渤中19-6凝析氣田太古宇潛山儲層發(fā)育主控因素及地質(zhì)模式

范廷恩，牛濤，范洪軍，胡光義，樊鵬軍，馬淑芳，肖大坤

中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京100028

1 地質(zhì)概況

渤中19-6潛山凝析氣田是近年來渤海發(fā)現(xiàn)的最大千億方大氣田，該氣田的發(fā)現(xiàn)將為緩解華北地區(qū)用氣緊張、實(shí)現(xiàn)京津冀綠色低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要作用。渤中19-6凝析氣田位于渤中凹陷西南部，東南方向?yàn)椴衬系屯蛊?，西部為埕北低凸起，南接黃河口凹陷，北接渤中凹陷主洼，為渤中凹陷西南次洼和南次洼夾持的、具有洼中隆特征的背斜構(gòu)造帶（圖1）。研究區(qū)渤中19-6構(gòu)造帶及周邊縱向地層自上而下依次發(fā)育第四系平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組以及太古宇變質(zhì)巖基底，除上述地層外，構(gòu)造帶南部還發(fā)育孔店組砂礫巖地層，構(gòu)造帶北部發(fā)育中生界地層。其中，沙三段、沙一段以及東三段為主要的3套烴源巖層，明化鎮(zhèn)組、館陶組、孔店組等主要發(fā)育碎屑巖儲層，中生界地層巖性主要為砂礫巖和凝灰?guī)r[1-2]，太古宇為變質(zhì)巖基底。

圖1 渤中19-6凝析氣田區(qū)域位置圖Fig.1 The location of Bozhong 19-6 condensate field

太古宇變質(zhì)巖潛山基底是研究區(qū)的主要含氣層段，埋藏深度4 200～5 500 m，構(gòu)造上被南北走向的郯廬斷裂切割成東、西兩部分，并進(jìn)一步被近東西向次級斷裂切割成復(fù)雜斷塊[3]。巖性以二長片麻巖、變質(zhì)花崗巖以及混合花崗巖為主，儲層空間分布復(fù)雜，儲集空間類型以裂縫為主，同時(shí)發(fā)育一定數(shù)量的溶蝕孔隙。潛山平均孔隙度3.9%，平均滲透率2.6 mD，低孔低滲特征。凝析油含量平均700 g/m3，屬于特高含凝析油的塊狀凝析氣藏。

鉆井揭示渤中19-6太古宇潛山儲層發(fā)育規(guī)律復(fù)雜，主要表現(xiàn)在：①不同斷塊及同一斷塊不同位置儲層發(fā)育厚度差異大，變化快，有效儲層厚度40～400 m，測試產(chǎn)能差異大，測試產(chǎn)氣量1.1～30萬方/天；②含氣層段長，儲層不僅在潛山風(fēng)化帶發(fā)育，在進(jìn)尺1 000 m的內(nèi)幕帶仍發(fā)育有效儲層。渤中19-6太古宇潛山的發(fā)現(xiàn)是近年來深層天然氣勘探的重大突破，但目前對其儲層發(fā)育模式及控制因素的研究、認(rèn)識還不夠深入。本文基于鉆井、測井、測試等資料，綜合闡述了渤中19-6太古宇潛山儲層的發(fā)育規(guī)律和地質(zhì)模式，對該氣田及周邊相似潛山油氣田的儲層認(rèn)識及開發(fā)方案編制具有重要意義。

