延長油田東北部延長組宏觀天然裂縫古地磁定向分析

雷俊杰，辛江，賀志亮

(1.延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.西南石油大學地球科學與技術(shù)學院，四川 成都 610500；3.長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054)

延長油田東北部子長—延安一帶主要含油層系為三疊系延安組長6油層組，儲層巖石類型為細粒長石砂巖，滲透率平均為0.6MD，為典型的特低滲儲層。長6儲層普遍發(fā)育天然裂縫(張莉，2003；王震等，2006)，裂縫發(fā)育程度及方向是油田注水開發(fā)井網(wǎng)部署的關(guān)鍵考慮因素。目前對儲層裂縫方向確定的方法主要有地層傾角、FMI、EMI等裂縫井下探測技術(shù)，但該系列測井成本昂貴，在低成本淺層開發(fā)的延長油田不宜使用。筆者引進巖心樣品古地磁測定技術(shù)確定裂縫方位，為注采井網(wǎng)部署提供依據(jù)。

1 宏觀裂縫發(fā)育背景

鄂爾多斯盆地中、新生代地層經(jīng)歷了印支、燕山和喜山等3期大的構(gòu)造運動。

印支旋回以來，在鄂爾多斯地塊西緣兩側(cè)分別發(fā)育著左旋剪切和右旋剪切兩種應(yīng)力場。鄂爾多斯盆地是在兩種應(yīng)力的聯(lián)合作用下形成的，盆地東部主要受來自太平洋方向的近南北向左行剪切擠壓應(yīng)力作用(曾聯(lián)波等，2007)。印支期鄂爾多斯盆地處于擠壓的應(yīng)力環(huán)境下，為一壓性盆地，最大主應(yīng)力方向為SN向。

燕山運動時期，由于太平洋板塊與歐亞板塊間發(fā)生了較強烈的左旋剪切，它加于大華北盆地的力是一種剪切擠壓應(yīng)力，剪切應(yīng)力為南北向，而派生的擠壓應(yīng)力為北西—南東向。在此應(yīng)力體制下，必將在鄂爾多斯盆地內(nèi)部產(chǎn)生區(qū)域性的EW—SN向裂縫(圖1、圖2)，裂縫不受局部構(gòu)造的控制。在這種區(qū)域應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破裂縫可能兩組均發(fā)育，也可以表現(xiàn)為僅有一組剪切縫較為發(fā)育，而另一組不發(fā)育。野外露頭表明，在鄂爾多斯盆地地表范圍內(nèi)表現(xiàn)為EW向一組裂縫較為發(fā)育。

喜山運動時期，青藏高原向東南方向擴張擠壓，東部的左旋應(yīng)力場消失，西部的擠壓應(yīng)力場擴展到整個鄂爾多斯盆地，作用在鄂爾多斯盆地的構(gòu)造應(yīng)力表現(xiàn)為NE向擠壓應(yīng)力，在該作用力下產(chǎn)生了NE向的張裂縫，并且還對前期裂縫進行了改造。

1.剪切應(yīng)力；2.派生應(yīng)力；3.剪裂縫；4.張裂縫圖1 左旋作用下產(chǎn)生的EW—SN向裂縫示意圖Fig.1 EW-SN trending fracture resulting fromleft-lateral effect

1.最大主應(yīng)力；2.應(yīng)力方位；3.剪裂縫；4.張裂縫圖2 青藏高原向東南方向擴張產(chǎn)生NE—WS向擠壓Fig.2 NE-WS compression resulting from Tibetan Plateau extending towards southeast

綜上所述，盡管穩(wěn)定型盆地內(nèi)褶皺和斷層不發(fā)育，但作用于盆地周緣的應(yīng)力必然會對盆地內(nèi)部產(chǎn)生影響，即盆地在穩(wěn)定背景下具有不穩(wěn)定因素，表現(xiàn)為在盆地范圍內(nèi)廣泛存在裂縫。裂縫形成時期主要為燕山期和喜山期，燕山期裂縫主要為EW、SN向區(qū)域裂縫，喜山期裂縫則主要為NE 向裂縫。

