东营凹陷北带基岩风化壳储层发育特征及控制因素

Development characteristics and controlling factors of bedrock weathering crust reservoirs in the northern belt of the Dongying sag

摘要

东营凹陷北带西段王庄潜山油藏的发现,揭示了太古宙基岩储层极大的油气勘探潜力。本文基于露头、岩心、薄片、测井、成像测井、孔渗数据以及试油资料,对东营凹陷北带太古宙基岩风化壳储层发育特征进行了总结,对其主控因素进行了深入探索,取得了以下主要认识:(1)太古宙基岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,局部发育花岗片麻岩,岩石脆性较强,容易产生裂缝,具备形成优质储层的岩性基础。(2)基岩风化壳储层纵向上可划分为崩解型储层、溶蚀-崩解型储层以及残积-崩解型储层三类。(3)崩解型储层主要以构造缝、溶蚀缝和节理缝为主,储层物性较差,平均孔隙度为2.2%,平均渗透率为0.25 mD,主要分布在构造高部位;溶蚀-崩解型储层表现为明显的双层结构,上覆溶蚀层发育厚度为50~150 m,储层物性好,平均孔隙度为4.7%,平均渗透率为1.3 mD,储集空间以溶蚀孔、溶蚀增强缝为主,下伏的崩解层物性差,储集空间以裂缝为主,主要分布在构造中低部位;残积-崩解型储层表现为上薄下厚特点,上覆残积层厚度分布在10~43 m,岩体松散破碎,储集空间以溶蚀孔为主,平均孔隙度为4.5%,平均渗透率为1.7 mD,下伏崩解层致密,块状结构明显,储集空间以各种成因的裂缝为主,主要分布在研究区临近构造高部位的缓坡带。(4)基岩风化壳储层物性及分布主要受控于4个因素:富含高脆性矿物含量的岩石影响裂缝的发育程度,构造应力控制裂缝的形成及产状分布,发达的断裂体系加速了基岩风化壳有效储层的形成,古海拔高程最终控制了基岩风化壳储层分布。研究成果对于东营凹陷以及其他断陷盆地基岩风化壳储层评价和油气勘探具有重要的借鉴意义。

关键词

东营凹陷 / 太古宙 / 基岩 / 风化壳储层 / 控制因素

Key words

Dongying sag / Archean / bedrock / weathering crust reservoir / controlling factors

0 引言

全球油气需求量不断增加,促使油气勘探逐渐从常规的沉积岩储层转为基岩储层。近年来,国内外基岩油气勘探不断获得重大突破,展现了极大的勘探潜力^[1⇓-3]。如国外的越南白虎油田、乍得Bongor盆地的花岗岩潜山油田、苏丹Muglad盆地基岩潜山油田^[4⇓⇓-7];国内具有代表性的有辽河油田的兴隆台潜山、渤海海域的蓬莱9-1、锦州25-1S、渤中19-6、渤中1-2等大型基岩油气田以及柴达木盆地的东坪气田等^{[8⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-16]}。可见,基岩油气藏已成为全球油气勘探的重要领域。

目前,国内外研究学者针对基岩风化壳储层纵向发育特征、储层岩石学特征、储集空间类型、物性特征和发育控制因素等方面展开了综合研究,取得了丰富的研究成果。如按照风化程度的不同,划分了基岩风化壳不同的纵向结构模式^{[16⇓⇓⇓⇓⇓-22]},明确了岩石类型主要有岩浆岩和变质岩两大类,其中以花岗岩类为主^[23⇓-25],阐明了储集空间类型主要以次生成因为主,包括溶蚀孔、破碎粒间孔、溶蚀缝、构造缝等^{[16,21,26⇓⇓-29]}。而储集物性特征方面,发现从风化壳顶面向下逐渐变差,总体表现为低孔低渗特征^[18,28-29],关于基岩储层主控因素方面,现有研究认为基岩风化壳储层主要受古构造位置、岩性与矿物成分、断裂、风化淋滤、构造活动、埋藏保存、晚期岩浆侵入和热液作用等综合作用的影响^{[16,24-25,29-30]},从而导致基岩储层非均质性极强。

