松辽盆地中央古隆起带南部酸性侵入岩储层特征与主控因素

2022-06-06向钰鉥屈伟伟杨争光尹永康唐华风王璞珺高有峰

世界地质 2022年1期

向钰鉥，屈伟伟，杨争光，尹永康，唐华风，王璞珺，高有峰

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061;2.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院，吉林松原 138000;3.吉林大学古生物学与地层学研究中心，长春 130026

0 引言

世界范围内约有40%的基岩潜山油气田储层为酸性侵入岩，主要为花岗岩，其储量约占基岩油气田储量的75%[1-2]，其中以越南白虎油田最为著名[3-5]，其花岗岩潜山裂缝型油气藏开采至今已30余年，是该国主要的油气来源，贡献了80%～90%的年产量[6]。此外，在英国、俄罗斯、西班牙、澳大利亚、加拿大、伊朗等国家也都发现了该类型的花岗质潜山油气藏[7]。近年来，随着中国渤海湾、珠江口、琼东南、柴达木等盆地在花岗岩基岩储层中取得重大突破[8-10]，针对花岗岩储层的研究越来越引起业内的重视。

松辽盆地中央古隆起带的基底构造层发育大量酸性侵入岩类储层，经过钻探结果证实，多口钻井在酸性侵入岩层段获得工业气流，如松辽盆地中央古隆起带北部LT2井日产气可达23 420 m3，基底岩性主要为花岗岩、碎裂花岗岩、糜棱岩化花岗岩等[11]，展现了中央古隆起带酸性侵入岩类基岩储层的良好勘探前景。通过近几年对中央古隆起带南部的风险勘探，发现南部也有较好的花岗岩类油气藏，并且获得工业气流，如JG1井，基底岩性为二长花岗岩，基底深度2 000～3 000 m，平均日产气量5 300 m3，累计出口气量111 757 m3，具备较好的勘探前景。

根据松辽盆地南部中央古隆起带基底酸性侵入岩类储层的油气显示情况，以及隆起带基底岩性整体分布情况，酸性侵入岩类储层是松南中央古隆起基底的主要油气藏成储岩性，因此有必要针对这类酸性侵入岩储集层进行成储机理研究，为相同类型岩性的潜山或基岩储层提供借鉴意义。

1 地质概况

松辽盆地为“两坳夹一隆” 的构造格架, 具有“东西分带、东陡西缓、南北分块”的特点[11-12], 东西向划分为3个一级构造单元:西部斜坡区、中央坳陷区和东部隆起区[13]。松辽盆地南部中央古隆起带位于双辽断陷和梨树断陷之间，东部以梨树断裂为界，西部以双东断层为界。中央古隆起带东西宽9～50 km，南北长396 km，面积约12 400 km2，其中,中央古隆起带南部面积约10 000 km2。

松辽盆地南部中央古隆起带基底顶面埋深普遍在600～2 000 m(图1)，主要发育高角度断裂，中央古隆起与双边断陷的接触关系主要有双断式接触、东断西超式接触及双超式接触3种主要接触关系。

中央古隆起带为白垩纪前形成雏形、断陷期发育、坳陷期定型的古隆起带[14]，早白垩世为断陷期，东西向拉张，形成堑-垒构造，该时期是形成松辽盆地中央古隆起带东陡西缓地貌特征的主体形成阶段，断陷期地层为火石岭组、沙河子组和营城组，登娄库组时期为整体沉降期，在登娄库组末期发育走滑断裂，对中央古隆起西部边界进行改造，加强东陡西缓的构造格局，沉积期地层主要为登娄库组、泉头组、青山口组和姚家组；晚白垩世为坳陷期，盆地整体有微弱的差异沉降，中央古隆起带的地形基本定型，嫩江组末期盆地内发生构造反转，对中央古隆起带的西部地貌进行了微弱的改造[15-18]。

2 基底岩性特征与分布

松辽盆地南部中央古隆起带发育的酸性侵入岩储层岩性主要有花岗闪长岩和二长花岗岩两种，代表井有FJ1井、FS1井、FS2井、FS4井、JG1井、LS9井、LT1井、QS1井、SJ23井、Y17井等。

2.1 基底岩性特征

2.1.1 花岗闪长岩(富铝)

