準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征及控制因素

劉冬冬張 晨羅 群張譯丹,高 陽(yáng)張?jiān)漆撝斓掠钔?健

（1中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院）

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征及控制因素

劉冬冬1張 晨1羅 群1張譯丹1,2高 陽(yáng)2張?jiān)漆?朱德宇1王 健1

（1中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院）

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組發(fā)育一套致密儲(chǔ)層，致密儲(chǔ)層低孔致密的特征決定了裂縫對(duì)于改善其孔滲結(jié)構(gòu)十分關(guān)鍵。通過野外露頭、巖心、鑄體薄片和掃描電鏡觀察，識(shí)別出蘆草溝組致密儲(chǔ)層主要發(fā)育構(gòu)造縫、成巖縫和異常高壓縫3種類型裂縫。構(gòu)造縫包括剪切縫和擴(kuò)張縫，成巖縫包括層理縫、粒內(nèi)縫和粒間縫，異常高壓縫主要為泄水縫。構(gòu)造縫多數(shù)為高角度，與準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷的幾期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。層理縫存在兩種可能成因，包括構(gòu)造作用和生烴作用；粒內(nèi)縫和粒間縫的成因與溶蝕作用有關(guān)。泄水縫的成因是巖層在受到異常流體高壓時(shí)，其中一個(gè)應(yīng)力變?yōu)閺垜?yīng)力，形成走向彎曲開度不一的裂縫脈群。通過對(duì)上甜點(diǎn)體13口井和下甜點(diǎn)體8口井的成像測(cè)井統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)構(gòu)造縫發(fā)育較少，其密度多在0.5條/m以下；而層理縫密度高很多，多在2條/m以上；結(jié)合巖心觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，層理縫是蘆草溝組致密儲(chǔ)層最主要的裂縫類型，占總數(shù)的70%以上。影響蘆草溝組致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的控制因素包括沉積微相、巖性、巖層非均質(zhì)性、巖層厚度、有機(jī)碳含量和構(gòu)造作用等。

吉木薩爾凹陷；蘆草溝組；天然裂縫；成像測(cè)井；發(fā)育特征；控制因素

致密油是指與生油巖互層、緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)集巖中，未經(jīng)過大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移的石油聚集。致密儲(chǔ)層的滲透率小于或等于1mD，一般需改造才能獲得工業(yè)油流[1-4]。致密儲(chǔ)層低孔致密的性質(zhì)決定了其油氣運(yùn)移和聚集的方式與常規(guī)儲(chǔ)層存在重大差異，其孔隙類型主要以粒內(nèi)孔和粒間孔為主，石油分布在細(xì)小的孔隙和喉道之間[5-7]，而裂縫往往能起到溝通孔隙、喉道的作用，裂縫較發(fā)育的層段往往也是致密油的富集層段。因而針對(duì)致密儲(chǔ)層裂縫的研究對(duì)于評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層甜點(diǎn)分布非常重要。

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組鉆井見大段熒光顯示和氣測(cè)異常，目前已在J25井、J172井、J174井、J251井等多口鉆井獲工業(yè)性油流，取得了準(zhǔn)噶爾盆地東南部致密油勘探的重要突破。吉木薩爾凹陷發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，有機(jī)碳含量（TOC）普遍大于2%，有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型主要為II1型，鏡質(zhì)組反射率Ro總體在0.8%～1.0%之間，處于低成熟—成熟演化階段，生油潛力較高。據(jù)估計(jì)，吉木薩爾凹陷資源量達(dá)3.8×108t，具有巨大的勘探潛力[8-9]。

吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育程度較低，一直以來缺乏系統(tǒng)針對(duì)性的研究，關(guān)于該組致密儲(chǔ)層裂縫的類型、分布比例以及裂縫主控因素目前尚不清楚，因而對(duì)該組致密儲(chǔ)層裂縫開展系統(tǒng)性研究則顯得十分重要。本文通過野外露頭、巖心、成像測(cè)井、鑄體薄片、掃描電鏡觀察等手段，系統(tǒng)地對(duì)蘆草溝組致密儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行研究，分析其類型、分布比例及發(fā)育主控因素，這對(duì)于研究區(qū)致密油的勘探開發(fā)具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