东营凹陷共钻遇太古宙基岩的探井有300余口,钻遇基岩地层200~300 m的探井有23口,300 m以上的探井仅有8口,探井数量虽然多,但油气探明较少,仅在研究区中西部王庄地区实现了油气勘探突破,提交探明储量700余万吨,而其他地区暂未发现规模性油气藏。此外,关于太古宙基岩储层的发育特征及其分布研究还比较薄弱,虽然明确了储层的主要岩石类型,但对于基岩储层发育的主控因素还不明确,从而给研究区下一步基岩储层的勘探带来了极大困难。本文以露头、岩心、薄片、测井、成像测井、孔隙度和渗透率数据以及试油资料为基础,对东营凹陷北带太古宙基岩风化壳储层发育特征进行了分析,并对储层发育的主控因素进行了探索,以期给研究区下一步基岩风化壳储层勘探提供指导,进而为济阳坳陷以及其他断裂盆地的基岩储层评价和油气勘探提供借鉴。

1 研究区地质概况

东营凹陷属于渤海湾盆地济阳坳陷内的一个次级构造单元,北部以陈家庄凸起、滨县凸起为界,北东有青坨子凸起,南部紧邻鲁西隆起和广饶凸起,西接青城低凸起,是在华北古生界基岩古地形背景上经多期构造运动发育而来的一个中新生代半地堑陆相断陷复合盆地^[31-32]。凹陷内进一步可划分为北部陡坡带、中央凸起带、南部斜坡带以及利津、民丰、牛庄和博兴洼陷带等不同类型的结构单元,覆盖面积约为5 850 km^2[33-34]。凹陷中的构造特征表现为褶皱少、断层多,不同性质、不同级序的断层组成各种型式的断裂,且相互联合或复合形成现今复杂的构造面貌^[22](图1a)。

研究区位于东营凹陷北带西段,主要包括陈家庄凸起、利津凹陷和滨县凸起3个构造单元,勘探面积约1 200 km²,整体呈北东-南西向展布,具有“两隆夹一凹”的构造特征(图1a)。研究区现今北东向地质剖面显示,太古宙基岩顶部的构造形态在不同的构造部位呈现出不同的特征。陈家庄凸起和滨县凸起构造高部位,太古宙基岩地层埋深相对较浅,经历的风化剥蚀时间较长,导致上覆沉积岩地层剥蚀较为严重,地层缺失明显,厚度整体较薄,古近系沙河街组沙三段地层与太古宙基岩呈不整合接触;在两大凸起的中间部位,太古宙基岩地层埋深较深,上覆古近系沙河街组沙四段烃源岩层保存相对较好,地层整体沉积厚度较大(图1b)。不同构造部位基岩经历的风化时间及改造程度存在差异,上覆沉积地层发育特征也有所不同,导致不同构造部位基岩风化壳储层的物性及发育类型大不相同,给基岩风化壳储层的勘探带来了极大的难度。

2 基岩风化壳储层主要岩性特征

张鹏飞等^[35]研究指出,济阳坳陷太古宙岩石主要为泰山岩群区域变质岩和新太古代岩浆构造活动形成的岩浆岩,其中花岗岩类占据济阳坳陷各岩性比例高达70%以上,总体上具有变质岩平面分布局限,岩浆岩占据主导的分布特征。基于此,研究中对工区太古宙岩石顶面构造图以及井位分布图进行了分析,发现钻遇太古宙基岩的探井主要位于3 500 m以浅的深度范围,主要分布在陈家庄凸起和滨县凸起两个区块,而利津凹陷由于太古宙岩石埋深较深,钻井数量稀少。在此基础上,本文综合利用野外露头、100余口井的录井以及10余口井的岩心资料,对东营凹陷太古宙岩石类型进行了分析统计,结果显示,太古宙岩石可分为花岗岩和变质岩两大类,但不同类型岩石所占的比例存在差异。花岗岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,在研究区广泛分布;变质岩主要为花岗片麻岩,只在少量井中看到。

进一步地,结合岩心和薄片资料对不同岩性基岩的特征进行了分析,发现二长花岗岩和花岗闪长岩在颜色上具有明显的区别。其中二长花岗岩主要表现为浅肉红色、灰红色和灰色(图2a),而花岗闪长岩则以灰白或灰绿色为主,粒度稍细,主要为中细粒度,二者均表现为明显的块状构造(图2b),而花岗片麻岩在岩心上可观察到明显的不连续明暗交替层(图2c);通过薄片分析及统计结果,可以看到二长花岗岩主要由钾长石、斜长石和石英等矿物组成,在部分薄片中可看到少量黑云母等,斜长石、钾长石和石英含量平均值分别为40%、30%和27%,而黑云母含量在5%左右,部分井中含量可高达10%以上,矿物颗粒自形程度较好,多为自形-半自形粒状(图2d,e);相比于二长花岗岩,花岗闪长岩中的斜长石含量明显增多,含量可达55%以上,约占长石总量的2/3,同时暗色物质含量也明显增多,多为角闪石和黑云母,平均含量约为20%,而钾长石和石英的含量相对较低(图2f,g);片麻岩主要由长石、石英和云母等矿物组成,长石的含量较多,可观察到明显的片状矿物定向现象,矿物主要呈现出不等粒结构,云母绿泥石化以及斜长石绢云母化现象突出(图2h,i)。

