渤海大型潛山凝析氣藏儲層特征及影響因素

黨勝國，黃保綱，李俊飛，王大為，廖 輝

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

渤海灣盆地是我國東部最重要的含油氣盆地之一，油氣資源豐富，近三四十年來在盆地基底新太古界變質(zhì)巖潛山儲層中發(fā)現(xiàn)了大量的潛山油氣藏［1-2］。遼河坳陷西部凹陷發(fā)現(xiàn)的興隆臺潛山油田成為渤海灣盆地第一個變質(zhì)巖潛山油田。隨后在遼河坳陷西部凹陷的杜家臺、勝利塘、齊家、歡喜嶺和大民屯的東勝堡、靜安堡、曹臺等發(fā)現(xiàn)一批變質(zhì)巖潛山油氣藏。之后發(fā)現(xiàn)了渤海海域沙壘田凸起曹妃甸變質(zhì)巖潛山油氣田、遼東灣地區(qū)錦州25-1南變質(zhì)巖潛山復(fù)合油氣田、渤中凹陷西南部的渤中19-6 變質(zhì)巖潛山凝析氣藏［3］。本文以渤海海域近年來最大的潛山油氣發(fā)現(xiàn)渤中19-6 大型潛山凝析氣藏為例，依據(jù)鉆井取心、測錄井、化驗分析、測試等資料，結(jié)合野外露頭觀察深入剖析新太古界潛山凝析氣藏巖性特征、儲集空間類型和主控因素，為渤海深層潛山油氣藏的勘探開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 地質(zhì)概況

渤中19-6 新太古界潛山凝析氣藏位于渤海西南部海域，氣田范圍內(nèi)水深約21.7～25.3 m。構(gòu)造上位于渤中凹陷西南部，是一個被渤中凹陷、沙南凹陷和黃河口凹陷等多個富烴凹陷所包圍的基巖潛山，油氣源條件充足，區(qū)域成藏位置優(yōu)越。構(gòu)造形態(tài)整體表現(xiàn)為被三條近南北向走滑斷層和一系列近東西向斷層所切割的具有背斜特征的復(fù)雜斷塊構(gòu)造（圖1）。氣藏埋深3 856～5 444 m，氣藏類型為塊狀凝析氣藏，未鉆遇氣水界面，鉆井揭示最長含氣井段978 m。氣藏溫度梯度3.5℃/100 m，地層壓力系數(shù)1.115～1.215，地露壓差（地層壓力和露點壓力之差。地露壓差越小，開采過程中凝析油越容易析出。）為1.32 MPa，氣油比1 059 m3/m3，凝析油含量884 cm3/m3，CO2含量9.19%～16.27%，H2S 含量（0.009～0.037）g/m3，屬低地露壓差、特高含量油、低含CO2、微含H2S凝析氣藏。

圖1 渤中19-6新太古界頂面構(gòu)造綱要

2 巖性特征

依據(jù)巖心、壁心描述和巖石薄片鑒定結(jié)果，研究區(qū)新太古界潛山巖性十分復(fù)雜，可分為三大類，分別為變質(zhì)巖、巖漿巖和沉積巖。變質(zhì)巖為潛山鉆遇的主體巖性，主要包括區(qū)域變質(zhì)巖片麻巖類、動力變質(zhì)巖和混合巖；巖漿巖主要為晚期侵入體，以巖脈形式穿插發(fā)育在變質(zhì)巖中，主要包括酸性花崗巖、中性閃長玢巖和基性輝綠巖；沉積巖主要包括發(fā)育在潛山頂部的一套砂礫巖和夾雜其間發(fā)育的少量火山碎屑巖凝灰?guī)r。

2.1 片麻巖

片麻巖主要由石英、斜長石、鉀長石、角閃石和少量片狀礦物黑云母、白云母等組成，其中長石含量大于25%，長石+石英含量大于70%，云母、角閃石等礦物平行排列形成的面理，圍繞一些變斑晶或大的粒狀礦物晶體而彎曲，使形成的面理不平坦，呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)或粒狀變晶結(jié)構(gòu)、片麻狀構(gòu)造或弱片麻狀構(gòu)造。根據(jù)斜長石比率和暗色礦物含量，研究區(qū)主要發(fā)育斜長片麻巖、二長片麻巖，二長片麻巖中斜長石比率介于35～65，云母含量一般為15%～30%（圖2a）；斜長片麻巖中斜長石比率介于65～90，云母含量一般為15%～30%（圖2b）。

