基于測(cè)井資料的共和盆地貴德扎倉地?zé)崽餆醿?chǔ)特征分析

雷玉德, 袁有靖, 秦光雄, 巴瑞壽, 趙 振, 李銅邦

青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青海西寧 810007;青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局, 青海西寧 810007

干熱巖(Hot Dry Rock-HDR)是指不含或僅含少量流體, 溫度高于 180 ℃, 其熱能在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以利用的巖體(國(guó)家能源局, 2018), 在目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下, 主要是埋深較淺、溫度較高、有開發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的地下高溫巖體(陸川和王貴玲,2015; 許天福等, 2018)。儲(chǔ)存于巖石內(nèi)的熱能需要通過人工壓裂等技術(shù)形成增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)才能得以開采(藺文靜等, 2012; 馬峰等, 2015; 李德威和王焰新, 2015; Olasolo et al., 2016; 陳作等,2019)。

廣大學(xué)者開展了大量的基礎(chǔ)性工作, 包括地?zé)岬刭|(zhì)條件(青海省區(qū)域地質(zhì)志, 1991; 李小林等,2016; 雷玉德等, 2019)、熱源機(jī)制(Ma and Gan, 2016;唐顯春等, 2020, 2023; Tang et al., 2022)、地?zé)釢摿υu(píng)價(jià)(雷玉德等, 2017; 王貴玲等, 2017; 藺文靜等,2021)等重要工作。但大部分工作集中于地表樣品、水化學(xué)分析、地球物理等方法, 對(duì)于高精度熱儲(chǔ)物性參數(shù)評(píng)價(jià)和開發(fā)利用準(zhǔn)確性和代表性研究不足(張佳寧, 2018; 周玲, 2020)。如不能反映樣品原位狀態(tài)、難以獲取連續(xù)樣品參數(shù)變化特征等(馬峰等,2019)。相比常規(guī)方法而言, 利用地球物理測(cè)井資料獲取熱儲(chǔ)深部熱物性參數(shù)特征更具實(shí)際意義, 并能開展諸多相關(guān)研究工作(Brigaud et al., 1992; 馮來泉, 2000; Hartmann et al., 2005; Albert et al., 2017)。

共和盆地地?zé)岙惓ｏ@示明顯, 經(jīng)過青海省自然資源廳和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局持續(xù)研究(2013—2019年), 2015—2016年先后在盆地東側(cè)的貴德扎倉地區(qū)實(shí)施了ZR1和ZR2井地?zé)徙@探, 深度和井底溫度分別為3 050.68 m/151.34 ℃、4 721.6 m/214 ℃,顯示貴德次盆扎倉地區(qū)發(fā)育復(fù)合型高溫地?zé)豳Y源。同時(shí)在ZR2鉆孔開展了當(dāng)時(shí)階段最全、最深、最系統(tǒng)的地球物理測(cè)井工作, 亦是本文主要討論鉆孔, 為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。ZR2鉆探的實(shí)施,不僅發(fā)現(xiàn)我國(guó)繼共和恰卜恰之后又一干熱巖基地,也為青藏高原東北緣地區(qū)補(bǔ)充了重要的地?zé)峄A(chǔ)數(shù)據(jù)。

