二連盆地烏蘭花凹陷混合花崗巖潛山油藏儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)與分布規(guī)律研究

秦 平 郭廣峰 齊躍敏 胡 洋 陳 賀

(①中國(guó)石油渤海鉆探第二錄井公司；②內(nèi)蒙古煤炭建設(shè)工程(集團(tuán))總公司鉆井定向工程處；③中國(guó)石油渤海鉆探第一錄井公司)

0 引 言

二連盆地烏蘭花凹陷位于溫都爾廟隆起的中北部，凹陷呈NE向展布，長(zhǎng)約45 km，寬10～15 km，面積約600 km2，自北向南依次發(fā)育土牧爾、賽烏蘇、紅格爾和紅井四個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶[1-2]，形成一系列的斷鼻、斷塊和復(fù)合圈閉[3]。2011年首鉆LD 1井，至今已完成各類井101口，工業(yè)油流井19口，發(fā)現(xiàn)了多套含油層系，其中以L 18x井為代表的烏蘭花凹陷混合花崗巖潛山油藏取得了重大勘探突破，新增石油預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量可觀，為烏蘭花凹陷乃至二連盆地開辟了新的石油勘探領(lǐng)地。實(shí)鉆證實(shí)，烏蘭花凹陷沉積演化復(fù)雜，圈閉類型多樣，具有多種油藏類型[4]，特別是混合花崗巖潛山地層巖石類型多樣，儲(chǔ)集空間復(fù)雜[5]，其巖石礦物含量和組合類型、后生改造作用直接控制了潛山內(nèi)部油氣的分布。截至2019年12月，烏蘭花凹陷累計(jì)31口井鉆遇古生界混合花崗巖類變質(zhì)巖地層，已有17口探井和7口生產(chǎn)井見到油氣顯示，其中賽烏蘇構(gòu)造7口，土牧爾構(gòu)造6口，紅格爾構(gòu)造11口。深入研究和正確認(rèn)識(shí)混合花崗巖類變質(zhì)巖潛山油藏的巖石學(xué)特征及控油成因機(jī)制，尋找有利勘探目標(biāo)，對(duì)于指導(dǎo)勘探實(shí)踐，豐富和提升潛山成藏理論具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。

1 混合花崗巖類變質(zhì)巖的命名

混合花崗巖類變質(zhì)巖是由強(qiáng)烈混合巖作用形成的外表類似花崗巖的一種混合巖,即使經(jīng)驗(yàn)豐富的地質(zhì)人員僅依靠肉眼也難以區(qū)分混合花崗巖類變質(zhì)巖和花崗巖。要對(duì)混合花崗巖類變質(zhì)巖進(jìn)行準(zhǔn)確命名，首先要明確這兩種巖石的區(qū)別。

1.1 混合花崗巖和花崗巖的區(qū)別

準(zhǔn)確區(qū)分這兩種巖石最行之有效的方法就是通過顯微鏡對(duì)巖石礦物標(biāo)本進(jìn)行觀察。深入分析后得出混合花崗巖的手標(biāo)本顏色、巖石成因、原巖成分等與花崗巖有明顯不同，進(jìn)而可以對(duì)這兩種巖石進(jìn)行區(qū)分。

1.1.1 混合花崗巖

混合花崗巖屬于變質(zhì)巖(圖1a)，手標(biāo)本外觀顏色多為灰色或淺灰色；成因?yàn)樽冑|(zhì)重結(jié)晶成巖，原巖為砂礫巖、砂巖或泥質(zhì)砂巖等；在后生變化中變質(zhì)重結(jié)晶形成，原巖中的礦物分子結(jié)構(gòu)被破壞，使巖石的穩(wěn)定性變差，巖石大多易于風(fēng)化剝蝕或溶蝕等，其礦物顆粒界限較模糊，呈迷霧狀。鏡下觀察L 20x井1 473 m巖石薄片，巖石定名為混合花崗巖，由粒狀石英、長(zhǎng)石及黑云母組成，長(zhǎng)石少見絹云母化，局部黑云母較集中，部分礦物顆粒邊界模糊。

