锦州南变质岩潜山岩性测井响应及储层展布研究

李广龙，王双龙，施淳元，齐 鸿

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

从渤海首个变质岩潜山油藏——锦州南油田的成功开发到蓬莱9-1、渤中19-6大型潜山油气田的成功勘探，古潜山油气藏逐渐成为渤海油田储量和产量的重要增长点[1-4]。裂缝是潜山油气藏的主要储集空间，也是流体的重要渗流通道[5-6]，因此这类油气藏的核心问题在于裂缝，裂缝发育的基础是岩性，因而较全面地开展潜山岩性特征及空间展布规律、岩性对裂缝储层的影响等研究，有助于进一步提升勘探开发效果。前人对锦州南油田变质岩岩性开展过大量研究，主要集中在岩性特征、常规测井响应特征以及四性关系等方面[7-8]，但受岩心取样数量及测井工具等的限制，仅识别出片麻岩、混合花岗岩以及少量的岩浆岩，但随着后期岩心取样增多以及成像测井、元素俘获测井(ECS)等测井仪器的应用，又识别出混合片麻岩、注入混合岩、构造角砾岩等多种岩性；但目前这些岩性对储集性能的影响及其空间分布规律的认识仍不清楚。

本文以锦州南变质岩潜山油藏地质认识为基础，将岩心、薄片资料与常规测井、元素俘获测井(ECS)及成像测井相结合，开展变质岩潜山岩性测井识别，总结变质岩测井响应特征，建立岩性识别标准，全面研究变质岩空间展布特征，为其他相似潜山油气藏提供借鉴。

1 岩性测井响应特征

根据研究区太古界潜山9口井岩心和岩屑观察、144块薄片鉴定、16口井成像测井、9口井元素俘获测井(ECS)及前人实验测试结果等资料的研究[7-9]，可知锦州南太古界潜山岩性复杂，主要由变质岩和岩浆岩组成。变质岩以区域变质岩、混合变质岩和上述岩类受构造作用改造而成的动力变质岩三大岩类为主，并进一步细分为8种，最常见的变质岩为片麻岩、混合片麻岩、构造角砾岩等；岩浆岩为晚期侵入体，以中性或基性侵入岩为主，最常见的岩浆岩为闪长玢岩和辉绿岩，且多沿着变质岩的断层和裂缝形成岩脉。

1.1 岩性测井响应特征

岩性识别研究的第一步是建立区内特定岩性对各类测井参数的响应关系。造岩矿物的差异造就变质岩潜山岩性的变化，从而影响测井响应特征，基于上述多种手段识别出的岩石类型及其矿物成分特征，与常规测井参数建立对应关系[10-12]。已有研究表明[13]，核测井系列(自然伽马(GR)、中子(CN)、密度(DEN)测井)对于变质岩的识别更为有效。本次研究通过对研究区常规测井、元素俘获测井(ECS)及成像测井资料进行分析，总结研究区主要岩性测井响应特征(图1)。

图1 锦州南油田变质岩潜山岩性测井特征识别图版

1.1.1 区域变质岩类

研究区的区域变质岩主要为二长片麻岩或斜长片麻岩，根据黑云母、角闪石等矿物含量的不同可进一步细分为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、角闪黑云二长片麻岩等，粒度主要以中粗粒、中粒为主。常规测井曲线具有高自然伽马的特征，自然伽马曲线多为微锯齿状，值为110～231 API；中子-密度曲线多呈“绞合状”，或少见微偏“正相交”(正相交为中子曲线在密度曲线右侧，负相交为中子曲线在密度曲线左侧)，密度随着暗色矿物含量增大而增大，密度为2.46～2.63 g/cm3，中子值为2.5%～15.7%。元素俘获测井(ECS)表现为硅含量较高，铁、铝含量较低的特征。高分辨率随钻电阻率成像测井(GVR)电阻率静态图像呈暗黄-黄色，裂缝较发育。

