琼东南盆地深水区中生界潜山裂缝发育特征及形成机理*——以松南低凸起Y8区为例

周 杰 杨希冰 杨金海 吴 昊 何小胡 宋爱学

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

开展裂缝发育特征及主控因素研究，对于低渗碎屑岩、碳酸盐岩、火成岩、变质岩等储层油气藏勘探具有重要意义[1-5]。勘探实践表明，裂缝发育能够改善潜山储层的储集物性及产能，并成为油气有利的聚集空间，因此，近年来有关潜山裂缝发育特征及形成机理的研究受到了广泛关注[5-10]。2019年，琼东南盆地深水区松南低凸起中生界花岗岩潜山领域勘探获得重大突破[11]，揭示了该盆地深水区基岩潜山领域具有较大的勘探前景。钻井揭示该地区基岩潜山主要发育风化壳和花岗岩裂缝带两种储集体，在总厚度上风化壳储层占11.3%，裂缝带储层占88.7%，表明裂缝带是该地区潜山主要储层类型，但有关潜山裂缝特征及发育机理的研究尚不深入，制约了下一步勘探进程。本文通过最新的成像测井、井壁取心、薄片分析等资料，分析了松南低凸起Y8区中生界花岗岩潜山裂缝发育特征与垂向分带规律，讨论了裂缝形成机理及主控因素，在此基础上探讨了裂缝发育对油气成藏的影响，为该盆地潜山领域下一步勘探决策提供了地质依据。

1 区域地质概况

琼东南盆地是在南海北部准被动大陆边缘伸展构造背景上发育的新生代大型含油气盆地[12-13]，具有“多坳多隆”的构造格局，其中深水区(水深大于300 m)面积约为5.3×104km2，主要包括乐东凹陷、陵水凹陷、北礁凹陷、松南-宝岛凹陷、长昌凹陷、陵南低凸起及松南低凸起(图1)。中生代以来，受欧亚板块、印支板块和太平洋板块等周缘板块运动的影响，盆内形成广泛分布的火成岩[14-16]，盆地基底主要由前新生代的火成岩、变质岩及沉积岩组成，属于华南地块的组成部分；进入新生代后，经历了始新世断陷(T100—T80)、渐新世拗断(T80—T60)、早中新世断拗(T60—T50)和中中新世-现今拗陷(T50-现今)等4幕构造演化阶段[17]，发育了湖相—海陆过渡相—海相地层,自下而上可划分为始新统、渐新统(包括崖城组、陵水组)、中新统(包括三亚组、梅山组、黄流组)、上新统莺歌海组和更新统乐东组。研究表明，琼东南盆地以生气为主，崖城组为主要的气源岩[18-20]。Y8区位于松南低凸起(图1)，该低凸起被“多凹环抱”，潜山圈闭成群成带发育，是发育大中型气田的有利区带之一[21]。

图1 琼东南盆地构造区划及地层综合柱状图Fig .1 Tectonic framework and comprehensive stratigraphic column of Qiongdongnan basin

2 潜山裂缝发育特征

对裂缝的识别、评价及描述是研究潜山裂缝发育特征的主要内容[22-23]，其目的是识别出裂缝类型，指出裂缝发育层段，明确优质裂缝储层发育层段。

2.1 裂缝类型识别

利用成像测井资料，并结合井壁取心、薄片等资料分析，发现松南低凸起Y8区中生界花岗岩潜山裂缝非常发育，根据成因可划分为3种类型，即构造缝、溶蚀缝、成岩缝(图2)。

图2 松南低凸起Y8区成像测井裂缝类型Fig .2 Fracture types of FMI in Y8 area,Songnan low uplift

2.1.1 构造缝

构造缝为多期构造作用形成，成像测井上显示为完整的正弦或余弦线。如图3所示，Y8区成像测井及薄片上可见三组裂缝相互切割或限制，且呈网状(图3d、e)；裂缝在薄片上表现为平直延伸裂缝，缝宽均匀(图3f)；井壁取心上可见构造裂缝将井壁心劈裂为2个或多个部分，以未充填缝为主，局部见少量裂缝被方解石或泥质充填(图3a、b、c)。以Y8-3-A井为例，成像测井上共识别出构造缝204条，裂缝倾角9.5°～75.8°，平均28.3°，多为中等角度；裂缝走向以NNW—SSE向为主，其次为NNE—SSW与NE—SW走向(表1)。

