李長宏 彭英明 褚慶忠 霍春亮 趙春明 邵先杰

(1. 中國石化河南油田分公司 河南南陽 473132； 2. 燕山大學(xué)石油工程系 河北秦皇島 066004；3. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海灣盆地油氣資源豐富，是我國東部地區(qū)最為重要的含油氣盆地之一[1]。近二十年來在盆地基底的上太古界花崗片麻巖中發(fā)現(xiàn)了大量的潛山油氣，探明地質(zhì)儲量超過了10×108t，但由于潛山油藏的不均一性和復(fù)雜性，不同井間的產(chǎn)量差異很大。本文以錦州南潛山油藏為例，依據(jù)鉆井取心、測井、化驗分析、試油、試采等資料，并結(jié)合野外露頭的觀察與測量，深入分析上太古界潛山油藏的巖性特征、儲集空間類型和影響因素，以期為渤海灣盆地潛山油藏的深入勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

渤海灣盆地南北向長2 600 km，東西寬1 200 km，總面積約20×104km2，橫跨華北平原、下遼河平原和渤海海域(圖1)。東邊以郯廬大斷裂為界，西邊以太行山斷裂為界，南側(cè)到魯西隆起，北側(cè)到燕山褶皺帶。區(qū)內(nèi)包括遼河、渤中、冀中、濟陽、臨清等坳陷以及內(nèi)黃、埕寧、滄縣等低隆起，具有“凸凹相間、大盆地小凹陷”的特點，內(nèi)部構(gòu)造特征多樣，伸展、走滑及擠壓構(gòu)造均有發(fā)育[2]。

圖1 渤海灣盆地構(gòu)造位置圖及錦州南潛山油藏構(gòu)造綱要圖(據(jù)吳小洲，2013，修改)

渤海灣盆地是在古地臺的基礎(chǔ)上經(jīng)歷了3期裂陷和1期拗陷等4個階段演化而成的[3]。古新世發(fā)生了第1次裂陷，沉積了孔店組粗碎屑巖地層；始新世開始了第2次裂陷，沉積了沙河街組四段和三段地層；第3期裂陷發(fā)生于漸新世，沉積了沙河街組二段、一段和東營組地層；中新世—上新世盆地轉(zhuǎn)換為拗陷期，沉積了館陶組和明化鎮(zhèn)組，以洪積相、河流相沉積為主。

上太古界作為渤海灣盆地古老的基底，地形高差分異嚴(yán)重，其上沉積的巨厚層生油巖為潛山油藏的形成提供了充足的油源,切穿基底的大型斷裂為油氣運移提供了通道,而有些突出的潛山直接與生油巖接觸，對潛山油氣藏的形成十分有利，因此，渤海灣盆地上太古界潛山油藏的勘探開發(fā)潛力十分巨大。

錦州南潛山油氣田位于遼東灣海域，構(gòu)造上處于遼西低凸起中北段，西邊界為遼西1號斷層，東南呈緩坡向凹陷過渡。目前已鉆井14口，探明石油地質(zhì)儲量為3 173×104m3，油藏埋藏深度1 600～1 860 m，測試最高日產(chǎn)油量超過110 t，日產(chǎn)氣量超過3 000 m3，證實了油田良好的開發(fā)潛力。

2 巖性特征

依據(jù)鉆井取心、薄片和野外露頭的觀察，研究區(qū)上太古界潛山油藏的巖石類型主要有片麻巖和偉晶巖兩大類，其中片麻巖類包括花崗片麻巖、角閃花崗片麻巖、二長片麻巖、黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖、黑云母片麻巖。偉晶巖包括花崗偉晶巖、石英偉晶巖和正長偉晶巖，主要以巖脈的形式分布在片麻巖中。

2.1 片麻巖

1) 花崗片麻巖：灰白色，中粗粒，弱片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造(圖2a)。礦物成分主要有斜長石、石英和正長石，含量分別為43%、32%、10%；暗色礦物主要為角閃石，含量8%，另有少量黑云母。

2) 角閃花崗片麻巖：灰色，中細(xì)粒，片麻狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造(圖2b)。斜長石含量38%，石英含量25%，角閃石含量18%，正長石含量10%，黑云母含量9%。黑云母呈褐色片狀，顆粒粒徑0.5～1.0 mm；石英顆粒粒徑1 mm左右，斜長石顆粒粒徑2～3 mm，正長石顆粒粒徑1～3 mm，角閃石顆粒粒徑0.5～1.5 mm。

3) 二長片麻巖：淺肉紅色、灰白色，中粗粒，片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。主要礦物成分是斜長石、正長石、石英，暗色礦物有黑云母和角閃石。斜長石呈粒狀和半自形板狀，含量35%左右，表面多絹云母化；正長石為柱狀，含量40%左右；石英為粒狀，含量20%左右；黑云母含量5%左右；角閃石含量2%左右。礦物顆粒粒徑一般為0.5～4.0 mm，個別顆粒粒徑大于5 mm(圖2c)。

