渤海海域太古界變質巖儲層特征與形成控制因素*

杜曉峰 劉曉健 張新濤 柳永軍 徐燕紅

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459)

變質巖儲層是油氣重要的儲集層之一。從全球油氣發(fā)現(xiàn)情況來看，變質巖潛山油氣儲量占潛山油氣藏儲量的75%[1]。世界上很多國家在變質巖中發(fā)現(xiàn)了具有商業(yè)價值的油氣田。如：委內瑞拉馬來開波盆地拉帕茲油田，地質儲量2×108t[2];利比亞錫爾特盆地納福拉油田，地質儲量10.1×108t[3-4]。國內在渤海灣盆地埕島地區(qū)[5]、柴達木盆地[6-8]，酒泉盆地[9]和松遼盆地[10-11]均發(fā)現(xiàn)了變質巖油氣田。近幾年，渤海海域在變質巖潛山領域也取得了一系列重大油氣突破，如錦州25-1南、渤中19-6和渤中13-2等大型太古界油氣田[12-14]。

作為盆地基底的太古界變質巖原生孔隙一般不發(fā)育，必須經過構造作用、風化作用和流體溶蝕等一系列地質作用才能形成有效儲層。因此，變質巖儲層有效性評價一直以來都是國內外學者研究的重要領域。前人對變質巖儲層做過很多研究，主要集中在儲集空間表征、儲層成因機制以及儲層垂向分帶等方面。國內外變質巖潛山儲集空間主要為孔隙型和裂縫型兩類，孔隙型儲集空間主要分布在潛山頂部風化殼，潛山內幕主要發(fā)育裂縫型儲層；儲層垂向分帶可劃分為風化淋濾帶、縫洞溶蝕帶和致密基巖帶，優(yōu)質儲層主要分布在潛山上部的風化淋濾帶[15-16]。變質巖儲層成因主要總結為風化淋濾作用和構造作用[17-19]，風化作用控制了潛山風化殼厚度，構造作用控制了潛山內幕裂縫帶厚度。針對渤海海域太古界變質巖潛山前人也做過深入研究，研究內容主要集中在潛山構造樣式、儲層成因機制和成藏要素等方面[20-23]，研究對象主要是針對某個構造區(qū)單一類型潛山，對渤海海域太古界變質巖潛山儲層特征的系統(tǒng)總結和形成控制因素的系統(tǒng)性研究較少。

太古界變質巖作為渤海灣盆地的基底，在凸起、低凸起和凹陷區(qū)均有分布，形成了不同埋深、不同地貌單元、不同構造演化類型的變質巖潛山，如遼西凸起錦州25-1南淺埋型潛山(<2 000 m)，曹妃甸18區(qū)中埋藏型潛山(2 000～3 500 m)和渤中凹陷渤中19-6、渤中13-2等深埋型潛山(>3 500 m)。不同埋深的變質巖儲層控制因素具有顯著差異。本文基于渤海海域鉆遇變質巖的上百口探井，通過對巖心、薄片、掃描電鏡、常規(guī)物性等多種實驗資料的分析和統(tǒng)計對比，系統(tǒng)總結了渤海海域太古界變質巖儲層特征，并對其形成控制因素展開了系統(tǒng)分析，為國內外變質巖潛山儲層研究和勘探提供了借鑒。

1 區(qū)域地質背景

渤海灣盆地位于中國東部，是在華北克拉通地臺基礎上經歷了多期構造運動形成的裂谷盆地，面積約20×104km2，盆地內油氣資源豐富，是中國東部重要的石油和天然氣工業(yè)基地之一。渤海海域位于渤海灣盆地東部，是渤海灣盆地重要的組成部分，自中生代以來經歷了印支期、燕山期和喜山期三期構造運動改造，形成了典型的斷-拗型盆地，自下向上發(fā)育太古界、元古界、古生界、中生界和新生界。盆地基巖為太古界變質巖(圖1)，分布于盆地內各個凸起和凹陷，潛山頂面埋藏深度范圍為1 500～5 000 m。根據(jù)埋深關系將渤海太古界變質巖潛山分為中—淺埋型潛山和深埋型潛山，不同類型變質巖潛山儲層控制因素具有顯著差異。目前，渤海已經在錦州25-1南淺埋型太古界變質巖潛山和渤中19-6、渤中13-2深埋型太古界變質巖潛山中獲得了重大的油氣發(fā)現(xiàn)，揭示了太古界變質巖潛山領域巨大的勘探潛力。