2.1.2 溶蚀缝

溶蚀缝为早期形成的构造缝发生溶蚀改造而形成，成像测井上一般表现为较宽的低电阻黑色缝。根据成因不同，Y8区溶蚀缝可分为2种：一种为大气水溶蚀裂缝，主要是花岗岩岩体经过长期暴露风化淋滤，储层中的颗粒或不稳定矿物进行选择性溶蚀，造成裂缝面不规则加大、变宽而形成；薄片鉴定显示溶蚀缝多呈不规则线状延伸，裂缝宽度不均匀，表现为局部加宽、加大，多为半充填、未充填裂缝(图3g)。另一种为深部热液溶蚀裂缝，主要是多期构造运动过程中来源于地壳深部的热流体通过深大断裂上涌出大量酸性物质，在原有构造裂缝的基础上进一步溶蚀扩大而形成；薄片上可见晚期白云石、黄铁矿，指示有深部热流体的活动(图3h)。以Y8-3-A井为例，成像测井上共识别出溶蚀缝51条，裂缝倾角21.3°～75.7°，平均57.6°，多为高角度；裂缝走向以近S—N向为主，倾向多为W倾(表1)。

2.1.3 成岩缝

成岩缝是由于侵入岩体中的流体混入造成冷凝收缩而形成，主要为收缩缝，成像测井上表现为不完整的弧形。Y8区成岩缝发育相对较少，以Y8-3-A井为例，成像测井上共识别出成岩缝36条，裂缝倾角13.5°～68°，平均26°，多为中等角度；裂缝走向以NW-SE和近S-N向为主(表1)。

(a)Y8-1-A井，2 970 m，中生界花岗岩，构造裂缝，泥质充填；(b)Y8-3-A井，2 976 m，中生界花岗岩，构造裂缝，未充填；(c) Y8-3-A井，2 964.5 m，中生界花岗岩，溶蚀-构造裂缝，方解石及泥质充填；(d)Y8-3-A井，2 841～2 845 m，声波成像测井，构造裂缝和溶蚀裂缝；(e)Y8-1-A,3 061.2 m,三期构造裂缝，网状裂缝；(f)Y8-3-A井，2 864.5 m,构造裂缝；(g)Y8-3-A井，2 860 m，溶蚀裂缝；(h)YL8-3-A井，2 964.5 m，溶蚀裂缝，见白云石、黄铁矿

图3 松南低凸起Y8区井典型壁心、薄片照片及声成像特征

Fig .3 Typical photographs,microphotographs of sidewell core and acoustic imaging in Y8 area,Songnan low uplift

表1 Y8-3-A井裂缝产状要素

Table 1 Fracture occurrence elements in Well Y8-3-A

上述3种裂缝具有一个共同点，即裂缝多为开启的有效裂缝。根据井壁取心、薄片及成像测井等资料分析，Y8区花岗岩天然裂缝大部分是未充填的有效裂缝，只有少数裂缝被泥质、方解石等矿物充填。通过声成像可以看出，Y8-3-A井90%裂缝均为开启状态(图3d)。当然，上述3种裂缝的形成也存在一定联系，岩浆的侵入冷凝形成成岩缝，多期构造运动作用下产生构造缝；流体沿构造裂缝面溶蚀改造形成溶蚀缝。因此，多种类型裂缝在空间上交叉分布，形成了潜山内部广泛分布的网状裂缝带，有效地改善了储层物性条件。

2.2 裂缝参数定量评价及垂向分带特征

Y8区潜山储集体纵向由浅至深，遭受风化作用的程度不同，具有明显的分带性，但各层带之间界线不清晰(为逐渐过渡)，局部非均质性较强，且发育相对致密带。以Y8-3-A井为例说明(该井中生界花岗岩潜山未钻完)。该井潜山顶部风化作用较强，主要发育砂砾质风化带，成像测井上可见大的花岗岩砾石及角砾，裂缝相对不发育；砂砾质风化带以下主要发育裂缝带，储集空间以孔隙-裂缝型和裂缝型储层为主，垂向上可划分为风化裂缝带及内幕裂缝带(图4)。

1) 风化裂缝带受风化淋滤作用影响较大，井壁稳定性较差，电性上表现为较高电阻率与较低密度的特征；部分井段因井壁垮塌而造成密度减小，电成像测井质量变差，发育大量溶蚀孔缝，形成良好储集空间，未见热液活动。成像测井显示，自上而下风化强度减弱，裂缝发育强度减弱；裂缝密度0.1～3.3条/m，裂缝宽度分布范围广，为0.03～0.8 mm，连续构造缝最多，溶蚀缝居中，成岩缝最少；视面孔率在10%左右，最高为19%。

