0 引言
笔者基于岩心、野外露头、分析化验和井震资料，以四川盆地新场构造带须二段气藏为例，对深层致密砂岩相关的断裂、褶皱和裂缝之间的关系进行系统剖析，在前人“断缝体”、“储渗体”等概念研究的基础上，进一步提出断褶裂缝体概念，开展断褶裂缝体类型和特征研究，分析断裂和褶皱伴生裂缝发育主控因素，建立断褶裂缝体地质模式，指出有利开发目标区，以期支撑产能建设。
1 研究区概况
新场构造带位于四川盆地川西坳陷中北部，是一个近东西向的长轴背斜，发育多个构造高点。研究区断裂十分发育（见图1 ），主要为区域挤压应力背景下的逆断裂，根据形成时间和发育规模，可以细分为三级、四级和五级等多个级别。早期形成的东西向断裂控制着新场构造带长轴背斜的形成，晚期形成的南北向断裂将背斜切割为多个构造单元，是研究区有效裂缝发育和气井高产的关键。
2 断褶裂缝体特征
2.1 断褶裂缝体概念
从前人研究中可以看出，致密砂岩裂缝叠加基质储集层所形成的储集单元逐渐受到大家关注，但对裂缝体的定义尚缺乏系统性，并未从成因类型上予以具体分类阐述。笔者在前期研究基础上，基于新场构造带须二段深层致密砂岩有效裂缝成因特征，总结提出了“断褶裂缝体”的概念，认为“断褶裂缝体”是断裂、褶皱及其伴生的裂缝储集体（见图2 ）。在勘探开发实践中，“断褶裂缝体”是指原始地层状态下或经过褶皱、断裂等构造作用改造后裂缝与孔隙的连通体，是油气的主要储集空间和运移通道。
2.2 断褶裂缝体类型
断褶裂缝体由基质和裂缝体2部分构成，有利的基质储集层发育较好的孔喉结构，是断褶裂缝体重要的储集空间，有效的裂缝可以较大程度的沟通基质储集层中的孔隙和喉道，提高了断褶裂缝体的连通性。笔者以新场构造带须二段为例，明确了有利基质储集层和有效裂缝类型。
2.2.1 有利基质储集层类型
精细的岩石相分析是解决深层致密砂岩有利基质储集层的关键，也是重要的研究方向[7]。岩石相是在一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，是沉积相的主要组成部分，通过岩石相的研究，可以很好地反映沉积原始水动力、能量及成岩作用等对储集层的影响[21-22]。基于12口取心井描述，新场构造带须二段可以划分10种类型砂岩岩石相[7]（见图3 ），结合分析化验物性数据统计分析，其中槽状/平行层理中粗砂岩、块状层理中粗砂岩、斜层理中粗砂岩和含炭屑中粗砂岩等物性最好（见图3b ），为有利岩石相。在有利岩相中，整体可以划分为水平缝发育的千层饼型和水平缝不发育的块状型等2种类型（见图3 、表1 ），其中千层饼型以槽状层理中粗砂岩、平行层理中粗砂岩代表，块状型以块状层理中粗砂岩、斜层理中粗砂岩和含炭屑中粗砂岩等为代表。
表1 新场构造带须二段有利基质储集层物性与孔隙结构参数表 |
| 分类 | 有利岩石相 组合 | 层理缝 特征 | 物性 | 孔隙结构 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 孔隙度/% | 渗透率/10-3 μm2 | 均值系数 | 分选系数 | 变异系数 | 歪度系数 | 中值半径/μm | |||
| 千层 饼型 | 槽状/平行层理 中粗砂岩 | 水平层理缝 发育 | 4.50~5.60 （4.85） | 0.01~33.20 （19.95） | 11.49 | 2.84 | 0.23 | 1.00 | 0.028~0.056 （0.042） |
| 块状型 | 块状层理、斜层理 中砂岩 | 水平层理缝 不发育 | 4.00~4.90 （4.35） | 0.002~4.500 （0.300） | 11.53 | 2.96 | 0.33 | 0.31 | 0.005~0.018 （0.013） |
