基岩成岩作用对储层发育的影响：以济阳坳陷太古宇基岩为例

The implications of basement rock diagenesis on reservoir development: A case study of Archean basement rock in Jiyang Depression

摘要

济阳坳陷太古宇已逐渐成为油气勘探重点目标之一，但储层形成机制认识不清，严重制约了勘探发现。本文通过野外地质考察、岩心观察和薄片鉴定，结合阴极发光、XRD、扫描电镜、流体包裹体等分析测试，对济阳坳陷太古宇基岩的成岩作用及其对储层发育的影响进行了系统研究。成岩作用特征通过岩心、铸体薄片、元素分析结果和流体包裹均一温度识别，其对储层发育的影响作用通过铸体薄片面孔率和物性测井数据表征。结果表明：研究区基岩岩性主要为岩浆岩和变质岩两大类，岩浆岩先后经历了冷凝固结、岩浆期后热液、风化剥蚀淋滤和埋藏成岩4个成岩阶段，其中岩浆岩先后经历了冷凝固结作用、压实作用、溶蚀作用、充填胶结作用和蚀变交代作用，最后经变质变形作用形成变质岩。冷凝固结作用可以形成少量原生基质孔隙，溶蚀作用可形成溶蚀孔和溶蚀缝，孔隙度贡献可达80%,对改善储层质量起关键性作用；压实作用和蚀变交代作用破坏孔隙，方解石和黏土矿物等次生矿物充填胶结裂缝，充填度为30%～70%,对储集空间有破坏作用。综合分析得出，片麻岩储层物性特征优于花岗岩，有利于储层主要发育在风化壳和内幕断裂带。风化壳分布于基岩潜山顶部，纵向具有分带性，主要受控于风化作用，多发育Ⅰ和Ⅱ类储层。内幕断裂带分布在潜山腹部，沿断裂发育，主要发育Ⅱ和Ⅲ类储层。该研究成果可为基岩储层成因研究提供参考。

关键词

济阳坳陷 / 太古宇 / 基岩储层 / 成岩阶段 / 潜山

Key words

Jiyang Depression / Archean / basement rock reservoir / diagenesis stage / buried hill

0 引言

基岩油气藏指油气于结晶基底岩系中富集成藏,为非传统油气藏,随着油气勘探的深入,已逐渐成为油气勘探开发的重要领域之一^{[1⇓⇓⇓-5]}。从全球范围来看,已发现300多个工业性基岩油气田,地质储量巨大,如委内瑞拉、越南、美国、俄罗斯、利比亚、中国等均有亿吨级的基岩油气储量^[6-7]。据不完全统计,基岩油气田的原始油气总储量几乎相当于世界已知油气储量的15%,总计石油储量为5.048×10¹¹ t,天然气储量为2.681×10¹¹ m^{3 [8-11]}。基岩储层常见风化壳型和内幕型两类^{[12⇓⇓⇓⇓-17]},物性特征一般较差,孔隙度一般在3%~6%,渗透率受裂缝及其充填程度影响,波动较大,低至0.01 mD,高达数百毫达西,但风化壳型储层物性略优于内幕型储层^{[18⇓⇓-21]}。

1975年,渤海湾盆地中新元古界任丘油田被发现,基岩风化壳型油气藏的勘探逐步得到重视^[22⇓-24]。2003年以后,渤海湾盆地辽河坳陷大民屯与兴隆台基岩内幕型油气藏勘探接连取得成功,但济阳坳陷基岩的勘探效果并不理想。前人研究认为济阳坳陷太古宇储层可分为风化壳型与内幕型,风化壳型储层发育受控于岩性、断裂改造和风化淋滤3个因素^[25],内幕型储层储集空间以裂缝为主,主要受岩石矿物组成、岩石构造和构造变形程度3个因素控制^{[26⇓⇓-29]},而对研究区基岩的成岩作用及其对储层成储机制的影响认识不清,阻碍了太古宇基岩油气藏的进一步勘探。本文以渤海湾盆地济阳坳陷为例,完成以下工作:岩心观察21口井,薄片鉴定111片,阴极发光17片,扫描电镜21件,孔渗分析8件,核磁共振分析8件,流体裹体均一温度测定10件。结合以上多种分析测试方法,研究济阳坳陷太古宇基岩成岩作用及其对储层发育的影响,以期为基岩储层成因研究提供依据。