吉木薩爾凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地東南部，北界為吉木薩爾斷裂，南界為三臺(tái)斷裂，西界為西地?cái)嗔?，向東逐漸過渡為奇臺(tái)凸起，是個(gè)西深東淺、西斷東超的箕狀凹陷，面積約為1278km2（圖1）。吉木薩爾凹陷是在下石炭統(tǒng)褶皺基底上形成的，由于凹陷內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，因此凹陷內(nèi)形成了一套自二疊系至第四系較為齊全的沉積地層，最大沉積厚度可達(dá)5000余米[10-11]。

圖1 吉木薩爾凹陷構(gòu)造位置及主要鉆井井位圖

吉木薩爾凹陷致密油的主要目標(biāo)層段為二疊系蘆草溝組，其在整個(gè)凹陷內(nèi)均有分布，呈南厚北薄、西厚東薄的趨勢(shì)，平均厚度約200～350m。其自下而上劃分為蘆草溝組一段（P2l1）和二段（P2l2）兩套致密型砂泥巖正旋回儲(chǔ)蓋組合。蘆草溝組二段和一段又各自分為2個(gè)層組，共4個(gè)單元，分別為

2 裂縫的成因類型

在吉木薩爾縣附近大龍口水庫(kù)剖面、大龍口村剖面和小龍口村剖面對(duì)蘆草溝組裂縫的野外露頭進(jìn)行詳細(xì)觀察，另外對(duì)蘆草溝組致密儲(chǔ)層巖心也進(jìn)行了系統(tǒng)觀察。通過對(duì)蘆草溝組儲(chǔ)層野外露頭和巖心的精細(xì)描述與統(tǒng)計(jì)，厘定出蘆草溝組致密儲(chǔ)層裂縫的3種基本類型，分別為構(gòu)造縫、成巖縫和異常高壓縫。

2.1 構(gòu)造縫

構(gòu)造縫在野外露頭最為發(fā)育，野外露頭觀察顯示構(gòu)造縫主要為剪切縫和擴(kuò)張縫。剪切縫是最常見的構(gòu)造縫類型，通常呈X狀，產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸長(zhǎng)，縫面平直光滑，在裂縫面上常有擦痕，裂縫的尾端常以尾折或菱形結(jié)環(huán)的形式消失（圖2a）。擴(kuò)張縫產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸短，裂縫面粗糙不平(圖2b)。裂縫開度主要分布在0.1～5.0mm，以未充填為主。

圖2 蘆草溝組構(gòu)造縫露頭、巖心和鏡下特征

巖心也觀察到部分構(gòu)造縫，但發(fā)育較少，往往為高角度裂縫，縫面近垂直。裂縫長(zhǎng)度在0.1～20cm之間。構(gòu)造縫往往不連續(xù)，部分構(gòu)造縫與層理縫交叉，形成油氣運(yùn)移通道（圖2c、d），可見構(gòu)造縫在溝通裂縫網(wǎng)絡(luò)方面起著重要作用。

鑄體薄片也可以觀察到部分構(gòu)造縫，構(gòu)造縫在鑄體薄片上的特征表現(xiàn)為切穿層理，裂縫較平直，裂縫寬度在0.1～100μm之間，裂縫長(zhǎng)度在0.1～10 mm之間，構(gòu)造縫被充填程度約為70%，充填礦物多數(shù)為石英、方解石、白云石等，也有部分被泥質(zhì)充填（圖2）。

構(gòu)造縫的成因與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造部位有關(guān)，露頭構(gòu)造縫較多而巖心較少，這主要與其受到的構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)。露頭區(qū)因?yàn)樘幱谂璧剡吘?，地層抬升幅度大，地層?yīng)力場(chǎng)也發(fā)生了重大變化，圍壓顯著變小；而巖心處于盆地中心位置，其往往整體抬升或沉降，圍壓未發(fā)生重大變化，地層之間也較少發(fā)生錯(cuò)動(dòng)等，所以巖心構(gòu)造縫發(fā)育較少。同時(shí)，構(gòu)造縫的發(fā)育也與其所處構(gòu)造部位有很大關(guān)系，野外露頭觀察顯示，靠近斷裂及褶皺核部的地方，構(gòu)造縫密度也明顯增加。

