黄骅坳陷枣园地区火成岩储层裂缝特征研究

孟庆龙，滕菲，陶自强，朱红云，张士浩，张会卿

（1.中国石油大港油田勘探开发研究院，天津300280；2.天津地质调查中心，天津300170）

黄骅坳陷枣园地区火成岩储层裂缝特征研究

孟庆龙1，滕菲2，陶自强1，朱红云1，张士浩1，张会卿1

（1.中国石油大港油田勘探开发研究院，天津300280；2.天津地质调查中心，天津300170）

本文应用岩心、薄片、测井等资料，以火成岩岩相研究为基础，重点研究了火成岩储层裂缝特征，认为研究区内裂缝以成岩缝和构造缝为主，大多为小裂缝，呈网状分布，形成了有利的储渗空间体系。裂缝的发育方向总体上以北东向为主，北西向为辅。研究区以气孔玄武岩、火山角砾岩和凝灰岩中裂缝最为发育，是较有利储层。

枣园地区；火山岩；岩相；裂缝特征

枣园地区位于黄骅坳陷孔店构造带中部，该区中新生代岩浆活动强烈，火成岩多层系产出、分布范围大[1-3]，由于强烈的构造力作用及岩浆活动为火成岩储层次生裂隙的发育创造了条件。其中枣35断块沙河街组玄武岩是该区发育的典型的火成岩储层类型,由于火成岩的储集空间结构的复杂性，火山岩储层大多是孔隙和裂缝双重介质。特别是裂缝的发育特征对火山岩储层的形成具有重要作用[4]，由于裂缝成因的复杂性、发育的多阶段性，该区一直以来未对储层裂缝进行过系统的研究，对该区储层裂缝的预测及评价研究还处于探索阶段。本文针对枣园地区典型的枣35断块火成岩的裂缝特征，根据岩心观察、薄片鉴定等资料对储层裂缝各项表征参数进行描述分析，以指导对火成岩储层的认识。

1 地质概况

枣园地区枣35断块火山岩位于河北省沧州市境内，西距沧州市区30 km，北距天津市100 km，东距黄骅市50 km，构造位置处在黄骅坳陷枣园构造中北部的李天木断层下降盘（图1）。该区火成岩主要发育在下第三系渐新统沙河街组三段，埋藏深度1 470～1 695 m，分布面积约15 km2。

2 技术思路

本次针对枣园火成岩储层裂缝特征的表征，主要是在地层、构造、岩心观察、薄片分析等地质资料综合分析基础上，首先通过认识火成岩岩相，进而认识火成岩岩性，为储层裂缝研究奠定基础；在此基础上，开展储层裂缝特征的精细研究以及储层裂缝分布特征的预测研究，从而对该区的储层裂缝进行综合性的描述，最终达到通过储层裂缝研究深化对火成岩储层认识的目的（图2）。

图1 枣园地区枣35断块火成岩构造图Fig.1 The igneous rock structural map of the Zao35 fault block in Zaoyuan area

图2 技术流程图Fig.2 The chart of technical flow

3 火成岩岩相特征

火成岩储层的裂缝发育情况受多重因素控制，其中火成岩的岩性及岩相的分布对火成岩的裂缝发育程度具有重要影响作用，不同岩性的火成岩中的裂缝发育特征存在明显差别，而火成岩的岩相划分对岩性的认识具有重要意义。前人研究认为枣35断块火成岩的岩相可以划分为两个亚相：爆发相、溢流相[2-5]。但本次研究认为，本区火成岩除发育有爆发相、溢流相外，还发育有次火山相、正常沉积相，但次火山相、正常沉积相不是该区发育的主要火山岩储层，各岩相特征如下：

3.1 爆发相

枣35断块火成岩爆发相形成的凝灰质火山碎屑岩在研究区各层分布不均，在ES31-2分布范围较大（图3），岩性主要为集块角砾、火山灰、火山尘及晶屑、岩屑、玻屑等，主要分布在近火山口地带。该相带形成于火山喷发高潮期，在火山口附近形成火山碎屑锥。该区凝灰岩以凝灰结构为主，少量含火山角砾结构，含沉积岩屑结构。

