束鹿凹陷太古界潛山變質(zhì)巖儲層特征

張宇飛，李強(qiáng)，李晨溪

（1.長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100；2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100；3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

0 引言

變質(zhì)巖型油氣藏在世界各地均有發(fā)現(xiàn)，比較著名的有委內(nèi)瑞拉的拉帕斯-馬拉油田、美國加利福尼亞州的愛迪生油田和惠明頓油田、 前蘇聯(lián)的沙依姆油田等［1-3］。多年來的研究表明，變質(zhì)巖的儲層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，非均質(zhì)性極強(qiáng)，多為裂縫型儲層，裂縫在縱向上成段、平面上成帶分布。變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕油藏潛力巨大，儲量可觀，但勘探難度極大［4］。

束鹿凹陷位于冀中坳陷南部，東鄰新河凸起，西至無極—藁城低凸起和太行山斷裂，其間被寧晉凸起分割［5-6］。區(qū)域內(nèi)出露地層齊全，包括太古界、元古界、古生界、中生界及新生界地層。

束鹿凹陷自1975年在中上元古界薊縣系霧迷山組發(fā)現(xiàn)了任丘古潛山油田以來，油氣勘探的重點始終是碳酸鹽巖型潛山油氣藏，對潛山碳酸鹽巖儲層分布規(guī)律、潛山構(gòu)造特征、油藏類型等問題也進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了大量成果［7-12］，但卻忽視了對埋藏更深的太古界變質(zhì)巖潛山成藏問題的探索。2011年，晉古19 井在束鹿凹陷南部雷家莊潛山帶成功鉆遇到太古界變質(zhì)巖型油氣藏，從而使?jié)撋接筒乜碧较蜃冑|(zhì)巖型潛山方向轉(zhuǎn)變。目前，束鹿凹陷內(nèi)鉆遇太古界探井僅有5 口，且全部探井只揭露至潛山頂面風(fēng)化殼，制約了對束鹿?jié)撋絻?nèi)幕油藏的認(rèn)識。

本文運(yùn)用取心井巖性觀察、薄片鑒定、裂縫統(tǒng)計與分析等方法，對束鹿凹陷潛山帶展開了初步分析研究，明確了束鹿凹陷潛山變質(zhì)巖的巖石類型、分布特征，確定了變質(zhì)巖儲層特征，揭露了潛山油氣聚集情況，為尋找隱蔽型油氣藏提供了理論依據(jù)。

1 構(gòu)造及巖性特征

束鹿?jié)撋綆窃诘嘏_活化、 差異沉降和擠壓等作用下抬升隆起而形成的［13］。中生代是潛山形成的重要時期，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動：首先是在海西末期—印支期的近南北向擠壓應(yīng)力場作用下，造成近東西向構(gòu)造格架的整體隆升，形成了區(qū)域東西向展布的鼻狀構(gòu)造帶；接著是燕山期北東及北北東向的構(gòu)造發(fā)展，形成區(qū)域內(nèi)北東、北北東、北西向的斷層帶；始新世晚期，冀中坳陷進(jìn)入強(qiáng)烈伸展期［14-15］，盆地進(jìn)入以坳陷為主的演化階段，成為一個統(tǒng)一的沉降單元，接受沙河街組、東營組等沉積。

根據(jù)對目前潛山鉆遇井的巖心觀察，束鹿凹陷變質(zhì)巖潛山巖性較復(fù)雜： 以區(qū)域變質(zhì)巖為主，包括片麻巖、片巖、板巖，變質(zhì)石英巖等；變質(zhì)程度以中—低級變質(zhì)為主?？勺鳛閮拥闹饕獮槠閹r、變質(zhì)石英巖及片巖，而板巖及千枚巖主要為隔層活蓋層。

潛山變質(zhì)巖主要類型有：

1）黑云斜長片麻巖。巖石呈灰白色、灰黑色，具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造和塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為斜長石（55%～60%）、黑云母（20%～25%）、石英（15%左右），少量角閃石和不透明礦物（見圖1a，1d）。

