松辽盆地中央古隆起带南部基岩储层特征及油气成藏模式

2021-08-10白连德邵明礼尹永康曾凡成向钰鉥屈卫华薛松刘国东

世界地质 2021年2期

白连德，邵明礼，尹永康，曾凡成，向钰鉥，屈卫华，薛松，刘国东

1.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院，吉林松原 138000;2.吉林大学地球科学学院，长春 130061

0 引言

早在20世纪初期，世界各国就开展了基岩油气藏勘探，且发现多个具有工业储量规模的油气藏，对基岩油气的勘探已逐渐成为各国油气勘探的重要接替领域[1]。中国基岩油气勘探始于1975年渤海湾盆地任丘潜山油气藏的发现[2]，这一发现奠定了新生古储型油气藏理论的基础。进入21世纪，中国潜山油气勘探再次取得多项重大突破，如2005年辽河盆地发现大型太古界变质岩潜山油气藏[3--4]，2011年柴达木盆地东坪地区发现基岩油气藏[5]，2012年和2017年在渤海湾盆地渤中地区连续发现中生界亿吨级花岗岩和变质岩潜山油气藏[6--8]，掀起了中国潜山油气藏勘探热潮。

松辽盆地是中国中、新生代大型陆相含油气盆地，面积26×104km2，盆地中生界基底是由元古代—古生代多套不同时期地层组成，而不是单一的仅由C--P地层组成[9--11]，岩性类型多样，构造复杂，多期构造改造作用极大地增加了松辽盆地基岩勘探的难度。20世纪80年代，在Zs1井和N101井基岩井段中获得了工业气流，并有多口井见油气显示，充分展现了松辽盆地基岩油气藏勘探的有利前景[12]。松辽盆地中央古隆起带是发育于盆地中部的狭长带状隆起[13]，隆起带上钻遇古生界钻井70余口，包括4口工业气流井，8口低产气井和23口具气测显示井，勘探潜力巨大，由于中央古隆起带基岩岩性复杂、储层类型多样，成藏模式认识不清，当前形势下急需开展基岩成藏条件及有利区带综合研究。笔者对中央古隆起带南部基岩储层特征和油气成藏模式开展了系统研究，以期对松辽盆地基岩储层勘探和有利目标区预测提供理论支撑。

1 地质概况

中央古隆起带位于松辽盆地中部，总面积约1.24万km2，其中南部面积约1万km2，主要由桑树台凸起、钓鱼台凸起带、双坨子—乌兰凸起、农西凸起、前郭凸起和扶余凸起组成，其西侧为长岭断陷，东侧为王府断陷和德惠断陷，南部为梨树和双辽断陷，北部连接大庆探区。本次研究收集整理了松辽盆地南部过中央古隆起带的78条二维测线资料，结合19口钻井时深标定，重新进行层位解释，共计解释剖面长度2 800 km。依据解释结果，对原有基岩顶面构造图进行校正，绘制了松辽盆地南部中央古隆起带基底顶面埋深地貌图(图1)。综合分析认为，中央古隆起南部区带按埋深特征可划分为3段：①Yg1--Jg1西侧的南部低隆起带；②Nx1--Y53中部崎岖隆起带；③D101--Fj1北部斜坡低隆起带。其中最浅埋深出现在中部隆起带，最宽位置也出现在中部的Y53以北一带。中央古隆起带西侧与长岭断陷相接，东侧自南向北分布着梨树断陷(十屋断陷)、德惠断陷、王府断陷和莺山断陷(图1)。

图1 中央古隆起带南部基岩顶面埋深古地貌图Fig.1 Paleogeomorphic map of top surface of basement rock in southern central paleo-uplift belt

