构造裂缝定量预测方法——以济阳坳陷桩海地区太古宇为例

殷天涛，李守军，原丽媛

(1.中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东 济南 250013;2.山东科技大学地质科学与工程学院，山东 青岛 266590;3.山东省核工业二七三地质大队，山东 烟台 265300)

裂缝性油气田的勘探与开发最重要的环节就是裂缝的分布规律，尤其是对其定量预测分析。近年来关于裂缝定量预测越来越受到重视，其研究已有一定进展，众学者主要对地质模型、力学模型和数学计算模型之间的关系;构造裂缝的定量预测与应力场的关系;构造裂缝的发育规律、形态以及构造应力场的方向等问题进行了研究[1-3］。对于目前裂缝性油气藏的研究，主要是针对构造裂缝。而构造裂缝主要受控于构造应力场，利用构造应力场结合有限元数值模拟技术在当前对裂缝定量预测进行研究，是众多学者比较赞同的方案。然而裂缝的分布规律在地下较为复杂，除了受构造应力场影响外还与多期构造运动、岩石物性等有关。尤其是区域性问题，具体区域具体分析。因此本文的研究是对裂缝定量研究分析的又一探索。

1 裂缝研究及评价方法

构造裂缝是伴随构造变形过程形成的，其在局部构造和断裂带中的分布具有一定的规律性，基于此，利用应力与应变的关系和构造主曲率法可以预测裂缝分布规律及其发育情况[2］。关于构造裂缝预测的方法主要有直接观测法和分析预测法。直接观测法主要是将露头和宏观与微观进行分析，并结合测井资料来识别与解释裂缝[4］。分析预测法主要包括概率统计方法、物理模拟、数值模拟、岩石破裂法、主曲率法、能量法等。通过对这些方法比较分析之后，众学者从不同方面对裂缝进行了研究[1，4］。其核心也是利用有限元方法结合区域构造应力场来进行裂缝的定量研究。本文以济阳坳陷桩海地区太古宇为例，利用有限元数值模拟技术，结合研究区构造应力场来对裂缝发育情况进行预测尝试。

2 研究实例

2.1 区域地质概况

桩海地区古潜山(桩西和埕岛潜山)紧邻渤中坳陷，属于沾化凹陷的一部分(见图1)[5］。济阳坳陷桩海地区经钻井资料显示最古老的基底岩层为太古宇泰山群，其岩性主要以混合花岗岩和多种片麻岩为主，其次为斜长角闪岩等。济阳坳陷潜山数量较多、规模较大，经历了多旋回发育和多次构造变动，致使济阳坳陷桩海地区潜山构造复杂。桩海潜山油气运聚成藏的地质时期主要是东营末期-明化镇期，因此Tg2地震反射层的构造特征基本就可以代表太古界油气在运聚期间的构造特征，现今构造反映的构造应力场特征可以反映油气运聚期间的应力场特征[6］。

2.2 模型建立及裂缝模拟

2.2.1 地质模型

由于埕岛-桩西潜山在桩海地区是主力生油区，较为典型，所以本文主要对桩海地区的埕岛-桩西地区进行分析。桩海地区内断裂主要展布方向为即近南北向(NNE向)、北东向、近东西向、北西向及近南北向[7］。本文选用埕岛-桩西Tg2反射面构造图(Tg2反映的是埕岛-桩西地区太古宇顶面地震反射层构造图，见图2)作为底图进行构造单元划分，并赋予研究区相应的物性参数，对该区进行有限元模拟分析，从而分析其裂缝发育态势。

2.2.2 力学模型

力学模型的建立主要包含岩石力学参数的选取和边界条件的选择[1］。研究区断层根据其断裂大小分为二级与三级断层。本文在模拟计算过程中主要使用的力学参数有弹性模量和泊松比等。这些参数主要通过岩石力学实验以及对岩心分析得到。经分析，本研究区断层级数、弹性模量、泊松比等参数如表1所示。

表1 建模采用的岩石力学参数

根据构造图的特征，本文采用自由网格划分。同时对一些特殊地带，诸如断层周围以及断层末梢处等区域进行人工干预划分，以期输出点数能更好地控制整个投影平面应力的变化情况。经分析，研究区目的层网格划分结果如图3所示。该图作为力学计算模型，对其施加相应荷载进行模拟计算。

2.2.3 裂缝模拟

本工区南边界定义为约束边界。此次研究区域主要受力为水平挤压。其主应力主要为近东西向与南北向。东西向为120 MPa，南北向为70 MPa。研究区东西方向为X向，南北为Y向。此模型包括了工作区域内的24条断层，按其方向分为北东向和南东向段层两类。在依照相应的参数(表1)计算完成后，建立了济阳坳陷埕岛-桩西地区构造应力云图(见图4)。

从构造应力云图4上可以较为直观地显示出裂缝的高值发育区及其位置。裂缝发育带主要分布在断层附近，主要裂缝发育带高值区呈两个NNE以及NW的条带状分布。在埕北303井附近应力变化较大，周围裂缝较发育。显示埕岛-桩西地区裂缝受断层影响明显，裂缝带在断层及其周围发育良好，表明这些地区应力较为集中，受控于构造应力场。强张应力区主要分布在断层附近，揭示裂缝发育与断层附近应力大小具有一定的对应关系。

通过分析，图4进一步揭示了裂缝性油气藏裂缝发育的情况与构造运动产生的断层、断裂密切相关。由于裂缝的存在，对于不同层位的油气相连也起到了重要的作用。尤其是由构造运动产生的构造裂缝。同时也利于油气的储集。张应力区主要为油气储集区，其值越大，越利于油气的储集。本文将数值模拟技术与地震资料解释的构造体系、构造应力场和岩石物性等研究有机结合起来，对于应力和裂缝的空间分布及其相互间的对应关系提供新的认识。

3 结论

通过分析揭示构造裂缝主要受控于构造应力场。研究区裂缝带在断层及其周围发育良好，表明这些地区应力较为集中。强张应力区主要分布在断层附近，显示裂缝发育与断层附近应力大小具有较好的对应关系。该区也是油气储集的主要场所。

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