1.1.2 混合岩类

(1)混合花岗岩：混合花岗岩是混合岩化作用最强烈的岩石[14]，区内混合花岗岩主要为二长混合花岗岩和斜长混合花岗岩。常规测井曲线中，二长混合花岗岩呈中-高自然伽马，自然伽马曲线呈锯齿状，值为86～120 API，中子-密度曲线多为“正相交”，中子值为3.3%～6.9%，密度为2.51～2.60 g/cm3；斜长混合花岗岩呈中-低自然伽马，自然伽马曲线呈锯齿状，值为55～78 API，中子-密度曲线呈“绞合状”或“正相交”，中子值为3.6%～7.5%，密度值为2.51～2.61 g/cm3。元素俘获测井(ECS)中，二长混合花岗岩表现为高硅、高钾、中高钛、高钆、低铁特征，斜长混合花岗岩表现为高硅、低铁、低钛、低钾、低钆特征。GVR电阻率静态图像中，二长混合花岗岩呈暗黄-黄色，岩石较均一，块状结构，裂缝、溶蚀孔隙较发育；斜长混合花岗岩呈黄褐-亮黄色，块状构造，局部可见到片麻构造，裂缝较发育。

(2)混合片麻岩：区内混合片麻岩常规测井曲线呈中自然伽马，自然伽马曲线呈微锯齿状，值为75～111 API，中子-密度曲线多呈“绞合状”，中子值为4.0%～11.4%，密度为2.47～2.63 g/cm3。元素俘获测井(ECS)表现为低硅、高铁、高钛、中高钆特征。GVR电阻率静态图像呈暗黄-黄色，暗色矿物定向排列形成的片麻理较发育，裂缝、溶蚀孔较发育。

(3)注入混合岩：注入混合岩非均质性强，其混合程度较弱，新生脉体含量少于50%。常规测井曲线表现为中-高自然伽马，中-高密度的特征。其中，自然伽马曲线呈锯齿状，值为104～171 API；中子-密度曲线呈“负相交”，中子值为6.7%～10.4%，密度为2.52～2.71 g/cm3。GVR电阻率静态图像中基体和脉体界线清晰。

1.1.3 动力变质岩

研究区动力变质岩主要为构造角砾岩和碎裂岩，少见糜棱岩。构造角砾岩和碎裂岩往往发育在断层破碎带附近，常规测井曲线表现为电阻率曲线和密度曲线均降低，而中子曲线升高，从而形成向左“凹”状；中子-密度曲线呈“正相交”，曲线值往往与岩性和破碎程度有关；研究区构造角砾岩深侧向电阻率值为22.5～117.4 Ω·m，中子值为6.4%～13.4%，密度为2.44～2.54 g/cm3。构造角砾岩在GVR电阻率静态图中特征明显，为黄-棕褐色，岩石呈破碎状，碎块大小混杂，排列紊乱。

1.1.4 侵入岩

研究区侵入岩主要为辉绿岩和闪长玢岩。常规测井曲线中，辉绿岩具有低自然伽马、高密度、高中子的特征，闪长玢岩具有中-低自然伽马，中-高中子、高密度的特征，这两类岩石密度和中子曲线呈现大幅“负相交”，易于识别。辉绿岩自然伽马值为86～110 API，中子值为20.5%～22.7%，密度为2.72～2.81 g/cm3；闪长玢岩自然伽马值为77～94 API，中子值为15.4%～19.1%，密度为2.43～2.55 g/cm3。元素俘获测井(ECS)具有低硅、高铁、高钛、低钾特征。GVR电阻率静态图像中，辉绿岩呈暗黄-黑色，岩石较均一，与周边的变质岩具有明显边界；闪长玢岩具有两种特征：一种为低电阻率，中低密度，静态图像颜色呈褐色，动态图像呈块状，推测此段闪长玢岩绿泥石化严重，虽然计算孔隙度较大，但多为束缚孔隙；另一种为高电阻率，高密度，静态图像颜色为黄色，动态图像呈块状，为致密闪长玢岩，物性差。

