渤海海域太古界深埋變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲集層形成機制與油氣勘探意義

徐長貴，杜曉峰，劉曉健，徐 偉，郝軼偉

[中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459]

長期以來，古潛山一直是油氣勘探的重要領(lǐng)域，目前已經(jīng)形成了大量的潛山油氣藏勘探理論與認識[1-6]。國內(nèi)外勘探實踐證實潛山油氣藏巖性多樣，包括火山巖、碳酸鹽巖、碎屑巖和變質(zhì)巖，其中變質(zhì)巖油氣藏勘探潛力最大。據(jù)統(tǒng)計，世界上已發(fā)現(xiàn)的幾百個工業(yè)性基巖油氣田中變質(zhì)巖基巖油氣田占總數(shù)的40%，油氣儲量占基巖潛山總儲量的75%。從目前已發(fā)現(xiàn)的變質(zhì)巖潛山油田藏來看，層位均為前寒武系，儲集層巖性主要為變質(zhì)花崗巖、片麻巖和混合巖，其中規(guī)模較大的油氣藏包括烏克蘭第聶伯-頓涅茨盆地前寒武系變質(zhì)巖油田[7]、利比亞钖爾特盆地阿烏特日拉和拿法拉油田[8]、委內(nèi)瑞拉馬拉開波盆地拉帕茲油田[8]、俄羅斯西西伯利亞盆地Maloichskoe油田[8]、乍得Bongor盆地變質(zhì)巖潛山油氣藏[9-10]、中國遼河坳陷曙光變質(zhì)巖潛山油田[11-13]和中國渤海海域遼西凸起錦州25-1南變質(zhì)巖油氣田[14-18]。中國東部前寒武系變質(zhì)巖潛山埋深普遍較淺，大部分埋深在1 000～3 500 m，風化淋濾作用對儲集層控制作用明顯，如渤海油田錦州25-1變質(zhì)巖潛山、遼河油田興隆臺潛山，潛山頂部風化殼均發(fā)育厚層風化砂化帶和砂礫巖帶，是油氣成藏的優(yōu)質(zhì)儲集部位。

太古界變質(zhì)巖類潛山由于巖性多樣、長期遭受風化作用，并經(jīng)歷了多期次構(gòu)造應(yīng)力疊加改造，儲集空間結(jié)構(gòu)復雜、儲集層非均質(zhì)性強等特點，對古潛山儲集層的有效性評價一直以來都是有待攻克的難題。前人對變質(zhì)巖儲集層的研究主要集中在潛山裂縫型儲集空間表征、裂縫成因以及對儲集層的控制作用[10-12,17-20]。變質(zhì)巖潛山不僅在潛山頂面可形成風化殼型儲集層，在潛山深層內(nèi)幕同樣可以形成構(gòu)造裂縫型儲集層[9]，不同學者通過對變質(zhì)巖潛山裂縫發(fā)育期次及內(nèi)部充填物特征進行刻畫[19]，提出潛山內(nèi)幕裂縫的形成主要與區(qū)域不同期次的構(gòu)造作用關(guān)系密切。

渤海油田對潛山的勘探始于上世紀70年代，在“源控論”指導下，以凸起潛山為對象進行勘探，但勘探效果不理想，基本沒有大的油氣勘探突破[21]。2000年以后渤海油田以尋找規(guī)模性優(yōu)質(zhì)油氣田為指導思想，將勘探領(lǐng)域從凸起穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)向活動斷裂帶，創(chuàng)新提出“活動斷裂帶油氣差異富集理論”，以此為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)了錦州25-1南大型變質(zhì)巖潛山油田，打開了變質(zhì)巖潛山勘探的局面。“十三五”期間渤海油田轉(zhuǎn)變思路，勘探層系由淺層逐步向深層、超深層轉(zhuǎn)移。2016年渤海油田在渤中凹陷西南部渤中19-6構(gòu)造潛山中取得重大勘探突破，在太古界變質(zhì)巖儲集層中獲得高產(chǎn)油氣流，儲集層發(fā)育厚度最大可達上千米。與國內(nèi)外其他地區(qū)變質(zhì)巖潛山不同，渤中19-6構(gòu)造變質(zhì)巖儲集層埋深4 000～5 500 m，儲集層成因和分布規(guī)律與傳統(tǒng)變質(zhì)巖潛山有所差異。本文通過運用巖心、薄片、掃描電鏡、熒光薄片、常規(guī)物性等多種實驗分析手段，落實了深埋變質(zhì)巖潛山儲集層成因機制，綜合地震、測井等資料建立了研究區(qū)變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲集層分布模式，同時也對國內(nèi)其他地區(qū)變質(zhì)巖潛山儲集層的勘探評價具有較好指導意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