本文通過對(duì) ZR2干熱巖鉆孔綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理、分析, 評(píng)價(jià)了扎倉溝花崗巖熱儲(chǔ)的井溫、孔隙度、體積密度、巖石生熱率、巖石力學(xué)參數(shù)等; 利用電成像測(cè)井識(shí)別出兩段裂縫集中發(fā)育帶, 并對(duì)全孔段裂縫的產(chǎn)狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析; 利用井壁崩落和三井徑法, 計(jì)算該鉆孔現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向; 綜合考慮裂縫發(fā)育情況和地層天然放射性, 制定地層劃分依據(jù),將地層劃分為巖性破碎地層、巖性較完整地層、巖性完整地層和高放射性地層。通過對(duì)單點(diǎn)熱儲(chǔ)的綜合評(píng)價(jià)和縱深研究, 以全面報(bào)道該鉆井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),為區(qū)域熱儲(chǔ)研究和開發(fā)利用提供技術(shù)參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于青藏高原東北部共和盆地東側(cè)貴德縣境內(nèi), 處于秦祁昆三大造山系的交匯部位(潘桂堂等, 2002)。距今45 Ma以來, 伴隨印度板塊與歐亞板塊碰撞擠壓, 青藏高原在由南向北遞進(jìn)式隆升并于晚期向東滑移擠出過程中, 逐步形成了一系列北北西向展布的斷裂構(gòu)造, 造就了青海最具地?zé)衢_發(fā)利用潛力的共和—貴德熱儲(chǔ)系統(tǒng)。共和—貴德盆地四周被斷褶帶隆起山地圍限(張超等, 2020), 北部為青海湖南山—拉脊山深大斷裂, 東部受控于多禾茂斷裂帶, 西部被哇洪山—溫泉斷裂帶控制, 南部為西傾山斷裂帶, 中間被瓦里貢山構(gòu)造巖漿巖隆起帶分隔出共和、貴德兩個(gè)盆地, 研究區(qū)位于貴德盆地西邊界(圖1)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造與地?zé)岙惓７植紙D(改自Tang et al., 2022)Fig. 1 Distribution map of regional tectonic and geothermal anomalies (modified from Tang et al., 2022)

研究區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線方向?yàn)楸北蔽飨? 以熱光斷裂 F1為代表, 主斷面控制花崗巖東界, 早期屬逆沖兼右旋走滑斷裂帶, 新近紀(jì)再次活動(dòng), 同時(shí)切穿新近紀(jì)地層, 斷裂帶內(nèi)熱泉涌溢, 在本區(qū)具有控?zé)帷?dǎo)熱作用。F1斷裂受到近東西向擠壓重新活動(dòng)時(shí), 在近東西向形成一系列近于平行分布的張性斷層, 以扎倉斷裂 F4為代表, 中間被熱光斷裂(F1)截?cái)? 并發(fā)生右行扭動(dòng), 形成時(shí)代在新近紀(jì)之后(圖2)。

圖2 扎倉溝地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖(改自唐顯春等, 2020)Fig. 2 Geological structure map of Zhacanggou (modified from TANG et al., 2020)

共和盆地基底形成于三疊紀(jì), 定形于白堊紀(jì)中晚期, 主要由三疊紀(jì)地層和以花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和斑狀花崗巖為主的侵入巖組成(孫崇仁, 1997; 張雪亭和楊生德, 2007)。盆地內(nèi)廣泛分布一套陸相碎屑巖建造, 分別不整合于隆務(wù)河群之上, 厚度達(dá)4000余m。侵入巖主要是中-酸性花崗巖, 出露于調(diào)查區(qū)中西部的扎倉溝、姜貢山一帶, 侵入于隆務(wù)河群之中, 主要以花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖為主(Lu et al., 2018; 張森琦等, 2020)(圖3), 構(gòu)造環(huán)境上以斷裂帶走滑深熔性花崗巖為主, 時(shí)代以晚三疊世為主。

圖3 扎倉溝ZR2鉆孔揭露地層柱狀圖(圖中紅線示意揭露斷層)Fig. 3 Stratigraphic histogram of Zhacanggou borehole ZR2 (the red line indicated the exposed fault)