1.2 岩性识别

交会图是目前较为常用的一种区分复杂岩性的方法，通过采用两种或者多种测井响应参数直观展示各类岩石关键测井参数的变化，给出不同岩性的测井响应区域，进而区分不同的岩性[15-17]。目前应用较多的有自然伽马-密度、自然伽马-光电吸收截面指数、自然伽马-中子、密度-中子等交会图，不同类型的交会图在岩性识别方面有其特定的优势和局限性。

本次根据测井资料录取情况和研究区变质岩类型采用自然伽马-中子、自然伽马-密度、密度-中子三种交会图(图2)。分析发现，自然伽马-中子、自然伽马-密度两种交会图配合使用能较好地区别多种岩性，密度-中子交会图能较好地区别二长混合花岗岩和混合片麻岩，二长片麻岩和斜长片麻岩各项测井参数特征相似，不易区分。

图2 变质岩岩性测井交会图

2 岩性与储集性能的关系

2.1 岩石类型对储集性能的影响

岩性和构造作用是储集空间形成与保存的核心控制因素[18]，本文重点开展岩性因素对储集性能的影响分析。基于岩心和成像测井资料，为保证在相同构造应力条件下，分析不同岩性对裂缝的影响程度，选取同一口井相邻的两种岩性并统计其宏观裂缝发育情况，经过多次不同岩性的两两对比可在一定程度上反映不同岩石类型对裂缝发育程度的影响。

统计发现，变质岩裂缝密度明显大于岩浆岩(辉绿岩、闪长玢岩)；变质岩中注入混合岩裂缝密度最小，其次为片麻岩和混合片麻岩，混合花岗岩裂缝密度最大(图3)。

图3 主要岩性裂缝密度对比

2.2 暗色矿物对储集性能的影响

变质岩主要由浅色矿物和暗色矿物组成，其裂缝发育程度遵循“优势岩性”，即暗色矿物含量越多，裂缝越不发育[19-21]。这是由于暗色矿物相对浅色矿物塑性更强，脆性更弱，抗压强度和抗剪强度均较大，在较大构造应力时易发生塑性变形而不易产生裂缝。

通过对研究区8口井32个薄片中暗色矿物(黑云母和角闪石)统计，总结5类主要岩性中暗色矿物含量变化情况(图4)：岩浆岩(辉绿岩)中暗色矿物含量明显高于变质岩；在变质岩中，注入混合岩暗色矿物含量最高，片麻岩暗色矿物含量其次，混合片麻岩和混合花岗岩随着混合岩化作用增强暗色矿物含量减少。同时建立13组变质岩岩心空气孔隙度与暗色矿物含量关系，暗色矿物和孔隙度呈明显负相关(图5)，进一步表明暗色矿物含量越高，变质岩储集性能越差。

图4 主要岩性暗色矿物含量

图5 暗色矿物含量与孔隙度关系

2.3 岩性演化对储集性能的影响

基于变质岩成因理论[22]，以锦州南油田变质岩潜山为例，对该区变质岩演化过程进行总结，以寻找优势岩性储层。

变质岩是原岩经变质作用转化而成的岩石，锦州南油田结晶基底属于辽东型鞍山群，其原岩主要为早期沉积岩[23]。随着早期岩浆活动或区域构造作用发生区域变质作用，研究区早期原岩变质成区域性片麻岩，为研究区主体岩性；地壳深部的区域变质作用会进一步发展为区域混合岩化作用，越接近地壳深部，岩浆热流混合岩化作用越强，潜山由表及里初步形成了片麻岩、混合片麻岩以及混合花岗岩这种“似层状”岩性分布模式，在混合岩化作用强烈的区域，片麻岩甚至全部转化成混合片麻岩或者混合花岗岩；同时，锦州南潜山受印支运动、燕山运动等强烈构造运动，生成辽西1号和辽西2号大断层，形成锦州南潜山初步地貌特征[24]，沿着大断层上升的岩浆热流亦导致断层附近发生混合岩化作用，形成混合片麻岩或混合花岗岩，往往构造作用越强的区域这种混合岩化作用越强。在研究区变质岩潜山形成的后期，潜山构造低部位受后期岩浆岩侵入发生边缘混合岩化作用，潜山构造低部位生成注入混合岩。结合注入混合岩平面分布规律，可推测后期岩浆岩由研究区北东方向侵入，甚至有可能沿着辽西2号断层左侧的深谷流至2井区与7井区南部，同时后期岩浆岩沿着大的断层或者裂缝形成岩浆岩岩脉。

