束鹿凹陷太古界潜山变质岩储层特征
2015-06-15张宇飞李强李晨溪
张宇飞,李强,李晨溪
(1.长江大学地球物理与石油资源学院,湖北 武汉430100;2.长江大学地球科学学院,湖北 武汉430100;3.中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249)
0 引言
变质岩型油气藏在世界各地均有发现,比较著名的有委内瑞拉的拉帕斯-马拉油田、美国加利福尼亚州的爱迪生油田和惠明顿油田、 前苏联的沙依姆油田等[1-3]。多年来的研究表明,变质岩的储层结构十分复杂,非均质性极强,多为裂缝型储层,裂缝在纵向上成段、平面上成带分布。变质岩潜山内幕油藏潜力巨大,储量可观,但勘探难度极大[4]。
束鹿凹陷位于冀中坳陷南部,东邻新河凸起,西至无极—藁城低凸起和太行山断裂,其间被宁晋凸起分割[5-6]。区域内出露地层齐全,包括太古界、元古界、古生界、中生界及新生界地层。
束鹿凹陷自1975年在中上元古界蓟县系雾迷山组发现了任丘古潜山油田以来,油气勘探的重点始终是碳酸盐岩型潜山油气藏,对潜山碳酸盐岩储层分布规律、潜山构造特征、油藏类型等问题也进行了系统研究,取得了大量成果[7-12],但却忽视了对埋藏更深的太古界变质岩潜山成藏问题的探索。2011年,晋古19 井在束鹿凹陷南部雷家庄潜山带成功钻遇到太古界变质岩型油气藏,从而使潜山油藏勘探向变质岩型潜山方向转变。目前,束鹿凹陷内钻遇太古界探井仅有5 口,且全部探井只揭露至潜山顶面风化壳,制约了对束鹿潜山内幕油藏的认识。
本文运用取心井岩性观察、薄片鉴定、裂缝统计与分析等方法,对束鹿凹陷潜山带展开了初步分析研究,明确了束鹿凹陷潜山变质岩的岩石类型、分布特征,确定了变质岩储层特征,揭露了潜山油气聚集情况,为寻找隐蔽型油气藏提供了理论依据。
1 构造及岩性特征
束鹿潜山带是在地台活化、 差异沉降和挤压等作用下抬升隆起而形成的[13]。中生代是潜山形成的重要时期,经历了复杂的构造运动:首先是在海西末期—印支期的近南北向挤压应力场作用下,造成近东西向构造格架的整体隆升,形成了区域东西向展布的鼻状构造带;接着是燕山期北东及北北东向的构造发展,形成区域内北东、北北东、北西向的断层带;始新世晚期,冀中坳陷进入强烈伸展期[14-15],盆地进入以坳陷为主的演化阶段,成为一个统一的沉降单元,接受沙河街组、东营组等沉积。
根据对目前潜山钻遇井的岩心观察,束鹿凹陷变质岩潜山岩性较复杂: 以区域变质岩为主,包括片麻岩、片岩、板岩,变质石英岩等;变质程度以中—低级变质为主。可作为储层的主要为片麻岩、变质石英岩及片岩,而板岩及千枚岩主要为隔层活盖层。
潜山变质岩主要类型有:
1)黑云斜长片麻岩。岩石呈灰白色、灰黑色,具鳞片粒状变晶结构,片麻状构造和块状构造。主要矿物成分为斜长石(55%~60%)、黑云母(20%~25%)、石英(15%左右),少量角闪石和不透明矿物(见图1a,1d)。
2)云母石英片岩。岩石呈灰白色、肉红色,鳞片变晶、粒状变晶结构,片状构造和条带状构造。主要矿物成分为石英(60%~70%)、白云母(20%~25%)、黑云母(5%~10%),少量斜长石和不透明矿物(见图1b,1e)。
3)变质石英岩。岩石呈灰白色、白色,粗粒变晶结构,块状构造。主要矿物成分为石英,体积分数大于90%,其次为少量的斜长石和不透明矿物(见图1c,1f)。
4)板岩。岩石呈灰黑色、褐灰色,变余砂状、变余泥质结构,块状构造。矿物成分主要为绢云母及少量石英和金属矿物。