注：括号内为平均值；数据来源于XC12井、XC8井和L150井等7口井的115个样品 |
千层饼型储集层一般发育在水下分流河道的中下部，指示一种水动力比较强的沉积环境，发育槽状层理、平行层理、交错层理等，平面呈片状分布，纵向上表现为多层不连续。这种类型基质储集层粒度一般表现为中—粗粒，石英含量较高，其次为长石，以石英砂岩、岩屑质石英砂岩为主，物性较好，以残余粒间孔为主，其次为粒内溶孔，喉道形态多为管束状，部分薄片下可观察到微裂隙，这种微裂隙的发育，增加了储集层的渗透性，同时改善了储集层孔隙结构，均值性强、连通性好。
块状型储集层一般发育在水下分流河道的中部，是一种快速沉积的产物，储集层比较均质，基本不发育层理，以块状为主，单层厚度一般较大，平面上受河道展布控制，一般呈条带状分布。粒度上一般为中粒，比千层饼型储集层细，岩屑含量增加，主要为长石质岩屑砂岩、岩屑砂岩。这种类型储集层物性也较好，孔隙类型以粒内溶孔、粒间溶孔为主，其次为残余粒间孔，喉道形态多为管束状。这种类型的储集层孔隙结构较好，均质性中等，连通性中等。
2.2.2 有效裂缝体类型
断褶体是指在区域挤压应力作用下发育的断裂和褶皱伴生裂缝体（见图5a ），相比于断缝体和褶缝体，这种类型裂缝体裂缝发育程度最强。受区域挤压应力影响，地层发生弯曲变形，进而错断形成断裂，或者地层先期形成断裂，后期断裂上盘在挤压牵引作用下，弯曲形成褶皱。在研究区，断褶体一般为南北向四级断裂与褶皱伴生，其形成时间较晚，裂缝多呈未充填—半充填，有效性较好。根据断裂配置样式，在研究区又可进一步细分单断褶型（见图5a -①）和双断褶型（见图5a -②），其中单断褶型比较常见，断裂以单一倾向逆断裂为主，上升盘具有较大的地层牵引褶曲，但未发生错断；双断褶型较单断褶型造缝能力更强，断裂表现为双向倾向逆断裂，为典型的正花状构造，断裂上盘受两个断裂和褶皱同时控制，构造裂缝十分发育。
断缝体是指受区域挤压应力作用下发育的断裂伴生裂缝体（见图5b ）。在区域挤压应力作用下，刚性地层几乎未发生形变[10]，而直接错断形成断裂，随着挤压作用进一步发生，断裂上盘和下盘发育不同程度的中高角度构造缝。研究区断缝体与鄂尔多斯盆地南缘三叠系延长组断缝体具有相似的特征，均表现为刚性地层直接破裂而未发生挠曲变形[16]。有效断缝体（见图5b -①）主要指燕山期形成的南北向四级断裂及其伴生裂缝体，这种类型断裂断距大（大于20 m）、断深大（断穿下伏中三叠统雷口坡组）、造缝能力强，所形成的裂缝多为未充填—半充填；其次为南北向五级断裂（见图5b -②），断距小（小于20 m）、断深小（限制在须二段内部），所形成的裂缝多为未充填—半充填，可作为独立天然裂缝体，是潜在的开发目标。
2.3 断褶裂缝体成因分析
2.3.1 断裂伴生缝的发育规律与主控因素
②断裂断距越大、距离断面越近裂缝发育程度越高。在断裂的上盘，裂缝的发育程度还受断距和“距断面距离”等因素影响[17]。单一断距和“距断面距离”的因素对裂缝发育程度影响不显著，但研究发现，断距与“距断面距离”比值是影响裂缝发育的一个关键参数，其比值越大，裂缝越发育。对断距、“距断面距离”以及裂缝相关参数进行相关性分析（见图7a ），发现断距与“距断面距离”比值和裂缝密度呈线性正相关关系，吻合度较高，R2≈0.9，表明断距越大、“距断面距离”越小，裂缝越发育。
2.3.2 褶皱伴生缝的发育规律与主控因素
①褶皱褶曲幅度越大，即宽高比越小，裂缝越发育。在地层弯曲变形过程中，中和面之上和之下呈现不同的受力状态，裂缝的发育程度和类型也不同，同时褶皱弯曲程度越大，裂缝发育程度越高[26]。褶皱宽高比是影响裂缝发育的一个关键参数，宽高比越小，褶皱越发育。通过对成像测井所识别的测试段内裂缝密度参数与6口典型井褶皱核部宽高比关系图发现（见图7b ），二者呈负相关关系，吻合度较高，R2≈0.75，表明褶皱核部宽高比越小，褶皱褶曲幅度越大，裂缝越发育。
