致密砂岩储层内部矿物三维建模与裂缝型甜点分布:以川西工农镇野外露头剖面须二段为例

doi:10.13745/j.esf.sf.2025.7.17

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (5): 404-416.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.17

致密砂岩储层内部矿物三维建模与裂缝型甜点分布:以川西工农镇野外露头剖面须二段为例

印森林¹(), 林少玲¹, 胡张明²^,^*(), 赵俊威¹, 杨映涛³, 张玲³, 陈恭洋¹, 陈玮常⁴

1.长江大学录井技术与工程研究院, 湖北荆州 434023
2.中国石油西部钻探有限公司, 新疆乌鲁木齐 830011
3.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院, 四川成都 610041
4.集宁师范学院地理与规划学院, 内蒙古自治州乌兰察布 012000

收稿日期:2024-06-10 修回日期:2024-12-21 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-10-14
通信作者: 胡张明
作者简介:印森林(1983—),男,副教授,博士生导师,主要从事无人机露头表征与建模研究。E-mail: yinxiang_love@qq.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2024GX06);国家科技重大专项(2025ZD1400404);国家自然科学基金项目(42402158);油气藏地质与工程国家重点实验室开放基金项目(PLN2022_19)

3D model of mineral interior tight sandstone reservoir and distribution of fracture dessert: Taking 2^nd Xujiahe Formation outcrop section in western Sichuan Basin as an example

YIN Senlin¹(), LIN Shaoling¹, HU Zhangming²^,^*(), ZHAO Junwei¹, YANG Yingtao³, ZHANG Ling³, CHEN Gongyang¹, CHEN Weichang⁴

1. Research Institute of Mud Logging Technology and Engineering, Yangtze University, Jingzhou 434023, China
2. Xibu Drilling Engineering Company of PetroChina, Ürümqi 830011, China
3. Exploration and Production Research Institute, Southwest Oil & Gas branch, SINOPEC, Chengdu 610041, China
4. College of Geography and Planning, Jining Normal University, Ulanqab 012000, China

Received:2024-06-10 Revised:2024-12-21 Online:2025-09-25 Published:2025-10-14
Contact: HU Zhangming

摘要/Abstract

摘要：

四川盆地须家河组叠覆式分流河道砂体广泛发育,针对此类致密砂岩(微)裂缝型储层甜点分布模式不明确问题,利用无人机倾斜摄影露头数据资料、密集实物采样样品和电镜分析化验等资料,结合无人机倾斜摄影数字露头、能谱电镜分析、层次结构分析和三维地质建模等方法,开展了致密砂岩内部露头构型表征、储层构型精细建模、矿物三维定量模型和(微)裂缝结构空间分布等研究。研究表明:(1)无人机倾斜摄影数据采集处理后的三维模型中坐标体系与拍摄的高精度图像信息完美耦合,既实现了野外露头地质信息三维数字化、可视化和定量化,也为小尺度矿物三维非均质性研究奠定了数据基础。(2)剖面砂体构型呈厚层状连片状叠置,泥质隔夹层发育程度低;利用随机模拟算法开展了石英、长石、岩屑、白云石和方解石定量三维分布模型,揭示了小尺度矿物差异空间分布特征。(3)在(微)裂缝型储层甜点特征分析基础上,分析了石英、方解石矿物含量与(微)裂缝发育的相关程度很高,是甜点形成与发育的优质部位。无人机倾斜摄影数字露头技术与三维地质建模技术相结合不仅可以定量表征露头非均质性,而且对指导(微)裂缝型致密砂岩甜点储层的勘探开发意义重大。

关键词: 致密砂岩, 无人机倾斜摄影, 裂缝, 矿物三维定量模型, 甜点储层, 工农镇露头剖面

Abstract:

