辽河坳陷变质岩潜山内幕油藏成因分析

李晓光　刘宝鸿　蔡国钢

摘要：在近几年辽河坳陷勘探实践中，发现了多个变质岩潜山内幕裂缝性油藏，取得了变质岩潜山深层可以富集油气的认识。在总结变质岩潜山内幕油藏特征的基础上，重点从地层岩性特征、烃源岩、供油“窗口”等方面分析了对潜山内幕油藏形成的控制作用。研究表明，变质岩潜山存在多种岩性组合，纵向上呈“似层状”；裂缝发育受构造活动和优势岩性双重因素控制，“优势岩性”序列决定了储层与隔层交互发育；潜山内幕多套储、隔层组合与烃源岩有机配置，具有形成潜山内幕油气藏的可能；油气的分布受内幕裂缝体系及致密隔层所控制。该研究为变质岩潜山内幕油藏的认识拓展了勘探领域。

关键词：潜山内幕油藏；成因；古潜山；变质岩；优势岩性；构造运动；裂缝性储集层；辽河坳陷

中图分类号：TE122.3

文献标识码：A

前言

辽河坳陷潜山油气藏历经30余年勘探和开发，先后发现了太古字、中上元古界、中生界等多套含油层系，探明了10多个潜山油气藏，取得了良好的勘探开发效果。“十五”以来，辽河坳陷潜山在勘探理念和勘探技术进步的推动下”，勘探工作由寻找成藏条件相对明显向寻找埋藏更深、更隐蔽、更复杂的潜山拓展，相继取得了多个领域重大突破，尤其是针对变质岩开始向“潜山内幕深层”延伸，实现了规模储量的增长。

以往认为，变质岩潜山油藏是在表风化壳形成的一种不整合遮挡油气藏。辽河坳陷在以往的勘探中陆续发现了兴隆台、齐家、东胜堡等多个变质岩潜山油藏，受潜山风化壳含油认识的限制，钻探集中于表层部分，揭露厚度一般较小。2005年在西部凹陷兴隆台潜山主体部位钻探了兴古7井，揭露太古宇变质岩厚度达1640m，并在潜山内部试油获高产油气流，不仅使兴隆台潜山的含油底界下延了1600余米，而且揭示了潜山内幕多层段富含油气的特点，发现了变质岩潜山内幕油藏，该潜山已经进行整体开发生产。继兴隆台潜山内幕油藏勘探取得突破以后，辽河坳陷变质岩潜山油藏勘探成果不断扩大，相继在大民屯凹陷前进潜山、曹台潜山等取得新发现，尤其是前进潜山钻探的沈288、289井在太古宇潜山表层油气显示微弱，但揭开200m后见到良好油气显示，测试获得工业性油气流，进一步证实变质岩潜山内幕油藏的存在。

位于生油凹陷中的变质岩潜山表层风化壳可以形成油藏的观点已被广泛接受。对于变质岩潜山内幕油藏的勘探与认识才刚刚起步，深入研究和正确认识变质岩潜山内幕油藏的特征及成因机制，对于指导勘探实践，丰富和提升潜山成藏理论具有重要的现实意义和理论价值。

1变质岩潜山内幕油藏特征

1.1储集空间以裂缝体系为主，油藏具非均一性

分析认为，太古宇变质岩潜山内幕油藏为裂缝性油藏，储集空间主要为受多期断裂活动影响形成的裂缝体系。裂缝发育带的分布受断裂展布和潜山岩性的控制明显，不同岩性段裂缝发育程度不同，储层非均质性较强。

根据岩心观察、镜下鉴定及测井资料分析表明，兴隆台太古宇潜山为具有双重孔隙结构的裂缝性储层，主要储集空间为构造缝和碎裂粒间孔。潜山内幕储层宏观裂缝发育，多为中、高角度张开缝，裂缝张开度为0.1～0.2mm，裂缝面延伸较长，多切割岩心，见多组裂缝呈网状分布；并表现出晚期裂缝切割早期裂缝，反映出多期裂缝发育的特点。通过岩心物性资料统计，孔隙度最大为13％，最小为0.6％，主要分布在2％～10％，平均为5.7％。钻井资料及FMI成像测井资料表明，黑云母斜长片麻岩、混合花岗岩、碎裂岩及花岗斑岩、闪长玢岩等暗色矿物含量较少的岩类裂缝较发育，含油性较好；而角闪岩、斜长角闪岩、辉绿岩、煌斑岩等裂缝不发育，含油性较差。

受储层非均质性影响，内幕油藏表现非均一性。在纵向单井剖面上不同井段含油气性的差异较大；油层在横向上变化较快，井与井之间存在差异，通过对兴隆台潜山开发生产情况分析，在300～350m井距下生产井间未见明显干扰现象。