3.2 溢流相

该区溢流相形成的熔岩主要是玄武

岩，呈灰黑、深黑及黑绿色，呈块状、致密、坚硬，密度大的特点，包括气孔玄武岩、杏仁体玄武岩、致密玄武岩类。平面分布面积大，纵向上形成顶、底两层，多为气孔中间夹有致密玄武岩的分布模式。该相带形成于岩浆宁静溢流时期，火山物质以熔浆形式从火山口溢出，向四周或地势低洼的方向流动。在火山喷发的各个时期都发育有溢流相，火山溢流带在纵向上和横向上均表现出明显的差异。

3.3 次火山相

在火山活动减弱时，只有部分熔岩能到达地面，有很大一部分熔岩可能是在超浅层凝结成火山岩，此种类型的火山岩在该区的局部区域发育，发育范围较小，只在个别钻井附近发育有该种类型相带。

3.4 正常沉积相

该区火山呈现层火山特征，火山活动呈现多期性，反复多次喷发，在喷发的间隔期内火山岩的侧翼会堆积沉积岩，在该区不同的火成岩期次之间都有一定厚度的沉积岩分布，如果喷发间隔很长还可能整个火成岩被沉积岩覆盖形成稳定的隔层。正常沉积相该区火山岩外围及火山期次中间都有发育。

在火山岩亚相划分的基础上结合岩石的岩性、结构、构造等进一步划分为4个微相：凝灰岩、火山角砾岩、气孔玄武岩、致密玄武岩微相。本次研究主要是从该区主要的火山岩微相发育特征入手，重点开展4种岩性的裂缝研究，即气孔玄武岩、致密玄武岩、火山角砾岩、凝灰岩。

图3 火成岩岩相分布图Fig.3 Distribution of the volcanic lithofacies

4 火成岩储层裂缝特征

裂缝是火成岩储层的主要渗流空间[6]，火成岩裂缝的发育情况直接影响着火成岩储层的渗流能力。根据岩芯裂缝观察描述、薄片资料及测井资料综合分析认为本区储层裂缝较为发育，下面将分别从裂缝的成因、裂缝的倾角特征、裂缝的发育规模等方面展开论述，最终对储层特征进行综合性的描述。

4.1 裂缝成因特征

该区火成岩裂缝根据裂缝的成因可以划分为构造裂缝和非构造裂缝两种类型。火山岩储层中的非构造裂缝一般指岩浆冷凝过程中形成的收缩缝和风化裂缝，即成岩裂缝[7-9]。

4.1.1 成岩缝特征

该区成岩裂缝发育，由取心井成岩缝的研究表明，平均裂缝密度为2.2条/m，全区识别出421条裂缝，其中有316条是成岩缝，占总裂缝条数的75.1%（表1），该区的成岩缝进一步又分为冷凝收缩缝、粒间（砾内）缝和层间缝三种类型。

冷凝收缩缝是岩浆在喷出过程中冷凝收缩形成的（图4a、4b），该种裂缝在该区发育规模较小，形状杂乱规则性较差，宽度很小，岩心薄片观察显示其宽度基本小于0.1 mm，缝隙窄小延伸较短，多数呈网状、龟裂状连通气孔和其它孔隙，在火山岩中形成较发育的储集空间，此种裂缝岩性上在凝灰岩和火山角砾岩最发育。

粒间缝主要发育在火山角砾岩中，形状同样不规则，规模较小，沿颗粒或角砾边缘发育，密度较大，长度小于5 mm，宽度小于0.01 mm（图4c、4d）。裂缝荧光颜色一般为白色—蓝白色，亮度为中亮—强亮，表明多数裂缝或充填后裂缝、晶间隙内均发荧光（图4d），说明此类裂缝是重要的储集空间。