2 岩性特征

本次研究利用中央古隆起带钻遇基岩的26口井160余米岩芯，265个样品普通薄片和铸体薄片资料开展基岩岩性识别和分类工作。火成岩类见10种基本岩石类型，主要为花岗岩、花岗闪长岩、安山岩、粗安岩和凝灰岩，其次为闪长岩和二长岩，浅层侵入岩类见花岗斑岩、二长斑岩、闪长玢岩，一般呈厚度较小的脉岩产出。变质岩类见15种基本岩石类型，主要发育各种片岩和各类浅变质岩，其次为碎裂岩、糜棱岩和千枚岩等动力变质岩。沉积岩类仅见两种基本岩石类型：为砾岩和灰岩，粉砂岩和泥岩类岩石普遍发生浅变质，具变余结构，划归到变质岩大类中。其中，花岗岩(图2a)、花岗闪长岩(图2b)、闪长岩(图2c)、片岩(图2d)、糜棱岩(图2e)、变质砂岩(图2f)、安山岩(图2g)、凝灰岩(图2h)和灰岩(图2i)为9种主要岩石类型。北部主要为花岗岩和花岗闪长岩、中部为片岩和安山岩、南部为花岗岩和闪长岩的岩性分布特征。

3 储层特征

3.1 储集空间类型和特征

通过对中央古隆起带基岩岩芯观察、普通薄片和铸体薄片分析，发现基岩储集空间类型主要可分

为裂缝、溶蚀孔和晶间微孔3大类。根据各大类储集空间的类型和特征又可分为8种(表1)。这些孔缝主要发育在花岗岩、花岗闪长岩、安山岩和片岩4类优势岩性中。

表1 中央古隆起带南部基岩储集空间类型

a.二长花岗岩，Fs4井,1 585.20 m； b.花岗闪长岩，Ls9井,3 249.89 m； c.闪长岩，Lt1井,3 483.20 m；d.二云母片岩，Y53井,975.50 m；e.糜棱岩，N103井,3 070.00 m；f.二云母变质长石石英细砂岩，Fu24井,3 030.00 m；g.安山岩，Ls1井,3 626.00 m；h.流纹质晶屑凝灰岩，N103井,3 010.00 m；i.生物碎屑灰岩，Cs14井,3 936.00 m。图2 中央古隆起带南部基岩主要岩性特征Fig.2 Main lithological characteristics of basement rock in southern central paleo-uplift belt

3.1.1 裂缝

中央古隆起带基岩裂缝按成因可分为构造缝、溶蚀缝和矿物晶体碎裂缝3种类型。构造缝主要发育在花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、片岩和二长岩中，是岩石固结成岩后，构造作用所产生的裂缝。通过对岩芯和薄片的观察，发现研究区发育的构造缝具有缝面凹凸不平、整体方向性不明显、呈杂乱分布的特征，裂缝连通性较好，是较好的油气运移通道(图3a、b)。溶蚀缝主要在花岗岩、花岗闪长岩、片岩中发育，是由于岩石形成后，热液作用使裂缝被完全充填，经历后期热液溶蚀作用或大气降水风化淋滤作用改造、扩大而形成的有效储集空间(图3c)。研究区内的溶蚀缝多为方解石充填裂缝后被改造再次开启，成为良好的渗流通道和储集空间。

3.1.2 溶蚀孔

中央古隆起带基岩中溶蚀孔主要是矿物晶体在酸性流体作用下部分或全部溶解形成的一种次生孔隙，研究区的溶蚀孔可分为长石溶孔、方解石溶孔、暗色矿物溶孔。长石晶体被酸性流体溶蚀产生的孔隙，主要发育在花岗岩、花岗闪长岩、安山岩和闪长岩中，在斑晶解理缝及斑晶边缘都可见有溶蚀孔发育(图3d、e)，孔径大小不一，形态多样，呈不规则的港湾状、树枝状，连通性较好，是研究区良好的储集空间。暗色矿物溶孔主要发育在黑云母、角闪石等暗色矿物中，是其在酸性流体的溶蚀作用下形成的次生孔隙(图3d)，研究区的黑云母溶蚀孔主要发育在花岗岩中，溶蚀孔孔径不一，连通性较好。

a.构造裂缝，Ls9井,3 247.70 m，花岗闪长岩；b.构造裂缝，Y53井,968.88 m，石英片岩；c.构造溶蚀缝，Y53井,994.34 m，石英片岩；d.长石、暗色矿物溶蚀孔，Fs2井,1 884.10 m，二长花岗岩；e.斑晶溶蚀孔，Ls1井,3 330.00 m，安山岩；f.黏土矿物晶间微孔，Fs2井,1 884.10 m，二长花岗岩。图3 中央古隆起带南部基岩主要储集空间类型Fig.3 Main reservoir space types of basement rock in southern central paleo-uplift belt