渤中凹陷是渤海海域最大的一個凹陷，也是渤海灣盆地沉積和沉降中心，在過去50余年的勘探開發(fā)中，探明的儲量大多以原油為主，缺少規(guī)模性大氣田的發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)地質(zhì)觀點認為，渤海灣盆地是個富油型盆地，生油潛力巨大，而生氣潛力欠佳，以往的勘探實踐也證實了在油型盆地里尋找大型氣田的難度極高。近幾年，通過對凹陷中烴源巖生烴機理持續(xù)攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)凹陷內(nèi)部烴源巖不僅可以在早期大量生油，還可以在晚期由高等植物成因的干酪根大量生氣。古近系東營組和沙河街組發(fā)育800～1 200 m厚的超壓泥巖，可作為區(qū)域性優(yōu)質(zhì)蓋層。因此，整個凹陷具有得天獨厚的天然氣成藏條件，渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖大型天然氣田的發(fā)現(xiàn)也證實了這一點，渤中凹陷是未來渤海油田在富油盆地中尋找大型天然氣田的理想戰(zhàn)場。

渤中19-6構(gòu)造位于渤中凹陷的西南部，處于渤中西南洼和渤中主洼之間的近南北向構(gòu)造脊上，總體是一個被近南西-北東向斷層與近東西向走滑斷層所切割的斷背斜構(gòu)造區(qū)，該區(qū)經(jīng)歷了多幕裂陷及新構(gòu)造運動的疊加復合構(gòu)造演化，具有斷陷與坳陷疊置的結(jié)構(gòu)特征[22]。渤中19-6構(gòu)造周圍被渤中凹陷、沙南凹陷和黃河口凹陷環(huán)繞，凹陷自下向上發(fā)育前古近系、古近系和新近系，其中前古近系潛山發(fā)育“三層結(jié)構(gòu)”自下往上為太古界變質(zhì)巖、古生界碳酸鹽巖和中生界火山巖，古近系自下向上依次發(fā)育孔店組、沙河街組和東營組，新近系自下向上發(fā)育館陶組和明化鎮(zhèn)組(圖1)。凹陷基底為太古界變質(zhì)巖，呈區(qū)域分布特征，埋藏深度在4 000～5 500 m，為渤海灣盆地埋藏深度最大的變質(zhì)巖潛山儲集層。

研究區(qū)南北地貌具顯著差異，南部受兩條走滑斷層影響，呈高陡斷塊地貌特征，其中1/3/5井區(qū)位于走滑斷層東側(cè)，太古界潛山上覆巨厚孔店組砂礫巖地層， 2井區(qū)位于兩條走滑斷層之間，上部地層缺失孔店組，直接被沙三段泥巖覆蓋，4/7井區(qū)位于構(gòu)造北部，受走滑斷層影響較小，地貌整體較平緩。

2 變質(zhì)巖儲集層特征

不同地區(qū)變質(zhì)巖儲集層縱向發(fā)育程度差異較大，遼河油田興隆臺潛山鉆遇變質(zhì)巖厚度大，但儲層凈毛比低[23]，渤海油田錦州25-1南鉆遇潛山厚度小，但凈毛比高，而渤中19-6構(gòu)造鉆遇潛山厚度大，凈毛比也高，其中BZ19-6-2Sa井鉆遇潛山591 m，氣層厚度271 m，凈毛比為46%，鉆遇井段呈現(xiàn)儲層整體發(fā)育的特點，其中上部受風化和構(gòu)造作用影響，優(yōu)質(zhì)儲集層主要發(fā)育在潛山頂部120 m之內(nèi)，下部儲集層受斷裂控制發(fā)育多套裂縫發(fā)育帶和碎裂帶，優(yōu)質(zhì)儲集層縱向延伸深度大(圖2)。

圖1 渤中19-6構(gòu)造及圍區(qū)潛山地層展布特征及發(fā)育模式Fig.1 The distribution and development pattern of buried-hill formation in the BZ 19-6 structurea.潛山地層展布特征；b.渤中19-6構(gòu)造區(qū)域位置；c.地層發(fā)育特征

