遼西低凸起太古宇變質巖潛山儲層控制因素研究

陳建波，潘玲黎，童凱軍，呂坐彬

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

?

遼西低凸起太古宇變質巖潛山儲層控制因素研究

陳建波，潘玲黎，童凱軍，呂坐彬

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

在巖心、鑄體薄片、成像測井及地震等資料分析基礎上，研究了渤海遼西低凸起JZ25-1S太古宇變質巖潛山儲層的巖石學特征、儲集空間類型及裂縫發育主控影響因素。研究表明：區內潛山巖性為片麻巖類及其碎裂巖類，礦物結晶較粗、暗色礦物含量低、碎裂作用較強，為儲集層發育形成提供了良好的物質基礎。儲集空間類型包括裂縫、溶蝕孔洞和微孔隙，其中以構造裂縫為主。變質巖儲集層裂縫的形成是沙三沉積期拉張應力場和東營期右旋走滑應力場疊加作用的結果。此外，儲層裂縫發育的其它控制因素包括儲集層巖性、古風化作用及后生成巖作用等。

渤海海域；遼西低凸起；變質巖潛山；儲集層特征；控制因素

隨著渤海油田整體勘探技術的成熟及勘探力度加大，“十五”以來先后發現了一批億噸級的變質巖古潛山油藏，目前該類儲集層已成為渤海油氣勘探開發的重要領域[1-4]。裂縫性變質巖潛山油藏是目前國內外開發難度最大的油藏類型之一[5]，開展非均質極強的裂縫性變質巖儲集層裂縫特征及優勢儲層主控因素研究，對于指導該類油藏的高效開發具有深遠意義。JZ25-1S油田太古宇潛山油藏是近年來渤海投入開發的第一個大型潛山油藏。本文在收集油田巖心分析資料的基礎上，利用測井、地震、地球化學等各項資料，綜合分析變質巖儲集層結構及特征，探討其控制因素，進而為該類型油藏儲集層分布及定量預測提供理論基礎和依據。

1　地質概況

遼東灣坳陷位于華北板塊的東北部，具體可劃分為5個構造單元，呈三凹兩凸的構造格局[6](圖1a)。該區的前第三系基底巖系受控于區域大地構造和古地理環境，其中結晶基底由區域分布的太古宇至中元古界變質巖和變質花崗巖組成，上覆新元古界和下寒武-中奧陶統碳酸鹽巖及薄層泥頁巖；中奧陶-下石炭統普遍缺失；上石炭統和二疊系主要為砂泥巖和煤系，中生界充填陸相煤系和火山巖地層[7]。晚中生代，太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，導致該區地殼上隆，基底巖系剝蝕減薄；同時，拉張應力使剛性地殼伸展破裂，并受郯廬大斷裂活動的影響，控制了中新生界的發育[8]。新生代，分別發育古近系裂陷和新近系-第四系后裂陷兩個階段。始新-漸新世早期，遼西低凸起沿凸起邊界斷裂向東南抬升，形成不對稱的翹傾單面山，其地形南高北低，展布南寬北窄[9]。

JZ25-1S太古宇潛山油藏位于渤海遼東灣海域遼西低凸起中段，與遼西凹陷中洼和遼中凹陷中、北洼毗鄰[3]。遼西1號斷層遮擋其西側，東側向遼中凹陷下傾，構造內部遼西2號斷層將研究區構造分為兩個高帶：東高帶和西高帶。其中，東高帶被分割為若干小斷塊，其整體被斷層分為三個較大的區塊：1，8井區和2，7井區位于構造相對高位置，5井區則位于其間的一個局部地塹區(圖1b)。