1 区域地质概况

济阳坳陷位于渤海湾盆地西南部,构造上属于渤海湾盆地的次一级构造单元,是在前寒武系结晶岩和古生界碳酸盐岩及含煤碎屑岩组成的稳定地台基础上发展起来的中、新生代陆相断陷湖盆^[28]。区内发育了埕北低凸起、义和庄凸起、陈家庄凸起、车镇凹陷、沾化凹陷和东营凹陷等多个二级构造单元。盆地演化经历了印支期NE向挤压^[30]、中生代中期裂陷、中生代晚期构造抬升、古近纪强烈断陷和新近纪整体坳陷等几个阶段^[31],太古宇作为盆地基底经历了印支、燕山和喜马拉雅等多期构造事件叠加改造。各构造运动又分为多个构造幕,包括4期挤压运动、3期拉张运动和2期走滑运动,形成了埕北、埕东、义和庄、郑家—王庄等十大潜山带^[32-33]。研究区位于埕北凹陷、车镇凹陷、沾化凹陷和东营凹陷(图1)。

王世进等^[34]认为鲁西地区新太古代发育3期侵入岩,每期岩浆侵入活动开始都有地幔岩浆侵入。早期构造岩浆活动主要形成约2 700 Ma 的英云闪长质片麻岩和条带状英云闪长质片麻岩;中期构造岩浆活动主要形成2 630~2 600 Ma 的TTG质岩石;晚期地幔岩浆活动形成峄山序列TTG质花岗岩,地壳深熔形成傲徕山序列二长花岗岩,表现为大规模陆壳的形成和壳内再循环。张鹏飞等^[28]基于70口取心井薄片资料,将太古宇岩石划分为两大类:(1)泰山岩群区域变质岩,主要包括黑云角闪变粒岩和斜长角闪岩类,济阳坳陷残留很少;(2)新太古代岩浆构造活动形成的岩浆岩,主要包括二长花岗岩、钾长花岗岩、片麻状花岗岩类和片麻状闪长岩类等。

2 储层特征

2.1 岩石学特征

通过岩心观察和薄片鉴定,明确研究区发育岩浆岩和变质岩两大岩性(表1)。结合深成岩QAPF分类方案^[35],将岩浆岩划分为7小类(图2):二长花岗岩、花岗闪长岩、花岗闪长斑岩、石英二长岩、斜长岩、辉绿岩和煌斑岩;根据岩石的组构特征、特征变质矿物、蚀变矿物等,可识别变质岩3类,分别为长英质片麻岩类、斜长角闪岩和碎裂岩类。长英质片麻岩、斜长角闪岩为区域变质作用形成的区域变质岩,碎裂岩为动力变质作用形成的动力变质岩^{[36⇓⇓⇓⇓⇓-42]}。根据测井钻遇太古宇岩体厚度统计显示,岩浆岩占比42.45%,变质岩占比57.55%(图3a)。其中岩浆岩以花岗闪长岩占比最多,占比为33.76%,变质岩以花岗闪长质片麻岩占比最多,占比为55.71%。

2.1.1 岩浆岩

脉岩类:研究区除了常见花岗岩类组成的伟晶岩脉以外,还可见煌斑岩脉。煌斑岩是以自行的暗色矿物为主的一种脉岩,矿物成分复杂,各类矿物含量变化较大,以CHG19井最为典型。脉体呈斑状结构,斑晶主要由暗色矿物构成,从矿物组成上看,以富含暗色矿物(暗色矿物含量大于50%)为典型特征,主要为黑云母,少量角闪石,浅色矿物为钾长石和斜长石^[43-44]。煌斑岩主要见于埕北地区和沾车地区,钻遇关键井和厚度为108.0 m的 CHG19井,4.0 m 的CHBG25井(图3b)。

辉长岩类:(1)斜长岩,岩心手标本呈灰色,主要矿物组分为斜长石(约85%)和石英(约占1%),次要矿物为黑云母(约1%)。斜长石粒径为1~3 mm,均匀分布,具中粗粒半自行结构,块状构造(图4a)。(2)辉绿岩,颜色呈灰绿色,主要矿物成分为斜长石(约27%)和石英(约5%),次要矿物为少量黑云母等。斜长石和辉石风化蚀变严重,形成大量绿泥石和高岭石等次生黏土矿物(图4b)。辉长岩类主要分布在沾车地区和东营地区,辉绿岩钻遇关键井和厚度为30.3 m 的YG70井,2.0 m的 CHEG202井,斜长岩钻遇关键井和厚度为284.6 m的 SHG6井(图3b)。

