渤海海域石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山儲集層發(fā)育特征與分布模式*

戈道瑤 龔承林 張新濤 楊 帆 余一欣 陳宇航

1中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京 102249

2中國石油大學 （北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249

3中海石油 （中國）有限公司勘探部，北京 100010

4中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018

1 概述

國內(nèi)外多個大型潛山油氣藏的勘探發(fā)現(xiàn)使得古潛山油氣藏成為了近年來盆地油氣勘探的重要接替領域。國外目前已發(fā)現(xiàn)的大型古潛山油氣藏主要有委內(nèi)瑞拉馬拉開波盆地的拉帕茲和奧基拉油田、利比亞钖爾特盆地拿法拉油田和越南湄公河盆地白虎油田 （馬龍等，2006；Cuong and Warren，2009）。國內(nèi)潛山油氣勘探也不斷取得重大突破，如遼河坳陷曙光變質(zhì)巖潛山油田（謝文彥等，2006）、興隆臺變質(zhì)巖潛山油田 （高先志等，2007；宋柏榮等，2011）、渤海海域遼西凸起錦州25－1變質(zhì)巖潛山油田（周心懷等，2005；鄧運華和彭文緒，2009）、渤中19－6變質(zhì)巖潛山油氣田（施和生等，2019）和渤中13－2變質(zhì)巖潛山油氣田 （李慧勇等，2021）。特別是渤中13－2大型油氣田的勘探發(fā)現(xiàn)突破了覆蓋型潛山難以形成規(guī)模性優(yōu)質(zhì)儲集層的傳統(tǒng)認識、證實了覆蓋型潛山的重要油氣勘探潛力 （薛永安等，2021）。

在渤海海域，太古界變質(zhì)巖潛山依據(jù)其上覆地層的發(fā)育情況及接觸關系，可劃分為暴露型潛山和覆蓋型潛山2類。暴露型潛山是指太古界潛山遭受長時間風化剝蝕、太古界直接與新生界碎屑巖相接觸的潛山；而覆蓋型潛山是指風化剝蝕時間相對較短、不直接與新生界接觸、太古界被中生界或古生界所覆蓋的潛山 （徐長貴等，2019）。前人對渤海海域暴露型潛山和覆蓋型潛山開展了大量的工作，在儲集層特征、垂向分帶、主控因素、形成機制、發(fā)育模式等方面取得了豐碩的研究成果 （周心懷等，2005；宋柏榮等，2011；童凱軍等，2012；王德英等，2019；高坤順等；2020；徐長貴等，2020；施和生等，2021；王粵川等，2021；薛永安等，2021；葉濤等，2021）。在渤海海域，太古界潛山多數(shù)被中生界所覆蓋，暴露型潛山發(fā)育相對較少 （杜曉峰等，2021；薛永安等，2021）；從而使得由暴露型潛山向覆蓋型潛山拓展是當前潛山油氣藏勘探的主要目標 （施和生等，2021）。然而，由于被多套地層所覆蓋，覆蓋型潛山儲集層在發(fā)育特征、主控因素和分布模式上相較于暴露型潛山更為復雜，是當前渤海海域潛山油氣勘探研究的難點和重點 （李慧勇等，2021；杜曉峰等，2021；薛永安等，2021）。

石臼坨—遼西凸起發(fā)育多種結(jié)構的覆蓋型潛山，作者綜合利用研究區(qū)地震、測井、薄片、井壁巖心、掃描電鏡和全巖X衍射等資料，揭示了覆蓋型潛山儲集層的發(fā)育特征、主控因素與分布模式。研究成果對覆蓋型潛山有利儲集層的分布預測具有一定的指導意義和參考價值。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

渤海海域遼西—石臼坨凸起北至遼西凸起南段斜坡帶，南至石臼坨凸起東傾末端，被西部秦南凹陷和東部渤中凹陷所環(huán)繞（圖1）。研究區(qū)內(nèi)形成發(fā)育的潛山主要經(jīng)歷了印支期擠壓逆沖成山、燕山早期局部隆升、燕山中期拉張反轉(zhuǎn)接受中生界沉積、燕山晚期再次大面積隆升和喜山期潛山深埋定型等多個構造演化階段，多期的構造活動控制著潛山地層的形成發(fā)育（圖2）。研究區(qū)南部，石臼坨凸起的潛山構造帶呈東西向展布，以印支早期南北向擠壓形成的逆沖斷層F3和F4為邊界，太古界頂界面具有 “兩高一低”的構造古地貌特征（圖2）。其中，西部高點埋深為3000 m左右，中部鞍部位于A2井附近，埋深大于4000 m；東部高點位于A3井附近，埋深為3100 m左右，4口鉆井鉆遇太古界厚度為90～350 m，巖性以混合花崗巖為主 （局部發(fā)育后期侵入的中—基性巖脈）；研究區(qū)北部，遼西凸起南段斜坡帶上的潛山被北東向的F1和F2深大斷層所夾持，B1井揭示太古界潛山埋深在4550 m左右，鉆遇厚度為203 m，巖性以混合花崗巖、變粒巖、淺粒巖為主。整體上，研究區(qū)太古界潛山屬于中—深埋型潛山。

