克拉通盆地区域裂缝带的识别与分布研究
——以鄂尔多斯盆地南部镇泾地区延长组长8段为例

刘志远

(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京100083)

0 引言

裂缝在致密砂岩储层中广泛分布，是决定致密砂岩成藏与甜点分布关键因素[1-3]，而裂缝的强烈非均质性与复杂性导致其分布不确定性，一直是地质研究的难题[3]。由于地震平面覆盖率高，采用地震相干、各向异性等属性预测裂缝分布是目前普遍研究与采用的技术[4]，但受地表干扰、岩性物性相变及地层的各向异性等多种因素影响，裂缝预测结果常常不尽人意。测井具有高分辨率的显著优势，是识别裂缝的有效方法[5]，远探测声波技术[6]利用裂缝与地层的波阻抗差异将地球物理测井识别井周裂缝的范围从成像测井的几厘米提升到几十米的范围，但该方法需要采用全波测井资料，且目前最远也仅能探测到井周50 m以内的裂缝，应用条件与识别范围有限。传统测井常规方法评价单井裂缝仅为“一孔之见”，难以在平面上给出裂缝的分布，前期研究常采用井点裂缝密度平面插值，结合地层构造曲率等预测裂缝发育区，这种方法简化了地下地质情况，未体现裂缝展布[8]，预测的裂缝发育区域与实际情况常常相差较大。掌握裂缝的分布规律，评价裂缝纵横向上的分布，对于致密砂岩油气藏的成藏研究、寻找储层甜点以及有效开发都具有积极意义，因此，有必要探索裂缝带识别方法，对裂缝发育带开展深入评价。

另一方面，Nelson等[8-9]提出区域裂缝，认为区域裂缝是在应力场作用下形成的分布广泛、几何形态稳定、不受局部构造控制的裂缝系统。在克拉通盆地中，受剪切挤压作用影响，区域裂缝发育具有分布规则、规模大、间距宽、发育范围广、产状相对较稳定及延伸较远的特点。因此，对于这些大规模发育的区域裂缝，采用合适的方法能够从测井上进行识别追踪。

鄂尔多斯盆地属于典型的克拉通盆地，曾联波[10]根据靖安地区的古地磁定向岩心及露头区研究，认为靖安地区广泛发育东西向和南北向2组呈棋盘格式分布的区域裂缝，裂缝发育规模大，对压裂改造与注入水水淹影响明显；曾联波[11]在对盆地南部的固城川地区研究中认为, 该区区域裂缝以与地层走向和倾向斜交分布的北西向和北东向2组斜向正交裂缝为主，对于渗透率能够提高1～2个数量级。邵晓州[12]综合野外露头、岩心和成像测井等资料，认为盐池地区裂缝较发育，多为垂直、高角度构造成因缝，裂缝走向主要为NE-SW向和近EW向2组，其他方向裂缝发育程度相对较弱。赵希[13]统计鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中部樊学油区长8裂缝认为，长8油层组砂岩主要发育垂直和高角度构造缝，裂缝展布的优势方位为NE-SW向和NW-SE向。王宏申[14]统计红河油田长8注水情况表明，注水开发后对应的油井易水窜，水线推进速度快，平均速度达到144 m/d，呈裂缝直通型水窜特征。然而区域裂缝在盆地内究竟如何分布，其内部特征如何，对油气聚集控制作用怎样，目前少有人开展研究。

该文以鄂尔多斯盆地南部镇原—泾川地区为例，针对区域内部署有大量平行水平井的特点，在单井裂缝测井识别基础上，依据裂缝走向优势方向，开展裂缝井间对比，识别区域裂缝带，分析区域裂缝带内部情况以及对油气产能的影响，该成果对克拉通盆地区域裂缝带分布规律认识、油气藏发育特征研究、甜点储层识别以及深化勘探开发具有一定指导意义。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于中国中西部地区，为间歇性克拉通型盆地[15]，镇原—泾川地区位于盆地西南部，属于鄂尔多斯盆地西缘天环向斜的南段，如图1所示，区块地层东高西低，向西平缓倾斜，倾角不足1°，局部发育小幅度低洼地带，构造相对简单[16]。

图1 镇原—泾川区块工区位置与地层剖面简图Fig.1 Working area location and stratigraphic profile of Zhenyuan-Jingchuan Area

