渤海灣盆地上太古界潛山油藏巖性特征、儲(chǔ)集空間類型及影響因素*

李長(zhǎng)宏 彭英明 褚慶忠 霍春亮 趙春明 邵先杰

(1. 中國(guó)石化河南油田分公司 河南南陽(yáng) 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(guó))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(guó)東部地區(qū)最為重要的含油氣盆地之一[1]。近二十年來(lái)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(chǔ)量超過(guò)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(cè)井、化驗(yàn)分析、試油、試采等資料，并結(jié)合野外露頭的觀察與測(cè)量，深入分析上太古界潛山油藏的巖性特征、儲(chǔ)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(zhǎng)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(jì)陽(yáng)、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(diǎn)，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(tái)的基礎(chǔ)上經(jīng)歷了3期裂陷和1期拗陷等4個(gè)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(yíng)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(yùn)移提供了通道,而有些突出的潛山直接與生油巖接觸，對(duì)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(hào)斷層，東南呈緩坡向凹陷過(guò)渡。目前已鉆井14口，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量為3 173×104m3，油藏埋藏深度1 600～1 860 m，測(cè)試最高日產(chǎn)油量超過(guò)110 t，日產(chǎn)氣量超過(guò)3 000 m3，證實(shí)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(zhǎng)片麻巖、黑云二長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)石、石英和正長(zhǎng)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(zhǎng)石含量38%，石英含量25%，角閃石含量18%，正長(zhǎng)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(zhǎng)石顆粒粒徑2～3 mm，正長(zhǎng)石顆粒粒徑1～3 mm，角閃石顆粒粒徑0.5～1.5 mm。

3) 二長(zhǎng)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(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、石英，暗色礦物有黑云母和角閃石。斜長(zhǎng)石呈粒狀和半自形板狀，含量35%左右，表面多絹云母化；正長(zhǎng)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(gè)別顆粒粒徑大于5 mm(圖2c)。

4) 黑云二長(zhǎng)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(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、石英；暗色礦物主要有黑云母、角閃石。斜長(zhǎng)石呈粒狀，粒徑多為1～3 mm，含量30%左右；正長(zhǎng)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(zhǎng)片麻巖：中粗粒，弱片麻構(gòu)造，淺色礦物主要為斜長(zhǎng)石，其次是微斜長(zhǎng)石和石英；暗色礦物主要為黑云母和角閃石。斜長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)別可達(dá)5 mm。主要礦物是黑云母，含量45%左右，局部含量最高可達(dá)60%，石英含量20%，斜長(zhǎng)石含量20%，正長(zhǎng)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(zhǎng)石含量高時(shí)，片理厚度增大，并且片理繞過(guò)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(zhǎng)石含量45%，石英含量40%，含有其他少量的正長(zhǎng)石和暗色礦物。晶體顆粒粒徑5～10 mm，最大可達(dá)30 mm，大部分斜長(zhǎng)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(dá)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(zhǎng)度只有幾米。

3) 正長(zhǎng)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(zhǎng)石，含量超過(guò)90%，晶體顆粒粒徑5～15 mm，最大可達(dá)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(chǔ)集空間類型

通過(guò)露頭測(cè)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(chǔ)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(guò)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(guò)程中長(zhǎng)石、角閃石等礦物部分或全部被溶蝕而留下來(lái)的孔隙[6]。溶蝕孔的直徑一般為0.5～3 mm，斜長(zhǎng)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(shí)長(zhǎng)期受到風(fēng)化剝蝕作用，長(zhǎng)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(guò)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(jìn)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(jìn)一步擴(kuò)大。這類裂縫邊緣不整齊，溶蝕作用導(dǎo)致裂縫開度增加進(jìn)而使儲(chǔ)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(dá)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(huì)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(shí)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(chǔ)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(guò)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(zhǎng)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(dá)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(zhǎng)石和斜長(zhǎng)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(guò)2 600 Ma[11]，經(jīng)歷了多次大的地殼運(yùn)動(dòng)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(méi)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(cè)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(yùn)動(dòng)期形成;60°～70°和280°～290°(互補(bǔ)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(yùn)動(dòng)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(duì)于潛山油藏儲(chǔ)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(chǔ)層孔隙度、滲透率降低，儲(chǔ)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(gè)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(shì)(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(duì)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(qiáng)，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(jì)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(shí)就終止了。例如1s-5井鉆遇了一個(gè)大型正長(zhǎng)偉晶巖巖脈(圖8)，致密堅(jiān)硬，試油無(wú)產(chǎn)量，改為注水井也無(wú)法注入。此外，石英含量高的巖石抗風(fēng)化能力強(qiáng)，正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)片麻巖、二長(zhǎng)片麻巖、角山花崗片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、花崗片麻巖，最不利的是石英偉晶巖、正長(zhǎng)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(chǔ)集層段厚度大，物性好，儲(chǔ)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(chǔ)集層段的厚度小，儲(chǔ)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(shí)往往會(huì)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(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中局部引起的派生應(yīng)力場(chǎng)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(chǔ)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??；第3組(圖9中藍(lán)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(guò)程中形成的。

據(jù)露頭資料統(tǒng)計(jì)，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(guò)50條/m2，裂縫不僅密度大，而且延伸距離遠(yuǎn)，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(cè)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(zhǎng)度達(dá)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(zhǎng)片麻巖、二長(zhǎng)片麻巖、角山花崗片麻巖、黑云斜長(zhǎng)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(zhǎng)偉晶巖和花崗偉晶巖。

2) 主要的儲(chǔ)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(chǔ)集物性的主要因素是風(fēng)化作用、巖性、古地貌和斷裂作用。