1.1.2 花崗巖

花崗巖屬于巖漿巖(圖1b)，手標(biāo)本外觀顏色多為肉紅色，成因?yàn)閹r漿侵入型火成巖，由于為原生型巖石，其中礦物穩(wěn)定性好，成巖后不易遭受風(fēng)化剝蝕或溶蝕等[6]，巖石中礦物顆粒界限明顯，如GC 1井2 230 m花崗巖鏡下觀察礦物顆粒界限清晰。

圖1 混合花崗巖和花崗巖的區(qū)別

1.2 命名原則

混合花崗巖類變質(zhì)巖可細(xì)分為混合花崗巖和混合巖兩種，區(qū)域變質(zhì)是混合花崗巖類變質(zhì)巖最基本的特點(diǎn)，原巖的分布特征和變質(zhì)程度是判斷烏蘭花凹陷基底巖性的主要依據(jù)。烏蘭花凹陷混合花崗巖、混合巖在變質(zhì)巖分類中屬于區(qū)域變質(zhì)巖大類中的區(qū)域混合巖類，在成因上均屬于變質(zhì)程度最深的重熔再生型變質(zhì)巖?；旌匣◢弾r類變質(zhì)巖的原巖多為砂礫巖、砂巖等，在變質(zhì)作用條件下，原巖中的砂、礫顆粒多已發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶，形成以石英、長(zhǎng)石為主要成分，粒狀變晶花崗結(jié)構(gòu)為特征的混合花崗巖、混合巖，但巖石中仍保留原巖中顆粒的部分特征，原巖中泥質(zhì)礦物多變質(zhì)重結(jié)晶成黑云母、綠泥石等，若原巖中的砂、礫較粗，變質(zhì)程度略深多形成混合花崗巖；若砂、礫較細(xì)，變質(zhì)程度略淺多形成混合巖，介于兩者間的巖石都采用復(fù)合命名原則，如花崗質(zhì)混合巖等。

2 儲(chǔ)集空間類型及成因

在明確烏蘭花凹陷混合花崗巖類變質(zhì)巖的巖性特征后，以25口鉆遇含油顯示井的巖礦資料為基礎(chǔ)，對(duì)混合花崗巖儲(chǔ)集空間類型及成因開展深入研究。烏蘭花凹陷基底混合花崗巖類變質(zhì)巖在重結(jié)晶作用下，長(zhǎng)石等礦物的穩(wěn)定性下降，風(fēng)化作用使基底表層形成了深達(dá)150 m以上的風(fēng)化帶；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使變質(zhì)巖中產(chǎn)生大量裂縫、微裂縫；裂縫溝通的地層水，使混合花崗巖中的長(zhǎng)石形成了大量粒間、粒內(nèi)溶蝕孔隙；裂縫、溶孔為潛山油藏的形成提供了有效的儲(chǔ)集空間[7]。歸納認(rèn)為烏蘭花凹陷混合花崗巖、混合巖潛山儲(chǔ)集空間主要有兩類，即裂縫和溶蝕孔縫。

2.1 裂縫

裂縫是在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的儲(chǔ)集空間。根據(jù)不同的應(yīng)力作用和形成時(shí)間，可將裂縫分為構(gòu)造裂縫和微裂縫，構(gòu)造裂縫又可分為早期裂縫和中期裂縫，微裂縫是在沉積凹陷后期形成的裂縫。

2.1.1 早期裂縫(構(gòu)造裂縫)

為變質(zhì)巖成巖后至沉積凹陷形成前形成的裂縫，其巖石特征主要表現(xiàn)為裂縫中被硅質(zhì)全充填，該類裂縫對(duì)凹陷內(nèi)潛山儲(chǔ)集空間改善沒有明顯的作用。