4) 黑云二長片麻巖：中粗粒，弱片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。淺色礦物主要有斜長石、正長石、石英；暗色礦物主要有黑云母、角閃石。斜長石呈粒狀，粒徑多為1～3 mm，含量30%左右；正長石呈粒狀或半自形板狀，粒徑在1～6 mm，含量38%左右；石英呈粒狀，粒徑在0.5～4.0 mm，含量20%左右；黑云母，片狀，暗綠色，部分云母定向排列，粒徑0.2～0.8 mm，含量在12%左右(圖2d)。

5) 黑云斜長片麻巖：中粗粒，弱片麻構(gòu)造，淺色礦物主要為斜長石，其次是微斜長石和石英；暗色礦物主要為黑云母和角閃石。斜長石為粒狀及半自形板狀，粒徑多在1～6 mm，含量在40%～45%；微斜長石，粒狀，粒徑多在1～2 mm，含量在20%～24%；石英，不規(guī)則狀及粒狀，粒徑多在0.2～2.0 mm，含量在15%左右；黑云母為片狀，定向排列形成片麻狀構(gòu)造，粒徑在0.2～1.0 mm，含量在14%左右(圖2e)。

6) 黑云母片麻巖：灰黑色，黑云母定向排列，呈片麻狀構(gòu)造(圖2f)，中細(xì)粒，顆粒粒徑1～3 mm，個別可達5 mm。主要礦物是黑云母，含量45%左右，局部含量最高可達60%，石英含量20%，斜長石含量20%，正長石含量8%，另含有少量其它暗色礦物。片理發(fā)育，片理厚度1～3 mm，片理平行分布，厚度不均勻；當(dāng)石英、長石含量高時，片理厚度增大，并且片理繞過顆粒。

圖2 研究區(qū)片麻巖巖石類型

2.2 偉晶巖

1) 花崗偉晶巖：灰白色，偉晶結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3a)。斜長石含量45%，石英含量40%，含有其他少量的正長石和暗色礦物。晶體顆粒粒徑5～10 mm，最大可達30 mm，大部分斜長石的晶體結(jié)構(gòu)完整。

2) 石英偉晶巖：灰白色、暗灰色，偉晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造(圖3b)。主要礦物成分為石英，含量大于90%，晶體顆粒粒徑5～8 mm,最大可達30 mm。石英偉晶巖巖脈一般規(guī)模比較小，有的寬度只有幾厘米，長度只有幾米。

3) 正長偉晶巖：肉紅色，偉晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造(圖3c)。主要礦物成分是正長石，含量超過90%，晶體顆粒粒徑5～15 mm，最大可達35 mm，晶體結(jié)構(gòu)完整。

圖3 研究區(qū)偉晶巖巖石類型

3 儲集空間類型

通過露頭測量、巖心觀察和微觀巖石薄片的定量分析，可研究潛山油藏的宏觀和微觀孔隙類型和特征[4-5]。潛山油藏的儲集空間類型十分復(fù)雜，不同的構(gòu)造部位，起主導(dǎo)作用的空間類型不同，但總體上可劃分為孔隙型和裂縫型兩大類。

3.1 孔隙型

1) 晶間孔：是指巖漿侵入過程中隨著溫度的降低，不同礦物依次結(jié)晶，體積縮小，在晶體顆粒間殘留下的孔隙空間。偉晶巖巖脈體中晶間孔比較發(fā)育，露頭和巖心觀察發(fā)現(xiàn)晶間孔多被風(fēng)化物充填。

2) 溶蝕孔：是指在地層水循環(huán)過程中長石、角閃石等礦物部分或全部被溶蝕而留下來的孔隙[6]。溶蝕孔的直徑一般為0.5～3 mm，斜長石晶體內(nèi)的溶蝕孔呈串珠狀分布(圖4a)。

3) 風(fēng)化淋濾孔：古潛山在地表裸露時長期受到風(fēng)化剝蝕作用，長石類礦物被風(fēng)化為高嶺土，角閃石風(fēng)化為綠泥石，黑云母風(fēng)化后顆粒變小，在地表水、地下水的循環(huán)過程中被淋濾帶走，可形成淋濾孔[7]。風(fēng)化淋濾孔的孔隙直徑大，連通性好，橫向上多呈層帶狀分布，隨著深度的增加風(fēng)化孔的數(shù)量減少；角閃石風(fēng)化后進一步被淋濾、溶蝕，可形成超大孔隙(圖4b)。