2 潛山縱向分帶

太古宇變質(zhì)巖潛山儲層形成的控制因素復(fù)雜，前人研究一般認(rèn)為巖性、構(gòu)造運(yùn)動和風(fēng)化淋濾作用是變質(zhì)巖潛山儲層形成的三大主要控制因素，其中巖石類型是內(nèi)因，構(gòu)造運(yùn)動和風(fēng)化淋濾作用是外因[4-5]。在潛山巖石類型相同的條件下隨著深度增加，潛山內(nèi)部受構(gòu)造以及地表風(fēng)化淋濾等作用的改造作用逐漸減弱，因此，潛山儲集層縱向發(fā)育程度出現(xiàn)差異。潛山頂部除在構(gòu)造運(yùn)動過程中形成構(gòu)造縫外，在出露地表期間遭受風(fēng)化淋濾作用的進(jìn)一步改造，形成風(fēng)化縫、收縮縫、溶蝕孔縫等儲集空間類型，越靠近潛山頂部，改造作用越強(qiáng)，儲層中裂縫和孔隙越發(fā)育[6-11]。通常情況下，在石油勘探開發(fā)中將這部分受構(gòu)造和風(fēng)化淋濾作用雙重影響的儲集層段稱為風(fēng)化帶。隨著深度的增加，構(gòu)造應(yīng)力以及地表地質(zhì)營力作用逐漸減弱，儲集空間類型主要以構(gòu)造縫為主且構(gòu)造縫數(shù)量逐漸減少，這部分主要受構(gòu)造運(yùn)動控制而不受風(fēng)化淋濾作用影響或影響很小的儲集層稱為內(nèi)幕帶[12-18]。在野外太古宇變質(zhì)巖露頭中這種縱向的差異比較普遍，在露頭頂部裂縫非常發(fā)育，網(wǎng)狀裂縫發(fā)育特征明顯，巖石碎裂化程度高（圖2a），隨深度增大，裂縫數(shù)量逐漸減少，巖體越來越致密。

圖2 山東泰安新泰地區(qū)斷裂帶野外地質(zhì)露頭特征Fig.2 Outcrops of a fault zone in Xintai region,Tai 'an,Shandong Province

通過對渤中19-6凝析氣田已鉆井進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶儲集性能的差異在物性以及鉆時(shí)、電阻率等電測曲線上也有明顯的體現(xiàn)。其中風(fēng)化帶由于裂縫較為發(fā)育，成像測井平均線裂縫密度3～6條/m，儲集性能好，測井解釋平均孔隙度2.4%～6.5%，凈毛比0.33～0.62（表1）。而內(nèi)幕帶儲集層整體較差，平均裂縫線密度0.8～1.2條/m，測井解釋平均孔隙度1.7%～3.9%，凈毛比小于0.35。從電測曲線上看，風(fēng)化帶裂縫發(fā)育，鉆時(shí)和電阻率相對較低，鉆時(shí)8～29 min/m，電阻率170～1 100Ω·m。另外，由于風(fēng)化帶受風(fēng)化淋濾作用較強(qiáng)，黏土礦物增多，伽馬能譜測井中TH、U含量較內(nèi)幕帶明顯增高。內(nèi)幕帶致密層較為發(fā)育，鉆時(shí)普遍較高，為12～52 min/m，電阻率明顯高于風(fēng)化帶，為700～22 000Ω·m，由于內(nèi)幕帶受風(fēng)化淋濾作用較弱，TH、U含量較風(fēng)化帶明顯降低（圖3）。

表1 渤中19-6太古宇潛山風(fēng)化帶分帶標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards for classification of weathering zone in Bozhong19-6 field

圖3 渤中19-6太古宇潛山BZ19-6-G井單井縱向分帶特征Fig.3 Vertical zonation of BZ19-6-G well in Bozhong 19-6 field

