渤海海域BZ19-6區塊變質巖潛山儲層特征與優勢巖性序列探討

譚忠健，鄧津輝，李東，易雪斐，李鴻儒，符強，張貴斌

(1.中海石油 (中國)有限公司 天津分公司，天津，300452；2.中海油田服務股份有限公司，天津，300452；3.長江大學 地球科學學院，湖北 武漢，430100；4.中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津，300452)

潛山(buried hill)多是指盆地接受沉積前已形成的古地貌山，被新地層覆蓋而形成的潛伏山[1]，也包含后期構造運動產生的后成潛山[2]。潛山在接受新地層覆蓋之前，常經受了長時間風化作用的改造而形成較好的風化殼型儲層[3]，這種類型的油氣藏發現較早，但規模均不大。我國發現最早的潛山油氣藏為1959年發現的酒泉盆地鴨兒峽油田，儲層為志留系的淺變質巖。隨后，在渤海海域發現了一系列的中小型變質巖潛山風化殼型油氣藏，如CFD1-6、CFD18-2、JZ20-2等。2000年以來，變質巖潛山儲層由表層風化殼擴展到了深層內幕，給潛山油氣藏帶來了革命性的變化，進入一個全新的勘探階段，相繼發現了遼河坳陷興隆臺潛山、遼西凸起JZ25-1S、渤中凹陷BZ19-6等大型的油氣田[4-8]。

渤中凹陷BZ19-6是渤海迄今發現最大的凝析氣田，實現了渤海海域天然氣勘探的突破[8-9]。近年來，學者們對該氣田的儲層特征[10-11]、主控因素[10,12-14]、成藏模式和機理[8,15-16]等開展了大量的研究。但是，儲層主控因素的類型及重要程度仍存在爭議。李長宏等[12]認為儲層主要受到風化作用、巖石類型、古地貌、斷裂作用等控制，侯明才等[10]認為受到裂縫和巖溶作用控制，賈海松[17]認為主要受到構造因素、古地貌和巖性的控制，杜曉峰等[13]認為儲層受控于構造應力、風化淋濾、古地貌、巖石類型、深部熱流體和埋藏深度等因素的影響，葉濤等[14]認為儲層受到了脆性巖石、構造擠壓和風化作用的影響。這些研究均指出了變質巖巖性對優勢儲層的控制作用，但是巖性如何對儲層產生影響仍不太清楚。

前人對變質巖潛山儲層和成藏模式的研究中，提出了“優勢巖性序列”的概念來反映巖性對變質巖潛山儲層的控制作用，這給BZ19-6變質巖潛山儲層研究帶來了啟示和新的研究思路，可以加深對儲層特征、主控因素和成藏機理的認識。遼河坳陷等變質巖儲層的勘探實踐可以為渤海灣盆地變質巖儲層的研究提供理論指導，以礦物含量為基礎的巖性劃分方案有利于開展優勢巖性序列的研究，可以在井場快速有效的識別優勢儲層，進一步明確變質巖潛山的儲層發育規律，為變質巖潛山有效性的快速定量評價提供依據。

1 地質背景

渤海灣盆地是中國東部最重要的含油氣盆地之一，包括遼河坳陷、渤中坳陷、濟陽坳陷、黃驊坳陷、冀中坳陷和臨清坳陷等，是一個中—新生代疊合盆地[18]。渤中坳陷處在遼河坳陷、黃驊坳陷和濟陽坳陷等向海域方向延伸的匯合處，可細分為6個凸起(石臼坨凸起、沙壘田凸起、埕北凸起、渤南凸起、廟西凸起、渤東凸起)和3個凹陷(渤中凹陷、沙南凹陷、渤東凹陷)等多個二級構造單元(圖1)，且斷裂十分發育，具有良好的生儲蓋條件和有利的斷陷成藏條件，是渤海灣盆地油氣勘探潛力最大的坳陷之一。渤中凹陷由多個次洼構成，以太古界為基底，上覆古近系和新近系巨厚沉積，自下而上依次沉積古近系孔店組、沙河街組、東營組、新近系館陶組、明化鎮組等，以沙河街組三段、東營組和沙河街組一段為主要烴源巖[19]。

圖1 渤海海域渤中坳陷構造單元與BZ19-6位置(據文獻[8]修改)Fig.1 Structural units of Bozhong depression of Bohai and locality of BZ19-6 block(revised according to Ref.[8])

2 材料與方法

本研究的數據來自于渤海BZ19-6區塊17口鉆井，薄片取自壁心和巖心，薄片磨制過程中添加了藍色的環氧樹脂，可以充填薄片中的裂縫、孔隙等儲集空間。本研究共觀察變質巖薄片712張，孔隙度和滲透率分析標本數量分別為572個和259個。