3 基岩风化壳储层发育特征

受风化程度不同,基岩风化壳储层纵向上具有明显的分带性。前人已根据风化产物类型和风化强度强弱在不同盆地开展了基岩风化壳纵向结构研究工作,提出了基岩风化壳纵向结构“三分”模式^[16,18,36]或“四分”模式^{[17,19-20,37]}。但受限于研究资料以及研究出发点不同,现有的两类划分模式并不适用于东营凹陷北带基岩风化壳的发育情况。而刘震等^[22]从风化壳的形成演化过程出发,提出了东营凹陷太古宙基岩风化壳“双层结构”划分方案,认为基岩风化壳在纵向上主要发育全风化层(溶蚀层/残积层)和半风化层(崩解层)两层结构,较好地解释了东营凹陷北带基岩风化壳的发育规律。因此,本文主要采用该划分方案,结合岩心、薄片、常规测井、成像测井以及孔渗资料,对研究区不同构造部位基岩风化壳储层的纵向发育特征进行分析。

3.1 风化壳储层纵向发育类型

基于岩心观察以及风化壳不同纵向结构层在常规测井和成像测井中的典型特征,对研究区100余口井的风化壳结构进行了划分,并结合不同方向、不同构造带上风化壳连井剖面特征,将风化壳储层纵向发育类型划分为以下三种:崩解型储层、溶蚀-崩解型储层和残积-崩解型储层(图3)。

崩解型储层主要由崩解层组成,表现为单层结构,与上覆古近系呈现角度不整合接触。该种类型的储层主要发育在研究区陈家庄凸起以及滨县凸起的高部位,太古宙岩石的顶面深度在1 500 m以浅,测井曲线上,崩解型储层主要呈现出高电阻低声波时差的特征,测井曲线的形态总体较为平缓,仅在局部出现跳跃现象(图3a)。

溶蚀-崩解型储层主要由溶蚀层和崩解层组成,呈现出双层结构特征。该种类型的储层在研究区分布比较局限,主要发育在研究区陈家庄凸起与滨县凸起之间的构造中低部位,其中溶蚀层的发育深度范围在1 300~2 100 m,且不同位置溶蚀层的厚度存在差异。测井曲线上,上覆溶蚀层和下伏崩解层呈现出“两段式”特征,其中,溶蚀层段主要表现为中电阻中低声波时差,测井曲线波动明显,曲线跳动的幅度较大,进入崩解层段以后,自然伽马值明显降低,电阻率值显著增大,声波时差波动明显,出现周波跳跃现象(图3b)。

残积-崩解型储层主要由残积层和崩解层双层结构构成。连井剖面分析结果显示,该种类型的储层主要分布在临近陈家庄凸起以及滨县凸起构造高部位的缓坡带,分布范围较为有限。进一步分析发现,残积层发育的深度范围主要在1 100~1 300 m,且不同位置残积层的厚度有所不同,总体在10~43 m。测井曲线上,残积层段与崩解层段呈现出“阶梯式”接触特征,残积层段电阻率曲线和声波时差曲线表现为明显的正韵律,当进入到崩解层段时,电阻率曲线值显著增加并稳定在高值,声波时差曲线趋于稳定,总体表现为低值,仅在局部出现跳动(图3c)。