综上所述，基于对研究区岩石类型、暗色矿物含量及岩性演化分析，建立了锦州南油田变质岩潜山优势岩性序列，由好到差依次为混合花岗岩、混合片麻岩、片麻岩、注入混合岩、闪长玢岩/辉绿岩。统计中也发现，混合花岗岩、混合片麻岩以及片麻岩裂缝均较发育，虽也有一定的差别，但差别不大，裂缝发育情况明显好于后三种岩性。

3 潜山储层展布特征

3.1 垂向展布

基于上述变质岩和岩浆岩测井响应特征，结合地震、录井及铸体薄片等资料，对锦州南地区40余口变质岩潜山钻井的岩性进行划分，总结了区内潜山各种岩性储层的垂向展布特征，即锦州南潜山裂缝带岩性由表及里大致可分为片麻岩带、混合片麻岩带及混合花岗岩带，岩浆岩则以不同厚度夹杂在这三种岩性带之中，构造角砾岩往往在断层附近较为发育，注入混合岩则多发育于潜山构造低部位边部(图6)。但并非所有井/井区各种岩性均发育，有的井甚至只钻遇一种岩性，其岩性纵向分布与构造位置紧密相关。

图6 研究区变质岩潜山裂缝带岩性剖面

3.2 平面展布

综合岩心、薄片以及测井等资料，统计研究区不同岩性平面展布情况，绘制相应图件(图7)，并对平面展布特征进行总结。

图7 研究区潜山岩性平面分布

片麻岩为研究区分布范围最广的岩性，主要分布在2井区、7井区及4D井区，断裂系统较为发育，是目前油气分布的主要区域，储量占整个锦州南潜山油田的60%以上，该岩性区的开发井产能较高，初期平均日产能约为500 m3；混合片麻岩主要分布在1井区与8井区，主要位于整个潜山构造的最高部位，其断裂系统也最为发育，该岩性区的开发井产能也较高，初期平均日产能约为300 m3；混合花岗岩主要位于辽西1号断层和辽西2号断层上升盘一侧；注入混合岩在研究区则主要分布在辽西2号断层下降盘一侧或潜山构造低部位的边部，该区域的生产井产能较差，注水井的注水能力也较差，表明裂缝不发育。

4 结论

(1)变质岩潜山岩性复杂，识别困难，需通过岩心、薄片资料进行识别，但海上油气田取心受成本限制，岩心资料较少。通过总结变质岩“常规测井+元素俘获测井+成像测井”的响应特征，为识别变质岩岩性及优势岩性提供一定的参考。

(2)岩石类型及暗色矿物含量对研究区变质岩裂缝储层形成具有控制作用，结合研究区辽东型鞍山群变质岩演化特征分析，建立了锦州南油田变质岩潜山优势岩性序列，由好到差依次为混合花岗岩、混合片麻岩、片麻岩、注入混合岩、闪长玢岩/辉绿岩。

(3)锦州南油田变质岩储层岩性空间分布不均匀。垂向上呈“似层状”分布，由表及里可大致分为片麻岩带、混合片麻岩带及混合花岗岩带，但变质作用不均一，有些岩性在垂向上可能未发育；平面上呈分区性分布。在开发生产中，应尽量避开注入混合岩、侵入岩等发育区域。