呵叻盆地L区块裂缝发育特征及形成机理

杜贵超，仓 辉，张森森，曹卿荣

(1.陕西省延长石油(集团)有限责任公司，陕西 西安 710075；2.中南大学，湖南 长沙 410000；3.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450002)



呵叻盆地L区块裂缝发育特征及形成机理

杜贵超1，仓 辉1，张森森2，3，曹卿荣1

(1.陕西省延长石油(集团)有限责任公司，陕西 西安 710075；2.中南大学，湖南 长沙 410000；3.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450002)

在钻井取心及测井资料分析基础上，结合盆地构造演化特征，对呵叻盆地L区块二叠系碳酸盐岩裂缝发育特征及形成机制进行了分析。研究结果表明：目的层碳酸盐岩共发育早期充填缝及晚期张开缝2期构造裂缝。张开缝主要为低角度裂缝及水平裂缝，呈半充填—未充填特征，其形成演化与印支期造山运动有关，为印支Ⅰ、Ⅱ幕2期构造运动叠加的产物；在Ⅱ幕印支运动强烈构造挤压作用下，低角度正断层F1发生挤压变形，2号断块被推覆到1号断块之上，导致灰岩断块内部沿较脆弱的沉积纹理面破裂，形成低角度缝及水平裂缝；岩心裂缝统计及常规测井识别表明，该套裂缝在垂向上以薄层为主，裂缝密度较小。从构造作用改造程度来看，研究区碳酸盐岩目的层地层厚度较大，受区域构造应力改造相对较小，断层断面曲率及地层曲率小，导致构造裂缝发育密度较小，不利于油气规模性成藏。该研究可为呵叻盆地L区块有利区的预测提供重要依据。

呵叻盆地；碳酸盐岩；裂缝型储层；裂缝类型；低角度裂缝；水平裂缝

0 引 言

裂缝型储层是重要的油气储层类型之一，据不完全统计，裂缝型油气藏储量在中国油气田探明储量中占比超过30%[1]，而油气产量占整个石油天然气产量的1/2以上[2]，是重要的油气勘探领域。因此，裂缝识别及形成机理已成为当前储层研究热点之一。前人围绕碳酸盐岩裂缝发育特征、形成机理及裂缝预测等方面开展了大量卓有成效的工作[2-5]。但文献报道显示，中国的裂缝型油气藏主要以高角度裂缝及垂直裂缝系统为主，而对吐哈盆地马喀油田、酒泉盆地青西凹陷及川西坳陷等以低角度及水平裂缝系统为主的油气藏的研究相对较少。已有研究表明，低角度及水平裂缝的成因机制包括构造及非构造2类作用，非构造作用包括古卸载机制、差异压实作用、溶蚀作用及砂岩中碳酸盐胶结物溶解等[6-7]。构造作用成因的低角度及水平裂缝主要是在构造挤压作用下，断层发生逆冲或层间滑动，形成近水平剪切作用所致[1，8-9]。同时，裂缝发育密度主要受断层面曲率等控制，断层面曲率及地层曲率越大，构造裂缝发育密度往往越大[10-11]。

在呵叻盆地L区块二叠系碳酸盐岩储层钻井取心及测井资料研究基础上，通过岩心描述及常规测井曲线识别，刻画目的层低角度及水平裂缝发育特征，并在此基础上，结合与构造运动之间的匹配关系等，开展了研究区裂缝成因及演化机制研究，总结了裂缝发育模式，并探讨了裂缝发育对油气储层的影响，有助于深入认识研究区裂缝发育规律，为有利区带预测及勘探目标评价提供重要依据。

1 地质背景

呵叻盆地位于泰国东南部，面积大约为17×104km2，为呵叻高原盆地的一部分，其北部与普潘隆起相接，东北与Loei-Phetchabun褶皱带相邻，是在印支板块稳定基底上发展起来的克拉通内部盆地，最大沉积厚度达7 600 m[11]，是泰国陆上最大的含气盆地，油气勘探始于20世纪60年代，迄今为止仅发现2个小型气田，预测可采天然气储量达140×108m3[12]。研究区位于呵叻盆地中部，面积为3 960 km2，受区域构造演化影响，研究区经历了断陷裂谷阶段(C3—P2)、印支I幕构造运动(P2—T2)、印支II幕构造运动(T3末期)、盆地整体沉降(J1—K1)、中白垩构造反转(K2)、喜马拉雅造山运动(E1至今)等多期构造运动阶段[11]。自下而上发育了晚古生代石炭系及二叠系，中生代三叠系、侏罗系及白垩系，以及少量第三系及第四系地层，具有“下断上坳、下海上陆”双层结构。下部裂谷层序为晚古生代浅海相地层，晚石炭Si That组主要为泥岩、页岩及粉砂岩地层，二叠系Pha Nok Khao组为晚古生代盆地断陷裂谷期产物，以浅海相碳酸盐岩沉积为主，是研究的主要目的层。二叠系末期，盆地整体抬升为陆地，中、新生代沉积了巨厚的三角洲、河湖相及冲积扇相陆相地层。从下至上依次发育Huai Hin Lat组、呵叻群及少量第三系等地层(图1)。