Distributary channel sandbodies are extensively developed in the Xujiahe Formation of the Sichuan Basin. However, the distribution pattern of sweet spots within such tight sandstone(micro)fractured reservoirs remains unclear. This study integrates digital outcrop data from unmanned aerial vehicle (UAV) oblique photography, intensive physical sampling, scanning electron microscopy (SEM) analysis, and laboratory data to characterize the outcrop architecture of the tight sandstone, precisely model the reservoir architecture, quantify the 3D mineral distribution, and map the spatial distribution of (micro) fracture networks. During the process, key technologies employed include UAV oblique photography for digital outcrop modeling, SEM-EDS analysis, hierarchical analysis, and 3D geological modeling. The results demonstrate that: (1) The 3D coordinate system established from the collected and processed UAV oblique photography data volume is fully coupled with high-precision image information. This approach not only achieves the 3D digitalization, visualization and quantification of outcrop geological information, but also provides a data foundation for characterizing 3D microscale mineral heterogeneity. (2) The profile sandbody architecture features thick-bedded, sheet-shaped stacking patterns with poorly developed muddy intercalations. A quantitative 3D distribution model of quartz, feldspar, cuttings, dolomite, and calcite was generated using stochastic simulation algorithms, revealing differential microscale mineral distribution characteristics. (3) Analysis of sweet-spot characteristics in the (micro) fractured reservoirs indicates that the quartz and calcite content exhibit a high correlation with (micro) fracture development, representing a key factor in high-quality sweet-spot formation. These integrated technologies enable the quantitative characterization of outcrop heterogeneity and hold significant potential for guiding the exploration and development of sweet spots in (micro) fractured tight sandstone reservoirs.

Key words: tight sandstone, UAV oblique photography, fracture, quantitative 3D model of minerals, sweet spot reservoirs, outcrop section of Gongnong town

中图分类号:

P618.13

印森林, 林少玲, 胡张明, 赵俊威, 杨映涛, 张玲, 陈恭洋, 陈玮常. 致密砂岩储层内部矿物三维建模与裂缝型甜点分布:以川西工农镇野外露头剖面须二段为例[J]. 地学前缘, 2025, 32(5): 404-416.

YIN Senlin, LIN Shaoling, HU Zhangming, ZHAO Junwei, YANG Yingtao, ZHANG Ling, CHEN Gongyang, CHEN Weichang. 3D model of mineral interior tight sandstone reservoir and distribution of fracture dessert: Taking 2^nd Xujiahe Formation outcrop section in western Sichuan Basin as an example[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(5): 404-416.