2) 内幕裂缝带受风化淋滤作用相对减弱，电性上表现为比风化裂缝带更高的电阻率特征；井壁稳定性相对较好，发育多套致密夹层(表现为高电阻、高密度、低中子)，裂缝带和致密带相互交叉，没有明显的分带界限，具有较强的非均质性，发育热液溶蚀作用形成的溶蚀孔缝。成像测井显示，裂缝发育段裂缝密度1.0～5.7条/m，较风化裂缝带密度有所增大，裂缝宽度分布范围窄，多为0.1～0.4 mm，构造缝最多；视面孔率相对较大，最高达40%，高于风化裂缝带。

图4 Y8-3-A井测井响应特征及裂缝分布特征Fig .4 Logging response characteristics and fracture distribution characteristics of Well Y8-3-A

3 潜山裂缝形成机理

3.1 富脆性长英质岩性是潜山裂缝发育的物质基础

基岩潜山内幕裂缝的规模和开启程度均与母岩性质有密切的关系[24-25]。区域研究认为，琼东南盆地基岩潜山以花岗岩岩性为主，松南低凸起及周缘潜山岩性为花岗岩。根据岩石类型分析三角图，Y8-1-A井花岗岩主要为二长花岗岩，其主要矿物成分由石英、长石等矿物组成，长石+石英含量超过80%(图5)。石英和长石属于脆性矿物，前人在进行岩石压缩变形实验时发现，当岩石中的长英质矿物含量达到70%时，其抗压强度会发生阶梯式减小，这种富长英质的岩石在外力作用下极易发生机械破碎，产生构造裂缝；同时，由于矿物混合化程度高，不同矿物的比热及膨胀系数不同，在岩浆冷凝的过程中也易产生成岩缝，而长石的抗风化能力差、易被溶蚀，并且在地下水及地表水作用下经过长时间的溶解作用，原有的构造缝及成岩缝进一步被溶蚀改造，从而形成大量溶蚀缝。因此，长英质矿物含量大于80%的致密而性脆的二长花岗岩是松南低凸起潜山裂缝发育的物质基础。

图5 Y8-1-A井花岗岩岩石类型分析三角图Fig .5 Triangulation of granite type analysis in Well Y8-1-A

3.2 多期构造运动是网状裂缝发育的关键动力

利用锆石定年技术，测得松南低凸起潜山花岗岩地质年龄距今约250 Ma，为中生代三叠纪花岗岩潜山。对于致密的花岗岩地质体，潜山暴露期的风化淋滤作用只能改造浅部地层，很难影响到潜山深部。潜山内幕裂缝带的发育首先需要遭受强烈的构造作用而形成构造裂缝，构造裂缝能够成为风化淋滤作用往基岩拓展的通道，进而形成溶蚀裂缝。构造活动是潜山裂缝发育最关键的因素，通过应力作用控制潜山储层裂缝的发育规模、性质及展布。基底相干切片(T100向下10 ms)显示，松南低凸起主要经历了印支期挤压成山、燕山期走滑改造、喜山期伸展翘倾抬升等3期构造运动的影响，形成3组断裂，并伴生网状裂缝(图6)。其中，印支运动末期是裂缝形成的“优势发育期”，其后的燕山期走滑运动和喜山期拉张活动对早期裂缝进行了网格化改造，形成了现今以NNW—SSE走向为主，叠合NNE—SSW走向与NE—SW走向的网格化裂缝系统。

图6 松南低凸起基底断裂展布与应力场特征Fig .6 Fault distribution and stress field characteristics of basement in Songnan low uplift