表1 不同岩性裂缝成因统计表Tab.1 The fractures of different rocks

图4 典型成岩缝岩心图Fig.4 The core pictures of diagenetic fracture

层间缝在该区主要发育在岩性差别大的两种岩层之间，如气孔状玄武岩和凝灰岩之间，致密玄武岩与火山角砾岩之间（图4e，4f）。

4.1.2 构造缝特征

通过岩心和微观薄片观察表明，该区构造缝较发育，形状多弯曲，具张性特征，裂缝开度较大，延伸较长，倾角较大，裂缝缝隙中存在充填、半充填和未充填等情况（图5a、5b、5c）。构造缝主要呈分枝状微细裂隙将孔隙连通，表1显示该区岩心上约24.94%的裂缝为构造缝，岩性上主要在致密玄武岩和凝灰岩中较发育。

4.2 裂缝倾角特征

裂缝倾角即裂缝与岩心中线的垂直面的夹角。据岩心观察，通过统计，根据本区裂缝倾角发育特征可将裂缝细分为低角度缝（倾角0～40°）和高角度缝（倾角40～90°）。

4.2.1 高角度缝特征

本区常见一组呈近似相互平行的裂缝或两组裂缝斜交切割，较宽大裂缝一般被方解石充填，而缝宽<1 mm的开启缝多缝面含油，显示此裂缝既为主要储集空间，也是主要渗流通道（图5c、5d）。

4.2.2 低角度裂缝特征

该区低角度缝多为窄小的发丝式裂缝，延伸距离较短，在本区发育的裂缝中，常见高、低角度缝并存或多组高角度缝相互切割，称之为网状缝。这种裂缝呈不规则束状、树枝状，无一定方向和组系，缝窄小，但是该区储层中的主要储集空间（图5e、5f）。

4.3 裂缝发育规模特征

4.3.1 裂缝宽度特征

岩心观察发现，该区裂缝缝宽≥1 mm的大缝占比为21.9%，大缝中有70.4%左右的缝被充填；329条缝宽<1 mm的小缝占全部裂缝条数的78.1%，其中50.8%左右的小缝开启，可见该区以小缝为主，进一步研究表明开启裂缝宽度均值为0.19 mm，宽度<0.1 mm的张开细微缝在本区非常发育，这些细微缝构成本区储层内流体流动、运移的主要通道（表2）。

4.3.2 裂缝密度特征

该区主要发育的四种岩性裂缝发育密度范围在0.5～4.9条/米，整体裂缝密度4条/米左右；开启裂缝密度一般在0.21～2.67条/m，平均裂缝密度1.29条/m（图6）。

火山岩岩性与裂缝密度的发育特征存在一定关系，以上研究表明在该区凝灰岩和气孔玄武岩裂缝密度较大，分别为4.9条/m和3.8条/m，且开启缝密度最大，分别为2.4条/m和2.7条/m；其次为火山角砾岩，裂缝密度为4.1条/m，开启裂缝密度为1.2条/m；在致密玄武岩和泥岩裂缝密度较低，再次表明该区的凝灰岩、火山角砾岩和气孔玄武岩储层是该区较有利储层。

图5 典型构造缝及裂缝角度岩心图Fig.5 The core pictures of the structural fracture and high angle fracture

表2 不同岩性裂缝宽度统计表Tab.2 The width of fractures in different rocks

图6 不同岩性裂缝发育密度分布直方图Fig.6 The histogram of the fracture density in different rocks

4.3.3 裂缝延伸长度特征

由于本区微细的小缝发育，但受岩心长度限制，在岩心上测量裂缝的纵向延伸长度误差较大，只能对大缝做推测。根据取心井裂缝长度的统计结果，推测该区岩心上斜交缝与垂直缝的长度一般为1～30 cm，其中延伸长度在5～10 cm的缝占80%以上。

4.4 储层裂缝特征小结

综合上述分析认为，裂缝在本区发育以成岩缝和构造缝为主，规模上以小缝为主，裂缝呈网状分布连通气孔和各种孔隙，形成有利的储渗空间体系。岩性上在凝灰岩、火山角砾岩和气孔玄武岩中最为发育，因此从裂缝发育特征角度认为凝灰岩、火山角砾岩和气孔玄武岩储层是该区较有利储层。