2 方法

2.1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集

扎倉溝ZR2鉆孔于2018年6月1日完鉆, 終孔深度4721.60 m, 其中0—4070 m測(cè)井工作由中煤地華盛水文地質(zhì)勘察有限公司完成, 主要開展了常規(guī)綜合水文測(cè)井及非常規(guī)測(cè)井工作, 4070—4721.60 m孔段由于高溫、高壓及測(cè)井設(shè)備能力限制, 在當(dāng)時(shí)的技術(shù)設(shè)備條件下, 由中海油田服務(wù)股份有限公司新疆分公司承擔(dān)了 4000—4518 m孔段綜合測(cè)井工作, 采用中海油田服務(wù)股份有限公司自主研發(fā)的ELIS-II海洋石油測(cè)井系統(tǒng), 測(cè)井項(xiàng)目包括井溫、天然放射性、自然伽馬、陣列聲波、陣列感應(yīng)、陣列側(cè)向、微電阻率成像等, 并計(jì)算最大主應(yīng)力方向。測(cè)井工作嚴(yán)格執(zhí)行《石油測(cè)井原始資料質(zhì)量規(guī)范》(SY/T5132—2012)、《裸眼井電纜測(cè)井原始資料質(zhì)量規(guī)范》(Q/HS 1080—2017)。井溫測(cè)量采用搭載鉑電阻傳感器、斯倫貝謝 260 ℃超高溫溫度計(jì)和204 ℃高溫溫度計(jì)的測(cè)溫序列井下儀器, 本次測(cè)井工作在青海省范圍內(nèi), 首次采用微電阻率成像及地應(yīng)力測(cè)量手段刻畫干熱巖地層裂隙特征, 首次采用自然伽馬能譜測(cè)定評(píng)價(jià)花崗巖放射性鈾釷鉀含量。

2.2 測(cè)井質(zhì)量評(píng)價(jià)

測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)符合規(guī)范要求, 自然伽馬、陣列方位、井斜、能譜測(cè)井整體誤差小于5%, 套內(nèi)測(cè)井幅度變化和波形界面清晰, 成像測(cè)井無曲線缺失和畸變現(xiàn)象, 重復(fù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值一致性良好。測(cè)井采集的原始數(shù)據(jù)真實(shí)、可信, 在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開展了測(cè)井解釋。

3 結(jié)果及討論

3.1.1 孔隙度特征

由威利公式(雍世和和張超謨, 1996):

其中:Δt為聲波時(shí)差測(cè)井響應(yīng);Δtf為流體的聲波時(shí)差, 水的聲波時(shí)差取值為189 μs/ft;Δtma為巖石骨架的聲波時(shí)差, 花崗巖地層聲波時(shí)差取值為49 μs/ft;φ為孔隙度。孔隙度φ的計(jì)算式為:

3.1 巖石物性及力學(xué)參數(shù)特征

ZR2鉆孔陣列聲波測(cè)井段為3920—4465 m, 孔隙度計(jì)算值及巖心樣實(shí)測(cè)值見圖4。由圖可見, 測(cè)井計(jì)算該鉆孔孔隙度范圍在 0.10%～7.90%, 最大孔隙度為4315 m處的7.90%, 最小為4000 m的0.1%,平均值為 1.58%。結(jié)合鉆孔所處地質(zhì)構(gòu)造特征,3975 m和4315 m處應(yīng)發(fā)育有構(gòu)造裂隙通道, 導(dǎo)致出現(xiàn)異常高值。鉆孔定深取心巖石樣品實(shí)驗(yàn)室測(cè)試該段孔隙度結(jié)果范圍為 1.18%～2.60%, 平均值1.82%。由于室內(nèi)測(cè)試樣品為鉆孔每100 m定深取心巖心樣品, 只反應(yīng)鉆孔每100 m不同深度巖心樣品孔隙度, 故而和計(jì)算值存在一定差異, 但二者共同說明該段地層孔隙度較低, 巖體較為致密, 孔隙度隨著深度的變化有一定的下降趨勢(shì)。

圖4 ZR2鉆孔不同深度孔隙度結(jié)果圖Fig. 4 Porosity results of ZR2 borehole at different depths

3.1.2 巖石體積密度特征

聲波時(shí)差和體積密度都可以用來計(jì)算孔隙度,利用孔隙度建立起聯(lián)系聲波時(shí)差和體積密度的橋梁,進(jìn)而求取巖石體積密度。根據(jù)體積平均公式有:

其中:ρ為體積密度測(cè)井響應(yīng);ρf為流體的密度,計(jì)算孔段地層溫度達(dá)到180 ℃, 故水的密度取值為0.89 g/cm3;ρma為巖石骨架的體積密度, 花崗巖地層密度取值為2.67 g/cm3;φ為孔隙度。

計(jì)算孔隙度:

聯(lián)系聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度公式, 可知:

計(jì)算體積密度:

ZR2鉆孔陣列聲波測(cè)井段為3920—4465 m, 體積密度計(jì)算值及巖心樣實(shí)測(cè)值見圖5。由圖可見, 測(cè)井計(jì)算該鉆孔體積密度范圍在 2.53～2.70 g/cm3, 最大體積密度為 3970 m處的 2.70 g/cm3, 最小為3975 m的2.53 g/cm3, 平均值為2.64 g/cm3。鉆孔定深取心巖石樣品實(shí)驗(yàn)室測(cè)試該段體積密度結(jié)果范圍為2.60～2.72 g/cm3, 平均值2.65 g/cm3, 二者共同說明該段地層體積密度變化幅度較小, 且數(shù)據(jù)有較好的對(duì)應(yīng)性, 并結(jié)合不同深度孔隙度變化特征, 隨著深度的增加孔隙度下降、體積密度相對(duì)增大, 因?yàn)樯疃仍酱? 地下壓力越大, 巖石的礦物基質(zhì)越密實(shí),因此密度也越大。

圖5 ZR2鉆孔不同深度體積密度結(jié)果圖Fig. 5 Volume density results of ZR2 borehole at different depths

3.1.3 巖石力學(xué)參數(shù)特征

通過聲波測(cè)井得到地層縱波慢度和橫波慢度,再利用聲波時(shí)差和孔隙度計(jì)算得到地層密度, 可以得到巖石彈性力學(xué)參數(shù), 利用這些參數(shù)就可以分析在井內(nèi)壓力下的巖石的力學(xué)性質(zhì)。

根據(jù)波動(dòng)理論, 利用陣列聲波測(cè)井儀器測(cè)量得到的縱橫波時(shí)差和計(jì)算得到的體積密度, 可以計(jì)算地層泊松比、楊氏模量、剪切模量、體積模量等彈性力學(xué)參數(shù)值。ZR2鉆孔巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果見圖6和表1。

圖6 ZR2鉆孔巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算成果圖Fig. 6 Mechanical parameters of borehole ZR2

表1 ZR2鉆孔巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 1 Mechanical parameters of borehole ZR2

(1)泊松比POIS

其中, SCRAP為橫波與縱波慢度比; 單位: 無量綱。

(2)剪切模量SMOD

其中: DEN—地層密度; DTS—地層橫波慢度;剪切模量單位: GPa。

(3)體積模量BMOD:

其中: DEN—地層密度; DTC—地層縱波慢度;SMOD—剪切模量; 單位: GPa。

(4)楊氏模量YMOD:

其中: POIS—泊松比; SMOD—體積模量; 單位:GPa。

(5)體積模量壓縮系數(shù)CMPR:

其中: BMOD—體積模量; 單位: 1/GPa。

(6)組合模量CMOD:

其中: SMOD—剪切模量; BMOD—體積模量;單位: GPa。

(7)橫波與縱波慢度比SCRAP

其中: DTS—地層橫波慢度; DTC—地層縱波慢度; 單位: 無量綱。

3.2 自然伽馬能譜測(cè)井反映的巖石生熱率特征

巖石的放射性生熱率(A)是單位體積巖石中所含放射性元素在單位時(shí)間由衰變所釋放的能量, 單位為 μW/m3。巖石中所含的放射性元素很多, 但只有鈾、釷和鉀3種元素與地球內(nèi)部熱源有關(guān)。自然界中鈾的化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變, 可溶解或吸附而運(yùn)移,在后期表生改造作用下, 原生巖體層(鈾源體)中的鈾元素以多種形式被搬運(yùn)。巖石放射性生熱率一般通過測(cè)量巖石中鈾釷和鉀含量計(jì)算得出; 放射性元素時(shí)空分布對(duì)地球內(nèi)部溫度場(chǎng)的影響很大, 有時(shí)達(dá)30%～40%的地表熱流密度是由放射性元素產(chǎn)生的。因此, 放射性生熱不僅是研究盆地深部熱狀況和巖石圈熱結(jié)構(gòu)等深部物理特征的有效參數(shù), 也是盆地?zé)崾坊謴?fù)的重要參數(shù)。