闪长岩-正长岩类:石英二长岩,岩心手标本呈灰色,主要矿物为钾长石(约占45%)、斜长石(约34%)和石英(约16%),次要矿物为黑云母(约占1%)。斜长石自行程度高于钾长石,钾长石环绕斜长石或分布于其粒间,构成二长结构,矿物分布均匀,呈块状构造。斜长石黏土化严重,呈土褐色(图4c)。石英二长岩主要见于东营地区,钻遇关键井和厚度为130.3 m 的ZH606井(图3b)。

花岗岩类:(1)二长花岗岩,颜色呈灰白色,主要矿物有石英(约40%)、斜长石(约28%)和碱性长石(约24%),次要矿物为角闪石(约2%)和黑云母(约1%),碱性长石含量与斜长石含量相当。石英、微斜长石、斜长石自行程度依次升高,斜长石呈板状半自行晶体(图4d)。岩石中各种矿物分布均匀,排列紧密,无明显定向性,呈块状构造(图4e,k)。(2)花岗闪长岩,整体呈灰色,主要矿物为斜长石(约49%)、石英(约27%)和钾长石(约10%),次要矿物为角闪石(约4%)和黑云母(约3%),可见副矿物磷灰石;矿物晶体粒径在0.8~4.3 mm,分布均匀,呈中粗粒半自行结构,块状构造;斜长石黏土化呈土黄色。花岗闪长斑岩为花岗闪长岩的浅成相岩石,灰色,主要矿物成分为斜长石(约53%)、钾长石(约20%)和石英(约20%),次要矿物为黑云母(约1%)。具斑状结构,块状构造。斑晶(约25%)为正长石和钠长石,基质(约75%)由长石和石英构成显微晶质结构(图4f)。基质和斑晶中的斜长石组分均存在不同程度的黏土化,呈现土黄色,黑云母几乎完全蚀变为绿泥石、绿帘石,可见黑云母假象。花岗岩类在埕北地区、沾车地区和东营地区均有分布。二长花岗岩钻遇关键井和厚度为79.9 m 的CHE26井。花岗闪长岩钻遇关键井和厚度为1 108.0 m的 CHBG25井,1 184.1 m 的CHG19井,125.4 m 的ZH606井(图3b)。

2.1.2 变质岩

长英质片麻岩类:(1)花岗质片麻岩,岩心呈灰色,矿物组分与花岗岩类似,具片麻状构造,主要矿物为斜长石(约45%),其次为钾长石(约22%)、石英(约18%)。黑云母发育在矿物颗粒之间。石英被压扁、拉长,部分石英颗粒边缘可见不规则齿状曲折,具粒状变晶结构和弱片麻状构造(图4g)。在岩浆期后热液作用下,部分黑云母绿泥石化,原岩中的斜长石发生绢云母化。(2)斜长片麻岩,岩心呈灰色,主要矿物为斜长石(约60%)、石英(27%)和钾长石(约4%),次要矿物为黑云母(约5%)。其矿物成分特征为石英与长石含量占岩石矿物总含量的60%或70%以上,且斜长石占长石矿物总量2/3以上。由黑云母(Bt)、斜长石(Pl)和石英(Qtz)组成片状粒状变晶结构,黑云母呈不连续定向分布形成片麻状构造图(图4h)。经过原岩恢复图版判定^[43-44],长英质片麻岩原岩为火成岩(图5a^[44]),经源区判别为长英质岩类(图5b^[45-46]),综合地质背景分析认为,济阳坳陷长英质片麻岩原岩为侵入岩,岩性为花岗质岩类。长英质片麻岩类在埕北地区、沾车地区和东营地区均有分布。花岗质片麻岩钻遇关键井和厚度为132.7 m 的CHB502井,127.6 m 的CHG19井,738.8 m 的ZHG1井。斜长片麻岩钻遇关键井和厚度为16.2 m 的ZH39井,18.5 m 的ZH606井(图3b)。