距斷層距離、風化淋濾時間和古地貌等因素決定了太古界變質(zhì)巖儲集層縱向分帶差異性，分為4種類型：Ⅰ型主要分布在構(gòu)造北部地勢平緩地區(qū)，保存了完整的儲集層分帶序列，自上往下發(fā)育粘土帶、風化砂礫巖帶、風化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶和基巖帶，受晚期構(gòu)造抬升影響，裂縫發(fā)育深度較大、井段長，是油氣的有利勘探區(qū)帶(圖3a)；Ⅱ型主要分布在2井區(qū)，構(gòu)造部位較高，上覆砂礫巖不發(fā)育，遭受風化淋濾作用強，風化裂縫帶發(fā)育，并且被兩條斷層走滑斷層所夾持，處于構(gòu)造應(yīng)力集中釋放區(qū)，內(nèi)幕裂縫帶也較發(fā)育，是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的有利區(qū)(圖3b)；Ⅲ型上覆巨厚砂礫巖但離斷層較近的部位，潛山中裂縫發(fā)育程度較強，內(nèi)幕裂縫帶發(fā)育厚度比前者大，下部儲集層受巖性控制，局部發(fā)育巖性致密段(圖3c)，主要分布在1井區(qū)；Ⅳ型被孔店組厚層砂礫巖覆蓋區(qū)，潛山遭受風化淋濾時間短，下部風化裂縫帶發(fā)育程度稍差，離斷層較遠的部位潛山內(nèi)部裂縫發(fā)育程度差，風化裂縫帶和內(nèi)幕裂縫帶厚度較薄(圖3d)，主要分布在3/5/6井區(qū)。

圖3 渤中19-6構(gòu)造變質(zhì)巖潛山儲集層縱向分帶類型Fig.3 Vertical zonation of metamorphic buried-hill reservoir in the BZ 19-6 structure

2.1 巖石學特征

早期原巖類型豐富以及后期多期變質(zhì)作用導致變質(zhì)巖潛山巖性的多樣性，渤中19-6構(gòu)造潛山主要發(fā)育5大類巖石類型。①片麻巖：依據(jù)根據(jù)斜長石和比率和暗色礦物含量又可分為斜長片麻巖和二長片麻巖(圖4a)，可見片麻狀構(gòu)造、粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖4b)和交代穿孔結(jié)構(gòu)，暗色礦物主要為云母類礦物，黑云母與長英質(zhì)礦物呈定向產(chǎn)出，黑云母普遍發(fā)生綠泥石化(圖4c)。②變質(zhì)花崗巖：主要發(fā)育變余半自形粒狀結(jié)構(gòu)，呈塊狀或弱片麻狀構(gòu)造，礦物中石英含量占石英和長石總含量的20%～60%，根據(jù)斜長石和比率和暗色礦物含量又可分為變質(zhì)英云閃長巖(圖4d)、變質(zhì)花崗閃長巖(圖4e)和變質(zhì)二長花崗巖(圖4f)。③混合巖：巖石由原區(qū)域變質(zhì)巖基體和新生長英質(zhì)脈體兩部分組成，根據(jù)脈體和基體的含量，劃分為混合片麻巖類和混合變質(zhì)花崗巖類，發(fā)育片麻狀、條帶狀構(gòu)造(圖4g，h)。④碎裂巖和碎斑巖：原巖為片麻巖，巖石經(jīng)歷了強烈的破碎作用，巖石破碎嚴重，破碎后形成大小不一的碎塊(圖4i)和碎斑，殘留的較大礦物碎斑常孤立地被碎粒物質(zhì)包圍(圖4j)?；|(zhì)主要為破碎的細小長英質(zhì)，可見黑云母發(fā)生褶皺變形。⑤后期侵入巖脈：主要為后期巖漿侵入先期變質(zhì)巖，呈脈狀分布，巖石類型主要為花崗斑巖(圖4k)、閃長玢巖(圖4l)、輝綠巖(圖4m)和輝綠玢巖(圖4n)，這類巖體多以巖枝產(chǎn)狀穿插于變質(zhì)巖中。

變質(zhì)巖中長英質(zhì)含量較高的片麻巖類、變質(zhì)花崗巖、混合巖、碎裂巖和碎斑巖是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的“優(yōu)勢巖石”類型，后期侵入巖脈遭受構(gòu)造應(yīng)力改造程度低，巖石整體致密。