2.2 成巖縫

成巖縫在野外露頭和巖心均較發(fā)育，宏觀上主要為層理縫（圖3）。巖心、測(cè)井、試油等資料的研究表明，致密儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)育大量層理縫，其所在層位與含油層層位對(duì)應(yīng)良好，層理縫沿層理面低角度或水平延伸，并常和較高角度的天然裂縫伴生形成相互交織的網(wǎng)狀裂縫，能大大提高致密儲(chǔ)層的孔隙空間和滲流能力，并為流體運(yùn)移提供通道，從而大大改善儲(chǔ)層。

層理縫開度小，且地層條件下大多呈閉合狀態(tài)。早期裂縫形成以后，如果裂縫被烴類充填，則會(huì)成為烴類儲(chǔ)集空間，裂縫往往得以保存；如果裂縫內(nèi)無烴類充填，往往成為地下流體運(yùn)移的輸導(dǎo)通道，流體在運(yùn)移過程中，由于溫度、壓力條件的改變，其攜帶的大量成巖物質(zhì)發(fā)生過飽和沉淀。最明顯的是SiO2遷移至淺處導(dǎo)致石英的沉淀，以及CaCO3遷移至深處形成的嵌晶狀方解石的沉淀膠結(jié)。這些石英和方解石的沉淀膠結(jié)堵塞了裂縫內(nèi)的滲濾空間，使裂縫的有效性降低。

層理縫在巖心上表現(xiàn)為與層理面近平行，遇到礦物顆粒會(huì)繞過，往往表現(xiàn)為一頭較寬、往另一頭逐漸尖滅的特征，裂縫寬度在0.1～5μm變化，裂縫長(zhǎng)度在0.1～10mm之間。多數(shù)層理縫后期被充填，充填物為泥質(zhì)、鐵質(zhì)或石英、長(zhǎng)石、方解石等礦物（圖3c）。

層理縫的形成與層理面是巖層薄弱面有關(guān)，但不是所有層理都會(huì)形成裂縫，這與層理面的泥巖含量多少有關(guān)。泥巖含量多，泥巖發(fā)生變形釋放應(yīng)力，不易形成層理縫，即使形成層理縫也容易被后期改造重新充填；如果泥巖含量少，層理兩側(cè)砂巖未被完全隔開而成巖固結(jié)，也不易形成層理縫。只有層理面泥巖含量適中才易形成層理縫[13]。

圖3 蘆草溝組成巖縫露頭、巖心和鏡下特征

關(guān)于層理縫的形成機(jī)制，存在多種可能的成因。一種解釋是可能與構(gòu)造作用有關(guān)。由于層理面是巖層薄弱面，當(dāng)封閉體系內(nèi)壓力梯度升高的值大于致密砂巖薄弱面（層理面）破裂成縫的值時(shí)，部分層理面會(huì)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或張開形成裂縫[14]。在致密儲(chǔ)層中，紋層發(fā)育的層段較容易發(fā)育層理縫，就是由于該原因。另一種解釋是與生烴作用有關(guān)。致密儲(chǔ)層中部分泥巖層段有機(jī)質(zhì)豐富，有機(jī)質(zhì)在生烴過程中會(huì)發(fā)生生烴增壓作用，導(dǎo)致部分層理縫的開啟。另外，早期烴源巖排出的酸性水或烴類沿交錯(cuò)層理的層系界面運(yùn)移時(shí)發(fā)生溶蝕作用，由于層理界面上炭屑豐富，因此這種巖性軟弱面在早期烴類運(yùn)移過程中成為烴類選擇性運(yùn)移通道，也會(huì)形成層理縫[15]。蘆草溝組巖心觀察顯示甜點(diǎn)層段層理縫往往含油性好（圖3c），可見部分層理縫的開啟與烴類注入有關(guān)。

成巖縫也包括微觀尺度的粒內(nèi)縫、粒間縫等，粒內(nèi)縫主要為礦物內(nèi)部的溶蝕縫，而粒間縫主要沿礦物顆粒邊緣分布，主要與溶蝕作用有關(guān)（圖3g—i）。溶蝕作用是改善裂縫有效性的一種建設(shè)性成巖作用。早期裂縫由于后期被充填，有效性變差，但一旦裂縫充填物被溶蝕，裂縫連通性增強(qiáng)，裂縫的有效性又會(huì)變好。

