泸州区块地质构造拓扑分析

Summary：川南泸州地区为深层页岩气勘探的重点区，中生代以来经历了多期构造运动，下古生界五峰组-龙马溪组深层页岩储层的裂缝影响着储层页岩气的储藏与运移。为了探究泸州地区有利的深层页岩勘探区，以泸州区块断裂系统为研究对象，基于QGis中的NetworkGT工具箱，采用地质拓扑方法，分析其裂缝发育特征。结果表明：泸州区块窄背斜核部和断裂附近裂缝发育，低陡构造向斜区裂缝一般发育，宽缓向斜核部裂缝弱发育；在断层两侧 1～2 km范围内，由于裂缝发育，不利于页岩气保存，而其他地区裂缝越发育，页岩气越富集。该结论为泸州地区深层页岩气的勘探开发提供了地质依据。

Keys：页岩气；断裂；五峰-龙马溪组；地质拓扑

0引言

近年来，随着中国页岩气基础地质理论的不断发展、勘探开发主体技术的不断进步，四川盆地南部地 区3500m以浅的五峰组-龙马溪组已成功实现页岩气规模效益开发，是目前中国最主力的页岩气勘探开发层系[1]。而泸州地区五峰组-龙马溪组深层页岩具有机质丰度高、成熟度处于过成熟阶段、储层孔隙度较高、发育有机质孔等多种孔隙类型等特点，且地层高石英含量、低黏土含量、高脆性矿物含量、脆性条件好，易于压裂开采[2]。但复杂多变的构造条件是影响该地区页岩气勘探开发效果的重要因素之一，其中保存条件影响着页岩气的富集程度，其主控因素为构造作用，包括断层、裂缝、构造样式与变形强度等，另外也与顶底板岩性与厚度、埋深和与露头区距离等有关[3]。构造作用对储层的直接影响就是断裂和裂缝的发育[4]；构造作用越强烈，构造产生的裂缝类型越多、强度越大，进而影响着储层页岩气的储藏与运移，裂缝丰度是判定页岩气藏是否有开采价值和开采的具体位置的重要指标[5]。基于QGis中的NetworkGT工具箱中的地质拓扑分析功能，可以直接量化裂缝的连通性，为评估裂缝网络的渗流潜力提供参数，进而对该区域深层页岩气勘探开发提供地质依据。

1地质构造背景

四川盆地的大地构造位置在上扬子地台的西缘，面积约18×104km2，是一个大型古生代克拉通盆地与中新生代前陆盆地叠合的复合盆地，西为峨眉山—凉山冲断带和龙门山冲断带，北为米仓山穹隆和大巴山冲断带，东为湘黔鄂冲断带，整体为长轴呈北东向的菱形，北东和南西两边界稍长。四川盆地从古生代以来受多期多旋回构造活动叠加改建，主要为震旦纪到中三叠世由差异沉降作用形成的被动大陆边缘阶段、晚三叠世后挤压作用形成的前陆盆地阶段以及新生代后的强隆升阶段[6]。泸州地区位于四川盆地南部，构造上属于川中古隆起南侧的川南低陡构造带，由北往南发育一系列雁行排列的相对紧闭的背斜和宽缓的向斜构造，具有复式褶皱特点。储层主要是下古生界五峰组—龙马溪组深层页岩储层，该区在五峰组—龙马溪组沉积时期位于深水陆棚沉积中心，五峰组底部与下伏临湘组灰岩整合接触，顶部与上覆龙马溪组整合接触，龙马溪组顶部与下志留统石牛栏组碳酸盐岩整合接触。

2地质拓扑

地质拓扑是指在连续变形下维持的空间特性。Egenhofer 和 Herring在1990年定义了在二维空间中的二维几何形状之间存在的一组八个基本拓扑关系，这八个基本关系也能用于描述三维空间中三维物体之间的可能关系；1988年，Burns 建立了一个广泛的框架，使用网络图表示地质模型的拓扑，其中节点表示不同维度的几何元素，弧代表邻接关系；Burns 等人使用从地图表导出的一阶邻接关系自动确定部分约束的地质历史，这项工作对一阶拓扑的研究起到了较大的推动作用；Samuel T. Thiele在2016年定义了三种类型的一阶拓扑：单元拓扑、结构拓扑和岩性拓扑。Samuel T. Thiele 同时在文中提出了一种一阶拓扑的自动化提取方法，并将提取出的邻接关系可视化为网络图、邻接矩阵或蜂窝图[7]。