3.2 不同类型储层发育特征

3.2.1 崩解型储层

从崩解层在测井上表现出的特征可以发现,岩石整体性状较为稳定,岩体致密。进一步地针对岩心、薄片、孔渗数据以及试油资料,对崩解型储层的物性特征以及含油性特征进行了研究。崩解型储层发育层段,岩心上可观测到明显块状结构,在部分岩心上可观测到高角度裂缝;在岩石薄片中,可发现构造裂缝较为发育,偶尔可见网状裂缝、溶蚀缝和节理缝(图4a-c),即崩解型储层储集空间主要以各种成因的裂缝为主。随后,对研究区10余口井246个岩心样品的孔隙度和渗透率数据进行了统计分析。结果显示,基岩风化壳储层整体上表现为低孔低渗的特征,孔隙度分布范围为1%~9%,大多在6%以下,渗透率分布在0.1~25 mD,且大多数低于5 mD;此外,基岩风化壳不同结构层的储层物性差异性明显,崩解型储层的物性最差,而溶蚀层和残积层储层的物性相对较好(图5)。具体地,崩解层段孔隙度大多分布在1%~3%,平均值2.2%,渗透率主要分布在0.1~0.5 mD,平均值为0.25 mD。需要指出的是,由于基岩储层非均质性较强,不同井以及同一口井不同深度储层的物性特征都存在差异,如滨县凸起S30井,崩解层段孔隙度大多分布在1%~5%,S126井崩解层段孔隙度大多分布在1%~3%,即崩解型储层孔隙度和渗透率值普遍较低。在此基础上,结合试油资料,对崩解型储层的含油性特征进行了统计分析,发现该类储层虽有油气显示,但无量产油气,储层主要以水层和干层为主,占比55%;其次是含油水层,占比20%。如研究区北部陈家庄凸起C17井在1 464.73~1 514.06 m崩解层段试油结果为日产水9 m³,见油侵2.5 m/层,油斑0.6 m/层,油迹4.5 m/层。可见崩解型储层含油性较差。

3.2.2 溶蚀-崩解型储层

溶蚀-崩解型储层表现为明显的双层结构,储层物性在纵向上具有明显的分带性。通过对研究区6口探井溶蚀层的厚度进行统计,发现溶蚀层厚度主要分布在50~150 m,储层的厚度变化较大,总体上构造中低部位的探井溶蚀层的厚度相对较大。岩心观测结果显示,顶部溶蚀层发育段,溶蚀裂缝和溶蚀孔较为常见,在部分岩心中可观察到两组交叉的溶蚀裂缝。在薄片中,溶蚀孔、溶蚀增强缝比较多见(图4d,e),为油气的聚集提供了条件。结合研究区西南部Sg6井成像测井资料对溶蚀-崩解型储层纵向发育特征进行了分析,发现从溶蚀层段到崩解层段,储集空间逐渐从溶蚀增强缝、溶蚀孔过渡为连续高角度高导缝以及不连续高导缝(图6),意味着储集物性从基岩风化壳顶部往下逐渐变差。进一步地结合孔隙度和渗透率关系,发现溶蚀层发育段孔隙度大多分布在2%~8%,平均值4.7%,渗透率差异性较大,主要分布在0.1~25 mD,平均值1.3 mD(图5),部分层段有高渗透率出现,而进入到崩解层以后,其物性和崩解型储层类似。综合试油资料对该类型的储层含油性特征进行了探索,发现油气主要储集在顶部的溶蚀层段,以油层和含油水层为主,而下部的崩解层主要为干层或者水层。如研究区北部陈家庄凸起带南部的Z16井,1 667.2~1 677 m溶蚀层段试油结果显示为日产油47 t,日产水0.013 m³,而下部的崩解层储层主要为含油水层或干层。由此可知,溶蚀-崩解型储层含油性主要取决于上覆的溶蚀层。

3.2.3 残积-崩解型储层

残积-崩解型储层主要由上覆薄层的残积层和下伏的厚层崩解层构成,储层具有明显的上薄下厚特征。对研究区8口探井残积层的厚度进行了统计,结果显示残积层发育的厚度为10~43 m,和上述两类储层相比,残积-崩解型储层中的残积层,岩心上主要呈现出松散破碎状,母岩的原始结构早已被破坏,主要为基岩风化剥蚀后产生的砂砾质颗粒;薄片数量虽然少,但已有的薄片中依然可以看到溶蚀孔隙以及溶蚀增强缝(图4f),构成了上部储层的主要储集空间,进入下伏的崩解层后,储层的储集空间转为溶蚀裂缝、构造裂缝和节理缝为主,岩体也更加致密化。孔隙度和渗透率关系分析结果表明,残积层段孔隙度大多分布在3%~9%,平均值为4.5%,渗透率主要分布在0.5~5 mD,平均值为1.7 mD(图5),进入下伏的崩解层以后,储层的物性明显降低。如S30井顶部的残积层孔隙度分布在5%~9%,而下伏的崩解层孔隙度分布在1%~5%。进一步地结合试油资料对残积-崩解型储层的含油性特征进行了研究,结果表明上覆的残积层主要为差油层和水层,下伏的崩解层以含油水层和水层为主。如研究区西南部临近滨县凸起的S63井,1 134~1 136 m残积层发育层段,日产油0.58 t,日产水1.71 m³,而下伏的崩解层段只发现有油斑显示,并未产出油气。