2.1.2 中期裂縫(構(gòu)造裂縫)

多為高角度張性裂縫，為沉積凹陷形成過程中各級(jí)斷裂、斷層帶動(dòng)形成的張性裂縫帶。該類裂縫在各井巖心、旋轉(zhuǎn)壁心等樣品中普遍分布，具有分布廣、裂縫深度大等特點(diǎn)，是潛山油藏主要的儲(chǔ)集空間之一，也是連通的主要通道；該類裂縫具明顯的非均質(zhì)性特征，其斷層附近發(fā)育較好，巖礦資料顯示其中常見充填一定數(shù)量的泥質(zhì)和方解石。鏡下觀察L 43井1 660 m巖石薄片，可見長(zhǎng)石泥化，方解石充填裂縫(圖2a)。

2.1.3 晚期裂縫(微裂縫)

多為小角度壓扭性微裂縫，是沉積凹陷發(fā)育中晚期因上覆沉積地層壓力不斷加大，和凹陷內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力共同作用形成。該類微裂縫在潛山油藏中具有重要意義，首先微裂縫增加了儲(chǔ)集空間，其次為后期形成大量溶蝕孔所需的地層水提供連通通道，并且在溶蝕孔和大裂縫間起到了連通作用。凹陷內(nèi)微裂縫發(fā)育具有明顯的不均一性，主洼漕底部混合花崗巖因上覆地層厚、壓力大，微裂縫發(fā)育較好。L 18x井2 116 m巖石薄片可見微裂縫縱橫交錯(cuò)把巖石分割成網(wǎng)格狀，長(zhǎng)石普遍溶蝕成蜂窩狀，溶蝕孔被原油充填(圖2b)。

圖2 混合花崗巖類變質(zhì)巖裂縫

2.1.4 裂縫成因

烏蘭花凹陷混合花崗巖在上覆地層形成前長(zhǎng)時(shí)間岀露地表，遭受日曬、雨淋、風(fēng)吹等，使巖石形態(tài)、成分、結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生物理、化學(xué)變化。另外，由于變質(zhì)重結(jié)晶作用，混合花崗巖類變質(zhì)巖中長(zhǎng)石、暗色礦物的穩(wěn)定性較原生巖漿巖大幅下降，在巖石表層200 m左右的深度范圍內(nèi)形成風(fēng)化殼，具備有利的儲(chǔ)集條件[8]，根據(jù)風(fēng)化程度可劃分為三個(gè)風(fēng)化帶。

(1)表層強(qiáng)風(fēng)化帶：最顯著的特征就是巖石中的長(zhǎng)石和暗色礦物大部分轉(zhuǎn)化成自生高嶺石、泥質(zhì)等礦物，石英顆粒成為殘余礦物，巖石常被誤認(rèn)為泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)砂礫巖或泥化凝灰?guī)r等。這種風(fēng)化帶厚度一般小于30 m，由于泥質(zhì)含量較高，不利于儲(chǔ)集空間形成，如L 11x井潛山頂部的泥化斑狀混合巖，含油顯示很好，但試油產(chǎn)量不高(圖2c)。

(2)中部中度風(fēng)化帶：在凹陷內(nèi)普遍發(fā)育，除LD 2井、L 8井不明顯外，其他井均可見到。這種風(fēng)化帶的主要特征是混合花崗巖中石英、長(zhǎng)石結(jié)晶粗大，長(zhǎng)石絹云母化、泥化普遍，少量長(zhǎng)石轉(zhuǎn)化成自生高嶺石，隨著深度的增加風(fēng)化程度逐漸變淺，厚度一般為150～200 m，由于絹云母化、泥化作用，弱化了長(zhǎng)石礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為后期長(zhǎng)石溶蝕孔形成創(chuàng)造了有利條件，目前烏蘭花凹陷內(nèi)混合花崗巖潛山油藏大多處于該風(fēng)化帶內(nèi)。L 18x井2 116.4 m巖礦資料顯示，粗大的泥化長(zhǎng)石微裂縫被原油充填(圖2d)。