本文的目的是介绍NetworkGT(Network Geometry and to -pology)，这是一个开源的QGis工具箱，专门用于裂缝网络的定量几何和拓扑分析。NetworkGT专注于二维网络的分析，因为三维岩石体积很难进行完整的采样，而且大多数可用的数据或样本都是二维的(例如，裂缝轨迹图、井眼图像测井、岩石表面等)。QGis框架提供了一个图形界面，可以使用大量现有的GlS工具来开发和集成工作流。NetworkGT旨在有效地对大型二维裂缝网络的几何和拓扑属性进行采样、分析和空间映射。

为了客观、一致地对整个网络的空间变化进行采样，本文对泸州区块实现了一个自动规则网格，以指定大小的正方形对整个断裂网络进行子采样。网络网格采样法，利用已知的解释边界范围，通过用户指定的宽度和高度参数，从左下角开始定义多边形的正方形网格。只有在解释边界内的网格才会被创建。这种分段取样允许对整个裂缝网络的拓扑和几何变化进行定量分析。然而，考虑到分段取样间隔的粒度，潜在趋势可能被移除。为了解决这个问题，一个附加的可选参数将在每个网格子样本区域内定义质心点，并在用户定义的搜索半径内提取拓扑或几何属性。搜索半径将只扩展到解释边界，以确保拓扑和几何参数受边缘效应的影响最小。需要注意的是，半径(即圆大小)的选择应考虑到裂缝的空间分布，以减少采样效应。然后，一个唯一标识符将每个子样本网格区域与每个点和搜索半径联系起来。这使得原始多边形的正方形网格作为轮廓网格显示裂缝网络的属性，同时提供了更大的搜索区域，以增加分析的粒度。

自动提取多个采样区域的几何和拓扑属性提供了一种有效分析裂缝网络空间变异性的方法。网络网格采样策略通过创建一个密集的网格，为可视化这些空间变化提供了框架。每个网格单元与指定半径的圆形样本区域共享一个质心点。所有提取的拓扑和几何信息通过唯一标识符与每个样本区域相关;因此，每个网格多边形都有大量的计算参数和属性存储为关联的网络属性。因此，我们可以创建高分辨率、地理空间参考的等高线网格，绘制并说明整个裂缝网络中重要网络属性的空间变化(例如，裂缝丰度、连通性、块大小和分布)。

3讨论

泸州区块地腹构造，比地表更发育，由西往东依次发育云顶场-螺观山背斜带、海潮-古佛山-新店子背斜带、九奎山-龙洞坪-东山背斜带、坛子坝-黄瓜山背斜带，福集、德胜、来苏等多个宽缓向斜，依次分布于这些低陡背斜带之间，褶皱构造逐渐由北向南分叉散开，呈帚状展布，褶皱形态向深部逐渐降低。深层页岩储层的裂缝特征为窄背斜核部和断裂附近裂缝发育，低陡构造的向斜区裂缝一般发育，宽缓向斜核部裂缝弱发育，裂缝密度分布由 NE 向 SW 逐渐降低。在断层两侧 1～2 km范围内，由于裂缝发育，不利于页岩气保存，而其他地区裂缝越发育，页岩气越富集。

4Reference

[1]马新华,谢军,雍锐,朱逸青. 四川盆地南部龙马溪组页岩气储集层地质特征及高产控制因素[J]. 石油勘探与开发,2020,47(05):841-855.

[2]邹晓艳,李贤庆,王元,张吉振,赵佩. 川南地区五峰组—龙马溪组深层页岩储层特征和含气性[J]. 天然气地球科学,2022,33(04):654-665.

[3]郭卫星,唐建明,欧阳嘉穗,王同,王信,王岩. 四川盆地南部构造变形特征及其与页岩气保存条件的关系[J]. 天然气工业,2021,41(05):11-19.

[4]何顺,秦启荣,周吉羚,钟城,范存辉. 川东南DS地区龙马溪组页岩气形成及富集控制因素[J]. 特种油气藏,2018,25(06):70-76.

[5]郭彤楼. 中国式页岩气关键地质问题与成藏富集主控因素[J]. 石油勘探与开发,2016,43(03):317-326.

[6]姜鸿阳. 川南地区构造演化对龙马溪组页岩气差异富集的控制[D].中国石油大学(北京),2021.

[7]陈婉. 复杂地质构造的拓扑构建方法研究[D].电子科技大学,2018.

-全文完-