角闪岩类:斜长角闪岩,岩石整体呈暗绿色,以变晶结构为主(图4l)。主要矿物为角闪石(约43%)、石英(约13%)、斜长石(约12%)和钾长石(约3%),次要矿物为黑云母(约17%)。矿物颗粒粒径在0.2~2.3 mm之间,斜长石(Pl)和定向分布的黑云母(Bt)、角闪石(Hbl)组成片状柱状粒状变晶结构,片状构造。岩石内部可见单颗粒黄铁矿(约占10%)(图4i)。斜长角闪岩主要见于东营地区,钻遇关键井和厚度为8.4 m 的ZH39井(图3b)。

碎裂岩类:碎裂石英斜长岩,属动力变质岩,以碎裂组构为主。主要矿物为斜长石(约73%)、石英(约13%)和钾长石(约11%)。碎基含量约占35%,镜下可见长石双晶错动和弯曲,石英有波状消光,部分石英颗粒可见拉长呈定向排列,具粒状变晶结构。大多数岩石碎块之间无位移可拼接,具碎裂组构。裂缝内有细小岩石碎块、矿物碎斑和碎粉等充填,局部可见碎裂角砾岩带(图4j),整体碎基含量约占35%。碎裂岩在埕北地区、沾车地区和东营地区均有分布,钻遇关键井和厚度为70.0 m 的CHBG25井,1.0 m 的CH918井,10.1 m 的SH102井(图3b)。

2.2 储集空间特征

根据薄片鉴定、阴极发光、扫描电镜等资料综合分析认为^[47-48],研究区基岩储层储集空间可分为裂缝和孔隙两大类。

根据成因等孔隙可细分为基质微孔和溶蚀孔,裂缝进一步分为构造缝和溶蚀缝。基岩储层根据其发育的构造位置不同,可分为风化壳型和内幕型。风化壳型主要发育在基岩顶部,储集空间类型以基质微孔、溶蚀孔和溶蚀缝为主。内幕型主要发育在基岩腹部,通常与风化壳之间常存在一层或多层致密层,内幕型储集空间以构造裂缝为主,若深部流体活动频繁,还会产生溶蚀孔缝等。

基质微孔包括云母片晶间微孔(缝)(图6a,b)、铁镁质矿物中的晶间微孔(图6c,d)和次生黏土矿物晶间孔(图6e,f)。这类空隙孔径多以亚微米-微米级为主,特征为微孔-细喉,孔隙半径为0.01~4.50 μm,平均为1.74 μm,连通性较差,但数量较多,在研究区非风化淋滤溶蚀带裂缝不发育的情况下,基质微孔占岩石总孔隙度的30%~70%。溶蚀孔是由岩石溶蚀发育形成的,溶蚀作用多发生于风化淋滤带,基岩内幕溶蚀作用相对较少,长石、次生黏土矿物等溶蚀形成粒内溶孔和粒间溶孔(图6g-i)。

裂缝包括构造裂缝和溶蚀缝,构造裂缝是指在构造应力下岩石发生破裂形成的裂缝^{[29,49⇓-51]}。研究区内构造裂缝分布广泛(图6j),从基岩顶部到内幕均有出现,构造裂缝沟通溶蚀流体时,可溶蚀扩大形成规模可观的储集空间(图6k)。溶蚀缝主要由地表水或地下水渗滤溶蚀形成,裂缝形状弯曲,延伸较短(图6l),主要见于基岩顶部风化壳总体上,微裂缝发育处的溶蚀作用更强,溶蚀流体可通过微裂缝运移,溶蚀其运移路径上所接触的矿物。

2.3 物性特征

研究区太古宇基岩致密,储层原生储集空间很少发育。基于测井数据、渗透率、扫描电子显微镜(SEM)、微米CT扫描成像等数据和分析测试手段,综合研究区岩石样品物性特征建立储层评价标准,将储层划分为3类(表2):I类储层,孔隙度为5.0%~10.0%,渗透率为4.0~8.0 mD;Ⅱ类储层,孔隙度为1.0%~5.0%,渗透率为1.0~4.0 mD;Ⅲ类储层,孔隙度为0.1%~1.0%,渗透率为0.1~1.0 mD。