4 基岩风化壳储层控制因素

通过对东营凹陷太古宙基岩风化壳储层发育特征进行分析,发现储层的发育程度和分布主要受内因和外因两类因素的共同控制。研究区富含高脆性矿物含量的岩石是影响裂缝发育程度的主要内因,多期构造运动的综合作用为规模裂缝的形成提供了关键的外力条件,发达的断裂体系加速了基岩风化壳有效储层的形成,古海拔高程最终控制了基岩风化壳储层分布。在上述4个影响因素的综合作用下,太古宙基岩风化壳储层的物性及分布特征更加复杂化。

4.1 岩石类型影响裂缝发育程度

研究区太古宙岩石类型主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,局部发育花岗片麻岩。按照浅色矿物和暗色矿物的相对含量来看,二长花岗岩和花岗片麻岩中浅色矿物含量相对较高,即长英质矿物含量高,岩石脆性强,为裂缝的形成以及溶蚀孔的产生提供了良好的基础。如研究区北部陈家庄凸起C18井和Cq10井,岩性为二长花岗岩和花岗片麻岩,岩心中可见明显的裂缝(图2a-c);而花岗闪长岩中暗色矿物含量相对较高,如角闪石和黑云母等,平均含量可达20%,明显增强了岩石的塑性,导致岩石不易形成裂缝,也不易发生溶蚀作用。又如研究区北部Z39井,主要发育花岗闪长岩,岩石整体较为致密,块状特征明显(图2b)。因此,在同等构造应力条件下富含长英质矿物的二长花岗岩类由于脆性较强,岩体中更容易产生裂缝,同时也为后期溶蚀作用的发生创造了条件,更容易形成优质储层。进一步地结合前人在济阳坳陷太古宙基岩中取得的研究成果,发现二长花岗岩脆性系数最大,花岗闪长岩和钾长花岗岩次之;裂缝发育情况方面,二长花岗岩裂缝最为发育,钾长花岗岩次之,而闪长岩类裂缝最不发育(表1^[35])。该研究结果有效证实岩石类型是控制裂缝发育程度的重要因素之一。

4.2 构造应力控制裂缝形成与产状分布

东营凹陷太古宇结晶基底形成以后经历了多期构造活动叠加,并接受了长期断裂活动与风化剥蚀,为基岩风化壳储层的形成创造了良好的外部条件。主要包括印支期近NE向挤压造山,燕山中期拉张反转、燕山末期挤压剥蚀以及喜马拉雅期埋藏等阶段^[38-39]。在上述构造运动的共同作用下,形成了凹陷内现今的构造格局,导致基岩风化壳顶部的构造形态以及断裂发育特征在不同的构造位置呈现出明显的差异性(图1b)。杜晓峰等^[27]研究指出印支期强烈的逆冲推覆造山运动会在基岩内部形成大量的近东西向和北西向裂缝,燕山期太平洋板块向东亚大陆俯冲,在渤海形成一系列北东向走滑断层,从而在基岩潜山内部形成大量北东向裂缝。可知,在不同时期构造运动的作用下,基岩内部会形成不同方向的裂缝,即构造应力场不仅控制了裂缝的形成,而且控制了裂缝的产状。