3 風(fēng)化帶儲層特征

渤中19-6太古宇潛山風(fēng)化帶厚度42～415 m，厚度差異大，主要儲集空間為構(gòu)造裂縫、風(fēng)化縫，其次是溶蝕縫、溶蝕孔等。巖心顯示風(fēng)化帶整體裂縫較為發(fā)育，同時(shí)，宏觀裂縫整體充填程度高，超過50%的宏觀裂縫完全充填，為閉合無效縫，充填物主要為泥質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵白云石等。成像測井解釋有效裂縫開度200～600μm，裂縫相互切割整體呈網(wǎng)狀特征，越靠近潛山頂部風(fēng)化改造作用越強(qiáng)，巖石碎裂化程度越高（圖4a），隨著深度增加，風(fēng)化縫數(shù)量減少，以構(gòu)造縫為主（圖4b），裂縫間的巖塊變致密。另外，張裂縫延伸長度短，裂縫壁不規(guī)則，平均張開度大，個(gè)別殘留張裂縫開度大于2 mm，在部分張裂中可見發(fā)育完好的石英晶體（圖4c），石英晶體的存在對裂縫的支撐作用明顯，有效降低了壓實(shí)過程中裂縫的閉合程度（圖4d）。通過鑄體薄片和掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，微觀儲集空間類型主要為微裂縫，其次是溶蝕孔隙，溶蝕孔隙沿微裂縫呈串珠狀分布。微觀儲集空間整體充填程度也較高，鑄體薄片定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示微觀裂縫充填比例達(dá)85.2%，主要充填物為白云石、鐵白云石、硅質(zhì)、泥質(zhì)等（圖5）。

圖4 BZ19-6-G井太古宇潛山巖心特征Fig.4 Pictures of cores from well BZ19-6-G in Bozhong19-6 field

圖5 渤中19-6潛山微觀裂縫類型及充填特征Fig.5 The types and filling characteristics of micro-fractures in Bozhong 19-6 field

4 風(fēng)化帶儲層發(fā)育控制因素

風(fēng)化帶儲層受構(gòu)造和風(fēng)化淋濾雙重作用控制，整體儲層比較發(fā)育，空間連續(xù)性好，呈“似層狀”分布。通過古地貌、斷層、溝-脊、坡度等控制因素與風(fēng)化帶儲層關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化帶厚度主要受古地貌控制，古地貌構(gòu)造越高，風(fēng)化帶厚度越大。同時(shí)，受局部斷層、溝-脊、坡度等因素的調(diào)節(jié)作用，局部風(fēng)化帶儲層厚度增大或減小。

4.1 宏觀古地貌

通過風(fēng)化帶厚度與各控制因素的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，渤中19-6潛山風(fēng)化帶厚度受古地貌控制明顯。渤中19-6太古宇潛山上覆地層為沙一段和沙二段，以穩(wěn)定沉積的灰色、深灰色泥巖為主，且與上覆東營組沉積之間為整合接觸，因此采用層拉平的方法將沙河街組頂拉平進(jìn)行古地貌恢復(fù)[19]，恢復(fù)的古地貌能夠反映潛山在埋藏前的相對古地貌形態(tài)（圖6）。根據(jù)層拉平的機(jī)理，上覆沙河街組地層厚度變化即反映了古地貌的高低變化。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化帶厚度與潛山上覆沙河街組地層厚度相關(guān)性較好（圖7），對應(yīng)的古地貌構(gòu)造高部位儲層厚度大，向構(gòu)造低部位儲層厚度逐漸減薄。渤中19-6構(gòu)造古近系沉積前的古地貌恢復(fù)結(jié)果顯示，研究區(qū)構(gòu)造整體呈近南北向的構(gòu)造脊形態(tài)（圖7），構(gòu)造脊部位風(fēng)化帶厚度最大，儲層平均厚度213 m，向兩側(cè)構(gòu)造低部位厚度逐漸減薄，平均厚度僅為56 m，整體表現(xiàn)為從構(gòu)造高部位向低部位逐漸減薄的“似層狀”鯉魚背模式。

圖6 渤中19-6太古宇潛山古近系地層沉積前古地貌圖Fig.6 Paleogeomorphology of buried hill in Bozhong19-6 field

圖7 太古宇潛山風(fēng)化帶厚度與上覆沙河街組地層厚度交會圖Fig.7 The relation of the weathering zone thickness to the strata thickness of the overlying Shahejie Formation