圖1 渤海海域石臼坨—遼西凸起區(qū)域位置及巖性綜合柱狀圖Fig.1 Regional location of Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea and lithologic comprehensive column

研究區(qū)潛山地層的發(fā)育特征存在南北差異性，南部石臼坨凸起上的潛山多為3層結(jié)構，自下而上依次為太古界結(jié)晶基底、古生界寒武系—奧陶系碳酸鹽巖和石炭系—二疊系的砂巖和泥巖以及中生界火山巖及沉積巖。局部高點A3、A4井附近東三段—中生界被完全剝蝕，殘留古生界主要為石炭系—二疊系砂巖和泥巖，發(fā)育古生界—太古界二層結(jié)構潛山，A1井附近發(fā)育中生界—太古界二層結(jié)構潛山 （圖2）；相較之下，研究區(qū)北部潛山在印支—燕山早期擠壓隆升幅度更大，古生界多被完全剝蝕，主要發(fā)育中生界—太古界二層結(jié)構潛山。太古界是本次研究的目的層系，其巖性主要以混合花崗巖等變質(zhì)巖為主，鋯石測年年齡為3100 Ma左右；古生界主要分布在石臼坨凸起東傾末端；中生界厚度變化較大，南部鉆井揭示中生界厚度為0～560 m，北部B1井揭示中生界厚度為1600 m，主要發(fā)育安山巖、玄武巖和凝灰?guī)r。潛山之上依次發(fā)育古近系沙河街組、東營組和新近系館陶組。

圖2 渤海海域石臼坨—遼西凸起地層發(fā)育特征Fig.2 Stratigraphic development characteristics of Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

3 資料與方法

本研究所使用的資料主要有：（1）三維地震資料，面積約為1500 km2，頻寬10～90 Hz，目的層（太古界）主頻約為15 Hz；（2）A2井、A3井、A4井和B1井的共74塊井壁巖心資料；（3）93塊鑄體薄片資料；（4）28份掃描電鏡資料；（5）63個井壁物性資料；（6）5口井的鉆、測井資料 （均鉆遇太古界，包括錄井巖性、常規(guī)測井資料和部分成像測井資料）；（7）全巖X衍射等資料。

首先，利用鑄體薄片和井壁巖心資料開展覆蓋型潛山儲集層巖石學特征研究。通過鏡下觀察不同巖性的巖石結(jié)構、構造和礦物組成、類型和特征，結(jié)合對井壁巖心在宏觀上的觀察分析，明確太古界潛山的巖石類型，并根據(jù)不同巖性的成因和形成時代對巖石類型進一步劃分。在此基礎上，利用全巖X衍射資料分析不同巖性的礦物組成 （尤其是長英質(zhì)等淺色礦物含量），進而研究不同礦物組成的巖性與儲集層的關系。其次，利用井壁巖心、成像測井、鑄體薄片和掃描電鏡等資料開展覆蓋型潛山儲集層儲集空間特征研究。從宏觀和微觀的角度出發(fā)，研究不同尺度下的儲集空間類型、成因和分布。然后，利用物性資料開展覆蓋型潛山儲集層物性特征研究。對物性資料進行統(tǒng)計分析，明確儲集層整體上的物性特征 （孔隙度和滲透率的分布范圍及其之間的關系），并對主力油層的物性以及儲集層距離風化殼頂部距離和物性之間的關系進行分析，進而揭示風化淋濾對潛山儲集層儲集物性的影響。最后，對典型單井在垂向上不同部位的儲集空間特征、物性特征、裂縫發(fā)育情況、測井曲線和成像測井響應特征進行綜合研究分析，揭示太古界潛山儲集層垂向分帶特征，建立垂向不同分帶的測井響應圖版并對其余井進行儲集層垂向分帶劃分，分析比對各單井的風化殼和內(nèi)幕裂縫帶儲集層發(fā)育情況。

基于太古界潛山儲集層的巖石學特征、儲集空間特征、物性特征、裂縫發(fā)育特征、儲集層垂向發(fā)育特征及成因的研究，結(jié)合區(qū)域構造演化分析，探討儲集層發(fā)育控制因素。單井上，分析不同分帶的溶蝕孔隙和裂縫發(fā)育情況、充填程度和測井顯示，空間上，比對不同地層結(jié)構和不同構造活動區(qū)域的太古界潛山儲集層發(fā)育情況，明確優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育分布規(guī)律。最終在上述研究的指導下，建立覆蓋型潛山儲集層分布模式。

4 覆蓋型潛山儲集層發(fā)育特征

4.1 巖石學特征

石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山的巖石類型可根據(jù)其成因和形成時代分為2大類：太古界基底巖石（主要包括區(qū)域變質(zhì)巖、混合巖和動力變質(zhì)巖）以及后期侵入巖（圖3）。

