裂缝性油气藏地球物理勘探技术进展

1 裂缝性储层的意义

全球石油天然气产量有一半以上分布于裂缝性储层中。21世纪全球油气增储上产的重要领域之一便是裂缝性油气藏[1]。裂缝性储层以碳酸盐岩为主，岩类主要包括石灰岩和白云岩及其过渡类型，此外还有少量其他岩类的裂缝性储集层，如基底火成岩和变质岩古风化壳裂缝性储层，致密砂岩、泥岩裂缝性储层等。裂缝性储层在全球均有分布，如中亚的缝洞型碳酸盐岩储层、美洲的白垩系裂缝储层、北海的白垩储层以及美国得克萨斯州的Sperapery特低渗裂缝砂岩储层。在我国境内也广泛发育低渗透裂缝性储层，如渤海湾盆地广大地区发现的石炭系碳酸盐岩裂缝性潜山，兴隆台地区的太古界花岗岩、中生界花岗角砾岩和火山喷发岩组成的风化壳储集层系，千米桥的缝洞型潜山；四川盆地的缝洞型碳酸盐岩和上三叠统裂缝性碎屑岩储层；塔里木盆地广泛发育的寒武系—奥陶系的碳酸盐岩储集层系；准噶尔盆地克拉玛依油田志留系—泥盆系变质岩基底风化带及火烧山油田砂泥岩裂缝储集层；吐哈盆地丘陵油田中侏罗统砂岩裂缝储集层等[2,3]。可见，裂缝油气藏的勘探在油气勘探中占有重要位置。

据统计，我国裂缝型油气藏的储量占已探明油气储量的三分之一左右；“九五”期间，我国四分之三的可用油气储量在低渗透致密裂缝型油田中。因此，裂缝型油气藏的勘探对我国未来石油工业的发展有着十分重要的意义。

非常规油气藏的勘探开发日益受到重视，其中要解决的一个主要地质问题就是裂缝的评价问题。克拉通盆地中页岩气在裂缝处往往富集。页岩层渗透率越大，游离态气体的储集空间就越大。裂隙发育程度对渗透率影响最大，裂隙能够大大增加页岩层的渗透率，聚集相当数量的游离态页岩气。

储层裂缝主要以构造裂缝为主，其次为非构造裂缝（如成岩裂缝等）。构造裂缝的发育往往与构造样式、所处的构造位置和地层（或岩石）力学特性密切相关，在局部构造和断裂带中的分布具有明显的规律性。褶皱的翼部和端部，断裂带两侧或断层末端应力释放区无疑是裂缝发育带。另外，在高孔隙、脆性较差的储层中，裂缝发育是有限的，且张开度小；而在低孔隙度的脆性储层中，裂缝发育，且延伸较广。因此，构造裂缝特征及分布规律受裂缝形成期的构造应力场活

动强度及活动方式、岩性力学属性、先存构造特征及褶皱强度等多方面因素的制约[2]。

2 裂缝性储层的分类

根据成因类型的不同，可将裂缝分为人工诱导裂缝和天然裂缝。其中天然裂缝还可分为构造裂缝（由构造作用或构造运动形成的裂缝，按构造序次又可进一步分为伴生裂缝和诱导裂缝）和非构造裂缝（由成岩作用、干裂、风化、重结晶作用以及压溶作用形成的裂缝）。天然裂缝是油气勘探过程中要重点研究的类型。裂缝型储层是指以裂缝为主要储集空间、渗流通道的储集层，有的也对储集层中分散、孤立的孔隙起连通作用，增加有效孔隙度，一般具有高渗透特征。裂缝型储层的分类方法多种多样，有人按储集层岩性将裂缝性储集层分为三种储集层类型，即碳酸盐岩裂缝性储集层、砂泥岩裂缝性储集层及其它岩类裂缝性储集层[3]。

也有人把裂缝型储层分成另外三种类型：一类是致密岩类，如四川盆地下二叠统（阳新统），其岩石基质孔隙度小于1%，渗透率小于0.1 毫达西，因其构造裂缝发育形成而形成了有效的储、渗空间；第二类是古风化壳溶蚀孔、洞储集层，渗透率极低，一般小于0.01 个毫达西，但与后期构造裂缝搭配，形成了裂缝—孔洞（穴）型储层，如四川盆地的震旦系和奥陶系储集层；第三类是低孔隙储集层，如四川东部的石炭系碳酸盐岩（孔隙度3%～4%）、上三叠统须家河组砂岩（孔隙度5%～6%），他们的基质孔隙渗透率很低，一般在0.01 毫达西左右，只有当构造裂缝发育的地区，才能形成裂缝—孔隙型储集层，形成工业性的天然气藏[4]。

构造运动、构造应力场以及岩石力学性质等多种因素共同制约了天然裂缝的特征和分布规律。就外因来说，地层断裂体系、构造变形、层面曲率、构造位置等与地层应力相关的因素影响了裂缝的发育程度和横向展布特征。相对而言，与断层的距离越近，构造裂缝可能越发育；构造变形越严重，层面曲率越大，如地层发生褶皱的位置，构造裂缝也会越发育，并且裂缝的发育过程不仅伴随褶皱弯曲变形的整个过程，而且还会持续至褶皱形成之后。就储层本身的岩石特征和力学特征而言，储层厚度、岩石成分、颗粒、结构等因素均影响裂缝的发育。储层

厚度越小，越容易形成裂缝；岩石颗粒越大，越易发育微裂缝。岩性控制岩石的力学性质，不同岩性的储层，其裂缝发育程度也不同。另外，溶蚀作用对裂缝的纵向分布特征有影响[5]。

3 裂缝的定量化表征参数

裂缝的定量化表征参数主要有裂缝间距（密度）、长度（延伸）、宽度、高度（切深）、倾角、方位、开启度、裂缝孔隙度和渗透率。其中裂缝孔隙度和渗透率是评价裂缝对开发效果影响的关键因素，同时也是极难获得的参数[3]。

裂缝密度描述裂缝的发育程度（其定义为单位体积内的裂缝的根数，可用此定性描述裂缝）。裂缝密度进一步细分可划分为线性密度、面积密度、体积密度及裂缝孔隙度（指开启、填充、填充度）。

裂缝空间方位（裂缝组系）：指在最大主应力（切应力或正应力）产生作用的情况下，在一定受力条件下形成的一套裂缝或裂缝体系。主应力对整个裂缝组系产生的作用原则上是一致的。因而裂缝组系内裂缝的方向应从属于一定的范围。

鉴于裂缝性油气藏孔隙度低、非均质性强且裂缝分布复杂，于是研究裂缝发育的区域、方位和密度就成为寻找和控制裂缝性油气藏的关键因素，这与寻找孔隙性油气藏有本质区别。

4 地震资料的裂缝识别和预测技术

传统方法是借助岩芯露头和井数据来进行裂缝检测。虽然岩芯露头资料能提供直观、可靠的裂缝资料，综合各种测井资料能对裂缝进行准确识别，但岩芯及测井资料控制点有限，存在研究深度和分布范围上的局限性，其它的地质分析方法又依赖人为假设，会产生人工干预错误。有人曾经用分形技术借助地震分辨断裂的分布特征，再根据其自相似性（因为大断裂和微裂缝往往受到同一个应力场的控制），预测地震分辨率以内的断层和裂隙分布，并从实验中验证了它的有效性。但是该法的应用目前尚处于试验阶段。一般认为分形特征的分布是局限在一