通過對野外露頭觀察，盆地表現(xiàn)為NE向區(qū)域裂縫發(fā)育，而注水動態(tài)也反映裂縫主要方位為NE向，分析認為這與構(gòu)造運動、現(xiàn)今應(yīng)力場分布有關(guān)。一是受構(gòu)造運動的影響，NE向裂縫為張性縫，而兩組EW、SN向形成的裂縫以剪性閉合縫為主；二是盆地內(nèi)現(xiàn)今地應(yīng)力場最大水平主應(yīng)力方位為NE向，一方面使NE向裂縫成為高效導流裂縫，另一方面壓裂改造形成的人工裂縫按照NE向展布，并溝通原有的天然裂縫，使注水動態(tài)中反映NE向裂縫起作用；三是盆地內(nèi)砂體展布方向為NE向。綜上所述，由于NE向裂縫有效程度高，注水后使該方向上油井與裂縫連通，使動態(tài)上反映出明顯的NE方向裂縫效應(yīng)。

2 宏觀裂縫特征

長6油層裂縫以構(gòu)造裂縫為主，主要發(fā)育高角度張性垂直縫，占70%；傾角小于10°的水平縫主要為沿層面發(fā)育的層間裂縫，占20%；傾斜縫主要是傾角約為45°的剪切縫和張剪性縫，泥巖中常常見到，縫面上有擦痕和鏡面。裂縫主要在巖層內(nèi)發(fā)育，有少數(shù)大的裂縫可切穿不同巖層。由于部分裂縫的切穿深度較大，且裂縫密度較高，在有些區(qū)域裂縫密度達到50條/100m，裂縫長度為10～100m，可能構(gòu)成裂縫系統(tǒng)。大部分宏觀裂縫的主要開度集中在0.1～0.5mm，長6油層組裂縫有開啟、半開啟、閉合多種形態(tài)；長6油層組部分裂縫表面可以見到擦痕。在裂縫充填方面，二者多有充填物，并且都是以碳酸鈣充填為主。

3 古地磁定向的基本原理與方法

通過對古地磁研究結(jié)果表明，地球磁軸的平均位置總是和地球旋轉(zhuǎn)軸的位置基本吻合，即地磁場具有地心軸向偶極子場特征，巖石記錄的地磁極位置幾乎總在地理極附近，磁坐標與地理坐標近乎一致。因此，如果能測量出巖心的磁化方向就能得到它的地理坐標(郝明強等，2007)。

地質(zhì)歷史時期中地球磁場經(jīng)常發(fā)生變化，其中最顯著且最重要的變化是地磁場倒轉(zhuǎn)。由于地磁場倒轉(zhuǎn)過程僅經(jīng)歷數(shù)百年或數(shù)千年，占據(jù)的地層空間僅幾十厘米，與漫長的地質(zhì)時期和巨厚的地層相比微不足道，巖石保留了自形成后各個時期的地磁場信息。

碎屑沉積時在當時地磁場作用下獲得的磁性稱沉積剩余磁性(DRM)。DRM是一種非常穩(wěn)定的剩磁，可以保留至今。DRM是在碎屑顆粒定位幾分鐘到幾年內(nèi)獲得的，由于剩磁顆粒的磁矩是按當時地磁場方向取向的，因此巖石標本DRM方向理論上與巖石形成時期地磁場方向一致。通過測定巖石的DRM方向，可以得到當時地磁場方向。

原生剩磁是最穩(wěn)定的剩磁，記錄了生成時期地磁場方向，最后期的VRM非常顯著，記錄了現(xiàn)代地磁場方向。因此，只要測出巖心的VRM磁化方向，就能得到巖心相對地磁極方向，進而得到對應(yīng)于巖心的地理方位。由于VRM在低溫退磁條件下就可清洗掉，因此在進行分段熱退磁時，低溫分量(不同樣品不同，大約在40～200℃)代表了后期的VRM。筆者在進行熱退磁時發(fā)現(xiàn)，40～120℃的熱退磁可將VRM清洗掉，通過這一溫度區(qū)間退磁結(jié)果的矢量合成，可獲得低溫分量的方向。因為低溫分量方向代表了后期VRM方向，VRM方向與現(xiàn)代地磁場方向一致。所以，通過測量巖心的熱退磁低溫分量方向，就可獲得其地理方位。