砂体中裂缝发育，对鄂尔多斯盆地南部镇泾地区HH26，ZJ25和HH1057-3等7口井长8致密砂岩岩心形貌如图2所示，其电成像裂缝特征统计如图3所示。可以看出，裂缝主要为高角度裂缝,倾角70.0°～90.0°，平均78.6°，倾向向北，走向主要为北东东—南西西方向，缝间多为半填充至全填充，充填物主要为方解石，多为它形，少数呈自形、半自形，裂缝开度为0.02～0.40 mm，平均0.12 mm，从裂缝发育形式来看，裂缝空间发育不均一，局部集中，呈束状特征。岩心裂缝油气显示活跃，常见缝面原油浸染，缝间油气溢出。

图2 鄂尔多斯盆地南鄂镇原—泾川地区长致密砂岩岩心Fig.2 Chang tight sandstone core in Zhenyuan-Jingchuan Area, southern Ordos Basin

图3 鄂尔多斯盆地南部镇泾地区长致密砂岩岩心电成像裂缝产状统计Fig.3 Fracture occurrence statistics of electrical imaging in Chang tight sandstone core in Zhen-Jing Area, southern Ordos Basin

对工区附近的崇信汭水河、旬邑山水河等露头统计表明(如图4所示)，裂缝产状与钻井岩心较一致，为北东东—南西西、北西—南东走向的高角度裂缝，裂缝能够贯穿露头砂体，甚至部分裂缝能够穿透多套砂泥岩层段，高度达到10 m。充填情况来看，接近60%未充填，23%为半充填，充填物主要是方解石，少数为沥青或泥质，测量填充裂缝内的次生方解石厚度，反映裂缝开度主要集中在约0.05～0.20 mm。

图4 崇信汭水河三叠系延长组长砂体裂缝露头剖面与裂缝产状统计Fig.4 Fracture outcrop profile and fracture occurrence statistics of Chang of Triassic Yanchang Formation in Ruishui river

对比镇泾地区以及邻近的泾河、姬塬、华庆、新安边、西峰-合水等工区延长组裂缝特征[18-20]，认为镇泾地区以及邻区裂缝产状基本一致，走向主要为北东东—南西西向,也与薛宏运[21]、ZHAO W T[22]等根据地震节面解与应力模拟等确定的现今主压应力方向一致。这些证据表明了整个鄂尔多斯盆地南部裂缝产状的稳定性，符合克拉通型区域裂缝特征。

Ying Liu （2016）［25］指出在受产业转移过程中污染影响的农户也不总是获得与工业化相关的非农就业收益。 Guo Wen-bo （2011）［26］实证研究表明产业转移与产业结构对经济的增长是不充分的。Wang Z Z （2017）［27］认为尽管产业转移能加快乡村振兴的进程，但对乡村居民收入没有积极作用。

2 裂缝识别

为了研究区域裂缝带展布情况，首先需要对裂缝进行识别。研究中采用岩心刻度电成像及电成像刻度常规测井的方法，通过提取常规测井多种裂缝敏感因子，加权建立裂缝敏感指数曲线，多因素约束进行裂缝识别。

图5 HH26井电成像与岩心裂缝对比Fig.5 Electrical imaging and core fracture comparison of well HH26

进一步采用电成像对裂缝常规测井响应进行刻度。由于镇泾地区裂缝主要为高角度缝，走向稳定在北东东—南西西向，而该区水平井方位主要为北北西—南南东向，两者基本垂直，对应在电成像上，响应为暗色束状发育的低幅或者水平曲线，如图6中的动态电成像道(第6道)中黑色细线所示，对应常规测井，表现为双感应电阻率明显降低，声波时差增大，并具有齿化特征。

图6 HH92P21井长8水平段电成像和常规测井裂缝特征与评价效果对比Fig.6 Comparison of fracture characteristics and evaluation effect between electrical imaging and conventional logging in Chang8 horizontal section of well HH92P21

为了实现常规测井识别裂缝，该研究依据裂缝响应特征，提取多个裂缝敏感因子，采用裂缝敏感因子加权计算裂缝指数，然后采用电成像刻度确定阈值，阈值约束进行裂缝识别。

该研究首先提取了电阻率降低因子、声波时差增大因子和双感应差异因子3种裂缝敏感因子以放大常规测井裂缝响应，提取感应电阻率维度与声波时差维度2种因子反映裂缝引起的齿化现象作为约束阈值，见表1。

表1 镇泾地区延长组裂缝敏感因子与约束阈值算法Table 1 Fracture sensitivity factor and constraint threshold algorithm of Yanchang group in Zhen-Jing Area

式中：ILDevp为电阻率最大值包络线，Ω·m；ILD为深感应电阻率，Ω·m；ACevp为声波时差最小值包络线，μs/ft；AC为声波时差，μs/ft；R为段内双感应最小二次函数相似系数；ILDi+1和ILDi为段内相邻样点深感应电阻率，Ω·m；ACi+1和ACi为段内相邻样点声波时差，μs/ft；m为段内样点数量。