圖1 渤海海域前古近系潛山地層分布圖Fig.1 Stratigraphic distribution map of pre-Paleogene buried hill in Bohai sea

2 渤海海域太古界變質巖儲層特征

2.1 巖性與物性特征

2.1.1巖石學特征

通過對渤海鉆遇太古界變質巖的136口井的壁心、巖心和薄片進行系統(tǒng)觀察，巖石類型主要為區(qū)域變質巖和動力變質巖。區(qū)域變質巖主要包括：①片麻巖：按照巖石中斜長石比率可進一步分為二長片麻巖和斜長片麻巖，鏡下可見粒狀變晶結構、片麻狀結構發(fā)育(圖2a)，暗色礦物和淺色礦物呈定向分布，表明巖石經受了強烈的區(qū)域變質作用；②變質花崗巖：與片麻巖相比巖石的片麻狀構造不明顯，具有弱片麻構造和塊狀構造(圖2b)，鏡下可見半自形粒狀變晶結構，長石部分自形，部分發(fā)育粒狀變晶結構，黑云母呈定向和微定向排列(圖2c)；③混合巖：主要由混合巖化過程中新產生的淺色體和殘留的原變質巖暗色體構成(圖2d)，具有條帶狀結構、交代穿孔結構；④變粒巖：渤海太古代變粒巖時代一般較老，鋯石U-Pb年齡在3Ga之前，原巖為太古代的砂巖、中酸性火山巖等古老表殼巖，按照巖石中暗色礦物含量多少分為長英質變粒巖和黑云母變粒巖，長英質變粒巖中石英和長石含量較高，具有粒狀變晶結構(圖2e)，黑云母變粒巖中暗色礦物黑云母含量較高，且鏡下可見明顯的定向排列(圖2f)；⑤角閃巖：渤海太古界角閃巖分布范圍局限，僅在渤海南部地區(qū)鉆遇，原巖為太古界基性輝綠巖侵入體，巖石呈灰黑色、致密堅硬，塊狀結構，礦物主要為斜長石和角閃石，鏡下可見大量六邊形的角閃石(圖2g)。

圖2 渤海海域太古界變質巖巖性特征Fig.2 Lithologic characteristics of Archean metamorphic in Bohai sea area

動力變質巖原巖為太古界區(qū)域變質巖，經歷了強烈的構造破碎作用，巖石發(fā)生嚴重破碎，主要巖石類型包括：①碎裂巖：碎裂結構(圖2h)，大部分長石和石英礦物發(fā)生破碎，碎基含量30%～50%，碎塊粒度大于2 mm，局部可見原巖的組構。②碎斑巖：巖石破碎作用更強，鏡下可見石英和長石等脆性礦物破碎呈碎斑結構(圖2i)，碎斑含量50%～70%，碎塊粒度介于0.3～2 mm。

另外，在太古界變質巖中穿插大量晚期侵入體，巖石類型涵蓋了酸性花崗斑巖、中性閃長玢巖以及基性輝綠巖，呈巖脈和巖墻產狀產出于變質巖中，其中中性閃長玢巖較常見，鏡下斑狀結構明顯(圖2j)，斑晶主要為斜長石，基質主要成分為長英質，具有隱晶質結構。

渤海鉆遇的太古界變質巖巖性大部分為變質花崗巖和長英質片麻巖，僅在局部地區(qū)或單井的局部層段發(fā)現(xiàn)了變粒巖、淺粒巖、黑云斜長片麻巖和角閃巖等。從巖石礦物組成看，變質花崗巖和長英質片麻巖中性脆、易溶的長英質含量較高，易形成優(yōu)質儲層；而黑云斜長片麻巖和角閃巖中，黑云母和角閃石等暗色礦物含量較高，不易形成優(yōu)質儲層。現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的大型太古界變質巖油田中90%的巖性均為變質花崗巖和片麻巖，如錦州25-1南、渤中19-6和渤中13-2油氣田；10%的巖性為變粒巖、斜長角閃片麻巖和晚期侵入體，變粒巖和角閃巖類僅在渤中26/27構造、秦皇島30-2構造、錦州20-2構造等有發(fā)現(xiàn)，區(qū)域上無明顯分布規(guī)律。

