董文波

（ 中國(guó)石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

遼河盆地歐利坨子地區(qū)粗面巖裂縫發(fā)育特征及控制因素

董文波

（ 中國(guó)石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

為了分析粗面巖儲(chǔ)層形成機(jī)制以指導(dǎo)油氣勘探與開發(fā)，基于巖心、薄片以及成像測(cè)井等資料，對(duì)遼河盆地歐利坨子地區(qū)水下環(huán)境形成的粗面巖裂縫發(fā)育特征及其控制因素進(jìn)行了研究。研究成果表明：①研究區(qū)粗面巖發(fā)育炸裂縫、收縮縫、構(gòu)造縫和溶蝕縫等4種裂縫；②炸裂縫、收縮縫、溶蝕縫充填程度較高，大部分是無效裂縫，構(gòu)造縫是將粗面巖改造為儲(chǔ)層的重要因素；③構(gòu)造位置是控制裂縫發(fā)育程度最重要的因素，斷裂集中發(fā)育區(qū)、逆斷層上盤前鋒帶以及主干斷裂附近是裂縫發(fā)育程度較高的區(qū)域；④粗面巖單層厚度與裂縫發(fā)育程度表現(xiàn)為正相關(guān)性，單層厚度越大，裂縫發(fā)育程度越高。

遼河盆地；歐利坨子；粗面巖；水下環(huán)境；裂縫

遼河盆地是典型的大陸裂谷型盆地[1-3]，新生代以來在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下發(fā)生了多期巖漿活動(dòng)，形成了多套疊置、巨厚的火山巖層[4-6]。1971年在歐利坨子地區(qū)的粗面巖中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油流，隨著勘探開發(fā)工作的不斷深入，在熱河臺(tái)、歐利坨子以及黃沙坨油田上報(bào)了近4000×104t的探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量，顯示了粗面巖油藏的巨大勘探潛力[7]。多年勘探開發(fā)實(shí)踐表明，裂縫是決定粗面巖能否成為儲(chǔ)層的重要因素[8]，控制著油氣藏的形成和分布，但由于研究區(qū)粗面巖發(fā)育多種不同類型的裂縫，而且成縫控制因素不清，制約了粗面巖油藏的進(jìn)一步勘探和開發(fā)，所以研究粗面巖裂縫發(fā)育特征及控制因素對(duì)深化油氣勘探開發(fā)工作具有重要意義。調(diào)研表明，國(guó)內(nèi)外其他地區(qū)目前尚未發(fā)現(xiàn)類似于研究區(qū)這種大規(guī)模、巨厚層狀的粗面巖[9]，缺少可以參考的文獻(xiàn)及研究成果；而且研究區(qū)粗面巖形成于水下環(huán)境，具有一定的特殊性，形成于陸上環(huán)境的火山巖裂縫研究實(shí)例對(duì)于研究區(qū)粗面巖裂縫研究的指導(dǎo)作用有限。為此，基于粗面巖巖心、薄片以及成像測(cè)井等資料，對(duì)研究區(qū)粗面巖裂縫類型、發(fā)育特征，以及控制因素進(jìn)行了分析，并結(jié)合鉆井資料進(jìn)行驗(yàn)證。本文旨在通過對(duì)遼河盆地歐利坨子地區(qū)粗面巖裂縫發(fā)育特征以及成縫控制因素等問題進(jìn)行研究，為該區(qū)油氣勘探開發(fā)工作提供指導(dǎo)，同時(shí)也期望能為其他地區(qū)的火山巖油氣藏研究提供借鑒。該研究對(duì)于豐富火山巖儲(chǔ)層的理論研究以及指導(dǎo)粗面巖油氣藏勘探具有一定意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