电阻率降低因子，反映了裂缝造成电阻率降低，通过深感应电阻率与其最大值包络线的比值计算获得。电阻率最大值包络线取法是通过相邻深感应样点对比，选取中间样点数值最大的样品为种子点，多个种子点线性插值计算得到。同时，由于电阻率最大值包络线的分段性，该因子也实现了对裂缝响应的自动分段。

声波时差增大因子，反映裂缝引起的声波时差增大现象，通过声波时差与其最小值包络线的比值进行计算，最小值包络线算法与电阻率最大值包络线提取方法类似。

深感应电阻率维度与声波时差维度，以电阻率降低因子的自动分段为单元，通过计算段内单位厚度曲线长度进行求取。

综合考虑上述裂缝敏感因子的敏感性，通过分别赋予不同的权系数，加权计算裂缝指数FRACT_FF，见表2，算法如下：

表2 各裂缝敏感因子权系数与FRACT_FF阈值

式中：FRACT_FF为裂缝指数，i为裂缝敏感因子类号，Ai为裂缝敏感因子权重，Xi为裂缝敏感因子，Ximax为各类裂缝敏感因子中的最大值。

进一步通过裂缝指数与电成像测井裂缝对比，确定了电阻率与声波时差曲线维度阈值分别为0.03与0.50，裂缝指数阈值为0.10，从而形成了多种阈值约束的裂缝指数常规测井裂缝识别算法。图6中也显示了采用该方法计算的HH92P21水平井的常规测井裂缝敏感因子以及裂缝识别情况，可以看出该方法识别裂缝与电成像裂缝有较好对应关系。

3 裂缝发育带识别与特征分析

为了进一步对区域裂缝带进行识别和特征分析，考虑到工区内裂缝走向稳定，在测井裂缝识别基础上，将水平井轨迹与识别的裂缝投影在平面图中，沿着裂缝走向在一个狭窄线性条带进行井间对比，当该条带内相邻3口及以上的水平井裂缝均密集发育，则认为该条带为区域裂缝发育带， 从而确定裂缝发育带所在区域及其长度；进一步通过对裂缝带内对应不同位置单点裂缝段宽度、裂缝密度、流体产出情况等参数进行描述，实现对区域裂缝特征评价。

图7 HH37P15—HH37P12区域裂缝带内水平井裂缝识别与对比Fig.7 Fracture identification and comparison of horizontal wells inregional fracture zone between wells HH37P15-HH37P12

图8 横向对比确定HH37P15—HH37P12区域裂缝发育带Fig.8 Compare and determine regional fracture zone between well HH37P15-HH37P12

图9 镇泾工区HH37P14与HH37P12井长水平段生产曲线Fig.9 Production curve of wells HH37P14 and HH37P12 of in Zhen-Jing Area

图10 HH37井区长小层测井识别区域裂缝带发育情况Fig.10 Development of regional fracture zone identified by logging of in block well HH37

为了更加直观地显示区域裂缝带分布及其多油气运移富集的影响，结合单井裂缝识别与裂缝横向分布情况，制作了镇泾地区长8油层组油藏模式图，如图11所示。显示区域裂缝带虽然宽度狭小，但规模大,产状稳定,延伸较远，纵向穿深长，内部裂缝密集发育，能够有效沟通上下烃源岩与储集层，既是油气聚集的重要场所，又是油气由烃源岩进入储集体的运移通道，在裂缝带周围有利的孔隙储层中形成富油条带，裂缝带本身在很大程度上也改善了致密砂岩储层的储集和渗流性质，能够有效改善研究区低孔低渗储集层的物性，提高储层的连通能力。

图11 HH37井区长小层油藏模式图Fig.11 Reservoir model diagram of in block well HH37

4 结论与认识

1)高角度裂缝在水平井测井响应表现为电阻率降低，双感应差异增大，声波时差增大等特征，采用裂缝敏感因子加权计算的裂缝指示曲线可有效识别。

2)对于区域裂缝发育且部署有密集平行水平井的井区，按裂缝走向优势方向，在一个狭窄条带内，采用裂缝横向对比可有效识别区域裂缝。

3)鄂尔多斯盆地南部区域裂缝规模大,产状相对较稳定,延伸较远，这些裂缝带相距1～2 km，长度0.6～3.0 km，宽度只有约20～50 m，能够穿透烃源岩与数段砂泥岩互层。

4)区域裂缝可有效沟通上下烃源岩与储集层，既是油气聚集的重要场所，又是油气由源岩进入储集体的有利通道，对油气产出起到了明显的作用，油气也在区域裂缝带周围砂体中进行运移充注，形成富油区带，投产可获得一定的产能。