區(qū)域變質(zhì)巖主要包括：（1）片麻巖，主要發(fā)育黑云斜長角閃片麻巖，可見粒狀變晶結(jié)構和片麻構造，礦物晶粒長軸多具定向排列，斜長石呈他形粒狀且多具絹云母化，巖石蝕變嚴重（圖3－A）；（2）變粒巖，主要發(fā)育粒狀變晶結(jié)構，斜長石蝕變嚴重，嚴重泥化且遭受方解石、鐵白云石等碳酸鹽礦物交代，按照礦物組合及含量可劃分為黑云斜長變粒巖（圖3－B）和斜長淺粒巖（圖 3－C）；（3）角閃巖，主要發(fā)育斜長角閃巖，具粒狀變晶結(jié)構，暗色礦物主要為角閃石和輝石，輝石普遍具蝕變（圖3－D）。

混合巖主要包括：（1）混合花崗巖，依據(jù)長石的種類和含量可劃分為堿長混合花崗巖、斜長混合花崗巖（圖3－E）、二長混合花崗巖，可見粒狀變晶結(jié)構、交代穿孔結(jié)構（圖3－F）；（2）混合片麻巖，主要發(fā)育粒狀變晶結(jié)構和穿孔結(jié)構，依據(jù)暗色礦物含量的不同又可分為黑云二長混合片麻巖和二長混合片麻巖（圖3－H），黑云母局部富集（圖3－G）。

動力變質(zhì)巖主要包括：（1）碎裂巖，可見碎裂結(jié)構、粒狀變晶結(jié)構、交代穿孔結(jié)構，巖石碎裂嚴重，裂縫將巖石切割呈不規(guī)則碎塊，碎塊局部位移不大（圖3－I）；（2）糜棱巖，可見糜棱結(jié)構、碎斑結(jié)構，定向構造，發(fā)育花崗質(zhì)糜棱巖，殘留原巖結(jié)構，碎斑一定程度圓化，并可見流動構造（圖3－J）。

圖3 渤海海域石臼坨—遼西凸起太古界潛山巖石學特征Fig.3 Petrological characteristics of the Archaean buried-hill in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

后期侵入巖主要包括：（1）輝綠巖，按照有無明顯的斜長石斑晶和斑狀結(jié)構可分為輝綠玢巖（圖3－K）和輝綠巖（圖3－L），其中基性斜長石呈板條狀組成三角格架，格架內(nèi)分布輝石和少量磁鐵礦；（2）閃長玢巖，可見變晶結(jié)構，斑晶為斜長石和角閃石。

整體上，潛山巖性以混合花崗巖為主，長英質(zhì)等淺色礦物含量較高。研究區(qū)北部潛山主要由混合花崗巖、變粒巖和淺粒巖組成，南部潛山主要由混合花崗巖和少量混合片麻巖、片麻巖、角閃巖組成，局部見晚期侵入巖脈。

4.2 儲集空間特征

石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山的儲集空間主要有2大類：孔隙 （溶蝕擴大孔、破碎粒間孔、粒內(nèi)孔）和裂縫 （構造裂縫、溶蝕縫、解理縫和粒內(nèi)縫）（圖4）。其中裂縫是最主要的儲集空間。

孔隙主要發(fā)育在潛山頂部風化殼中，包括溶蝕擴大孔、破碎粒間孔、粒內(nèi)孔（圖4－A至4－C）。其中，掃描電鏡下還可見長石沿解理發(fā)生溶蝕，長石粒內(nèi)孔隙可見片狀云母和伊利石充填（圖4－B）。局部風化作用較強，且疊合破碎帶的部位發(fā)育溶蝕孔隙及沿裂縫發(fā)育的溶蝕擴大孔，部分碎裂顆粒發(fā)育粒內(nèi)微裂縫，顆粒間發(fā)育粒間孔（圖4－D）。此外，受有機酸和深部熱液溶蝕的影響，潛山內(nèi)幕局部仍可見溶蝕孔隙發(fā)育（圖4－E）。

圖4 渤海海域石臼坨—遼西凸起太古界潛山儲集空間特征Fig.4 Reservoir space characteristics of the Archaean buried-hill in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

裂縫在潛山頂部風化殼和風化殼之下的內(nèi)幕裂縫帶之中均有發(fā)育，包括構造裂縫、溶蝕縫、解理縫和粒內(nèi)縫。在井壁巖心和薄片上可見同期次裂縫相互平行，不同期次裂縫相互切割的現(xiàn)象（圖4－F，4－G）。頂部，風化殼儲集層受到風化淋濾作用和構造作用的共同影響，溶蝕縫較為發(fā)育（圖4－D），潛山在早期的構造擠壓作用下，形成大量的構造裂縫，隨著風化作用的持續(xù)進行和晚期走滑伸展對裂縫的改造，在風化殼中形成網(wǎng)狀裂縫，巖石破碎（圖4－H）。到了潛山內(nèi)幕，主要發(fā)育構造裂縫，溶蝕現(xiàn)象逐漸減少?？拷鼣嗔褞^強部位，裂縫發(fā)育較為密集，局部可見長石在構造應力作用下沿解理方向發(fā)育相互平行的解理縫。早期擠壓形成的構造裂縫在后期成巖作用過程中被方解石等碳酸鹽礦物充填，晚期裂縫經(jīng)過構造活動再改造后重新活化開啟（圖4－I），可作為有效的儲集空間。