1.2多层系裂缝含油，平面上油气可迭加连片

变质岩潜山内幕具有多层系裂缝发育的特点，裂缝的发育直接控制着油气的分布和富集。潜山内部多期发育不均匀分布的裂缝带，控制油气纵向上分段分布、平面上迭加连片。

从钻井、试油、生产结果反映出兴隆台太古宇潜山具有高幅度、大面积整体含油。其中，兴古7井从2590～4230m揭露潜山厚度达1640m，电测解释油层17层136m，差油层45层414m。潜山整体反映出多层系裂缝含油特征，揭露油层埋深在2400～4500m，含油幅度高达2100m。目前尚未见到油水界面，出油底界为受岩性因素控制的物性界面。

1.3可形成多套油水(油干)组合

钻探证实，在变质岩潜山内幕可形成多个相对独立的油气藏，在纵向上组成多套油水或油干组合。

兴隆台太古界潜山油藏目前钻井证实，纵向上发育3个油层集中发育段(图1)，而且压力资料也证实潜山中各油层段存在压力系数差异(表1)，表明潜山内幕油藏不是一个统一的压力系统。目前兴隆台潜山按上、中、下3个油藏系统分层系实施了水平井开发，其中在3个层系均有水平开发井并获得了百吨以上高产油气流。其中致密角闪岩段成为潜山内部隔层段。

兴隆台潜山油源条件十分充足，表现为裂缝发育为油层，裂缝不发育段为干层，油层、干层交互分布的组合特征。在油源条件不十分充足的条件下，其间可存在水层。最近在中央凸起钻探的赵古2井，在潜山上部钻遇水层的情况下，在下部仍然发现了油层，表现为油层、干层、水层组合特征。多套油水组合特征的认识，为潜山内幕勘探“水层(干层)之下找油层”勘探思路的确定提供了依据。

2变质岩潜山内幕油藏成因分析

通过对油气藏控制因素分析认为，变质岩潜山内幕油藏不同于表层风化壳油藏。风化壳油藏是以表层的风化壳为储集体、以不整合面为遮挡的油气藏类型；而潜山内幕油藏以潜山内幕的裂缝体系为储集体、主体以内幕致密层为遮挡的油气藏类型。

2.1

潜山内幕储层、隔层交互分布是内幕油藏形成关键

太古宇变质岩系是辽河坳陷广泛分布的最古老的结晶基底，根据单颗粒锆石同位素原位定年技术测定的西部凹陷兴隆台、齐家潜山和大民屯凹陷前进潜山等多个地区太古宇变质岩年龄值为24.98×10⁸～25.81×10⁸a，属于新太古界。根据钻探和大量的岩心、岩石薄片等资料表明，辽河坳陷变质岩潜山多种岩性组成，主要包括区域变质岩、混合岩和少量动力变质岩及多期侵入的基性一酸性岩脉构成。太古界变质岩并非简单的块

2.1.2

多期次和多性质构造运动决定裂缝发育

辽河坳陷的结晶基底在漫长而复杂的地质历史演化过程中，经历了印支、燕山、喜山等多期构造体，而是内部具有较强非均质性的复杂结构。

2.1.1

变质岩本身具层状特征

对变质岩成因分析认为，变质岩是一种转化岩石，其成分与原岩的总化学成分和变质作用的类型、强度密切相关。副变质岩原岩是沉积岩在转化过程中经历了地层的升降与地质应力的破坏，但是母岩原始状态下存在的层状构造依然存在；正变质岩原岩是火成岩，产出形态一般为不规则的封闭形轮廓，或成脉状穿插围岩，但基岩侵入或火山熔岩变质后也成层状、似层状产出。通过对辽河坳陷周边野外露头区勘测展示出该特征(图2)。通过岩心观察、薄片鉴定等研究表明，辽河坳陷结晶基底太古宇变质岩产出状态有序分布，如片麻岩的片麻理，混合岩条带状构造，浅粒岩中线理、斜长角闪岩与变粒岩或片麻岩互层出现时的层理，往往在同一局部地区表现出产状一致性。利用钻井取心和系统的岩屑样品结合常规测井、FMI成像测井以及ECS测井岩性解释资料，建立了兴隆台潜山1600余米井段岩性剖面并进行多井岩性对比，表明变质岩潜山内幕岩性呈“层状”或“似层状”展布，并形成层状岩性垂向分带性(图3)。