2.3 異常高壓縫

異常高壓縫主要在巖心可觀察到，主要為泄水縫（圖4）。裂縫特征表現(xiàn)為裂縫脈群，且走向彎曲，開度不一，單條裂縫的寬度在0.2～5mm范圍變化，最大可達(dá)10mm，延伸長(zhǎng)度為數(shù)毫米至數(shù)厘米。

圖4 蘆草溝組異常高壓縫巖心和鏡下特征

泄水縫的成因?qū)儆谒ψ饔脵C(jī)制，形成時(shí)存在較高的異常流體超壓作用。在異常流體高壓作用下，可使巖石至少有一個(gè)主應(yīng)力表現(xiàn)為拉張應(yīng)力狀態(tài)，從而形成走向彎曲、開度不一的張裂縫。不過泄水縫在產(chǎn)生之后絕大多數(shù)會(huì)被方解石、白云石等脈體充填，使得其有效性往往很低，含油性差，幾乎不含油。

2.4 裂縫的發(fā)育特征

根據(jù)巖心觀察及統(tǒng)計(jì)，蘆草溝組巖心裂縫長(zhǎng)度主要集中在0.1～10cm范圍內(nèi)，少數(shù)構(gòu)造縫延伸長(zhǎng)度在20cm以上。裂縫的開度多數(shù)在0.1～1mm之間，部分層理縫由于巖心取出地表后壓力釋放，開度會(huì)大于1mm，不應(yīng)視為真實(shí)開度。

蘆草溝組裂縫主要以水平縫、低角度縫（傾角小于30°）為主，這與層理縫占多數(shù)有關(guān)，構(gòu)造縫往往為高角度縫（傾角大于60°），與層理縫交叉，形成局部裂縫網(wǎng)絡(luò)，可見構(gòu)造縫往往起到溝通層理縫的作用。泄水縫（異常高壓縫）產(chǎn)狀不一，從低角度到高角度均有發(fā)育。

蘆草溝組巖心裂縫整體充填程度較高，異常高壓縫（主要為泄水縫）幾乎全部被充填，充填物為長(zhǎng)石、石英、方解石、白云石等；層理縫充填程度約為80%以上，為全充填—半充填，充填物主要為油苗、泥質(zhì)、炭質(zhì)、方解石、石英等；構(gòu)造縫充填程度也較高，約為70%左右，為全充填—半充填，充填物與層理縫類似，也為油苗、泥質(zhì)、炭質(zhì)、方解石、白云石、石英等。

3 裂縫的成像測(cè)井識(shí)別

3.1 裂縫成像測(cè)井識(shí)別標(biāo)志

成像測(cè)井技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新型測(cè)井技術(shù)，它使測(cè)井資料的應(yīng)用變得更加直觀，測(cè)量結(jié)果變得更加精細(xì)[16-17]。將成像測(cè)井資料和巖心分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，不僅可以精細(xì)描述儲(chǔ)層的沉積特征，還可以用來識(shí)別和觀察裂縫。目前普遍使用的成像測(cè)井包括全井眼微電阻率掃描成像測(cè)井（Fullbore Formation MicroImager, 簡(jiǎn)稱FMI）和聲波成像測(cè)井（Ultrasonic Borehole Imager，簡(jiǎn)稱UBI）兩種[18]。本文主要利用電阻率成像測(cè)井（FMI）資料，分析蘆草溝組裂縫的分布。

FMI圖像上的顏色代表的是井壁剖面的電阻率值，一般將高電阻率刻度為白色，將低電阻率刻度為黑色。鉆井液電阻率比井壁環(huán)型地層剖面的電阻率低得多。由于鉆井液的侵入, 開口縫一般表現(xiàn)為低電阻率黑色，而閉合縫和充填縫一般表現(xiàn)為高電阻率白色。對(duì)于半充填縫, 充填部分表現(xiàn)為高電阻率白色，開口部分表現(xiàn)為低電阻率黑色[19]。蘆草溝組巖心成像測(cè)井資料顯示微裂縫發(fā)育程度一般，主要分為兩類，分別為構(gòu)造縫和層理縫。構(gòu)造縫以高角度縫為主，往往與層理縫交叉。如圖5a所示，發(fā)育高角度構(gòu)造縫，裂縫開度在1～3mm之間變化；圖5b所示，構(gòu)造縫產(chǎn)狀近直立，與層理縫交叉，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)。

