中拐凸起火山岩裂缝型储层相态发育模式

张 啸，高雯君，李 静，张 进，汪 洋

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830018；2.中国石油运输有限公司，新疆 乌鲁木齐 830018)

0 引 言

火山岩储层作为一类油气资源潜力巨大的非常规储集体，日益引起国内外学者的广泛关注[1-4]。火山岩储层在漫长的地质历史时期经过强压实作用和构造作用，现今一般表现为岩性致密、孔隙结构复杂、孔渗非常低、孔喉连通性差且非均质性强等特征。前人研究认为，火山岩岩性致密，强度及脆性程度较大，受到岩性、层厚、构造应力等多方面因素影响，火山岩会不同程度产生裂缝[5-11]。这些研究多局限于裂缝成因机理与裂缝对储层影响的研究，并没有建立一种有效表征火山岩裂缝发育的裂缝相模式，从空间配置上研究不同埋深条件下裂缝的发育规律以及其对火山岩储层影响。因此，该文基于FMI测井资料结合常规测井资料、录井和岩心资料，对中拐凸起石炭系火山岩裂缝发育模式进行研究，证实了不同空间配置下，裂缝发育程度以及不同裂缝对研究区火山岩储层影响。

1 区域地质概况

中拐凸起位于准噶尔盆地西北缘克—乌断裂带和红车断裂带的转换部位[12]，是在石炭纪至二叠世挤压应力场作用下形成的宽缓鼻状古隆起。研究区三面临凹[13]，为油气运聚的有利区域。随着JL10井在石炭系火山岩获得高产油气流，中拐凸起石炭系成为准噶尔盆地的重点勘探领域。根据已有钻探成果显示，研究区石炭系火山岩岩性复杂，不仅发育火山岩，同时还发育有沉积岩。储层以低孔、低渗储层为主，且储层物性变化范围较大，孔隙度为2.00%～12.00%，最大孔隙度为16.40%，最小孔隙度为1.30%，平均孔隙度为4.65%。岩心分析渗透率普遍在0.10 mD以下，因此，该区储层为低孔、特低渗储层。裂缝为该区油气渗流提供有利“通道”。

2 裂缝发育特征的FMI测井响应

2.1 受岩性影响的裂缝发育特征

受火山岩岩性和非均质性的影响，常规测井无法准确地识别火山岩的岩性以及定性表征火山岩裂缝发育情况，而微电阻率扫描成像(FMI)测井主要是通过图像特征和集合形态的变化来反映电阻率物理参数的差异，从而揭示地层的不同岩性和沉积构造的差异，具有很高的分辨率(约5 mm)，可以清楚地反映地层岩性、结构、构造以及井壁结构的变化[14]。该文利用FMI测井技术结合常规测井、录井和岩心资料，对中拐凸起石炭系火山岩裂缝发育模式进行研究，为中拐凸起石炭系火山岩油藏的勘探开发提供帮助。

中拐凸起火山岩岩石类型包括凝灰岩、安山岩、火山角砾岩、英安岩等。对研究区35口井岩心薄片及测井响应特征等资料进行深入研究，统计出研究区主要岩石类型的常规测井数值范围。

结合FMI测井发现对裂缝发育起到控制作用的岩石类型的FMI测井响应特征为：①凝灰岩。FMI静态图像表现为暗黄色到黄色，动态图像上呈层状(图1a)或暗色点状、半点状及线状(图1b)，渗透性差。②安山岩。FMI静态图像上显示为黄色到亮黄色，动态图像表现为块状构造(图1c)，有效裂缝较为发育。③火山角砾岩。FMI静态图像表现为黄色到亮黄色，动态图像表现为亮色斑状模式(图1d)，部分层段发育暗色针孔状溶蚀孔(图1e)；④英安岩。FMI静态图像上显示为黄色到亮黄色，动态图像表现为块状构造(图1f)，大部分层段裂缝较为发育或发育暗色溶蚀孔。对该区主要发育的4种火山岩裂缝统计，发现安山岩、英安岩裂缝最为发育，火山角砾岩裂缝较为发育，凝灰岩裂缝发育较少；安山岩平均裂缝发育为1.2条/m，英安岩平均裂缝发育为1.4条/m，火山角砾岩平均裂缝发育为0.8条/m，凝灰岩平均裂缝发育为0.2条/m。