潛山在構(gòu)造運(yùn)動過程中除形成控制斷塊邊界的較大規(guī)模斷層外，還會派生出一些較小規(guī)模的斷層，這些小斷層使得斷塊內(nèi)部潛山頂面呈現(xiàn)出高低起伏的初始地貌特征。同時(shí)，由于斷層及斷層附近裂縫發(fā)育集中，巖體風(fēng)化剝蝕速度快，逐漸被侵蝕成為溝谷，經(jīng)過長期的風(fēng)化剝蝕之后潛山頂面就形成了高低起伏的“溝-脊”地貌[20]。其中，“脊”為剝蝕殘留高部位，風(fēng)化帶厚度大，“溝”為原斷層位置被侵蝕而成的低谷部位，風(fēng)化帶厚度相對較薄。通過潛山頂面“溝脊”微地貌的精細(xì)刻畫能夠進(jìn)一步表征潛山風(fēng)化帶厚度的變化規(guī)律和分布特征。溝脊在潛山構(gòu)造高部位和低部位均發(fā)育，通過溝脊地貌的精細(xì)刻畫，可以指導(dǎo)在構(gòu)造高部位預(yù)測出裂縫發(fā)育相對差的“溝”，進(jìn)而進(jìn)一步指導(dǎo)開發(fā)井網(wǎng)部署。同時(shí)，也可以指導(dǎo)在構(gòu)造低部位預(yù)測出裂縫相對發(fā)育的“脊”，據(jù)此進(jìn)行潛力評價(jià)。

4.2 巖石類型

巖石類型是影響潛山儲層發(fā)育的重要內(nèi)因，特別是暗色礦物的含量直接影響了裂縫形成的難易程度。根據(jù)前人研究結(jié)果，黑云母、角閃石等暗色礦物為韌性礦物，不易形成構(gòu)造裂縫[5]，因此暗色礦物含量越高越不利于裂縫型儲層的形成。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，渤中19-6潛山中央構(gòu)造脊東西兩側(cè)暗色礦物含量差異明顯，其中西塊暗色礦物含量低，暗色礦物含量平均3.9%，儲層厚度120～420 m，測試產(chǎn)量18～31萬方/天，無阻流量45～160萬方/天。東塊暗色礦物含量較高，暗色礦物含量平均7.5%，儲層厚度38～253 m，測試產(chǎn)量1.1～20萬方/天，無阻流量1.2～70萬方/天，西塊儲層及測試產(chǎn)能明顯比東塊好。

4.3 局部斷層

斷層及斷層周圍一定范圍內(nèi)為應(yīng)力集中區(qū)，往往會派生或次生一些構(gòu)造裂縫，形成的構(gòu)造裂縫不僅可以直接作為潛山巖體的儲滲空間，而且也為巖體出露地表后的風(fēng)化淋濾提供了基礎(chǔ)[5]。類比其他潛山油氣田及野外地質(zhì)露頭勘測結(jié)果顯示，斷層單側(cè)影響裂縫發(fā)育的距離約為150 m。對山東新泰野外一處斷距約為150～200 m的斷層進(jìn)行觀測，該斷層上升盤出露太古宇變質(zhì)巖，在斷層帶核心約20 m范圍內(nèi)裂縫相互切割，巖塊基本完全碎裂，局部可見明顯的斷塊角礫、靡棱巖等。隨著與斷層距離增加，裂縫密度逐漸降低，距離斷層約50 m范圍內(nèi)，平均裂縫密度為20～30條/m（圖2d），50～100 m范圍內(nèi)平面裂縫密度5～15條/m（圖2c），100～150范圍內(nèi)平均裂縫密度3～10條/m（圖2b），當(dāng)距離斷層距離超過150 m時(shí)，變質(zhì)巖露頭僅有零星裂縫發(fā)育，基本以致密巖塊為主（表2）。在斷層及其一定范圍內(nèi)由于裂縫發(fā)育，為后期的風(fēng)化淋濾作用提供了便利，不僅巖塊風(fēng)化程度相比其他地方高，且沿裂縫風(fēng)化的深度更大，最終形成的風(fēng)化帶厚度大，因此局部斷層的發(fā)育會對風(fēng)化帶厚度起到一定的調(diào)節(jié)作用。