圖5 蘆草溝組構(gòu)造縫成像測(cè)井特征

由于層理縫與層理面近平行，如何在成像測(cè)井上區(qū)分層理和層理縫是主要難題，研究認(rèn)為主要可以通過兩點(diǎn)來識(shí)別層理縫。一是通過成像測(cè)井的顏色來區(qū)分，層理縫在成像測(cè)井上表現(xiàn)為黑色或白色條紋，區(qū)別在于是否充填以及充填物的差別。前已述及，電阻率成像測(cè)井（FMI）的原理是通過巖石電阻率的差別來成像，如果層理縫張開未充填，那么鉆井液會(huì)注入導(dǎo)致電阻率比周圍巖層低很多，成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為黑色條帶；如果層理縫被云質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)等充填，電阻率會(huì)大大增加，則成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為白色條帶。如圖6a所示，層理縫開啟未被充填，鉆井液注入導(dǎo)致電阻率降低，故成像測(cè)井圖像上顯示為黑色條帶；圖6b中層理縫被云質(zhì)脈體充填，導(dǎo)致電阻率增加，故成像測(cè)井圖像上顯示為白色條帶。

層理縫區(qū)別于層理的另一個(gè)特征是層理縫常未貫穿巖心，在靜態(tài)圖上層理縫常表現(xiàn)為逐漸尖滅；而層理貫穿巖心，厚度相對(duì)一致。如圖6a所示，層理縫與下面的層理面有明顯差別，層理縫開度變化不一，而層理面厚度較均一。

3.2 裂縫成像測(cè)井統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)蘆草溝組上甜點(diǎn)體13口井巖心的成像測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)顯示（表1），構(gòu)造縫發(fā)育較少，只有J174井、J34井構(gòu)造縫密度相對(duì)較大，大于0.7條/ m，其他井位構(gòu)造縫較少發(fā)育，密度多在0.4條/m以下（圖7）。層理縫整體密度比構(gòu)造縫高很多，其中J174井、J32井、J33井、J37井層理縫密度較大，均大于3條/m，J37井最高，裂縫密度為3.47條/m，其他井位也均在2.5條/m左右（圖7）。

圖6 蘆草溝組層理縫成像測(cè)井特征

表1 蘆草溝組上甜點(diǎn)體與下甜點(diǎn)體裂縫密度表單位：條/m

圖7 蘆草溝組典型井上甜點(diǎn)體和下甜點(diǎn)體不同類型裂縫密度直方圖

通過對(duì)蘆草溝組下甜點(diǎn)體8口井的成像測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)顯示，同樣構(gòu)造縫發(fā)育較少，多數(shù)在0.5條/m以下，只有J174井構(gòu)造縫密度較高，為1.86條/m。層理縫發(fā)育程度明顯好于構(gòu)造縫，整體密度都在2.5條/m以上，最高的J35井為3.93條/m（圖7）。

通過以上14口井的成像測(cè)井統(tǒng)計(jì)以及5口井巖心觀察，共統(tǒng)計(jì)到2315條裂縫，其中構(gòu)造縫、成巖縫（主要為層理縫）和異常高壓縫（主要為泄水縫）分別為486條、1713條、116條，分別占總數(shù)的21%、74%、5%，可見成巖縫（主要為層理縫）是蘆草溝組致密儲(chǔ)層最主要的裂縫類型，其次為構(gòu)造縫。

4 致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育主控因素

4.1 沉積微相

沉積微相影響著砂體發(fā)育，三角洲前緣相巖石顆粒較細(xì)，砂體的累計(jì)厚度大，平行層理、斜層理等層理構(gòu)造發(fā)育，有利于發(fā)育層理縫。分流河道、河口壩等沉積微相，巖石粒度較三角洲前緣相顆粒變粗，單層厚度也變大，裂縫發(fā)育較三角洲前緣相要差。河漫灘和灘壩沉積微相，以泥質(zhì)沉積為主，裂縫發(fā)育程度相對(duì)更差。