在實(shí)際測(cè)量中, 一般是測(cè)定巖石樣品中鈾、釷和鉀的含量, 采用一些學(xué)者提出的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算(Birch, 1954; Rybach, 1976)。ZR2鉆孔放射性巖石生熱率采用Rybach(1976)提出的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算, 即:

式中:A為巖石放射性生熱率(μW/m3);ρ為巖石密度(g/cm3),CU、CTh和CK分別為巖石中鈾(10-6)、釷(10-6)和鉀的含量(%)(Wollenberg and Smith,1987)。

基于自然伽馬能譜測(cè)井, 計(jì)算得到ZR2鉆孔巖石生熱率, 放射性生熱率大于 4.0 μW/m3的地層占50%以上, 平均生熱率為 5.5 μW/m3, 超高生熱率(大于10.0 μW/m3)井段主要集中在4083—4095 m、4128—4135 m、4352—4374 m、4384—4403 m, 生熱率統(tǒng)計(jì)規(guī)律見圖7。

圖7 巖石放射性生熱率統(tǒng)計(jì)Fig. 7 Measurement of rock radioactive heat generation rate

圖7中橫坐標(biāo)為生熱率, 柱高為頻率對(duì)應(yīng)左側(cè)縱坐標(biāo), 紅線為累積頻率對(duì)應(yīng)右側(cè)縱坐標(biāo)。從圖中可知, 放射性生熱率大于 4.0 μW/m3的地層占50%以上, 平均生熱率為 5.5 μW/m3, 超高生熱率(大于10.0 μW/m3)井段主要集中在 4083—4095 m、4128—4135 m、4352—4374 m、4384—4403 m。ZR2鉆孔發(fā)育的兩套高放射性地層正處在上述的高生熱率井段。

通過測(cè)定巖石樣品中鈾、釷和鉀的含量, 利用經(jīng)典公式, 計(jì)算巖石生熱率, 結(jié)果見圖8, 對(duì)比可見,地表花崗巖露頭平均生熱率為1.22 μW/m3, 鉆孔巖心平均生熱率為5.07 μW/m3, 其中ZR1鉆孔巖心樣品計(jì)算值基本小于平均值, ZR2鉆孔巖心樣品計(jì)算值中80%均高于平均值, 最大者達(dá)16.58 μW/m3, 為露頭平均生熱率的 13倍之高, 說明 ZR2鉆孔中巖心放射性生熱率貢獻(xiàn)較地表露頭及ZR1鉆孔高。同時(shí), 扎倉溝地區(qū)花崗巖鈾釷鉀放射性含量分別是中國(guó)大陸地殼和巖石圈鈾釷鉀背景值的 8.24倍、0.74倍、1.32倍, 是中國(guó)大陸地殼印支期花崗巖鈾釷鉀背景值的7.79倍、0.57倍、1.22倍, 呈現(xiàn)出“高鈾、高鉀”特征。該數(shù)據(jù)從鉆井原位計(jì)算角度提供了放射性生熱定量值, 為地?zé)岢梢驒C(jī)制的爭(zhēng)論提供了參考數(shù)據(jù)(唐顯春等, 2020; Tang et al., 2022)。

圖8 扎倉溝鉆孔放射性生熱率分布曲線Fig. 8 Distribution curve of radioactive heat generation rate of borehole at Zhacanggou

3.3 電成像測(cè)井裂縫識(shí)別與產(chǎn)狀分析

電成像測(cè)井屬于第四代測(cè)井技術(shù), 是為了適應(yīng)復(fù)雜油氣藏如裂縫、薄互層、各向異性等油氣藏勘探、開發(fā)的需要而發(fā)展起來的?；驹硎前褞r性、物性變化以及裂縫、孔洞、層理等引起的巖石電阻率的變化, 轉(zhuǎn)化為偽色度, 從而可以直觀而清晰地看到地層的巖性及幾何界面的變化。電成像測(cè)井資料具有比常規(guī)測(cè)井資料更高的縱向分辨率, 可覆蓋井眼60%到80%實(shí)現(xiàn)成像, 因此可以利用成像測(cè)井資料識(shí)別、刻畫鉆孔揭露地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。