图/表 12

图1 露头研究区位置图 a—区域地理位置;b—工区范围;c—研究区岩性柱状图。

Fig.1 Location of the outcrop study area

图2 无人机倾斜摄影模型与取样点分布

Fig.2 UAV oblique model and sampling point location

表1 部分样品分析测试数据表

Table 1 Analysis and test data sheets of part samples

序号	钾长石含量/ %	石英含量/ %	斜长石含量/ %	白云石含量/ %	方解石含量/ %	铁白云石含量/%	硅质类矿物含量/%	钙质类矿物含量/%	黏土矿物含量/%	单位面积裂缝条数/ cm²	单位面积裂缝长度/ (mm·cm^-2)	裂缝宽度/ μm	孔隙度/ %
1	0.88	25.21	1.03	10.39	58.11	0.55	27.12	69.05	2.32	804	518.73	388.52	1.49
2	0.85	21.74	0.88	2.07	69.86	0.28	23.47	72.21	2.61	1 500	459.63	154.85	3.43
3	0.65	28.4	0.64	11.84	55.66	0.16	29.69	67.66	1.93	400	405.01	662.9	1.13
4	0.94	34.37	0.82	14.2	44.07	0.12	36.13	58.39	4.25	459	407.49	579.44	1.86
5	0.76	26.69	0.67	10.95	57.67	0.22	28.12	68.84	2.06	348	430.79	833.17	1.61
6	0.83	26.4	0.72	11.27	57.75	0.16	27.95	69.18	2.11	762	491.89	386.22	1.48
7	1.3	37.45	0.79	9.62	44.33	0.17	39.54	54.12	4.92	717	356.82	278.48	3.48
8	1.16	40.66	0.98	7.98	40.98	0.16	42.8	49.12	6.58	735	419.94	341.16	1.83
9	1.03	31.79	0.81	12.31	42.62	0.07	33.63	55	9.3	1 014	364.79	173.51	5.33
10	1.38	30.22	0.74	6.14	54.31	0.4	32.34	60.85	5.18	1 088	398.27	186.49	7.7
11	1.05	26.25	0.73	10.63	56.87	0.34	28.03	67.84	3.21	332	430.39	894.08	1.19
12	1.22	30.55	0.85	11.8	50	0.19	32.62	61.99	4.23	456	474.83	691.66	1.49
13	1.1	30.75	0.89	12.95	48.6	0.13	32.74	61.68	4.34	439	423.57	632.84	1.5
14	0.46	25	0.49	9.98	58.99	0.07	25.95	69.04	4.05	383	391.66	693.03	1.16
15	1.24	23.39	0.79	7.67	62.79	0.18	25.42	70.64	2.98	231	385.88	1 201.39	1.12
16	2	24.46	0.83	6.89	51.39	0.78	27.29	59.06	8.35	472	428.36	584.89	1.27
17	1.32	26.77	0.86	9.78	55.94	0.16	28.95	65.88	4	353	426.62	836.34	1.41
18	1.3	30.96	0.52	0.36	58.92	0.16	32.78	59.44	5.83	1 493	449.33	144.3	3.91
19	0.3	24.35	0.4	7.74	61.8	0.06	25.05	69.6	4.52	549	452.42	519.44	1.47
20	0.97	27.69	0.81	10.37	56.14	0.16	29.47	66.67	3.03	361	417.64	798.18	1.22

表1 部分样品分析测试数据表

Table 1 Analysis and test data sheets of part samples

序号	钾长石含量/ %	石英含量/ %	斜长石含量/ %	白云石含量/ %	方解石含量/ %	铁白云石含量/%	硅质类矿物含量/%	钙质类矿物含量/%	黏土矿物含量/%	单位面积裂缝条数/ cm²	单位面积裂缝长度/ (mm·cm^-2)	裂缝宽度/ μm	孔隙度/ %
1	0.88	25.21	1.03	10.39	58.11	0.55	27.12	69.05	2.32	804	518.73	388.52	1.49
2	0.85	21.74	0.88	2.07	69.86	0.28	23.47	72.21	2.61	1 500	459.63	154.85	3.43
3	0.65	28.4	0.64	11.84	55.66	0.16	29.69	67.66	1.93	400	405.01	662.9	1.13
4	0.94	34.37	0.82	14.2	44.07	0.12	36.13	58.39	4.25	459	407.49	579.44	1.86
5	0.76	26.69	0.67	10.95	57.67	0.22	28.12	68.84	2.06	348	430.79	833.17	1.61
6	0.83	26.4	0.72	11.27	57.75	0.16	27.95	69.18	2.11	762	491.89	386.22	1.48
7	1.3	37.45	0.79	9.62	44.33	0.17	39.54	54.12	4.92	717	356.82	278.48	3.48
8	1.16	40.66	0.98	7.98	40.98	0.16	42.8	49.12	6.58	735	419.94	341.16	1.83
9	1.03	31.79	0.81	12.31	42.62	0.07	33.63	55	9.3	1 014	364.79	173.51	5.33
10	1.38	30.22	0.74	6.14	54.31	0.4	32.34	60.85	5.18	1 088	398.27	186.49	7.7
11	1.05	26.25	0.73	10.63	56.87	0.34	28.03	67.84	3.21	332	430.39	894.08	1.19
12	1.22	30.55	0.85	11.8	50	0.19	32.62	61.99	4.23	456	474.83	691.66	1.49
13	1.1	30.75	0.89	12.95	48.6	0.13	32.74	61.68	4.34	439	423.57	632.84	1.5
14	0.46	25	0.49	9.98	58.99	0.07	25.95	69.04	4.05	383	391.66	693.03	1.16
15	1.24	23.39	0.79	7.67	62.79	0.18	25.42	70.64	2.98	231	385.88	1 201.39	1.12
16	2	24.46	0.83	6.89	51.39	0.78	27.29	59.06	8.35	472	428.36	584.89	1.27
17	1.32	26.77	0.86	9.78	55.94	0.16	28.95	65.88	4	353	426.62	836.34	1.41
18	1.3	30.96	0.52	0.36	58.92	0.16	32.78	59.44	5.83	1 493	449.33	144.3	3.91
19	0.3	24.35	0.4	7.74	61.8	0.06	25.05	69.6	4.52	549	452.42	519.44	1.47
20	0.97	27.69	0.81	10.37	56.14	0.16	29.47	66.67	3.03	361	417.64	798.18	1.22

