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)

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遼西低凸起太古宇變質(zhì)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(chǔ)上，研究了渤海遼西低凸起JZ25-1S太古宇變質(zhì)巖潛山儲層的巖石學(xué)特征、儲集空間類型及裂縫發(fā)育主控影響因素。研究表明：區(qū)內(nèi)潛山巖性為片麻巖類及其碎裂巖類，礦物結(jié)晶較粗、暗色礦物含量低、碎裂作用較強，為儲集層發(fā)育形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。儲集空間類型包括裂縫、溶蝕孔洞和微孔隙，其中以構(gòu)造裂縫為主。變質(zhì)巖儲集層裂縫的形成是沙三沉積期拉張應(yīng)力場和東營期右旋走滑應(yīng)力場疊加作用的結(jié)果。此外，儲層裂縫發(fā)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(zhì)巖潛山；儲集層特征；控制因素

隨著渤海油田整體勘探技術(shù)的成熟及勘探力度加大，“十五”以來先后發(fā)現(xiàn)了一批億噸級的變質(zhì)巖古潛山油藏，目前該類儲集層已成為渤海油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域[1-4]。裂縫性變質(zhì)巖潛山油藏是目前國內(nèi)外開發(fā)難度最大的油藏類型之一[5]，開展非均質(zhì)極強的裂縫性變質(zhì)巖儲集層裂縫特征及優(yōu)勢儲層主控因素研究，對于指導(dǎo)該類油藏的高效開發(fā)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(fā)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(chǔ)上，利用測井、地震、地球化學(xué)等各項資料，綜合分析變質(zhì)巖儲集層結(jié)構(gòu)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(yù)測提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

1　地質(zhì)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(gòu)造單元，呈三凹兩凸的構(gòu)造格局[6](圖1a)。該區(qū)的前第三系基底巖系受控于區(qū)域大地構(gòu)造和古地理環(huán)境，其中結(jié)晶基底由區(qū)域分布的太古宇至中元古界變質(zhì)巖和變質(zhì)花崗巖組成，上覆新元古界和下寒武-中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖及薄層泥頁巖；中奧陶-下石炭統(tǒng)普遍缺失；上石炭統(tǒng)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(dǎo)致該區(qū)地殼上隆，基底巖系剝蝕減薄；同時，拉張應(yīng)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(fā)育[8]。新生代，分別發(fā)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(cè)，東側(cè)向遼中凹陷下傾，構(gòu)造內(nèi)部遼西2號斷層將研究區(qū)構(gòu)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(qū)塊：1，8井區(qū)和2，7井區(qū)位于構(gòu)造相對高位置，5井區(qū)則位于其間的一個局部地塹區(qū)(圖1b)。

2　變質(zhì)巖儲層類型

2.1變質(zhì)巖儲層巖石學(xué)特征

對JZ25-1S變質(zhì)巖潛山油藏7口井的鉆井巖心和旋轉(zhuǎn)井壁取心的144塊巖石薄片鑒定分析表明，該區(qū)太古宇變質(zhì)巖油藏儲集層由一套區(qū)域變質(zhì)巖和該巖石受構(gòu)造作用改造的碎裂變質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及弱片麻狀構(gòu)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(qū)別主要在于長石中斜長石和鉀長石的含量不同?；◢徠閹r中石英、斜長石體積分數(shù)40%～70%，暗色礦物體積分數(shù)小于30%，前二者均屬脆性粒狀礦物，在構(gòu)造應(yīng)力下易產(chǎn)生裂縫，而暗色礦物為相對韌性礦物，不易產(chǎn)生裂縫。

圖1　JZ25-1S油田區(qū)域位置

表1　JZ25-1S潛山基底巖性統(tǒng)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(gòu)造位置圖可以看出(圖2)，二長片麻巖位于該構(gòu)造的西南端，而斜長片麻巖位于該構(gòu)造的東北端，可能是不同期次的火山活動或與變質(zhì)中心的距離不同而形成的巖性不一致的分布規(guī)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(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，形成裂縫性儲集層。

2.2變質(zhì)巖儲集空間類型

顯微鏡下仔細觀察巖石的微觀結(jié)構(gòu)，可對巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)形成直觀的認識，特別是孔隙或孔、洞、縫之間的網(wǎng)絡(luò)連接模式。圖3代表JZ25-1S變質(zhì)巖潛山縱向不同層段的鑄體薄片特征，由于受到化學(xué)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)象較為顯著，大部分裂縫已被方解石、綠泥石、鐵質(zhì)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(xué)風化作用逐漸減弱，溶蝕作用也較為少見，但微裂縫較為發(fā)育，體現(xiàn)出該段主要的儲滲空間為裂縫(圖3c)。此外，區(qū)內(nèi)該段局部發(fā)育的碎裂巖中也可見到一定數(shù)量的碎裂粒間孔隙(圖3d)。