Z R 2鉆孔裸眼段電成像測(cè)井測(cè)量井段為3960—4518 m, 根據(jù)圖像特征共識(shí)別出裂縫31條(表2),并且存在兩段裂縫集中發(fā)育帶: 4210—4220 m集中發(fā)育裂縫 6條(圖9), 4310—4320 m集中發(fā)育裂縫7條(圖10)。這31條裂縫都屬于高導(dǎo)縫, 即電阻率較低, 測(cè)量井段內(nèi)巖性為花崗巖, 且?guī)r性較純, 裂縫中不會(huì)有泥質(zhì)填充, 所以測(cè)量井段內(nèi)的裂縫皆為有效縫。根據(jù)地層巖性完整與否, 可以將地層分為裂縫不發(fā)育地層, 即巖性完整地層; 裂縫局部發(fā)育地層, 即巖性較完整局部破碎地層; 裂縫集中發(fā)育地層, 即巖性破碎地層。

表2 全井段裂縫發(fā)育情況Table 2 Fracture development throughout the whole borehole

圖9 裂縫集中發(fā)育帶(4210—4220 m)Fig. 9 Fracture concentrated development zone(4210-4220 m)

圖10 裂縫集中發(fā)育帶(4310—4320 m)Fig. 10 Fracture concentrated development zone(4310-4320 m)

4210—4220m, 巖性破碎, 自然伽馬 266 API,電阻率1897.8 Ω·m, 聲波時(shí)差55.9 μs/ft, U為12×10-6,Th為16.3×10-6, K為5.1%, 井溫182 ℃, 生熱率為6.5 μW/m3, 聲波計(jì)算孔隙度為 3%; 層內(nèi)發(fā)育裂縫6條, 裂縫傾角在 30.8°～85°范圍內(nèi), 裂縫傾向以264°～301°為主, 裂縫寬度為 0.96～2.02 mm, 裂縫長(zhǎng)度為1.63～4.90 m/m2, 層內(nèi)裂縫張開程度較好。

4310—4320m, 巖性破碎, 自然伽馬374.5 API,電阻率 152.9 Ω·m 聲波時(shí)差 59.5 μs/ft, U 為28.8×10-6, Th為11.2×10-6, K為7.7%, 井溫186.5 ℃,生熱率為10.5 μW/m3, 聲波計(jì)算孔隙度為2.8%, 在4315 m計(jì)算孔隙度為7.9%。層內(nèi)發(fā)育裂縫7條, 裂縫傾角在 36.1°～69.8°范圍內(nèi), 裂縫傾向以275°～325°為主, 裂縫寬度為 1.1～2.64 mm,裂縫長(zhǎng)度為 1.30～2.55 m/m2, 層內(nèi)裂縫張開程度較好。

圖11是對(duì)兩段裂縫集中發(fā)育帶的裂縫走向所做的統(tǒng)計(jì)分析, 4210—4220 m發(fā)育裂縫6條, 裂縫走向沿北東向發(fā)育(圖11a); 4310—4320 m發(fā)育裂縫7條,裂縫走向基本一致, 為北北東向和北東向(圖11b)。ZR2鉆孔全井段裂縫走向以南北向、北西向、北東向?yàn)橹? 個(gè)別裂縫走向?yàn)闁|西向。裂縫產(chǎn)狀與地應(yīng)力方向密切相關(guān), 其中裂縫走向與最大主應(yīng)力方向基本一致, ZR2鉆孔裂縫的走向具有多樣性的特征, 是現(xiàn)今應(yīng)力與古應(yīng)力殘留共同作用的結(jié)果, 這一現(xiàn)象在中生界以前的地層中較為多見(唐顯春等, 2023)。

圖11 裂縫集中發(fā)育帶裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)Fig. 11 Fracture occurrence statistics of fracture concentrated development zone

3.4 現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向分析

利用測(cè)井資料可以確定現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向,主要方法為:

(1)成像圖中應(yīng)力崩塌造成橢圓井眼的長(zhǎng)軸方向?yàn)樽钚∷街鲬?yīng)力的方向;