表2 新泰變質(zhì)巖露頭斷層附近裂縫發(fā)育密度統(tǒng)計(jì)Table 2 Fracture density on the metamorphic outcrop fault near Xintai

4.4 構(gòu)造坡度

構(gòu)造坡度的陡緩影響風(fēng)化帶的保存程度，平緩的潛山面有利于風(fēng)化帶的保存，儲集層厚度大，儲集性能好；反之，潛山面陡，風(fēng)化帶更容易被侵蝕，不利于風(fēng)化帶的保存，風(fēng)化帶厚度薄，儲集性能

差。勝利油田太古宇潛山不同部位的生產(chǎn)井的試油資料統(tǒng)計(jì)證實(shí)，平緩潛山頂面的太古宇儲集體的儲集性能普遍優(yōu)于陡峭的潛山斜坡[4]。渤中19-6潛山各斷塊坡度3.9°～16.4°，對應(yīng)的風(fēng)化帶儲層厚度差異較大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示坡度小于9°的斷塊風(fēng)化帶厚度110～220 m，坡度大于9°的斷塊風(fēng)化帶厚度42～92 m（圖8）。需要注意的是，實(shí)際的古地貌比較復(fù)雜，同一斷塊內(nèi)也具有一定的構(gòu)造起伏，不同部位坡度也都有一定差異，因此，在同一斷塊內(nèi)部也會因?yàn)槠露鹊牟町悓?dǎo)致局部風(fēng)化帶厚度的增大或減小。

圖8 渤中19-6凝析氣田風(fēng)化帶厚度與坡度關(guān)系圖Fig.8 Relationship between weathering zone thickness and slope in Bozhong19-6 field

5 內(nèi)幕帶儲層特征

早期渤海海上已發(fā)現(xiàn)的太古宇潛山油氣田，如錦州25-1南潛山、蓬萊9-1潛山油田、曹妃甸18-1/18-2油田等，含油氣層段都集中分布在距離潛山頂50～300 m范圍的風(fēng)化帶內(nèi)。2011年在遼河興隆臺潛山深化勘探中鉆探的興古7井在潛山頂面1 500 m以下深度段獲得了高產(chǎn)油氣流，這充分說明太古宇潛山儲集層不一定限于潛山頂部的風(fēng)化殼，在潛山內(nèi)幕仍具有形成油氣藏的可能，潛山內(nèi)幕也具有巨大勘探潛力。渤中19-6凝析氣田多口探井揭示在進(jìn)山1 000 m范圍內(nèi)的內(nèi)幕帶仍發(fā)育有效儲層（圖3）。

5.1 內(nèi)幕帶儲層特征

內(nèi)幕帶巖心、鑄體薄片、成像測井等綜合分析結(jié)果表明，儲層的主要儲集空間類型為構(gòu)造裂縫，風(fēng)化淋濾作用形成的風(fēng)化縫、溶蝕孔發(fā)育較少，基質(zhì)相對致密，整體裂縫走向以NE向和近NE向?yàn)橹?。與風(fēng)化帶相比低角度裂縫數(shù)量減少，高角度裂縫比例增加，傾角大于60°的高角度縫比例占到26.1%～49%。另外，由于內(nèi)幕帶受風(fēng)化淋濾作用影響小，溶蝕孔隙發(fā)育較少，長石礦物表面相對新鮮，蝕變程度較低。內(nèi)幕帶儲層整體較差，儲層凈毛比小于0.35，測井解釋孔隙度2.13%～3.86%，測井解釋滲透率1.75～2.30 mD。

5.2 主控因素分析

對于潛山內(nèi)幕儲層的成因目前業(yè)內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一意見，多數(shù)人認(rèn)為構(gòu)造改造程度是影響內(nèi)幕儲層發(fā)育的最關(guān)鍵因素，只要構(gòu)造運(yùn)動足夠強(qiáng)烈，即使是巖石礦物中暗色礦物含量高或巖性單一，同樣也可以形成優(yōu)質(zhì)儲層[12]。