②距褶皱枢纽面距离越近，裂缝越发育。基于野外露头剖面和地质解析（见图6b ），褶皱核部裂缝发育程度明显高于翼部。通过对成像测井所识别的测试段内裂缝密度参数与“距枢纽面距离”关系图发现（见图7c ），二者呈负相关关系，吻合度较高，R2≈0.95，表明“距枢纽面距离”越小，褶皱越发育。
3 断褶裂缝体地质模式及有利区
3.1 断褶裂缝体地质模式
高能沉积岩相是优质基质储集层主要类型，主要表现为中—粗粒沉积，发育槽状、平行和块状层理等沉积构造，可划分为千层饼型和块状型2类（见图8a ）。晚期形成的断裂、褶皱及其伴生缝组合成断缝体、褶缝体、断褶体等3类有效裂缝体，断裂和褶皱伴生裂缝体内部的中高角度构造缝（一般倾角大于30°）对产能贡献最大，主要发育在断褶体、大规模断缝体和褶缝体内，其次是中小规模断缝体和褶缝体；同时，裂缝体内部构造缝发育强度越大（一般裂缝密度大于0.12条/m），气井产能越高。在野外剖面观察、岩心观察、单井综合评价等基础上，综合考虑基质储集层与中高角度构造裂缝耦合的各种类型，可将气藏甜点划分为2类5型（见表2 、图8a ），分别为断褶裂缝类（分为网状缝型和单构造缝型2型）和基质储渗类（分为层理缝型、低渗孔隙型和极低渗孔隙型3型），其中网状缝型、单构造缝型为最有利的有效断褶裂缝体，新场构造带须二气藏前期部署的44口井，其中的11口有效井均位于有效断褶裂缝体内；基质储渗类需新工艺突破后可有效建产。
表2 新场构造带须二气藏甜点综合评价表 |
| 类型 | 储集空间 | 有利基质 储集层 | 物性 | 孔隙结构 | 含气饱和度/% | 孔隙 类型 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 渗透率/10-3 μm2 | 孔隙度/% | 中值半径/μm | 描述 | ||||||
| 断褶 裂缝类 | 网状缝型 | 构造缝、层理缝、基质孔隙 | 千层饼型 | ≥100 | ≥3 | ≥0.06 | 好 | ≥60 | 孔隙-裂缝型 |
| 单构造缝型 | 构造缝、基质孔隙 | 块状型 | 10~100 | ≥3 | ≥0.06 | ≥60 | |||
| 基质 储渗类 | 层理缝型 | 层理缝、基质孔隙 | 千层饼型 | 0.30~10.0 | ≥3 | 0.02~0.06 | 较好 | ≥55 | 裂缝-孔隙型 |
| 低渗孔隙型 | 基质孔隙 | 块状型 | 0.03~0.30 | ≥3 | <0.02 | 中 | ≥50 | 孔隙型 | |
| 极低渗孔隙型 | 基质孔隙 | 块状型 | <0.03 | ≥3 | <0.02 | 差 | ≥50 | 差储集层 | |
网状缝型甜点为千层饼型有利基质储集层叠加中高角度构造缝（见图8a ），岩石相主要以槽状、平行层理中粗砂岩相为主，平均孔隙度大于3%，平均渗透率大于100×10-3 μm2（见表2 、图8b ）；在水平缝较为发育的基础上，中高角度构造缝叠加形成网状缝，这种类型的甜点是气井高产的主要类型，如X2井、X851井和X856井等，平均无阻流量为128×104 m3/d。单构造缝型甜点为块状型有利基质储集层叠加中高角度构造缝（见图8a ），岩石相主要以块状层理、斜层理中砂岩相为主（见图4d —图4e ），平均孔隙度大于3%，平均渗透率大于10×10-3 μm2（见表2 、图8b ）；水平缝基本不发育，主要以中高角度裂缝为主，纵向延伸的中高角度裂缝沟通了有利基质储集层，这种类型甜点是中产、稳产井的主要类型，如L150井、X601井等，平均无阻流量为22×104 m3/d。新实施先导试验方案井位均属于该种类型，体积压裂改造后平均无阻流量为84×104 m3/d。研究发现，断褶体、大规模断缝体和褶缝体内部发育的网状缝型和单构造缝型甜点品质较好、气井产能更高，如X2井等；其次为中小规模断缝体和褶缝体内部发育的网状缝型和单构造缝型甜点，如L150井等。此外，网状缝型和单构造缝型甜点岩性多为中粗粒砂岩，中高角度构造缝的发育，对以细粉砂岩为主、物性极低的差储集层而言，改善作用不显著。