运动改造，抬升隆起、挤压褶皱、块断翘倾、走滑活动以及长期的风化淋滤等地质营力作用，造成潜山裂缝、孔、洞的发育。对辽河坳陷潜山钻探成果表明，潜山的含油气性与断裂及受其控制形成的裂缝发育带密切相关。在多个含油气潜山证实存在内幕断裂，而且像兴隆台、牛心坨、冷南等潜山中发现了逆掩断裂存在的证据。在兴隆台潜山钻探的兴古7－5等井在太古界内部钻遇了中生界重复段，以及潜山内部发育的糜棱岩、碎裂岩，表明了潜山逆掩推覆的特征，通过对潜山内发育的岩浆侵入体中锆石u—Pb同位素原位测年资料分析，样品年龄值集中在220～230 Ma之间，对应于晚三叠世。岩心观察这些中酸性岩脉裂缝极为发育，经历了后期构造运动的改造，表明构造运动的多期性。多期强烈的构造作用决定了潜山内幕多期裂缝的发育，是兴隆台潜山内幕油气富集的关键，也说明基岩断裂对潜山内幕储层的发育起重要作用。其中兴古7井在潜山内部1000m以下裂缝仍很发育，试油获得了高产工业油气流，改变了变质岩内幕为致密层的观点。

2.1.3

裂缝储层发育遵循“优势岩性”序列规则

根据岩矿分析资料，对变质岩中多种岩性按照其中暗色矿物的含量多少进行排序，形成岩性序列(表2)。“优势岩性”是指在岩性序列表中暗色矿物含量少靠前的岩性相对于暗色矿物含量多靠后的岩性成为优势岩性。研究表明，裂缝发育程度与岩石中暗色矿物含量多少有关。在同样的构造应力的作用下，暗色矿物含量少的岩性容易产生裂缝成为储层，而暗色矿物含量较高的岩性不容易产生裂缝，不易成为储集岩。在任何一个潜山中，优势岩性更容易成为储集岩。在兴隆台潜山中，花岗斑岩、闪长玢岩等中酸性的侵入岩岩脉是本区比较好的储集岩，这是由于在兴隆台潜山中，暗色矿物含量最低的岩性为中酸性的侵入岩岩脉，其他岩性的暗色矿物含量远高于这种岩脉，因此，这种岩性能够作为兴隆台潜山优势岩性，成为好的储集岩；而在杜家台潜山中，这种中酸性的侵入岩岩脉不是储集岩，这是由于在杜家台潜山中石英岩为主要岩性，暗色矿物含量比中酸性的侵入岩岩脉低，石英岩为该潜山的优势岩性，成为储层。变质岩潜山的个体存在岩性的下限，而对于变质岩潜山类型来说，储层岩性无下限，在一定条件下，任何一种岩性都有成为储集岩的可能。

2.1.4潜山内幕存在隔层

在潜山内幕既发育储层又存在隔层，储、隔层配置良好才可能为形成多层次的内幕油藏提供条件。通过对已发现的潜山内幕油藏的岩性特征分析发现，潜山内幕隔层岩性具有多样性和多成因性。有的是区域变质作用成因的暗色矿物含量较高的角闪岩类，有的是后期侵入成因的火成岩岩脉(煌斑岩、辉绿岩等)。归纳其特征认为，作为潜山隔层的岩性为具有暗色矿物含量高的特点，按照“优势岩性”的概念分析，在某一潜山内岩性序列靠后的岩性，都有成为隔层的可能。

总之，潜山内幕多种岩性和岩性组合，受多期构造运动的影响，裂缝储层差异性发育形成潜山内幕非均质性，可形成潜山内幕多套储、隔层组合。

2.2充足油源是成藏基础

2.2.1

内幕油藏具近源成藏特点

目前所发现的内幕油藏均位于富油气生油洼陷内或临近生油洼陷。分析认为，只有具备充足的油源条件，才可能为内幕成藏提供保证。辽河坳陷的西部凹陷和大民屯凹陷是著名的富油气凹陷。凹陷内暗色生油岩泥岩性纯且厚，因此通常都有较高的异常流体压力。实测砂岩和油气层的压力系数最高可达1.29，利用声波时差计算的泥岩压力系数一般为1.4～1.8，高者达1.90，而潜山在地层中一般为低势能区。位于生油洼陷之中和油气运移的主要路径上潜山圈闭，油源十分充足，有利于内幕成藏。

2.2.2具有多油源、多期充注成藏的地质背景

断陷盆地多沉降、沉积中心背景和构造运动多期性特点，决定了多油气来源和油气运聚、成藏的多期性。兴隆台潜山带位于西部凹陷中部，属于相对独立的构造单元。在其周边地区发育了清水、陈家、盘山等多个生烃洼陷，每个生烃洼陷几乎具有相对独立的构造发育史、沉积埋藏史和热演化生烃史，形成了各自独立的生烃系统；同时，每个洼陷内部发育了沙三、沙四段2套生烃系统，且各系统具备了沉积环境的多样性、生油母质的多样性、成熟度的多样性等特点。埋深大于3500m深层沙三、沙四段烃源岩处于成熟一过成熟演化阶段，不同层位、不同深度烃源岩所处的演化阶段不同，存在完整的烃源岩演化系列，可生成正常油、轻质油、凝析油、湿气、干气等多种相态的烃类。兴隆台潜山天然气和凝析油气藏的存在也正是上述成熟度多样性的表现。因此，潜山处于复合型的生烃系统之中并形成多源一藏现象。十分丰富的油气源为兴隆台潜山形成千米含油幅度和潜山带整体含油提供了极优越的前提条件。