研究中对基岩储层内断裂的发育特征进行了分析,发现断裂总体上分为北西向、近东西向以及北东向三种类型,即断层发育受区域构造应力场的控制作用明显。其中,北西向断层主要分布在研究区的西部区域,仅有部分分布在东部,近东西向断层分布在研究区的西部区域,而北东向断层主要分布在研究区的中东部区域。随后,基于鲁西露头观测和研究区2口典型井的成像资料对太古宙基岩储层的裂缝特征进行了分析(表2)。统计结果表明鲁西露头区太古宙基岩储层裂缝主要以高角度为主,角度70°以上的占55%,30°~70°之间的占28%,30°以下的占17%。进一步的,结合胜利油田地质科学研究院的分析资料,发现中高角度的裂缝主要发育在燕山—喜山期,而印支期只发育低角度裂缝。在综合分析Sg6井300余条裂缝以及Zg1井约200条裂缝数据的基础上,明确了研究区基岩储层裂缝的走向主要为北东向和北西向两个方向,其中北东向裂缝主要以中高角度为主,发育在燕山—喜山期,而北西向裂缝主要呈现出低角度特征,发育在印支期。研究结果证实构造应力场是裂缝形成的外因,控制了裂缝的产状。这些中高角度的裂缝不仅为油气的充注提供了良好的聚集条件,而且对于纵向上储层连通性的提高以及后期地表水入渗发生溶蚀改造作用及其重要。

4.3 断裂加速基岩风化壳有效储层形成

基岩相对致密,通常不具备形成有效储层的条件。然而,通过断裂和溶蚀作用改造后,储层的物性会得到极大的改善,可为油气的聚集提供良好的储集条件^{[19,21,37,40-41]}。研究区断裂较为发育,不仅发育陈南断层、滨北断层以及滨南断层等控凹边界断层,而且也发育了一系列的次级断裂,在不同级别断层的综合作用下,基岩风化壳储层的物性得到了极大的提高。

本文在综合野外露头、岩心和测井资料的基础上,剖析了断裂对于基岩储层发育的影响。首先对露头区章丘射垛地区傲徕山岩套松山单元中粒二长花岗岩中的压扭性断裂及裂缝的发育规律进行了探索,分别在断层的两盘共选取了三个观测点来研究断层发育对于裂缝形成和分布的影响(图7)。其中在断层上盘距离断层面约50 m和8 m的位置分别选取了观测点D1和D2,在断层下盘距离断层面约38 m处选取了观测点D3。可以发现:观测点D1处共发育3组裂缝,裂缝的密度较大,以与断层平行的裂缝为主;观测点D2由于最接近断层,共发育4组裂缝,裂缝的密度极大,且新增一组与断层共轭的高角度裂缝;观测点D3可观测到3组裂缝,由于位于断层的下盘,且距离断层较远,裂缝密度较小,主要以区域构造节理为主。进一步地对裂缝面的密度与距离断裂的远近二者的相关性进行了统计,发现在距离断层70 m范围内,裂缝组系发育会有差异,且随距离增大裂缝面密度逐渐降低。随后,结合岩心与测井资料进一步研究了断裂对于储层物性的影响,发现越靠近断层,储层的物性越好。如研究区北部Z362井以及Z415井,都位于断层附近,岩心中可观察到明显的两组交叉裂缝以及溶蚀孔,薄片中可见网状裂缝、节理缝以及构造缝;测井上,电阻率以及声波时差曲线波动明显。可见,断裂对基岩储层的发育程度控制明显,发达的断裂体系极大地提高了储层的物性,为基岩优质储层的形成创造了条件。

4.4 古海拔高程控制基岩风化壳储层分布

研究表明,基岩风化壳的发育主要受控于古地貌,不同潜山部位基岩风化壳结构有明显差异^[16,35]。本文基于现今风化壳连井剖面分析,发现研究区基岩风化壳储层的分布特征与海拔高程有着密切的关系,而现今海拔高程主要是继承了古海拔高程而来。因此,认为古海拔高程对基岩风化壳储层的分布有着明显的控制作用,主要表现在以下两个方面:一是古海拔高程控制了风化作用的强度;二是古海拔高程决定了风化壳储层的保存条件。东营凹陷北带太古宙基岩风化壳之上覆盖的是新生代地层,古生代地层和中生代地层在该地区不发育。如研究区北部王庄地区风化壳储层的演化和分布明显受到古海拔高程的控制(图8)。在古近系沙河街组沙四段沉积之前,基岩风化壳顶部的构造形态总体较为平缓,凸起和凹陷之间的海拔高程差值相对较小,此时形成的风化壳溶蚀层厚度相对均一(图8a)。受构造拉张运动的影响,太古宙基岩风化壳顶部形成了一些断层,位于断层上盘的基岩地层会沿着断层面滑塌,从而导致不同构造位置基岩风化壳顶部的海拔高程存在明显差异,在不同海拔高程下,基岩风化壳顶部储层经历的风化强度和时间明显不同,到了沙河街组四段沉积末期,可以发现位于构造中高部位的溶蚀层由于遭受严重的风化剥蚀,厚度明显减薄,而构造低部位的溶蚀层由于较早地被沙河街组四段覆盖,具有较好的保存条件,有效地减缓了溶蚀层进一步风化,厚度总体较厚(图8b);到了沙河街组沉积末期,位于构造高部位的溶蚀层遭受持续风化剥蚀作用演变为残积层,构造中低部位的溶蚀层由于及时被上覆沉积盖层覆盖,从而使溶蚀层得到了有效的保存(图8c),现今的构造格局就是在古近系沙河街组沉积末期的基础上继续接受新近系和第四系地层沉积形成的(图8d),从而导致现今基岩风化壳顶部的构造形态与沙河街组沉积末期基岩风化壳顶部的形态基本一致。