(3)深部弱風(fēng)化帶：位于混合花崗巖地層的較深部位，目前僅在少數(shù)井見到，其主要特征是變質(zhì)巖中長(zhǎng)石表面絹云母化、高嶺土化普遍，但尚未達(dá)到被高嶺石大量交代程度，長(zhǎng)石的溶蝕孔隙不發(fā)育。

2.2 溶蝕孔縫

烏蘭花凹陷的溶蝕孔隙發(fā)育帶一般位于1 200～2 400 m，基底混合花崗巖溶蝕孔隙大多受該溶蝕孔隙發(fā)育帶控制，考慮到后期構(gòu)造活動(dòng)的影響，各構(gòu)造略有差異?；旌匣◢弾r的主要礦物為石英、長(zhǎng)石。從長(zhǎng)石的組成來看，無(wú)論是正長(zhǎng)石還是斜長(zhǎng)石類，在其成分中都含有堿金屬鉀或鈉離子，或含堿土金屬鈣離子，它們?cè)谟兴嬖诘乃嵝越橘|(zhì)條件下，都容易發(fā)生溶蝕反應(yīng)并形成次生孔隙[9]。另外，變質(zhì)重結(jié)晶作用和風(fēng)化作用也使長(zhǎng)石的穩(wěn)定性大幅度降低。當(dāng)?shù)貙铀?jīng)裂縫、微裂縫進(jìn)入風(fēng)化帶內(nèi)，必然增強(qiáng)水對(duì)長(zhǎng)石的溶蝕能力，進(jìn)而在特定的深度范圍形成大量的長(zhǎng)石粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔。但溶蝕孔分布普遍不均，這與巖性的致密程度、裂縫發(fā)育溝通、風(fēng)化帶發(fā)育等密切相關(guān)。

2.2.1 長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔

混合花崗巖中半自型或他型長(zhǎng)石礦物內(nèi)的溶蝕孔隙，按溶蝕程度可分為鑄模狀、網(wǎng)格狀、蜂窩狀、串珠狀等[10]，這種溶孔大多從長(zhǎng)石顆粒內(nèi)的結(jié)晶紋理或微裂紋處開始溶蝕，之后溶蝕范圍逐漸向周圍擴(kuò)大，最終形成溶孔(圖3a)。

圖3 烏蘭花凹陷混合花崗巖溶蝕孔縫

2.2.2 長(zhǎng)石粒間溶孔

為混合花崗巖中長(zhǎng)石礦物從其周邊開始溶蝕形成的溶蝕孔隙，這種孔隙從顆粒間的粒間縫開始溶蝕并不斷擴(kuò)大而形成(圖2b)。

2.2.3 溶蝕擴(kuò)大孔(縫)

混合花崗巖中裂縫形成后，在裂縫周邊的長(zhǎng)石溶蝕使原裂縫寬度增大，增加了潛山的儲(chǔ)集空間和連通性(圖3b)。

3 混合花崗巖類潛山油藏的分布規(guī)律

烏蘭花凹陷是一個(gè)典型的斷陷型沉積凹陷。兩側(cè)主斷層形成過程中派生出一系列次級(jí)斷層，在凹陷不斷沉降的過程中，由于不同區(qū)域的沉降速率不同，形成了烏蘭花凹陷主洼漕底部疊瓦狀混合花崗巖潛山帶以及環(huán)繞凹陷周邊的斷層側(cè)向滑塌傾斜階梯型混合花崗巖基底潛山帶。后期主洼漕中不斷沉積的巨厚烴源巖成為潛山的油源和蓋層，最終形成了烏蘭花凹陷基底混合花崗巖類變質(zhì)巖潛山油藏。

