基岩油气藏裂缝储层特征与预测
——以辽河盆地大民屯凹陷基岩油藏裂缝储层为例
许 坤
（中国石油天然气集团公司咨询中心 北京 100724）
摘要：辽河盆地大民屯凹陷基岩油气藏储层主要为裂缝型储层，油气的富集程度与裂缝的发育程度密切相关。而基岩裂缝的发育程度又受控于构造与岩性。根据古构造应力场及裂缝分形定量分析，成像测井、倾角测井解释及地震多属性裂缝识别技术，揭示了基岩裂缝的发育规律。在断裂带附近、断裂的交叉复合部位、推覆构造或背斜构造的转折端，是裂缝的发育带；裂缝储层主要发育在中元古界长城系碳酸盐岩或石英（砂）岩发育段及太古宇变粒岩及混合岩类发育段，而泥质岩类、片麻岩类及侵入岩类裂缝储层欠发育；地层不整合面，往往是长时期暴露地表的风化壳，古风化壳淋滤风化作用强，缝洞系统发育，往往是基岩裂缝型储层发育和油气富集的有利场所。根据裂缝发育规律研究成果与地震多属性反演进行了基岩裂缝发育带的识别与预测。
前言
辽河盆地基岩油气藏探明储量已达20000×104t，占辽河盆地总探明储量的10%以上。尤其是大民屯凹陷基岩油气藏探明储量竟达10000×104t，约占大民屯凹陷总探明储量的1/3。而且，近几年来在基岩低潜山（深度>3000m）又不断有新的重大发现，这对现今已进入中后期的辽河盆地中、浅层（或盖层）勘探，是一个具有广阔前景的新领域。但回顾以往的基岩油气藏勘探历程，基本上都是在寻找深度<3000m的基岩高潜山油气藏1。随着基岩油气藏勘探日益受到人们的关注和深层油气勘探的不断深入，基岩低潜山带也不断发现了比较富集的油气藏，这就打破了以往基岩勘探只寻找高潜山的传统认识。同时，人们还注意到，潜山油气藏与其上覆的盖层油气藏成藏机制有很大的不同（表1）。这种不同主要表现在二者在储层形成机制上的不同。 辽河盆地大民屯凹陷的基岩裂缝油气藏类型多，勘探效果好，代表性强，所以，本次研究的重点地区是大民屯凹陷基岩裂缝油气藏。
表1 基岩裂缝储层与砂岩储层特征对比 储层特征 油藏类型 普通碎屑岩油储层 控制因素 沉积相带及储层发育部位 砂岩与背斜构造复合部位或有利相带 脆性岩石的构造破碎带或不整合面 藏（盖层油藏） 成岩作用 基岩油气藏 构造裂缝及岩性 1
大民屯凹陷基岩由太古宇变质岩和成岩性较好的元古宇—古生界组成2。变质岩中几乎不存在任何原生孔隙，次生孔隙也极不发育，其平均面孔率<0.1%。因此，变质岩的储集空间和渗流通道主要为各类裂缝系统。碳酸盐岩经过一系列复杂的成岩作用，主要发育次生铸模孔、粒内溶孔、晶间孔、缝合线溶孔和裂缝溶孔。碎屑岩经过压实、压溶、胶结、重结晶和溶蚀等作用，已达到晚期成岩作用的C期，其原生孔隙基本消失，主要为溶蚀作用的形成的次生孔隙。据薄片分析，白云岩和石英砂岩中基质次生孔隙的孔隙度为1%~2%，属于次要储集空间。上述基岩油气藏储层特征分析表明，基岩储层的发育程度，主要受基岩裂缝发育程度的控制，而受基岩原生孔隙及次生孔隙的影响较小。
本区基岩油藏构造裂缝依据不同的划分标准可有多种分类：
根据裂缝的产出状态，可分为高角度裂缝与低角度裂缝，其中高角度裂缝主要包括两组共轭剪切裂缝和一组张裂缝，低角度裂缝主要包括两组共轭剪切裂缝和近水平张裂缝（图1）；根据裂缝走向可分为北东向（北北东向）、北西向或近东西向。
根据裂缝的发育规摸，可分为宏观裂缝（长度≧0.5cm）和微观裂缝（长度<0.5cm）。
根据裂缝的受力性质，可分为张裂缝、压裂缝、剪裂缝等。
根据内外力综合作用特征，可分为构造裂缝、溶蚀裂（洞）缝和风化裂缝等。 1 裂缝的发育特征及研究方法 1.1 基岩裂缝的类型与分布特征
根据岩心和裂缝定向，倾角测井、成像测井解释，古构造应力场分析等，确定了基岩裂缝的展布方向为北东或北北东、北西和近东西向；它们与区内或区域断裂展布特征相一致。
构造裂缝以高角度裂缝为主，其中，垂直裂缝占18%，倾斜裂缝占72%，水平裂缝只占10%。
构造裂缝以高角度张性裂缝为主（占68%），张剪性裂缝（占24%），剪切裂缝仅发育在断层附近，占8%。
不同岩性及岩石产状裂缝发育特征不同，块状产出的岩石如花岗岩，变粒岩等，即发育高角度裂缝，也发育低角度裂缝；而层状产出的石英砂岩、云岩等，则主
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要发育垂直地层的高角度裂缝，裂缝走向一般有三组，且以其中的两组共轭剪裂缝为主，张裂缝发育程度相对较弱。而低角度裂缝一般在成层岩石中不发育，其原因是硬岩层间的软弱面拟制了低角度裂缝的形成。
