變質(zhì)巖儲層發(fā)育的巖相因素分析

許 昕，張新培，李 強，韓登林

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；3. 長江大學(xué)，湖北 荊州 434023)

0 引 言

變質(zhì)基巖潛山油氣藏是指儲存于盆地基底結(jié)晶變質(zhì)巖系中的一類油氣藏，在構(gòu)造上位于一個大區(qū)域不整合面之下[1-3]。目前，在中國已發(fā)現(xiàn)并勘探出多個變質(zhì)基巖潛山油氣藏，如東勝堡、歡喜嶺、牛心坨、牙兒峽等。前人研究表明：變質(zhì)基巖潛山經(jīng)歷長期地質(zhì)作用，油藏埋藏深度大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖石類型多樣，儲集巖孔滲性能在平面和垂向上分布極不均勻，評價難度較大[4-9]。在潛山儲層研究中，前人關(guān)注于潛山油藏裂縫的識別方法，利用雙側(cè)向電阻率測井、FMI成像測井等技術(shù)研究儲層識別、發(fā)育及分布規(guī)律[10-13],或從斷裂特征、構(gòu)造演化方面，探討了區(qū)域構(gòu)造演化對油氣成藏的制約及影響[14-18]，深化了對潛山變質(zhì)巖油藏的認識，但對于潛山巖石分布規(guī)律、儲層控制因素等問題并未得到有效解決。從變質(zhì)巖入手，從巖相學(xué)角度分析變質(zhì)巖石分布特征，結(jié)合油藏生產(chǎn)資料，探討巖相與儲層發(fā)育的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

興隆臺變質(zhì)巖基巖潛山位于遼河坳陷西部凹陷中段，古潛山西接盤山洼陷，北鄰陳家洼陷，東側(cè)為冷東深陷帶，南靠清水洼陷[19]。興隆臺潛山總體為一軸面近北東向延伸的背斜構(gòu)造，西翼傾向北西，東翼傾向南東，構(gòu)造面積約為8.6 km2。潛山發(fā)育受斷裂及斷塊運動的控制，形成了NE、NW、EW向的斷裂系統(tǒng)，長期的構(gòu)造運動形成了該區(qū)斷背斜凹中隆的格局(圖1)。

圖1 遼河坳陷西部凹陷興隆臺地區(qū)構(gòu)造簡圖

Fig.1 Xinglongtai structure in the western sag of Liaohe Depression

2 變質(zhì)巖巖石學(xué)特征

2.1 樣品采集與分析

該次研究的巖心樣品取自興古8、興古7、興古7-3等取心井的不同深度段，共采集樣品31件，樣品采用Agilent7500 a等離子質(zhì)譜儀分析。

2.2 變質(zhì)巖類型

根據(jù)巖心觀察，結(jié)合薄片鑒定結(jié)果，興古潛山變質(zhì)巖可大致分為斜長角閃巖、片麻巖、混合巖3類。斜長角閃巖主要含角閃石和斜長石，屬于典型的纖-粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；片麻巖類(包括黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖及混合片麻巖等)主要由長石、石英和云母組成，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造；混合巖類(包括條帶狀混合巖及混合花崗巖)的主要礦物為石英和長石，發(fā)育交代結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造(圖2)。

2.3 常量元素特征

常量元素化學(xué)分析結(jié)果顯示(表1)，變質(zhì)巖(除斜長角閃巖)中SiO2含量為57.82%～79.51%，平均為64.10%，總體變化較大；Al2O3含量小于19.00%，F(xiàn)e2O3與FeO之和的含量一般小于9.00%，CaO含量低于8.85%，MnO含量小于0.27%，P2O5含量小于0.33%。所有樣品中，混合花崗巖SiO2含量最高(最高為79.51%)，次為混合片麻巖、片麻巖等，含量最低的是角閃巖(僅為48.1%)；鐵鎂含量則是角閃巖類最高，次為片麻巖、混合片麻巖，混合花崗巖最低。

2.4 原巖恢復(fù)

