中央古隆起带基岩储层风化壳及裂缝识别

2023-03-29徐妍

西部探矿工程 2023年1期

徐妍

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712）

1 区域地质概况

松辽盆地北部中央古隆起带位于徐家围子断陷和古龙断陷之间，东部以徐西断裂为界，西以大庆断阶的断陷期地层为界，表现为完整的南北走向条带状隆起，南北长110km，南北高中部低，南部宽达34km，中部狭窄仅9km，面积为2400km2，基岩顶面埋深2500～3500m。自南向北发育永乐、肇州、昌德、卫星、升平和汪家屯6个构造单元。汪家屯凸起及肇州凸起埋藏深度较浅、昌德凸起埋藏深度较大，整体上形成南北高中间低、起伏不平的潜山顶面构造。

中央古隆起带的形成与分布受徐西断裂控制，长期继承性发育，总体走向为NNW，断面东倾10°～50°，总长度79km，平面上近“S”形延伸，水平断距为3～17km，基岩顶面垂直断距1100～4100m。徐西断裂在沙河子组沉积时期强度达到最大，使徐家围子断陷巨厚生油岩与中央古隆起带潜山大面积接触，为中央古隆起带基岩提供了非常有利的供烃窗口。

2 基岩储层风化壳识别

2.1 基岩风化壳识别标志

基于中央古隆起带基岩区域构造地质背景，综合3口新钻井地层倾角、岩性组合以及地震反射特征将隆起带基岩纵向上分为风化壳和内幕两套储层。通过对区带内20口井的岩芯进行观察，并结合常规测井曲线、成像测井和地震反射特征对风化壳进行了分析，总结识别标志如下：

（1）岩芯观察：风化壳顶部由于长期暴露地表，岩石受到风化作用发生破碎，容易形成风化砾石堆积，ZS3井在2886.9m处可以看到这种现象，薄片鉴定砾石成分与花岗岩一致，2889.51m 处可见砂质砾岩与花岗岩分界线。随着深度增加，岩石整体基本无破碎，岩芯可见高角度垂直裂缝和水平裂缝，沿缝具有溶蚀特征，局部裂缝被泥质充填；断面处被氧化。

（2）薄片分析：薄片可以看到铁质析出现象，裂缝较发育，较大的裂缝一般被方解石所充填，沿缝可观察到溶蚀现象，多处见次生溶蚀孔及溶蚀缝。LT1 井2776.59m 处发育溶蚀孔，扫描电镜显微照片及氩离子早上抛光实验证实LT2及LTX3井风化壳发育长石晶内溶孔。

（3）地球化学响应：本项目利用化学风化指标（表1）如化学蚀变指数（CIA）、化学风化指数（CW）和斜长石蚀变指数（PA）等对中央古隆起带基岩31 个样品进行了地球化学分析。通过风化指标可以看出，化学风化差异不大，但统计风化指标与距风化壳顶界面距离的关系可以看出（图1），从上到下风化程度有逐渐减弱的趋势，距离风化壳顶界较近处，风化指数值较高，风化程度较大；距离风化壳顶界面较远处，风化指数值有所减少，风化程度较小。

图1 中央古隆起带风化指标值与距风化壳顶界面距离关系图

表1 化学风化指标计算公式及其界限值

（4）测井响应特征：常规测井风化壳显示电阻率曲线逐渐升高至平稳，声波时差一直为高值；成像测井明显见到裂缝，显示高导低阻特征，沿缝具有溶蚀特征，可见溶蚀孔及溶蚀缝。

（5）地震反射特征：风化壳底界面平行于T5反射层，地震上表现为连续、空白弱反射、低频率、低密度、低速度和低波阻抗特征，与基岩内幕界面表现为强波峰。

2.2 基岩风化壳纵向结构特征

根据研究区风化壳的特点，依据Dewande 等（2006）的分带模式，通过岩芯、岩屑资料，结合测井曲线特征及地球化学等资料，对研究区的探井进行了风化壳纵向结构定性识别，并进行了连井对比，建立了中央古隆起带基岩风化壳纵向结构。

风化粘土层（1～1.6m）：主要由粘土岩构成，颜色多为褐红色，位于风化壳最上部，是厚度最小的层，厚度一般小于2m，测井曲线上表现为自然伽马值较高，一般高于正常泥岩，且厚度较薄，井径发生变化。在研究区普遍遭受剥蚀而不发育，仅在ZS3井区有分布。

