柴北緣馬海東地區(qū)元古界基巖儲層發(fā)育特征及控制因素

李軍亮

（中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015）

基巖潛山油氣藏是世界油氣勘探開發(fā)的一個重要領(lǐng)域，同時也是中國油氣儲量增長的重要組成部分［1-3］?；鶐r儲層與碎屑巖、碳酸鹽巖儲層相比更為致密且非均質(zhì)性更強，不同盆地、不同地區(qū)及構(gòu)造帶基巖儲層的發(fā)育條件、控制因素和分布規(guī)律具有較大的差異。李延麗等對基巖儲層的研究認(rèn)為，基巖為溶蝕孔-裂縫型儲層，儲集空間類型主要包括構(gòu)造縫、溶蝕縫、溶孔、溶洞等［4-6］。孫致學(xué)等對裂縫發(fā)育特征的研究認(rèn)為，巖性、構(gòu)造作用、巖層厚度和異常壓力作用等是影響裂縫發(fā)育及分布的主要因素［7-10］。裂縫的發(fā)育為溶孔的形成提供了前提條件，裂縫對于改善儲層的儲滲條件起著重要的作用［3，11］；裂縫的發(fā)育程度不僅直接關(guān)系到儲層的油氣滲流和輸導(dǎo)能力，同時對油氣成藏和單井產(chǎn)能起到至關(guān)重要的作用［7，12］。由此可見裂縫發(fā)育特征的研究是分析基巖儲層發(fā)育和分布規(guī)律的基礎(chǔ)，更是預(yù)測有利儲層分布的關(guān)鍵，對基巖油氣藏的勘探與開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

近年來，中國遼河、準(zhǔn)噶爾以及柴達(dá)木盆地基巖潛山油氣藏的規(guī)模發(fā)現(xiàn)，展示了該類型油氣藏良好的勘探前景。尤其是柴達(dá)木盆地阿爾金山前帶新近發(fā)現(xiàn)了東坪、牛東、尖北、冷北等多個中-大型基巖塊狀整裝氣藏［1-6，13］，成為柴達(dá)木盆地新的增儲上產(chǎn)陣地。除此之外，位于柴達(dá)木盆地北緣（簡稱柴北緣）馬北凸起東段的馬海東地區(qū)元古界基巖潛山油藏勘探也獲得較大進(jìn)展，相繼發(fā)現(xiàn)了綠梁山、馬北3、山古1 等多個（古）潛山油藏和含油氣構(gòu)造，成為該區(qū)除古近系之外另一有利的勘探目的層系與目標(biāo)類型，展現(xiàn)出良好的勘探前景。由于對基巖儲層發(fā)育特征及控制因素研究不足，在一定程度上制約了該區(qū)基巖有利儲層分布預(yù)測和油藏的勘探。筆者根據(jù)野外露頭系統(tǒng)觀測、巖心觀察、巖石薄片、X射線衍射全巖礦物分析等資料輔助成像測井解釋成果，重點剖析馬海東地區(qū)元古界基巖巖性、儲層發(fā)育特征及控制因素，以期為研究區(qū)有利儲層分布預(yù)測及目標(biāo)優(yōu)選提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

馬北凸起位于柴北緣東段，構(gòu)造上屬于盆內(nèi)二級構(gòu)造單元馬海-大紅溝凸起的北端，北鄰尕西-魚卡侏羅系生烴凹陷。馬北凸起是中生代以來繼承性發(fā)育的低凸起區(qū)，北部以馬仙斷裂為界與尕西凹陷相接，東部以綠南斷裂為界與綠梁山相接（圖1），是尕西凹陷侏羅系成熟油氣的有利運聚區(qū)［14-18］。馬海東地區(qū)位于馬北凸起的東段，屬綠梁山前帶。

圖1 柴北緣馬海東地區(qū)區(qū)域位置Fig.1 Regional location of Mahaidong area at northern margin of Qaidam Basin