為了分析不同變質巖在構造應力下形成裂縫的難易程度，本研究選取了鉆井巖心中無裂縫、新鮮的部分，鉆取柱塞樣，開展了單軸巖石力學實驗，恢復了抗壓強度和抗拉強度等參數。測試標準按照DZ/T 0276.18—2015執行，實驗儀器為三軸應力試驗儀。給巖樣施加軸向的載荷直至巖樣被破壞，巖樣被破壞時的應力即為樣品的抗壓強度，抗壓強度越高，表明該巖樣越難以產生裂縫；當對巖樣施加直徑方向的載荷直至巖樣被破壞，巖樣被破壞時的應力即為樣品的抗拉強度，抗拉強度越高，表明該巖樣越難以產生裂縫。由于巖心數量有限，僅選取BZ19-6區塊2塊巖樣、JZ20-2區塊1塊巖樣、JZ25-1s區塊1塊巖樣。

3 BZ19-6區塊變質巖儲層特征

3.1 巖性特征

為了較清晰地反映巖性對變質巖儲層的控制性作用，更加有利于井場的巖性劃分和錄井、測井特征的有效性對比分析，本研究主要依據巖石的礦物組成、結構和構造等特征來開展巖石定名(表1)，共識別出10種變質巖巖性，包括二長片麻巖、斜長片麻巖、鉀長片麻巖、黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖、黑云鉀長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖、鉀長混合花崗巖和碎裂巖等。該巖石劃分方案的主要特色在于(圖2(a))：1) 巖性鑒定主要依據于鉆井巖心和壁心樣品的鑄體薄片，統計了石英、鉀長石、斜長石、黑云母等主要礦物的含量(以體積分數表示)；2) 以長英質為主的片麻巖類的巖性類型細分，參照了長英質巖漿巖的石英-斜長石-鉀長石三角圖解，根據這三類礦物的相對含量，識別出了二長片麻巖、斜長片麻巖、鉀長片麻巖等；3) 本研究中的碎裂巖，裂縫較為發育，可見明顯的碎基和碎斑，包括動力變質巖中的碎裂巖、碎粒巖、碎斑巖及構造角礫巖等；4) 針對少量裂縫發育、碎斑含量較低、未明顯改變全巖整體特征的巖石，本研究未劃分新的巖性小類，未在原巖名稱的前面加上“碎裂”或“碎裂化”等字。

表1 BZ19-6區塊變質巖巖性劃分方案Table 1 Classification of metermorphic rocks from BZ19-6 block

圖2 變質巖巖性劃分三角圖版、BZ19-6區塊變質巖巖性劃分與各巖性薄片數量餅狀圖Fig.2 Triangle diagram of metamorphic rock lithology, metamorphic rock lithology plot and pie chart of thin sections of metamorphic rock in BZ19-6 block

總體上，BZ19-6區塊潛山儲層的巖性以變質巖為主，夾有少量的后期侵入的巖脈。變質巖薄片數量占比最高的是二長片麻巖(39%)，其次是斜長片麻巖(18%)和碎裂巖(14%)，黑云二長片麻巖、二長混合花崗巖、黑云斜長片麻巖和鉀長片麻巖也占有一定的比例(圖2(b)和2(c))。

3.2 各類巖性常規物性特征

通過對各類變質巖巖性的孔隙度的中間值和滲透率中值進行統計(圖3)可知，本區孔隙度一般較低，碎裂巖、黑云斜長片麻巖、斜長片麻巖和黑云二長片麻巖的孔隙度最高，斜長混合花崗巖、二長片麻巖和二長混合花崗巖的孔隙度稍低一些，鉀長片麻巖和鉀長混合花崗巖的孔隙度則較低，與其他巖性有明顯的區別(圖3(a))。

圖3 BZ19-6區塊變質巖儲層各類巖性常規物性對比Fig.3 Comparison of physical properties of different metamorphic rock reservoirs in BZ19-6 block

從滲透率來看，二長片麻巖的滲透率最高，二長混合片麻巖、斜長混合片麻巖和鉀長片麻巖的滲透率稍低，碎裂巖的滲透率進一步降低。黑云二長片麻巖、斜長片麻巖和黑云斜長片麻巖的滲透率則處于低值，與其他巖性有顯著的差距(圖3(b))。

3.3 有效儲集空間

通過對鑄體薄片的觀察，發現早期形成的裂縫多已被鐵白云石、硅質等完全充填，不再作為有效的儲集空間，有效儲集空間主要為未充填的微裂縫、斜長石的溶蝕孔以及裂縫的溶蝕擴大縫等(圖4)?？傮w上，變質巖儲層的孔隙度低、滲透率極低，為低孔-特低滲儲層。