變質(zhì)巖的原巖恢復(fù)是研究變質(zhì)作用構(gòu)造環(huán)境和地殼演化的重要依據(jù)。原巖恢復(fù)可以了解變質(zhì)之前的巖石類型及產(chǎn)狀特征，可推測潛山內(nèi)幕以及當(dāng)前各類變質(zhì)體的可能分布特征，預(yù)測巖石分布規(guī)律，為后期儲層預(yù)測提供依據(jù)。采用前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家H.л.Семененко提出的A-C-FM圖解方法[20]，對興古、馬古潛山樣品進行計算投影(圖3)。由圖3可知，2件樣品投影在富鋁黏土巖及酸性火山巖區(qū)域，5件樣品落于基性火山巖及鐵質(zhì)白云質(zhì)泥灰?guī)r區(qū)域，其余24件樣品均集中落入黏土巖、雜砂巖區(qū)域，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)資料，推斷變質(zhì)巖原巖為一套穿插有中性火山巖的海相沉積巖。

為進一步確定片麻巖原巖類型，采用尼格里巖石化學(xué)方法計算片麻巖的硅質(zhì)組、鋁質(zhì)組、鐵質(zhì)組、鈣質(zhì)組和堿質(zhì)組含量，并用Simonen(1953)圖解投影[21-24](圖4)。由圖4可知，除興古潛山中有4件樣品落在火山巖區(qū)域，其余樣品均投影在沉積巖區(qū)域。因此，片麻巖的原巖類型是以沉積巖為主的副片麻巖。

潛山內(nèi)幕變質(zhì)巖原巖恢復(fù)表明，在區(qū)域變質(zhì)過程中，興隆臺潛山片麻巖及角閃巖產(chǎn)狀分布與原巖基本一致，即在空間上呈層帶狀產(chǎn)出，巖石在平、剖面上都有一定規(guī)模的延伸。后期因大量脈體沿斷裂面及片理面混入到早期區(qū)域變質(zhì)巖中，混合巖化作用造成了混合巖穿插于片麻巖、角閃巖中，形成目前復(fù)雜的潛山巖石分布規(guī)律。

圖2 興古潛山主要變質(zhì)巖巖心及顯微照片

表1 興隆臺太古宇潛山變質(zhì)巖主要常量元素分析

Table 1 Major constant element analysis of Taiguyu buried hill metamorphic rocks in Xinglongtai

井號巖性含量/%SiO2Al2O3Fe2O3FeOCaOMgOK2ONa2O興古8井片麻巖62.7418.711.013.031.691.271.634.50 片麻巖161.5918.120.624.081.651.503.984.50片麻巖260.8416.850.043.473.541.314.113.98角閃巖48.1412.143.0614.718.855.460.582.24混合花崗巖68.5913.620.144.911.701.642.544.20片麻巖362.5715.941.095.432.461.243.724.64混合片麻巖65.4715.380.274.813.291.562.584.36興古7井混舍片麻巖63.4412.890.625.543.453.122.612.70混合片麻1巖64.8013.660.725.122.163.302.913.09片麻巖60.8913.990.535.793.453.592.893.06混合巖64.6014.510.576.321.262.642.882.66片麻巖161.2915.380.557.112.243.014.003.36興古7-1井混合巖64.0614.640.477.731.911.262.704.22混合片麻巖65.7114.810.266.252.211.353.083.88混合片麻1巖64.5015.210.744.902.021.623.444.54興古7-3井混合花崗巖72.9511.350.443.511.740.483.313.36片麻巖63.1314.631.066.372.171.753.454.19混合片麻巖65.9413.240.946.612.000.973.213.91混合花崗1巖79.519.200.383.750.910.271.473.52混合巖61.9914.671.975.522.892.093.783.85馬古3井片麻巖57.8213.680.858.094.822.732.003.75片麻巖161.9415.000.795.604.002.221.924.48片麻巖258.7315.611.375.644.143.012.564.57混合片麻巖65.5815.741.003.942.911.333.034.40混合片麻1巖63.2015.381.255.253.201.673.254.08混合花崗巖70.1214.790.193.031.800.334.704.15馬古1-8井片麻巖57.9412.800.215.316.431.666.391.80混合片麻巖65.6914.440.593.662.741.364.073.83興古7-2井混合巖62.0714.700.657.322.681.603.284.21混合巖1巖62.4514.280.995.123.651.304.403.83混合片麻巖63.0215.651.524.393.171.993.854.05