2.1.2儲集空間類型

渤海太古界變質巖在地質歷史時期，經歷了風化淋濾、構造破碎、流體改造和深埋壓實等多種地質事件，儲集空間類型多樣。通過巖心和薄片觀察，渤海太古界變質巖儲層儲集空間分為孔隙和裂縫兩大類，屬于雙孔介質型儲層。

孔隙型儲層主要發(fā)育在中、淺埋型潛山頂部風化殼中，以礦物溶蝕孔(圖3a)和沿裂縫溶蝕擴大孔(圖3b)為主，溶蝕礦物主要是長石類礦物，局部可見黑云母發(fā)生溶蝕。裂縫型儲層主要發(fā)育在中、淺埋型潛山的中下部和深埋型潛山中，儲集空間以裂縫為主(圖3c)，局部可見沿裂縫的溶蝕擴大孔。潛山中的裂縫與多期區(qū)域構造運動密切相關，呈現(xiàn)不同期次互相切割的特征(圖3d)。早期裂縫產狀一般平緩，以水平縫和低角度裂縫為主，裂縫基本被完全充填，充填物有鐵質礦物(圖3e)、伊利石等礦物，一般不能作為有效儲集空間。晚期裂縫以高角度裂縫為主，裂縫中局部充填方解石、鐵白云石等礦物，呈半充填和開啟狀態(tài)(圖3f)，可作為油氣的有效儲集空間。

圖3 渤海海域變質巖儲集空間特征Fig.3 Reservoir space characteristics of metamorphic in Bohai sea Area

2.1.3物性特征

傳統(tǒng)觀點認為，太古界變質巖屬于結晶巖類，抗壓實能力強，其孔隙度、滲透率受埋深影響不大。但是通過對渤海鉆遇太古界上百口井的壁心、巖心物性與埋深的關系分析發(fā)現(xiàn)，隨著深度增加，變質巖儲層中孔隙度和滲透率整體呈降低趨勢，說明埋深對變質巖儲層物性有一定的控制作用。

對鉆遇太古界變質巖潛山井巖石樣品進行物性實驗，結果表明孔隙度和滲透率均具有較大的分布范圍，其中孔隙度0.2%～32.8%，滲透率(0.01～2 128.4)×10-3μm2。從孔隙度和滲透率與深度的關系可以看出變質巖由淺到深發(fā)育兩個旋回(圖4)。第一個物性旋回是1 500～3 500 m，儲層孔隙度0.6%～32.8%，平均孔隙度8.2%，滲透率(0.01～3 745.5)×10-3μm2，平均滲透率141.5×10-3μm2。代表淺埋藏和中埋藏型潛山由風化殼到基巖帶的物性縱向演化，主要包括錦州25-1南、錦州20-2、曹妃甸18-1/2、曹妃甸1-8、渤中26/27/28地區(qū)。第二個物性旋回為3 500～5 700 m，儲層孔隙度0.2%～15.7%，平均孔隙度4.2%，滲透率(0.01～614.80)×10-3μm2，平均滲透率6.40×10-3μm2。代表深埋型潛山由風化裂縫帶到基巖帶的物性縱向演化，主要包括渤中19-6和渤中13-2地區(qū)。

圖4 渤海海域變質巖孔隙度和滲透率與深度關系Fig.4 Relationship between porosity,permeability and depth of metamorphic in Bohai sea area