花岗质片麻岩样品微米CT分析结果得出主要发育5.0~11.0 μm的颗粒间(内)溶蚀孔(图7a-c),喉道半径主要分布在2.0~6.0 μm(图7d);花岗岩类样品孔渗分析结果显示花岗岩类孔隙度介于0.61%~1.14%,平均为0.85%,渗透率为0.000 6~0.004 mD,平均为0.002 mD,片麻岩类样品孔隙度为0.76%~4.53%,平均为2.09%,渗透率为0.002 5~0.036 4 mD,平均为0.015 mD。CHBG25井发育Ⅰ类储层43.9 m,孔隙度均值为3.95%,平均渗透率为2.7 mD;发育Ⅱ类储层188.4 m,平均孔隙度为2.68%,平均渗透率为1.5 mD;发育Ⅲ类储层478.2 m,平均孔隙度为1.78%,平均渗透率为0.3 mD;研究区基岩风化壳物性优于内幕,片麻岩类因次生蚀变导致其物性略优于花岗岩类(图8),花岗岩类中斜长石、黑云母等矿物具解理缝,所以相对容易发生水岩反应(图4g,h,k),进而产生蚀变、溶蚀,致使斜长石、云母含量高的英云闪长岩、花岗闪长岩更容易产生溶蚀孔、缝,同时岩石刚性降低,降低了其产生构造裂缝所需的最大应力值。

3 成岩作用

研究区岩浆岩主要以侵入岩为主,参考火成岩和沉积岩成岩阶段划分方案及前人研究成果^{[44,52⇓⇓⇓⇓⇓-58]}。据温度、埋深、孔隙组合类型、次生矿物等可以将岩浆岩成岩作用划为4个阶段:冷却成岩阶段、岩浆期后热液作用阶段、风化剥蚀淋滤作用阶段和埋藏成岩阶段(表3、图9)。成岩作用类型主要包括冷凝固结作用、溶蚀作用、充填胶结作用和蚀变交代作用。

冷却成岩阶段是指岩浆从地下深处喷出地表或侵入地壳直至冷凝固结成岩的阶段。对于侵入岩来说,该阶段经历的成岩作用类型为冷凝固结作用,几乎不发育原生孔隙。侵入岩浆温度下降缓慢,矿物生长条件良好,一般石英、长石等矿物颗粒粗大,长石自形程度好,研究区内花岗质岩类多具中粗粒、粗粒结构(图4c-e,g,图10a)。

岩浆期后热液作用阶段主要以热液充填、交代蚀变作用为主。当岩石中斜长石、黑云母、角闪石等不稳定矿物含量较高时,容易发生蚀变。如CH18井,而流体包裹体均一温度约为200 ℃(图10e,图11a,b,c),裂缝间充填以绿泥石为主的黏土矿物,此处埋深较大,排除蚀变成因,综合地质背景,推测绿泥石为热液成因。热液渗入孔隙和裂缝中冷凝沉淀形成脉状绿泥石等矿物充填胶结孔隙裂缝,产物以方解石和绿泥石为主(图10b,d),原生储集空间遭受破坏。

风化剥蚀淋滤作用阶段是指研究区基岩顶部出露地表遭受风化淋滤,该阶段形成的典型储集空间类型为地表水溶蚀形成的溶蚀孔和溶蚀缝,为溶蚀作用的主要发生期。同时,在该阶段也由于风化作用、蚀变作用形成高岭石等黏土矿物。但绿泥石、高岭石等矿物在此阶段演变程度较低,新生成的矿物含量远不如岩浆期后热液作用阶段。在基岩产生构造裂缝沟通流体的情况下,基岩遭受地层水、有机酸等流体的溶蚀作用,黑云母、角闪石和斜长石等矿物受风化淋滤作用的影响程度较大(图6g,h,图10c)。

埋藏成岩阶段可见机械压实作用(图10f,g)、充填胶结作用(图6i)、溶蚀作用(图6k,10c)和蚀变交代作用(图10h,i)。该阶段表现为出露地表的基岩风化壳被上覆地层掩埋,进入浅埋阶段后期,随埋深增大温度升高,水岩反应活跃,研究区基岩遭受地层水等流体的溶蚀形成溶蚀孔、溶蚀缝或改造原有储集空间,同时次生矿物也会充填部分孔隙和裂缝。随着埋深加大,上覆地层厚度增加,压实作用增强,风化溶蚀形成的次生孔隙受到抑制,但侵入岩类具有较强的刚性,在构造应力作用下形成的裂缝能得以保存。