歐利坨子地區(qū)位于遼河盆地東部凹陷中段，為一個(gè)呈北東向延伸的狹長(zhǎng)條帶（圖1）?，F(xiàn)今構(gòu)造格局主要形成于古近紀(jì)，為典型的正花狀構(gòu)造，受郯廬斷裂帶發(fā)育演化的影響，研究區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了正逆斷層相間發(fā)育的復(fù)雜斷裂系統(tǒng)。區(qū)內(nèi)基底為中生界陸相碎屑巖、泥巖夾火山巖，鉆井資料揭示新生代地層自下而上依次為房身泡組、沙河街組沙三段、沙一段、東營(yíng)組、館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系，整體缺失沙四段和沙二段[10]。在沙三段沉積時(shí)期，由于拉張作用使區(qū)內(nèi)主干斷層活動(dòng)加劇，盆地快速斷陷，巖漿沿著界西斷層、歐利坨子斷層等深大斷層向上運(yùn)移，在主干斷裂附近的薄弱處溢出地表，并流向董家崗斷層與界西斷層之間的低洼地帶沉積、冷凝形成大規(guī)模粗面巖以及少量玄武巖。由于多期巖漿活動(dòng)形成的粗面巖相互疊置，從而形成了巨厚的粗面巖體[11-12]。

圖1 歐利坨子地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖

2 裂縫類型及發(fā)育特征

2.1 裂縫類型

通過對(duì)粗面巖巖心、薄片、鑄體、掃描電鏡等資料進(jìn)行分析，根據(jù)裂縫成因，研究區(qū)粗面巖主要發(fā)育炸裂縫、收縮縫、溶蝕縫以及構(gòu)造縫等4種類型的裂縫。其中炸裂縫、收縮縫屬于原生裂縫，構(gòu)造縫、溶蝕縫屬于次生裂縫。

炸裂縫在火山巖中較為常見，它是巖漿在噴發(fā)時(shí)由于巖漿上拱力、爆發(fā)力等引起的氣液爆炸作用而形成的裂縫[13-16]。由圖2a可以看出研究區(qū)粗面巖炸裂縫成群產(chǎn)出，裂縫密度大、寬度小、延伸短、發(fā)育方向多，不具有規(guī)律性。

收縮縫是巖漿冷凝過程中溫度不均勻降低、巖漿不規(guī)則收縮形成的裂縫[17-19]，發(fā)育于礦物內(nèi)部或礦物間。由于研究區(qū)粗面巖形成于水下環(huán)境，在很大程度上加劇了巖漿冷凝過程中溫度降低的不均勻性，導(dǎo)致收縮縫極為發(fā)育。從圖2b中可以看出粗面巖收縮縫具有延伸距離較小、裂縫寬度較小、裂縫密度較大的特點(diǎn)，而且由于粗面巖頂、底面與水體接觸，溫度不均勻性最強(qiáng)，所以研究區(qū)粗面巖收縮縫多集中在粗面巖的頂部和底部。

由于研究區(qū)粗面巖形成于水下環(huán)境，水體沿著粗面巖形成時(shí)產(chǎn)生的炸裂縫和收縮縫滲流，將其中的易溶組分溶解，使原有裂縫擴(kuò)大，進(jìn)而形成了大量溶蝕縫[20-21]。由于水下環(huán)境形成的粗面巖遭受的溶蝕作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸上環(huán)境，所以溶蝕縫的發(fā)育程度較高，這也是水下環(huán)境形成的粗面巖與陸上環(huán)境形成的粗面巖差別較大的地方。由圖2c可以看出，研究區(qū)粗面巖溶蝕縫具有寬度大、延伸長(zhǎng)、切割深的特點(diǎn)。

構(gòu)造縫是粗面巖形成以后，由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響而形成的規(guī)模相對(duì)較大的裂縫[22-23]。由于區(qū)內(nèi)粗面巖構(gòu)造縫主要是由東營(yíng)末期的走滑運(yùn)動(dòng)而引起的，所以具有明顯的方向性，裂縫優(yōu)勢(shì)方位為北東向，與主干斷裂發(fā)育方向基本一致。由圖2d可以看出粗面巖構(gòu)造縫延伸較遠(yuǎn)、切割較深，而且分布不均勻。