图1 研究区地层发育及构造演化阶段划分

2 裂缝发育特征

2.1 裂缝岩心特征

研究区Y3井在二叠系碳酸盐岩地层共取心16.48 m，取心段岩性稳定，主要为泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩，灰岩基质孔隙不发育。裂缝主要见垂直裂缝、高角度裂缝、低角度缝及水平缝发育(图2a—c)，见少量网状缝及不定向缝等(图2d)。未见压溶缝、溶蚀缝、晶间缝、风化缝等非构造裂缝。可划分为充填裂缝及张开缝2期裂缝，充填缝往往被晚期张开缝切割(图2)。

(1) 充填裂缝。取心段充填裂缝主要为垂直裂缝及高角度裂缝。垂直缝倾角一般为75～90 °，裂缝面平直规则，裂缝延伸较长，见组系特征；以小缝及微缝为主，次为中缝，亦见少量大缝；垂直裂缝均被方解石胶结物完全充填，高角度裂缝发育程度略低于垂直缝，裂缝面平直规则，裂缝延伸较长，缝宽变化较大。高角度缝倾角一般为45～75 °，主要为小缝及微缝，亦见少量中缝，偶见大缝；高角度裂缝均被方解石胶结物全充填。

(2) 张开缝。张开缝基本为水平裂缝及低角度裂缝，呈半充填—未充填特征，为构造裂缝，裂缝平直，偶见弯曲，裂缝面平整，具有近平行组系特征，以致取心段多处呈“饼裂”现象(图2a、b)。低角度缝倾角一般为15～45 °，以小缝及微缝为主，见少量中缝。水平缝倾角一般为0～15 °，以小缝及微缝为主，见少量中缝(图2e、f)；局部取心段水平裂缝较发育，岩心为密集的饼状，呈“饼裂”现象(图2a、b)。

岩心观察及裂缝统计表明，该取心深度范围内共发育半充填—未充填的低角度缝及水平缝约252条，裂缝密度为15条/m。张开缝以小缝为主，次为微缝及中缝。

图2 研究区岩心低角度及水平裂缝发育特征

2.2 常规测井曲线响应特征

利用常规测井曲线对碳酸盐岩裂缝型储层识别已有广泛的应用[1-2，11]。研究区钻井测井曲线特征表明(图3)，该取心段井径曲线平直，3 218.4～3 221.5 m深度段见小幅扩径特征；声波时差曲线在3 209.5～3 212.5 m及3 218.4～3 221.5 m深度段见2组声波时差曲线小幅变化带，声波时差曲线呈尖刺状摆动，分析认为是低角度缝或水平缝的发育，造成声波能量的衰减。在这2个深度段的密度测井相应小幅降低，亦呈尖刺状小幅摆动；补偿中子曲线在相应深度段亦呈小幅增大，其幅值变化趋势与密度曲线大致相同；双侧向曲线在该深度段亦表现出小幅的负异常。上述测井信息综合反应了低角度缝及水平缝的发育特征。

图3 研究区Y3井取心段裂缝发育常规测井响应特征

3 裂缝成因机制

3.1 裂缝发育与构造运动的对应关系

不同裂缝成因类型、充填特征及切割关系等研究表明，研究区目的层发育的2期构造裂缝与构造运动有较好的匹配关系。

(1) 断陷裂谷期裂缝。对应早—晚二叠系时期，印支板块从冈瓦纳大陆分离后处于板块漂移阶段，研究区海平面逐渐降低，广泛沉积了Pha Nok Khao组碳酸盐岩地层。此期间呵叻盆地整体处于构造拉张环境，区域构造拉张应力导致研究区二叠系碳酸盐岩地层内部正断层发育，并由此派生出大量构造裂缝。与正断层伴生的裂缝主要以垂直缝、高角度缝为主，同时见不定向缝、网状缝等不规则裂缝。该期裂缝形成时间较早，通常发育于成岩作用早期，碳酸盐岩地层呈半固结—固结阶段，此后被方解石胶结物充填(图2d，图4a)。分析认为，早期裂缝发育时期目的层为浅海沉积环境，碳酸盐岩地层与海水接触，海水极易通过裂缝进入该地层。由于海水中含丰富的钙、钠、镁等碱性金属离子，早期进入碳酸盐岩地层的主要为碱性流体，成岩流体进入碳酸盐岩地层后，由于埋藏深度的增加，地层温度及压力均随之增加，CaCO3达到过饱和并析出，形成方解石胶结物，并充填构造裂缝。