另外,作为前寒武结晶基底,济阳坳陷新太古代晚期的侵入岩岩石组合普遍经历了绿片岩相-角闪岩相变质作用,并在侵位后遭受不同程度变形作用和热液蚀变的影响。研究区可识别绿片岩相(图12a)和角闪岩相(图12b)。以CHEG202井为例,绿片岩相-石英钠长石绿帘石黑云母亚相为低级变质级,其特征为低级变质矿物绿帘石(Ep)与绿泥石(Chl)、斜长石(Pl)、黑云母(Bt)等矿物共生,镜下可见粒状变晶结构;角闪岩相为中变质级,ZH39井可见斜长角闪岩发育角闪岩相,其特征为变质矿物绿帘石(Ep)、蓝闪石(Gln)、斜长石(Pl)等共生,矿物成分以角闪石(Hbl)含量大于40%为主要特征。

4 成岩作用对储层的影响

成岩作用对储层发育控制作用明显,各种成岩作用综合控制储层的演化过程^{[49,59⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-68]}。由图9可以看出,冷凝固结成岩阶段以冷凝固结作用为主,该阶段可形成原生基质微孔。岩浆期后热液作用阶段热液活动频繁,溶蚀和胶结作用均有,以绿泥闪锌矿等热液矿物的生成和溶蚀孔隙为特征。风化剥蚀淋滤作用阶段可见剧烈的溶蚀作用,是风化壳形成的主要原因。埋藏成岩阶段会有弱压实作用、胶结作用等破坏先成孔隙,后期还会经历变质变形作用,形成断裂,发育构造裂缝,构造断裂是内幕储层拥有储集条件的根本原因。

4.1 冷却固结作用

岩浆冷却结晶成矿物的阶段,遵循鲍文反应系序列。岩浆侵入等压降温冷却,形成典型的深成岩中粗粒结构(图10a),岩体致密,仅在云母片间发育少量基质微孔(图6a)。

4.2 溶蚀作用

因构造活动,侵入岩露出地表或接近地表时易遭受风化和地表水淋滤,发生大规模溶蚀作用和蚀变作用,利用扫描电镜可以观察到斜长石受到风化溶蚀之后高岭土化严重,形成蜂窝状的高岭石,铸体薄片中可见斜长石溶蚀形成筛状溶蚀孔(图6h),还可见溶蚀缝(图6k),该类成因孔隙对孔隙贡献度可达80%以上,能形成几十米至数百米厚的基岩风化壳型储层(图12)。与块状构造的花岗质岩类相比,具片麻理结构的岩石,其所具有的片麻理为力学薄弱面,在风化作用和构造应力的影响下更容易沟通地表水,即风化淋虑溶蚀作用程度会更深。在花岗质岩类中,斜长石含量对风化溶蚀作用有影响,因斜长石为易溶矿物且解理缝较为发育(图6i,图10c),可以为地表水运移溶蚀提供通道,有良好的溶蚀条件,进而促进风化溶蚀作用发生。

4.3 压实作用

基岩顶部经历风化剥蚀和淋滤作用阶段之后,开始进入浅埋成岩阶段,此时风化溶蚀作用减弱,发育的主要储集空间类型逐渐转为裂缝。随着上覆地层的增加,埋深加大,此前风化淋滤形成的溶蚀孔和溶蚀缝部分会受到破坏,以风化壳古土壤层、残积层孔隙减少最为严重,风化溶蚀带中由于孔隙间的刚性岩石碎屑有一定的支撑作用,能保存部分溶蚀孔和溶蚀缝(图10f)。

4.4 胶结作用

胶结作用主要受矿物蚀变和岩浆热液影响。研究区储层主要为绿泥石充填,其次为方解石充填,还可见绿帘石、白云母等矿物充填,破坏储集空间,导致基岩储层物性变差。结合薄片、阴极发光等实验分析表明,胶结物类型主要为方解石、绿泥石,以孔隙式胶结为主。胶结作用多沿裂缝、溶蚀缝和粒间溶孔进行(图6l,图10b,d)。充填胶结作用减少了大量储集空间,裂缝胶结充填度为30%~70%(图4c,图6l),严重破坏了储层裂缝的连通性,对储层物性破坏严重。

