川東北羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層裂縫預(yù)測

范存輝 秦啟榮 王 嘉 朱雨萍

（1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2.川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051）

川東北羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層裂縫預(yù)測

范存輝1秦啟榮1王 嘉2朱雨萍2

（1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2.川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051）

利用構(gòu)造解析技術(shù)，對羅家寨構(gòu)造的構(gòu)造特征及構(gòu)造演化進(jìn)行分析，根據(jù)裂縫預(yù)測理論，建立地質(zhì)模型，對羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度、裂縫類型及產(chǎn)狀進(jìn)行預(yù)測。研究及預(yù)測結(jié)果表明:羅家寨構(gòu)造主要是在早期南東向和晚期南北向構(gòu)造應(yīng)力場影響下形成的；嘉二1儲(chǔ)層裂縫主要發(fā)育于北東向斷裂帶、核部與翼部過渡帶、構(gòu)造高點(diǎn)；裂縫的主要方位為北東向和北西向；裂縫主要以高角度剪切縫、低角度剪切縫和高角度縱張縫為主。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；裂縫；預(yù)測；羅家寨構(gòu)造

羅家寨構(gòu)造位于川東高陡構(gòu)造帶雙石廟構(gòu)造群東南部溫泉井背斜東段北翼，是與溫泉井主體構(gòu)造軸線平行的潛伏長軸背斜。向南緊靠溫泉井構(gòu)造主體，北隔芭蕉場向斜與五寶場構(gòu)造相望；西接黃龍場構(gòu)造，東鄰大巴山弧形構(gòu)造帶西南邊緣，構(gòu)造呈北東東向展布。

嘉二1儲(chǔ)層巖性為開闊海臺(tái)內(nèi)洼地環(huán)境下沉積的白云巖與薄層石膏組合，厚度一般在20～35m，分布比較穩(wěn)定，但物性較差。儲(chǔ)層孔隙度大都小于5%，滲透率值一般小于0.5×10-3μm2，孔滲相關(guān)性比較差，為典型的裂縫-孔隙型儲(chǔ)層［1-2］。相關(guān)研究表明：裂縫是形成有效儲(chǔ)層的必要條件，而裂縫預(yù)測則是研究該區(qū)儲(chǔ)層的必要手段。

1 羅家寨構(gòu)造特征及地質(zhì)模型建立

構(gòu)造解析表明，羅家寨構(gòu)造是在川東高陡構(gòu)造帶和大巴山弧形構(gòu)造的共同影響下形成的，主要發(fā)育北東東向和近東西向2組構(gòu)造形跡，它們分別受到早期南東向和晚期南北向構(gòu)造作用力而形成。

羅家寨構(gòu)造2期形跡明顯。在燕山晚期北西—南東向構(gòu)造擠壓力作用下，形成羅家寨北東向構(gòu)造的雛形；在喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中期，受來自濱太平洋構(gòu)造應(yīng)力場作用，羅家寨構(gòu)造褶曲加強(qiáng)，形成了北東向構(gòu)造主體；喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)晚期，來自秦嶺造山帶南北向構(gòu)造擠壓力在大巴山產(chǎn)生了順時(shí)針方向扭動(dòng)，形成大巴山弧形構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶對早期形成的羅家寨構(gòu)造產(chǎn)生順時(shí)針扭動(dòng)，造成羅家寨構(gòu)造軸線向東偏轉(zhuǎn)，形成現(xiàn)今北東東向構(gòu)造主體。并且，距大巴山弧形構(gòu)造帶越近這種改造作用越明顯，逐漸過渡為近東西向［3-7］。

根據(jù)對羅家寨構(gòu)造解析結(jié)果的認(rèn)識(shí)，按照構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬計(jì)算的要求，建立了羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)構(gòu)造形態(tài)的不同將模型劃分為若干類巖體介質(zhì)，分別給予每一種介質(zhì)不同的物理力學(xué)參數(shù)，然后分2期（早期南東向和晚期南北向構(gòu)造作用力階段）分別對模型施加不同的邊界條件（載荷和約束），2期模擬均采取基本相同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和相同的離散化網(wǎng)格，再通過調(diào)節(jié)載荷的量值（大小和方向），使模型的形變達(dá)到與實(shí)際構(gòu)造形態(tài)最佳的擬合，以此來實(shí)現(xiàn)對古構(gòu)造應(yīng)力場的模擬計(jì)算。

2 古構(gòu)造應(yīng)力分布規(guī)律

在地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，通過對模型的離散化和數(shù)值分析，所得結(jié)果如下：

1）羅家寨構(gòu)造主要受到南東向擠壓力作用，最大主應(yīng)力方向?yàn)榻蠔|向展布。最大主應(yīng)力值的總體分布特征是：主要呈南東向延伸的條帶狀分布在構(gòu)造高點(diǎn)和鼻突附近區(qū)域，在早期形成的高點(diǎn)和鼻突附近最大主應(yīng)力相對較大，而在其余地區(qū)總體上分布比較均勻。最大主應(yīng)力的最大值為43.384MPa，分布在鼻突和高點(diǎn)區(qū)域內(nèi)；最小值為42.396MPa，分布在鞍部區(qū)域?？傮w上羅家寨構(gòu)造嘉陵江組嘉二1段最大主應(yīng)力分布較均勻，但在經(jīng)過構(gòu)造高點(diǎn)及斷層時(shí)，會(huì)相應(yīng)增大。

