川西坳陷上三疊統(tǒng)須二段裂縫發(fā)育特征

川西坳陷上三疊統(tǒng)須二段裂縫發(fā)育特征

孝泉-新昌-合興場(chǎng)地區(qū)位于龍門山前的四川水庫中部。晚三疊世以來，徐家河群的沉積期受到龍門山造山帶起伏的影響，沉積環(huán)境完成了海相向陸相的轉(zhuǎn)變，經(jīng)歷了印支、燕山和西山等多階段結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的變化。該區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組為致密砂巖儲(chǔ)層,自下而上分為須二—須五段,位于上覆的侏羅系白田壩組和下伏上三疊統(tǒng)的小塘子組、馬鞍塘組之上,并與下伏小塘子組、馬鞍塘組形成兩個(gè)成藏組合,即下部馬鞍塘、小塘子組(生)—須二段(儲(chǔ))—須三段(蓋),上部須三段(生)—須四段(儲(chǔ))—須五段(蓋)。前人研究表明,孝泉—新場(chǎng)—合興場(chǎng)地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層主要為須二段和須四段,屬裂縫型或孔隙—裂縫型儲(chǔ)層,除喜山運(yùn)動(dòng)對(duì)裂縫活化溝通的部分儲(chǔ)層能獲自然產(chǎn)能外,仍有大量的天然氣封存在微裂隙及孔隙中。據(jù)巖心密度統(tǒng)計(jì),裂縫密度普遍都超過5.59條/m,局部巖心段上包括微裂縫在內(nèi)高達(dá)65.71條/m,而川孝565井的薄片見縫率達(dá)到了78.9%,裂縫的廣泛發(fā)育在改善致密儲(chǔ)層砂巖物性上具有十分重要的作用[13,14,15,16,17,18,19,20]。研究裂縫的發(fā)育特征及分布規(guī)律,對(duì)該區(qū)致密砂巖氣藏勘探和開發(fā)都具有重要的意義。1低角度裂縫型為便于統(tǒng)計(jì)將該區(qū)巖心裂縫按角度大小分為Ⅰ型、Ⅱ型兩種,Ⅰ型指低角度裂縫(<45°,含水平裂縫),Ⅱ型指高角度裂縫(≥45°,含垂直裂縫)。對(duì)該區(qū)8口重點(diǎn)井的巖心進(jìn)行了觀察,并選擇其中典型段的52.28m作了細(xì)致識(shí)別與統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1所示。1.1低角度裂縫殘留油跡《紅柳園井》部分巖心上出現(xiàn)頻率最多的是低角度裂縫,通常小于等于15°,基本上沿板狀交錯(cuò)層理或水平層理分布,縫寬小于等于0.30mm,大多無充填,處于開啟狀態(tài),部分所觀察到的低角度裂縫殘留有油跡。低角度裂縫在所觀察的8口井中均有分布,并在某一層段密集出現(xiàn),呈“酥餅狀”構(gòu)造。高角度裂縫出現(xiàn)頻率相對(duì)較低,延伸較長,縫面平直,縫寬較低角度裂縫大,巖心上可見視寬度為30mm的高角度裂縫,一般呈充填或半充填狀態(tài),充填多為碳酸鹽,也可見硅質(zhì)膠結(jié)物,未充填或半充填的縫壁常常被有機(jī)質(zhì)浸染。低角度裂縫、高角度裂縫及不同傾向的各種裂縫可同時(shí)出現(xiàn),它們可能是同期的或非同期的,并構(gòu)成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。1.2高角度裂縫該區(qū)須家河組以發(fā)育低角度裂縫為主,發(fā)育密度大致是高角度裂縫的10倍,出現(xiàn)頻率超過90%。無論是低角度還是高角度裂縫,須二段都較須四段更為發(fā)育,其裂縫平均密度顯著大于須四段(表1、圖1)。