2.2 不同埋深儲層縱向分帶結構特征

2.2.1中—淺埋型

渤海中—淺埋型變質巖潛山埋藏深度一般小于3 500 m，此類代表性潛山為遼西凸起的錦州25-1南潛山。根據(jù)巖心、巖屑觀察及測井曲線的綜合特征對比，并結合國內外潛山分帶性特征，將潛山儲層由上至下依次劃分為黏土帶、砂化帶、砂化礫石帶、裂縫帶和基巖帶(圖5)。自上而下，儲集空間類型由孔隙型逐漸轉變?yōu)榱芽p型，測井曲線特征表現(xiàn)為密度逐漸變大，聲波時差逐漸降低、電阻率逐漸升高。中、淺埋型潛山儲層結構最大的特點是潛山頂部風化殼(主要包括：黏土帶、砂化帶和砂化礫石帶)往往比較發(fā)育，優(yōu)質儲層主要分布在潛山頂部300 m范圍內。

圖5 淺埋型變質巖潛山儲層分帶特征Fig.5 Zonation characteristics of shallow buried metamorphic buried hill reservoir

2.2.2深埋型

深埋型變質巖潛山埋藏深度一般大于3 500 m，渤海典型深埋型變質巖潛山有位于渤中凹陷西南部的渤中19-6和渤中13-2太古界潛山。該類潛山由于埋深大，潛山頂部風化殼受壓實作用影響強而成為致密層。

深埋型潛山儲層自上向下劃分為：風化砂礫巖帶、風化裂縫帶、內幕裂縫帶和基巖帶(圖6)。深埋型潛山頂部一般發(fā)育10～40 m厚的風化砂礫巖，儲集空間類型為孔隙-裂縫型，儲層物性較好；風化裂縫帶位于風化砂礫巖之下，儲集空間以裂縫為主，發(fā)育網(wǎng)狀裂縫和長石粒內溶蝕孔，裂縫的密度總體有隨深度增加而降低的趨勢，局部可見到裂縫相對密集發(fā)育帶與裂縫相對不發(fā)育帶相間分布的特征，風化裂縫帶儲層凈毛比高，是區(qū)域上穩(wěn)定分布的優(yōu)質儲層帶；內幕裂縫帶位于風化裂縫帶之下，發(fā)育碎裂巖、碎斑巖、構造角礫巖和少量糜棱巖，儲集空間以裂縫為主，局部可見少量長石內部溶蝕微孔。內幕裂縫帶主要與潛山內幕斷裂有關系，潛山內部斷裂越發(fā)育，內幕裂縫帶厚度越大。基巖帶主要由新鮮的變質巖構成，發(fā)育少量裂縫，不能作為油氣的有效儲層。深埋型潛山分帶最大的特點是潛山上部風化黏土帶和風化砂礫巖帶不發(fā)育，風化裂縫帶和內幕裂縫帶發(fā)育。

圖6 深埋型變質巖潛山儲層分帶特征Fig.6 Zonation characteristics of deep buried metamorphic buried hill reservoir

3 渤海海域太古界變質巖儲層形成控制因素

通過對渤海變質巖潛山儲層成因機制進行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，儲層發(fā)育程度受控于構造應力性質和強度、風化淋濾作用、古地貌、巖石中礦物類型、深部熱流體和埋藏深度6個因素。淺埋型潛山儲層受構造作用、風化淋濾作用和古地貌因素影響較大；深埋型潛山優(yōu)質儲層主要受構造作用控制，其次為巖性因素。

3.1 主要的控制因素

3.1.1構造應力控制裂縫形成

渤海變質巖潛山經歷了太古代以來所有構造運動，多期構造運動對變質巖潛山儲層的形成主要有兩方面的作用。一方面，構造抬升使?jié)撋奖┞兜乇碓馐茱L化淋濾，潛山頂部形成風化殼型優(yōu)質儲層；另一方面，由于多期次、多方向構造應力疊加，潛山內部受到強烈的改造，發(fā)育大量動力變質帶和碎裂帶，形成裂縫型優(yōu)質儲層。

區(qū)域構造演化分析表明，渤海海域從古生代至今主要經歷了加里東-海西期、印支期、燕山期和喜山期四期構造運動。其中，早古生代的加里東運動和晚古生代的海西運動對華北地臺的作用以垂直升降為主，華北地區(qū)上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)缺失，對變質巖成儲作用影響不大，后三期構造運動對太古界變質巖潛山裂縫型儲層形成具有重要的影響作用。