圖3 興古潛山變質(zhì)巖A-C-FM圖解(紅點代表樣品投影)

圖4 興隆臺潛山片麻巖圖解投影

3 變質(zhì)巖巖相學(xué)

興隆臺潛山變質(zhì)巖按結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物組合可大致劃分為混合巖、角閃質(zhì)巖、片麻巖3類，在變質(zhì)巖A-C-F與A′-K-F圖解中(圖5)，樣品投影點靠近富鐵礦物區(qū)域，反映了變質(zhì)巖礦物組合特征及巖石變質(zhì)程度，角閃質(zhì)巖的礦物組合為斜長石+普通角閃石，片麻巖的礦物組合為黑云母+角閃石+斜長石+綠簾石，說明變質(zhì)原巖中低鉀富鎂的巖石化學(xué)特征。根據(jù)礦物共生關(guān)系，初步推定潛山區(qū)域變質(zhì)相類型為低角閃巖相-高綠片巖相，其形成壓力為0.5～0.8 GPa，變質(zhì)時地溫梯度為16～25 ℃/km，屬中級區(qū)域變質(zhì)相系，變質(zhì)程度不深。因此，潛山變質(zhì)巖總體依然保留原巖的產(chǎn)狀特征，局部的混合巖化形成塊狀產(chǎn)出的混合巖類巖石。

圖5 興古潛山片麻巖類及角閃巖類A-C-F與A′-K-F投影

4 潛山變質(zhì)巖相與儲層關(guān)系

4.1 潛山變質(zhì)巖分布規(guī)律

該文通過對3類變質(zhì)巖測井曲線進行識別，選擇自然伽馬、密度、中子曲線建立巖性識別標準(圖6)，并應(yīng)用該標準對潛山巖性進行識別(表2)。利用表2判別標準可以對區(qū)內(nèi)各測井資料進行分析并查明各類巖石的分布。

由圖6可知：片麻巖類巖石廣泛分布于潛山各個深度；角閃巖類巖石在潛山中分布較少，厚度為5～20 m；混合巖類中混合花崗巖一般分布于潛山頂面及上部，并且隨頂面高程的升高，厚度逐漸增大，其平面形態(tài)呈“穹窿”狀，混合片麻巖分布于混合花崗巖及片麻巖兩側(cè)，各巖類之間漸變過渡，形成混合花崗巖—混合(片麻)巖—片麻巖的環(huán)帶狀分布特征。