2　變質巖儲層類型

2.1變質巖儲層巖石學特征

對JZ25-1S變質巖潛山油藏7口井的鉆井巖心和旋轉井壁取心的144塊巖石薄片鑒定分析表明，該區太古宇變質巖油藏儲集層由一套區域變質巖和該巖石受構造作用改造的碎裂變質巖組成(表1)。巖性以片麻巖和碎裂巖為主，夾少量二長花崗巖、黑云母花崗巖、片麻狀花崗巖等巖脈。主要礦物成分有斜長石、鉀長石和石英，次要礦物為黑云母和角閃石，副礦物以磷灰石最為常見，另外含榍石及少量鋯石。薄片定名時，具有明顯碎裂結構的定名為碎裂巖，而片麻巖多呈淺灰、深灰色，中粗粒片狀、粒狀變晶結構及弱片麻狀構造，按照長石礦物的種類及其相對含量可再細分為斜長片麻巖和二長片麻巖。斜長和二長片麻巖礦物均含有長石(斜長石和鉀長石等)、石英、少量暗色礦物及方解石等副礦物，其區別主要在于長石中斜長石和鉀長石的含量不同。花崗片麻巖中石英、斜長石體積分數40%～70%，暗色礦物體積分數小于30%，前二者均屬脆性粒狀礦物，在構造應力下易產生裂縫，而暗色礦物為相對韌性礦物，不易產生裂縫。

圖1　JZ25-1S油田區域位置

表1　JZ25-1S潛山基底巖性統計

從平面分布上看，JZ25-1S油田1,5,8井以斜長片麻巖為主，2,3,4D,7井以二長片麻巖為主。由構造位置圖可以看出(圖2)，二長片麻巖位于該構造的西南端，而斜長片麻巖位于該構造的東北端，可能是不同期次的火山活動或與變質中心的距離不同而形成的巖性不一致的分布規律。

總體而言，JZ25-1S潛山油藏巖性整體變化不大，屬于片麻巖類及碎裂巖類。各種片麻巖中石英、長石等淺色礦物所占含量可達80%以上，均屬于脆性粒狀礦物，很容易在構造應力作用下產生構造裂縫，形成裂縫性儲集層。

2.2變質巖儲集空間類型

顯微鏡下仔細觀察巖石的微觀結構，可對巖石的微觀孔隙結構形成直觀的認識，特別是孔隙或孔、洞、縫之間的網絡連接模式。圖3代表JZ25-1S變質巖潛山縱向不同層段的鑄體薄片特征，由于受到化學風化作用改造的差異，半風化殼上段與半風化殼下段巖心特征明顯不同。①半風化殼上段：由于風化現象明顯，角閃石、黑云母綠泥石化、碳酸鹽化，并可見大量沿解理發育的溶蝕孔隙(圖3a)，長石面也可見溶孔。部分裂縫、溶蝕孔隙的充填現象較為顯著，大部分裂縫已被方解石、綠泥石、鐵質充填(圖3b)，表明該段主要的儲滲空間為溶蝕孔隙、其次為裂縫。②半風化殼下段：化學風化作用逐漸減弱，溶蝕作用也較為少見，但微裂縫較為發育，體現出該段主要的儲滲空間為裂縫(圖3c)。此外，區內該段局部發育的碎裂巖中也可見到一定數量的碎裂粒間孔隙(圖3d)。

圖2　JZ25-1S變質巖潛山巖石類型平面分布

總體來看，研究區變質巖潛山帶經歷了多期次的構造運動及長時間的風化、成巖作用改造，基質巖塊中原生的粒間孔隙或晶間孔隙幾乎消失殆盡。宏觀構造裂縫控制了潛山中的油氣分布，是油氣運移的主要通道；微觀構造裂縫、溶蝕構造縫、破碎孔隙、溶蝕孔隙與宏觀構造裂縫伴生，為主要的儲集空間，共同構成了JZ25-1S太古宇潛山雙重孔隙介質儲集層。

2.3變質巖潛山具有分帶性

裂縫在垂向上分布具有分帶性，因而潛山儲集層在縱向上也具有分帶特征[3]。JZ25-1S古潛山在第三系地層沉積之前，曾遭受了長期的風化剝蝕，其頂部半風化殼廣泛發育。根據巖石風化程度，結合化學、測井等資料，由表及里可將JZ25-1S潛山劃分為3個帶，分別為半風化殼上段、半風化殼下段和基巖段，研究區儲集層基本以半風化殼下段為主，半風化殼上段次之，基巖段不發育。由于該區風化作用太過強烈，基本缺失傳統意義上的風化殼段。裂縫的產狀主要以低-高角度傾斜縫為主，占總裂縫數的80%以上，同時還有部分水平縫及垂直縫。從裂縫線密度分析，半風化殼下段中裂縫最發育，其次是半風化殼上段，再次為基巖層段(圖4)。