3.1 主洼漕底部混合花崗巖潛山帶

主洼漕基底潛山帶是烏蘭花凹陷最具勘探潛力的區(qū)域，其囊括的范圍為Tg反射層等To圖上1 800 m等高線以下、垂深2 400 m以上的潛山構(gòu)造高部位。在凹陷形成過程中，隨著上覆壓力不斷增加和基底巖層自身重力的共同作用，主洼漕周邊基底混合花崗巖類變質(zhì)巖地層向凹陷中央不斷滑塌擠壓，使凹陷中心基底巖層沿?cái)鄬泳植柯∑?，形成以L 18x井為中心的沿兩條縱向斷層分布的疊瓦狀隆起潛山帶和以L 9井、L 26x井為中心的沿橫向斷層分布的隆起潛山帶，這兩個(gè)潛山帶所處的裂縫發(fā)育帶、中度風(fēng)化帶和溶蝕孔隙發(fā)育帶為潛山油藏的形成提供了良好的儲(chǔ)集空間，主洼漕中較好的油源和上覆巨厚泥巖蓋層為油藏的保存提供了有效保障，這兩個(gè)隆起潛山帶將是今后潛山勘探的重點(diǎn)。

3.1.1 L 18x井區(qū)潛山帶

位于沉積主洼漕底部東側(cè)，是一個(gè)東斷西斜的混合花崗巖潛山體。該潛山直面主洼漕烴源巖，油源供給充足，裂縫、溶蝕孔縫儲(chǔ)集空間都發(fā)育較好，儲(chǔ)蓋組合良好，對(duì)形成潛山油藏非常有利，目前L 18x井已見到高產(chǎn)試油成果。

3.1.2 L 9井區(qū)潛山帶

該混合花崗巖潛山為一個(gè)四周低中間高的山體，目前已鉆四口探井，其中L 9井和L 9-1井均見較好的含油顯示，L 9-1井經(jīng)試油證實(shí)為油層，L 13x井未鉆遇基底。由于該潛山位于凹陷主洼漕中部，混合花崗巖中大小裂縫和溶蝕孔發(fā)育較好，油源充足，該潛山應(yīng)有較好的勘探前景。

3.1.3 L 26x井區(qū)潛山帶

該潛山帶位于土牧爾構(gòu)造斜坡的南部和主洼漕過渡帶，是一個(gè)向南傾斜的混合花崗巖潛山，由于潛山面向主洼漕，有豐富的油源，儲(chǔ)集空間發(fā)育好，如果上傾方向斷層能有效封閉，理論上應(yīng)為理想的含油潛山。目前在該潛山上LD 5井、L 5x井、L 5井三口探井均見含油顯示，條件合適建議擇井試油，并在該潛山帶南北地區(qū)布新探井。

3.2 環(huán)主洼漕階梯狀混合花崗巖潛山帶

烏蘭花凹陷主洼漕環(huán)繞周邊的基底混合花崗巖潛山，受斷層控制大多為向主洼漕中心側(cè)向高角度傾斜潛山體。由于這些潛山在儲(chǔ)集空間、油源等方面具有較好條件，值得在今后勘探中多加關(guān)注。

3.2.1 L 2x井區(qū)潛山帶

該潛山帶位于土牧爾構(gòu)造，是一個(gè)向南大角度傾斜的混合花崗巖類變質(zhì)巖潛山帶，由于潛山面向主洼漕，有豐富的油源，理論上應(yīng)為理想的含油潛山，目前在該潛山上已鉆探L 2x井、L 21x井和L 191x井等均見含油顯示。由于該潛山帶位于烏蘭花凹陷主物源方向，基底上傾角度大，上覆泥巖厚度變薄，建議對(duì)基底潛山上傾方向斷層的封堵有效性進(jìn)行確認(rèn)。

3.2.2 L 15x井區(qū)潛山帶

該潛山體位于紅格爾構(gòu)造東部，其東部為烏蘭花凹陷主斷層，為一向西大角度傾斜的長(zhǎng)條狀潛山體，目前所鉆L 15x井、L 41井、L 40井三口井均見一定含油顯示，應(yīng)在該潛山高部位實(shí)施鉆探。