4.3 物性特征

石臼坨—遼西凸起太古界潛山埋藏較深 （深度大于3000 m），通過對研究區(qū)井壁巖心物性資料分析 （圖5），結(jié)果表明：儲集層物性整體較差，孔隙度的分布范圍為0.2%～10.1%，平均孔隙度為2.2%，滲透率的分布范圍為 （0.001～6.343）×10－3μm2，平均滲透率為0.445×10－3μm2；主力油層的孔隙度分布范圍為1.1%～10.1%，平均孔隙度為4.1%；研究區(qū)物性資料與距離潛山風化殼頂界面的關系表明，孔隙度自上至下具有逐步遞減的趨勢，證明距離風化殼界面越近，風化淋濾作用對儲集層的溶蝕改造作用越強，儲集物性越好。

圖5 渤海海域石臼坨—遼西凸起太古界潛山儲集層物性特征Fig.5 Physical property of the Archaean buried-hill reservoirs in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

在孔隙度和滲透率關系的基礎上，對取樣點所在深度附近的鑄體薄片、井壁巖心和成像測井等資料進行分析，將儲集層劃分為3種類型：孔隙型、孔隙—裂縫型和裂縫型。（1）孔隙型儲集層主要發(fā)育在受風化淋濾作用較強的風化砂礫巖帶和局部溶蝕作用較強的內(nèi)幕裂縫帶，孔隙度分布范圍為2.1%～10.1%，滲透率分布范圍為：（0.001～0.028）×10－3μm2；（2）孔隙—裂縫型儲集層主要發(fā)育在風化裂縫帶中，裂縫發(fā)育，溶蝕作用強，儲集層物性好，孔隙度分布范圍為1.3%～8.6%，滲透率 分 布 范 圍 為 （0.003～6.34）×10－3μm2；（3）裂縫型儲集層主要發(fā)育在裂縫發(fā)育帶中，溶蝕作用較弱，溶蝕孔隙欠發(fā)育，裂縫為主要儲集空間，孔隙度分布范圍為2.8%～3.3%，滲透率分布范圍為 （0.097～1.71）×10－3μm2。

4.4 垂向分帶特征

太古界變質(zhì)巖潛山儲集層在長期風化淋濾和構造活動共同作用下，儲集層發(fā)育特征在垂向上呈現(xiàn)出明顯的差異性。通過對研究區(qū)的井壁巖心、鑄體薄片、常規(guī)測井、成像測井以及物性資料的綜合分析，總結(jié)了2類儲集層的測井響應特征，并將潛山在垂向上從上往下劃分為風化殼、內(nèi)幕裂縫帶及基巖帶，其中風化殼包括風化黏土帶、風化砂礫巖帶和風化裂縫帶（圖6），而內(nèi)幕裂縫帶包括裂縫發(fā)育帶和相對致密帶，局部靠近斷層構造應力集中部位發(fā)育破碎帶（圖7）。

圖6 渤海海域石臼坨—遼西凸起太古界覆蓋型潛山風化殼儲集層測井響應特征Fig.6 Logging response characteristics of weathered crust reservoir of the Archaean covered buried-hill in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

圖7 渤海海域石臼坨—遼西凸起太古界覆蓋型潛山內(nèi)幕裂縫帶儲集層測井響應特征Fig.7 Logging response characteristics of inner fracture zone reservoir of the Archaean covered buried-hill in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

1）風化黏土帶：發(fā)育在風化殼的頂部，遭受風化作用最為強烈，裂縫和孔隙多被充填，泥質(zhì)含量高，物性差，電阻率值低，曲線呈指狀，聲波時差值高、密度小。

2）風化砂礫巖帶：位于風化黏土帶下方，風化程度稍弱，主要成分為變質(zhì)巖顆粒，長石蝕變嚴重，鑄體薄片上可見溶蝕孔隙發(fā)育，儲集空間以溶蝕孔隙為主。相較于風化黏土帶，其電阻率值和密度有所增大，聲波時差值減小，成像測井上可見云狀和破碎角礫狀亮斑特征。

3）風化裂縫帶：受風化淋濾作用和構造作用共同控制，鑄體薄片和井壁巖心上可見大氣淡水對構造裂縫及附近長石溶蝕的特征，溶蝕孔縫十分發(fā)育，儲集空間類型為孔隙—裂縫型，靠近破碎帶部位，巖石多被裂縫切割成不同大小的碎塊，利于大氣淡水對巖石進一步溶蝕，儲集物性好，是優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的有利部位。測井上，相較于風化砂礫巖帶，其電阻率和密度進一步增大、聲波時差減小；成像測井上可見裂縫發(fā)育且裂縫附近發(fā)育暗色溶蝕孔，指示大氣淡水沿著裂縫對長石進行溶蝕。