2.2 儲集空間特征

渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖潛山儲集層儲集空間類型多樣，根據(jù)巖心和薄片觀察，儲集空間按成因可分為風化淋濾孔(縫)、構(gòu)造裂縫和礦物顆粒晶內(nèi)裂縫2大類。①風化淋濾孔(縫)：構(gòu)造抬升導致潛山暴露地表，在長期的風化作用下在潛山頂部形成大量風化淋濾孔縫(圖5a—c)以及沿裂縫的溶蝕孔擴大孔，儲集空間類型為孔隙型和裂縫-孔隙型，這類儲集層物性好，油氣測試產(chǎn)能高。②裂縫：分為兩種類型，一類為礦物顆粒晶內(nèi)微裂縫，晶內(nèi)裂縫主要發(fā)育在礦物晶體顆粒內(nèi)部，形成時間較早，潛山早期在構(gòu)造運動作用下形成大量裂縫，后期區(qū)域性走滑作用持續(xù)改造，形成大量碎裂巖和碎斑巖，在構(gòu)造角礫內(nèi)部繼承大量先期形成微裂縫(圖5d)，充填完全；另一類為構(gòu)造成因裂縫，裂縫中充填碎基、方解石、鐵白云石、鐵質(zhì)礦物(圖5e)，同一條裂縫中可見多期次不同礦物充填。巖心和鏡下觀察顯示裂縫多期性明顯，不同期次裂縫相互切割(圖5f)，晚期裂縫呈開啟或半充填狀態(tài)(圖5g，h)，可作為油氣有效儲集空間，熒光下裂縫中可見大量有機質(zhì)充填(圖5i)。

圖4 渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖巖石學特征Fig.4 Petrological characteristics of the Archaean metamorphic rocks in the BZ 19-6 structurea.BZ19-6-2井，埋深3 877.7-3 878.05 m，黑云斜長片麻巖和二長變質(zhì)花崗巖間互發(fā)育，巖心；b.BZ19-6-2Sa井，埋深3 925 m，二長片麻巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，正交光；c.BZ19-6-2井，埋深3 878.45 m，黑云母發(fā)生葉綠泥石化，單偏光；d.BZ19-6-4井，埋深4 518 m，變質(zhì)英云閃長巖，正交光；e.BZ19-6-4井，埋深4 502 m，變質(zhì)花崗閃長巖，正交光；f.BZ19-6-4井，埋深4 574 m，變質(zhì)二長花崗巖，正交光；g.BZ19-6-3井，埋深4 414 m，混合片麻巖，井壁取心；h.BZ19-6-3井，埋深4 414 m，混合片麻巖，可見新生脈體和原區(qū)域變質(zhì)巖基體，正交光；i.BZ19-6-2Sa井，埋深4 265 m，片麻質(zhì)碎裂巖，正交光；j.BZ19-6-1井，埋深4 169.5 m，碎斑巖，正交光；k.BZ19-6-2Sa井，埋深4 025 m，花崗斑巖，正交光；l.BZ19-6-2Sa井， 埋深4 020 m，閃長玢巖，正交光；m.BZ19-6-8井，埋深4 700 m，輝綠巖，正交光；n.BZ19-6-2Sa井，埋深4 076 m，輝綠玢巖，正交光

圖5 渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖儲集空間特征Fig.5 Reservoir space characteristics of the Archaean metamorphic rocks in the BZ 19-6 structurea.BZ19-6-4井，埋深4 427m，風化砂礫巖，風化淋濾孔隙發(fā)育，單偏光；b.BZ19-6-1井，埋深4 025 m，潛山頂部風化淋濾縫發(fā)育，井壁取心；c.BZ19-6-1井，埋深4 030 m，潛山頂部鉀長石晶體內(nèi)部風化淋濾孔發(fā)育，掃描電鏡；d.BZ19-6-1井，埋深4 052 m，長石顆粒晶體內(nèi)部裂縫，正交光；e.BZ19-6-7井，埋深4 655 m，裂縫中鐵質(zhì)礦物充填，單偏光；f.BZ19-6-7井，埋深4 603.45～4 603.96 m，多期裂縫相互切割，巖心；g.BZ19-6-2Sa井，埋深3 885 m，晚期裂縫呈開啟狀態(tài)，單偏光；h.BZ19-6-4井，埋深4 473 m，裂縫中部分 充填方解石，部分呈開啟狀態(tài)，單偏光；i.BZ19-6-1井，埋深4 081.5 m，裂縫中有機質(zhì)充填，熒光