4.5 变质变形作用

基岩主要为花岗质岩类,部分伴随低级变质作用,呈片麻理或弱片麻理构造,矿物成分主要为石英、长石和少量黑云母、角闪石等,以至于基岩岩性致密且脆,在构造应力的作用下受斜长石等矿物解理缝诱导易发生破裂形成裂缝,由断裂、伴生脆性破碎带和被其改造过的致密低渗岩基岩石共同构成裂缝带(图10g),岩石碎屑作为有利骨架支撑,防止机械压实作用破坏次生孔隙,裂缝带对内幕储层的识别具有指示意义(图13)。

构造变形作用是基岩内幕储层形成的主要控制因素。对于基岩而言,风化壳型储层主要分布于基岩潜山顶部,受控于风化壳的形成,其主控因素为风化作用和古地貌,研究区风化壳厚度为50~400 m。因风化壳具有垂向分带性,故从潜山顶部往下,其物性特征会逐渐变差,直到遇见第一个致密层。盖层致密层之下再发育裂缝带等物性较好的储集体即为内幕储层图(13)。内幕型储层主要受控于基岩内部断裂的形成。如CHBG25井,3 334~3 890 m井段主要受风化作用控制,3 890~3 940和4 110~4 380 m为致密段,3 940~4 110和4 380~4 520 m为内幕断缝体发育带,主要受断裂控制。

4.6 蚀变及交代作用

受热液、地层水、有机酸等流体的影响,研究区内斜长石蚀变绢云母化和碳酸盐化现象常见,随着埋深增大蚀变交代作用增强。如ZH36井,1 250.70 m,可见花岗闪长岩、二长花岗岩绢云母化和碳酸盐化(图14a,b);CHE60井,1 655.7 m,黑云母、角绿泥石化(图10b,d)。蚀变交代作用对储层物性的影响往往存在双面性,其中硅酸盐类矿物水化膨胀蚀变易使孔隙度相对降低,但黑云母、角闪石等暗色矿物绿泥石化可以使矿物粒度变细,继而更容易发生溶蚀和降低岩石刚性,有利于溶蚀孔、溶蚀缝和构造裂缝的发育。

5 结论

(1)济阳坳陷太古宇发育岩浆岩和变质岩两大岩性。岩浆岩包括二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长岩、斜长岩、辉绿岩和煌斑岩;变质岩包括长英质片麻岩类、斜长角闪岩和碎裂岩类。研究区储集空间类型可分为孔隙和裂缝两大类。根据成因可将孔隙分为基质微孔和溶蚀孔,裂缝分为构造缝和溶蚀缝。

(2)岩浆岩成岩阶按段分为冷凝成岩阶段、岩浆期后热液作用阶段、风化剥蚀淋滤作用阶段和埋藏成岩阶段4个阶段,最后经过变形变质作用形成变质岩。其中冷凝阶段以长英质中粗粒结构为主要特征,岩浆期后热液作用阶段以蚀变绿泥石等热液矿物为主要特征,风化剥蚀淋滤作用阶段以溶蚀孔和表生高岭石为主要特征,埋藏阶段主要特征为矿物颗粒紧密接触,特征矿物为伊利石、白云石和粒状微晶石英等。

(3)冷凝固结作用可形成少量原生基质微孔,对孔隙贡献度较小,受岩浆期后热液影响,胶结作用、蚀变作用、交代作用和溶蚀作用发育,该阶段储集空间主要为镁铁质矿物中的基质微孔,孔隙度贡献为30%~70%。风化剥蚀淋滤阶段主要发生溶蚀作用,形成具有纵向分带性的风化壳,发育大量溶蚀孔缝,是基岩发育孔隙的主要阶段,孔隙贡献度高达80%。埋藏阶段主要为胶结作用和蚀变交代作用,对先成孔隙有破坏作用,方解石、黏土矿物等次生矿物充填胶结裂缝,充填度为30%~70%。变质变形作用主要形成构造裂缝,进而发育为断缝体,对内幕储层的改造有重要作用。

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基金资助

中国石油化工股份有限公司研究项目“济阳坳陷太古宇潜山油气成藏条件及目标评价”(P22067)