3　變質巖儲層控制因素

變質巖儲集層構造裂縫的發育程度受多種因素控制[10-11]。通過研究分析JZ25-1S太古宇變質巖潛山油藏儲集層發育特征，研究區變質巖儲集層發育與分布可能受控于潛山構造應力作用、儲層巖性及厚度、古風化和后生成巖作用等因素。其中，構造應力場是儲集層構造裂縫形成的外因，它控制了構造裂縫組系、方位、產狀和力學性質等參數；儲集層巖性及其結構、巖層厚度則是儲集層構造裂縫形成的內因，它控制了構造裂縫的密度及發育程度等；斷裂作用、古風化作用、后生成巖作用等是儲集層次生孔隙形成的重要控制因素。

圖4　JZ25-1S潛山儲集層垂向分帶及裂縫密度分布

3.1構造運動對變質巖潛山裂縫發育的控制作用

基于三維地震資料精細構造解釋，對斷裂系統幾何學、運動學及動力學機制的分析，結合構造應力-應變模擬，對潛山裂縫形成機制進行系統研究。新生代以來，JZ25-1S潛山主要經歷了兩期構造應力作用：沙三沉積期為NW-SE向的區域拉張應力作用，形成一組NE向與近SN向的裂縫；東營組沉積期為NE-SW向的右旋走滑應力作用，形成一組EW向拉張縫與兩組NW向、NEE向的剪切縫。這兩期應力場疊加作用的結果也控制了JZ25-1S潛山變質巖儲層裂縫發育特征。此外，區內裂縫發育程度受局部應力和應變強度的影響，在張應變較強的部位裂縫相對發育，壓應變區裂縫相對不發育。

3.1.1斷層期次與性質控制裂縫的期次、性質及發育方向

渤海灣盆地在地質歷史發展過程中經歷了多次強烈的構造運動[12]，中生代中期的燕山運動影響了整個華北地臺，JZ25-1S潛山構造也不例外。研究區發生了褶皺抬升而遭受剝蝕，造成古生代、中生代、古近紀孔店組、沙四段地層的缺失，前新生代的構造特征已無法恢復，而該時期產生的裂縫由于后期的充填作用也基本堵塞閉合。

對現今儲層裂縫的發育起主要作用的是新生代喜山期的構造應力作用。新生代以來，JZ25-1S潛山經歷了兩期主要的構造應力：古近紀早期的沙三段沉積時期為拉張斷陷作用，形成了區內一系列NNE、NE向正斷層(圖5)，該時期也是潛山裂縫的主要形成時期之一，該期構造應力的作用表現在儲層裂縫上為一組全區普遍發育的NNE、NE向的裂縫和局部發育的NW向裂縫；古近紀晚期(即東營組沉積期)構造應力由NW向拉張轉變為NE-SW向的右旋張扭應力，遼西凹陷內部受到右旋張扭作用形成一系列NE、近NE向雁列式正斷層和近南北向的褶皺，該期構造應力形成的裂縫主要為一組EW向的裂縫(圖6)，其次為走向NW和NEE向的裂縫，同時走滑應力場也對早期形成的裂縫有一定的改造作用。

圖5　沙三段沉積時期斷裂與裂縫發育方位

進入新近系以來，斷裂活動強度減弱或基本停止，構造裂縫亦基本不再發育，變質巖儲層進入后埋藏期，前期形成的縫洞孔一定程度上變小。

3.1.2 斷層分布控制裂縫的發育程度

斷層分布對裂縫發育密度具有重要影響[4]。在斷層附近，其構造應力及構造裂縫分布具有分帶性，主要為斷層活動所產生的應力擾動帶，其寬度大致為斷層斷距的一半，在距斷層一定距離的部位為應力集中帶，該帶距斷層的距離大致為其高度的三分之一至二分之一，斷裂的分布直接影響了裂縫的發育程度。

統計研究區范圍內潛山頂面斷層的密度分布(圖7)，目前鉆井顯示裂縫較發育的井區斷層密度一般大于1.5 km/km2，從儲層預測的結果來看，有利儲層發育區斷層密度基本大于2 km/km2。據JZ25-1S潛山裂縫預測結果可以明顯看到，裂縫發育與斷層具有很好的相關性，斷層發育地方裂縫相對發育，裂縫發育程度明顯受控于斷層的密集度。