2.3 物性特征

利用渤中19-6構(gòu)造旋轉(zhuǎn)井壁取心和巖心資料，系統(tǒng)測定了228塊太古界變質(zhì)巖樣品的孔隙度和滲透率，結(jié)果表明，變質(zhì)巖潛山儲集層具有非常強的非均質(zhì)性，孔隙度分布范圍為0.2%～17%，平均孔隙度為5.7%，滲透率分布范圍為(0.003～156.5)×10-3μm2，平均滲透率為4.8×10-3μm2(圖6)。根據(jù)儲集層物性頻率分布特征，研究區(qū)儲集層孔隙度和滲透率都較低，大于94%樣品孔隙度小于10%，大于96%樣品滲透率小于1×10-3μm2，與儲集層整體埋藏深度大有關(guān)。

潛山內(nèi)部不同分帶儲集層物性差異較大，表現(xiàn)在①風化砂礫巖帶：孔隙度分布范圍為5.4%～21.9%，滲透率分布范圍為(0.9～614.8)×10-3μm2，儲集空間以孔隙型為主，儲層物性最好；②風化裂縫帶：孔隙度分布范圍為1.2%～12.8%，滲透率分布范圍為(0.01～5.39)×10-3μm2，儲集空間以孔隙-裂縫型為主；③內(nèi)幕裂縫帶：孔隙度分布范圍為2.4%～6.2%，滲透率分布范圍為(0.1～11.8)×10-3μm2，儲集空間以裂縫為主，通常發(fā)育在斷層附近；④基巖帶：孔隙度分布范圍為1.3%～3.1%，滲透率分布范圍為(0.19～0.68)×10-3μm2，為非儲集層(表1)。

圖6 渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖儲集層孔隙度-滲透率關(guān)系Fig.6 The correlation between porosity and permeability of the Archaean metamorphic reservoirs in the BZ 19-6 structure

表1 渤中19-6構(gòu)造變質(zhì)巖潛山儲集層分帶特征Table 1 Zonation characteristics of buried-hill reservoirs of metamorphic rocks in the BZ 19-6 structure

3 變質(zhì)巖儲集層特征

3.1 變質(zhì)巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育機制

通過對渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖潛山儲集層發(fā)育特征分析，研究區(qū)變質(zhì)巖優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育機制與分布主要受控于變質(zhì)巖巖石類型、風化淋濾作用和構(gòu)造應(yīng)力作用3個因素。

3.1.1 巖性是控制儲層發(fā)育的基礎(chǔ)

前人對變質(zhì)巖巖性對儲集層的控制作用做過一些相關(guān)研究，認為巖石中暗色礦物含量與儲集層發(fā)育程度關(guān)系密切[24]。渤中19-6構(gòu)造已鉆井揭示了變質(zhì)巖潛山巖性多樣，不同巖性交互分布，但是太古界整體發(fā)育的是長英質(zhì)含量較高、暗色礦物含量較低的變質(zhì)花崗巖、片麻巖及混合巖等脆性巖類，不同井區(qū)巖石中長英質(zhì)等脆性礦物含量變化不大，為優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育奠定了良好的巖石學基礎(chǔ)?？v向上局部層段發(fā)育黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖等暗色礦物含量較高的巖石以及厚層侵入巖，在一定程度上控制了潛山局部的裂縫發(fā)育程度。

以BZ19-6-1井為例，潛山上部4 024～4 136 m深度，巖性以二長片麻巖為主，巖石中長英質(zhì)等脆性礦物含量高，儲集層孔隙度分布范圍為1.2%～12.8%，平均孔隙度為4.7%，綠泥石含量分布范圍為4%～10%，平均含量為6.6%，電阻率平均值243 Ω·m，綜合解釋氣層99.8 m，大部分均可作天然氣儲集層；潛山下部4 136～4 180 m深度，巖性以黑云二長片麻巖為主，薄片顯微鏡下可見大量黑云母定向排列，并普遍發(fā)生綠泥石化，X衍射顯示此段儲集層中綠泥石含量為61.8%，儲集層孔隙度分布范圍為1.2%～5.2%，平均孔隙度為2.6%，電阻率平均值1 110 Ω·m，綜合解釋氣層6.8 m(圖7)。通過上下儲集層段數(shù)據(jù)對比表明，潛山上部儲集層中長英質(zhì)含量高，下部暗色礦物含量高，在相同構(gòu)造應(yīng)力作用下，上部地層脆性強較下部地層更易形成裂縫，因此，潛山上部儲集層更發(fā)育。