1) 印支期。華北板塊和揚子板塊發(fā)生碰撞，華北板塊發(fā)生大規(guī)模造山運動，在海域中沙壘田凸起—渤南低凸起構造帶、旅大25/30構造帶和錦州25-1構造帶形成一系列印支期北西向“古背斜”。在“古背斜”核部應力發(fā)育集中部位，斷裂發(fā)育密度最大，是形成裂縫型優(yōu)質儲層的有利部位。在“古背斜”翼部或“古向斜”等弱應力部位斷裂不發(fā)育。印支期強烈的逆沖推覆造山運動在變質巖內部形成大量的近東西向和北西-南東向裂縫。薄片下可見糜棱結構(圖7a)、斜長石彎曲解理(圖7b)以及斜長石多米諾型書斜式構造和微斷層碎裂流動(圖7c)等擠壓成因的典型巖石結構。這些裂縫在后期成巖過程中基本被鐵質礦物、泥質和硅質礦物充填(圖7d)，但早期形成的裂縫發(fā)育帶和動力破碎帶為后期儲層再改造奠定了良好的基礎。

2) 燕山期。太平洋板塊向東亞大陸俯沖，在渤海形成一系列北東向走滑斷層，部分斷裂斷入變質巖中，造成太古界潛山分帶。北東向斷層對變質巖儲層進行再次改造，在潛山內部形成大量北東向裂縫。

3) 喜山期。由于太平洋俯沖方向發(fā)生變化以及印度板塊與歐亞板塊碰撞，郯廬斷裂發(fā)生右旋走滑拉張活動，渤海發(fā)育大量的東西向斷層。喜山期運動對潛山內部早期裂縫產生再活化作用，使早期裂縫發(fā)生再次開啟，在早期裂縫基礎上形成大量“縫中縫”(圖7f)，是有效裂縫形成的關鍵時期，也是油氣成藏的主要儲集空間(圖7e)。印支期、燕山期和喜山期三期構造運動對變質巖潛山的疊加改造，形成了渤海變質巖潛山超大規(guī)模裂縫體系，為后期油氣的充注提供了充足的儲集空間。

圖7 不同構造運動影響下變質巖儲層微觀響應特征Fig.7 Microscopic response characteristics of metamorphic basement reservoir under the influence of different tectonic movements

3.1.2風化淋濾控制風化溶蝕孔形成

大氣水風化淋濾作用是淺埋型變質巖潛山優(yōu)質儲層形成關鍵因素。風化作用對于花崗巖潛山改善意義重大，改變了巖石的物理化學性質，形成了大量的次生孔隙和裂縫，改善了變質巖潛山的巖石物性，使其具備了形成優(yōu)質儲層的基礎。

通過手標本觀察和鏡下鑒定，渤海變質巖中存在大量風化淋濾成因的孔隙型儲集空間。主要表現(xiàn)為長石溶蝕和富高嶺石風化殼的形成。長石的溶蝕提供了大量儲集空間，長石的黏土礦化降低了巖石機械抗壓強度，也提供了大量微孔隙空間。風化作用不僅表現(xiàn)在表層風化殼的形成，同時也會對先期形成的裂縫產生改造作用。

錦州25-1南構造太古界變質巖巖心顯示，大氣水淋濾溶蝕作用是沿裂縫分布的，在裂縫段受風化作用改造，巖石破碎嚴重，質地疏松，呈碎裂狀(圖8a)。在裂縫不發(fā)育的部位，花崗巖基本保持了原巖的致密面貌。顯微鏡下可觀察到典型的風化作用標志現(xiàn)象，如潛山頂部風化殼部位礦物顆粒間發(fā)育大量的滲濾粘土(圖8b)、顆粒懸浮于風化黏土之間(圖8c)。潛山頂部風化殼處于開放流體成巖環(huán)境，長石類礦物溶蝕形成的高嶺石、硅質等產物可隨流體及時遷出，形成較干凈的次生孔縫(圖8d、e)，使風化殼儲層保持較好的物性。

圖8 渤海海域變質巖儲層風化淋濾作用標志Fig.8 Typical indicators of weathering and leaching of metamorphic reservoirs in Bohai sea area

