0 引言
按规模，致密储层天然裂缝可以分为宏观裂缝与微观裂缝2种类型。宏观裂缝指可以在岩心、野外露头及测井响应特征上直接观察和描述的裂缝，其张开度一般大于50 μm[9]；微观裂缝指需借助显微镜进行放大来观察与描述的裂缝，其张开度一般小于50 μm[10,11]。天然裂缝的发育具有自相似性，微观裂缝是宏观裂缝的缩影，由于观察条件的限制通常难以观察描述宏观裂缝的全貌，而通过对微观裂缝的研究可以间接反映宏观裂缝的特征及分布[12]。同时，针对致密砂岩储层而言，微观裂缝的开度与孔喉直径相当，微观裂缝的存在极大改善了致密储层的结构及整体性能，对致密砂岩储层的储渗具有重要作用[3]。因此，开展对微观裂缝的特征及其控制因素的研究，对致密砂岩储层评价及宏观裂缝发育特征的认识具有重要指导作用。
国内外学者对微观裂缝特征、分布、参数计算、形成机理及其对储层的贡献以及微观裂缝充填特征及演化开展了一些研究工作[9,11,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30]。这些研究工作主要集中在页岩、低渗透砂岩等储层，而对于致密储层，微小尺度裂缝更发育，所占的比例更大，对致密储层的贡献更大，目前对这类裂缝成因及其主控因素尚缺少认识，因而需要加强对微小尺度裂缝的深入系统研究。同时前人[31,32,33,34,35,36,37,38]对鄂尔多斯盆地西南部红河油田致密砂岩储层天然裂缝的研究为宏观裂缝的研究，目前为止尚未开展微观裂缝的研究工作。本文通过对红河油田致密砂岩储层的铸体薄片及扫描电镜分析，结合岩心资料，在系统研究红河油田致密砂岩储层微观裂缝特征的基础上，划分微观裂缝的成因类型，阐明控制微观裂缝发育的因素，分析典型区块微观裂缝的分布规律，对深入认识宏观裂缝的发育规律及指导致密油气勘探开发具有重要意义。
1 地质概况
鄂尔多斯盆地位于中国中部，为一个叠合的克拉通坳陷盆地，即中生代发育的盆地叠加在古生代盆地之上。盆地内部地形相对平缓，表现为西倾的单斜构造，倾角不足1°[39,40]。现今表现出的总体构造为东部宽缓、西部相对陡窄的不对称矩形盆地。盆地由北部的伊盟隆起，南部的渭北隆起，中部的伊陕斜坡，西部的天环坳陷、西缘冲断带，以及分布在东部的晋西挠褶带6个一级构造单元包围组成。红河油田位于鄂尔多斯盆地西南边缘的天环坳陷南段（图1），延长组长8油层组为主力油层，处于自西南向北东向展布的辫状河三角洲沉积体系的三角洲前缘亚相，主要发育水下分流河道、水下分流间湾、河口砂坝、远砂坝微相[41,42,43]，岩性主要为细砂岩、粉砂岩及泥岩。根据测试分析资料，石英含量为39.01%，长石为32.08%，岩屑为23.83%，填隙物为5.08%，砂岩主要为长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩。储集空间主要为原生残余粒间孔、次生溶孔、晶间微孔隙及微裂缝[44]，平均孔隙度为8.6%，平均渗透率为0.2×10-3 μm2（空气渗透率），是典型的致密砂岩油储层。对于这种非均质性强、低孔低渗的砂岩储层，裂缝发育，裂缝是其主要渗流通道和储集空间。
2 微观裂缝成因类型
根据岩心、铸体薄片和扫描电镜分析显示的微裂缝分布特征，从地质成因上可以将红河油田长8致密砂岩储层微裂缝分为构造成因的微裂缝、成岩成因的微裂缝、构造—成岩成因的微裂缝以及异常高压相关的微裂缝4种类型。根据微裂缝的规模及微裂缝与颗粒之间的关系可以分为穿粒缝、粒内缝与粒缘缝3种类型，穿粒缝不受矿物颗粒限制，粒内缝与粒缘缝分别在矿物颗粒内部及边缘发育。