吉木薩爾凹陷上甜點(diǎn)體以碳酸鹽巖類沉積為主，主要為深灰色、灰黑色泥晶云巖、泥質(zhì)云巖夾灰色砂屑云巖及泥巖，沉積相以濱淺湖灘壩為主（圖8a）；而下甜點(diǎn)體以碎屑巖沉積為主，主要為灰色云質(zhì)粉砂巖、粉砂巖夾泥巖，總體上碳酸鹽巖含量較上甜點(diǎn)體少，沉積相以三角洲前緣相為主（圖8b）。上、下兩個(gè)甜點(diǎn)體沉積特征的差異是由陸源物質(zhì)的供應(yīng)狀況造成的。上甜點(diǎn)體物源供應(yīng)不充分，以碳酸鹽巖灘壩內(nèi)碎屑沉積為主，而下甜點(diǎn)體物源供應(yīng)較充分，以三角洲前緣遠(yuǎn)沙壩和席狀砂云質(zhì)粉細(xì)砂巖為主，由下而上，陸源物質(zhì)的輸入是逐漸減少的，而水體逐漸變深[20]。

通過對(duì)蘆草溝組上甜點(diǎn)體與下甜點(diǎn)體致密儲(chǔ)層的巖心觀察和成像測(cè)井統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，下甜點(diǎn)體裂縫發(fā)育程度比上甜點(diǎn)體好（圖7），這與沉積微相有很大關(guān)系。下甜點(diǎn)體是以三角洲前緣相為主，其裂縫發(fā)育程度要比上甜點(diǎn)體淺湖灘壩相要好。

圖8 吉木薩爾凹陷蘆草溝組沉積相平面圖

4.2 巖相

巖相影響致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育主要體現(xiàn)在巖性和巖層非均質(zhì)性等方面[21]。首先，巖性影響致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育表現(xiàn)在巖石礦物成分、顆粒大小等。不同巖性具有不同的巖石成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，因而在相同的應(yīng)力背景下，其形成裂縫的情況有差別。

吉木薩爾凹陷蘆草溝組巖性眾多，主要包括云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖、砂屑云巖、泥晶云巖、泥巖、云質(zhì)泥巖等。通過對(duì)蘆草溝組5口井巖心裂縫的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，含石英、白云石、方解石等脆性礦物組分較高的巖層裂縫相對(duì)較發(fā)育，如砂屑云巖、云質(zhì)粉砂巖中裂縫較發(fā)育，而泥巖中裂縫發(fā)育相對(duì)較少。另外，巖石粒度也影響著裂縫的發(fā)育，在巖石組分相近的情況下，巖石顆粒越細(xì)，裂縫越發(fā)育，巖石顆粒越粗，裂縫相對(duì)發(fā)育較少。巖心觀察發(fā)現(xiàn)粉砂巖裂縫發(fā)育程度好于細(xì)砂巖，細(xì)砂巖裂縫發(fā)育程度好于中砂巖等，礫巖層段裂縫發(fā)育最差。

其次，巖層非均質(zhì)性也控制著致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育。在沉積和成巖過程中，由于致密儲(chǔ)層成分差異，包括礦物的種類、接觸關(guān)系和排列方式等，導(dǎo)致巖石在不同方向上呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造屬性。在受到相同應(yīng)力的情況下，不同巖層表現(xiàn)出的構(gòu)造形變會(huì)有很大差別，產(chǎn)生裂縫的情況也會(huì)差別很大。前人通過單軸、三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和巖石聲發(fā)射測(cè)試發(fā)現(xiàn)，巖石在平面和縱向上的各向異性控制著裂縫的發(fā)育程度和破裂方向[22-23]。可見，巖層的非均質(zhì)性對(duì)致密儲(chǔ)層的裂縫發(fā)育也很重要。

4.3 巖層厚度

巖層厚度也控制了裂縫的發(fā)育程度，根據(jù)對(duì)蘆草溝組J174井等5口井巖心觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，巖層厚度越薄，裂縫越發(fā)育，單層厚度越厚，則裂縫相對(duì)不發(fā)育。因?yàn)閷永砻嫱菐r層薄弱面，巖層厚度越薄，在相同的應(yīng)力背景下，越容易發(fā)生錯(cuò)動(dòng)形成裂縫[24]。前面提到，紋層較發(fā)育的層段層理縫也很發(fā)育，證實(shí)了巖層越薄越有利于裂縫發(fā)育的特點(diǎn)。

