裂的分布图与倾角属性图加以对比，大断层在倾角属性图中表现为较长的线性条带，而短的线性条带通常是微裂缝的体现(图8)。

裂缝有利区集中在王府断陷中央隆起区部位，在划分的三个裂缝分区中，中部区裂缝最为发育，且以CS5井附近裂缝最为密集，与FMI成像测井分析的该区裂缝平均密度最高的特征相吻合。

北部区CS10附近
和南部区CS11附近裂缝也较为发育，可以作为勘探开发的重点井位部署区(图8)。

(1)研究区火山岩发育有原生裂缝和构造--后生裂缝，原生裂缝对改善储层意义不大，其重要作用在于可以为后期的成岩作用改造提供物质基础。

构造--后生裂缝的张开程度和延伸范围更大，且连通性好，可以作为油气运移通道或储集空间，形成裂缝型储层或裂缝--孔隙型储层。

(2)通过FMI成像测井识别出4类裂缝:高导缝、高阻缝、微裂缝和钻井诱导缝。

裂缝参数定量计算显示，流纹岩段的裂缝发育程度最好，粗安岩段和火山碎屑岩段裂缝孔隙度低。

(3)研究区火山岩储层裂缝可以分为北部区、中部区和南部区。

北部和南部的断裂
以顺直断裂控制为主，而中部以交叉断裂控制为主。

中部区裂缝平均密度高，是研究区的有利火山岩储层区。

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