圖2　JZ25-1S變質(zhì)巖潛山巖石類型平面分布

總體來看，研究區(qū)變質(zhì)巖潛山帶經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運動及長時間的風化、成巖作用改造，基質(zhì)巖塊中原生的粒間孔隙或晶間孔隙幾乎消失殆盡。宏觀構(gòu)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(gòu)造裂縫、溶蝕構(gòu)造縫、破碎孔隙、溶蝕孔隙與宏觀構(gòu)造裂縫伴生，為主要的儲集空間，共同構(gòu)成了JZ25-1S太古宇潛山雙重孔隙介質(zhì)儲集層。

2.3變質(zhì)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(fā)育。根據(jù)巖石風化程度，結(jié)合化學(xué)、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(qū)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(fā)育。由于該區(qū)風化作用太過強烈，基本缺失傳統(tǒng)意義上的風化殼段。裂縫的產(chǎn)狀主要以低-高角度傾斜縫為主，占總裂縫數(shù)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(fā)育，其次是半風化殼上段，再次為基巖層段(圖4)。

3　變質(zhì)巖儲層控制因素

變質(zhì)巖儲集層構(gòu)造裂縫的發(fā)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(zhì)巖潛山油藏儲集層發(fā)育特征，研究區(qū)變質(zhì)巖儲集層發(fā)育與分布可能受控于潛山構(gòu)造應(yīng)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(gòu)造應(yīng)力場是儲集層構(gòu)造裂縫形成的外因，它控制了構(gòu)造裂縫組系、方位、產(chǎn)狀和力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)；儲集層巖性及其結(jié)構(gòu)、巖層厚度則是儲集層構(gòu)造裂縫形成的內(nèi)因，它控制了構(gòu)造裂縫的密度及發(fā)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(gòu)造運動對變質(zhì)巖潛山裂縫發(fā)育的控制作用

基于三維地震資料精細構(gòu)造解釋，對斷裂系統(tǒng)幾何學(xué)、運動學(xué)及動力學(xué)機制的分析，結(jié)合構(gòu)造應(yīng)力-應(yīng)變模擬，對潛山裂縫形成機制進行系統(tǒng)研究。新生代以來，JZ25-1S潛山主要經(jīng)歷了兩期構(gòu)造應(yīng)力作用：沙三沉積期為NW-SE向的區(qū)域拉張應(yīng)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(yīng)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(yīng)力場疊加作用的結(jié)果也控制了JZ25-1S潛山變質(zhì)巖儲層裂縫發(fā)育特征。此外，區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育程度受局部應(yīng)力和應(yīng)變強度的影響，在張應(yīng)變較強的部位裂縫相對發(fā)育，壓應(yīng)變區(qū)裂縫相對不發(fā)育。

3.1.1斷層期次與性質(zhì)控制裂縫的期次、性質(zhì)及發(fā)育方向

渤海灣盆地在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中經(jīng)歷了多次強烈的構(gòu)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(gòu)造也不例外。研究區(qū)發(fā)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(gòu)造特征已無法恢復(fù)，而該時期產(chǎn)生的裂縫由于后期的充填作用也基本堵塞閉合。

對現(xiàn)今儲層裂縫的發(fā)育起主要作用的是新生代喜山期的構(gòu)造應(yīng)力作用。新生代以來，JZ25-1S潛山經(jīng)歷了兩期主要的構(gòu)造應(yīng)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(qū)內(nèi)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(gòu)造應(yīng)力的作用表現(xiàn)在儲層裂縫上為一組全區(qū)普遍發(fā)育的NNE、NE向的裂縫和局部發(fā)育的NW向裂縫；古近紀晚期(即東營組沉積期)構(gòu)造應(yīng)力由NW向拉張轉(zhuǎn)變?yōu)镹E-SW向的右旋張扭應(yīng)力，遼西凹陷內(nèi)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(gòu)造應(yīng)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(yīng)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(fā)育方位

進入新近系以來，斷裂活動強度減弱或基本停止，構(gòu)造裂縫亦基本不再發(fā)育，變質(zhì)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(fā)育程度

斷層分布對裂縫發(fā)育密度具有重要影響[4]。在斷層附近，其構(gòu)造應(yīng)力及構(gòu)造裂縫分布具有分帶性，主要為斷層活動所產(chǎn)生的應(yīng)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(yīng)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(fā)育程度。

統(tǒng)計研究區(qū)范圍內(nèi)潛山頂面斷層的密度分布(圖7)，目前鉆井顯示裂縫較發(fā)育的井區(qū)斷層密度一般大于1.5 km/km2，從儲層預(yù)測的結(jié)果來看，有利儲層發(fā)育區(qū)斷層密度基本大于2 km/km2。據(jù)JZ25-1S潛山裂縫預(yù)測結(jié)果可以明顯看到，裂縫發(fā)育與斷層具有很好的相關(guān)性，斷層發(fā)育地方裂縫相對發(fā)育，裂縫發(fā)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(fā)育的影響

