渤中凹陷19-6區(qū)太古界潛山變質(zhì)巖巖石類型及鑒別特征

宋國民，張艷，李慧勇，高有峰，劉小健，郭天嬋

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061；2.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459

0 引言

渤海灣盆地渤中凹陷19-6區(qū)新發(fā)現(xiàn)了大型凝析氣田，其中太古界潛山變質(zhì)巖是研究區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層[1-2]。變質(zhì)巖作為油氣儲(chǔ)層在國外已有大量的研究[3-4]。中國的東營凹陷[5]，酒西盆地鴨兒峽地區(qū)[6]，海拉爾盆地貝爾斷陷[7-8]，渤海灣盆地的興隆臺(tái)潛山[9-11]、牛心坨地區(qū)[12]、大民屯凹陷東勝堡[13-14]、束鹿凹陷[15-16]、埕北[17-18]和錦州[19]等地均發(fā)現(xiàn)了以變質(zhì)巖為儲(chǔ)層的油氣田。變質(zhì)巖的巖性是儲(chǔ)層和測(cè)井識(shí)別的研究基礎(chǔ)，同時(shí)也是變質(zhì)巖儲(chǔ)層的主控因素之一[6,16,20]。

筆者基于渤中19-6區(qū)現(xiàn)有鉆井揭示的變質(zhì)巖，對(duì)研究區(qū)變質(zhì)巖的主要巖石類型進(jìn)行鑒定、分類，總結(jié)出渤中19-6區(qū)主要變質(zhì)巖類型和鑒定特征，通過對(duì)巖石的微觀薄片鑒定以及宏觀上璧芯的裂縫描述區(qū)分出不同巖石間的成縫能力差異，以期為變質(zhì)巖油氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中19-6區(qū)構(gòu)造帶處于渤海灣盆地中東部的渤中凹陷內(nèi)西側(cè)，夾在黃河口凹陷、渤中凹陷西南次洼和南次洼這3個(gè)生烴凹陷中間，且正處于渤中19構(gòu)造脊上，與3個(gè)生烴凹陷組成具洼中隆特征的構(gòu)造帶[21-22](圖1)。研究區(qū)經(jīng)歷以燕山晚期為主的多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，潛山上部經(jīng)過長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕后形成溶蝕裂縫型儲(chǔ)層，潛山上覆地層為以砂礫巖為主的孔店組和以泥巖為主的沙河街組、東營組，渤中19-6氣田儲(chǔ)層主要為太古界變質(zhì)巖與古近系孔店組砂礫巖[4]。

圖1 渤中19--6區(qū)構(gòu)造帶及地理位置圖[3]Fig.1 Tectonic zone and geographic location of BZ19--6 area

2 巖石類型

渤中19-6構(gòu)造區(qū)太古界潛山巖石類型多樣，根據(jù)鉆井壁芯薄片鑒定巖性主要分為區(qū)域變質(zhì)巖和動(dòng)力變質(zhì)巖(表1)。區(qū)域變質(zhì)巖主要有2類：具變余組構(gòu)的變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖和具變晶組構(gòu)的花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖、斜長(zhǎng)變粒巖。具變晶組構(gòu)的片麻巖類在宏觀上比具變余組構(gòu)的變質(zhì)巖石色率更高，整體偏深綠色，但片麻巖類均表現(xiàn)出弱片麻狀構(gòu)造，僅斜長(zhǎng)變粒巖可見較強(qiáng)的片麻狀構(gòu)造。由于變質(zhì)英云閃長(zhǎng)巖及英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖不易在宏觀上與花崗閃長(zhǎng)質(zhì)巖石區(qū)分，只能通過鏡下鑒定斜長(zhǎng)石比率來分類巖性。

表1 渤中19--6區(qū)太古界潛山巖性分類表

動(dòng)力變質(zhì)巖可分為脆性變形的碎裂巖類和韌性變形的糜棱巖類，根據(jù)碎裂后碎基含量及碎塊(斑)粒度可分為：碎裂化(原)巖、碎裂(原)巖、(原巖)碎裂巖、碎斑巖、碎粒巖和碎粉巖。糜棱巖類韌性變形不強(qiáng)烈，未見強(qiáng)烈的糜棱組構(gòu)，多可見原巖的特征組構(gòu)，據(jù)基質(zhì)含量分為糜棱巖化(原)巖、(原巖)初糜棱巖。