馬北凸起自中生代以來經(jīng)歷了燕山晚期（白堊紀(jì)末）、喜馬拉雅早中期（上新世末）、喜馬拉雅晚期（第四紀(jì)末）等3 期大規(guī)模運動擠壓改造，尤其是白堊紀(jì)末、第四紀(jì)末運動最為強烈。馬海東地區(qū)受盆內(nèi)近SN 向和盆緣祁連山NE-SW 向2 組應(yīng)力的雙向擠壓，向北發(fā)生大規(guī)模的逆沖推覆，凸起區(qū)上覆中生界剝蝕殆盡［19］，古近系披覆于元古界基底之上；來自NE 向的擠壓作用造成綠梁山向凸起區(qū)逆沖疊加。受雙向應(yīng)力的持續(xù)擠壓，在凸起區(qū)基巖中形成了受馬仙和綠南斷裂控制、以NW-SE 走向為主的2組派生斷裂體系，因應(yīng)力釋放產(chǎn)生了大量的伴生裂縫；除此之外，元古界基巖經(jīng)長期的風(fēng)化淋濾剝蝕形成大量溶蝕裂縫，為基巖成為油氣聚集的有利場所提供了必要條件。

2 儲層發(fā)育特征

2.1 巖石學(xué)特征

由研究區(qū)8 口基巖取心井25 m 巖心觀察、綠梁山1 450 m 基巖露頭觀測和100余塊樣品薄片鑒定、X 射線衍射全巖礦物分析及統(tǒng)計結(jié)果可知，研究區(qū)基巖巖性主要包括片巖、片麻巖、榴輝巖和角閃巖等4大類，石英片巖、長石片巖、云母片巖、長石片麻巖、榴輝巖、角閃巖、變質(zhì)砂巖等9種巖性，其中以石英片巖、長石片麻巖最為發(fā)育（表1）。

表1 馬海東地區(qū)元古界基巖主要巖石類型特征Table1 Characteristics of main rock types of Proterozoic bedrock reservoirs in Mahaidong area

片巖主要包括石英片巖、長石片巖和云母片巖類，石英片巖和長石片巖具粒狀變晶結(jié)構(gòu)、斑狀變晶結(jié)構(gòu)、變余砂結(jié)構(gòu)，定向、變余層理和片狀構(gòu)造。云母片巖類包括石英云母片巖和云母片巖2 種巖性，具細(xì)-中粗粒粒狀片狀變晶結(jié)構(gòu)、斑狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造、變余層理構(gòu)造。

長石片麻巖主要包括堿長片麻巖、二長片麻巖和斜長片麻巖，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)、粒狀不等粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。巖石主要礦物成分為鉀長石、斜長石、石英、角閃石和黑云母，含少量簾石、榍石和綠泥石，呈有規(guī)律的相間分布，長石多具泥化和絹云母化。

2.2 儲集空間類型

儲集空間類型及發(fā)育程度是影響基巖儲層儲集性能的重要因素［20］，基巖經(jīng)過長期的風(fēng)化淋濾和擠壓改造作用所形成的溶蝕孔縫、構(gòu)造裂縫等對油氣儲集起著決定性作用［4-5］。研究區(qū)受多期構(gòu)造運動改造，產(chǎn)生大量的構(gòu)造裂縫和在后期溶蝕改造作用下形成的溶蝕裂縫構(gòu)成了研究區(qū)基巖主要的儲集空間類型，其次為溶蝕孔；基巖原生孔隙、裂縫相對較少，基本不發(fā)育。巖心觀察、巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡及成像測井解釋結(jié)果表明，研究區(qū)基巖儲集空間包括裂縫和溶蝕孔2 大類共6 種類型（圖2）。裂縫包括構(gòu)造裂縫和溶蝕裂縫2種，構(gòu)造裂縫包括水平裂縫、斜交裂縫、高角度裂縫（圖2a，2d，2j，2m）以及多期次裂縫相互切割形成的網(wǎng)狀裂縫（圖2e，2f，2g），以高角度裂縫為主。溶蝕孔大都以與裂縫共存的形式出現(xiàn)，裂縫的發(fā)育為溶蝕孔的形成提供了前提條件，裂縫對于改善基巖儲層的滲濾性能起著重要的作用；部分層段溶蝕孔擴(kuò)大為溶洞（圖2a，2d），在裂縫發(fā)育段，溶蝕孔在裂縫及溶蝕裂縫的共同作用下連成串狀、片狀，可有效地增大儲層的儲集空間和滲流性能，如馬北3 井（圖2b，2h，2i，2k）。