花岗闪长岩(图2a-d)，岩石结构为中粗粒半自形粒状结构，块状构造，主要矿物有斜长石(45%～50%)、碱性长石(10%～15%)、石英(20%～30%)和白云母(5%)等。斜长石含量与长石总量比>65%，长石表面多发生绢云母化。LS9井区的花岗闪长岩发育原生白云母，为富铝花岗岩类，岩石发育裂缝，被方解石和石英充填。

图1 松辽盆地中央古隆起带南部隆起位置与酸性侵入岩分布图Fig.1 Uplift location and distribution of acid intrusive rocks in southern part of central paleo-uplift belt of Songliao Basin

Qtz.石英；Af.条纹长石；Pl.斜长石；Ms.白云母；Hbl.角闪石。a.花岗闪长岩，LS9井,3 247.7 m，富铝矿物白云母发育，表面发生蚀变；b.花岗闪长岩，LS9井,3 252 m；c.花岗闪长岩，LS9井,3 254 m，碱性长石主要为条纹长石，表面多发生蚀变，绢云母化；d.二长花岗岩，FS4井,1 586 m，碱性长石粒度较大，最大可达9～10 mm，条纹较发育；e.二长花岗岩，FS4井,1 592.8 m，可见斜长石表面发生绢云母蚀变，长石石英表面均有少量裂纹；f.二长花岗岩，FS4井,1 589.6 m，暗色矿物主要发育普通角闪石，表面普遍有蚀变痕迹。图2 中央古隆起带南部基底酸性侵入岩岩性特征Fig.2 Lithologic characteristics of basement acid intrusive rocks in southern part of central paleo-uplift belt

2.1.2 二长花岗岩

二长花岗岩(图2e-i)，具有中粗粒花岗结构，主要矿物为斜长石(35%～40%)、碱性长石(25%～30%)和石英(25%～30%)。暗色矿物(5%～15%)主要为角闪石、黑云母，斜长石含量与碱性长石含量相当，部分斜长石绢云母化，角闪石、黑云母绿泥石化，碱性长石主要为条纹长石，岩石发育裂缝，被方解石充填。

2.2 岩性分布特征

2.2.1 钻遇井情况及岩性分布

结合已知钻遇基底岩性为花岗岩的钻井，松辽盆地中央古隆起南部主要有以下几口钻井基底岩性为花岗岩，自北向南依次为，北部：FS4、FS1、FJ1、QS1井主要为二长花岗岩，LS9井发育花岗闪长岩；南部：Y17、SJ23、LT1、JG1井发育二长花岗岩。南部主要为二长花岗岩，北部两种岩性都有，中部不发育酸性侵入岩(图1)。

2.2.2 岩石物理性质特征

本次研究测定了3口井、16.1 m岩芯、47组样品的岩石密度和磁化率数据，密度使用MatsuHaku QL-600Z密度仪(比重精度0.001 g/cm3，测量范围0.01～600 g)，磁化率使用SM-30磁化率仪(灵敏度为1×10-7SI，测量范围(0～999)×10-3；密度每样测量3次，磁化率数据每组测试5个数据，取均值。结果显示，酸性侵入岩类岩石整体具有中-低密度的特征，密度介于2.59 ～2.73 g/cm3之间，平均2.65 g/cm3；磁性特征出现两种具显著差别的特征，花岗闪长岩 (富铝)表现为中-低磁性，数值范围(8.6～85.7)×10-5，平均值为21.3×10-5；二长花岗岩整体表现为高磁性，数值范围(222.2～877.2)×10-5，平均值为502.6×10-5(图3)，主要根据二长花岗岩中含较多黑云母等暗色矿物，推测其铁磁性矿物含量较高，而研究区花岗闪长岩普遍富铝，暗色矿物含量很少，推测其铁磁性矿物含量也较少。

图3 中央古隆起带南部基底岩石磁化率与密度散点图Fig.3 Scatter plot of magnetic susceptibility and density of basement rocks in southern part of central paleo-uplift belt