2.2 构造对裂缝发育的控制作用

构造裂缝主要包括断层型裂缝以及褶皱型裂缝。由于不同构造部位应力分布不同，使得裂缝发育程度差别很大。一般认为构造形变越大裂缝发育程度越高。例如构造曲率大的部位是裂缝发育的最佳部位，其次为断鼻、褶皱和断块轴交点部位[15]。

断层为裂缝发育的又一重要控制因素，断层通过控制局部构造应力来影响火山岩裂缝分布。由于不同构造位置的构造应力分布不同。靠近断层裂缝非常发育，而距离断层较远的井裂缝发育较少。如位于JL10井南断裂附近的3口井，其平均裂缝密度为1.6条/m，而远离断裂的4口井裂缝密度均在0.5条/m，前者明显好于后者。从钻井所处位置的裂缝发育程度与断层的关系反应出二者具有正相关性。

通过研究发现，由于地层局部构造应力分布不同，且其受到主控断层发育控制，从而影响裂缝的发育程度。因此，构造位置对于火山岩裂缝发育起到一定的控制作用[16-21]。

2.3 风化淋滤对裂缝发育的控制作用

该区火山岩储层受到强风化淋滤作用，不仅可以形成次生孔隙，对裂缝也有一定的改造作用。早期因火山岩体暴露在地表，受到长期风化与地表水淋滤作用，从而形成了大量的风化裂缝与溶蚀裂缝。这些裂缝形态极不规则，常被方解石或者泥质充填，且多发育于石炭系顶部风化壳附近。溶蚀裂缝是火山岩暴露地表遭受强烈的风化淋滤作用而产生，通常沿着早期形成的构造裂缝与风化裂缝缝面发育。因此，风化淋滤作用与研究区裂缝发育存在密切关系，风化淋滤程度越强，裂缝越发育。中拐凸起位于古构造高部位，风化淋滤作用强度大，影响深度较大。

研究该区35口井资料发现，火山岩风化壳以下0～200 m范围内裂缝最为发育。主要裂缝发育类型为构造缝与溶蚀缝(图2)。

图1 研究区主要岩性的FMI测井响应特征

图2 中拐凸起石炭系火山岩裂缝发育特征

2.4 FMI裂缝相类型

通过分析中拐凸起35口井的FMI测井资料，运用FMI裂缝相的概念，建立了表征研究区裂缝发育模式4种FMI裂缝相(图3)。

(1) 无效裂缝相，即填充缝，主要是火山岩在裂缝形成初期被方解石、石英等矿物充填，以高电阻率异常出现，在FMI上的图像特征为亮白色的正弦波条纹，连续性不明显(图3a)，这种裂缝渗透性差，不连通，储集性能差。

图3 典型FMI裂缝相类型

(2) 有效裂缝相，即张开缝，一般与层面不平行、不规则，由于泥浆的侵入，以高电导异常出现，在FMI上的图像特征为暗色的正弦线或不规则网状结构，连续性较好，这种裂缝渗透性好。按照其发育特征不同，又可将其分为斜交有效缝相(图3b)、高角度有效缝相(图3c)、低角度网状有效缝相(图3d)。

(3) 直劈溶蚀缝相，直劈溶蚀缝相在FMI动态图像上可见宽度较大的深棕色至黑色垂直的高导缝(3e)，此类裂缝纵向延伸范围较大。研究发现，此类FMI裂缝相多与断层相伴生，在构造应力大的区域此类裂缝相最为发育。

(4) 溶蚀孔隙相，溶蚀孔的特点是形状不规则，部分继承了被溶蚀颗粒的本来形状但边缘圆滑，为高电导异常体，在FMI上的图像特征为分散的不规则的暗色斑点(图3f)。当裂缝与溶蚀孔隙混合发育时，使得储集空间的相互沟通，易形成优质储集层。

3 裂缝发育规律与配置关系

中拐凸起石炭系火山岩裂缝发育有明显的分带性，整体上分为上部表生裂缝发育带和下部深埋裂缝发育带，与之对应的FMI裂缝相模式也不相同。

表生裂缝带发育于风化壳及以下200 m范围内。受构造作用和风化淋滤的影响，使得火山岩裂缝发育受到较强的溶蚀作用，形成良好的孔隙性与渗透性，成为火山岩优势储集层。与表生裂缝带对应的FMI裂缝相为有效裂缝相、溶蚀孔隙相与直劈溶蚀缝相。