圖2 歐利坨子地區(qū)粗面巖裂縫類型（按成因）（a）炸裂縫，x28井，2945.5m；（b）收縮縫，o48井，2696.18m；（c）溶蝕縫，o29井，2223.7m；（d）構(gòu)造縫，o48井，2722.64m

2.2 裂縫發(fā)育特征

通過巖心統(tǒng)計(jì)以及成像測(cè)井處理后的裂縫方位分析，研究區(qū)粗面巖裂縫走向表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性。由圖3可以看出，裂縫主要發(fā)育方位為北東向（45°±15°）和近南北向（0°±10°），其中北東走向裂縫最為發(fā)育，與主干斷層走向基本一致，其次是近南北走向，而其他方位裂縫發(fā)育程度相對(duì)較差。裂縫充填物以碳酸鹽為主，還可見少量的硅酸鹽、綠泥石、玉髓等，裂縫充填程度以半充填為主，而大部分構(gòu)造縫未被充填，很干凈，說明該區(qū)裂縫大部分是有效縫。巖心和顯微薄片資料表明，未充填的裂縫中具有明顯的含油現(xiàn)象，說明裂縫有利于油氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集。

圖3 歐利坨子地區(qū)粗面巖裂縫走向玫瑰花圖

通過對(duì)裂縫面的中軸角（即裂縫面法線）與巖心中心線的夾角進(jìn)行測(cè)量表明：粗面巖裂縫傾角主要有兩組（圖4）：一組為高角度縫，傾角大于70°，高角度縫所占比例較大，主要為構(gòu)造成因的剪切縫，主要方位為北東向，產(chǎn)狀穩(wěn)定，縫面平直光滑，其裂縫寬度為0.3～2mm，長(zhǎng)度可達(dá)50cm；另一組為水平縫，傾角小于20°，裂縫寬度為0.2～2mm，延伸短，連通性好，而且分布密集。

圖4 歐利坨子地區(qū)粗面巖裂縫傾角分布統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)完鉆井取心資料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)粗面巖裂縫平面分布極其不均勻，主要發(fā)育在以下3個(gè)區(qū)域：一是斷裂密集發(fā)育的區(qū)域，整體上裂縫發(fā)育程度較高；二是主干逆斷層上盤前鋒帶裂縫廣泛發(fā)育；三是沿著主干斷裂走向并距離斷裂較近的條帶區(qū)域裂縫發(fā)育程度較高。通過面密度、線密度、體密度三者結(jié)合的方法對(duì)粗面巖裂縫密度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示，上述區(qū)域裂縫密度主要集中在30～60條/m(表1)。其中位于研究區(qū)中部的o48井平均裂縫密度最小，為23條/m；而位于斷裂密集發(fā)育區(qū)域的o26井裂縫密度最大，高達(dá)89條/m，平均可達(dá)41條/m；在其他位置的粗面巖基本不發(fā)育裂縫或者裂縫發(fā)育程度較低。

表1 粗面巖裂縫密度統(tǒng)計(jì)表

3 裂縫形成與演化

結(jié)合歐利坨子地區(qū)構(gòu)造發(fā)育史[24]研究認(rèn)為，在粗面巖形成以后研究區(qū)僅經(jīng)歷了東營(yíng)末期的走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，而中新世以來構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱，影響范圍有限，深部斷裂活動(dòng)趨于停止，對(duì)粗面巖裂縫沒有影響。所以走滑運(yùn)動(dòng)控制了歐利坨子地區(qū)粗面巖裂縫發(fā)育的位置、方位以及產(chǎn)狀力學(xué)性質(zhì)等。綜合考慮裂縫類型及其發(fā)育特征，研究區(qū)粗面巖裂縫形成和演化主要包括以下3個(gè)階段：一是原生裂縫形成階段。沙三期粗面巖巖漿溢出地表，發(fā)生氣液爆炸形成炸裂縫，隨后在冷凝過程中由于溫度不均勻降低導(dǎo)致巖漿不規(guī)則收縮，在巖層頂、底面附近產(chǎn)生大量收縮縫。二是溶蝕縫形成階段。由于研究區(qū)粗面巖是在水下環(huán)境噴發(fā)溢流而形成的，水體沿著巖層頂、底面附近的原生裂縫滲流并將其中的易溶組分溶解，從而使原有裂縫加深、擴(kuò)寬形成溶蝕縫。三是構(gòu)造縫形成階段。粗面巖被埋藏后，東營(yíng)末期發(fā)生北東向的右旋走滑運(yùn)動(dòng)[25]，壓扭作用使粗面巖發(fā)生大規(guī)模的斷裂和破碎作用，在走滑主干斷裂附近等應(yīng)力釋放區(qū)形成了大量與走滑運(yùn)動(dòng)方向一致的北東向構(gòu)造縫。

