渤中凹陷19-6区太古界潜山变质岩岩石类型及鉴别特征

宋国民，张艳，李慧勇，高有峰，刘小健，郭天婵

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459

0 引言

渤海湾盆地渤中凹陷19-6区新发现了大型凝析气田，其中太古界潜山变质岩是研究区的优质储集层[1-2]。变质岩作为油气储层在国外已有大量的研究[3-4]。中国的东营凹陷[5]，酒西盆地鸭儿峡地区[6]，海拉尔盆地贝尔断陷[7-8]，渤海湾盆地的兴隆台潜山[9-11]、牛心坨地区[12]、大民屯凹陷东胜堡[13-14]、束鹿凹陷[15-16]、埕北[17-18]和锦州[19]等地均发现了以变质岩为储层的油气田。变质岩的岩性是储层和测井识别的研究基础，同时也是变质岩储层的主控因素之一[6,16,20]。

笔者基于渤中19-6区现有钻井揭示的变质岩，对研究区变质岩的主要岩石类型进行鉴定、分类，总结出渤中19-6区主要变质岩类型和鉴定特征，通过对岩石的微观薄片鉴定以及宏观上璧芯的裂缝描述区分出不同岩石间的成缝能力差异，以期为变质岩油气勘探提供依据。

1 区域地质概况

渤中19-6区构造带处于渤海湾盆地中东部的渤中凹陷内西侧，夹在黄河口凹陷、渤中凹陷西南次洼和南次洼这3个生烃凹陷中间，且正处于渤中19构造脊上，与3个生烃凹陷组成具洼中隆特征的构造带[21-22](图1)。研究区经历以燕山晚期为主的多期次构造运动改造，潜山上部经过长期的风化剥蚀后形成溶蚀裂缝型储层，潜山上覆地层为以砂砾岩为主的孔店组和以泥岩为主的沙河街组、东营组，渤中19-6气田储层主要为太古界变质岩与古近系孔店组砂砾岩[4]。

图1 渤中19--6区构造带及地理位置图[3]Fig.1 Tectonic zone and geographic location of BZ19--6 area

2 岩石类型

渤中19-6构造区太古界潜山岩石类型多样，根据钻井壁芯薄片鉴定岩性主要分为区域变质岩和动力变质岩(表1)。区域变质岩主要有2类：具变余组构的变质花岗闪长岩、变质二长花岗岩和具变晶组构的花岗闪长质片麻岩、斜长变粒岩。具变晶组构的片麻岩类在宏观上比具变余组构的变质岩石色率更高，整体偏深绿色，但片麻岩类均表现出弱片麻状构造，仅斜长变粒岩可见较强的片麻状构造。由于变质英云闪长岩及英云闪长质片麻岩不易在宏观上与花岗闪长质岩石区分，只能通过镜下鉴定斜长石比率来分类岩性。

表1 渤中19--6区太古界潜山岩性分类表

动力变质岩可分为脆性变形的碎裂岩类和韧性变形的糜棱岩类，根据碎裂后碎基含量及碎块(斑)粒度可分为：碎裂化(原)岩、碎裂(原)岩、(原岩)碎裂岩、碎斑岩、碎粒岩和碎粉岩。糜棱岩类韧性变形不强烈，未见强烈的糜棱组构，多可见原岩的特征组构，据基质含量分为糜棱岩化(原)岩、(原岩)初糜棱岩。

3 主要变质岩鉴别特征

3.1 变质花岗闪长岩

变质花岗闪长岩(图2a)呈灰白色，较为坚硬，块状构造、矿物组成为中-更长石(50%±)、碱性长石(15%±)、石英(25%±)和黑云母(15%±)，有时具弱片麻构造，经变质作用后，部分保留原岩的半自形粒状结构，形成中粗粒变余半自形粒状结构。斜长石晶型较好，多为半自形，个别为自形，黑云母在中低级变质作用后具片状变晶结构，正交偏光下多呈浅绿色，有时转变为绿泥石(图2b、c)。

其主要鉴定特征为：黑云母、斜长石、石英呈现变余半自形粒状结构，块状构造、弱片麻构造，暗色矿物含量10%～15%，斜长石比率>65%，变余半自形粒状结构，斜长石部分自形，部分粒状变晶。

3.2 变质二长花岗岩

变质二长花岗岩(图3a)多呈灰白色，较为坚硬，块状构造，矿物组成为中长石(30%±)、碱性长石(25%±)、石英(30%±)和黑云母(10%±)，有时具弱片麻构造，经变质作用后，部分保留原岩的半自形粒状结构，斜长石晶型较好，多为半自形，个别为自形，碱性长石多为半自形，局部存在粒状变晶，形成中粗粒变余半自形粒状结构。暗色矿物为黑云母，经历中低级变质的黑云母多呈变晶结构，含量多为10%～15%，以他形的形态夹在石英与长石之间(图3b、c)。