根據(jù)2種儲集空間類型所起作用的差異將儲層劃分為裂縫型、溶孔-裂縫型和裂縫-溶孔型。裂縫型、溶孔-裂縫型儲層儲集空間以裂縫占主導(dǎo)作用，如山古1 井1 987.72～1 990.92 m 熒光-油斑片麻巖取心段，裂縫較發(fā)育，裂縫長度為100～220 mm，裂縫寬度為0.5～1.0 mm，裂縫密度約為6～8 條/m，裂縫未被充填或部分被方解石充填，原油沿裂縫面呈斑塊狀分布（圖2f）；馬北3井1 632～1 660 m井段同為溶孔-裂縫型儲層（圖2j）。裂縫-溶孔型儲層以溶蝕孔為主要儲集空間，裂縫起溝通溶蝕孔隙的橋梁作用，如馬北3 井1 685～1 710 和1 716～1 742 m井段（圖2k）。

圖2 馬海東地區(qū)基巖儲層儲集空間類型Fig.2 Reservoir space types of Proterozoic bedrock reservoirs in Mahaidong area

2.3 物性特征

研究區(qū)巖心物性分析與測井解釋成果表明（表2），孔隙度主要為2.46%～9.96%，最大可達(dá)21.43%；滲透率為0.04～15.81 mD，最大為34.41 mD，總體上屬低孔-（特）低滲透儲層。作為雙重介質(zhì)儲層，基巖儲層發(fā)育程度，尤其是滲透性受裂縫發(fā)育程度的影響較大。從山古1、山古101井基巖段成像測井裂縫密度與解釋結(jié)果的對比來看（表2），裂縫發(fā)育程度較高的基巖段多為Ⅰ—Ⅱ類層，而裂縫發(fā)育程度較低的基巖段一般為Ⅲ類層?；鶐r段測試產(chǎn)液量的對比結(jié)果也顯示出，產(chǎn)液量受裂縫發(fā)育程度的影響較大。如馬北3井1 685.0～1 708.4 m基巖段，孔隙度為6.65%，滲透率為14.73 mD，日產(chǎn)液量為3.2 m3/d；而1 716.0～1 742.0 m 基巖段，孔隙度為6.93%，滲透率為11.57 mD，日產(chǎn)液量為4.6 m3/d；山古1 井1 987.7～1 990.9 m 基巖段，孔隙度為4.33%～7.65%，滲透率為0.14～1.25 mD，日產(chǎn)液量為8.3 m3/d；而與山古1 井基巖段物性相當(dāng)、斷裂和裂縫更為發(fā)育的山3 井2 394.0～2 407.1 m 基巖段測試日產(chǎn)液量達(dá)14.8 m3/d。由此來看，研究區(qū)基巖裂縫發(fā)育程度不僅控制儲層溶蝕孔、縫的發(fā)育，更是基巖儲層獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。

3 儲層發(fā)育控制因素

查明儲層發(fā)育的控制因素是識別和預(yù)測基巖儲層的基礎(chǔ)，就研究區(qū)而言，可歸結(jié)為對基巖裂縫發(fā)育控制因素的研究。

3.1 巖性

不同巖性的巖石抗壓、抗剪強度不同，相同應(yīng)力條件下裂縫發(fā)育程度也會有較大差異［20］，脆性礦物含量高的巖石要比韌性礦物含量高的巖石更發(fā)育裂縫；同時，沿巖石片理、片麻理等薄弱面也易形成裂縫。研究區(qū)露頭裂縫觀測、巖石薄片、鑄體薄片分析結(jié)果表明，以片狀、片麻狀構(gòu)造為主的石英片巖、長石片巖、長石片麻巖等巖性脆性礦物含量高，可達(dá)80%以上（圖3a），在應(yīng)力作用下易發(fā)生破裂，裂縫發(fā)育程度最高，裂縫密度可達(dá)10～30 條/m（圖3b）；裂縫多呈“Y”字形、網(wǎng)狀分布，裂縫寬度為0.02～0.20 mm。云母片巖韌性礦物含量高，在應(yīng)力作用下易發(fā)生塑性變形，裂縫欠發(fā)育，裂縫密度小于5 條/m；塊狀構(gòu)造角閃巖類韌性礦物含量大都在90%以上，裂縫基本不發(fā)育。