2）最小主應(yīng)力方位與最大主應(yīng)力垂直，最小主應(yīng)力基本上沿北西方向展布，其值一般在8.818～11.114 MPa之間?？傮w分布特征呈北西向延伸的條帶狀分布，其中分布在北東向的斷層附近應(yīng)力值最小，在東端的轉(zhuǎn)折部位應(yīng)力值較大，而其他區(qū)域分布則比較均勻。

3）剪應(yīng)力分布特征比較明顯，在平面上受后期作用力影響較強(qiáng)的處于轉(zhuǎn)折部位的高點(diǎn)區(qū)域剪切應(yīng)力較大，最大剪切應(yīng)力為1.218MPa，其他區(qū)域剪切應(yīng)力分布較均勻，呈大的面狀分布；在剖面上最大剪應(yīng)力分布在羅家寨構(gòu)造斷層和鼻突部位，其他部位則偏小。

3 巖體破裂程度

在儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力-應(yīng)變分析中，常用η表示巖石的破壞接近程度，該值是基于巖石強(qiáng)度理論得出的，是巖體受力變形程度的綜合體現(xiàn)。η越大，裂縫就越發(fā)育，該值也是預(yù)測巖體裂縫發(fā)程度的標(biāo)志［8］。

巖石的破裂變形不僅與地應(yīng)力有關(guān)，而且還與地應(yīng)力的組合特征、巖石力學(xué)性質(zhì)等有密切的關(guān)系。首先，古地應(yīng)力模擬計(jì)算的結(jié)果是一個(gè)相對結(jié)果，而不是絕對值；其次，應(yīng)用該理論值判斷裂縫的發(fā)育程度沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)。因此，巖石破壞近程度η值可以表示巖體破裂的相對發(fā)育程度，也就是裂縫的發(fā)育程度［9］。

羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層巖石破壞程度模擬結(jié)果表明：在構(gòu)造力作用下，嘉二1巖體破裂程度表現(xiàn)出巖體整體破壞程度較高且較集中，分布范圍大，巖體破壞程度值均大于1.087（理論上的破裂臨界值是1），從平面上看，巖體破壞程度較高的地區(qū)位于羅家寨構(gòu)造的北西翼，主要發(fā)育在北東向斷裂帶，羅家寨東、西高點(diǎn)、高橋高點(diǎn)和八廟場高點(diǎn)及其附近地區(qū)，而在羅家寨構(gòu)造南東翼，巖體破壞程度相對低（破裂程度小于0.966），沒有達(dá)到巖體破壞程度。

4 裂縫預(yù)測

4.1 裂縫預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)地質(zhì)模型模擬所得到的構(gòu)造應(yīng)力場和應(yīng)變場結(jié)果，以及巖石破裂變形結(jié)果，結(jié)合羅家寨構(gòu)造的地質(zhì)、構(gòu)造特征，對羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層的裂縫發(fā)育程度特制訂了以下評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層裂縫預(yù)測的η值標(biāo)準(zhǔn)

4.2 裂縫發(fā)育程度及分布預(yù)測

根據(jù)羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層裂縫預(yù)測的η值標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合巖石力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的原理，對羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層巖體破裂特征及裂縫發(fā)育規(guī)律進(jìn)行預(yù)測（見圖 1），結(jié)果如下：

羅家寨構(gòu)造組嘉二1儲(chǔ)層巖體破裂程度由高到低的具體區(qū)域分別是:破裂程度最高的首先是斷層及其附近地區(qū)；I級裂縫發(fā)育區(qū)主要位于羅家寨構(gòu)造高點(diǎn)、鼻突和受兩期作用力顯著的鞍部區(qū)域，在構(gòu)造高點(diǎn)上明顯呈近北東向延伸的橢圓狀分布，Ⅱ級裂縫發(fā)育區(qū)主要位于I級裂縫發(fā)育區(qū)的外圍及相鄰區(qū)域的斷層周圍，圍繞I級裂縫區(qū)呈北東東向環(huán)帶狀分布，主要圍繞羅家寨構(gòu)造的高點(diǎn)以外分布，并連接鼻突構(gòu)造周圍。Ⅲ級裂縫發(fā)育區(qū)主要在羅家寨構(gòu)造構(gòu)造的北西翼II級裂縫發(fā)育區(qū)以外，幾乎貫穿整個(gè)背斜構(gòu)造的長軸方向并與鞍部及鼻突的Ⅲ級裂縫發(fā)育區(qū)連成一片，整體呈北東東向延伸的條帶狀。