3.2 裂縫型

1) 溶蝕縫。先期的裂縫、解理受到溶蝕作用，使得裂縫進一步擴大。這類裂縫邊緣不整齊，溶蝕作用導(dǎo)致裂縫開度增加進而使儲層物性變好，鏡下溶蝕縫多呈樹枝狀或網(wǎng)狀，開度不一，縫寬12～110 μm，部分可達0.9 mm(圖4c)。

2) 構(gòu)造縫。構(gòu)造縫是在應(yīng)力作用下伴隨著巖層的斷裂、褶曲變形而形成的裂縫[8-10]，可分為張裂縫、剪裂縫和張剪性裂縫。張裂縫面粗糙、不平直、延伸距離短，裂縫寬度不穩(wěn)定(圖4d)，一般是中部寬、兩端窄。剪裂縫面平直、光滑，常會切穿晶體顆粒，裂縫寬度小、延伸距離大，常常是兩組呈“X”形交叉的共軛剪裂縫一同產(chǎn)出。張剪性裂縫形成時既受到剪應(yīng)力作用，也存在一定的張應(yīng)力分量，裂縫面一般比較平直、延伸距離中等，多表現(xiàn)為一端縫寬度大，另一端縫寬度小，直至尖滅。

圖4 研究區(qū)儲集空間類型

3) 風(fēng)化縫。風(fēng)化縫是潛山在裸露期間受到溫度、氣候等因素的影響，巖石經(jīng)過反復(fù)的熱脹冷縮而發(fā)生碎裂形成的。風(fēng)化縫不規(guī)則，呈龜裂狀(單條縫延伸長度5～30 cm，多呈彎曲狀)，相互交叉，構(gòu)成不規(guī)則的網(wǎng)格狀(圖4e)。剖面上呈楔狀，上部寬度3～10 mm，下部收斂，直至消失，切割深度0.05～1.00 m。宏觀上,風(fēng)化縫密度可達50條/m2，隨著深度的增加，風(fēng)化縫的密度降低，在負(fù)地貌和平坦的地貌背景下風(fēng)化縫在5 m以下就很少發(fā)育，但在地貌突出的部位風(fēng)化縫發(fā)育的地層厚度就比較大，甚至在10多米深的巖石中也可見風(fēng)化縫。

4) 解理縫。解理縫主要發(fā)育在顆粒比較大的正長石和斜長石晶體中，由于上覆地層的重力作用或構(gòu)造應(yīng)力作用，礦物晶體顆粒中的解理張開而形成。這類裂縫一般發(fā)育在偉晶巖巖脈中，裂縫規(guī)模小，不穿越顆粒，只發(fā)育在顆粒內(nèi)部。

5) 區(qū)域縫。區(qū)域縫是在區(qū)域應(yīng)力作用下形成的規(guī)模比較大、分布范圍廣的裂縫(圖4f)。渤海灣盆地上太古界花崗片麻巖形成于太古代晚期，距今已超過2 600 Ma[11]，經(jīng)歷了多次大的地殼運動階段，但是有些階段在該區(qū)主要表現(xiàn)為整體上的抬升或下降，并沒有在巖石中形成明顯的構(gòu)造形跡。根據(jù)大量露頭的觀察與測量，發(fā)現(xiàn)在區(qū)域上的裂縫主要有4組(圖5)，其走向區(qū)間分別為5°～30°，60°～70°，280°～290°，330°～350°。其中,5°～30°和330°～350°方向的裂縫為共軛關(guān)系，最大主應(yīng)力大致為南北向，可能在印支運動期形成;60°～70°和280°～290°(互補方向100°～110°)方向的縫為共軛關(guān)系，最大主應(yīng)力大致為東西向，可能在燕山運動期形成。

圖5 研究區(qū)上太古界花崗片麻巖露頭中裂縫走向玫瑰花圖

4 影響因素

4.1 風(fēng)化作用

風(fēng)化作用對于潛山油藏儲集空間的形成至關(guān)重要，風(fēng)化作用的結(jié)果是形成了風(fēng)化縫和風(fēng)化淋濾孔，甚至包括溶蝕孔。潛山表面的風(fēng)化殘積層往往是潛山油藏的蓋層，半風(fēng)化層段中裂縫和風(fēng)化淋濾孔、溶蝕孔十分發(fā)育，基巖段中的裂縫和孔隙不發(fā)育，因此風(fēng)化作用在縱向上具有分帶性，即隨著深度的增加，儲層孔隙度、滲透率降低，儲量豐度降低，產(chǎn)量也隨之降低。例如1s-2井，產(chǎn)油氣層的深度界限在1 901.7 m以上，大于這個深度不再有油氣產(chǎn)出，高產(chǎn)層段都在1 846.0 m以上，隨著深度的增加，每米采油指數(shù)呈逐漸降低的趨勢(圖6)。