3.1.3古地貌控制不同類型儲層分布

通過已鉆井研究結合野外地質剖面考察發(fā)現(xiàn)，對淺埋風化殼型儲層來說，古地貌是風化殼發(fā)育程度的重要控制因素。風化物質能否保留取決于構造的古地貌形態(tài)，在構造坡頂以及陡坡帶上部風化砂礫巖帶不易保存，儲層以風化裂縫帶為主。在構造寬緩的平臺、坡度較小的寬緩斜坡以及坡腳位置風化砂礫巖帶容易保存，但由于構造相對低部位處于構造應力強度相對薄弱部位，下部裂縫帶不如構造高部位發(fā)育。

錦州25-1南太古界變質巖儲層具有典型的古地貌控儲特征(圖9)。JZ25-1S-H井區(qū)位于高凸起部位，風化砂礫巖帶不發(fā)育，潛山優(yōu)質儲層以風化裂縫帶為主。JZ25-1S-E井區(qū)位于相對寬緩的構造高部位，潛山頂部保留了薄層的風化砂礫巖帶，風化砂礫巖下部發(fā)育了厚度較大的風化裂縫帶。JZ25-1S-B井區(qū)位于坡度較小的平臺部位，太古界頂部的風化砂礫巖帶保存并形成優(yōu)質儲層。

圖9 古地貌對變質巖儲層的控制作用Fig.9 Control of paleogeomorphology on metamorphic rock reservoir

3.1.4巖石類型控制縫孔發(fā)育程度

渤海太古界變質巖巖石類型可分為兩大類，一類為暗色礦物含量較低的長英質巖石，如花崗質片麻巖、變質花崗巖和混合巖；另一類為暗色礦物含量較高的鐵鎂質巖石，如角閃巖、黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖等。變質巖中長英質礦物含量與能否形成優(yōu)質儲層密切相關，長英質礦物含量高，巖石脆性強，易形成裂縫和溶蝕孔，長英質礦物含量低，巖石塑性強，不易形成裂縫，也不易發(fā)生溶蝕作用。渤海太古界變質巖中90%左右的巖石為長英質巖石，其脆性較強，同等構造應力條件下會優(yōu)先產生裂縫，后期也更容易發(fā)生流體溶蝕改造，形成優(yōu)質儲層。暗色礦物含量較高的表殼巖會在變質巖潛山內部形成一些致密隔層，在一定程度上影響儲層的凈毛比。巖石類型會在區(qū)域小尺度范圍內影響儲層的發(fā)育程度。

對于構造背景相似的太古界變質巖，巖石中長英質礦物含量是影響其成儲能力的重要因素之一。如：同位于遼西凸起的錦州20-2構造上的JZ20-2-G井和JZ20-2-E井，構造背景相似， JZ20-2-G井太古界以變質花崗巖為主，長英質含量為84%，孔隙度平均5.6%，巖心破碎，裂縫較發(fā)育；而JZ20-2-E井太古界巖性以黑云堿長片麻巖為主，長英質含量為51%，孔隙度平均0.58%，巖心保存完整，裂縫不發(fā)育(圖10)。

圖10 渤海海域太古界變質巖長英質礦物含量與物性關系Fig.10 Relationship between the content of felsic minerals and physical properties of Archean metamorphic batholith in Bohai sea area

3.1.5深部熱流體對儲層具有雙重控制作用

深部熱流體在盆地演化過程中普遍存在，包括與火山活動等地質事件伴生的熱流體和烴源巖排出的有機酸。與大氣水風化淋濾作用不同，深部流體對潛山從頂部風化砂礫巖到內幕裂縫帶均有影響。但熱流體對儲層的影響是兩面性的。一方面，深部熱流體中含有大量的富硅流體、富鐵流體以及富鈣流體，在裂縫中沉淀形成石英脈(圖11a)、燧石脈以及黃鐵礦(圖11b)、菱鐵礦、鐵方解石等礦物，這些礦物堵塞孔隙和裂縫，尤其對早期裂縫充填作用強烈，對儲層起到破壞性作用;另一方面，酸性熱流體，如含幔源CO2的流體，以及烴源巖排出的有機酸進入儲層后，溶蝕長石和方解石等易溶礦物，形成晶體內部微孔(圖11c)和沿裂縫的溶蝕擴大孔(圖11d)，與此同時溶蝕孔隙中會沉淀高嶺石等伴生礦物，形成黏土微孔隙。深部熱流體對儲層的影響與潛山內部裂縫密切相關，裂縫發(fā)育部位深部流體改造作用強，裂縫不發(fā)育部位儲層受流體改造程度低。