大民屯凹陷法哈牛潜山烃类组成中多种性质原油并存的特点，也反映出多油气来源特点。法哈牛潜山主体部位以往钻探的哈11井、哈31井、法45—37井的原油凝固点均在41℃以上，都是高凝油；2005年完钻的哈31—16—18井首次在潜山钻遇稀油，凝固点为23℃。分析认为，法哈牛潜山既有来自于胜东洼陷沙四段油页岩生成的高凝油，也有来自荣胜堡洼陷沙三段烃源岩生成的正常原油。

2.3侧向供油“窗口”控制潜山含油幅度

辽河坳陷在潜山原油中测得了异戊间二烯烃、甾烷、萜烷及卟啉等生物标志化合物，表明了有机生油来源，与临近的古近系生油洼陷有关，为“新生占储”成油组合。太古宇潜山之上往往覆盖一定厚度的中生界或房身泡组玄武岩，潜山能否成藏取决于能否与上部的古近系沙三段、沙四段生油岩相接触，或能否通过断裂使潜山与烃源岩相沟通。

有证据表明，烃源岩与潜山侧向接触的“供油窗口”面积越大，越有利于内幕成藏，并控制潜山

含油气幅度。通过对兴隆台潜山带构造精细解释，落实了马圈子潜山的南侧、兴隆台潜山的北侧以及潜山带的西侧存在着断距较大的断裂，尤其是马圈子潜山南侧的大断层，垂直断距可达到2000m，使沙三段、沙四段生油岩与太古界潜山直接接触，提供了区域大面积的供油“窗口”；从潜山主体顶界埋深2400m到供油“窗口”底界深度6400 m，潜山总体供油幅度可高达4000 m，从而决定了该潜山千米以上的含油气幅度。

对于中央凸起为长期的基岩隆起带，其大部分上覆地层没有烃源岩，完全依托侧翼大断层，尤其是西部凹陷的台安一大洼断层及海南断层，长期断陷形成基岩与凹陷当中的沙四段、沙三段烃源岩侧向大面积接触的“供油窗口”，使洼陷当中生成的油气通过断面进入中央凸起基岩，再通过内幕断层和构造裂缝系统运移至内幕聚集成藏。对于上述成藏条件的认识，使中央凸起成为具有较大勘探潜力的重要领域。

2.4具有良好的封盖体系和保存条件

辽河坳陷广泛发育和分布的沙三、沙四段湖相泥岩既是古潜山主要烃源岩，又是潜山的最佳盖层；同时，变质岩潜山内部致密层可作为内幕油藏的有效封隔条件。

辽河坳陷古潜山大多具有“早隆、中埋、后稳定”的特点。从构造演化的角度分析，多数古潜山圈闭在沙三时期以前形成，而且基本定型。晚期的断裂活动对其影响较小，使潜山具有良好的保存条件，与东营组末期油气大规模运移期形成良好的时间上的配置关系。

综上所述，只要具备良好的油气源条件和油气输导条件，不仅可以形成变质岩潜山表层风化壳油藏，潜山内幕多期发育而不均匀分布的断层和裂缝体系对油气起到沟通和储集作用，并有内幕致密隔层作为遮挡条件，可形成潜山内幕油气藏。

3结论

(1)变质岩潜山内幕地层具“层状”结构和多种岩性组合；裂缝储层发育受构造和岩性双重因素控制，“优势岩性”序列规则决定了暗色矿物含量少的岩石成为储集岩，而暗色矿物含量多的岩石成为隔层。

(2)变质岩潜山内幕储、隔层交互分布，与充足的油源和输导条件配置关系良好，就可以形成潜山内幕油气藏。

(3)通过对辽河坳陷变质岩潜山内幕油藏成因机制的研究和勘探实践，证实变质岩潜山内幕成藏认识符合地下地质情况。变质岩潜山内幕既具有裂缝发育背景，也具备油气成藏条件，从而在理论及实践上突破了以往潜山勘探只注重潜山风化壳的认识，拓展了潜山风化壳之下找内幕油藏、油层之下找深部油层的勘探新思路，扩展了潜山勘探领域。变质岩潜山内幕裂缝油气藏的分布具有很大的隐蔽性和复杂性，但是一个具有勘探潜力的新领域。结合渤海湾等地区构造演化分析，具有相似的地质背景和构造演化条件，应注重该领域的勘探工作。

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编辑常汉章