圖6 興隆臺潛山變質(zhì)巖測井響應(yīng)曲線

Fig.6 Xinglongtai buried hill metamorphic logging response curve

表2 興隆臺潛山變質(zhì)巖定性識別標準

4.2 潛山變質(zhì)相與儲層關(guān)系

對于潛山變質(zhì)巖相與儲層關(guān)系，前人研究很少涉及。通過對潛山巖心觀察分析，結(jié)合試井和生產(chǎn)資料，發(fā)現(xiàn)角閃質(zhì)巖基本不含油，為非儲層。薄片鑒定表明，角閃質(zhì)巖中角閃石、黑云母等暗色礦物含量極高(含量為50%～65%)，角閃石、黑云母多發(fā)生次生蝕變及應(yīng)力作用下的塑性形變，巖石裂縫不發(fā)育，少量次生裂隙被蝕變礦物綠泥石、方解石完全充填。此外，變質(zhì)重結(jié)晶作用堵塞了原巖的孔隙，所以角閃巖類不是該區(qū)的儲層。片麻巖類因生成部分呈片狀，并出現(xiàn)定向排列，巖石中發(fā)育有片理構(gòu)造，巖石受構(gòu)造應(yīng)力作用易沿片麻理裂開形成定向裂縫，因此，可為油氣存儲和運移提供空間。但片麻巖中暗色礦物種類及含量差異較大，造成其儲集性有明顯的差別?；旌蠋r類中，長英質(zhì)脈體物質(zhì)的加入，不僅改變原有變質(zhì)巖的成分和類型，也直接影響了混合巖化巖石的儲集性能。隨著混合巖化作用的增強，巖石成分向花崗巖類過渡，長石、石英礦物含量的增加，造成巖石整體脆性增強，更利于形成油氣儲集空間。薄片鑒定及定量分析表明，暗色礦物含量超過30%的變質(zhì)巖均難以形成有效儲層。如興古7井-2 593.20 m處的黑云斜長片麻巖，雖位于構(gòu)造改造強烈的潛山上部，裂縫也比較發(fā)育，但由于黑云母、角閃石等礦物含量較高，強烈的蝕變作用形成的綠泥石、絹云母等黏土礦物完全充填巖石中已形成的裂隙，油氣顯示為差儲層。而對于潛山內(nèi)幕發(fā)育的混合巖類，其暗色礦物總體含量低(多小于15%)，這類巖石均有油氣顯示。變質(zhì)相是在一定溫度、壓力條件下形成的變質(zhì)礦物組合。變質(zhì)反應(yīng)的溫度、壓力條件在一定程度上影響了變質(zhì)反應(yīng)類型，進而影響了巖石孔隙類型與結(jié)構(gòu)；原巖化學(xué)成分在物理變化中決定了巖石的礦物類型，進而影響了儲層發(fā)育程度。一般而言，巖石中富含石英、長石等礦物，在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生碎裂，能形成好的儲層，反之，巖石難形成儲層。興隆臺潛山變質(zhì)巖既有中級區(qū)域變質(zhì)相-低角閃巖相，又有混合巖。根據(jù)巖石學(xué)、巖相學(xué)資料，結(jié)合試井及生產(chǎn)情況，將變質(zhì)相與儲層建立如下的定性關(guān)系(表3)。變質(zhì)相只是形成儲層的一個前提，只有經(jīng)歷了構(gòu)造變動，巖石中形成了一定規(guī)模的裂縫空間，才能成為良好的儲層。

表3 興隆臺潛山變質(zhì)相與儲層發(fā)育關(guān)系表

5 結(jié)論和認識

(1) 興隆臺古潛山主要變質(zhì)巖類型為片麻巖、角閃巖和混合巖3類，片麻巖和混合巖分布廣泛，構(gòu)成了潛山主體巖性，角閃質(zhì)巖零星局部分布。

(2) 原巖恢復(fù)表明，潛山變質(zhì)巖原巖主要為黏土巖、雜砂巖等沉積巖，次為中-基性火山巖，共生礦物組合是以斜長石+普通角閃石為主的角閃巖相。潛山內(nèi)幕片麻巖類、角閃巖類巖石主要呈帶狀展布，有較好的連續(xù)性，是潛山“層位”對比及編制連井剖面圖的主要依據(jù)。

(3) 變質(zhì)巖巖相是控制變質(zhì)巖儲層發(fā)育的關(guān)鍵因素。角閃巖相中角閃質(zhì)巖為非儲層，片麻巖類為差儲層，混合巖類巖石儲集性能最好。在構(gòu)造有利位置，混合巖均可能成為儲層。研究表明，混合巖化作用形成的混合花崗巖往往在潛山高部位呈中心式分布，向外側(cè)漸變?yōu)榛旌蠋r、混合片麻巖及片麻巖，其分布特征對儲層分布預(yù)測和井位布置提供重要的依據(jù)。

(4) 利用變質(zhì)相進行剖面上儲層劃分與對比，可解決采用巖性作對比時，因為變質(zhì)巖巖性復(fù)雜多樣帶來難題。