5 火成岩裂缝平面分布特征

裂缝是火成岩能否形成有效储层的重要影响因素[10]，以上研究表明该区火成岩储层裂缝十分发育，这些裂缝与大量次生孔隙共同构成了储层的主要储集空间。在以上研究基础上，对裂缝空间分布发育规律进行预测[11]。其思路主要是通过对该区地质综合认识成果基础上，计算构造运动对地层产生的应变量，将应变量作为主控参数，结合地层厚度、岩性、裂缝发育方向等研究预测裂缝发育的相对富集带及主要发育方向。

预测结果表明，该区裂缝预测分布发育情况基本上能反映出枣35块整体的裂缝分布发育情况。从裂缝综合分布图上可以看出，该区的裂缝分布具有以下特点：

（1）裂缝发育的主方向为北东向，与近北东向的李天木断层走向一致；同时发育有北西向裂缝，与该区的主控断层李天木断层走向近垂直。

（2）平面上裂缝主要在Jun23-19、Jun21-23等钻井附近区域，相对发育密度和延伸长度较大；在Jun23、Jun9、zao35等钻井附近区域，裂缝相对发育密度及延伸长度相对较小。

6 结论

（1）本区发育裂缝类型多，以成岩缝和构造缝为主，规模上以小缝为主，裂缝呈网状分布，形成有利的储渗空间体系。该区裂缝在凝灰岩、火山角砾岩和气孔玄武岩中最为发育，是该区较有利的储层。

（2）裂缝的发育方向以北东向为主，与近北东向的李天木断层走向近似平行，同时发育有北西向的次要裂缝。

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Study on the fracture characteristics in the igneous reservoirs of Zaoyuan area in Huanghua depression

MENGQing-long1,TENGFei2,TAOZi-qiang1,ZHUHong-yun1,ZHANGShi-hao1,ZhangHui-qing
（1.Exploration&Development Research Institute of Dagang Oil Field，Tianjin 300280,China;2.TianJin Center,China geological survey,Tianjin 300170,China）

With the data of drill core,thin section,well logging and igneous rock facies,the characteristics of the fractures in igneous rock reservoirs are studied in Zaoyuan area,Huanghua depression.Researches show that the main fractures are the diagenetic fracture and structural fracture，mainly small fractures，distributed in grid,formed the favorable reservoirs.The northeast fractures are given priority to,northwest is complementary.The vesicular basalt,volcanic breccia and tuff are the main reservoirs of igneous rocks in this area.

Zaoyuan area;igneous rock;lithofacies;characteristic;fractures

The sedimentary facies and evolution model of the Xingshikou formation in Chengde Basin，Northern Hebei province

PENG Qian-peng,ZHAO Hai-xuan,GUAN Xiu-yu,LI Qing-zhe,JI Hong,ZHANG Yun-qiang
(Hebei Institute of Regional Geological and Mineral Resource Survey,Langfang Hebei 065000,China)

P618.13

A

1672－4135（2017）03－0183-06

2017-04-16

中国石油股份公司项目“天津大港油区已开发油田稳产配套技术研究（2014E-06-05）”

孟庆龙（1980-），男，硕士，高级工程师，毕业于吉林大学，现从事油田开发地质等相关研究工作，E-mail：mengqlong@petrochina.com.cn。

Abstract：During 1/50 000 geological survey in the Xinzhangzi and Chengde areas.The authors have surveyed the Xingshikou profile，and then divided it into two parts.The lower one is rich in conglomerate with lenticular sandstone,however,a lot of sandstone,siltstone and silty mudstone were found in the upper one，which developed one to two layers coal in some location.Based on the lithological characters of the Xingshikou formation,it is suggested that the sedimentary genetic types of the Xingshikou formation can be divided into seven types:debris flow,braidly stream channel,sieve deposit,sheet flood deposit,channel lag deposit,alternative bar and flood-plain deposit.The results show that the first part of the Xingshikou formation belongs to the alluvial fan facies,which can be further divided into three sub-facies,including top,middle and edge fans,while the second part are the fluvial sedimentary facies.Through the research on the sedimentary facies and genetic types，the sedimentary evolution model of the Xingshikou group is established.

Key words:sedimentary facies;evolution model;fan delta;Xingshikou formation;Chengde basin