4）裂縫發(fā)育帶：單層厚度從十幾米到幾十米不等，裂縫密度大，井壁巖心和薄片上可見多期裂縫發(fā)育且相互切割。測井上，電阻率值較低，曲線呈指狀和鋸齒狀，相對低密度值，聲波時差相對較大，成像測井上可見裂縫密集發(fā)育。

5）相對致密帶：裂縫發(fā)育較少，巖石較致密，鑄體薄片上可見少量構造裂縫，但多數(shù)被充填完全，儲集物性差。測井上，電阻率和密度值大，聲波時差值小，成像測井上整體呈亮色高阻特征。相對致密帶和內(nèi)幕裂縫帶間互發(fā)育，使得內(nèi)幕裂縫帶儲集層具有較強的非均質(zhì)性。

6）破碎帶：距離斷裂較近，構造應力強，井壁巖心上可見巖石破碎嚴重、呈明顯的角礫狀，局部可見溶蝕縫發(fā)育，鑄體薄片可見碎裂構造，物性較好。測井上，最為顯著的標志是電阻率、聲波時差、密度曲線突然向左發(fā)生偏移，偏移程度與破碎程度呈正相關，成像測井上可見裂縫和角礫狀亮斑發(fā)育的特征，且角礫化程度要高于風化砂礫巖帶，破碎程度更強。

7）基巖帶：位于內(nèi)幕裂縫帶之下，巖性致密，為非儲集層。

5 覆蓋型潛山儲集層主控因素

石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山儲集層的發(fā)育主要受巖性、構造活動和風化淋濾作用等3個因素的控制。其中巖性是潛山優(yōu)質(zhì)儲集層形成的基礎，較高的長英質(zhì)含量利于構造成縫和風化淋濾溶蝕改造；多期構造活動作用是潛山優(yōu)質(zhì)儲集層形成的關鍵；而風化淋濾是優(yōu)質(zhì)儲集層形成的誘因，對于提高潛山儲集層的儲集性能具有重要作用。

5.1 巖性是優(yōu)質(zhì)潛山儲集層形成的基礎

富長英質(zhì)等淺色礦物的巖石是潛山裂縫型儲集層形成的基礎，長英質(zhì)含量越高，巖石的脆性越強，構造應力作用下越容易生成裂縫，利于優(yōu)質(zhì)儲集層的形成。

研究區(qū)主要以長英質(zhì)含量較高的混合花崗巖為主，部分井鉆遇了不同類別的巖漿巖侵入體。輝綠巖和閃長玢巖等中基性侵入巖是研究區(qū)暗色礦物含量較高的主要巖石，其長英質(zhì)含量明顯低于研究區(qū)的混合花崗巖，相較之下，不易發(fā)育形成優(yōu)質(zhì)儲集層。

以A3井為例 （圖8），該井局部顯示混合花崗巖、混合片麻巖與閃長玢巖互層，對比分析表明，閃長玢巖和局部暗色礦物含量較高的黑云斜長混合片麻巖層段裂縫欠發(fā)育，鑄體薄片上可見巖石整體致密（圖8－A），井壁巖心上可見發(fā)育1條裂縫但已被方解石充填完全（圖8－B），而在暗色礦物含量較低的混合花崗巖中裂縫更為發(fā)育，鑄體薄片上可見多期構造裂縫相互切割和碎裂構造（圖8－C，8－E），溶蝕孔縫十分發(fā)育。油氣顯示在混合花崗巖段也有明顯響應，從測井解釋油層的分布情況分析可知，優(yōu)質(zhì)儲集層在混合花崗巖段中的發(fā)育較為連續(xù)，而局部所夾暗色礦物含量較高的隔層會使得優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的連續(xù)性受到中斷，相鄰深度發(fā)育的閃長玢巖和混合花崗巖在井壁巖心上存在熒光顯示的差異性（圖8－D），進一步證實了巖性對于優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育和分布具有明顯的控制作用。綜上分析表明，在相同構造應力作用下，長英質(zhì)含量高的混合花崗巖更容易發(fā)育裂縫、形成優(yōu)質(zhì)儲集層。

圖8 渤海海域石臼坨—遼西凸起A3井太古界潛山巖性與儲集層發(fā)育對應關系Fig.8 Correlation between lithology and reservoir of Well A3 in the Archaean buried-hill in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

5.2 構造活動是優(yōu)質(zhì)儲集層形成的關鍵

構造活動所誘導的斷裂控制著裂縫的發(fā)育，形成裂縫型潛山儲集層；潛山儲集層所處的構造位置進一步影響裂縫的形成；印支—燕山期的關鍵構造隆升對于優(yōu)質(zhì)風化殼形成也起著重要作用。