层理缝型甜点为千层饼型有利基质储集层（见图8a ），位于相对构造高点，但中高角度构造缝不发育，岩石相主要以槽状、平行层理中粗砂岩相为主（见图4a —图4b ），平均孔隙度大于3%，平均渗透率大于0.3×10-3 μm2（见表2 、图8b ）；水平缝发育程度高，而中高角度缝发育程度较低；储集层孔隙结构好，中值半径为0.02~0.06 μm（见表2 ）；这种类型甜点需要开展一定工程改造后才可建产，如CG561井，开展高能气体压裂改造后，累产气1.1×108 m3。低渗孔隙型甜点为中粗粒块状型有利基质储集层（见图8a ），位于相对构造高点，但中高角度构造缝不发育，岩石相主要以块状层理、斜层理中砂岩相为主（见图3 ），其内部根据孔隙度3%，4%，5%又可以进一步划分3种类型，平均渗透率大于0.03×10-3 μm2（见表2 、图8b ）；储集层孔隙结构中等，中值半径整体小于0.02 μm（见表2 ）；这种类型甜点直接射孔无法有效获产，需开展工程改造，气井整体表现为前期中产、递减较快的特征，如X10井等。极低渗孔隙型甜点为细粒块状型基质储集层（见图8a ），中高角度构造缝不发育，孔隙度大于3%、渗透率小于0.03×10-3 μm2的砂岩（见表2 、图8b ），以块状层理粉砂岩、泥质砂岩为主要特征，基质储集层物性不好，构造缝不发育。这种类型储集层目前工艺条件下无法有效建产。
笔者基于对须家河组有利基质储集层和有效裂缝的认识，在研究区建立了断褶裂缝体“相缝耦合”的新地质模式（见图9 ），认为有利岩相整体受控于沉积相带展布，平面上呈条带状、剖面上呈透镜状，有利岩相是天然气富集的物质基础；在有利岩相发育的基础上，晚期形成断裂和褶皱伴生的中高角度构造缝对有利岩相进一步改造，增加储集层渗透性；有利岩相与有效裂缝二者耦合构成相对高孔高渗的储集体，为主要甜点类型。
如图9 所示，新场构造带须二段气藏发育东西向、南北向2个方向的主要裂缝体，根据其成因又可以进一步划分为以X2、X601井为代表的断褶型、以X8-2、XS205井为代表的断缝型和以L150井为代表的褶缝型，裂缝体的发育会对原始岩相体进行改造，增加其纵向渗透性，形成一个相对独立缝-储耦合体，天然气沿着晚期形成的断裂向上运移，在耦合储集体内部保存聚集，构成致密砂岩甜点有利区；在基质区，由于没有裂缝体的发育，且有利岩相纵向分布非均质性强，导致这种类型储量在现有技术下难以有效动用。通过该模式的建立，区别于传统意义上的储渗体评价思路，将裂缝体和基质体分类评价、耦合分析，提出了“分步实施、逐步动用”的思路，认为断褶裂缝体为现阶段可动用主要目标，基质储渗体可作为下一阶段建产目标。
3.2 有利区优选
在地质模式指导下，充分结合测井、地震数据，开展研究区有利目标优选。整体思路为：①优选有利基质储集层发育区；②优选有效裂缝发育区；③将有效裂缝与有利基质储集层叠合区作为最有利区。关于有利基质储集层和有效裂缝预测，形成相控有利基质储集层预测方法，同时形成基于“最大似然刻画断裂、构造熵属性刻画断裂伴生缝、正曲度属性刻画褶皱伴生缝”的有效裂缝预测方法[28]。有利基质储集层发育区主要参考地震预测成果（见图10a ），为地震储集层预测响应异常且测井评价储集层厚度10 m以上叠合区，在基质有利区内部，储集层厚度越大越有利；有效裂缝发育区为地震构造熵属性异常区（见图10b ），且位于断裂上盘400 m以内或褶皱核部发育区；二者叠合区为现阶段最有利区。