圖6 1s-2井巖性剖面及試油成果

4.2 巖石類型

巖性對潛山油藏的影響主要體現(xiàn)在不同類型的巖石其礦物組成不同、結(jié)晶程度不同、顆粒大小不同，導(dǎo)致其抗風(fēng)化能力不同[12]，風(fēng)化后的巖石物性不同(圖7)。偉晶巖巖脈結(jié)晶程度好，晶體顆粒大，礦物成分單一，抗風(fēng)化能力強，因此渤海灣盆地上太古界潛山油藏區(qū)巖脈發(fā)育處巖石物性差，一般不含油。

圖7 研究區(qū)部分巖石物性數(shù)統(tǒng)計圖

根據(jù)露頭觀察，在相同的深度和構(gòu)造位置，片麻巖中的風(fēng)化縫密度是偉晶巖中裂縫密度的5倍以上，有些風(fēng)化縫遇到偉晶巖巖脈時就終止了。例如1s-5井鉆遇了一個大型正長偉晶巖巖脈(圖8)，致密堅硬，試油無產(chǎn)量，改為注水井也無法注入。此外，石英含量高的巖石抗風(fēng)化能力強，正長石、斜長石、角閃石、黑云母含量高的巖石風(fēng)化淋濾孔和溶蝕孔相對發(fā)育，根據(jù)地面露頭、鉆井和試油資料分析，認(rèn)為最有利的巖石類型依次是黑云二長片麻巖、二長片麻巖、角山花崗片麻巖、黑云斜長片麻巖、花崗片麻巖，最不利的是石英偉晶巖、正長偉晶巖和花崗偉晶巖。

4.3 古地貌

潛山油藏保留了剝蝕階段高低起伏的地貌形態(tài)特征，突出的正地貌受風(fēng)化的程度高，風(fēng)化縫和淋濾孔發(fā)育，縱向上有效儲集層段厚度大，物性好，儲量豐度高[13]。低洼的負(fù)地貌常被比較厚的土壤層和殘積層覆蓋，風(fēng)化程度弱，縱向上有效儲集層段的厚度小，儲量豐度低。例如處于正地貌的1s-2井的裂縫、孔隙度就比處于負(fù)地貌部位的1s-4D井發(fā)育，油氣顯示井段厚度是后者的2倍以上，產(chǎn)量也是后者的3倍以上。

4.4 斷裂作用

斷層發(fā)育區(qū)域一般是應(yīng)力集中的區(qū)域，在形成斷層的同時往往會有伴生裂縫和派生裂縫。伴生裂縫有2類，一類為剪裂縫，另一類為張裂縫[14]。派生裂縫是斷層兩盤相對運動過程中局部引起的派生應(yīng)力場作用下產(chǎn)生的裂縫，這類裂縫規(guī)模小，延伸距離短，多呈羽狀，是很好的儲集空間。

圖8 渤海灣盆地錦州南潛山油藏剖面

圖9是研究區(qū)上太古界露頭中裂縫與斷層的伴生關(guān)系，可以看出，斷層上盤是上太古界花崗片麻巖和上元古界厚層石英砂巖，下盤是上元古界厚層石英砂巖。在上太古界花崗片麻巖中靠近斷層1的附近發(fā)育3組裂縫，第1組(圖9中紅線)與斷層1近于平行，第2組(圖9中黃線)與斷層1斜交，夾角70°左右，這兩組屬于共軛裂縫，為斷層的伴生縫，裂縫面平直，縫寬小；第3組(圖9中藍線)為高角度的張裂縫，裂縫寬度大，裂縫面不規(guī)則，是上覆厚層石英砂巖的負(fù)載作用在半風(fēng)化的花崗片麻巖中形成的張裂縫，為后期地層抬升過程中形成的。

據(jù)露頭資料統(tǒng)計，渤海灣盆地上太古界潛山斷層密集區(qū)宏觀裂縫密度最高可超過50條/m2，裂縫不僅密度大，而且延伸距離遠，交織成網(wǎng)格狀。如1s-1井雖然為低洼處(圖8)，但附近發(fā)育了3條斷層，取心和成像測井顯示該區(qū)構(gòu)造縫發(fā)育，且大部分為有效縫。綜合解釋含油氣層井段長度達到了60 m。

圖9 研究區(qū)上太古界露頭中裂縫與斷層的伴生關(guān)系

5 結(jié)論

1) 渤海灣盆地上太古界潛山油藏最有利的巖石類型依次是黑云二長片麻巖、二長片麻巖、角山花崗片麻巖、黑云斜長片麻巖、花崗片麻巖，最不利的巖石類型依次是石英偉晶巖、正長偉晶巖和花崗偉晶巖。

2) 主要的儲集空間類型包括風(fēng)化淋濾孔、溶蝕孔、風(fēng)化縫、構(gòu)造縫、區(qū)域縫等。

3) 影響儲集物性的主要因素是風(fēng)化作用、巖性、古地貌和斷裂作用。