5)大理岩。岩石呈灰白色,等粒变晶结构,块状构造。主要矿物成分为方解石和白云石,少量石英,白云母及不透明金属矿物。
图1 束鹿凹陷变质岩类型
2 储层特征
2.1 储集空间类型及特征
束鹿凹陷太古界变质岩是漫长的地质历史演化产物,经历了早期沉积,后期区域变质,最后又遭受风化剥蚀、溶蚀淋滤和构造破碎等改造,其储集空间类型多样。潜山岩心观察和薄片鉴定表明,变质岩潜山储集空间具有双重介质特征,储集空间分为裂隙型和孔隙型2 种。其中,孔隙型包括溶蚀孔、晶间-粒间孔,裂隙型主要为各种成因的节理和裂缝。
2.1.1 孔隙类型
1)矿物晶间孔及粒间孔。主要指矿物颗粒间的孔隙,多形成于长石、石英、黑云母等矿物的颗粒间。孔隙一般孤立,有的孔隙有明显的蚀变和溶蚀作用。孔径一般1~2 μm,大者可达5~30 μm(见图2a)。
2)矿物蚀变溶蚀孔及微孔。一些矿物受地质作用产生蚀变,如长石高岭石化、绢云母化,黑云母、角闪石绿泥石化,以及它们被方解石交代,易产生蚀变溶蚀孔隙,常见有长石粒内溶孔、高岭石粒间微孔、绿泥石粒内溶孔以及粒间溶孔等。孔隙大小不等,多以微孔为主,一般小于2 μm,有的可达几十微米甚至达到几毫米(见图2b,2c)。
2.1.2 裂隙类型
按裂缝产状可分为斜交缝、网状缝、水平缝3 类。1)斜交缝。在岩心中最发育,裂缝面一般较平直,裂缝延伸数厘米,成组出现,缝宽0.1~1.0 mm;裂缝呈充填或半充填,充填物以方解石为主,部分见有铁质或泥质(见图2d)。2)水平缝。在潜山岩心中很常见,裂缝延伸一般数厘米至十几厘米,多为半充填—未充填,缝宽0.5~1.0 mm,个别可达2.0 mm(见图2e)。3)网状缝及微裂缝。据岩心及薄片观察,网状缝由几组裂缝相互切割,将岩心分割破碎成角砾状,缝宽一般小于2.0 mm,多数为泥质或铁质充填。网状缝在潜山顶面比较常见,是构造和风化作用的综合产物(见图2f)。
图2 束鹿凹陷潜山变质岩储集空间类型
2.2 变质岩储集空间控制因素
对于结晶岩石而言,其储集性能主要取决于岩石裂缝和孔隙发育程度。而区域变质岩形成过程中,在高温、高压条件下,原岩矿物经历变质重结晶、交代重结晶等变质过程,原岩中的原生孔隙被部分充填堵塞,因此,这类岩石基质孔隙度很低,不是潜山变质岩的主要储集空间。岩石成岩之后,构造运动使岩石遭受进一步的改造,暴露在浅部的岩石受风化淋滤形成次生溶孔和溶缝,深部的岩石受构造应力作用形成大量的裂隙,这些次生的孔、缝成为潜山岩石的主要储集空间。概括而言,储集空间形成和演化主要受以下因素控制。
1)古表生风化作用。束鹿凹陷潜山变质岩自形成后,经历多次的构造抬升、长期的风化淋滤作用,在潜山顶面形成一定厚度的风化壳。风化淋滤作用大大改善了变质岩石的储集性能。如晋古19 井,潜山岩心常规分析表明,有效孔隙度14.53%~24.43%,平均18.37%,储集性能良好。
2)构造作用。它是潜山变质岩储层发育的主导因素:一方面,由于构造运动使潜山变质岩抬升,易受后期表生风化淋滤作用,增大岩石的次生孔隙(见图2a,2f);另一方面,构造运动产生强烈的挤压、剪切应力,形成大量次生裂缝(见图2d,2f)。晋48 等井的岩心观察和薄片鉴定表明,束鹿凹陷变质岩潜山内幕至少发育3 期构造裂缝,这些不同期次、不同产状的裂缝,相互切割、限制,构成了潜山内幕复杂的裂隙系统。
3)潜山埋藏状况。本区主要表现为潜山埋藏深度、上覆地层厚度及年代等。对束鹿潜山井的统计分析(见表1)表明,潜山裂缝发育与埋藏深度存在一定的相关性,埋藏深度越大,裂缝发育程度越低,而且埋藏深度越大,裂缝被充填的程度越高。