3 主要變質(zhì)巖鑒別特征

3.1 變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖

變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖(圖2a)呈灰白色，較為堅(jiān)硬，塊狀構(gòu)造、礦物組成為中-更長(zhǎng)石(50%±)、堿性長(zhǎng)石(15%±)、石英(25%±)和黑云母(15%±)，有時(shí)具弱片麻構(gòu)造，經(jīng)變質(zhì)作用后，部分保留原巖的半自形粒狀結(jié)構(gòu)，形成中粗粒變余半自形粒狀結(jié)構(gòu)。斜長(zhǎng)石晶型較好，多為半自形，個(gè)別為自形，黑云母在中低級(jí)變質(zhì)作用后具片狀變晶結(jié)構(gòu)，正交偏光下多呈淺綠色，有時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石(圖2b、c)。

其主要鑒定特征為：黑云母、斜長(zhǎng)石、石英呈現(xiàn)變余半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、弱片麻構(gòu)造，暗色礦物含量10%～15%，斜長(zhǎng)石比率>65%，變余半自形粒狀結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石部分自形，部分粒狀變晶。

3.2 變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖

變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖(圖3a)多呈灰白色，較為堅(jiān)硬，塊狀構(gòu)造，礦物組成為中長(zhǎng)石(30%±)、堿性長(zhǎng)石(25%±)、石英(30%±)和黑云母(10%±)，有時(shí)具弱片麻構(gòu)造，經(jīng)變質(zhì)作用后，部分保留原巖的半自形粒狀結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石晶型較好，多為半自形，個(gè)別為自形，堿性長(zhǎng)石多為半自形，局部存在粒狀變晶，形成中粗粒變余半自形粒狀結(jié)構(gòu)。暗色礦物為黑云母，經(jīng)歷中低級(jí)變質(zhì)的黑云母多呈變晶結(jié)構(gòu)，含量多為10%～15%，以他形的形態(tài)夾在石英與長(zhǎng)石之間(圖3b、c)。

其主要鑒定特征為：黑云母、堿性長(zhǎng)石和石英呈變余半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、弱片麻構(gòu)造，暗色礦物含量10%～15%；斜長(zhǎng)石與堿性長(zhǎng)石含量相近，斜長(zhǎng)石部分自形，部分粒狀變晶。

3.3 花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖

花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖(圖4a)多呈灰綠色，致密堅(jiān)硬，多具弱片麻構(gòu)造，礦物組成為中-更長(zhǎng)石(30%±)、堿性長(zhǎng)石(15%±)、石英(30%±)和黑云母(25%±)。礦物粒度為中粗粒，結(jié)合同區(qū)域的變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖，表明其原巖應(yīng)為花崗閃長(zhǎng)巖。長(zhǎng)石經(jīng)變質(zhì)作用后呈粒狀變晶，次要礦物黑云母為片狀變晶結(jié)構(gòu)，單偏光下呈淡褐色。

其主要鑒定特征為：暗色礦物含量15%～40%，長(zhǎng)石含量>25%，斜長(zhǎng)石含量>堿性長(zhǎng)石，粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主，暗色礦物片狀變晶結(jié)構(gòu)，黑云母微定向排列，整體為片麻狀構(gòu)造、弱片麻狀構(gòu)造(圖4b、c)。

3.4 碎裂化變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖

碎裂化變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖(圖5a)多呈灰白色，有時(shí)為肉紅色，整體致密堅(jiān)硬。在脆性變形作用下變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖發(fā)生破裂，開始形成顯微裂隙，這些顯微裂隙的寬度大多<1 mm并不破壞巖石和礦物的完整性，裂隙可以發(fā)育于礦物的晶體中，也可以穿切巖石。在顯微裂隙中充填有被壓碎巖石的細(xì)小粉末或充填后期的方解石和綠泥石等礦物。巖石中碎塊之間并無明顯的位置移動(dòng)，相鄰巖塊之間經(jīng)?？梢韵嗷テ唇?。原巖的礦物成分及組構(gòu)特征保持較完整，裂隙中碎基含量5%～10%。在標(biāo)本中肉眼很難觀察到巖石已被碎裂，只有在顯微鏡下才能觀察到巖石中裂隙比較發(fā)育。

