Question

裂缝地质特征

Answer 1

分类是科学研究的基础。合理有效的分类方案可使事物不同特征之间的逻辑关系更加清晰。火山岩储层发育多种成因和不同产状的裂缝, 需要对其进行科学的分类。 因此, 首先依据《火山岩储集层描述方法》(SY/T 5830-93), 利用岩心、 薄片和测井资料对准噶尔盆地火山岩裂缝开展分类研究; 在此基础上运用统计学知识分析裂缝的发育程度、 有效性及定向性等地质特征。

1. 裂缝地质描述及分类

裂缝表现为长宽比远大于孔隙的片状空间, 首先利用岩心及薄片资料从地质角度识别裂缝并分类描述裂缝的成因和产状。

(1) 成因分类

根据成因可将裂缝可分为原生和次生两种。 原生缝包括冷凝收缩缝、 炸裂缝、砾间缝及层间缝, 次生缝包括构造缝、 风化缝、溶蚀缝和缝合缝。在原生裂缝中, 冷凝收缩缝是火山岩喷出地表后经冷凝收缩产生的裂缝, 形状不规则, 主要发育于各种熔岩中; 炸裂缝则由岩浆喷发时产生的上拱力、岩浆爆发引起的气液爆炸作用而形成, 常呈不规则网状发育于角砾岩中; 砾间缝发育于砾石颗粒之间及砾石与基质之间, 围绕砾石边缘分布, 与角砾间的压实程度及砾石抗压强度有关; 层间缝发育在岩性差别大的岩层之间或层理发育的同一岩层之中, 面积较大, 延伸较远, 常成为油气运移的重要通道。 在次生裂缝中, 构造缝由构造作用或构造运动产生, 开度大、 延伸远, 表现形式复杂, 发育于各种火山岩中;风化缝是火山岩在地表水及大气风化作用下发生机械破裂而形成, 形态极不规则, 有马尾状、 雁行式、 叶脉状等, 常发育于火山岩体顶界面; 溶蚀缝是地表淡水或地下水沿裂缝向下渗流溶解时使缝宽增加而形成, 发育于各类火山岩中; 缝合缝则是指相邻两个岩层之间或同一岩层的两个相邻部分存在的锯齿状连接缝, 与压溶作用有关, 发育于不同火山岩层之间。

根据大量岩心和铸体薄片的观测描述, 准噶尔盆地主要发育4种原生裂缝、 2种次生缝 (图4-40)。 原生缝包括冷凝收缩缝、 炸裂缝、 砾间缝和层间缝, 次生缝包括构造缝和溶蚀缝。 统计结果表明, 火山岩构造缝普遍发育, 溶蚀缝较发育, 收缩缝主要发育于火山熔岩中, 砾间缝则普遍发育于火山角砾岩中。

图4-40 滴西地区石炭系火山岩裂缝成因类型

(2) 产状分类

按产状, 裂缝可分为直劈缝、 斜交缝、 水平缝和网状缝。 其中, 直劈缝倾角大于80°、斜交缝倾角30°～80°、水平缝则小于30°。岩心观察结果表明, 滴西石炭系火山岩裂缝以斜交缝为主, 网状缝和水平缝次之(图4-41)。

图4-41 滴西地区石炭系火山岩裂缝产状分类

2. 裂缝测井识别及分类

FMI成像图显示: 天然裂缝为深色 (充填不导电物质后为浅色) 正弦型线条, 缝宽有一定变化, 形态相对不规则; 诱导缝表现为沿井壁对称 (180°) 出现的羽状或雁列状深色曲线 (图4-42)。 利用FMI成像测井在滴西石炭系火山岩中识别出各种产状的开启天然缝 (直劈缝、 斜交缝、 网状缝)、 充填缝-半充填天然缝和诱导缝 (图4-42)。

从图4-43可以看出: 滴西石炭系火山岩以天然裂缝为主 (占84%): 天然裂缝又以斜交缝为主 (50%), 网状缝次之 (28%)。 裂缝开启程度高, 开启缝占96.4%, 充填-半充填缝只占3.6%。

图4-42 FMI成像测井解释裂缝类型

图4-43 FMI裂缝解释分类统计结果

3. 裂缝发育程度

以FMI裂缝识别结果为基础, 初步定义裂缝发育段厚度占相应火山岩总厚度的百分比为裂缝发育程度评价参数, 通过统计不同岩性及不同井区的裂缝发育程度, 得到如下初步认识:

1) 火山岩裂缝发育程度受岩石力学特性影响, 与火山岩类型有关。 如图4-44, 在滴西地区石炭系火山岩中, 以花岗斑岩、 二长玢岩裂缝发育程度最高, 裂缝发育段厚度占94.8%和92.9%; 安山玄武岩、 玄武岩次之, 裂缝段厚度分别占55.8%和53.5%; 相对而言凝灰质砂砾岩、 安山质角砾岩裂缝发育程度最低, 裂缝段分别占7.8%和1.8%。