圖11 深部熱流體對變質巖儲層的改造效應Fig.11 Dissolution effects of deep thermal fluid on metamorphic reservoir

深部熱流體對變質巖儲層從上部風化砂礫巖帶到內幕裂縫帶均有影響，具有貫通式作用特征。熱流體既能夠對長石類礦物和裂縫中充填物進行溶蝕改造，同時在一定程度上也會形成新的礦物沉淀堵塞孔縫。在構造活動強烈的內幕裂縫發(fā)育部位、潛山頂部風化強烈部位以及晚期侵入體與圍巖接觸帶部位熱流體對儲層的改造作用越強。

3.1.6埋藏深度控制優(yōu)質儲層類型結構

傳統(tǒng)觀點認為花崗巖潛山受埋深影響不大，但勘探實踐證實隨著埋深增大變質巖孔隙度和滲透率發(fā)生降低(圖4)，原因在于風化殼埋藏過程中成巖演化具有差異。不同的成巖強度決定了變質巖風化殼儲層的優(yōu)劣。隨著埋深加大，儲層中成巖強度逐漸增強，壓實作用、膠結作用、礦物充填等成巖作用堵塞儲層中孔隙和裂縫閉合，使儲層物性降低。

變質巖由地表或淺埋藏階段至深埋階段過程中，儲層的孔隙度、滲透率總體均呈現(xiàn)下降趨勢，但不同儲層相帶下降幅度各不相同。風化殼上部的風化砂化礫石帶物性呈現(xiàn)明顯的、大幅度的降低趨勢，風化裂縫帶次之，內幕裂縫段物性變化不大。造成這種現(xiàn)象的原因在于風化作用強烈的風化砂礫巖帶中巖石質地疏松、黏土含量高，抗壓實能力弱，在埋藏過程中物性遞減較快。據(jù)統(tǒng)計在1 000～4 000 m范圍內，風化砂礫巖帶孔隙度損失率達56%。

風化作用相對較弱的風化裂縫帶和內幕裂縫帶，抗壓實能力強，物性保持能力相對較強。通過對渤海變質巖和碎屑巖隨深度變化趨勢對比發(fā)現(xiàn)，在1 000～4 000 m范圍內，碎屑巖孔隙度損失率76%，而變質巖的內幕裂縫帶孔隙度損失率僅有11%(圖12)。富長英質礦物的剛性變質巖比碎屑巖具有更高的抗壓和抗變形強度。因此，變質巖有效儲層深度下限更深，勘探實踐證實埋深超過5 500 m的變質巖仍可以發(fā)育有效裂縫儲層。

圖12 變質巖和碎屑巖孔隙度隨深度變化趨勢對比Fig.12 Comparison of porosity variation trend of metamorphic rock and clastic rock with depth

變質巖潛山儲層演化的特點決定了不同埋深油氣成藏模式和儲層類型結構的差異性。錦州25-1南構造淺埋型潛山，由于受埋深壓實作用弱，風化殼上部風化砂礫巖帶可以保存，頂部風化殼是其主要儲層。因此，成藏位置也多集中在潛山頂部。而深埋型潛山，如渤中19-6和渤中13-2潛山，頂部風化殼受壓實作用成為致密層，油氣藏多形成于風化裂縫帶和內幕裂縫帶。

3.2 不同埋深儲層形成主控因素存在差異

渤海太古界變質巖潛山分為中—淺埋型和深埋型潛山，優(yōu)質儲層整體受控于構造作用、風化淋濾作用、古地貌、深部熱流體、埋藏深度以及巖石中礦物類型與含量6個因素。但是各個影響因素并不孤立存在，優(yōu)質儲層是多因素綜合影響的結果，不同埋深類型潛山儲層主控因素有明顯差異。