3.1.3 晶间微孔

晶间微孔主要有两种类型：一种为火山玻璃脱玻化重结晶形成，另一种为暗色矿物蚀变为黏土矿物，在黏土矿物间形成，研究区基岩中主要见后者，发育在花岗岩和闪长岩中，一般为角闪石和黑云母蚀变为绿泥石、皂石等黏土矿物，矿物晶体间产生的细小孔隙(图3f)，孔径一般为微米级，但连通性和储集性能良好[14]，可作为良好的储集空间。

3.2 储层物性特征

对中央古隆起带基岩各类岩性开展物性分析工作，共进行140件样品孔隙度分析、136件样品的渗透率分析。孔隙度值一般0.5%～4%，平均1.93%，花岗岩和片岩较高；渗透率值一般0.01～0.2 mD，平均0.17 mD，花岗岩和灰岩较高(图4)。

图4 中央古隆起带南部基岩物性分析直方图Fig.4 Property analysis of basement rock in southern central paleo-uplift belt

通过钻遇基岩钻井综合解释情况也可以看出，成缝能力比较强的花岗岩类、片岩类综合解释情况较好，一般为气层、差气(油)层、油水层和水层；灰岩和砂砾岩等沉积岩类成缝能力较弱，裂缝不发育，导致储层条件不好；Ls1井安山岩虽然暗色矿物含量较高，但由于其储集空间以气孔、晶间微孔和溶蚀孔为主，因此也可以形成较好的储层，综合解释表现出大量水层(图5)。

图5 中央古隆起带南部钻井基岩综合解释厚度直方图Fig.5 Comprehensive interpretation thickness of basement rock in southern central paleo-uplift belt

3.3 储层控制因素

通过岩芯、成像测井和常规测井等资料分析了中央古隆起带基岩储层特征，认为好储层一般分布在基岩顶部，具备风化壳储层的特征。将风化面至未风化的母岩分为风化堆积层、风化淋滤层和裂缝层。风化堆积层主要表现为岩芯破碎，断口见砾石，棱角--次棱角状，成像测井见砾石呈团块不均匀分布；风化淋滤层表现为裂缝发育，局部见溶蚀孔，见含铁氧化面，含气性连续稳定，成像明显可见裂缝，局部有溶蚀孔发育；裂缝层中裂缝普遍发育，沿缝具有溶蚀特征。

以Ls9井花岗闪长岩风化壳为例，风化堆积层厚度约5 m，分布在风化壳顶部，测井曲线具高伽马低电阻特征，成像测井中见岩石破碎并有团块状砾石分布，裂缝发育，高角度裂缝线密度可达1.96 条/m，由于该层黏土含量较高，裂缝普遍被充填导致储层物性较差；风化淋滤层厚度约25 m，岩芯和成像测井中可见裂缝发育，高角度裂缝线密度1.18 条/m，裂缝部分充填，可形成好储层，综合解释见厚15 m的差气层；裂缝层分布在风化壳的下部，厚度约60 m，裂缝发育，高角度裂缝线密度与风化淋滤层相当，为1.10 条/m，储层条件较好，在其顶部也发育差气层(图6)。进入到内幕段储层明显变差，岩石致密，裂缝明显减少，线密度仅为0.33 条/m。

图6 Ls9井风化壳储层三层结构及特征Fig.6 Three-layer structure and characteristics of weathering crust reservoir in Well Ls9