圖2 BZ19--6--3井4 416 m變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.2 Photograph and micrograph of core of metamorphic granodiorite, Well BZ19--6--3, 4 416 m

圖3 BZ19--6--8井4 692 m變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.3 Photograph and micrograph of core of metamorphic monzogranite, Well BZ19--6--8, 4 692 m

圖4 BZ19--6--5井4 365 m花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.4 Photograph and micrograph of core of granodioritic gneiss, Well BZ19--6--5, 4 365 m

其主要鑒定特征為：碎裂組構(gòu)，碎塊粒度>2 mm，可辨認(rèn)原巖，碎基含量<5%，裂縫及顯微裂縫發(fā)育，有時(shí)見碎基條帶(圖5b、c)。

3.5 碎裂變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖

碎裂變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖(圖6a)多呈灰白色、白色，整體較為致密，裂縫中碎基帶呈綠色或灰綠色，裂縫中充填物為被壓碎的細(xì)小碎?；蚓G泥石和碳酸鹽等熱液蝕變礦物。較碎裂化二長(zhǎng)花崗巖破碎程度增強(qiáng)，巖石碎塊和礦物碎斑粒徑>2 mm，碎基含量為10%～30%，巖石中有時(shí)出現(xiàn)碎裂角礫巖、碎斑巖和碎粒巖帶，大部分巖塊仍可互相拼接。原巖礦物組成類型仍大都保持并可恢復(fù)，肉眼觀察標(biāo)本可看到巖石呈大小不等的棱角狀碎塊，除顯微裂隙十分發(fā)育以外，礦物中具有波狀消光、變形紋、變形帶和雙晶的彎曲等顯微變形結(jié)構(gòu)?？v向分布在潛山的中部與上部，其主要鑒定特征為：碎裂組構(gòu)，碎塊粒度>2 mm，碎基含量<30%，>10%，常見碎基帶?？杀嬲J(rèn)原巖，顯微裂縫，有時(shí)見斜長(zhǎng)石變形雙晶，礦物正交偏光下呈波狀消光(圖6b、c)。

3.6 長(zhǎng)英質(zhì)碎斑巖

長(zhǎng)英質(zhì)碎斑巖(圖7a)多呈灰白色，整體較為松散，由碎斑和碎基組成，礦物成分為石英、長(zhǎng)石，原巖應(yīng)為花崗巖，碎斑粒徑0.4～2 mm，碎斑呈次棱角狀，有的為次圓狀。碎斑由巖石碎塊和礦物碎屑組成，礦物常具有顯微變形結(jié)構(gòu)，碎基含量50%～70%。巖石中碎斑的原始位置已不可確認(rèn)，原巖的組構(gòu)和巖石有時(shí)可在較大的巖石碎塊中得以辨認(rèn)，大致應(yīng)為二長(zhǎng)花崗巖。其主要鑒定特征為：碎斑組構(gòu)，碎塊粒度在0.3～2 mm之間，碎基含量<70%，>50%，難以辨認(rèn)原巖，有時(shí)見斜長(zhǎng)石變形雙晶，礦物正交偏光下呈現(xiàn)波狀消光 (圖7b、c)。

3.7 花崗閃長(zhǎng)質(zhì)初糜棱巖

花崗閃長(zhǎng)質(zhì)初糜棱巖(圖8a)多呈灰白色，在韌性剪切作用下，花崗閃長(zhǎng)巖發(fā)生塑性破碎，碎斑的粒徑較大，多呈透鏡狀、眼球狀。在碎斑中顯微裂隙較發(fā)育，見波狀消光、變形紋、機(jī)械雙晶和雙晶彎曲，碎斑礦物邊緣的細(xì)粒化現(xiàn)象較發(fā)育，顯示明顯的塑性流動(dòng)構(gòu)造?；|(zhì)含量在20%±，基質(zhì)集合體分布于碎斑之間，具有明顯的定向構(gòu)造。在基質(zhì)含量較少的初糜棱巖中，原巖的組構(gòu)和其礦物成分基本不見明顯改變。

本區(qū)塊初糜棱巖類分布范圍較少，原巖多是花崗閃長(zhǎng)質(zhì)巖石，縱向分布在潛山的中部，但厚度極薄。其主要鑒定特征為：糜棱組構(gòu)，基質(zhì)含量<30%,在顯微裂隙中充填有被壓碎巖石的細(xì)小碎塊，可見原巖組構(gòu)，碎斑礦物呈透鏡狀(圖8b、c)。