構造作用、風化淋濾作用和古地貌控制了風化殼的區(qū)域分布規(guī)律，也是中—淺埋風化殼型變質巖潛山優(yōu)質儲層的主控因素。構造應力的性質和強度決定了變質巖潛山的裂縫發(fā)育程度和古地貌格局。在構造“古背斜”核部斷裂發(fā)育密度最大，在“古背斜”翼部或“古向斜”等弱應力部位斷裂不發(fā)育。斷裂的發(fā)育程度不僅僅控制著潛山中裂縫的發(fā)育程度，也控制著變質巖潛山的風化程度，構造位置相對較高的“古背斜”部位，潛山內部裂縫發(fā)育，大氣水越容易沿著斷層進入變質巖潛山內部，發(fā)生溶蝕改造，潛山頂部風化殼和風化裂縫帶越厚。但從風化殼的保存難易程度來講，構造高部位不利于厚層風化砂礫巖帶的保存，其風化裂縫帶較厚；構造平緩的相對低部位風化砂礫巖易保存；但下部風化裂縫帶相對較薄。淺埋型變質巖潛山風化殼壓實、膠結和礦物充填等成巖作用相對較弱，儲層中有效孔隙和裂縫能夠保存較好，有利于優(yōu)質儲層的形成。

深埋型變質巖潛山頂部風化殼受壓實作用、膠結作用和礦物充填作用影響，孔隙基本被壓實殆盡或充填完全，儲集空間以裂縫為主。因此，深埋型變質巖潛山優(yōu)質儲層主要受構造作用控制。不同時期構造運動對太古界變質巖規(guī)模性裂縫儲層的控制作用有所差異，印支期強烈的逆沖擠壓推覆作用使太古界變質巖內部發(fā)生強烈破碎，雖然這些古老裂縫現(xiàn)今基本被充填，但是這些碎裂帶為后期構造“再活化”奠定了較好的基礎。尤其是燕山期、喜山期構造運動能夠對早期裂縫進行“再活化”改造形成大量開啟裂縫，是深埋型變質巖潛山有效裂縫形成的關鍵。早期擠壓碎裂帶、晚期拉張再活化是有效裂縫形成的完整旋回，也是太古界深埋潛山能夠形成規(guī)模性優(yōu)質儲層的條件。因此，尋找印支期強擠壓、燕山期走滑改造和新生代持續(xù)活化的疊合構造高部位，是深埋型變質巖潛山內幕裂縫儲層發(fā)育的有利區(qū)。

4 結論

渤海太古界變質巖總體以長英質含量較高的片麻巖、變質花崗巖和混合巖為主，局部地區(qū)發(fā)育變粒巖和角閃巖，具有發(fā)育規(guī)模性優(yōu)質儲層的巖性基礎。渤海太古界變質巖按照埋深分為淺埋型和深埋型潛山，淺埋型潛山自上向下分為黏土帶、砂化帶、砂化礫石帶、裂縫帶和基巖帶，儲集空間以孔隙和裂縫為主；深埋型潛山自上向上分為風化裂縫帶、內幕裂縫帶和基巖帶，儲集空間以裂縫為主。

渤海海域太古界變質巖潛山儲層形成整體受構造作用、風化淋濾作用、古地貌、巖石礦物組成、深部熱流體和埋深6個因素控制，構造應力控制了變質巖裂縫的形成，風化淋濾作用控制了風化溶蝕孔形成，古地貌控制了不同類型儲層的平面分布，巖石礦物組成控制了縫孔發(fā)育程度，深部熱流體對儲層具有雙重控制作用，埋藏深度控制了優(yōu)質儲層的類型結構。淺埋型變質巖潛山儲層受風化淋濾作用和古地貌因素影響較大，而深埋型變質巖潛山優(yōu)質儲層主要受構造作用控制，其次為巖性因素。

本文對渤海海域太古界變質巖潛山儲層特征及控制因素的研究認識，一方面豐富和完善了潛山儲層研究相關理論，同時也為其他地區(qū)同類潛山儲層評價提供了參考。