表1 束鹿凹陷潜山埋藏状况
4)变质岩岩石类型。前已述及,本区变质岩主要为一套变质程度达中—低级区域变质岩,岩石类型包括片麻岩、片岩及板岩和变质石英岩。变质岩中裂缝发育程度除与构造位置有关外,还受岩石本身的力学性质控制。在相同的地质和构造条件下,能干性岩石表现为脆性,受力易发生破裂,形成裂缝,因此,随着变质程度增加,岩石中长英质矿物体积分数增加,岩石脆性增加,越易形成破裂。片麻岩类是本区的主要储层,板岩类为区内主要隔层(见表2)。
表2 束鹿凹陷变质岩储集空间特征
3 储层分布特征及评价
束鹿凹陷变质岩经历长期而复杂的地质演化,其潜山变质岩储层分布受潜山地质结构的控制。通过对束鹿凹陷北部、 中部和南部北西向三维地震的综合解释(见图3),可准确了解变质岩潜山顶面形态和断层展布特征。
图3 束鹿凹陷东西向三维地震剖面
图3显示,束鹿凹陷地层基本顺北北东展布。宁晋凸起及西部斜坡带出露地层为元古界长城系和蓟县雾迷山系;顺斜坡向东,寒武系—奥陶系地层出露在西部斜坡带上;在中央洼槽带,出露地层时代变化为石炭纪—二叠纪;新河凸起东侧,地层分布也是由西向东,由老变新。作为凹陷地层的下伏基底,束鹿凹陷变质岩埋藏深度受地层分布控制,在凹陷西部宁晋凸起带和东部新河凸起带上,太古代变质岩埋藏较浅,上部地层剥蚀严重,仅残留元古界长城系或蓟县系;斜坡带及洼槽带,上部地层剥蚀少,变质岩埋藏深度大。束鹿凹陷南部的雷家庄凸起带上,上部仅残留馆陶组地层,为本区埋藏深度最浅的变质岩潜山。
根据三维地震剖面、测录井资料及岩心观察资料,平面上将束鹿凹陷变质岩储层划分为南部雷家庄凸起带、东部新河凸起带和西部宁晋凸起带(见图4)。1)雷家庄凸起带。潜山长期出于剥蚀状态,潜山变质岩为片麻岩、片岩及石英岩,上覆地层为新生界沙河街组和孔店组、馆陶组的泥岩,构成了良好的储盖系统,为本区最佳变质岩储层和油藏发育区域。2)新河凸起带。埋藏较浅,变质岩上部为中—上元古界蓟县系雾迷山组及长龙山组。崔秀梅等[16]认为,该带由于岩性及应力的不均一,导致裂缝发育分布不均,深色变质岩致密,裂缝、 节理极不发育,具有良好的封盖条件;浅色变质岩裂缝发育,可作为储层。这种储盖组合模式,是新河凸起变质岩潜山内幕储盖组合的主要形式之一。3)宁晋凸起带。根据凹陷基底展布特征,该凸起带为本区控凹隆起带,位于凹陷西部,出露地层位为中元古界浅变质—未变质岩石,但构造裂缝不发育,距生油洼陷远,油气运聚较困难;因此,不是本区变质岩储层的有利发育位置。
图4 束鹿凹陷变质岩储集岩平面分布
4 结论
1)束鹿凹陷变质岩由片麻岩类、片岩类、板岩类及变质石英岩等多种变质岩类组成。现有研究资料表明,潜山变质岩类型以中—低级区域变质岩为主。
2)变质岩储集空间包括孔隙和裂隙双重介质。孔隙主要发育在潜山顶面,裂隙发育于潜山断裂带。裂缝类型包括水平缝、斜交缝和网状缝,它们构成了潜山内幕主要储集空间。
3)储集空间发育受风化程度、构造位置、埋藏深度及变质岩类型等因素影响,埋藏浅、风化强烈、断裂发育部位,以及长石石英质体积分数较高的片麻岩、片岩及石英岩,是孔、缝发育的主要储集岩。
4)平面上不同构造位置、不同潜山带,储层发育情况差异明显。研究表明,雷家庄凸起带和新河凸起带是储层发育的有利位置,是变质岩潜山油藏勘探的有利区带。
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