此外，本次研究统计了16口井风化壳厚度和有利储层占比，发现酸性侵入岩风化壳厚度最大，变质岩次之(图7)，且风化壳中有利储层占比以花岗岩、花岗闪长岩和安山岩较大，片岩次之，中性侵入岩最小(图7)。这一结论进一步印证了花岗岩、花岗闪长岩、片岩和安山岩为基岩储层的优势岩性。

图7 中央古隆起带南部基岩风化壳厚度及有利储层占比Fig.7 Thickness of weathering crust and proportion of favorable reservoir in southern central paleo-uplift belt

4 基岩油气藏成藏模式

通过已发现基岩潜山气藏分析，结合基岩与围岩接触关系，建立了3类成藏模式，分别为近源缓坡超覆成藏模式、近源陡坡对接成藏模式和源内披覆成藏模式(表2)，其中近源陡坡对接又可以划分为顺向对接和反向对接两种成藏模式,源内披覆又可以划分为源内断阶披覆和源内背斜披覆两种成藏模式。

4.1 近源缓坡超覆成藏模式

主要表现为不整合面运移，风化壳储集，坳陷层覆盖，气源充足，圈闭有效性决定聚集。以Y53井为例(图8)，钻遇基岩井段881.6～1 271.2 m，共389.6 m，可划分为风化淋滤层78.8 m、裂缝层60.25 m、内幕250.8 m。风化淋滤层和裂缝层中含差油层6层(130.8 m)，岩性主要为片岩，普遍发育裂缝，是主要的储集空间类型。Y53井位于基底构造高点，西侧火石岭组与沙河子组埋深均超过3 000 m，岩性主要为泥岩、细砂岩，泥岩为主要烃源岩，产烃沿地层上倾方向运移，通过基岩中广泛发育的裂缝进入风化壳中储集，上覆泉头组泥岩为主要盖层。

4.2 近源陡坡对接成藏

主要表现为源岩侧向供烃，断裂导通，风化壳及内幕储层物性好，圈闭好，控制因素为圈闭有效性和断裂连通性。以Jg1井为例(图8)，钻遇基岩井段2 180.8～ 2 507.6 m，共326.8 m，岩性为花岗岩，基岩普遍发育断裂。基岩孔隙度2.7%～3.9%，水平渗透率(0.075～0.343)×10-3μm2，共划分储集层23层(297.8 m)，其中气层(74.4 m)，差气层(91.7 m)，含气层(75 m)。图9中东侧深大断裂作为沟通烃源岩与储集层的运移通道，火石岭组与沙河子组烃源岩产生的烃类气体通过断裂向上运移到基岩顶部风化壳中储集成藏，营城组泥岩作为盖层阻止烃类气体逸散。按基岩与烃源岩对接处断层的产状又可分为近源陡坡顺向对接和反向对接两种模式(表2)。

图8 近源缓坡超覆型油气成藏模式图Fig.8 Oil and gas accumulation model of near-source gentle slope overlap type

图9 近源陡坡对接型油气成藏模式图Fig.9 Oil and gas accumulation model of near-source steep slope docking type

表2 中央古隆起带南部基岩油气藏成藏模式

4.3 源内披覆成藏

主要表现为源岩多向供烃，风化壳储集，源岩层覆盖，供烃窗口大小决定气藏富集。以N103为例(图10)，钻遇基岩井段3 000～3 087.85 m，共87.85 m，岩性为凝灰岩、糜棱岩、片岩与千糜岩的组合，测井资料显示烃类气体主要分布在凝灰岩中，日产气4.24×104m3。结合岩芯和薄片观察发现凝灰岩中发育有基质微孔隙、溶蚀孔隙和裂缝等有效储集空间。根据地震剖面判断基底发育深大断裂，邻近火石岭组烃源岩，产生的烃类气体沿深大断裂进入基岩，通过基底内部发育的裂缝、溶蚀孔隙等运移到基岩顶部凝灰岩中，顶部由火石岭组内部的泥岩作为盖层阻止烃类气体逸散。按基岩与烃源岩的接触方式又可分为源内断阶披覆成藏和源内背斜披覆成藏两种模式(表2)。