蘆草溝組上、下甜點(diǎn)體自上而下分為10個(gè)小層，其中上甜點(diǎn)體分為4個(gè)小層，下甜點(diǎn)體分為6個(gè)小層。通過對(duì)蘆草溝組致密儲(chǔ)層上甜點(diǎn)體和下甜點(diǎn)體各小層的成像測(cè)井統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，上甜點(diǎn)體第3小層厚度最薄，層理縫密度最大，構(gòu)造縫密度差別不大。下甜點(diǎn)體第1小層厚度也最薄，層理縫密度也較大，構(gòu)造縫密度差異也較小?？梢?，巖層厚度也是控制層理縫發(fā)育的重要影響因素之一，但對(duì)構(gòu)造縫影響較?。▓D9）。

圖9 蘆草溝組致密儲(chǔ)層上、下甜點(diǎn)體各小層厚度與不同類型裂縫密度分布圖

4.4 有機(jī)碳含量

蘆草溝組致密儲(chǔ)層中部分層段含有較多的泥巖。在相同的應(yīng)力背景下，泥巖有機(jī)質(zhì)豐度也是影響致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的影響因素之一。有機(jī)碳含量對(duì)微裂縫發(fā)育程度的影響主要體現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)的分布狀態(tài)，有機(jī)碳含量越高，越容易在有機(jī)質(zhì)條帶中部或邊緣發(fā)育微裂縫。

通過對(duì)蘆草溝組致密儲(chǔ)層掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中有機(jī)質(zhì)內(nèi)部及邊緣常發(fā)育微裂縫，這既可能是由于干酪根生烴消耗有機(jī)成分而產(chǎn)生的孔縫，也有可能是生烴消耗水分產(chǎn)生的收縮孔縫[25]，還可能是生烴增壓而產(chǎn)生的孔縫等[26]。另外，有機(jī)質(zhì)與其相鄰的礦物之間也會(huì)產(chǎn)生生烴成因的孔縫，其成因可能與有機(jī)質(zhì)收縮或生烴增壓作用有關(guān)。與黏土礦物相鄰的有機(jī)質(zhì)內(nèi)部孔縫尤為發(fā)育，尤其是伊利石或伊/蒙混層。蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的水，形成的過渡態(tài)伊/蒙混層礦物有很強(qiáng)的催化活性，有利于有機(jī)質(zhì)生烴，從而產(chǎn)生較多的有機(jī)質(zhì)孔縫[27]。

4.5 構(gòu)造作用

構(gòu)造演化及力學(xué)性質(zhì)控制了構(gòu)造縫的發(fā)育。吉木薩爾凹陷位于盆地中心，相對(duì)遠(yuǎn)離構(gòu)造帶，其在地質(zhì)歷史時(shí)期表現(xiàn)為整體的抬升與沉降，巖層基本未發(fā)生大規(guī)模的變形與位移，不足以形成大規(guī)模區(qū)域性的構(gòu)造裂縫。通過對(duì)蘆草溝組巖心觀察和成像測(cè)井觀察，證實(shí)了構(gòu)造縫相對(duì)較少發(fā)育的情況。而露頭構(gòu)造縫則十分發(fā)育，這是因?yàn)槁额^區(qū)圍壓發(fā)生較大變化，應(yīng)力差相比地下顯著增加，容易達(dá)到巖層破裂強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。另外，露頭觀察也發(fā)現(xiàn)，越靠近斷層部位和褶皺軸部，構(gòu)造縫密度越大，這與斷層附近和褶皺核部應(yīng)力最大有關(guān)[28]。

前已述及，構(gòu)造作用也影響著層理縫的發(fā)育。不同歷史時(shí)期、不同盆地位置，古構(gòu)造應(yīng)力差別很大，構(gòu)造擠壓對(duì)層理破裂成縫以及層理縫的開啟起著重要的誘導(dǎo)作用，當(dāng)受到構(gòu)造應(yīng)力擠壓時(shí)，作為薄弱面的層理面可能破裂形成層理縫，或原來已經(jīng)閉合的層理縫會(huì)重新開啟，這在擠壓構(gòu)造應(yīng)力方向（最大壓縮方向）最為明顯[29]。