风化堆积层（0.3～14m）：母岩的岩块保留，岩石较为疏松，大部分原生矿物发生蚀变，裂缝一般不发育。岩芯断口见砾石，粒径一般为2～3cm，最大可达5cm，砾石成分主要为岩屑，圆度差，棱角—次棱角状，向上砾石粒径变小，至顶部变为砂级颗粒，粒径0.5～1.5mm，圆度中等—好。该层最标志性的特征是具有层状构造，测井曲线显示自然伽马高值，电阻率由低变高，井径发生明显变化，从FMI测井图像可以清楚看见砾石呈团块不均匀分布。

风化淋滤层（12～167m）：岩石特征较完整，基本无破碎，矿物成分主要为石英、长石，块状断口见擦痕，擦痕处矿物定性排列，断口呈丝绢光泽；岩芯可见高角度垂直裂缝和水平裂缝，局部裂缝被泥质充填；断面处被氧化，沿裂缝面有溶蚀孔洞。测井曲线显示为自然伽马呈高低相间分布或以整体自然伽马值低于风化堆积层为特点，补偿中子和声波时差突然变小，电阻率呈台阶状增加；FMI测井图像明显见到裂缝，局部有溶蚀孔发育。

裂缝层（24～132m）：风化淋滤层与裂缝层之间并没有明显的界限，裂缝非常发育，没有见到明显的接部擦痕。热胀冷缩形成的风化缝发育，沿缝面可见溶蚀特征，低角度类似层理面的裂缝也较发育，裂缝约46 条/m，缝宽约1.0～2.0mm，长约5～30mm。测井曲线特征为电阻率曲线锯齿状特征明显，随深度的增加缓慢增大，自然伽马值突然降低，密度总体有随深度增加而降低的趋势，声波时差见到“周波跳跃”现象，说明裂缝发育。FMI 测井图像明显见到次生微裂缝，包括网状构造微裂缝、斜交微裂缝和诱导缝等，局部可见溶蚀孔，沿缝具有溶蚀特征。

风化壳堆积层和风化淋滤层物性相对较好，风化堆积层的测井孔隙度为1.2%～5.9%，平均2.7%，但是厚度较薄。风化淋滤层测井孔隙度为0.4%～6%，平均2.1%；岩芯孔隙度为0.2%～3.2%，平均1.06%，是主要的储层部位。钻井揭示LT1 和LT2 井主要产气层段位于风化淋滤层，裂缝和溶蚀较发育，流体孔隙度较大，储层孔隙结构较好，产量高。

3 基岩储层裂缝识别

裂缝层是风化壳储层和内幕储层的有利部位，风化壳中溶蚀孔常与裂缝伴生，改善储集空间，有利于储层改造。裂缝也是重要的储集空间和油气运移通道，常用成像测井及常规测井识别裂缝。

3.1 基岩裂缝识别标志

（1）岩芯观察。岩芯观察可以看出研究区发育高角度缝和微裂缝，一般至少发育两期裂缝，甚至有的部位发育3期裂缝。其中，花岗岩类裂缝最为发育，局部较大的裂缝被方解石充填，多见高角度裂缝和低角度微裂缝，局部岩芯破碎较严重，多组网状缝发育，沿缝具有溶蚀现象，裂缝密度高达10～20条/m；云母、长英质片岩裂缝发育较差，大多数被方解石充填，多见黄铁矿；而片岩类裂缝不发育，大多数被方解石充填，裂缝密度高达5条/m（图2）。

图2 LT1井岩芯裂缝发育特征分析

（2）测井识别。裂缝在常规测井显示为电阻率值下降明显，水平裂缝及高低角度裂缝声波时差异常增大，甚至为周波跳跃；在成像测井图上一般显示为典型的正弦波形式，其中高导缝表现为深色—黑色正弦，高阻缝表现为浅色—白色正弦，网状缝表现为不规则组合断续的暗色线状，微裂缝因分布不规则且延伸长度较短测井曲线上没有明显的反映特征。