3.1.2 構(gòu)造作用是裂縫形成的關(guān)鍵

構(gòu)造作用是變質(zhì)巖形成優(yōu)質(zhì)儲集層最重要的控制因素，由于構(gòu)造應(yīng)力作用，基底的區(qū)域變質(zhì)巖、混合巖等巖石受到強烈的改造作用，巖石和礦物發(fā)生不同程度的破碎，產(chǎn)生破碎帶以及動力變質(zhì)帶，形成大量裂縫型儲集空間。通過對渤中19-6構(gòu)造巖心、井壁取心和微觀薄片觀察，確定了潛山中發(fā)育3期構(gòu)造裂縫：Ⅰ期裂縫形成與早期構(gòu)造運動時期，主要發(fā)育與礦物晶體內(nèi)部，裂縫中充填泥質(zhì)、微晶白云石，充填作用為主，基本未能形成有效儲集空間；Ⅱ期裂縫與區(qū)域性大規(guī)模構(gòu)造運動有關(guān)，巖石破碎作用強烈，形成大量碎裂巖和碎斑巖，是變質(zhì)巖儲集層主要造縫時期，也是優(yōu)質(zhì)儲集層形成的關(guān)鍵時期，裂縫中充填碎基、鐵質(zhì)礦物和鐵白云石為主；Ⅲ期裂縫為晚期構(gòu)造作用形成，裂縫呈中以方解石充填為主，裂縫大部分成開啟或半充填狀態(tài)，可作為天然氣有效儲集體(表2)。

區(qū)域構(gòu)造分析及構(gòu)造演化恢復表明，渤中19-6構(gòu)造在印支期-燕山期主要受南北向擠壓應(yīng)力，形成一系列東西向展布的背沖斷層，控制了太古界潛山早期隆起的構(gòu)造形態(tài)(圖8)，同時，依附于這些逆沖斷層，潛山內(nèi)幕Ⅰ期儲層裂縫、碎裂帶Ⅱ期儲層裂縫大量發(fā)育，為潛山優(yōu)質(zhì)儲層的形成奠定了良好的基礎(chǔ)?？椎杲M時期，研究區(qū)處于初始裂陷階段，受控于南北向拉張應(yīng)力，構(gòu)造整體北高南低，沙三段末期，渤中19-6構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)，南塊整體抬升，北塊整體沉降。東三段時期，受控于NNE向的右旋走滑壓扭作用，渤中19-6構(gòu)造北塊在整體沉降的構(gòu)造背景下，局部表現(xiàn)為構(gòu)造隆升的特征(圖8)，以4/7井區(qū)為例，相對構(gòu)造隆升率為210m/Ma(最大地層厚度差/時間)，這一時期的局部構(gòu)造隆升，不僅在潛山高部位的應(yīng)力集中區(qū)形成Ⅲ期裂縫，同時也對早期碎裂帶裂縫的再活化具有至關(guān)重要的作用，這也是7井區(qū)深埋潛山內(nèi)幕發(fā)育有效裂縫型儲層的關(guān)鍵因素(表2)。

3.1.3 風化淋濾作用是儲集層縱向分帶的重要因素

風化淋濾過程中礦物差異溶蝕作用對變質(zhì)巖儲集層品質(zhì)影響較大，長石類礦物的溶蝕是長英質(zhì)變質(zhì)巖類優(yōu)質(zhì)儲集層形成的主要機理。為此，對花崗巖進行大氣水-礦物溶蝕實驗，實驗過程中把實驗溫度設(shè)置為60 ℃，通過提高反應(yīng)溫度來補償反應(yīng)時間。實驗結(jié)果表明實驗前鈉長石表面無附著物，未見溶蝕現(xiàn)象(圖9a)，反應(yīng)后鈉長石在60 ℃條件下形成溶蝕坑，沿解理發(fā)生微弱溶蝕(圖9b)；實驗前鉀長石表面無附著物，未見溶蝕現(xiàn)象(圖9c)，鉀長石在60 ℃ 條件下出現(xiàn)溶蝕坑沿解理發(fā)生微弱溶蝕(圖9d)。結(jié)果表明，長石礦物解理發(fā)育，在風化淋濾過程中易沿解理面發(fā)生蝕變，其蝕變部位在水介質(zhì)作用下，井水溶液滲流，將水解物質(zhì)帶走，形成各種溶蝕孔隙。因此，花崗巖和長英質(zhì)變質(zhì)巖等結(jié)晶巖中長石類礦物的溶蝕是形成優(yōu)質(zhì)儲集層關(guān)鍵。

圖7 BZ19-6-1井太古界變質(zhì)巖潛山巖性與儲集層對應(yīng)關(guān)系Fig.7 The correlation between lithology and reservoir of Archaean metamorphic rocks in Well BZ19-6-1

表2 渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖裂縫發(fā)育期次及成巖演化
Table 2 Fracture development stages and diagenetic evolution of the Archaean metamorphic rocks in the BZ 19-6 structure