首先，區(qū)域構造演化分析表明，石臼坨—遼西凸起潛山構造帶經(jīng)歷了包括加里東—海西期、印支期、燕山期和喜山期等多期構造運動。加里東—海西期，華北地臺整體抬升，造成石臼坨—遼西凸起志留系—泥盆系的缺失。印支期，華北板塊和華南板塊發(fā)生碰撞，早期SN向擠壓和晚期的NE－SW向擠壓形成近EW 向、NW－SE向逆斷層及大量走向與之近一致的裂縫，這些逆沖推覆構造使得地層強烈抬起隆升遭受剝蝕，潛山早期形態(tài)開始顯現(xiàn)，并為后期的構造活動改造提供了裂縫基礎。燕山期，太平洋板塊向東亞板塊進行俯沖，研究區(qū)發(fā)育多條NE、NEE向斷裂，中期郯廬斷裂帶左行走滑NE－SW 向伸展斷裂控制著中生界的沉積，晚期NW－SE向擠壓，使得地層大規(guī)模抬升遭受剝蝕。燕山期構造活動對印支期形成的構造裂縫進行改造，并形成大量NE－SW 向的構造裂縫。喜山期，印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，潛山深埋定型，由于多數(shù)喜山期斷裂未下延至太古界，故而喜山期對太古界潛山只有輕微改造作用。

其次，盡管研究區(qū)潛山經(jīng)歷了多期構造活動改造，但不同構造位置受到的構造應力作用存在差異，同時距離大型斷層的遠近也會進一步影響裂縫的形成和空間分布。太古界頂界面斷裂期次的研究揭示潛山儲集層主要受早—晚印支期近EW 向和NW 向斷裂及燕山期NE向斷裂的影響，其中428構造帶位于印支期斷裂發(fā)育區(qū)，距離燕山期斷裂較遠，主要發(fā)育近EW 向和NW 向斷裂；而B－1構造帶位于晚印支期斷裂和燕山期斷裂疊加發(fā)育區(qū)，主要發(fā)育NW 向斷裂和NE向斷裂。通過對2個構造帶的典型井裂縫發(fā)育進行統(tǒng)計和對比，發(fā)現(xiàn)裂縫的走向整體上與控制構造帶發(fā)育的斷裂走向相一致。A3井的早—晚印支期和燕山期裂縫均欠發(fā)育，這主要是由于A3構造區(qū)始終位于印支期逆沖斷裂活動的被動盤，但印支期構造活動產(chǎn)生的裂縫占比仍較大；而B－1構造帶被燕山期發(fā)育的NE走向秦南1號斷裂和遼西1號斷裂所夾持（圖1），并位于印支晚期強烈擠壓逆沖推覆活動盤的核部，構造應力強，晚印支期和燕山期的裂縫較為發(fā)育（圖9），且B1井儲集層裂縫密度遠大于A3井，裂縫發(fā)育帶和斷裂破碎帶發(fā)育更為密集，內(nèi)幕儲集層的儲地比更大（圖10）。同時內(nèi)幕裂縫的發(fā)育也加強了熱液流體對內(nèi)幕儲集層的溶蝕改造，使得其儲集物性更好。綜上所述，多期構造活動疊加作用是潛山裂縫型儲集層形成的關鍵，有利的構造位置利于裂縫的形成。

圖9 渤海海域石臼坨—遼西凸起428構造帶和B－1構造帶太古界儲集層裂縫發(fā)育情況對比Fig.9 Comparison of fracture development of the Archaean reservoirs between Structural Belt 428 and Structural Belt B－1 in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

最后，構造隆升控制著潛山暴露地表遭受風化淋濾改造的持續(xù)時間和強度。428構造帶東部A3井位于構造高部位，頂部風化殼儲集層接受更長時間的風化淋濾改造，上覆前新生代地層較薄，僅發(fā)育250 m左右厚度的古生界，而428構造帶西部A2井位于斜坡部位，風化淋濾作用強度較小，上覆古生界和中生界厚度850 m左右，風化殼儲集層不如A3井發(fā)育。B－1構造帶雖然缺失古生界而被中生界所覆蓋，遭受風化淋濾改造時間更長，但上覆近1600 m厚度的中生界說明該構造帶在印支期逆沖推覆隆升和燕山期擠壓隆升的幅度較小，風化淋濾改造強度較弱，厚層的中生界凝灰?guī)r和泥巖使得后期二次溶蝕受阻。而A3井所在構造部位在燕山晚期構造隆升過程中整個中生界和部分古生界被剝蝕，僅殘留厚度較小的古生界，說明后期的風化剝蝕對下覆太古界風化殼儲集層進行了一定程度的二次溶蝕改造，這可能是A3井的風化殼儲集層發(fā)育程度更好的原因（圖10）。因此印支期—燕山期的關鍵隆升對于優(yōu)質(zhì)風化殼儲集層的形成起著重要作用，在燕山中期埋藏、接受中生界沉積前的隆升幅度決定著早期風化殼直接暴露地表遭受風化淋濾的持續(xù)時間和強度，燕山晚期的再次隆升引起的剝蝕則會影響風化淋濾對潛山儲集層進行二次溶蝕改造。