4 裂縫發(fā)育控制因素

4.1 構(gòu)造位置

通過對(duì)粗面巖裂縫平面分布特征進(jìn)行研究認(rèn)為，研究區(qū)裂縫發(fā)育程度與構(gòu)造位置關(guān)系密切，構(gòu)造位置是控制裂縫發(fā)育最重要的因素[26]，不同構(gòu)造位置構(gòu)造應(yīng)力的差異性，直接導(dǎo)致了裂縫橫向發(fā)育程度的不均勻性。研究區(qū)構(gòu)造位置對(duì)裂縫發(fā)育程度的控制主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

4.1.1 整體上構(gòu)造應(yīng)力釋放區(qū)裂縫發(fā)育程度高

由于裂縫的產(chǎn)生是構(gòu)造應(yīng)力釋放的結(jié)果，所以在構(gòu)造應(yīng)力釋放的區(qū)域，如斷裂集中發(fā)育區(qū)域、逆斷層上盤前鋒帶等區(qū)域裂縫發(fā)育程度整體較高,如o15井。從目前鉆井資料來看，由成像測(cè)井解釋的裂縫空間分布狀況與斷層發(fā)育程度具有較好的一致性，即在斷裂集中發(fā)育的區(qū)域裂縫發(fā)育程度也隨之提高。

4.1.2 局部靠近斷裂的區(qū)域裂縫發(fā)育程度高

在局部區(qū)域，沿著斷裂走向并且緊鄰斷裂的條帶區(qū)域裂縫發(fā)育程度較高。如位于歐利坨子斷層附近的o29井、o14井以及o26井等，其裂縫密度最高達(dá)89條/m，平均可達(dá)41條/m；而遠(yuǎn)離斷裂的o52井、o48井等粗面巖裂縫密度則普遍較低，分別為24條/ m和 23條/m（表1）。

4.2 巖層厚度

統(tǒng)計(jì)表明，在構(gòu)造位置相同的情況下，粗面巖裂縫發(fā)育程度表現(xiàn)出與單層厚度的正相關(guān)性，即單層厚度越大，裂縫越發(fā)育，單層厚度過小反而不利于裂縫的形成。由圖5可以看出，當(dāng)粗面巖單層厚度大于90m時(shí)可以作為儲(chǔ)層儲(chǔ)存油氣；而當(dāng)粗面巖單層厚度小于90m時(shí)，多為干層，巖心分析資料也表明其孔隙度和滲透率均較低，證明裂縫不發(fā)育或發(fā)育程度較低,如o36井、o35-46-26井雖然位于斷層附近，但是由于粗面巖厚度僅為68m，所以裂縫發(fā)育程度較低。盡管該認(rèn)識(shí)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)論相左，但室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M僅考慮了巖層厚度的影響，采用不同厚度的樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而沒有考慮薄層間滑動(dòng)引起的應(yīng)力釋放效應(yīng)，存在一定局限性，所以對(duì)本結(jié)論的合理性不存在影響。研究認(rèn)為在相同構(gòu)造應(yīng)力的作用下，薄層間的層間滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致構(gòu)造應(yīng)力的釋放，從而難以形成裂縫，只有厚度達(dá)到一定值時(shí)（研究區(qū)單層厚度門檻值為90m），構(gòu)造應(yīng)力釋放程度低，兼之粗面巖脆性較強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度中等，所以更易于形成裂縫。