3.2巖性、風化作用、溶蝕作用對裂縫儲層發育的影響

3.2.1 巖性對裂縫儲層發育影響

圖7　JZ25-1S潛山頂面斷層密度分布

構造應力作用是儲集層構造裂縫形成的外因，它控制了構造裂縫組系、方位、產狀、力學性質等參數，而儲集巖的巖性及結構，則是儲集層構造裂縫形成的內因，它控制構造裂縫的密度及發育程度等。

經巖礦薄片鏡下鑒定，研究區巖石礦物結晶較粗，淺色礦物石英、長石含量高(85%～95%，圖8)，淺色礦物巖石脆性強，加上年代古老(25×108a以上)，很容易在構應力作用下形成裂縫，為儲層裂縫發育提供了良好的物質基礎。另外，變質巖中長石等不穩定礦物含量高，容易受到溶蝕，也為孔洞類儲集空間的再發育提供了機會。

圖8　JZ25-1S潛山變質巖基本礦物組成

3.2.2 表生期風化作用對裂縫儲層發育的影響

JZ25-1S潛山儲集層儲滲空間類型為裂縫與溶蝕孔隙、碎裂粒間孔隙并存的雙重孔隙介質。變質巖中原生孔隙甚微，這些孔隙均為后期改造形成的次生孔隙，古風化作用在此過程中發揮了重要作用。由于表層巖石強烈的風化作用，巖石發生崩解、破碎，產生風化破碎礫間孔隙及風化破碎縫，當巖石因風化、剝蝕而出露地表時，其圍壓解除，巖石膨脹亦會產生大小不等的裂縫。研究區基巖進入表生期(中生代末沙三段)大氣淡水環境后，經受了一系列的化學、物理作用，形成表層風化帶。受風化作用影響形成的表層風化帶巖石呈現各種形態的風化裂縫，發育程度隨深度的增加迅速變差，多數被充填。風化帶頂部風化淋濾最為嚴重，有高孔低滲的特點，但風化縫后期遭受充填作用強烈。2井的潛山頂深為1 737 m，根據生產測井解釋，該井的主要產出層為1 738.1～1 796.2 m及1 813.4～1 860.7 m，集中在揭開潛山的中上部；8井的潛山頂深為1 614 m，根據生產測井解釋，該井的主要產出層為1 680～1745m，推測1 680 m深度以上無產出可能與完井有關，同樣集中在揭開潛山中部以上。7井潛山頂深為1 838 m，根據生產測井解釋，該井的主要產出層為1 823～1 838 m，油氣產量占該井總產油氣量的66.5%。該段巖性為殘積砂礫巖，構造上該井位于相對構造高點的坡折帶位置(圖9)，該井在半風化殼之上發育厚約14 m的坡積礫巖，為早期構造高點處的風化剝蝕產物在此堆積后成巖的結果。該段孔滲性較好，成為7井的主要產油層段，而2井、8井位于構造高點，風化作用強烈但該沉積層不發育。分析認為，類似7井的坡積砂礫巖多發育于距離構造高點不遠的寬緩斜坡區或坡折帶位置，而在構造高點及構造低部位則不發育。表生期的化學淋溶作用，加大了半風化殼上段中孔隙的大小和縫隙的開度，但是這些溶孔和裂縫多被方解石、綠泥石、鐵質等物質充填，儲層的孔隙度、滲透率變差，影響了儲層巖石的物性。

3.2.3 后期埋藏深部溶蝕作用對裂縫儲層發育影響

高水流強度、低礦化度、炎熱和潮濕的古氣候有利于促進表生期溶蝕作用的進行，淋濾溶蝕作用在重力滲流帶和水平溶蝕帶增加了裂縫的有效性，而易溶于水的礦物質在滯流帶結晶沉淀，充填有效裂縫。