(2)三井徑測(cè)井, 橢圓井眼的長(zhǎng)軸方向?yàn)樽钚∷街鲬?yīng)力的方向。

井壁崩落在圖像上表現(xiàn)為兩條 180°對(duì)稱的垂直長(zhǎng)條暗帶或暗塊, 為地層最小水平主應(yīng)力方向,與之垂直的方向即為最大水平主應(yīng)力方向。圖12展示了井壁崩落在電成像圖像上的響應(yīng), 即兩條180°對(duì)稱的垂直長(zhǎng)條暗帶, 已由紅線圈出。電成像展開方向?yàn)楸薄獤|—南—西—北, 成像圖中崩落發(fā)生在近東西方向上, 由此可以推斷ZR2鉆孔最大主應(yīng)力方向?yàn)榻媳毕颉?/p>

圖12 井眼崩落現(xiàn)象Fig. 12 Borehole collapse phenomenon

利用三井徑測(cè)井, 可以計(jì)算出ZR2鉆孔現(xiàn)今地應(yīng)力方向, 對(duì)最大主應(yīng)力方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析:4200—4400 m最大主應(yīng)力方向以北東—南西方向?yàn)橹? 局部顯示北北東向(圖13)。這一結(jié)果與利用井壁崩落現(xiàn)象識(shí)別出現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向相互印證,即現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|—南西。結(jié)合裂縫走向分析, 近南北走向的裂縫是在現(xiàn)今應(yīng)力作用下形成的, 近東西走向的裂縫為古應(yīng)力殘留的結(jié)果。井旁地應(yīng)力和裂縫發(fā)育總體受控于近南北走向的日月山走滑斷裂。

圖13 最大主應(yīng)力方向統(tǒng)計(jì)(4200—4400 m)Fig. 13 Maximum principal stress direction (4200-4400 m)

3.5 綜合解譯結(jié)果分析

參考關(guān)于火成巖熱儲(chǔ)評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法(國(guó)家能源局, 2011), 綜合考慮ZR2鉆孔裂縫發(fā)育情況及巖性, 制定地層劃分依據(jù)(表3), 其中,ZR2鉆孔巖性完整地層中存在兩套高放射性地層,放射性表現(xiàn)為 U＞40×10-6、Th＞25×10-6、K＞6%, 電阻率大于20萬Ω·m。

表3 地層完整性分析Table 3 Analysis results of strata integrity

ZR2鉆孔裸眼段巖性為花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖,地層十分致密, 整體上看地層天然總放射性較高,電阻率在10萬Ω·m以上, 聲波時(shí)差在50 μs/ft左右,孔隙度在 1%～4%之間。同時(shí) ZR2鉆孔存在兩套裂縫集中發(fā)育帶, 巖性破碎, 孔隙度相對(duì)較高, 電阻率值明顯低于其他地層, 疑似含水。

綜合考慮火成巖熱儲(chǔ)評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)、ZR2鉆孔裂縫發(fā)育情況以及巖性和電阻率, 解釋情況如下:

ZR2鉆孔共解釋巖性破碎地層(疑似含水)21.4 m/2層; 巖性較完整地層 70.4 m/7層; 巖性完整地層376.1 m/27層, 高放射性地層7.6 m/2層, 如圖14所示。

圖14 ZR2鉆孔綜合解釋成果圖(4170—4460 m)Fig. 14 Comprehensive interpretation result map of borehole ZR2 (4170-4460 m)

(1)巖性破碎地層: 以 16號(hào)層為例, 4 207.9—4 218.1 m, 層厚10.2 m, 構(gòu)造裂隙相對(duì)發(fā)育, 巖性破碎。自然伽馬266 API, 電阻率1 897.8 Ω·m, 聲波時(shí)差 55.9 μs/ft, 放射性 U 為 12×10-6, 放射性Th為16.3×10-6, 放射性K為5.1%, 井溫182 ℃, 聲波計(jì)算孔隙度為3%, 生熱率為6.5 μW/m3, 層內(nèi)發(fā)育裂縫 6條, 裂縫傾角在 30.8°～85°范圍內(nèi), 裂縫傾向以264°～301°為主, 裂縫寬度為0.96～2.02 mm, 裂縫長(zhǎng)度為1.63～4.90 m/m2, 層內(nèi)裂縫張開程度較好。綜合解釋為巖性破碎地層, 疑似含水。