4.3 裂縫類型、產(chǎn)狀及方位預(yù)測

裂縫類型與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不同期次和階段、不同的構(gòu)造部位都會(huì)發(fā)育不同類型的裂縫。

4.3.1 早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

主要形成北東向褶皺、斷層及次級小型褶皺，發(fā)育的裂縫類型主要有 （見圖2）。高角度剪切縫發(fā)育2組，走向方位大致為 5°±8°和 325°±8°，為早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的平面“X”型剪切縫。低角度剪切縫走向方位大致為 70°±15°，傾向有 2個(gè)方向，一組傾向北西，另一組傾向南東，構(gòu)成剖面“X”型剪切裂縫系。高角度張裂縫包括縱、橫張裂縫，縱張裂縫主要發(fā)育于背斜高點(diǎn)的轉(zhuǎn)折端部位，發(fā)育方位為70°±18°；橫張裂縫主要發(fā)育在背斜的鞍部及傾伏部位，走向與構(gòu)造長軸基本垂直，裂縫方位為 340°±18°。

4.3.2 晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

規(guī)模不大，主要形成東西向和北西向的構(gòu)造，形成的裂縫有以下2種（見圖3）：1）高角度剪切縫：發(fā)育2組，走向方位大致為 20°±8°和 70°±8°。 2）低角度剪切縫：裂縫走向?yàn)楸蔽飨?，具體方位為 315°±15°，傾向有2個(gè)方向，一組傾向北東，另一組傾向南西，在剖面上2組裂縫相互交切，構(gòu)成剖面“X”型剪切裂縫系。

2期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的高角度剪切縫垂直于巖層面，傾角一般在70°以上，低角度剪切縫的傾角一般在45°以下。張裂縫傾角較大，基本上與巖層面近于垂直，該類裂縫多張開，但延伸和切割范圍有限。

5 結(jié)論

1）羅家寨構(gòu)造主要是受到兩期不同大小和方向構(gòu)造應(yīng)力作用形成的，即早期南東向和晚期南北向構(gòu)造作用力的作用，晚期的南北向構(gòu)造作用力對羅家寨構(gòu)造區(qū)域的影響不大，其構(gòu)造形跡主要受早期的南東向構(gòu)造作用力影響。

2）羅家寨構(gòu)造巖體破壞程度不均，破裂主要集中在構(gòu)造的北西翼，在北東向斷裂帶及其附近、核部與翼部過渡帶、構(gòu)造高點(diǎn)裂縫最為發(fā)育，而在鼻突和鞍部區(qū)域裂縫較為發(fā)育，其余地區(qū)裂縫不發(fā)育。

3）裂縫共發(fā)育裂縫有2期5組，但以早期高角度剪切縫、早期低角度剪切縫和早期高角度縱張縫為主，晚期高角度剪切縫、晚期低角度高角度剪切縫次之；高角度剪切縫在全區(qū)均有分布，而張性縫主要分布在核部與兩翼的過渡帶、鞍部及鼻凸部位。

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Prediction of T1j21reservoir fractures in Luojiazhai structure of Northeast Sichuan

Fan Cunhui1Qin Qirong1Wang Jia2Zhu Yuping2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610050,China;2.Geological Exploration and Development Research Institute,Sihchuan-Changqing Drilling and Exploration Corporation,PetroChina,Chengdu 610051,China)

The structural features and tectonic evolution of Luojiazhai structure are analyzed by using the technology of structural analysis.Based on the theory of fracture prediction,a geological model is established to predict the fracture development degree,fracture type and occurrence in T1j21reservoir of Luojiazhai structure.Research and prediction results show that the Luojiazhai structure was formed mainly by the influence of the tectonic stress field of SE direction in early stage and NS direction in late stage.T1j21reservoir fractures were mainly developed in the faulted zone of NE trend,transition zone of core and flank and structural high.The fracture azimuths were mainly NE and NW trends.The fracture types were mainly the high angle shear fractures,low angle shear fractures and vertical high angle extensional fractures.

tectonic movement,fracture,prediction,Luojiazhai structure.

TE121.1

：A

2010-03-17；改回日期：2010-09-14。

范存輝，男，1980年生，講師，主要從事構(gòu)造地質(zhì)、地質(zhì)工程、裂縫預(yù)測、巖土體穩(wěn)定性方面的教學(xué)與科研工作。E－mail：fanchswpi@163.com。

（編輯 趙旭亞）

四川省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（SZD0414）、西南石油大學(xué)“中青年學(xué)術(shù)骨干培養(yǎng)基金”和科技基金項(xiàng)目“隧道施工圍巖應(yīng)力變化過程中天然氣運(yùn)移研究”項(xiàng)目（2007XJZ052）聯(lián)合資助

范存輝，秦啟榮，王嘉，等.川東北羅家寨構(gòu)造嘉二1儲(chǔ)層裂縫預(yù)測［J］.斷塊油氣田，2010，17（6）：710-713.

Fan Cunhui，Qin Qirong，Wang Jia，et al.Prediction of T1j21reservoir fractures in Luojiazhai structure of Northeast Sichuan ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（6）：710-713.