3.2.3 L 45x井區(qū)潛山帶

該潛山帶位于凹陷南緣，主要包含L 4井、L 45x井和L 42井，是由數(shù)個(gè)向北傾斜的潛山體組成，由于其面向北部沉積主洼漕，基底地層上傾方向斷層斷距大，具有成藏的有利條件，其前緣方向值得關(guān)注。

3.2.4 LD 5x、ZK 40和LD 3潛山帶

該潛山帶位于主洼漕西部，是數(shù)個(gè)向東南方向傾斜的潛山組合體，目前三口井均見含油顯示，從ZK 40井試油成果證實(shí)其西部地層封堵有效，可重點(diǎn)關(guān)注。

4 混合花崗巖類潛山油藏形成機(jī)理

烏蘭花凹陷基底巖性主要為混合花崗巖、混合巖類變質(zhì)巖；變質(zhì)重結(jié)晶作用使混合花崗巖中長(zhǎng)石等礦物的穩(wěn)定性下降，在長(zhǎng)期的地質(zhì)演化過程中，混合花崗巖表層形成了深達(dá)150 m以上的風(fēng)化帶；在凹陷沉積過程中，各級(jí)斷層沉降速率差異形成混合花崗巖潛山體；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使基底巖層中產(chǎn)生大量裂縫、微裂縫，在上覆沉積地層壓力和溫度等作用下，裂縫溝通的地層水使混合花崗巖中的長(zhǎng)石在深度2 400 m以上的風(fēng)化帶中形成了大量粒間、粒內(nèi)溶蝕孔隙，裂縫、溶孔為潛山油藏的形成提供了有效的儲(chǔ)集空間，主洼漕中沉積的巨厚泥質(zhì)生油巖成為潛山的油源和蓋層，最終形成了烏蘭花凹陷古生界基底混合花崗巖潛山油藏。

5 結(jié) 論

本文通過對(duì)烏蘭花凹陷古生界混合花崗巖類變質(zhì)巖潛山井的巖礦資料進(jìn)行收集整理、綜合分析，確定了混合花崗巖類變質(zhì)巖的命名原則，同時(shí)對(duì)混合花崗巖儲(chǔ)集空間類型及成因開展深入研究。結(jié)果表明，烏蘭花凹陷沉積主洼漕中央的基底混合花崗巖類變質(zhì)巖潛山，由于其儲(chǔ)集空間發(fā)育好，上覆主力生油巖層保障潛山有良好的油源，巨厚的泥巖蓋層為油藏提供了有效的保存條件。在今后的勘探工作中，應(yīng)把主洼漕中央1 800～2 400 m間潛山作為勘探重點(diǎn)，其次為主洼漕中央向周邊斜坡過渡帶間的基底潛山，最后為主洼漕東側(cè)、西側(cè)和南側(cè)斜坡帶基底潛山。基于以上研究成果，建議有利相帶如下：

(1)對(duì)以L 18x井為中心的沿兩條縱向斷層分布的潛山油藏構(gòu)造帶進(jìn)行重點(diǎn)研究，確認(rèn)L 18x井潛山油藏周邊是否有互為聯(lián)系的潛山油藏帶，擴(kuò)大該潛山油藏帶的含油面積。

(2)對(duì)以L 9、L 9-1、L 5井為中心的沿橫向斷層分布的潛山油藏構(gòu)造帶進(jìn)行重點(diǎn)研究，確認(rèn)其周邊是否有新的含油潛山，增加該潛山油藏的面積。

(3)擴(kuò)大西部斜坡ZK 40井潛山油藏面積，加強(qiáng)南部L 45x、L 40、L 15x井區(qū)潛山構(gòu)造帶的研究。

(4)尋找烏蘭花凹陷主洼漕中央深度2 400 m以上的其他混合花崗巖類變質(zhì)巖潛山。