圖2 變質(zhì)巖巖石類型

2.2 混合巖

混合巖指變質(zhì)巖經(jīng)過混合巖化作用與長英質(zhì)物質(zhì)復(fù)合在一起的巖石，主要由基體和脈體兩部分以不同的比例混合構(gòu)成，基體是指混合巖中變質(zhì)巖的部分，而脈體指加入其中的花崗質(zhì)或長英質(zhì)部分，研究區(qū)主要發(fā)育混合巖化片麻巖、混合巖化變質(zhì)花崗巖（圖2c、2d）。混合巖化片麻巖石英含量約35%，長石含量約65%。粒徑多大于0.7 mm，晶粒緊密鑲嵌分布。巖石風(fēng)化蝕變作用很強(qiáng)，長石基本都發(fā)生蝕變作用，局部僅剩少量殘留未被風(fēng)化。混合巖化變質(zhì)花崗巖主要見石英、正長石和斜長石，見白云母，花崗變晶結(jié)構(gòu)，石英約50%，正長石約24%，斜長石約25%，白云母1%。礦物晶粒極粗大，緊密鑲嵌分布。

2.3 動力變質(zhì)巖

動力變質(zhì)巖是原有的各種巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生不同程度的破裂、粉碎或塑性變形及重結(jié)晶所形成的巖石，主要產(chǎn)出于斷層帶、剪切帶，在野外常呈帶狀分布。研究區(qū)主要受走滑斷裂及其派生斷層控制，巖石以脆性變形為主，主要形成碎裂巖、碎斑巖和少量初糜棱巖，具有碎裂結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)（圖2e、2f）。碎裂巖具碎裂結(jié)構(gòu)，應(yīng)力作用所形成的裂隙將巖石切割為不規(guī)則的碎塊，位移一般不大，碎塊間有時可大致互相拼接，主體顆粒粒徑大于2 mm，碎塊間充滿碎基及次生的泥質(zhì)、硅質(zhì)或鐵錳質(zhì)等物質(zhì)，含量一般小于50%。碎斑巖具碎斑結(jié)構(gòu)，由破裂作用產(chǎn)生的碎粒、碎粉物質(zhì)包圍著殘留碎斑，碎斑仍多于碎基，碎斑大都經(jīng)位移、轉(zhuǎn)動，但可在不同程度上保留原巖的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，主要顆粒粒徑0.5～2.0 mm。

2.4 侵入巖

巖漿巖侵入體主要由地殼深處或上地幔中形成的高溫熔融的巖漿侵入早期巖體中形成。研究區(qū)主要發(fā)育酸性侵入巖花崗斑巖、中性侵入巖閃長玢巖、基性侵入巖輝綠巖。

花崗斑巖為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英、堿性長石和少量斜長石，堿性長石含量高于斜長石，暗色礦物黑云母、角閃石含量較少，基質(zhì)為顯微嵌晶晶質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要發(fā)育在B井區(qū)（圖3a）。

圖3 侵入巖和砂礫巖巖石類型

閃長玢巖由基質(zhì)和斑晶兩部分組成，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為寬板狀自形—半自形中性斜長石，少量的石英顆粒和鉀長石。基質(zhì)細(xì)小，主要由自形—半自形板條狀鉀長石、斜長石組成，長石板條具半定向分布，板條間可見少量石英（圖3b）。

輝綠巖是淺成基性侵入巖，暗綠或灰綠色，輝綠結(jié)構(gòu)，常見塊狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造，巖石主要由基性斜長石和輝石組成，少量角閃石。輝綠結(jié)構(gòu)中斜長石和輝石顆粒大小相差不多，它形單個輝石顆粒充填于較自形的板條狀斜長石晶體所構(gòu)成的近三角形空隙中（圖3c）。

2.5 砂礫巖

潛山頂部存在一套厚度不等的砂礫巖，主要由礫石、粗砂、填隙物和一些自生礦物組成，與下伏變質(zhì)巖體直接接觸（圖3d、3e、3f）。礫石含量10%～90%，粗砂含量7%～85%，礫石成分為石英、斜長石、鉀長石、火成巖巖塊、變質(zhì)巖巖塊，火成巖巖塊為花崗巖巖塊，變質(zhì)巖巖塊為石英巖巖塊。鐵泥質(zhì)的填隙物和鐵白云石、黃鐵礦、菱鐵礦等自生礦物充填粒間孔隙，主要為近源短距離搬運及原地風(fēng)化的產(chǎn)物。