2) 在平面上, 裂缝受断裂系统控制, 同时与构造位置有关。 在裂缝与断裂关系上。从图4-45可看出: 研究区内单井以滴西18井和滴西182井裂缝最发育, 裂缝段厚度分别占90.9%和59.8%。 其中, 滴西18井离滴水泉西断裂最近, 滴西182井则有一条较大的次级断裂穿过。 因此, 裂缝的发育明显受断裂系统控制, 以靠近滴水泉西断裂及其次级断裂最发育。

同样, 从图4-45可以看出裂缝与构造位置的关系: 研究区内除滴西18和滴西182井外, 相对高部位的滴403、 滴西171和滴西14井裂缝也较发育, 裂缝段厚度比例分别为41.1%、 31.5%和25.8%。 滴402井既处于相对构造高部位, 其西边也发育一条次级断裂, 其裂缝段厚度占40.1%。 因此, 构造高部位裂缝发育程度也相对较高。

图4-44 不同岩性的裂缝发育程度

图4-45 裂缝发育程度平面变化特征

4. 裂缝有效性

岩心观察结果表明, 原生微细裂缝及早期构造缝在后期成岩阶段常处于充填或半充填状态, 而晚期构造缝和溶蚀缝则大多数处于开启状态, 有效开启缝所占比例大于充填的无效缝。

FMI测井解释结果也表明, 滴西地区石炭系火山岩裂缝的开启程度高, 其中开启缝约占91.5%, 充填或半充填缝只占8.5%; 同时, 测井解释的微细裂缝比例小 (约占0.8%), 裂缝的张开度较大。 因此, 总体而言, 滴西地区石炭系以有效缝为主, 火山岩裂缝是有效的。

5. 裂缝定向性

在裂缝识别的基础上, 通过统计分析得到了滴西地区滴西17、 滴西14和滴西18井区的天然裂缝及诱导缝走向。 从图4-46—图4-47可以看出:

图4-46 滴西地区石炭系火山岩储层裂缝发育方向

图4-47 滴西地区石炭系火山岩最大水平主应力方向 (诱导缝方向)

1) 滴西石炭系火山岩天然裂缝具有多方向性, 不同井区裂缝方向不同。 总体上以3个方向为主。 其中, 滴西17井区以北西—南东向为主, 滴西14井区以近南北向和北西—南东向为主, 滴西18井区则以近东西向和近南北向为主。

2) 自西向东, 最大水平主应力方向具有不断向西偏转的特点。 通过统计FMI诱导缝解释结果, 可得到研究区诱导缝的方向。 其中, 滴西17井区的诱导缝方向为近南北向,滴西14井区的诱导缝方向则以北北西—南南东向为主, 滴西18井区则以北西西—南东东向为主。 自西向东, 诱导缝方向具有不断向西偏转的特点。 由于与诱导缝走向一致, 最大水平地应力方向也具有相同特点。

综合上述, 通过岩心描述识别火山岩裂缝类型, 定性评价裂缝的有效性; 在岩心标定的基础上, 应用FMI成像测井识别裂缝类型、 评价裂缝的发育程度和方向。 因此, 以滴西地区为例可将准噶尔盆地火山岩裂缝地质特征总结如下:

1) 裂缝类型: 原生裂缝主要包括冷凝收缩缝、 炸裂缝、 砾间缝和层间缝、 次生缝包括构造缝和溶蚀缝; 火山岩构造缝普遍发育, 溶蚀缝次之, 收缩缝主要发育于火山熔岩中, 砾间缝则普遍发育于火山角砾岩中。

2) 裂缝产状: 天然裂缝又以斜交缝为主 (50%), 网状缝次之 (28%)。

3) 裂缝发育程度: 用裂缝段占岩石总厚度的百分比定性评价。 受岩性影响, 以花岗斑岩 (94.8%)、 二长玢岩 (92.9%) 最发育, 安山岩玄武岩 (55.8%)、 玄武岩次之(53.5%)。 受断裂系统控制, 以靠近滴水泉西断裂及其次级断裂处最发育, 如滴西18井(90.9%) 和滴西182井 (59.8%) 等处。 与构造位置有关, 构造高部位相对更发育, 如滴403井 (41.1%)、 滴西171井 (31.5%) 等处。

4) 裂缝有效性: 滴西石炭系火山岩裂缝的开启程度高 (开启缝约占91.5%), 微细裂缝比例小, 裂缝张开度较大, 以有效缝为主, 火山岩裂缝是有效的。

5) 裂缝方向: 天然裂缝具有多方向性。 其中, 滴西17井区以北西—南东向为主,滴西14井区以近南北向和北西—南东向为主, 滴西18井区则以近东西向和近南北向为主; 自西向东, 最大水平主应力方向具有不断向西偏转的特点, 其中, 滴西17井区为近南北向, 滴西14井区以北北西—南南东向为主, 滴西18井区则以北西西—南东东向为主。

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