圖8 渤中19-6構(gòu)造演化及斷裂發(fā)育特征Fig.8 Structural evolution and fracture development characteristics of the BZ 19-6 structurea.新生界構(gòu)造演化特征；b.斷裂展布及圈閉發(fā)育特征；c.地震剖面斷裂發(fā)育特征

渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖在地質(zhì)歷史時期，長期暴露于地表，巖石遭受了風化、剝蝕，使抗風化能力差的長石類礦物發(fā)生蝕變，大大增加了巖石的破碎程度，物理風化作用后，化學淋濾溶蝕作用對儲集層進行更進一步的改善，加大了裂縫的開度，是儲集層物性變化，有利于尤其的儲集層和運移。尤其在潛山頂部和平緩部位，極易形成厚層風化殼，形成優(yōu)質(zhì)儲集層。

圖9 花崗巖大氣水溶蝕物理模擬實驗Fig.9 The simulation of meteoric freshwater dissolution for granitesa.PL9-1-13井，埋深1 502.63 m，實驗前鈉長石(PI)樣品，表面沒有附著物，沒有發(fā)生溶蝕現(xiàn)象；b.PL9-1-13井，埋深1 502.63 m，鈉長石(PI)60 ℃下形成溶蝕坑，沿解理發(fā)生微弱溶蝕；c.PL9-1-13井，埋深1 502.63 m，實驗前鉀長石(KS)樣品，表面沒有附著物， 沒有發(fā)生溶蝕現(xiàn)象；d.PL9-1-13井，埋深1 502.63 m，鉀長石(KS)60 ℃下出現(xiàn)溶蝕坑沿解理發(fā)生微弱溶蝕

受風化淋濾作用影響太古界變質(zhì)巖潛山儲集層縱向分帶特征明顯[25-26]，綜合應(yīng)用巖心、井壁取心、物性、測井解釋成果等資料，按照儲集層的結(jié)構(gòu)和成因，將研究區(qū)太古界變質(zhì)巖儲集層自上向下分為風化砂礫巖帶，風化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶和基巖帶。①風化砂礫巖：發(fā)育在變質(zhì)巖潛山頂部，風化淋濾成因為主，成分為變質(zhì)巖顆粒，儲集空間為孔隙型，發(fā)育少量裂縫，物性最好，可作為油氣優(yōu)質(zhì)儲集層(圖3b，c)；②風化裂縫帶，受構(gòu)造應(yīng)力和風化作用共同控制，發(fā)育在風化砂礫巖帶下部，儲集空間類型以孔隙-裂縫型和裂縫型為主，裂縫以及沿裂縫溶蝕擴大孔發(fā)育(圖3d，e)；③內(nèi)幕裂縫帶，發(fā)育在潛山內(nèi)幕，構(gòu)造成因為主，通常分布在斷裂帶附近，巖性以碎裂化變質(zhì)巖、碎裂巖以及碎斑巖為主，鏡下可見長石解理發(fā)生應(yīng)力變形(圖3f)以及裂縫中大量碎基充填(圖3g)等現(xiàn)象，通常呈優(yōu)質(zhì)儲集層和致密儲集層間互發(fā)育特征；④基巖帶，基本不受風化作用和構(gòu)造作用影響，位于潛山儲集層最下部，裂縫不發(fā)育，為非儲集層。

受古地貌控制導致變質(zhì)巖潛山上覆地層時代不同，儲層遭受風化淋濾作用時間存在差異。孔店組沉積之前太古界潛山古地貌差異不大，孔店組沉積時期南部構(gòu)造位置比北部低，呈負地貌狀態(tài)，南部地區(qū)潛山上覆厚層古近系孔店組巨厚砂礫巖，而北部地區(qū)構(gòu)造位置較高，上覆無厚層砂礫巖覆蓋，持續(xù)遭受風化淋濾作用。因此，北部地區(qū)潛山遭受風化淋濾作用時間比南部長，潛山頂部風化砂礫巖帶較南部發(fā)育，頂部儲層物性比南部地區(qū)要好。