其主要鉴定特征为：黑云母、碱性长石和石英呈变余半自形粒状结构，块状构造、弱片麻构造，暗色矿物含量10%～15%；斜长石与碱性长石含量相近，斜长石部分自形，部分粒状变晶。

3.3 花岗闪长质片麻岩

花岗闪长质片麻岩(图4a)多呈灰绿色，致密坚硬，多具弱片麻构造，矿物组成为中-更长石(30%±)、碱性长石(15%±)、石英(30%±)和黑云母(25%±)。矿物粒度为中粗粒，结合同区域的变质花岗闪长岩，表明其原岩应为花岗闪长岩。长石经变质作用后呈粒状变晶，次要矿物黑云母为片状变晶结构，单偏光下呈淡褐色。

其主要鉴定特征为：暗色矿物含量15%～40%，长石含量>25%，斜长石含量>碱性长石，粒状变晶结构为主，暗色矿物片状变晶结构，黑云母微定向排列，整体为片麻状构造、弱片麻状构造(图4b、c)。

3.4 碎裂化变质二长花岗岩

碎裂化变质二长花岗岩(图5a)多呈灰白色，有时为肉红色，整体致密坚硬。在脆性变形作用下变质二长花岗岩发生破裂，开始形成显微裂隙，这些显微裂隙的宽度大多<1 mm并不破坏岩石和矿物的完整性，裂隙可以发育于矿物的晶体中，也可以穿切岩石。在显微裂隙中充填有被压碎岩石的细小粉末或充填后期的方解石和绿泥石等矿物。岩石中碎块之间并无明显的位置移动，相邻岩块之间经常可以相互拼接。原岩的矿物成分及组构特征保持较完整，裂隙中碎基含量5%～10%。在标本中肉眼很难观察到岩石已被碎裂，只有在显微镜下才能观察到岩石中裂隙比较发育。

图2 BZ19--6--3井4 416 m变质花岗闪长岩壁芯及显微照片Fig.2 Photograph and micrograph of core of metamorphic granodiorite, Well BZ19--6--3, 4 416 m

图3 BZ19--6--8井4 692 m变质二长花岗岩壁芯及显微照片Fig.3 Photograph and micrograph of core of metamorphic monzogranite, Well BZ19--6--8, 4 692 m

图4 BZ19--6--5井4 365 m花岗闪长质片麻岩壁芯及显微照片Fig.4 Photograph and micrograph of core of granodioritic gneiss, Well BZ19--6--5, 4 365 m

其主要鉴定特征为：碎裂组构，碎块粒度>2 mm，可辨认原岩，碎基含量<5%，裂缝及显微裂缝发育，有时见碎基条带(图5b、c)。

3.5 碎裂变质花岗闪长岩

碎裂变质花岗闪长岩(图6a)多呈灰白色、白色，整体较为致密，裂缝中碎基带呈绿色或灰绿色，裂缝中充填物为被压碎的细小碎粒或绿泥石和碳酸盐等热液蚀变矿物。较碎裂化二长花岗岩破碎程度增强，岩石碎块和矿物碎斑粒径>2 mm，碎基含量为10%～30%，岩石中有时出现碎裂角砾岩、碎斑岩和碎粒岩带，大部分岩块仍可互相拼接。原岩矿物组成类型仍大都保持并可恢复，肉眼观察标本可看到岩石呈大小不等的棱角状碎块，除显微裂隙十分发育以外，矿物中具有波状消光、变形纹、变形带和双晶的弯曲等显微变形结构。纵向分布在潜山的中部与上部，其主要鉴定特征为：碎裂组构，碎块粒度>2 mm，碎基含量<30%，>10%，常见碎基带。可辨认原岩，显微裂缝，有时见斜长石变形双晶，矿物正交偏光下呈波状消光(图6b、c)。

3.6 长英质碎斑岩

长英质碎斑岩(图7a)多呈灰白色，整体较为松散，由碎斑和碎基组成，矿物成分为石英、长石，原岩应为花岗岩，碎斑粒径0.4～2 mm，碎斑呈次棱角状，有的为次圆状。碎斑由岩石碎块和矿物碎屑组成，矿物常具有显微变形结构，碎基含量50%～70%。岩石中碎斑的原始位置已不可确认，原岩的组构和岩石有时可在较大的岩石碎块中得以辨认，大致应为二长花岗岩。其主要鉴定特征为：碎斑组构，碎块粒度在0.3～2 mm之间，碎基含量<70%，>50%，难以辨认原岩，有时见斜长石变形双晶，矿物正交偏光下呈现波状消光 (图7b、c)。