3 儲集空間類型

綜合應(yīng)用露頭測量、巖心及壁心觀察、薄片鑒定、掃描電鏡、壓汞分析、成像測井等資料，研究潛山宏觀和微觀儲集空間類型和特征［4-5］。變質(zhì)巖潛山儲集空間類型十分復(fù)雜，主要的儲集空間類型有宏觀裂縫、微觀裂縫、碎裂顆粒粒間孔、粒內(nèi)溶孔、沿裂縫溶蝕孔隙等［6-9］。儲集空間組合類型以裂縫-孔隙和孔隙-裂縫型為主，次為孔隙型和裂縫型，具有雙重孔隙介質(zhì)的特點。

3.1 野外露頭觀測

秦皇島地區(qū)多個新太古界變質(zhì)巖野外露頭觀測表明，經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，發(fā)育多組裂縫系統(tǒng)，且?guī)r石長期暴露地表，經(jīng)過強(qiáng)烈的風(fēng)化淋濾作用，巖性疏松，斷層及節(jié)理面的強(qiáng)烈風(fēng)化，差異風(fēng)化顯著。鴿子窩公園鷹角亭附近露頭垂向裂縫2.2 條/m，低角度裂縫1.0 條/m，沿裂縫局部發(fā)育不同大小的溶蝕孔洞，石英偉晶巖巖脈抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，常孤立裸露于海岸邊（圖4a）。

3.2 宏觀裂縫特征

通過巖心、壁心和成像測井等資料分析表明，研究區(qū)宏觀裂縫發(fā)育，切割關(guān)系和充填情況復(fù)雜，發(fā)育多期次裂縫系統(tǒng)，潛山上部由于疊加物理化學(xué)風(fēng)化作用，斷層破碎帶等部位巖石破碎嚴(yán)重，形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，同時距離潛山頂部越近，充填程度越高。

巖心觀察表明自上而下儲層類型由裂縫-孔隙型向孔隙-裂縫型過渡，下部巖心充填程度低，其中第4 次巖心可見縫寬達(dá)5～6 mm 的特大型開啟縫，局部可見沿裂縫兩側(cè)或多期裂縫交叉部位產(chǎn)生的溶蝕孔洞和擴(kuò)溶縫，中高角度斜交縫占比76.7%（圖4b）。壁心觀察顯示，單井壁心中發(fā)育裂縫的占比為33.3%～97.2%，有效縫縫寬為0.1～1.0 mm，縫長一般在0.3～2.5 cm（圖4c）。

成像測井解釋宏觀裂縫以未充填、半充填的開啟縫為主，統(tǒng)計結(jié)果分析表明，裂縫走向主要為近東西向和北東東向，次為北西西向和北西向，井點裂縫走向主要受井點附近斷層走向控制，與斷層走向相關(guān)性高。裂縫傾角主要以30°～80°中、高角度斜交縫為主，次為10°～30°的低角度斜交縫，小于10°的水平縫和大于80°的垂直縫最少，單井裂縫密度（1.2～4.3）條/m。

3.3 微觀裂縫特征

巖石薄片觀察和掃描電鏡分析表明，在潛山上部、動力變質(zhì)作用碎裂巖段、斷層破碎帶，裂縫十分發(fā)育，以網(wǎng)狀裂縫為主（圖4d）。潛山上部由于疊加風(fēng)化淋溶作用，早期形成的裂縫后期一般發(fā)生溶蝕改造，沿裂縫壁有不規(guī)則的各類溶解縫。另外早期被方解石充填的裂縫，后期受到不同程度的溶蝕，也形成了部分沿裂縫的溶蝕孔隙。潛山內(nèi)幕主要發(fā)育構(gòu)造裂縫和巖石、礦物等沿解理形成的解理縫或晶體縫。有效裂縫的開度一般為1～100 μm，以微裂縫為主。

3.4 孔隙特征

潛山儲層孔隙類型主要為顆粒粒間孔、溶蝕孔隙及部分晶間孔，原生孔隙不發(fā)育（圖4e、4f）。

圖4 儲集空間類型

顆粒粒間孔包含碎屑顆粒粒間孔和碎裂顆粒粒間孔兩種類型，前者主要發(fā)育在潛山半風(fēng)化帶頂部砂礫巖，后者主要發(fā)育在潛山半風(fēng)化帶和內(nèi)幕動力變質(zhì)作用強(qiáng)烈的地區(qū)，受構(gòu)造應(yīng)力影響，巖石破碎嚴(yán)重，發(fā)育碎裂顆粒粒間孔。