3 储层特征

3.1 储集空间类型及特征

通过显微镜镜下薄片观察，研究区酸性侵入岩储层的储集空间类型主要有2大类5种(表1)，2类为次生溶蚀孔隙与裂缝。裂缝包含构造缝、溶蚀缝和矿物晶体碎裂缝，次生溶蚀孔主要为长石溶孔、暗色矿物溶孔。花岗闪长岩(富铝)、二长花岗岩均发育溶蚀孔及裂缝，但二者的主要储集空间类型不同，花岗闪长岩(富铝)以裂缝为主、溶蚀孔为辅，整体表现为裂缝-孔隙型储集空间；二长花岗岩主要以暗色矿物及长石溶蚀孔为主，裂缝为辅，整体表现为孔隙-裂缝型储集空间。

表1 中央古隆起带南部基底酸性侵入岩储集空间类型

3.1.1 构造缝

构造缝在两种岩性中均有发育，通过对岩芯和薄片的观察，发现研究区内发育的构造缝具有缝面凹凸不平的特征，整体方向性不明显，呈杂乱分布，连通性较好，是很好的油气运移通道。镜下主要表现为贯穿多个矿物晶体，整体较细且弯曲延伸较长(图4a)。

3.1.2 溶蚀缝

溶蚀缝在花岗闪长岩(富铝)中发育，较构造缝具有更大的缝宽(图4b)，主要是由于岩石形成后，经历后期热液溶蚀作用和大气降水风化淋滤作用，构造缝或被完全充填的无效裂缝受到改造、扩大而形成有效储集空间。花岗闪长岩中的溶蚀缝多为方解石充填构造裂缝后被改造再次开启，成为良好的渗流通道和储集空间。

3.1.3 矿物晶体碎裂缝

矿物晶体碎裂缝在花岗闪长岩与二长花岗岩中均发育，主要发育在岩石中的长石晶体内部，部分石英也发育矿物晶体碎裂缝(图4c、d)，这种矿物晶体碎裂缝主要是由于压力骤增或骤降、淬火冷却或拉伸及应力作用等造成矿物或岩石的破碎。研究区内矿物晶体碎裂缝主要是在晶体内部杂乱分布，尤其是碱性长石内部，延伸短，一般不贯穿晶体，只在晶体内部出现，连通性较差。

3.1.4 溶蚀孔

中央古隆起带南部基底酸性侵入岩的溶蚀孔类型主要有次生长石溶孔和暗色矿物溶蚀孔，暗色矿物溶蚀孔在二长花岗岩中较发育(图4e、f)，在斑晶解理缝及斑晶边缘都可见有溶蚀孔发育，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，是良好的储集空间。

a.构造裂缝，LS9井,3 247.7 m，构造裂缝贯穿长石晶体，缝面不平直，整体较细长；b.溶蚀裂缝，LS9井,3 251.79 m，方解石充填构造裂缝后经后期改造再次开启形成溶蚀缝，比构造缝略宽；c.矿物晶体碎裂缝，LS9井,3 255.2 m；d.矿物晶体碎裂缝，FS4井,1 589.6 m，碱性长石内部的矿物晶体碎裂缝，杂乱分布，互有交叉，石英晶体中的碎裂缝分布较稀疏，数量较少；e.溶蚀孔，FS4井,1 593.1 m，溶蚀孔主要发育在长石和暗色矿物晶体内，暗色矿物主要为黑云母和普通角闪石，轻微绿泥石化；f.溶蚀孔，FS2井,1 884.1 m，斜长石溶蚀孔与黑云母溶蚀孔。图4 中央古隆起带南部基底酸性侵入岩储集空间类型Fig.4 Reservoir space types of basement acid intrusive rocks in southern part of central paleo-uplift belt

3.2 储层物性特征

通过对研究区37个酸性侵入岩类的岩石样品进行物性测试，平均孔隙度达3.46%，平均渗透率0.52×10-3μm2。其中，花岗闪长岩(富铝)主要为裂缝-溶蚀孔组合，平均孔隙度2%～3.2%，二长花岗岩溶蚀孔较发育，整体为孔隙-裂缝型储集空间，平均孔隙度3%～7%，储层非均质性较强。虽然花岗闪长岩(富铝)较二长花岗岩拥有更好的裂缝条件，但矿物组成上由于花岗闪长岩(富铝)几乎没有暗色矿物，不发育黑云母和角闪石，暗色矿物溶孔含量较低，溶蚀孔主要以长石溶孔为主，所以孔隙度较二长花岗岩更低。