印支运动中—末期，强烈的构造挤压导致华夏板块和扬子板块在中三叠世末期率先完成碰撞、拼合，形成华南板块；印支运动末期，受到印支板块与华南板块强烈的挤压应力回撤作用，形成了沿NNW—SSE方向延伸，倾向为SWW的一组断裂，这组断裂对松南低凸起潜山裂缝的影响较大，如Y8-3-A井成像测井资料显示裂缝主要走向为NNW—SSE向，与印支期断裂走向一致。燕山运动初期，太平洋板块向华南大陆低角度俯冲挤压，造成松南低凸起区域隆升而遭受风化剥蚀，形成燕山早期至渐新世长期的暴露溶蚀；燕山期，伴随着区域隆升，基底受到左旋走滑应力作用，形成了沿NNE—SSW向展布的走滑断裂系统，同时形成NNE—SSW走向裂缝。喜山期，裂缝主要与琼东南盆地的形成相伴生，始新世—渐新世早期受太平洋板块向欧亚板块俯冲作用的影响，盆地总体处于NW—SE向的伸展应力场，盆地内部形成了以半地堑为主的NE—NNE向断陷群；古近纪断裂活动强烈，凹陷发生沉降，凸起区相对翘倾隆升[26]，形成了一组NE—SW走向断裂，而潜山继承性隆起，继续遭受风化剥蚀，以发育NE—SW走向延伸裂缝为主；新近纪控盆断裂活动减弱，松南低凸起整体进入拗陷阶段，潜山受构造运动的影响微弱，裂缝发育较少。

3.3 大气淡水及深部热液溶蚀改造扩大了裂缝发育的深度及规模

松南低凸起花岗岩主要形成于三叠纪，遭受风化剥蚀的时间较长，导致该地区普遍缺失中生界、新生界地层。古潜山在长期的暴露过程中，遭受大气淡水的淋滤作用，在表层形成了厚层的风化壳储层，同时风化壳下部构造裂缝也被溶蚀作用加大、加宽。另外，潜山底部由于断裂的沟通作用，深部热液流体顺着断裂向上侵入，使长石等不稳定铝硅酸盐矿物溶蚀，对潜山内幕裂缝的发育也起到了明显的改造作用，扩大了裂缝发育的深度及规模(图7)。

图7 松南低凸起花岗岩潜山裂缝发育模式Fig .7 Fracture development pattern of buried hill in Songnan low uplift

综上所述，松南低凸起潜山裂缝发育主要受岩性、构造、溶蚀改造的共同控制，该地区中生界花岗岩本身并不是储层发育的有利岩体，但潜山裂缝发育极大地改善了储层物性，扩大了储层规模，形成了中生界潜山优质储层。松南低凸起钻井揭示，风化作用形成的砂砾质风化带规模有限，通常厚度在50 m以内，而目前已钻遇的裂缝带分布厚度达350 m，且未钻穿，裂缝发育层段测井孔隙度在7%～12%左右，致密层段测井解释孔隙度多为2%以内，如Y8区Y8-3-A井仅发育厚度7m的砂砾质风化带，其储层主要为裂缝性储层，裂缝发育段测井解释主要为气层，平均孔隙度9.3%，致密层平均孔隙度1.8%。另外，潜山裂缝的发育有效地促进了油气运移及聚集，并提高了油气产能。勘探实践证实裂缝越发育产能越高[27-29]，目前松南低凸起Y8-3-A井测试产能日产天然气超百万立方米，计算无阻流量超千万立方米，创造了中国海域潜山领域测试产能的最高纪录，表明琼东南盆地深水区基岩潜山领域具有较大的勘探前景。

4 结论

1) 松南低凸起中生界花岗岩潜山裂缝根据成因可划分为构造缝、溶蚀缝、成岩缝等3种类型，其中构造裂缝广泛发育，是主要的裂缝类型，裂缝走向以NNW—SSE向为主， NNE—SSW与NE—SW向次之，主要为三期形成，且不同期次裂缝相互切割，多为开启的有效裂缝。裂缝参数定量评价结果显示，研究区潜山储集体在垂向上受到不同程度的风化淋滤作用，自上而下裂缝发育程度逐渐降低，表现出明显的分带特征，可划分为风化裂缝带和内幕裂缝带，形成了孔隙-裂缝型和裂缝型储层。

2) 松南低凸起主要发育富脆性长英质花岗岩体，经历了印支期挤压、燕山期走滑、喜山期拉张翘倾等多期构造运动，受到长时间风化剥蚀、大气水淋滤、深部热流体溶蚀改造等作用，在潜山内部形成了规模巨大的网状裂缝体系，且裂缝多与断裂相伴生，与印支期以来应力的变化具有很好的对应关系，因此裂缝发育主要受到岩性、构造、溶蚀改造的共同控制。

3) 裂缝发育对于松南低凸起基岩潜山领域形成规模性储层产生了重要影响，继而促进了油气运移及聚集，现有钻井证实裂缝发育区往往天然气产能较高，因此裂缝较发育的构造带及构造部位是下一步继续勘探的重点区域。