溶蝕孔隙也是本區(qū)一種主要的儲集空間類型，包括粒內(nèi)溶孔和填隙物溶孔，屬于次生孔隙。易溶礦物斜長石和角閃石等或者粒間、裂縫中的碳酸鹽類填隙物，在地表水或地下水沿著斷裂或裂縫滲入過程中，使巖石產(chǎn)生蝕變，進(jìn)而發(fā)生溶蝕，形成次生溶蝕孔隙［10］。

晶間孔指礦物晶體間的細(xì)小孔隙，常見的有長石晶間孔，長石與石英晶間孔，黑云母、角閃石與其他礦物變晶間孔，裂縫充填物晶間孔等［11］。

4 主控因素

新太古界潛山經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運動和長期的風(fēng)化淋濾作用，形成了有利的潛山儲集體，但由于不同的巖石類型和古地貌等差異，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，優(yōu)勢儲層主要受構(gòu)造、古地貌、巖性等因素聯(lián)合控制［12-16］。

4.1 構(gòu)造運動

構(gòu)造運動所形成的地應(yīng)力是導(dǎo)致潛山儲層形成的主導(dǎo)外因。渤中19-6 構(gòu)造區(qū)發(fā)育3 組北北東-南南西走向的大型走滑斷裂，隸屬于渤海郯廬西支走滑斷裂帶，其形成與構(gòu)造演化共同控制研究區(qū)潛山形成和儲層發(fā)育程度。通過對斷裂系統(tǒng)解剖和斷層發(fā)育史分析，研究區(qū)經(jīng)歷了印支-燕山早期持續(xù)左行走滑擠壓褶隆成山、燕山中期大規(guī)模左行走滑拉張差異隆升、新生代走滑-伸展復(fù)合改造與埋藏定型三大演化階段。

中新生代多期強(qiáng)烈的走滑活動不僅控制渤中19-6構(gòu)造區(qū)潛山的形成，同時還導(dǎo)致了潛山內(nèi)幕多期次、多方向、多組系裂縫系統(tǒng)的大量發(fā)育。在中新生代構(gòu)造演化過程厘定的基礎(chǔ)上，通過裂縫方向、組系的特征分析，建立構(gòu)造運動、地應(yīng)力場與裂縫特征的對應(yīng)關(guān)系，研究認(rèn)為主要發(fā)育三期裂縫系統(tǒng):①印支-燕山早期，持續(xù)的左行走滑擠壓應(yīng)力場下，形成的北西向低角度剪裂縫；②燕山中期，隨著太平洋板塊俯沖角度和速率的變化，研究區(qū)由壓扭構(gòu)造體制轉(zhuǎn)入張扭構(gòu)造體制，在左行走滑拉張應(yīng)力場下，形成的東西向高角度裂縫；③喜瑪拉雅構(gòu)造期，在右行走滑和南北向伸展復(fù)合應(yīng)力場下形成的北東向高角度剪裂縫和近東西向高角度張裂縫。其中，喜馬拉雅構(gòu)造期的走滑-伸展復(fù)合作用不僅生成新的裂縫，還導(dǎo)致了早期裂縫的活化改造。這些多層次、多期發(fā)育、不均勻分布的裂縫帶，呈現(xiàn)出“藕斷絲連”的空間展布特點。

4.2 古地貌

走滑斷層活動控制了太古界潛山古地貌特征，包括地形起伏、地表水分布和物源補(bǔ)給區(qū)位置，它與古氣候條件一起對太古界潛山儲層具有一定控制作用。通過構(gòu)造演化分析和古地貌恢復(fù)研究表明，研究區(qū)南部古地貌具有“早低晚高”的特點，北部具有“早高晚低”的特點（圖5）。古近系東三段沉積期構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)，南部構(gòu)造抬升，北部由于一系列南掉正斷層的活動，北部相對南部由構(gòu)造高變?yōu)榈停沤禆|一二段沉積時期，構(gòu)造繼續(xù)反轉(zhuǎn)抬升，沉積中心持續(xù)向北遷移，新近系館陶組沉積期后，構(gòu)造基本定型。北部相對于南部潛山地層持續(xù)暴露地表，更多遭受風(fēng)化淋濾作用，易在潛山頂部形成優(yōu)質(zhì)的風(fēng)化殼型儲層。