渤中19-6潛山經(jīng)歷了印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動、喜山運(yùn)動多期構(gòu)造運(yùn)動，形成了多期斷裂系統(tǒng)：印支期揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞，產(chǎn)生大量北西西向的逆沖斷層；燕山期太平洋板塊沿北西西向朝東亞大陸俯沖，郯廬斷裂發(fā)生左旋擠壓，派生出大量北東向的斷層；燕山早期渤海灣盆地進(jìn)入拉張裂陷階段，在近南北向的拉張作用下，形成了大量東西向張性正斷層。多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動在潛山內(nèi)部形成了大量的內(nèi)幕高角度斷層，這些內(nèi)幕斷層控制了內(nèi)幕裂縫的發(fā)育。

5.3 內(nèi)幕帶儲層分布模式

潛山內(nèi)幕帶儲層主要受內(nèi)幕高角度斷層控制，內(nèi)幕儲層沿?cái)鄬映省皫睢狈植迹瑑?nèi)幕高角度斷層的識別刻畫成為內(nèi)幕儲層預(yù)測的關(guān)鍵。通過對原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行F-K濾波處理，潛山內(nèi)幕高角度斷層的地震反射得到了很好的增強(qiáng)（圖9），同時(shí)將不同傾向的高角度斷層分開。其次，通過在潛山內(nèi)幕不同深度提取沿層振幅切片，來表征潛山內(nèi)幕高角度斷層的平面分布特征。通過內(nèi)幕高角度斷層的識別，發(fā)現(xiàn)內(nèi)幕高角度斷層發(fā)育的區(qū)域幕帶儲層普遍發(fā)育好，高角度斷層與井點(diǎn)儲層特征及測試結(jié)果吻合較好。

圖9 潛山內(nèi)幕高角度斷層地震反射特征Fig.9 The seismic reflection characteristics of high Angle faults of a buried hill

內(nèi)幕高角度斷層屬性分析顯示，內(nèi)幕高角度斷層整體分布具有局部發(fā)育集中、不均勻、平面分布不連續(xù)的特征。同時(shí)，潛山向下隨深度增加應(yīng)力差減小，溶蝕作用減弱，改善儲層物性的成巖作用減弱。但是，壓實(shí)及膠結(jié)作用增強(qiáng)，導(dǎo)致儲層物性逐漸變差。因此，潛山內(nèi)幕帶儲層縱向具有沿內(nèi)幕高角度斷層“帶狀”分布，同時(shí)在一定范圍內(nèi)自上而下裂縫帶逐漸變窄，呈“漏斗形”的展布模式（圖10）。

圖10 渤中19-6凝析氣田太古宇潛山地質(zhì)模式Fig.10 The geological model of a buried hill in Bozhong19-6 field

6 結(jié)論

（1）渤中19-6潛山縱向上分為風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶，風(fēng)化帶厚度42～415 m，空間上分布連續(xù)，從高部位到低部位厚度逐漸減薄，呈“似層狀”分布。內(nèi)幕帶沿內(nèi)幕高角度斷層呈“帶狀”漏斗型分布，空間分布不連續(xù)，通過內(nèi)幕高角度斷層與風(fēng)化帶連通。

（2）風(fēng)化帶儲層厚度整體與宏觀古地貌相關(guān)性好，同時(shí)受巖石類型、局部斷層、溝脊微地貌以及坡度等因素的調(diào)節(jié)控制，局部厚度增大或減小。風(fēng)化帶儲層受構(gòu)造運(yùn)動和風(fēng)化淋濾作用雙重控制，儲集空間包括構(gòu)造縫、風(fēng)化縫及溶蝕孔隙等，物性較好；

（3）內(nèi)幕帶儲層主要受控于巖石類型和構(gòu)造運(yùn)動兩大因素，渤中19-6潛山巖性較為單一，礦物組成差異小，構(gòu)造改造程度是潛山內(nèi)幕裂縫是否發(fā)育的關(guān)鍵因素。潛山內(nèi)幕儲集空間以構(gòu)造裂縫為主，基質(zhì)致密，物性相對較差。