2裂縫分析與成因機(jī)制的探討2.1通過對(duì)裂縫的分析計(jì)算2.1.1補(bǔ)土縫及其他土的內(nèi)涵顯微鏡下所觀察到的裂縫根據(jù)形態(tài)大致可以分為如下幾種(圖2):1)碳酸鹽膠結(jié)物溶解使縫寬擴(kuò)大及互相連通,微裂縫的長度通常超過5mm(圖2-a)。2)長石溶蝕并改造的裂縫,視寬度較大,達(dá)到幾十微米,縫壁有溶蝕痕跡,可有暗色不溶礦物沉淀,有時(shí)連通兩個(gè)或以上次生孔隙(圖2-b)。3)切穿顆粒與基質(zhì)的微裂縫,延伸長度較大,一般超過一個(gè)顆粒直徑,鏡下可達(dá)5mm甚至更長,一般縫寬介于2~5μm,但也有較大的可達(dá)20μm,常常在局部范圍內(nèi)有較好定向性(圖2-c)。4)延伸長度僅限于顆粒內(nèi)部的裂縫,裂縫較平直,縫寬較小,通常為1~2μm,有時(shí)聯(lián)結(jié)成方格網(wǎng)狀,在剛性顆粒如石英表面常見(圖2-d)。5)粒緣微裂縫,裂縫一般較彎曲,延伸方向視顆粒邊緣輪廓走向而定,但也有少數(shù)延伸到基質(zhì)與其他顆粒內(nèi)部的現(xiàn)象,與后期的改造作用有關(guān)(圖2-e)。6)縫合線,薄片下主要觀察到粒間縫合線,可伴有不溶殘余礦物沉淀和有機(jī)質(zhì)富集,如瀝青充填(圖2-f)。此外,鏡下亦常見有機(jī)質(zhì)充填縫及其中的收縮縫,有機(jī)質(zhì)充填縫寬介于0.1~0.3mm,由于有機(jī)質(zhì)的收縮作用,其內(nèi)部可出現(xiàn)一些細(xì)小的微裂縫,寬度約數(shù)微米,延伸方向不超過有機(jī)質(zhì)條帶邊界,呈開啟狀態(tài),但其連通性較差。另外,還有一種沿礦物顆粒解理面裂開的裂縫,如沿云母、長石、碳酸鹽等解理較發(fā)育的礦物顆粒發(fā)育的微裂縫,由于縫寬小且延伸不大,彼此獨(dú)立,溝通性很差,意義不大。2.1.2須片段巖心顯微結(jié)構(gòu)為了說明薄片裂縫的分布特征,尤其是須二段和須四段裂縫發(fā)育和分布的差異性,選取裂縫較為發(fā)育的川孝565井,對(duì)薄片中裂縫進(jìn)行了系統(tǒng)鑒定和統(tǒng)計(jì),據(jù)Cmexoba等于1962年提出的薄片微裂縫各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算公式,計(jì)算微裂縫的各項(xiàng)特征參數(shù)并求取平均值(表2)。須二段與須四段相比,前者比后者具有較大的微裂縫面積密度,但差別不大,且沒有考慮微裂縫的寬度;須二段微裂縫的平均長度和平均寬度顯著大于須四段,分別是須四段的12倍和6倍;須二段的微裂縫孔隙度平均值顯著大于須四段,分別為0.51%和0.16%,須二段的孔隙度是須四段的3.2倍;須二段微裂縫的內(nèi)蘊(yùn)滲透率顯著大于須四段,須二段是須四段的444倍。川孝565井71個(gè)具有代表性的薄片中,鏡下可識(shí)別裂縫的薄片有56個(gè),包括30個(gè)須二段的薄片和41個(gè)須四段的薄片。其中須二段見縫薄片22個(gè),見縫頻率為73.3%,須四段見縫薄片34個(gè),見縫頻率為82.9%。須四段比須二段具有較高的薄片見縫頻率,但與該井的巖心觀察結(jié)果不一致,在須四段的巖心上可供統(tǒng)計(jì)的裂縫很少,因而就對(duì)儲(chǔ)層更有價(jià)值的裂縫來說,須二段應(yīng)該比須四段更發(fā)育。據(jù)川孝565井須二、須四段巖心孔隙度和滲透率的分析結(jié)果,可估算裂縫孔隙度和內(nèi)蘊(yùn)滲透率對(duì)總孔隙度和總滲透率的貢獻(xiàn)值(表3)。