圖5 新太古界潛山古地貌

4.3 巖性

相對于構(gòu)造因素，巖性是控制潛山儲層發(fā)育程度的主導(dǎo)內(nèi)因。在相同的構(gòu)造應(yīng)力作用條件下，脆性成分含量相對較高的巖石更容易發(fā)育裂縫。研究區(qū)潛山巖性以淺色二長片麻巖、斜長片麻巖和以其為原巖形成的碎裂片麻巖、碎裂巖，部分混合片麻巖和混合花崗巖，部分中性閃長玢巖侵入體，少量基性灰綠巖。主要造巖礦物有斜長石、鉀長石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石等，其中長石、石英屬于淺色礦物，云母、角閃石、輝石屬于暗色礦物，淺色礦物脆性較高，暗色礦物塑性較強(qiáng)。長石具有兩組解理，易沿解理破裂形成解理縫，在地層水滲流作用下，晶體構(gòu)造縫隙和原生的晶間縫發(fā)生溶蝕，形成較好的儲集體。石英比較穩(wěn)定，不易蝕變，但在應(yīng)力作用下易發(fā)生破裂，形成構(gòu)造縫。而短柱狀或粒狀習(xí)性的暗色礦物和片狀云母則相對難于破裂，不易形成好的儲集體。薄片觀察統(tǒng)計表明變質(zhì)巖長石+石英百分含量在20%～100%，平均為91%，云母和角閃石礦物百分含量主要分布在5%～15%，平均為9%，以脆性礦物含量較高的淺色巖石為主，在構(gòu)造應(yīng)力作用下有利于形成良好的儲集體。

4.4 其他因素

4.4.1 風(fēng)化淋濾作用

風(fēng)化作用和構(gòu)造應(yīng)力形成了大量的孔隙和裂縫，有利于礦物質(zhì)含量低的地表水沿裂縫向下滲透，發(fā)生淋濾作用，使易蝕變的礦物沿裂縫發(fā)育區(qū)產(chǎn)生蝕變和溶蝕，形成溶蝕擴(kuò)大縫和溶蝕孔洞，從而改善潛山儲層的儲滲能力。在古地貌高部位，風(fēng)化作用較低部位強(qiáng)烈，風(fēng)化作用的產(chǎn)物在風(fēng)、水流、重力等地質(zhì)應(yīng)力作用下發(fā)生滾動、搬運，向低部位低勢能區(qū)運移堆積，對低部位的裂縫、溶蝕孔洞發(fā)生充填作用。

4.4.2 溶蝕與充填作用

溶蝕與充填作用是影響潛山儲集層的重要因素。在早期孔、縫的溶蝕作用中，上覆地層的成巖流體或地表水進(jìn)入沿早期形成的裂縫滲入地層，既能對一些礦物質(zhì)進(jìn)行溶解，又能進(jìn)行交代反應(yīng)。當(dāng)?shù)貙铀x子濃度小于被帶物質(zhì)的臨界濃度時，溶解物被帶走，溶解作用主要對儲集空間起建設(shè)性作用。當(dāng)離子濃度等于或大于被帶走物質(zhì)的臨界濃度，溶液飽和，被帶物在適宜環(huán)境下沉淀發(fā)生重結(jié)晶作用，溶蝕作用的結(jié)果為沉淀物充填早期形成的孔、縫，對早期的儲集空間起破壞性作用。

巖漿熱液沿斷層或裂縫發(fā)育帶侵入地層，也會堵塞先期形成的優(yōu)質(zhì)儲集空間，同時也會與圍巖發(fā)生不同程度的混合巖化，冷凝結(jié)晶過程中巖體收縮會發(fā)生碎裂化作用，改善儲集空間。在漫長的地質(zhì)歷史中，裂縫經(jīng)受多期充填、溶蝕、再充填和再溶蝕作用，分析表明硅、鐵質(zhì)等成分的充填往往形成無效裂縫，而泥、鈣質(zhì)成分充填物后期容易蝕變、再溶蝕從而形成半充填的復(fù)成分有效裂縫。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)新太古界潛山儲層總體以淺色礦物含量較高的變質(zhì)巖為主，優(yōu)勢巖性主要為二長片麻巖、斜長片麻巖、混合花崗巖、混合片麻巖及以其為原巖的碎裂巖、碎斑巖，早期侵入的花崗斑巖、閃長玢巖也可形成有利儲層。

（2）主要儲集空間類型包括宏觀裂縫、微觀裂縫、碎裂顆粒粒間孔、粒內(nèi)溶孔、沿裂縫溶蝕孔隙等，儲集空間組合類型以裂縫-孔隙和孔隙-裂縫型為主，次為孔隙型和裂縫型。

（3）影響潛山儲層發(fā)育程度的主導(dǎo)外因為印支-燕山-喜山期構(gòu)造運動形成的地質(zhì)應(yīng)力，主導(dǎo)內(nèi)因為巖性差異，古地貌、風(fēng)化淋濾和溶蝕充填作用等。