3.2 構(gòu)造作用

野外觀測及統(tǒng)計結(jié)果表明，受斷裂影響的裂縫發(fā)育程度差異主要體現(xiàn)在距斷裂距離、構(gòu)造位置、活動強度和活動期次4個方面。

3.2.1 距斷裂距離

對綠梁山南溝基巖剖面1 100 m 范圍內(nèi)的長石片麻巖裂縫密度的統(tǒng)計結(jié)果顯示，裂縫密度隨著距斷裂距離的增加而減小，隨著逐漸遠(yuǎn)離綠南斷裂，裂縫密度由25～30 條/m 降低至5～10 條/m（圖4）；在斷裂帶附近，基巖多呈碎裂狀，原油呈浸染狀，含油程度高，達(dá)富含油級別。

斷裂級別與活動強度的差異，是影響基巖裂縫發(fā)育段厚度的另一主要因素，斷裂級別與活動強度越大、活動時期越長，基巖裂縫發(fā)育段的厚度就越大，反之就越小。如綠南斷裂為盆內(nèi)控帶的二級斷裂，其對裂縫發(fā)育段的影響厚度約為450 m（圖4 測量點P13—P10），在這一厚度內(nèi)裂縫的發(fā)育程度最高；控圈的三—四級斷裂的影響厚度為50～120 m，如過山古1 井鉆遇的基巖內(nèi)部斷裂，斷裂兩側(cè)裂縫發(fā)育段的厚度約為90 m；露頭觀測基巖內(nèi)部小型斷裂影響厚度一般僅為10～20 m。

3.2.2 構(gòu)造位置

馬海東地區(qū)在近SN 向和NE-SW 向2 組擠壓應(yīng)力以及白堊紀(jì)末、上新世末、第四紀(jì)末等多期次構(gòu)造作用下，形成的馬仙和綠南2組NW-SE 向派生斷裂體系，在剖面上表現(xiàn)為相互切割結(jié)構(gòu)特征，并將基巖分割為一系列菱形斷塊，不同構(gòu)造位置的基巖裂縫發(fā)育程度具有一定的差異?；鶐r露頭觀測結(jié)果顯示，斷裂上盤巖體受外力作用發(fā)生的位移量大，巖石更為碎裂，裂縫發(fā)育程度明顯高于斷裂下盤巖體；在斷裂的交匯處，巖體呈破碎狀特征，裂縫發(fā)育程度最高，其含油性也最好；在遠(yuǎn)離斷裂基巖中，原油多沿裂縫面分布（圖5）。

圖5 魚卡河基巖剖面不同構(gòu)造位置裂縫發(fā)育及含油特征Fig.5 Fracture development and oil-bearing characteristics at different structural positions of Yuka River bedrock section

3.2.3 斷裂活動期次

研究區(qū)多期構(gòu)造運動改造和斷裂的多期活動，形成了多期發(fā)育的裂縫。野外露頭顯示，早期（白堊紀(jì)末）形成的裂縫多被后期方解石、石英等充填，屬于無效裂縫，斷裂帶內(nèi)一般無油氣顯示；而在白堊紀(jì)—上新世末持續(xù)活動的斷裂形成的裂縫大都未被充填，對油氣輸導(dǎo)和儲層改造起到較好的促進(jìn)作用。如山古1 井2 180 m 處的斷裂為一持續(xù)活動斷裂，斷裂附近2 110～2 200 m 厚度為90 m 的基巖段裂縫發(fā)育程度明顯增加，且未被充填，儲層物性變好，多為Ⅰ—Ⅱ類層。山古101井2 450 m 處的斷裂為白堊紀(jì)末形成，后期不活動，未切穿基巖上覆古近系路樂河組；成像測井顯示該斷裂附近裂縫發(fā)育程度較相鄰層段有所增加，但多被充填，屬于無效裂縫；成像測井上裂縫多顯示為亮黃色高阻縫，儲層基本不發(fā)育，為Ⅲ類層。