因此,可以用现今风化壳顶部的海拔高程表征沙河街组沉积末期风化壳顶部的古海拔高程。现今连井剖面显示(图8d),在凸起带的顶部,由于海拔较高,风化作用极强,基岩风化壳遭受改造的程度最大,储层变得松散破碎,然而由于缺乏晚期地层的及时覆盖保存,导致顶部已经全风化的储层被剥蚀,而只保留下伏半风化状态的基岩层,如C19井,纵向上只发育崩解型储层;在海拔稍低的C18井处,由于风化作用稍弱,且及时被新近系馆陶组(Ng)覆盖,早期风化形成的残积层可以保留,但厚度较薄,纵向上形成残积-崩解型储层;在构造中低部位的Z39井和Z14井,风化作用适中,储层经历风化溶蚀作用改造后,物性大大增强,且能够被古近系沙河街组烃源岩及时覆盖,具备了充足的油源条件以及保存条件,从而使Z39井以及Z14井溶蚀层中出现工业性油气藏,在纵向上形成了溶蚀-崩解型储层。需要指出的是,Z14井和Z39井由于基岩顶面古海拔高程不同,导致经历的风化强度和风化时间存在差异,从而造成古海拔较低处的Z14井发育厚溶蚀层而古海拔相对较高的Z39井发育薄溶蚀层。

5 结论

(1)东营凹陷太古宙基岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,局部发育花岗片麻岩。二长花岗岩和花岗片麻岩长英质含量较高,岩石脆性较强,岩体中容易产生裂缝,为后期溶蚀作用的发生创造了条件,具备形成优质储层的岩性基础。

(2)研究区基岩风化壳储层纵向上可划分为崩解型储层、溶蚀-崩解型储层和残积-崩解型储层三类。崩解型储层主要以构造缝、溶蚀缝和节理缝为主,储层物性较差,孔隙度分布在1%~3%,平均值为2.2%;渗透率主要分布在0.1~0.5 mD,平均值为0.25 mD;油气测试以水层和干层为主,主要发育在构造高部位。溶蚀-崩解型储层表现为明显的双层结构,上覆溶蚀层发育厚度为50~150 m,储层物性较好,孔隙度大多分布在2%~8%,平均值为4.7%;渗透率主要分布在0.1~25 mD,平均值1.3 mD;储集空间以溶蚀孔、溶蚀增强缝为主的,具有良好的含油性特征,下伏的崩解层物性差;储集空间以裂缝为主的,试油结果以水层、含油水层或干层为主,主要分布在构造中低部位。残积-崩解型储层表现为上薄下厚特点,上覆残积层厚度大多在10~43 m,岩体松散破碎,孔隙度分布在3%~9%,平均值为4.5%;渗透率主要分布在0.5~5 mD,平均值为1.7 mD;储集空间以溶蚀孔为主的,试油显示为差油层和水层,下伏崩解层致密,块状结构明显;储集空间以各种成因的裂缝为主的,表现为含油水层和水层,主要分布在研究区临近构造高部位的缓坡带。

(3)东营凹陷太古宙基岩风化壳储层主要受岩石类型、构造应力、断裂和古海拔高程4个因素的影响。富含高脆性矿物含量的岩石影响裂缝的发育程度,构造应力控制裂缝的形成及产状分布,发达的断裂体系加速了基岩风化壳有效储层的形成,古海拔高程最终控制了基岩风化壳储层分布。在上述影响因素的综合作用下,太古宙基岩风化壳储层的物性及分布特征更加复杂化。

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基金资助

科学技术部国家重大科技专项“岩性油气藏成藏动力、临界条件与分布模式(2011ZX05001-001-004)”