(2)巖性較完整地層: 巖性較完整地層聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度小于 3%, 層內(nèi)發(fā)育少量裂縫, 裂縫處電阻率最低為 2053 Ω·m, 但地層整體電阻率較高, 地層偏致密。2、14、15、19、21、24和 26號(hào)層綜合解釋為巖性較完整地層。以24號(hào)層為例,4 288.4—4 297.6 m, 層厚9.2 m, 巖性較完整, 層內(nèi)發(fā)育2條裂縫, 自然伽馬為345.7 API, 地層電阻率整體為 2萬 Ω·m, 裂縫處電阻率降至9000 Ω·m左右, 聲波時(shí)差53.0 μs/ft, 計(jì)算孔隙度為1.9%, 放射性 U 為 23.5×10-6, 放射性 Th為 11.2×10-6, 放射性K為5.0%, 井溫186.1 ℃, 天然放射性表現(xiàn)為高鈾低釷的特征。

(3)巖性完整地層: 巖性完整地層聲波計(jì)算孔隙度小于 3%, 層內(nèi)裂縫不發(fā)育或發(fā)育單條裂縫,整體電阻率非常高, 地層非常致密。以32號(hào)層為例,4 404.8—4 412.9 m, 層厚8.1 m, 巖性完整, 層內(nèi)不發(fā)育裂縫, 自然伽馬為144.1 API, 地層電阻率整體為 17萬 Ω·m, 聲波時(shí)差 50.6 μs/ft, 計(jì)算孔隙度為1.1%, U為7.0×10-6, Th為2.3×10-6, K為5.7%, 井溫188.8 ℃, 天然放射性表現(xiàn)為低釷低鈾的特征。

(4)高放射性地層: 高放射性地層聲波計(jì)算孔隙度小于 3%, 巖性完整, 層內(nèi)不發(fā)育裂縫, 整體電阻率非常高, 地層非常致密, 地層總放射性極高, 鈾、釷、鉀含量都很高。以10號(hào)層為例, 4 129.5—4 132.1 m,層厚 2.6 m, 巖性完整, 層內(nèi)不發(fā)育裂縫, 自然伽馬為2 242.0 API, 地層電阻率整體為20萬Ω·m以上,聲波時(shí)差 51.1 μs/ft, 計(jì)算孔隙度為 1.6%, U 為96.7×10-6, Th為32.0×10-6, K為8.8%, 井溫 180.1 ℃,巖石生熱率為 27.4 μW/m3, 天然放射性表現(xiàn)為高鈾高釷高鉀的特征, 總放射性極高。

4 結(jié)論

(1)首次報(bào)道了共和盆地東部扎倉地?zé)崽?ZR2井綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和熱儲(chǔ)關(guān)鍵參數(shù)。

(2)基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)精細(xì)評(píng)價(jià)了扎倉溝花崗巖熱儲(chǔ)的孔隙度、體積密度、巖石生熱率、巖石力學(xué)參數(shù)等。井溫測(cè)井顯示 4092.8 m溫度達(dá)到 180 ℃,4602 m深度井溫214 ℃, 是典型的高溫地?zé)豳Y源;

(3)利用電成像測(cè)井識(shí)別出兩段裂縫集中發(fā)育帶, 分別為4210—4220 m和4310—4320 m, 并對(duì)全孔段裂縫的產(chǎn)狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析; 利用井壁崩落和三井徑法, 計(jì)算該鉆孔現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|向, 總體受控于日月山南北向活動(dòng)走滑斷裂;

(4)綜合考慮裂縫發(fā)育情況和地層天然放射性,共解釋巖性破碎地層(疑似含水)21.4 m/2層, 巖性較完整地層70.4 m/7層, 巖性完整地層376.1 m/27層,高放射性地層7.6 m/2層。

Acknowledgements:

This study was supported by Science and Technology Department of Qinghai Province(No. 2019-ZJ-7062), and Qinghai Geological Survey(No. 2016020160sh010).