4 儲層發(fā)育模式

根據(jù)研究區(qū)基巖儲層發(fā)育特征及其控制因素分析結(jié)果，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)油藏的成藏特點，建立馬海東地區(qū)元古界基巖儲層發(fā)育模式（圖6）：馬海東地區(qū)受雙向逆沖擠壓改造，馬仙和綠南斷裂派生的2組斷裂體系在基巖推覆體中相互切割，形成網(wǎng)狀斷裂結(jié)構(gòu)。元古界基巖在長期風(fēng)化淋濾和構(gòu)造改造雙重作用下，形成裂縫、溶蝕孔雙重介質(zhì)儲層。裂縫-溶蝕孔發(fā)育帶的厚度受斷裂和古地形的控制，古凸起處的風(fēng)化、溶蝕作用最強，裂縫-溶蝕孔發(fā)育帶的厚度也最大；如位于凸起高部位的馬北3井，裂縫-溶蝕孔發(fā)育帶的厚度約為140 m；而在古地形的低部位，風(fēng)化作用相對較弱，如山古102井發(fā)育帶厚度僅為50 m。同時受古地形和風(fēng)化后形成的黏土礦物、方解石等充填裂縫的影響，在斜坡區(qū)和低部位的儲層頂部形成一層厚度為5～20 m 的致密層，與下伏裂縫-溶蝕孔發(fā)育帶形成良好的儲蓋組合。

圖6 馬海東地區(qū)元古界基巖儲層發(fā)育模式Fig.6 Development modes of Proterozoic bedrock reservoirs in Mahaidong area

不同級別、不同性質(zhì)的斷裂在多期構(gòu)造運動作用下產(chǎn)生的大量裂縫為基巖儲層的發(fā)育創(chuàng)造了良好條件，同時也為油氣垂向運移提供了良好通道?；鶐r內(nèi)部早期（白堊紀(jì)末）斷裂形成的裂縫多被充填，沿斷裂形成致密帶，對圈閉形成和油氣聚集起到良好的遮擋作用；白堊紀(jì)—上新世末持續(xù)活動斷裂所形成的裂縫發(fā)育帶為油氣的運聚提供了良好的運移通道和儲集空間，是基巖儲層的有利發(fā)育區(qū)。斷裂級別越大、活動強度越大、距離斷裂越近裂縫及儲層發(fā)育程度越高，位于斷裂上盤交匯處的基巖裂縫和儲層最為發(fā)育，是有利儲層分布區(qū)。

5 結(jié)論

柴北緣馬海東地區(qū)元古界基巖主要發(fā)育片巖、片麻巖、榴輝巖、角閃巖等4 大類9 種巖性，儲層儲集空間包括裂縫和溶蝕孔2 大類6 種類型，構(gòu)造裂縫和溶蝕裂縫是主要的儲集空間類型，其次為溶蝕孔；裂縫型、溶孔-裂縫型儲層是主要的儲層發(fā)育類型。研究區(qū)基巖總體為低孔-（特）低滲透儲層，裂縫的發(fā)育控制溶蝕孔、縫的發(fā)育，也是基巖儲層獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。巖性是影響基巖儲層發(fā)育的內(nèi)在因素，以片狀、片麻狀構(gòu)造為主，長英質(zhì)脆性礦物含量高的石英片巖、長石片巖、長石片麻巖裂縫發(fā)育程度高。斷裂是影響儲層發(fā)育的外在因素，斷裂級別、距斷裂距離、所處的構(gòu)造位置和活動期次共同控制裂縫發(fā)育程度。白堊紀(jì)末活動的斷裂，其形成的裂縫大都被充填，為無效裂縫，儲層不發(fā)育，是一套較好的油氣遮擋層；白堊紀(jì)—上新世末持續(xù)活動的斷裂形成的裂縫未被充填，為有效裂縫。斷裂級別越高、距離斷裂越近，裂縫發(fā)育程度越高，二級控帶斷裂對裂縫發(fā)育帶的影響厚度約為450 m，三—四級控圈斷裂的影響厚度約為50～120 m，基巖內(nèi)部小型斷裂影響厚度一般僅為10～20 m；斷裂上盤和斷裂交匯處裂縫和儲層發(fā)育程度最高，是優(yōu)勢儲層發(fā)育和油氣聚集的有利分布區(qū)。