3.2 變質(zhì)巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育模式

渤中19-6構(gòu)造太古界深埋變質(zhì)巖潛山儲集層垂向發(fā)育規(guī)律明顯，主要受控于上覆地層年代、距離斷層遠近和古地貌差異。潛山頂部具有殘丘地貌，風化作用強烈，不整合面之上相對較低位置發(fā)育一套近源堆積砂礫巖層，共同構(gòu)成由不整合面控制的“似層狀”儲集層發(fā)育模式。中部是由風化作用和構(gòu)造裂縫共同控制的“空間網(wǎng)狀”儲層發(fā)育模式，裂縫發(fā)育程度較高，能夠形成多套碎裂帶，能夠形成立體空間內(nèi)網(wǎng)狀裂縫體系。下部儲集層是由斷裂控制的“枝狀”裂縫發(fā)育模式，裂縫的發(fā)育主要受斷層控制，局部形成碎裂帶。底部為致密基巖帶，以致密層為主。橫向上不同地貌形態(tài)導致儲集層分布規(guī)律具有顯著差異，構(gòu)造高部位風化作用形成的風化砂礫巖被快速剝蝕搬運，不易保存，缺失頂部風化砂礫巖帶，但是高陡部位高角度斷裂發(fā)育，沿斷裂的風化淋濾作用可延伸到潛山更深部位，由風化和構(gòu)造作用相互疊加形成的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶。平緩凹槽地區(qū)，潛山地貌較平緩，局部發(fā)育低洼凹槽，變質(zhì)巖潛山風化淋濾作用產(chǎn)物相對易于保存，并形成風化粘土層的局部聚集，在局部小型地塹區(qū)也發(fā)現(xiàn)了薄層煤層。潛山頂部風化砂礫巖帶發(fā)育，可作為天然氣優(yōu)質(zhì)儲集層。構(gòu)造低部位潛山被孔店組巨厚砂礫巖長期覆蓋，風化作用對儲層改造時間短，潛山儲集層整體發(fā)育程度稍差。綜合巖性、構(gòu)造作用和風化作用等多因素建立了渤中19-6構(gòu)造“垂向貫通，橫向連續(xù)”大型變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲集層分布模式(圖10)。

圖10 渤中19-6構(gòu)造大型變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲集層分布模式Fig.10 The distribution pattern of high-quality buried-hill reservoirs of large-scale metamorphic rocks in the BZ 19-6 structure

4 油氣勘探意義

渤海前古近系潛山勘探層系主要有中生界火山巖和碎屑巖、古生界碳酸鹽巖和太古代變質(zhì)巖，其中太古代變質(zhì)巖潛山探明儲量占潛山總儲量的60%，尤其是渤中凹陷西南部渤中19-6構(gòu)造大型天然氣田的發(fā)現(xiàn)更加證實太古界變質(zhì)巖具有非常大的勘探潛力。與國內(nèi)外其他變質(zhì)巖油氣藏不同，渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖儲集層具有埋藏深度大、成巖強度高等特點，優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育與潛山內(nèi)幕裂縫的發(fā)育程度密切相關(guān)，區(qū)域郯廬斷裂活動以及潛山優(yōu)質(zhì)巖性耦合形成了規(guī)模性優(yōu)質(zhì)天然氣儲集層。渤中凹陷深埋太古界變質(zhì)巖分布面積巨大，凹陷中央優(yōu)質(zhì)烴源巖為天然氣形成提供了充足的資源基礎(chǔ)，加之多期次構(gòu)造運動，天然氣成藏條件優(yōu)越，大渤中凹陷深埋低位潛山天然氣勘探潛力巨大。深埋變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲集層形成機制的研究成功指導了渤中19-6構(gòu)造后續(xù)評價井的部署，研究成果可直接用于渤海其他地區(qū)變質(zhì)巖潛山勘探及儲集層預測。

5 結(jié)論

1) 渤中19-6構(gòu)造太古界變質(zhì)巖潛山巖性發(fā)育片麻巖、變質(zhì)花崗巖、混合巖以及碎裂巖和碎斑巖，后期穿插大量花崗斑巖、閃長玢巖、輝綠巖和輝綠玢巖巖脈，潛山儲集空間類型以孔隙-裂縫型和裂縫型為主。

2) 變質(zhì)巖巖性是潛山成儲能力的基礎(chǔ)，巖石中長英質(zhì)礦物含量決定了儲集層造縫能力的差異；風化淋濾過程中長石類礦物的溶蝕是變質(zhì)巖次生孔縫發(fā)育的關(guān)鍵；多期的區(qū)域構(gòu)造運動是深埋型變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕裂縫型儲集層形成的主要控制因素。

3) 潛山儲集層從上到下可分為風化砂礫巖帶、風化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶和基巖帶，組成上部“似層狀”、中部“網(wǎng)狀”、下部“枝狀”，潛山內(nèi)部“垂向貫通，橫向連續(xù)”大型變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲集體系。