基于有利基质储集层地震预测结果（见图10a ），结合测井评价储集层分布，以须二段②砂层组为例，明确基质有利区平面分布，如图10c 所示，图中黑色虚线代表孔隙度大于4%的储集层厚度平面分布区，主要参考相控孔隙度协模拟储集层预测图勾绘（见图10a ）；渐变等值线为基于测井解释评价孔隙度大于4%的储集层厚度平面分布。西部以XC12井区砂体尖灭线为边界，有利基质储集层主要分布在L150、X601、GM2等井区，孔隙度大于4%的储集层厚度40 m以上（见图10c ）。基于断褶裂缝体预测结果（见图10b ），综合考虑钻井、岩心等资料，明确了裂缝有利区平面分布，如图10c 所示，图中绿色虚线代表裂缝有利区平面分布，主要参考最大似然、构造熵和正曲度融合属性预测图（见图10b ），同时结合实钻井裂缝发育情况勾绘；其中最大似然属性用于刻画断裂展布，构造熵和正曲度融合属性用于刻画断裂和褶皱伴生裂缝体。有效裂缝主要分布在F1—F9等主干断裂附近，如L150、X601等井区（见图10c ），其中L150井主要以构造缝为主，测井解释裂缝层厚度约为15 m，X601井同样以构造缝为主，发育程度高于L150井，测井解释裂缝层厚度约为65 m。
在基质有利含气区和裂缝有利含气区优选基础上（见图10c ），结合最高水层边界结果，笔者开展了综合有利区优选。最高水层边界的南北边界分别为构造等高线，西侧为砂体尖灭线，位于最高水层边界之上，被认为整体含气，含水风险小[6]。研究发现，X601、L150井区为有利基质储集层和有效裂缝叠合最有利区，其次为XS201、XS101井区等；在叠合区内，又可以根据断褶裂缝体类型细分为断缝、褶缝和断褶缝有利区，其中断褶缝、大规模断缝和褶缝有利区更为有利，如X601、X2-X301井区等。基于甜点评价结论认为，断褶裂缝型甜点是目前可自然建产的类型，为可动储量主要分布区，基质储渗型甜点是储量接替区，是下步攻关重点。
4 天然气地质意义
新场构造带须二段致密砂岩气藏是四川盆地保有探明储量最大的深层致密砂岩气田，但一直未实现有效动用。2018—2020年，在断褶裂缝体理论和技术支撑下，针对断褶裂缝型甜点，部署了X8-2井和XS101井等两口评价井，均获工业气流。2021年，在X8-2井和XS101井获产基础上，初步编制了年建产3×108 m3天然气开发产能建设先导试验方案，部署18口井。截至2022年12月，先导试验方案实施顺利，已投产的7口井日产气达155×104 m3，单井日产最高突破50×104 m3，效果远远超出预期，年建产3×108 m3先导试验方案提前完成，为后续年建产10×108 m3开发方案编制奠定了坚实的基础。
5 结论
断褶裂缝体是断裂、褶皱及其伴生的裂缝储集体；在勘探开发过程中，断褶裂缝体是指原始地层状态下或经过断裂、褶皱改造后裂缝与孔隙的连通体，是油气的主要储集空间和运移通道。
有利基质储集层可以分为水平缝发育的千层饼型和水平缝不发育的块状型2种类型，有效裂缝体可进一步划分为断缝体、褶缝体和断褶体3种类型。
断裂上盘比下盘裂缝发育程度高，断裂断距越大、距离断面越近裂缝发育程度越高，褶皱褶曲幅度越大，即宽高比越小，裂缝越发育，距褶皱枢纽面距离越近，裂缝越发育。
综合考虑基质与裂缝耦合的各种类型，建立2类5型断褶裂缝体发育地质模式，分别为断褶裂缝类和基质储渗类。断褶裂缝类可分为网状缝型和单构造缝型等2型，基质储渗类可分为层理缝型、低渗孔隙型和极低渗孔隙型等3型，其中网状缝型、单构造缝型为最有利的有效断褶裂缝体。