2）云母石英片巖。巖石呈灰白色、肉紅色，鱗片變晶、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造。主要礦物成分為石英（60%～70%）、白云母（20%～25%）、黑云母（5%～10%），少量斜長石和不透明礦物（見圖1b，1e）。

3）變質(zhì)石英巖。巖石呈灰白色、白色，粗粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為石英，體積分?jǐn)?shù)大于90%，其次為少量的斜長石和不透明礦物（見圖1c，1f）。

4）板巖。巖石呈灰黑色、褐灰色，變余砂狀、變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為絹云母及少量石英和金屬礦物。

5）大理巖。巖石呈灰白色，等粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為方解石和白云石，少量石英，白云母及不透明金屬礦物。

圖1 束鹿凹陷變質(zhì)巖類型

2 儲層特征

2.1 儲集空間類型及特征

束鹿凹陷太古界變質(zhì)巖是漫長的地質(zhì)歷史演化產(chǎn)物，經(jīng)歷了早期沉積，后期區(qū)域變質(zhì)，最后又遭受風(fēng)化剝蝕、溶蝕淋濾和構(gòu)造破碎等改造，其儲集空間類型多樣。潛山巖心觀察和薄片鑒定表明，變質(zhì)巖潛山儲集空間具有雙重介質(zhì)特征，儲集空間分為裂隙型和孔隙型2 種。其中，孔隙型包括溶蝕孔、晶間-粒間孔，裂隙型主要為各種成因的節(jié)理和裂縫。

2.1.1 孔隙類型

1）礦物晶間孔及粒間孔。主要指礦物顆粒間的孔隙，多形成于長石、石英、黑云母等礦物的顆粒間?？紫兑话愎铝?，有的孔隙有明顯的蝕變和溶蝕作用?？讖揭话?～2 μm，大者可達(dá)5～30 μm（見圖2a）。

2）礦物蝕變?nèi)芪g孔及微孔。一些礦物受地質(zhì)作用產(chǎn)生蝕變，如長石高嶺石化、絹云母化，黑云母、角閃石綠泥石化，以及它們被方解石交代，易產(chǎn)生蝕變?nèi)芪g孔隙，常見有長石粒內(nèi)溶孔、高嶺石粒間微孔、綠泥石粒內(nèi)溶孔以及粒間溶孔等。孔隙大小不等，多以微孔為主，一般小于2 μm，有的可達(dá)幾十微米甚至達(dá)到幾毫米（見圖2b，2c）。

2.1.2 裂隙類型

按裂縫產(chǎn)狀可分為斜交縫、網(wǎng)狀縫、水平縫3 類。1）斜交縫。在巖心中最發(fā)育，裂縫面一般較平直，裂縫延伸數(shù)厘米，成組出現(xiàn)，縫寬0.1～1.0 mm；裂縫呈充填或半充填，充填物以方解石為主，部分見有鐵質(zhì)或泥質(zhì)（見圖2d）。2）水平縫。在潛山巖心中很常見，裂縫延伸一般數(shù)厘米至十幾厘米，多為半充填—未充填，縫寬0.5～1.0 mm，個別可達(dá)2.0 mm（見圖2e）。3）網(wǎng)狀縫及微裂縫。據(jù)巖心及薄片觀察，網(wǎng)狀縫由幾組裂縫相互切割，將巖心分割破碎成角礫狀，縫寬一般小于2.0 mm，多數(shù)為泥質(zhì)或鐵質(zhì)充填。網(wǎng)狀縫在潛山頂面比較常見，是構(gòu)造和風(fēng)化作用的綜合產(chǎn)物（見圖2f）。