在沙三沉積期第四紀，研究區潛山地層進入后埋藏期。深層溶解發揮作用，在深部暗色泥巖進入生油門限后，不管是礦物粒間孔隙水還是有機質成熟過程中釋放的酸性溶液(大量羧酸和二氧化碳溶于水)有機會就會沿著斷層和不整合面進入基巖，最終不穩定礦物成分會被侵蝕掉，形成新的次生孔和縫。深層溶蝕對裂縫的改善作用明顯，不僅擴大了裂縫的規模，還使原本被充填、堵塞的裂縫連通，增強了裂縫的運移空間，即有效性。在這過程中，局部的構造裂縫同時改善了儲層的滲濾性能，增強了液體的流動性，使溶蝕作用更易進行，而已有的溶蝕孔洞又使儲集層在構造應力作用下更易產生裂縫，二者相輔相成。

圖9　JZ25-1S潛山油藏過7井-2井-8井構造剖面

無論是表生期風化溶蝕，還是后埋藏期的溶蝕作用都受局部高點的控制，這也是造成該區溶蝕程度垂直分帶的一個重要原因。潛山的局部構造高點控制潛山儲集層分布，而構造低部位儲集空間容易被泥質和自生礦物充填。

4　結論

(1) JZ25-1S太古宇潛山巖性為片麻巖類及其碎裂巖類，儲集空間類型為裂縫、溶蝕孔隙及碎裂粒間孔隙。基底是由不同密度的巖石組成，在構造應力作用下以淺色礦物為主的巖石脆性大，更易破碎形成儲層。區內暗色礦物含量低、碎裂作用較強，也為儲集層發育形成提供了良好的物質基礎。

(2) JZ25-1S變質巖儲層裂縫的形成是沙三沉積期拉張應力場和東營期右旋走滑應力場疊加作用的結果。此外，區內裂縫發育程度受局部應力-應變強度的影響，在張應變較強的部位裂縫相對發育，壓應變區裂縫相對不發育。

(3) 構造應力場是研究區儲集層構造裂縫形成的外因，它控制了構造裂縫組系、方位、產狀、力學性質等參數；儲集層巖性及其結構、巖層厚度則是儲集層構造裂縫形成的內因，它控制了構造裂縫的密度及發育程度等；斷裂作用、古風化作用、后生成巖作用等是儲集層次生孔隙形成的重要控制因素。

[1]周心懷,項華,于水,等.渤海錦州南變質巖潛山油藏儲集層特征與發育控制因素[J].石油勘探與開發,2005,32(6)：17-20.

[2]項華，周心懷，魏剛，等.渤海海域錦州25-1南基巖古潛山尤其成藏特征分析[J].石油天然氣學報，2007，29(5)，32-35.

[3]童凱軍,趙春明,呂坐彬,等.渤海變質巖潛山油藏儲集層綜合評價與裂縫表征[J].石油勘探與開發, 2012, 39(1):56-63.

[4]鄒華耀, 趙春明, 尹志軍, 等.渤海灣盆地新太古代結晶巖潛山裂縫發育的露頭模型[J].天然氣地球科學, 2013, 24(5):879-885.

[5]柏松章,唐飛.裂縫性潛山基巖油藏開發模式[M].北京：石油工業出版社,1997：79-101.

[6]劉樂，楊明慧，李春霞，等.遼西低凸起變質巖潛山裂縫儲層及成藏條件[J].石油與天然氣地質, 2009,30(2):188-194.

[7]遼寧省區域地層表編寫組.東北區域地層表(遼寧省分冊)[M].北京：地質出版社,1978：164-189.

[8]許坤,李宏偉,邱開敏.下遼河平原-遼東灣的新構造運動[J].海洋學報,2002, 24(3):68-74.

[9]漆家福,楊橋,陳發景,等.遼東灣-下遼河盆地新生代構造的運動學特征及其演化過程[J].現代地質,1994, 8(1):1-9.

[10]孟衛工,陳振巖,李湃,等.潛山油氣藏勘探理論與實踐[J].石油勘探與開發, 2009, 36(2): 136-143.

[11]李叔達.普通地質學[M].北京：地質出版社,1984：98-123.

[12]孟衛工,李曉光，劉寶鴻.遼河坳陷變質巖古潛山內幕油藏形成主控因素分析[J].石油與天然氣地質,2007,28(5):584-589.

編輯：趙川喜

1673-8217(2016)04-0030-06

2015-12-10

陳建波，碩士，1978年生，2003年畢業于中國地質大學(武漢)油氣田開發專業，現從事油氣田開發方面的研究工作。

國家自然科學基金重點項目“儲層裂縫形成機理”(40772089)。

TE112.23

A