3.7 花岗闪长质初糜棱岩

花岗闪长质初糜棱岩(图8a)多呈灰白色，在韧性剪切作用下，花岗闪长岩发生塑性破碎，碎斑的粒径较大，多呈透镜状、眼球状。在碎斑中显微裂隙较发育，见波状消光、变形纹、机械双晶和双晶弯曲，碎斑矿物边缘的细粒化现象较发育，显示明显的塑性流动构造。基质含量在20%±，基质集合体分布于碎斑之间，具有明显的定向构造。在基质含量较少的初糜棱岩中，原岩的组构和其矿物成分基本不见明显改变。

本区块初糜棱岩类分布范围较少，原岩多是花岗闪长质岩石，纵向分布在潜山的中部，但厚度极薄。其主要鉴定特征为：糜棱组构，基质含量<30%,在显微裂隙中充填有被压碎岩石的细小碎块，可见原岩组构，碎斑矿物呈透镜状(图8b、c)。

4 讨论

渤中19-6区变质岩主要为区域变质岩和动力变质岩2类，成分以花岗闪长质和二长花岗质为主，常见岩石类型7种，总体上变质程度不高。主要造岩矿物为长石、石英和黑云母。钻井揭示研究区区域变质岩为主体岩性，动力变质岩分布与断裂带密切相关，距断裂带越近，碎裂越明显。BZ19-6-10井距断裂较近(图1)，碎裂程度较其他井高。

图5 BZ19--6--8井 4 721 m 碎裂化变质二长花岗岩壁芯及显微照片Fig.5 Photograph and micrograph of core of cataclastic metamorphic monzogranite, Well BZ19--6--8， 4 721 m

图6 BZ19--6--1井4 169 m 碎裂变质花岗闪长岩壁芯及显微照片Fig.6 Photograph and micrograph of core of cataclastic metamorphic granodiorite, Well BZ19--6--1, 4 169 m

图7 BZ19--6--10井4 585 m长英质碎斑岩壁芯及显微照片Fig.7 Photograph and micrograph of core of felsic porphyroclasite, Well BZ19--6--10, 4 585 m

图8 BZ19--6--7井5 293 m花岗闪长质初糜棱岩壁芯及显微照片Fig.8 Photograph and micrograph of core of granodioritic protomylonite, Well BZ19--6--7, 5 293 m

通过岩芯观察与成像测井解释资料分析，潜山内各类变质岩石在构造应力作用下产生了多期的构造裂缝，不同岩性的成缝能力在岩芯上有直观的呈现。如图9a花岗闪长质片麻岩，其暗色矿物含量约为30%，显微镜下可见黑云母部分转变为绿泥石，整体呈现深绿色，较为致密，不见或仅有一条构造裂缝。而变质花岗闪长岩(图9b)其暗色矿物含量约为15%，整体呈浅绿色，裂缝较为发育，常见共轭缝。变质二长花岗岩(图9c)的裂缝最为发育，暗色矿物含量估计仅为10%±，局部会有暗色矿物富集，整体为浅白色，裂缝发育处有时见碱性长石风化后的黏土矿物充填，但多为氧化沥青充填。

a.花岗闪长质片麻岩；b.变质花岗闪长岩；c.变质二长花岗岩。图9 BZ19--6--7井岩芯上裂缝发育特征Fig.9 Characteristics of fractures on core of Well BZ19--6--7

通过对研究区现有9口井共计1 700 m±井深的成像测井解释裂缝统计(图10)，花岗闪长质片麻岩段其裂缝密度为0.36条/m，变质花岗闪长岩其裂缝密度为0.53条/m，变质二长花岗岩其裂缝密度为0.97条/m。变质二长花岗岩的成缝能力最强，花岗闪长质片麻岩最弱。这一统计结果表明不同岩性，即矿物成分及含量，尤其是暗色矿物的含量决定了岩石成缝能力。黑云母和角闪石等暗色矿物韧性强，而石英和长石等浅色矿物岩石脆性强，相同构造应力下更易破碎形成裂缝[20]。

图10 不同岩性间裂缝密度差异(裂缝密度数据源于成像测井)Fig.10 Fracture density difference between different lithology (fracture density is from imaging logging)

5 结论

(1)渤中凹陷19-6区太古界潜山变质岩岩石类型主要为区域变质岩和动力变质岩2类，主体岩性为变质花岗闪长岩、变质二长花岗岩和花岗闪长质片麻岩。潜山内部受后期构造应力作用局部为碎裂岩类及糜棱岩类。

(2)潜山内部裂缝分布与岩性具相关性，矿物成分及含量，尤其是暗色矿物的含量影响了岩石成缝能力。浅色矿物含量高，暗色矿物含量低的岩石更易形成裂缝。