构造成因的微裂缝为微观裂缝的一种主要类型，广泛分布在长8储层细砂岩和粉砂岩等各种岩性中。构造成因的微裂缝[图2(a)]，表现为一般切穿石英、长石等矿物颗粒，不受石英、长石等矿物颗粒限制，规模较大，延伸较长，方向性明显，多为有效裂缝，少数被方解石、石英及炭质等充填。
成岩成因的微裂缝主要表现为层理缝[图2(b)]，通常发生在岩性界面上，一般顺层面发育或沿矿物定向排列方向分布，规模较大，并具有弯曲、断续、分枝、尖灭等分布特征，通常被石油等有机质充填。
综上所述，穿粒缝的成因类型包括构造成因的微裂缝、成岩成因的微裂缝及异常高压相关的微裂缝[9]。粒内缝、粒缘缝的成因类型为构造—成岩成因的微裂缝。
3 微观裂缝分布特征
根据190块薄片资料统计分析，不同井位不同深度段均有穿粒缝、粒内缝与粒缘缝发育，其分布具有较强的非均质性。由于异常高压相关的微裂缝虽然开度相对较大，但通常被沥青质或炭质充填，故本文中统计的穿粒缝的参数指构造成因及成岩成因的微裂缝的参数。
穿粒缝的面密度一般小于1.0 mm/mm2，主要分布在0.2~0.4 mm/mm2之间，平均面密度为0.42 mm/mm2[图3(a)]，粒内缝、粒缘缝的面密度一般小于1.0 mm/mm2，部分井面密度可达1.0 mm/mm2，峰值为0.2~0.4 mm/mm2，平均面密度为0.52 mm/mm2[图3(b)]，说明在致密砂岩储层中，粒内缝、粒缘缝较穿粒缝更发育。穿粒缝的长度分布在几毫米至数厘米之间[图4(a)]，粒内缝、粒缘缝的长度一般小于1 mm，主要集中在0.2~0.3 mm之间[图4(b)]，表明穿粒缝的延伸长度一般大于粒内缝和粒缘缝的长度，穿粒缝与粒内缝、粒缘缝为不同尺度的微裂缝。在地层围压下，穿粒缝开度一般小于50 μm，主要为10~30 μm[图5(a)]，粒内缝、粒缘缝的开度主要分布在10 μm以内，少数可达20 μm[图5(b)]，表明穿粒缝的开度一般大于粒内缝、粒缘缝的开度。
图3 微观裂缝面密度分布频率（a）穿粒缝面密度分布频率图 （b）粒内缝和粒缘缝面密度分布频率图 Fig.3 The distribution frequency diagram of microfracture areal intensities |
图4 微观裂缝长度分布频率（a）穿粒缝长度分布频率图 （b）粒内缝和粒缘缝长度分布频率图 Fig.4 The distribution frequency diagram of microfracture lengths |
根据微观裂缝镜下分析，红河油田致密砂岩储层微裂缝有效性好，被充填的微裂缝小于10%，充填物主要为方解石、石英及炭质等，大部分裂缝未被充填，或被有机质、沥青等充填。利用Monte Carlo法[46]对红河油田致密砂岩储层微裂缝的孔隙度和渗透率计算表明，穿粒缝孔隙度一般小于0.63%，平均孔隙度为0.34%，平均渗透率为1.06×10-3 μm2，部分开度大的微裂缝渗透率可达n×10-3 μm2；粒内缝、粒缘缝的孔隙度一般小于0.58%，平均孔隙度为0.23%，平均渗透率为0.12×10-3 μm2，渗透率一般小于0.24×10-3 μm2。与致密砂岩储层基质储层物性相比，穿粒缝提高了致密砂岩储层的渗流能力，粒内缝和粒缘缝是沟通粒间孔或粒内孔的重要通道，对改善致密储层的连通性具有重要意义。
4 微观裂缝影响因素
红河油田致密砂岩储层微观裂缝发育主要受沉积作用、成岩作用、构造作用和异常高压流体作用的影响，其中沉积作用是致密砂岩储层微裂缝形成的基础，构造—成岩强度是致密砂岩储层微裂缝发育的关键因素。
4.1 沉积作用
此外，粒度粗细亦影响微裂缝发育，通过对研究区薄片观察统计发现在相同组分的岩石中，岩石颗粒越细，越有利于微裂缝的发育。这是由于随着岩石颗粒和孔隙体积减小，在上覆地层压力下，更容易变得致密，在经过弹性变形后，在较小的应变时表现为破裂变形，形成微裂缝[47]。