深埋裂缝带受到上覆压力的影响，在火山岩成岩初期受到构造应力的影响，裂缝十分发育，但后期多为方解石等充填形成无效裂缝。深埋裂缝带同时受到地下流体的溶蚀作用使得其发育有有效缝。与深埋裂缝带对应的FMI裂缝相为无效裂缝相或有效裂缝相。

以JL11井为例探讨裂缝发育的控制因素、位置与FMI裂缝相三者之间的关系(图4)。该区发育有2套凝灰岩隔层，深度分别为3 117～3 180 m与3 199～3 205 m，有效裂缝发育较少，主要发育直劈溶蚀缝；在表生裂缝带3 181～3 199 m处发育有安山岩，该井段裂缝十分发育，发育有效裂缝相、溶蚀孔隙相以及直劈溶蚀缝相，且直劈溶蚀缝相延伸至上部凝灰岩，使得该井段溶蚀作用增强，储层物性变好。JL11井受构造应力作用，在3 180～3 199 m口坝单砂体划分及剩、3 206～3 243 m、3 279～3 307 m、3 313～3 357 m井段裂缝极为发育，该井平均裂缝密度为1.2 条/m。对比其与表生裂缝带储层物性发现，受溶蚀改造影响，表生裂缝带储层物性好于深埋裂缝带的安山岩储层物性。通过实验室分析数据表明，表生裂缝带平均孔隙度为8.65%，平均渗透率为3.75 mD；而深埋裂缝带平均孔隙度为5.43%，平均渗透率为0.10 mD。

图4 研究区JL-11井裂缝发育规律与FMI裂缝相关系

综上所述，岩性与断层控制裂缝发育强度，靠近断层裂缝明显发育，而且裂缝发育程度在垂向上有明显分带性，上部为表生裂缝带，下部为深埋裂缝带，且裂缝发育模式的不同对储层的改造作用也不尽相同。

4 应用效果

利用FMI测井资料，构建中拐凸起火山岩裂缝相发育模式(图5)。石炭系上部为表生裂缝带，下部为深埋裂缝带。由图5可知，有效裂缝相发育于石炭系顶界面下20～200 m，其他部位有效裂缝相发育程度较低。这种分布特征是由于研究区火山岩成岩之后长时间受到构造运动与风化淋滤的共同作用。火山岩受风化作用影响，风化壳附近火山岩岩体力学强度降低，脆性变大，容易受力破裂，易形成有效裂缝相、直劈溶蚀相以及溶蚀孔隙相。从而使得火山岩裂缝发育在纵向上呈明显分异性，即距离石炭系顶界面以下一定深度范围内裂缝非常发育，多种裂缝相互作用，有效改善储层。但当超过一定深度以后，火山岩储层受风化淋滤作用减弱，在同等构造应力的作用下，火山岩不易受力破裂产生裂缝，所以石炭系深层仅仅发育无效裂缝相以及少量的有效裂缝相。

图5 中拐凸起石炭系火山岩裂缝相发育模式

5 结 论

(1) 裂缝发育的控制因素主要为岩性、断层及风化淋滤作用。不同岩性FMI测井响应不同，其裂缝发育程度也不同。火山熔岩类的安山岩、英安岩裂缝较火山角砾岩、凝灰岩类更为发育。断层的发育有利于裂缝发育。石炭系顶部风化壳为裂缝主要发育带。

(2) 建立了有效裂缝相、无效裂缝相、直劈溶蚀缝相、溶蚀孔隙相4种FMI测井裂缝相，可以有效表征中拐凸起石炭系火山岩裂缝发育程度。

(3) 研究区石炭系火山岩裂缝发育具有垂向上的分带性，上部表生裂缝带比下部深埋裂缝带裂缝更为发育，且下部深埋裂缝带裂缝被方解石充填，多为无效裂缝相。

(4) 表生裂缝带的直劈溶蚀缝相、有效裂缝相及溶蚀孔隙相的混合发育对储层物性改造效果好，容易形成优质储集层。