3.2 基岩裂缝识别结果

LT1 井成像测井裂缝特征：高导缝和微裂缝较发育，并且高导缝和微裂缝的产状具有一定的变化。下部层段高导缝的走向为北北西—南南东向，倾角以中等角度为主，微裂缝的走向以近南北向为主，倾角以中低角度为主。中部层段高导缝的走向为北北东—南南西向，倾角以中等角度为主，微裂缝的走向与高导缝的走向较一致，倾角以中低角度为主；上部层段高导缝的走向为北西—南东向，倾角分布范围较大，以中高角度为主，微裂缝的走向变化范围相对较大，以北北西—南南东向为主，倾角以中低角度为主。

LT2 井成像测井裂缝特征：网状缝和成组缝发育，沿裂缝有少量的溶蚀，高导缝和微裂缝均可见成组发育的特征。微裂缝的倾向为北东东向，走向为北北西—南南东向，倾角以中等角度为主。下部层段高导缝的倾向为南西向，走向为北东—南西向，倾角以中等角度为主；中下部层段高导缝的倾向为南东东和北北西向为主，走向为北东东—南西西向和近南北向，倾角以中高角度为主；中上部层段高导缝的倾向为北西向和北东东向，走向为北东—南向和北北西—南南东向，倾角以中等角度为主；上部地层以北西西向为主，走向为近南北向为主，倾角变化范围较大，以中等角度为主。

LTX3 井成像测井裂缝特征：网状缝和成组缝、高导缝和微裂缝均可见成组发育的特征，高导缝角度较高，微裂缝角度较低。高导缝的产状自下而上具有一定的变化，由下部的北西—南东向逐渐过渡到上部的北北东—南南西向。3226～3450m 共发育143 条高导缝和83条微裂缝，高导缝和微裂缝的产状比较稳定，倾向以南东东向为主，走向为北北东—南南西向；3450～3732m 共发育71 条高导缝和104 条微裂缝，高导缝和微裂缝的产状比较稳定，倾向以南东向为主，走向为北东—南西向；3732～3905m 共发育90 条高导缝和100条微裂缝，高导缝和微裂缝的产状变化较大，高导缝的走向以近东西向为优势方向；3905～4117m 共发育60条高导缝和118条微裂缝，高导缝和微裂缝的产状变化较大，高导缝的走向以近东西向为优势方向。整体来看，3800m 以下裂缝宽度相对较大，主要分布在10～100μm。

4 基岩储层类型

根据上述分析研究，通过23口井岩芯观察、226块铸体薄片及3口井成像测井资料，将基岩储层类型细分为孔隙—裂缝型、裂缝—孔洞型及裂缝型。其中，孔隙—裂缝型储层发育在风化壳内，厚度大；裂缝—孔洞型储层发育在构造角砾岩中，物性好，但分布局限；裂缝型储层在风化壳和基岩内幕中均有发育（图3）。

图3 储层类型分类图

孔隙—裂缝型储层主要分布在风化壳的风化淋滤层中。岩芯观察以构造裂缝为主，成像测井显示裂缝发育程度较高，主要发育高导缝和微裂缝，产状纵向上有变化，裂缝密度大于5条/m。局部发育半充填裂缝，裂缝处见方解石脉。局部发育碎裂粒间孔，长石晶内溶孔，发育程度较差，大小不等。孔隙度一般为0.3%～4.8%，平均0.7%；渗透率为0.004～5.81mD，物性好，厚度大，一般为6.2～36.2m，是基岩潜山最有利的储层类型。

裂缝—孔洞型储层主要分布在内幕储层中。裂缝密度一般20 条/m，最长可达150mm，缝宽最宽为3mm；发育溶孔，溶孔直径达厘米级，基质孔隙度0.9%～4.3%，平均2.2%，渗透率0.09～14.39mD，物性相对较好，是内幕重点寻找的储层。

裂缝型储层分布较广，在风化壳裂缝层和基岩内幕中均有发育。风化壳的裂缝层裂缝发育，裂缝密度大于1.4条/m，沿缝具有溶蚀特征，局部见粗大构造缝且被完全充填，孔隙发育差，孔隙度一般为0.2%～2.2%，平均0.6%；渗透率为0.01～0.54mD；当裂缝开启并且为延伸较远时，成像测井图像显示低阻、低反射幅度暗色条纹。内幕的裂缝主要为构造缝，裂缝密度大于1.3 条/m，未见溶蚀特征，孔隙度一般为0.1%～2.0%，平均0.5%；渗透率为0.01～0.16mD。整体上风化壳裂缝好于内幕裂缝。