图4 研究区目的层取心段裂缝演化模式

(2) 印支Ⅰ期构造裂缝。对应为晚二叠—中三叠系时期，区域上受印支板块与中国华南板块碰撞及缝合影响，即印支Ⅰ构造运动，盆地内部由构造拉张转换为挤压应力环境，研究区抬升为陆地，同时遭受广泛剥蚀，形成了盆地内的区域不整合面(图1)。受构造挤压应力影响，早期正断层转换为逆断层。断层F1及F2均为低角度正断层，在逆冲挤压过程中，断层上盘沿逆冲断层向上滑动。断层的破裂变形沿断层倾角方向传递，导致了碳酸盐岩断块内沿沉积纹层面破裂变形，并形成低角度裂缝及水平缝为主的裂缝系统。

印支Ⅰ期后，盆地经历了短暂的平静期，同时沉积了三叠系Huai Hin Lat组陆相碎屑岩沉积。

(3) 印支Ⅱ期构造裂缝。三叠系末期，由于印支板块与Shan Thai板块的碰撞，发生了印支Ⅱ幕造山运动，使盆地内部反向倾滑构造应力环境发育，导致了一系列挤压推覆构造形成[11]。

在强烈的构造挤压作用下，研究区被抬升并遭受剥蚀，同时，F1、F2断层再次发生逆冲滑动，其中F1断层发生一定程度的挤压变形。导致了碳酸盐岩断块内沿沉积纹层面进一步破裂变形，形成大量的低角度裂缝及水平裂缝。

3.2 研究区裂缝发育模式

钻井取心段裂缝发育特征及其与构造运动对应关系分析表明，研究区主要发育2期构造裂缝。早期以垂直裂缝及高角度裂缝为主的充填裂缝主要形成于早—晚二叠系构造拉张时期，并在碳酸盐岩地层成岩演化过程中被方解石胶结物完全充填(图4a)。以低角度裂缝及水平裂缝为主的裂缝系统是印支Ⅰ、Ⅱ幕2期构造作用叠加的结果(图4b、c)。2期构造运动均为挤压性质，碳酸盐岩断块沿断层面发生小幅逆冲滑动，特别是印支Ⅱ幕时期强烈构造挤压作用下，低角度正断层F1发生挤压变形，2号断块被推覆到1号断块之上，导致灰岩断块内部沿较脆弱的沉积纹理面破裂，形成低角度缝及水平裂缝。印支II幕构造运动结束后，呵叻盆地相继经历了整体沉降阶段(J1—K1)、中白垩构造反转运动及喜马拉雅造山运动，受此3期构造运动影响，研究区均以整体升降为主，盆地处于构造挤压环境至今。构造挤压环境使大部分低角度裂缝及水平缝被保存下来(图4d)。

4 裂缝发育对储层的影响

研究区钻井取心段的储层构造裂缝发育，以低角度缝及水平缝为主。在3 209.5～3 212.5 m及3 218.4～3 225.9 m深度段内见多个薄层裂缝发育段(图3)。从水平裂缝及低角度裂缝自身特征来看，其裂缝系统通常呈带状分布，平面上延伸较广，垂向上主要靠低角度缝上下沟通，裂缝的连通性较好，水平渗透率高，有利于油气的运移及富集。但岩心裂缝统计及常规测井识别表明，该套裂缝以薄层为主，裂缝密度低。从成因机理来看，研究区位于盆地中部，灰岩地层厚度大，受区域构造应力改造相对较小，断层断面曲率及地层曲率小，导致研究区构造裂缝发育密度相对较小。

5 结 论

(1) 研究区目的层主要发育充填裂缝及张开缝2期构造裂缝，有效裂缝为低角度缝及水平缝，呈未充填—半充填特征，且以小缝为主，次为微缝及中缝。

(2) 以低角度裂缝及水平裂缝为主的裂缝系统为印支Ⅰ幕、Ⅱ幕2期构造作用叠加的结果，表明断层逆冲推覆挤压作用导致研究区灰岩断块内部沿较脆弱的沉积纹理面破裂，从而形成低角度缝及水平裂缝形成。

(3) 水平缝及低角度缝为研究区目的层油气储集空间，该类裂缝具有平面上延伸广，裂缝连通性好，水平渗透率高等特征。但裂缝成因机理研究表明，研究区裂缝发育密度相对较低，不利于油气成藏。

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编辑 林树龙

20160503；改回日期：20160913

陕西省延长石油(集团)有限责任公司2014年科技计划项目“泰王国呵叻盆地L31/50区块二叠系碳酸盐岩勘探潜力分析及目标评价”(ycsy2014ky-A-10)

杜贵超(1983-)，男，工程师，2007年毕业于新疆大学资源勘查工程专业，2012年毕业于中国科学院地质与地球物理研究所岩矿专业，获博士学位，现从事海外油气勘探综合地质研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.005

TE122.2

A

1006-6535(2016)06-0021-05