5 結(jié)論

(1）通過野外露頭、室內(nèi)巖心觀察以及鑄體薄片、成像測(cè)井資料分析和掃描電鏡分析等，識(shí)別出吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密儲(chǔ)層發(fā)育構(gòu)造縫、成巖縫和異常高壓縫3種類型的裂縫。構(gòu)造縫包括剪切縫和擴(kuò)張縫，成巖縫包括層理縫、粒內(nèi)縫和粒間縫，異常高壓縫主要為泄水縫。

(2）通過對(duì)蘆草溝組上甜點(diǎn)體和下甜點(diǎn)體成像測(cè)井資料和巖心資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，成巖縫（主要為層理縫）是最主要的裂縫類型，占裂縫總數(shù)的70%以上，構(gòu)造縫較少。

(3）蘆草溝組致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的影響因素包括沉積微相、巖性、巖層非均質(zhì)性、巖層厚度、有機(jī)碳含量和構(gòu)造作用等。三角洲前緣相較湖相裂縫更發(fā)育；巖石脆性礦物含量較高的裂縫更發(fā)育，相近巖石成分顆粒越細(xì)裂縫越發(fā)育；巖層非均質(zhì)性越強(qiáng)，裂縫越發(fā)育；巖層厚度主要影響層理縫的發(fā)育，對(duì)構(gòu)造縫影響較??；有機(jī)碳含量越高裂縫越發(fā)育；構(gòu)造演化和構(gòu)造部位也控制了裂縫發(fā)育，構(gòu)造縫主要發(fā)育在盆地邊緣斷裂活動(dòng)相對(duì)較多的區(qū)域，而層理縫主要發(fā)育在盆地中心位置。

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Development characteristics and controlling factors of natural fractures in Permian Lucaogou Formation tight reservoir in Jimsar sag, Junggar Basin

Liu Dongdong1, Zhang Chen1, Luo Qun1, Zhang Yidan1,2, Gao Yang2, Zhang Yunzhao1, Zhu Deyu1, Wang Jian1
(1 State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum (Beijing); 2 Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina Xinjiang Oilf eld Company)

The Permian Lucaogou Formation in the Junggar Basin contains typical tight reservoir with low porosity, where natural fractures are of great importance for improving the seepage structure. Based on analysis of outcrops, cores, casting thin sections and scanning electron microscope (SEM), three types of natural fractures were identif i ed in the Lucaogou Formation tight reservoir, including structural fractures, diagenetic fractures and abnormally high-pressure fractures. The structural fractures include shear fractures and expansion fractures, which are usually high-dipped and were developed during several stages of tectonic movements in the Junggar Basin. The diagenetic fractures consist of bedding, intragranular and intergranular fractures, of which the bedding fractures might be formed during tectonic action and hydrocarbon generation, while the intragranular and intergranular fractures are related to dissolution. The abnormally high-pressure fractures, mainly drainage fractures, are the products of extremely high fluid pressure which induced one principal stress to convert into tensile stress and produced fracture clusters in bent orientation and with different openings. Imaging logging statistics of 13 wells drilled into the upper “sweet spot” and 8 wells drilled into the lower “sweet spot” reveal less structural fractures – generally less than 0.5 fractures/m, and well-developed bedding fractures – generally more than 2 fracture/m. Core observation further conf i rms that the bedding fractures are primary in the Lucaogou Formaion tight reservoir, accounting for over 70%. Primary factors controlling the development of natural fractures in the Lucaogou Formation tight reservoir are sedimentary microfacies, lithology, heterogeneity, layer thickness, TOC and tectonic action.

Jimsar sag, Lucaogou Formation, natural fractures, imaging logging, development characteristics, controlling factors

TE112.23

：A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.04.004

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）項(xiàng)目“陸相致密油甜點(diǎn)成因機(jī)制及精細(xì)表征研究”（2015CB250901）；國(guó)家自然科學(xué)基金（青年基金）項(xiàng)目“天山地區(qū)上二疊統(tǒng)—中、下三疊統(tǒng)不整合類型及成因機(jī)制”（41502209）；中國(guó)石油大學(xué)（北京）引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金“鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及控制因素研究”（2462014YJRC031）。

劉冬冬（1987-），男，安徽潛山人，博士，2014年畢業(yè)于北京大學(xué)，助理研究員，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)工作。地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號(hào)中國(guó)石油大學(xué)（北京）非常規(guī)天然氣研究院319室，郵政編碼：102249。E-mail：liuddcup@163.com

2016-04-15；修改日期：2017-04-06