圖4 BZ19-6區塊變質巖儲層有效儲集空間Fig.4 Effective reservoir spaces of metamorphic rock reservoirs from BZ19-6 block

3.4 力學實驗

斜長混合花崗巖的抗壓強度最低，斜長片麻巖的抗壓強度最高，碎裂巖和二長片麻巖的抗壓強度居中(表2)，說明斜長混合花崗巖在構造應力下較容易產生裂縫，而斜長片麻巖不容易產生裂縫。從抗拉強度看，碎裂巖的抗拉強度稍低于二長片麻巖(表2)，與抗強度類似，均反映碎裂巖比二長片麻巖在構造應力下更容易產生裂縫。

表2 變質巖巖心力學實驗結果Table 2 Mechanical experiment results of metamorphic rocks from BZ19-6

3.5 各類巖性淺色礦物含量

淺色礦物包括石英、斜長石、鉀長石等，而暗色礦物則指黑云母、角閃石等。本研究對薄片中的主要礦物含量做了統計，各類巖性的淺色礦物含量的中間值和平均值表現出了一致的規律，所有變質巖的淺色礦物含量均超過了75%，且可以分為兩類：1) 黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖和黑云鉀長片麻巖等3種巖性的淺色礦物含量較低，中間值和平均值均位于75.0～86.5之間，與其他變質巖類的淺色礦物含量有極為顯著的差距(圖3)；2) 二長片麻巖、斜長片麻巖、鉀長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖和鉀長混合花崗巖等6種巖性的淺色礦物含量均較高，均超過95%，且這些巖性之間的淺色礦物含量并無顯著區別(圖5)。

圖5 BZ19-6區塊變質巖儲層各類巖性淺色礦物體積分數對比Fig.5 Comparison of light mineral volume fractions of different metamorphic rock reservoirs in BZ19-6 block

3.6 不同礦物含量與孔隙度、滲透率的關系

從淺色礦物含量來看，隨著淺色礦物含量的增加，孔隙度的最大值顯著變大，滲透率也有類似的變化趨勢(圖6)。當淺色礦物含量大于95%時，滲透率和孔隙度均最高；當淺色礦物含量大于85%時，孔隙度較高，而滲透率則顯著降低；當淺色礦物含量小于85%時，孔隙度和滲透率均顯著降低。從石英含量來看，隨著石英含量的增加，孔隙度的最大值有降低的趨勢，滲透率則有升高的趨勢，當石英含量介于25%～35%之間時，孔隙度較高，滲透率最高；當石英含量介于5%～20%之間時，孔隙度較高，滲透率中等。從斜長石比率來看，隨著斜長石比率的增加，孔隙度最大值有先增加再變小的趨勢，當斜長石比率介于0.4～0.7之間時，孔隙度和滲透率均能達到最高值水平；當斜長石比率大于0.7時，孔隙度稍減少，但是滲透率減少幅度較大；當斜長石比率小于0.4時，孔隙度也稍較小，但是滲透率均很低。

圖6 BZ19-6區塊變質巖儲層薄片礦物體積分數與孔隙度、滲透率交會圖Fig.6 Crossplot between light mineral volume fraction, porosity and permeability of metamorphic rock reservoirs in BZ19-6 block

4 討論

4.1 BZ19-6區塊變質巖儲層物性級別劃分

綜合巖性、常規物性、儲集空間類型、力學性質等數據，將變質巖潛山儲層劃分為3大類：

I類儲層，巖性以碎裂巖、二長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長片麻巖、斜長混合花崗巖為主，淺色礦物體積分數大于95%，石英體積分數為25%～35%，斜長石占長石含量的比例適中，斜長石比率為0.3～0.6，黑云母體積分數小于5%；抗壓能力弱；孔隙度一般大于5%，滲透率大于1×10-3μm2；儲集空間以裂縫和粒內溶孔為主。

II類儲層，各類巖性均可出現，淺色礦物體積分數大于90%，石英體積分數為20%～40%，斜長石比率為0.3～0.6，黑云母體積分數小于15%；孔隙度為3%～5%，滲透率為(0.1～1.0)×10-3μm2；儲集空間以微裂縫和粒內溶孔為主。

III類儲層，各類巖性均可出現，淺色礦物體積分數大于85%，石英體積分數為20%～40%，斜長石比率為0.2～0.8，黑云母體積分數小于15%；孔隙度為2%～3%，滲透率小于0.1×10-3μm2；儲集空間類型以微裂縫為主。