圖10 渤海海域石臼坨—遼西凸起A3井 （左）和B1井 （右）太古界潛山儲集層垂向發(fā)育特征對比Fig.10 Comparison of vertical development characteristics of the Archaean buried-hill reservoirs between Well A3（left）and Well B1（right）in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

5.3 風化淋濾是優(yōu)質(zhì)儲集層形成的誘因

風化淋濾改造潛山儲集層產(chǎn)生大量次生溶蝕孔隙和裂縫，改善了變質(zhì)巖潛山儲集層的儲集性能；控制了石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山儲集層垂向發(fā)育的差異性。

風化淋濾作用是潛山頂部風化殼優(yōu)質(zhì)儲集層形成的關鍵因素，構造隆升后的潛山暴露地表遭受大氣淡水的風化淋濾改造，使得原本致密的變質(zhì)巖結(jié)晶基底發(fā)育大量次生溶蝕孔隙和裂縫，改善了變質(zhì)巖潛山儲集層的儲集性能，同時還能通過先前構造活動形成的斷層及伴生斷裂體系產(chǎn)生的縫網(wǎng)進一步對潛山內(nèi)幕儲集層進行溶蝕改造。由于潛山儲集層不同部位巖石的長英質(zhì)礦物及暗色礦物含量不同，加上構造裂縫在空間上展布存在不均一性 （牛濤等，2021），使得大氣淡水對潛山儲集層的溶蝕改造在垂向上具有明顯的差異性，這種自上往下的差異性溶蝕在測井曲線、物性、成像測井、鑄體薄片和井壁巖心上具有明顯響應特征。

以A3井為例，風化殼頂部的鑄體薄片可見巖石風化程度嚴重、長石泥化較強，自然伽馬值較低指示巖石遭受風化剝蝕造成巖石中放射性元素的部分流失，此外電阻率和聲波時差曲線值在風化殼內(nèi)自上往下整體呈現(xiàn)出逐漸減小的特征（圖11），也能很好地指示大氣淡水風化淋濾的溶蝕改造逐漸減弱。風化砂礫巖帶中巖石的泥化程度減弱，溶蝕特征更加明顯，風化裂縫帶中可見大氣淡水在構造裂縫的基礎上進行溶蝕、發(fā)育沿裂縫分布的溶蝕擴大孔，局部與破碎帶的疊合部位的溶蝕作用更為明顯，在成像測井和井壁巖心上也能很好地觀察到沿裂縫發(fā)育的溶蝕特征。隨著深度的不斷增加，大氣淡水的溶蝕作用逐漸減弱，加上在潛山內(nèi)幕呈現(xiàn)出裂縫發(fā)育帶和相對致密帶間互發(fā)育的特征，使得大氣淡水向下滲流受阻，鑄體薄片和井壁巖心上可見溶蝕孔隙發(fā)育較少，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤芽p作為主要的儲集空間。局部破碎帶由于距離斷層較近，也會遭受一定大氣淡水的溶蝕，內(nèi)幕裂縫帶儲集層中疊合破碎帶發(fā)育的部位孔隙度會高于臨近部位也能很好地證實這一點。

6 覆蓋型潛山儲集層分布模式

在儲集層發(fā)育主控因素的指導下，通過對多口井的垂向發(fā)育特征分析對比，建立了覆蓋型潛山儲集層的分布模式 （圖12）。在單井上，優(yōu)質(zhì)潛山儲集層主要分布在破碎帶與風化裂縫帶或裂縫發(fā)育帶的疊合部位；空間上，優(yōu)質(zhì)潛山儲集層主要分布在二層結(jié)構覆蓋型潛山的頂部風化殼和多期構造活動疊加區(qū)域的潛山中部內(nèi)幕裂縫帶中。

圖12 渤海海域石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山儲集層發(fā)育分布模式Fig.12 Development and distribution pattern of the Archaean covered buried-hill reservoir in Shijiutuo－Liaoxi uplift，Bohai Sea

單井上：（1）潛山頂部風化殼儲集層受大氣淡水的風化淋濾改造作用較為強烈，儲集空間類型以孔隙型和孔隙－裂縫型為主，溶蝕孔縫發(fā)育，在未完全充填的風化砂礫巖帶和溶蝕作用較強的風化裂縫帶發(fā)育一般儲集層 （圖11）。（2）局部風化裂縫帶與破碎帶疊合部位，巖石破碎嚴重、溶蝕作用強，溶蝕孔隙、構造裂縫及沿裂縫分布的溶蝕擴大孔發(fā)育，儲集物性好，發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲集層。（3）裂縫發(fā)育帶中靠近破碎帶且溶蝕作用較強的部位和破碎帶密集發(fā)育的部位，儲集物性好，發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲集層。（4）局部疊合破碎帶、裂縫充填程度中等的厚層裂縫發(fā)育帶發(fā)育一般儲集層。（5）距離破碎帶較遠、裂縫發(fā)育但充填程度較強、溶蝕作用較弱的裂縫發(fā)育帶以及疊合破碎帶的薄層裂縫發(fā)育帶為較差儲集層。