須二段裂縫孔隙度和內(nèi)蘊(yùn)滲透率對(duì)總孔隙度和總滲透率的貢獻(xiàn)值都顯著大于須四段,但如果只考慮薄片中的微裂縫,其對(duì)總孔隙度和總滲透率的貢獻(xiàn)值都很小,孔隙度貢獻(xiàn)值為19.88%,滲透率的貢獻(xiàn)值僅為0.548%,但無論是孔隙度還是滲透率,都應(yīng)對(duì)巖心尺度的孔隙度和滲透率產(chǎn)生一定的影響,特別是對(duì)一些滲透率很低的樣品來說,微裂縫對(duì)滲透率的增加會(huì)有一些作用。2.2裂縫發(fā)育的偶然性前人認(rèn)為構(gòu)造裂縫對(duì)該區(qū)的油氣聚集起著主要作用[17,21,22,23,24,25,26],而對(duì)該區(qū)的古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)模擬,構(gòu)造應(yīng)力差值小,構(gòu)造裂縫不發(fā)育,且構(gòu)造裂縫難以解釋縫洞系統(tǒng)的分布。而該區(qū)致密儲(chǔ)層中無論是巖心觀測(cè)還是薄片下觀察裂縫,總體上都可見裂縫缺乏良好的定向性、具有無組系、無規(guī)律性、分布具有局限性與偶然性。孝泉—新場(chǎng)—合興場(chǎng)地區(qū)裂縫中充填的自生石英具有較低的沉淀溫度(58~68℃),沉淀時(shí)間大致在須四時(shí)中期,表明這些裂縫是在須四時(shí)中期以前就已形成。主要儲(chǔ)層須二段和須四段都經(jīng)歷了燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng),此外須二段還經(jīng)歷了安縣運(yùn)動(dòng)。裂縫主要發(fā)育在須二段,說明須二段經(jīng)歷了比須四段不同的與裂縫形成機(jī)制有關(guān)的地質(zhì)條件,同時(shí)這種地質(zhì)條件也主要是非構(gòu)造成因的。非構(gòu)造成因機(jī)制主要是差異壓實(shí)作用,其次是雷口坡組地層中厚度巨大的蒸發(fā)巖可能發(fā)生溶解及雷口坡組地層中蒸發(fā)巖的二次脫水,此外砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物溶解及長石溶蝕使縫寬擴(kuò)大及互相連通,在一定程度上能夠改善儲(chǔ)層。非構(gòu)造作用是該區(qū)尤其是須二段裂縫形成的主要機(jī)制,但其后經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力都可能疊加在原有的非構(gòu)造成因裂縫上,使其具有構(gòu)造成因的色彩。研究中曾觀察到后期構(gòu)造成因裂縫對(duì)早期非構(gòu)造成因裂縫的疊加,在相對(duì)早期階段發(fā)育的裂縫被自生碳酸鹽礦物充填后愈合,又在相對(duì)晚期階段沿原裂縫部分重新發(fā)育新的裂縫,并切穿原有裂縫中的碳酸鹽膠結(jié)物。3須片段裂縫與微裂縫成因的構(gòu)造因異1)無論是巖心尺度的裂縫還是薄片尺度的裂縫,須二段均比須四段更為發(fā)育。據(jù)巖心觀察和統(tǒng)計(jì),低角度裂縫比高角度裂縫更為發(fā)育,前者的密度大致是后者的10倍。2)據(jù)薄片鑒定和參數(shù)計(jì)算,微裂縫對(duì)須二段儲(chǔ)集空間的影響顯著大于須四段,分布于須四段中的微裂縫主要是一些寬度很小,延伸長度很短的裂縫。在須二段地層中,對(duì)儲(chǔ)層滲透率有實(shí)質(zhì)性影響的也主要是一些相對(duì)宏觀的裂縫,大多數(shù)