其中I類儲層和II類儲層為最具潛力的優勢儲層。

4.2 BZ19-6區塊變質巖儲層優勢巖性序列

遼河坳陷太古宇變質巖潛山的勘探實踐表明，變質巖風化殼和內幕均可形成優勢儲層[7]。在此基礎上提出了多元多層的內幕成藏理論：變質巖潛山不是均一塊體，而是多種巖性組成的層狀或似層狀結構，儲集巖和非儲集巖相間排列，從而形成多重儲蓋組合。該理論的核心是“優勢巖性序列”概念，其理論基礎是：變質巖儲層明顯受到巖性控制，暗色礦物含量高的巖性塑性強，不容易產生裂縫，不易成為儲集巖，而暗色礦物含量較少的巖性塑性較弱，在同樣的構造應力條件下容易產生裂縫，從而成為儲集巖[7]。因此，該概念建立了裂縫產生難易程度與巖性、暗色礦物含量之間的聯系，可以將各變質巖巖性按照暗色礦物含量減少或淺色礦物含量增加的順序進行排序，形成“優勢巖性序列”，序列中靠前的巖性相對于相對靠后的巖性為“優勢巖性”，具備更大的潛力成為優勢儲層[7]。

渤中凹陷BZ19-6區塊同樣發育太古宇變質巖潛山儲層，是否適用這個內幕成藏理論呢本研究對比分析了不同變質巖巖性的礦物組成、孔隙度、滲透率以及力學實驗的結果，嘗試運用“優勢巖性序列”的概念來分析巖性對優勢儲層形成的影響。

首先，渤海BZ19-6區塊太古界不同變質巖巖性的石英、斜長石和鉀長石的含量有顯著的區別，這些礦物在構造作用和風化作用中的表現各不相同，產生的有效儲集空間類型是不一樣的，或許可以指示不同巖性形成優勢儲層的潛力的差別。石英化學性質較為穩定，在風化作用下不發生溶蝕，但其在構造作用下易破碎形成裂縫，早期的裂縫均已被充填，有效的儲層是微裂縫；長石在構造作用下也可以形成微裂縫，在無機酸和有機酸的環境中均發生溶蝕作用[20-22]，但是不同長石溶蝕的難易程度有差別，斜長石比鉀長石更易發生溶蝕[23]；斜長石在風化作用下極易沿解理發生溶解和溶蝕，溶解形成粒內溶孔，可作為有效儲層，溶蝕時則發生絹云母化和黏土化，新生成的絹云母、伊利石等礦物會堵塞孔洞；鉀長石在風化作用下發生較弱的溶蝕，粒內溶孔較為少見。因此，從形成有效儲層的角度看，優勢儲層應該是既有較多的斜長石，也有較多的鉀長石，斜長石比率處于中等水平；這與物性結果一致，鉀長石或斜長石占絕對主導時，滲透率顯著降低(圖3)。

其次，淺色礦物含量被認為是變質巖優勢巖性的代表性指標之一。渤海BZ19-6區塊太古界變質巖隨著淺色礦物含量的增加，孔隙度和滲透率的最大值確實存在增加的趨勢，當淺色礦物含量在95%以上時，孔隙度和滲透率均最高(圖5)。這也可能意味著，淺色礦物含量較高的碎裂巖、二長片麻巖、斜長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖、鉀長片麻巖等成為優勢儲層的潛力要大于淺色礦物含量稍低一些的黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖和黑云鉀長片麻巖(圖6)，這也與黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖的低滲透率規律(圖5)一致。同時，碎裂巖、二長片麻巖、斜長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖、鉀長片麻巖等巖性的淺色礦物含量差距不顯著，但是，碎裂巖、二長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖的孔隙度、滲透率等更高，指示這些巖性成為優勢儲層的潛力更大。

綜合上述分析，可以將渤海BZ19-6區塊太古界變質巖形成優勢儲層的潛力劃分為三類：1) 碎裂巖、二長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖；2) 斜長片麻巖、鉀長片麻巖；3) 鉀長混合片麻巖、黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖、黑云鉀長片麻巖。其中，第1類的巖性最優，也是該區塊占主導性的巖性。

5 結論

1) 建立了渤海BZ19-6區塊變質巖潛山儲層的巖性劃分方案，包括片麻巖、碎裂巖等, 片麻巖按照石英和長石的相對含量進行了細分。

2) 渤海BZ19-6區塊變質巖潛山儲層的淺色礦物體積分數的中間值和平均值均較高，各類變質巖之間區別不顯著；當石英體積分數介于25%～35%之間、斜長石比率介于0.4～0.7之間時，孔隙度較高，滲透率最高。

3) 渤海BZ19-6區塊變質巖潛山儲層無法建立顯著的優勢巖性序列，以碎裂巖、二長片麻巖、二長混合花崗巖、斜長混合花崗巖等巖性最具潛力。