不同类型岩石的裂缝发育规模有一定的差异。混合岩、变粒岩的单条宏观一级裂缝长度多在300cm以下，石英（砂）岩的单条宏观一级裂缝长度多在500cm以下，而云岩的的单条宏观一级裂缝长度多在150cm以下，相对较短。
基岩裂缝受地层岩性及构造的双重影响，在空间上具有非均质性及分带性。在基岩顶部风化壳，以构造裂缝和风化裂缝为主，并伴有古地表水强烈的溶蚀作用。该带厚度一般<100m；在古风化壳至古潜水面之间的垂直渗滤带，以构造裂缝为主，并有地表水在重力作用下沿高角度裂缝向下快速渗流，形成串珠状裂缝溶蚀孔洞，该带厚度100m左右；在古潜水面的横向潜流带，主要发育构造裂缝和水平裂缝溶蚀孔洞。该带厚度一般>100m。上述三个带在不同岩性分布区发育程度及特征差异较大。在变质岩区主要以构造裂缝和风化裂缝发育为特征；在太古宇变质岩及元古宇—古生界碳酸盐岩及碎屑岩复合发育区，上述几种类型均可发育。而且由于存在3~4个不整合面（或古风化壳），因此常形成多个裂缝发育系统，出现潜山内部（或下部）有“潜山”的复合基岩油气藏。 1.2 基岩裂缝的分形特征
基岩裂缝的分布非常复杂，但它们具有较好的分形特征。用分形几何法可以定量描述基岩裂缝的分形分布特征3。其可定量分析裂缝发育与基岩岩性的关系，其结果与岩石力学实验的结果相一致。肖淑蓉等（2000）对大民屯基岩潜山变质岩采用盒计法计算了岩心裂缝4，结果表明，碎裂岩和混合花岗岩（相当于本文的混合岩类）裂缝的盒计维数较大，平均分数维D值在1.34以上；其次为黑云斜长片麻岩裂缝，平均分数维D值为1.23；角闪岩类、辉绿岩和煌斑岩平均分数维D值在1.2以下；石英岩和白云岩裂缝的盒计维数较大，平均分数维D大于1.4（表2）。
裂缝的分数维D值大，说明裂缝的聚集程度高及连通性好，当裂缝的分维数D值>1.34时，裂缝之间就能相互连通构成能自由渗流的网络系统，上述岩心分形结果表明，碎裂岩、混合花岗岩（或混合岩）、石英砂岩和白云岩储层的裂缝发育，连通性和渗透性较好，这些储集岩油藏一般属于高渗透基岩裂缝型油气藏，如静北、安福屯、荣胜堡等基岩潜山油气藏；而黑云母斜长片麻岩储层的裂缝分数维
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表2 辽河盆地基岩潜山油藏中不同岩石裂缝的分数维与空隙度分布* 油藏名称 边台潜山 岩性 混合花岗岩 黑云斜长片麻岩 碎裂岩 辉绿岩 静52块 混合花岗岩 黑云斜长片麻岩 碎裂岩 斜长角闪岩 煌斑岩 静北潜山 石英砂岩 白云岩 分数维D值 1.40176 1.23650 1.60750 1.11543 1.39232 1.22019 1.60120 1.06078 1.11743 1.44667 1.42250 平均孔隙度% 3.79 3.29 4.33 — 3.16 2.72 3.84 — — 3.00 3.40 储集岩评价 储集岩 储集岩 储集岩 非储集岩 储集岩 储集岩 储集岩 非储集岩 非储集岩 储集岩 储集岩 *注：据肖淑蓉等，2000修改 D值相对较小，说明其宏观裂缝发育程度相对较低，裂缝的连通性和渗透性相对较差，这些储集岩油藏一般属于低渗透基岩裂缝型油气藏，如边台基岩潜山油气藏等。当裂缝的分数维D值<1.2时，一般为非储层或准储层，如角闪岩类、辉绿岩和煌斑岩等。
1.3 基岩裂缝形成的构造背景
区域构造演化分析表明，基岩地层经历了太古代—古元古代，中元古代—古生代，中生代—新生代三个重大历史发育阶段5。前中生代主要表现为近东西向的挤压构造特征6；中生代主要表现为北东向（或北北东向）、北西向张、压（压扭）交替的构造特征7；而新生代古近纪早期受区域北西—南东向张应力场及古近纪晚期张扭应力场的作用，辽河盆地发生急剧地水平裂陷—右旋剪切运动8，从而，有利于基岩裂缝型储层的形成。 1.4 基岩裂缝的主要形成时期
钻井岩心及周边露头的基岩裂缝中普遍有方解石、石英和绿泥石等矿物充填，沿裂缝壁可见自形—半自形晶体，其粒级向裂缝中心增大，属于扩张脉，说明这些矿物是在无限制的条件下生长于开启裂缝中的，它们在多期不同的应力场作用下有过多次扩张沉淀。根据不同裂缝充填方解石和石英的气相和液相包裹体分析，包裹体形成具有两种明显不同的温压体制和流体环境：一种是温度低于200℃，盐度为1.2%~2.4%；一种是温度高于200℃，盐度大于3.6%，它们可能对应于基岩
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