3.3 储层内部结构划分

结合前人研究成果，根据岩芯、成像测井和常规测井等资料对松辽盆地中央古隆起带南部花岗岩类基岩储层的内部结构特征进行研究，基岩顶部发育的风化壳结构分为风化堆积层、风化淋滤层和裂缝发育带，风化壳之下为内幕段。为更好地区分风化壳结构，综合基底储层物性特征以及裂缝、溶蚀孔发育程度将基底储层分为3类(表2)。

表2 中央古隆起带南部基底酸性侵入岩类储层类型划分

3.3.1 花岗闪长岩风化壳

LS9井钻入基底花岗闪长岩(富铝)约125.7 m，顶部具有风化壳结构，根据测井、岩芯、成像测井等资料可大致分为风化堆积层、风化淋滤层和裂缝发育带(图5)。

风化堆积层厚4.7 m，发育井段为3 214.9～3 219.6 m，测井曲线与下部风化淋滤层相比有明显突变，伽玛值、密度值与下部相比均较高，电阻率较低，成像测井中可见岩石破碎并有团块状角砾分布(图5)，多为花岗质角砾，堆积层还具有微弱的沉积层理构造。裂缝发育，高角度裂缝线密度可达1.96条/m，但由于该层暴露地表时间最长，风化剥蚀最强，黏土含量较高，裂缝普遍被充填导致储层物性较差，不能作为有效的储集层。

风化淋滤层厚25 m，发育井段为3 219.6～3 234.4 m，与风化堆积层相比，电阻率略微升高，伽玛值、密度值均降低，发育Ⅱ类裂缝型储层和Ⅲ类裂缝型储层。岩芯和成像测井中可见裂缝发育(图5)，高角度裂缝线密度1.2条/m，裂缝部分被充填，并发育少量孔隙，整体以裂缝-溶蚀孔的储集空间类型为主，可形成良好储层。

图5 LS9井基底风化壳测井曲线及分层结构特征示意图Fig.5 Logging curves and layered structure characteristics of basement weathering crust in Well LS9

裂缝发育带厚65 m，发育井段为3 234.4～3 310.3 m，与淋滤层相比，电阻率变化较大，密度略微升高。裂缝较发育，线密度1.10条/m，但裂缝带储层非均质性强，深度越大裂缝发育越少，储层条件越差，储层类型有Ⅱ、Ⅲ类裂缝型储层以及非储层。

内幕段几乎不发育裂缝，线密度仅为0.33条/m，不发育储层，岩石较为致密。

3.3.2 二长花岗岩风化壳

FS4井钻入基底二长花岗岩154.8 m，风化堆积层厚约3.5 m，发育井段为1 484～1 487.5 m，岩性主要为严重剥蚀风化的二长花岗岩堆积物，根据成像测井可见团块状花岗质角砾，磨圆度次棱角状-次圆状，岩石较为松散，具有一定的成层性，堆积在基岩顶部，裂缝线密度达1.78条/m。测井曲线特征与下部风化淋滤带具有明显区别，伽玛值、密度值偏高。成像测井图像可以清晰地看到风化堆积层与风化淋滤层之间的界线(图6)，上部岩石松散，含砾石团块，下部为裂缝发育的二长花岗岩体。

风化淋滤层厚56 m，发育井段为1 488～1 544 m，裂缝发育，该段见两层差气层，为Ⅰ类及Ⅱ类裂缝型储集层(表2)，测井解释孔隙度平均7%，裂缝线密度1.08条/m。储集空间类型主要为溶蚀孔-裂缝，可作为良好储层。测井曲线特征表现为电阻率缓慢升高，并且随深度增大缓慢增大，密度、中子和声波变化不大，风化淋滤段的密度值较其他部位偏小。

裂缝发育带厚度约48 m，发育井段为1 544～1 592 m，与风化淋滤层类似，裂缝线密度为0.89条/m。由于风化剥蚀作用影响的深度有限，裂缝带孔隙发育较少，平均测井解释孔隙度为4.9%，由于裂缝带的储层非均质性较强，层内发育Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类储集层，Ⅲ类储集层段的电阻率明显升高，且裂缝层整体电阻率比风化淋滤层高，伽玛值、密度值、声波时差、中子等变化不大。