图3 露头区致密砂岩分流河道构型解剖 a—露头剖面致密砂岩构型和裂缝解释;b—工区分流河道致密砂岩构型解剖;c—露头岩性柱状图。

Fig.3 Tight sandstone in the outcrop area architecture of the distributary channel

图4 致密砂岩岩性、矿物与裂缝分布三维模型 a—岩性模型;b—白云石含量模型;c—方解石含量模型;d—长石含量模型;e—石英含量模型;f—黏土矿物含量模型;g—裂缝体积密度模型。

Fig.4 3D model of tight sandstone lithology, minerals and fracture distribution

图5 矿物含量与裂缝体积密度相关关系图

Fig.5 Correlation ship between minerals and fracture volume density

图6 Xh4小层矿物与裂缝体积密度分布图 a—白云石含量;b—方解石含量;c—长石含量;d—石英含量;e—黏土矿物含量;f—裂缝体积密度。

Fig.6 Mineral and fracture volume density distribution of Xh4 layer

图7 Xh1小层矿物与裂缝体密度分布图 a—白云石含量;b—方解石含量;c—长石含量;d—石英含量;e—黏土矿物含量;f—裂缝体积密度。

Fig.7 Mineral and fracture volume density distribution of Xh1 layer

图8 裂缝型、裂缝-基质型、基质型微观结构图 a—裂缝型储层微观结构;b—裂缝型储层孔隙-裂缝分布;c—裂缝型储层矿物含量;d—裂缝-基质型储层微观结构;e—裂缝-基质型储层孔隙-裂缝分布;f—裂缝-基质型储层矿物含量;g—基质型储层微观结构;h—基质型储层孔隙-裂缝分布;i—基质型储层矿物含量。

Fig.8 Microstructure of fracture type, fracture-matrix type, matrix type

图9 地下岩心裂缝型甜点分布特征 a—高角度缝,XC6井TX22 4 717.22~4 717.4 m;b—斜缝,X10井,TX24 4 886.15~4 886.46 m;c—酥饼溶蚀缝,XC8井,4 972.41~4 972.54 m;d—酥饼斜缝切平缝,XC8井,4 970.52~4 970.6 m。

Fig.9 Distribution characteristics of wells core fractured desserts

表2 钻井测试与试气结论

Table 2 Drilling test and gas test conclusion

井号	测试层位	测试方式	流压/ MPa	产气量/ (10⁴ m³·d^-1)	产水量/ (10⁴ m³·d^-1)	无阻流量/ (10⁴ m³·d^-1)	试气结论
新场6井	须二段2砂组	射孔	70.64	3.79	120.96	24.05	低产含气水层
新场8井	须二段2、3砂组	中途测试		25.06		33.21	工业气层
新场10井	须二段4砂组	射孔	38.77	10.33	1.15	13.38	低产含气水层

图10 矿物含量与孔隙度统计关系

Fig.10 Statistical relationship between minerals and porosity

参考文献 36

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致密砂岩储层内部矿物三维建模与裂缝型甜点分布:以川西工农镇野外露头剖面须二段为例

3D model of mineral interior tight sandstone reservoir and distribution of fracture dessert: Taking 2^nd Xujiahe Formation outcrop section in western Sichuan Basin as an example

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致密砂岩储层内部矿物三维建模与裂缝型甜点分布:以川西工农镇野外露头剖面须二段为例

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