圖2 束鹿凹陷潛山變質(zhì)巖儲集空間類型

2.2 變質(zhì)巖儲集空間控制因素

對于結(jié)晶巖石而言，其儲集性能主要取決于巖石裂縫和孔隙發(fā)育程度。而區(qū)域變質(zhì)巖形成過程中，在高溫、高壓條件下，原巖礦物經(jīng)歷變質(zhì)重結(jié)晶、交代重結(jié)晶等變質(zhì)過程，原巖中的原生孔隙被部分充填堵塞，因此，這類巖石基質(zhì)孔隙度很低，不是潛山變質(zhì)巖的主要儲集空間。巖石成巖之后，構(gòu)造運(yùn)動使巖石遭受進(jìn)一步的改造，暴露在淺部的巖石受風(fēng)化淋濾形成次生溶孔和溶縫，深部的巖石受構(gòu)造應(yīng)力作用形成大量的裂隙，這些次生的孔、縫成為潛山巖石的主要儲集空間。概括而言，儲集空間形成和演化主要受以下因素控制。

1）古表生風(fēng)化作用。束鹿凹陷潛山變質(zhì)巖自形成后，經(jīng)歷多次的構(gòu)造抬升、長期的風(fēng)化淋濾作用，在潛山頂面形成一定厚度的風(fēng)化殼。風(fēng)化淋濾作用大大改善了變質(zhì)巖石的儲集性能。如晉古19 井，潛山巖心常規(guī)分析表明，有效孔隙度14.53%～24.43%，平均18.37%，儲集性能良好。

2）構(gòu)造作用。它是潛山變質(zhì)巖儲層發(fā)育的主導(dǎo)因素：一方面，由于構(gòu)造運(yùn)動使?jié)撋阶冑|(zhì)巖抬升，易受后期表生風(fēng)化淋濾作用，增大巖石的次生孔隙（見圖2a，2f）；另一方面，構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓、剪切應(yīng)力，形成大量次生裂縫（見圖2d，2f）。晉48 等井的巖心觀察和薄片鑒定表明，束鹿凹陷變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕至少發(fā)育3 期構(gòu)造裂縫，這些不同期次、不同產(chǎn)狀的裂縫，相互切割、限制，構(gòu)成了潛山內(nèi)幕復(fù)雜的裂隙系統(tǒng)。

3）潛山埋藏狀況。本區(qū)主要表現(xiàn)為潛山埋藏深度、上覆地層厚度及年代等。對束鹿?jié)撋骄慕y(tǒng)計分析（見表1）表明，潛山裂縫發(fā)育與埋藏深度存在一定的相關(guān)性，埋藏深度越大，裂縫發(fā)育程度越低，而且埋藏深度越大，裂縫被充填的程度越高。

表1 束鹿凹陷潛山埋藏狀況

4）變質(zhì)巖巖石類型。前已述及，本區(qū)變質(zhì)巖主要為一套變質(zhì)程度達(dá)中—低級區(qū)域變質(zhì)巖，巖石類型包括片麻巖、片巖及板巖和變質(zhì)石英巖。變質(zhì)巖中裂縫發(fā)育程度除與構(gòu)造位置有關(guān)外，還受巖石本身的力學(xué)性質(zhì)控制。在相同的地質(zhì)和構(gòu)造條件下，能干性巖石表現(xiàn)為脆性，受力易發(fā)生破裂，形成裂縫，因此，隨著變質(zhì)程度增加，巖石中長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)增加，巖石脆性增加，越易形成破裂。片麻巖類是本區(qū)的主要儲層，板巖類為區(qū)內(nèi)主要隔層（見表2）。

表2 束鹿凹陷變質(zhì)巖儲集空間特征

3 儲層分布特征及評價

束鹿凹陷變質(zhì)巖經(jīng)歷長期而復(fù)雜的地質(zhì)演化，其潛山變質(zhì)巖儲層分布受潛山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制。通過對束鹿凹陷北部、 中部和南部北西向三維地震的綜合解釋（見圖3），可準(zhǔn)確了解變質(zhì)巖潛山頂面形態(tài)和斷層展布特征。