4 樣品備制與測量

為了獲得宏觀天然裂縫和微裂縫的方向數(shù)據(jù)，對所有含有裂縫的巖心以及準備制作微裂縫定向薄片的樣品進行了巖心古地磁定向。在巖心上標記標志線，平行標志線切割成棱長為2cm的立方體樣品，在樣品上刻畫箭頭，并平行巖心標志線。本次工作共備制樣品88塊(2塊測量中破損)，上機測量86塊。

全部樣品在西北大學大陸動力學國家重點實驗室古地磁室測量完成。磁性測量使用捷克制造的J-R6磁力儀，退磁測量使用英國制造的MMDT80熱退磁儀，樣品退磁溫度為①NRM，②50℃，③75℃，④100℃，⑤125℃，⑥150℃，⑦175℃，⑧200℃，⑨250℃，⑩300℃。每個溫度擋退磁后進行剩磁測量，對最后期低溫黏滯剩磁進行了矢量分析，獲得巖心記錄到的現(xiàn)代地磁場磁化的黏滯剩磁VRM，由于VRM方向與現(xiàn)代地磁場方向一致，即與地理坐標一致，因此參照巖心裂縫標志線可以得到巖心裂縫方向。絕大多數(shù)樣品取得了良好的效果，極少數(shù)樣品(4塊)由于在沉積成巖階段沒有獲得很好的沉積剩磁，因此無法得到有效數(shù)據(jù)。

5 典型樣品退磁圖分析

Z023號樣品是理632井巖心樣品，樣品在磁屏蔽環(huán)境退磁測量，得到樣品剩磁方向。圖3為Z氏圖和樣品標志線剩磁方向，由于矢量合成方向與磁北極方向一致，因此得到該樣品裂縫方位標志線方向為46°，巖心裂縫為北東方向。

Z006號樣品是理899井巖心樣品，用于巖心薄片定向。樣品在磁屏蔽環(huán)境退磁測量，得到樣品剩磁方向。圖4為Z氏圖和樣品標志線剩磁方向，樣品具有低溫NMR330°～125°和150～300° 2個矢量合成方向，由于低溫矢量合成方向與磁北極方向一致，因此得到該樣品標志線方向為18°，薄片標志線方向為18°。

圖3 理632井巖心樣品標志線剩磁方向圖Fig.3 Marker line residual magnetism direction of Li-632 core sample

圖4 理899井巖心樣品標志線剩磁方向圖Fig.4 Marker line residual magnetism direction of Li-899 core sample

6 宏觀天然大裂縫的古地磁定向結(jié)果

巖心裂縫的矢量合成方向如表1、圖5所示，結(jié)果表明子北油田巖心裂縫主要以北東方向為主，約占58%；北西方向次之，約占33%；東西與南北方向裂縫各一條，占8%。

延長油田延長組為低、超低滲儲層，均加砂水力壓裂投產(chǎn)，注水井同樣壓裂投注。從壓裂裂縫監(jiān)測可知，在現(xiàn)今北東60°～80°最大主應(yīng)力作用下，人工裂縫優(yōu)先沿北東向天然裂縫開啟延伸，坪橋區(qū)17個注水井組93口注水受益井水淹方向主要集中在NE、SE、NE方向，壓裂裂縫檢測及生產(chǎn)動態(tài)展示裂縫方向與古地磁分析裂縫方向一致。

表1 巖心宏觀大裂縫的古地磁定向結(jié)果表Tab.1 Paleomagnetic orientation results of macro core fracture

圖5 巖心宏觀大裂縫的古地磁定向結(jié)果圖Fig.5 Paleomagnetic orientation results of macro core fracture

7 結(jié)論

(1)盆地周緣的應(yīng)力必然會對盆地內(nèi)部產(chǎn)生影響，即盆地在穩(wěn)定背景下具有不穩(wěn)定因素，表現(xiàn)為在盆地范圍內(nèi)廣泛存在裂縫。裂縫形成時期主要為燕山期和喜山期，燕山期裂縫主要為EW、SN向區(qū)域裂縫，喜山期裂縫則主要為NE向裂縫。

(2)長6油層裂縫以構(gòu)造裂縫為主，主要發(fā)育高角度張性垂直縫，以北東為主裂縫方向，裂縫角度在40°～75°。裂縫有開啟、半開啟、閉合多種形態(tài)。

(3)油田巖心裂縫主要以北東方向為主，約占58%；北西方向次之，約占33%；東西與南北方向裂縫各一條，占8%。

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