圖5 歐利坨子地區(qū)粗面巖厚度與含油性關(guān)系圖

5 應(yīng)用效果分析

基于上述研究，優(yōu)選歐利坨子斷層、F1斷層附近有利位置實(shí)施了一系列井位,其中oq3塊、o26塊以及o48塊鉆遇粗面巖最小厚度126m，平均厚度高達(dá)200m，均獲得了工業(yè)油流；而相同構(gòu)造位置的o35塊、o36塊實(shí)施的o35-46-26等井雖然鉆遇了粗面巖，但最大厚度僅為68m，測(cè)井解釋以及試油結(jié)論均為干層（圖6）。可見鉆探效果與上述研究認(rèn)識(shí)完全符合，進(jìn)一步證實(shí)了研究結(jié)論的合理性。

圖6 歐利坨子地區(qū)粗面巖勘探成果圖

6 結(jié)論

（1）歐利坨子地區(qū)粗面巖由于形成于水下環(huán)境，所以不僅發(fā)育炸裂縫、收縮縫等火山巖裂縫，還發(fā)育大量的溶蝕縫和構(gòu)造縫。但炸裂縫、收縮縫和溶蝕縫由于形成較早，多數(shù)被碳酸鹽和玉髓充填，大部分為無效裂縫。構(gòu)造縫多數(shù)未被充填或者部分充填，是有效縫，對(duì)油氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集起主要作用。

（2）構(gòu)造位置和單層厚度是影響粗面巖裂縫發(fā)育程度最重要的兩大因素，當(dāng)粗面巖單層厚度大于90m并且位于斷裂集中發(fā)育區(qū)域、逆斷層上盤前鋒帶以及主干斷裂附近等構(gòu)造應(yīng)力釋放區(qū)域時(shí)，裂縫發(fā)育程度最高，是下一步勘探的有利方向。在相同條件下，粗面巖單層厚度小于90m時(shí)裂縫發(fā)育程度較低或不發(fā)育。

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Development characteristics and control factors of trachyte fractures in Oulituozi region, Liaohe Basin

Dong Wenbo
( Exploration and Development Research Institute of PetroChina Liaohe Oilfield Company )

This paper studies the development characteristics and control factors of trachyte fractures developed in the underwater environment in the Oulituozi region, the Liaohe Basin, using cores, thin sections and imaging logging data etc., with the intent to analyze the formation mechanism of trachyte reservoirs for supporting oil and gas exploration and development. The study results show: (1) four types of fractures including blasting fractures, shrinkage fractures, tectonic fractures and dissolution fractures are developed in the trachyte; (2) blasting fractures, shrinkage fractures and dissolution fracturesare highly filled, making most of them ineffective; and tectonic fractures play the major role to reform the trachyte to reservoir; (3) tectonic location is an important factor that controls the development of fractures which almost occur in a well-developed fault zone, the frontal belt of the upthrown side of a reverse fault and near major faults; (4) the single-layer thickness is positively related to the fracture development, that is, the thicker the single layer is, the more developed fractures are in the trachyte.

Liaohe Basin, Oulituozi, trachyte, underwater environment, fracture

TE375

A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.05.009

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高煤級(jí)煤層氣儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性及控制機(jī)理”（41172145）；中國(guó)石油天然氣股份有限公司科技專項(xiàng)“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”（2012E-3001）。

董文波（1986-），男，遼寧盤錦人，碩士，2011年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)，工程師，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)綜合研究及油氣勘探方面的工作。地址：遼寧省盤錦市興隆臺(tái)區(qū)石油大街95號(hào)遼河油田勘探開發(fā)研究院油藏評(píng)價(jià)所，郵政編碼：124010。E-mail：dongwenbo.163@163.com

2016-07-28；修改日期：2017-05-15