圖3 束鹿凹陷東西向三維地震剖面

圖3顯示，束鹿凹陷地層基本順北北東展布。寧晉凸起及西部斜坡帶出露地層為元古界長城系和薊縣霧迷山系；順斜坡向東，寒武系—奧陶系地層出露在西部斜坡帶上；在中央洼槽帶，出露地層時代變化為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)；新河凸起東側(cè)，地層分布也是由西向東，由老變新。作為凹陷地層的下伏基底，束鹿凹陷變質(zhì)巖埋藏深度受地層分布控制，在凹陷西部寧晉凸起帶和東部新河凸起帶上，太古代變質(zhì)巖埋藏較淺，上部地層剝蝕嚴(yán)重，僅殘留元古界長城系或薊縣系；斜坡帶及洼槽帶，上部地層剝蝕少，變質(zhì)巖埋藏深度大。束鹿凹陷南部的雷家莊凸起帶上，上部僅殘留館陶組地層，為本區(qū)埋藏深度最淺的變質(zhì)巖潛山。

根據(jù)三維地震剖面、測錄井資料及巖心觀察資料，平面上將束鹿凹陷變質(zhì)巖儲層劃分為南部雷家莊凸起帶、東部新河凸起帶和西部寧晉凸起帶（見圖4）。1）雷家莊凸起帶。潛山長期出于剝蝕狀態(tài)，潛山變質(zhì)巖為片麻巖、片巖及石英巖，上覆地層為新生界沙河街組和孔店組、館陶組的泥巖，構(gòu)成了良好的儲蓋系統(tǒng)，為本區(qū)最佳變質(zhì)巖儲層和油藏發(fā)育區(qū)域。2）新河凸起帶。埋藏較淺，變質(zhì)巖上部為中—上元古界薊縣系霧迷山組及長龍山組。崔秀梅等［16］認(rèn)為，該帶由于巖性及應(yīng)力的不均一，導(dǎo)致裂縫發(fā)育分布不均，深色變質(zhì)巖致密，裂縫、 節(jié)理極不發(fā)育，具有良好的封蓋條件；淺色變質(zhì)巖裂縫發(fā)育，可作為儲層。這種儲蓋組合模式，是新河凸起變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕儲蓋組合的主要形式之一。3）寧晉凸起帶。根據(jù)凹陷基底展布特征，該凸起帶為本區(qū)控凹隆起帶，位于凹陷西部，出露地層位為中元古界淺變質(zhì)—未變質(zhì)巖石，但構(gòu)造裂縫不發(fā)育，距生油洼陷遠(yuǎn)，油氣運(yùn)聚較困難；因此，不是本區(qū)變質(zhì)巖儲層的有利發(fā)育位置。

圖4 束鹿凹陷變質(zhì)巖儲集巖平面分布

4 結(jié)論

1）束鹿凹陷變質(zhì)巖由片麻巖類、片巖類、板巖類及變質(zhì)石英巖等多種變質(zhì)巖類組成?，F(xiàn)有研究資料表明，潛山變質(zhì)巖類型以中—低級區(qū)域變質(zhì)巖為主。

2）變質(zhì)巖儲集空間包括孔隙和裂隙雙重介質(zhì)?？紫吨饕l(fā)育在潛山頂面，裂隙發(fā)育于潛山斷裂帶。裂縫類型包括水平縫、斜交縫和網(wǎng)狀縫，它們構(gòu)成了潛山內(nèi)幕主要儲集空間。

3）儲集空間發(fā)育受風(fēng)化程度、構(gòu)造位置、埋藏深度及變質(zhì)巖類型等因素影響，埋藏淺、風(fēng)化強(qiáng)烈、斷裂發(fā)育部位，以及長石石英質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較高的片麻巖、片巖及石英巖，是孔、縫發(fā)育的主要儲集巖。

4）平面上不同構(gòu)造位置、不同潛山帶，儲層發(fā)育情況差異明顯。研究表明，雷家莊凸起帶和新河凸起帶是儲層發(fā)育的有利位置，是變質(zhì)巖潛山油藏勘探的有利區(qū)帶。

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