3.2.1 巖性對裂縫儲層發(fā)育影響

圖7　JZ25-1S潛山頂面斷層密度分布

構(gòu)造應(yīng)力作用是儲集層構(gòu)造裂縫形成的外因，它控制了構(gòu)造裂縫組系、方位、產(chǎn)狀、力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，而儲集巖的巖性及結(jié)構(gòu)，則是儲集層構(gòu)造裂縫形成的內(nèi)因，它控制構(gòu)造裂縫的密度及發(fā)育程度等。

經(jīng)巖礦薄片鏡下鑒定，研究區(qū)巖石礦物結(jié)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(gòu)應(yīng)力作用下形成裂縫，為儲層裂縫發(fā)育提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。另外，變質(zhì)巖中長石等不穩(wěn)定礦物含量高，容易受到溶蝕，也為孔洞類儲集空間的再發(fā)育提供了機會。

圖8　JZ25-1S潛山變質(zhì)巖基本礦物組成

3.2.2 表生期風化作用對裂縫儲層發(fā)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(zhì)。變質(zhì)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(fā)揮了重要作用。由于表層巖石強烈的風化作用，巖石發(fā)生崩解、破碎，產(chǎn)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(chǎn)生大小不等的裂縫。研究區(qū)基巖進入表生期(中生代末沙三段)大氣淡水環(huán)境后，經(jīng)受了一系列的化學(xué)、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(xiàn)各種形態(tài)的風化裂縫，發(fā)育程度隨深度的增加迅速變差，多數(shù)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(jù)生產(chǎn)測井解釋，該井的主要產(chǎn)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(jù)生產(chǎn)測井解釋，該井的主要產(chǎn)出層為1 680～1745m，推測1 680 m深度以上無產(chǎn)出可能與完井有關(guān)，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(jù)生產(chǎn)測井解釋，該井的主要產(chǎn)出層為1 823～1 838 m，油氣產(chǎn)量占該井總產(chǎn)油氣量的66.5%。該段巖性為殘積砂礫巖，構(gòu)造上該井位于相對構(gòu)造高點的坡折帶位置(圖9)，該井在半風化殼之上發(fā)育厚約14 m的坡積礫巖，為早期構(gòu)造高點處的風化剝蝕產(chǎn)物在此堆積后成巖的結(jié)果。該段孔滲性較好，成為7井的主要產(chǎn)油層段，而2井、8井位于構(gòu)造高點，風化作用強烈但該沉積層不發(fā)育。分析認為，類似7井的坡積砂礫巖多發(fā)育于距離構(gòu)造高點不遠的寬緩斜坡區(qū)或坡折帶位置，而在構(gòu)造高點及構(gòu)造低部位則不發(fā)育。表生期的化學(xué)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(zhì)等物質(zhì)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(fā)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(zhì)在滯流帶結(jié)晶沉淀，充填有效裂縫。

在沙三沉積期第四紀，研究區(qū)潛山地層進入后埋藏期。深層溶解發(fā)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(zhì)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(wěn)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(guī)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(gòu)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(gòu)造應(yīng)力作用下更易產(chǎn)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(gòu)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(qū)溶蝕程度垂直分帶的一個重要原因。潛山的局部構(gòu)造高點控制潛山儲集層分布，而構(gòu)造低部位儲集空間容易被泥質(zhì)和自生礦物充填。

4　結(jié)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?；资怯刹煌芏鹊膸r石組成，在構(gòu)造應(yīng)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(qū)內(nèi)暗色礦物含量低、碎裂作用較強，也為儲集層發(fā)育形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2) JZ25-1S變質(zhì)巖儲層裂縫的形成是沙三沉積期拉張應(yīng)力場和東營期右旋走滑應(yīng)力場疊加作用的結(jié)果。此外，區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育程度受局部應(yīng)力-應(yīng)變強度的影響，在張應(yīng)變較強的部位裂縫相對發(fā)育，壓應(yīng)變區(qū)裂縫相對不發(fā)育。

(3) 構(gòu)造應(yīng)力場是研究區(qū)儲集層構(gòu)造裂縫形成的外因，它控制了構(gòu)造裂縫組系、方位、產(chǎn)狀、力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)；儲集層巖性及其結(jié)構(gòu)、巖層厚度則是儲集層構(gòu)造裂縫形成的內(nèi)因，它控制了構(gòu)造裂縫的密度及發(fā)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。

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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(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)油氣田開發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。

國家自然科學(xué)基金重點項目“儲層裂縫形成機理”(40772089)。

TE112.23

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