图6 FS4井基底风化壳测井曲线及分层结构特征示意图Fig.6 Logging curves and layered structure characteristics of basement weathering crust in Well FS4

结合成像测井与岩芯，内幕段岩石较致密(图6)，裂缝线密度为0.26条/m。储集物性较差，密度增大，电阻率增大，且变化较频繁。

4 成储主控因素

4.1 暗色矿物含量对储集空间类型的影响

裂缝是酸性侵入岩优质储层发育的原因之一，为明确酸性侵入岩成缝能力强弱的成因，前人对野外露头样品进行了岩石物理实验，在辽宁铁岭齐大山、铁架山等地采集酸性侵入岩类和黑云母花岗片麻岩等样品进行抗压强度实验。实验结果表明黑云母等暗色矿物含量越低，岩石的抗压强度越低，造缝能力越强[19-20]。与盆缘实验类比可以看出，研究区二长花岗岩暗色矿物含量较花岗闪长岩(富铝)多，所以二长花岗岩的成缝能力相对较弱，但由于暗色矿物易受到溶蚀形成溶蚀孔，因此二长花岗岩以溶蚀孔-裂缝为主，花岗闪长岩则以裂缝-溶蚀孔为主。在同样发育裂缝的情况下，裂缝与溶蚀孔隙的配置关系决定了储层质量的好坏。

4.2 风化壳3层结构对储层的控制

花岗质基岩作为油气勘探开发的新领域[21]，许多学者都针对花岗质基岩风化壳型储层展开了研究[22]。

国外对于花岗岩型风化壳储层的研究从20世纪90年代开始，越南南部大陆架白虎油田的基底岩性主要为花岗岩与花岗闪长岩，在未风化与风化岩石地层之间有一个纵向上较为明显的过渡[23]。越南近海的Cuu Long盆地也发育相似的花岗岩和花岗闪长岩，但产量却与白虎油田相差甚远，主要原因在于岩浆岩冷凝之后的热液充填作用，使得裂缝中充填沸石、碳酸盐和硅质等胶结物，此外，盆地基底上方还分布由于风化作用形成的低渗透性的泥质盖层，这些较致密的盖层使得基底风化程度大大降低[24]。除白虎油田，乍得Bongor盆地也发育花岗岩基岩储层，自上而下可划分为风化淋滤带、风洞发育带、半充填裂缝带和致密带[7]。

中国针对花岗岩风化壳型储层的研究始于20世纪初期的渤海海域油气勘探，风化壳储层的发育一般受到表生风化淋滤作用、有机酸溶蚀作用和构造变形作用以及古地貌的共同控制，也有学者认为风化壳储层发育还会受岩石矿物组成、断裂发育程度及风化改造程度的影响[25-28]。

松辽盆地中央古隆起带南部基底酸性侵入岩类储层由于基底隆升后，顶部受到风化淋滤剥蚀作用，储层被改造，形成特有的风化壳结构，自上而下可分为风化堆积层、风化淋滤层和裂缝发育带。①风化堆积层为强风化导致的原岩破碎溶蚀形成具有微弱沉积岩层理构造的堆积。经过风化淋滤作用，临近地表形成黏土质矿物，裂缝充填，渗透率较差，不能作为有利储层。②风化淋滤层是较为有利的储集层，该层主要发育Ⅱ类或Ⅲ类裂缝型储层，裂缝与孔隙都较为发育。③裂缝发育带也可作为有利储层，但储集性能较风化淋滤层差，主要发育Ⅲ类裂缝型储层、干层和非储层，储层非均质性强。内幕段由于距离地表过远，风化淋滤作用影响不到，岩石较致密。

对比二长花岗岩与花岗闪长岩(富铝)的风化壳结构特征，二长花岗岩经风化淋滤作用，暗色矿物溶蚀孔发育，与裂缝相结合易形成较好的储集空间，而花岗闪长岩(富铝)缺乏暗色矿物，主体发育裂缝，含少量长石溶孔，储集能力较差。因此，基底岩性和矿物组成是基岩优质储层发育的内在因素，奠定了储集空间类型的发育和配置关系；风化淋滤作用对基岩储层的改造是基岩优质储层发育的外在因素，对储层的物性具有进一步的改造作用。