空間上：（1）位于同一構造帶的潛山古地貌高部位由于風化淋濾作用強度相對更大，發(fā)育更厚的風化裂縫帶。風化黏土帶和風化砂礫巖帶在構造高部位不易保存；而在山坡和山腳等構造相對低部位更為發(fā)育。整體上二層結(jié)構覆蓋型潛山太古界風化殼厚度更大，其中 “中生界—太古界”二層結(jié)構潛山由于上覆厚層中生界發(fā)育凝灰?guī)r和泥巖使得大氣淡水向下淋濾受阻，難以對風化殼儲集層進行二次溶蝕改造；局部古地貌高點發(fā)育的 “古生界—太古界”二層結(jié)構潛山由于燕山晚期構造隆升幅度較大，整個中生界和部分古生界遭受剝蝕，后期的二次溶蝕作用對風化殼儲集層具有一定程度的改造；“中生界—古生界—太古界”三層結(jié)構潛山接受風化淋濾作用時間最短，風化殼儲集層發(fā)育最差。（2）中部內(nèi)幕裂縫帶由于大型斷裂—伴生次級斷裂—破碎帶體系的影響，形成貫通的 “裂縫網(wǎng)絡體系”。多期構造作用疊加區(qū)域伴生次級斷裂及斷層破碎帶更為發(fā)育，內(nèi)幕裂縫帶厚度更大，破碎帶和裂縫發(fā)育帶發(fā)育更為密集，同時靠近多個破碎帶共同影響部位裂縫發(fā)育密度更大。受構造應力的減小和巖性變化等因素影響，各個斷層發(fā)育的破碎帶和裂縫發(fā)育帶之間存在裂縫欠發(fā)育的相對致密帶。（3）底部基巖帶幾乎不受構造作用和風化淋濾作用的影響，巖性致密，僅在局部發(fā)育較少的構造裂縫（圖12）。

因此，位于多期構造活動疊加區(qū)域、具有二層結(jié)構、上覆地層厚度較小且年代較新的構造高部位潛山，是覆蓋型潛山油氣勘探的有利目標。

7 結(jié)論

利用地震測井資料、鑄體薄片、井壁巖心、常規(guī)物性、掃描電鏡和X衍射資料和方法，揭示了渤海海域石臼坨—遼西凸起覆蓋型潛山儲集層的發(fā)育特征、主控因素和分布模式。

1）石臼坨—遼西凸起太古界潛山發(fā)育片麻巖、變粒巖、角閃巖、混合花崗巖、混合片麻巖、碎裂巖和糜棱巖等變質(zhì)巖，局部發(fā)育輝綠巖和閃長玢巖等中基性巖漿侵入體，巖性以混合花崗巖為主；潛山儲集空間類型多樣，發(fā)育多種類型的溶蝕孔隙和裂縫，其中構造裂縫是最主要的儲集空間；物性統(tǒng)計表明孔隙度的分布范圍為0.2%～10.1%，平均孔隙度為2.2%，滲透率的分布范圍為 （0.001～6.343）×10－3μm2，平均滲透率為0.445×10－3μm2，儲集層物性隨著距離潛山風化殼頂部距離增大呈逐漸減小的趨勢；覆蓋型潛山儲集層垂向分帶特征明顯，自上而下發(fā)育風化黏土帶、風化砂礫巖帶、風化裂縫帶、裂縫發(fā)育帶、相對致密帶和基巖帶。

2）富長英質(zhì)的巖石為裂縫型儲集層的形成奠定物質(zhì)基礎，大氣淡水和熱液流體沿著裂縫對長石進行溶蝕，利于優(yōu)質(zhì)儲集層的形成；多期構造作用的疊加改造是潛山規(guī)模性裂縫型儲集層形成的關鍵因素，同時靠近印支—燕山主控斷裂和印支期擠壓逆沖推覆的主動盤—核部是裂縫型儲集層形成的有利區(qū)域。印支期—燕山期的強烈構造隆升是覆蓋型潛山形成優(yōu)質(zhì)風化殼儲集層的必要條件；風化淋濾作用對于改造潛山儲集層具有重要作用，上覆地層的年代新、厚度小，有利于大氣淡水對覆蓋型潛山儲集層的二次溶蝕改造。

3）破碎帶與風化裂縫帶和裂縫發(fā)育帶的疊合部位是優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的有利部位；上覆地層年代越新、厚度越小、位于古地貌高點，風化殼儲集層越厚；二層結(jié)構覆蓋型潛山風化殼儲集層發(fā)育更好；多期構造作用疊加區(qū)域潛山內(nèi)幕裂縫帶儲集層厚度更大，破碎帶和裂縫發(fā)育帶發(fā)育更為密集。