4 討論

渤中19-6區(qū)變質(zhì)巖主要為區(qū)域變質(zhì)巖和動(dòng)力變質(zhì)巖2類，成分以花崗閃長(zhǎng)質(zhì)和二長(zhǎng)花崗質(zhì)為主，常見巖石類型7種，總體上變質(zhì)程度不高。主要造巖礦物為長(zhǎng)石、石英和黑云母。鉆井揭示研究區(qū)區(qū)域變質(zhì)巖為主體巖性，動(dòng)力變質(zhì)巖分布與斷裂帶密切相關(guān)，距斷裂帶越近，碎裂越明顯。BZ19-6-10井距斷裂較近(圖1)，碎裂程度較其他井高。

圖5 BZ19--6--8井 4 721 m 碎裂化變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.5 Photograph and micrograph of core of cataclastic metamorphic monzogranite, Well BZ19--6--8， 4 721 m

圖6 BZ19--6--1井4 169 m 碎裂變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.6 Photograph and micrograph of core of cataclastic metamorphic granodiorite, Well BZ19--6--1, 4 169 m

圖7 BZ19--6--10井4 585 m長(zhǎng)英質(zhì)碎斑巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.7 Photograph and micrograph of core of felsic porphyroclasite, Well BZ19--6--10, 4 585 m

圖8 BZ19--6--7井5 293 m花崗閃長(zhǎng)質(zhì)初糜棱巖壁芯及顯微照片F(xiàn)ig.8 Photograph and micrograph of core of granodioritic protomylonite, Well BZ19--6--7, 5 293 m

通過巖芯觀察與成像測(cè)井解釋資料分析，潛山內(nèi)各類變質(zhì)巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生了多期的構(gòu)造裂縫，不同巖性的成縫能力在巖芯上有直觀的呈現(xiàn)。如圖9a花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖，其暗色礦物含量約為30%，顯微鏡下可見黑云母部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石，整體呈現(xiàn)深綠色，較為致密，不見或僅有一條構(gòu)造裂縫。而變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖(圖9b)其暗色礦物含量約為15%，整體呈淺綠色，裂縫較為發(fā)育，常見共軛縫。變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖(圖9c)的裂縫最為發(fā)育，暗色礦物含量估計(jì)僅為10%±，局部會(huì)有暗色礦物富集，整體為淺白色，裂縫發(fā)育處有時(shí)見堿性長(zhǎng)石風(fēng)化后的黏土礦物充填，但多為氧化瀝青充填。

a.花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖；b.變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖；c.變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖。圖9 BZ19--6--7井巖芯上裂縫發(fā)育特征Fig.9 Characteristics of fractures on core of Well BZ19--6--7

通過對(duì)研究區(qū)現(xiàn)有9口井共計(jì)1 700 m±井深的成像測(cè)井解釋裂縫統(tǒng)計(jì)(圖10)，花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖段其裂縫密度為0.36條/m，變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖其裂縫密度為0.53條/m，變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖其裂縫密度為0.97條/m。變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖的成縫能力最強(qiáng)，花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖最弱。這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明不同巖性，即礦物成分及含量，尤其是暗色礦物的含量決定了巖石成縫能力。黑云母和角閃石等暗色礦物韌性強(qiáng)，而石英和長(zhǎng)石等淺色礦物巖石脆性強(qiáng)，相同構(gòu)造應(yīng)力下更易破碎形成裂縫[20]。

圖10 不同巖性間裂縫密度差異(裂縫密度數(shù)據(jù)源于成像測(cè)井)Fig.10 Fracture density difference between different lithology (fracture density is from imaging logging)

5 結(jié)論

(1)渤中凹陷19-6區(qū)太古界潛山變質(zhì)巖巖石類型主要為區(qū)域變質(zhì)巖和動(dòng)力變質(zhì)巖2類，主體巖性為變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖。潛山內(nèi)部受后期構(gòu)造應(yīng)力作用局部為碎裂巖類及糜棱巖類。

(2)潛山內(nèi)部裂縫分布與巖性具相關(guān)性，礦物成分及含量，尤其是暗色礦物的含量影響了巖石成縫能力。淺色礦物含量高，暗色礦物含量低的巖石更易形成裂縫。