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

断块油气田 2015年2期

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。