根据研究区岩心观察及测井资料，在对单井沉积微相划分的基础上，分析和统计了不同微相下的裂缝发育情况（图7）。结果表明，不同微相裂缝发育程度差异较大，其中河口坝微观裂缝最发育，微观裂缝的面密度为0.8 mm/mm2，其次水下分流河道与远砂坝微相微观裂缝较发育，水下分流间湾微观裂缝发育程度较差。
4.2 成岩作用
成岩作用对微裂缝的影响一方面表现为通过压实作用、压溶作用、胶结作用及溶解作用控制微裂缝的形成，另一方面与构造作用耦合，共同控制构造—成岩微裂缝（粒内缝、粒缘缝）的形成。通过镜下观察发现，红河油田致密砂层储层普遍强压实，局部强胶结，且压实作用相对弱时胶结作用强，局部可见长石内溶蚀现象。随着压实强度增强，岩石颗粒接触关系依次为点接触、线接触、凹凸接触，微裂缝发育强度依次增强（图8）。随着胶结强度增强，粒内缝、粒缘缝发育强度降低，而构造成因微裂缝相对发育。在成岩过程中，在压实和压溶作用下，形成顺微层面或矿物定向排列方向的层理缝。同时在强压实及区域构造挤压共同作用下，岩石颗粒整体破碎形成构造—成岩成因的粒内缝[图6(b)]。此外，在溶蚀作用及区域构造挤压共同作用下，沿长石颗粒解理溶蚀形成微裂缝。
4.3 构造作用
4.4 异常高压作用
5 典型区块微观裂缝分布规律
以研究区Q1井区为例，在Q1井区相对小的范围内认为异常应力值差异不大，地层平缓，构造起伏不大，微观裂缝的发育主要受沉积和成岩作用的影响。在对该井区的岩性、岩石组分、胶结强度和压实强度分析的基础上，Q1井区主要发育水下分流河道和分流间湾微相，岩石相可以分为中—细砂岩相、细砂岩相；成岩相可以分为强压实方解石强胶结相、强压实相、方解石中胶结相和高岭石胶结相和绿泥石胶结中溶解相。通过薄片观察获得单井微观裂缝的相对发育程度，根据岩石组分、胶结强度和压实强度对微观裂缝发育的影响，将微观裂缝的发育程度分为强、较强、中等、较弱和弱5个级别，得到微观裂缝发育程度平面分布图（图9）。结果表明，在细砂岩强压实方解石强胶结相中，微观裂缝发育程度最强；其次在细砂岩强压实相和中—细砂岩方解石中胶结相中，微观裂缝发育程度中等；在细砂岩高岭石胶结相和绿泥石胶结中溶解相中，微观裂缝发育程度较弱；在泥岩中微观裂缝发育程度最弱。
6 结论
（1）红河油田致密砂岩储层微观裂缝可以分为构造、成岩、构造—成岩及异常高压成因4种成因类型，其中以构造成因的微裂缝及构造—成岩成因的微裂缝为主。根据微裂缝的规模及微裂缝与颗粒之间的关系可以分为穿粒缝、粒内缝与粒缘缝3种类型，其中粒内缝和粒缘缝较穿粒缝发育，粒内缝和粒缘缝规模小于穿粒缝。粒内缝和粒缘缝的长度一般小于1 mm，开度主要小于10 μm；穿粒缝的长度分布在几毫米至数厘米之间，开度一般小于50 μm，主要为10~30 μm；穿粒缝的渗透性能好于粒内缝和粒缘缝。
（2）致密砂岩储层微裂缝受沉积作用、成岩作用、构造作用及异常高压作用的影响。其中沉积作用是致密砂岩储层微裂缝形成的基础，构造—成岩强度是致密砂岩储层微裂缝发育的关键因素，异常高压作用主要影响异常高压相关裂缝的形成。随着云母、岩屑和杂基等塑性矿物含量越低，方解石等脆性矿物含量越高，岩石颗粒越细，越有利于微裂缝的发育；压实作用增强，微裂缝越发育；随着胶结强度增强，粒内缝、粒缘缝发育强度降低，构造成因微裂缝相对发育。
（3）研究区Q1井区，微观裂缝的发育主要受沉积和成岩作用的影响，在细砂岩强压实方解石强胶结相中，微观裂缝发育程度最强；其次为细砂岩强压实相和中—细砂岩方解石中胶结相；在细砂岩高岭石胶结相和绿泥石胶结中溶解相中，微观裂缝发育程度较弱；在泥岩中微观裂缝发育程度最弱。
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