李 浩, 高先志*, 楊得相, 白 帆, 陳亞青, 王會來

1)中國石油大學地球科學學院, 北京 102249;

2)中國石油華北油田勘探開發(fā)研究院, 河北任丘 062552

二連盆地經(jīng)過近30年的潛山勘探, 發(fā)現(xiàn)了類型豐富的中生古儲型潛山油藏。目前已在四個凹陷發(fā)現(xiàn)了三種巖性的潛山油藏, 分別是賽漢塔拉凹陷的賽51灰?guī)r潛山油藏, 阿爾凹陷的阿爾6凝灰?guī)r潛山油藏、阿南凹陷的哈南凝灰?guī)r潛山油藏和額仁淖爾凹陷的淖102碎裂花崗巖潛山油藏。古生界潛山逐漸成為二連盆地油氣勘探重要的接替領(lǐng)域。潛山油氣藏形成的規(guī)模以及潛山油氣藏的類型在很大程度上受控于潛山的儲層發(fā)育特征, 而巖性是決定潛山能否形成儲集層的關(guān)鍵因素, 不同巖類儲集層在其空間分布和儲集空間類型上都存在較大差異。為此有必要對二連盆地多巖性儲集層開展研究, 明確不同巖性儲集層發(fā)育特征及其影響因素, 以期對多巖性潛山的儲集層預測具有指導意義。

1 古生界潛山地質(zhì)背景

二連盆地位于中國內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部(圖1A),東起大興安嶺, 西到烏拉特中后聯(lián)合旗一帶, 南抵陰山山脈北麓, 北至中蒙邊界, 東西長約 1000 km,南北寬20～220 km, 總面積約10×104km2, 是我國陸上大型沉積盆地之一(杜金虎, 2003)。

二連盆地基底屬海西褶皺帶, 主要由古生界變質(zhì)巖系和巖漿巖組成。按照板塊構(gòu)造觀點, 盆地所在區(qū)域古生代時, 曾是西伯利亞板塊和中朝克拉通之間的中亞—蒙古海槽的一部分, 為早-晚古生代的陸殼增生區(qū), 海西運動使規(guī)模宏大的天山—內(nèi)蒙—興安弧形構(gòu)造帶橫亙于我國北部, 二連盆地位于該弧形構(gòu)造帶東翼內(nèi)側(cè), 由古生界變質(zhì)巖、巖漿巖和灰?guī)r與一系列復背斜、復向斜和基底斷裂組成二連盆地的基底(焦貴浩等, 2003)。二連盆地基底構(gòu)造經(jīng)華力西后期和印支期長時間風化剝蝕, 形成了多凸多凹、凸凹相間的“盆嶺”結(jié)構(gòu), 之后經(jīng)歷了侏羅紀和白堊紀兩期裂谷發(fā)育階段, 古生界基巖被侏羅系、白堊系地層覆蓋其上, 形成了多種類型潛山(趙澄林等, 1996; 杜金虎, 2003)。

根據(jù)鉆遇古生界潛山探井的信息, 結(jié)合古生界露頭地調(diào)資料(蔡明海等, 2011; 陶繼雄等, 2010),認為二連盆地古生界潛山地層巖性分布具有多樣性,發(fā)育有變質(zhì)巖、火成巖和灰?guī)r, 其中變質(zhì)巖、花崗巖和凝灰?guī)r分布較廣, 灰?guī)r僅在賽漢塔拉凹陷賽 51地區(qū)和賽14地區(qū)發(fā)育(圖1B); 同一凹陷, 前中生界潛山地層的時代與巖性分布不同, 但有集中分區(qū)的特點。如賽漢塔拉凹陷, 凹陷中段的賽四構(gòu)造帶為薊縣系哈爾哈達組變質(zhì)巖, 從賽四構(gòu)造帶分別向南北方向地層逐漸變新, 賽51地區(qū)和賽14地區(qū)主要為石炭系阿木山組灰?guī)r(圖1B和圖2)。

2 古生界不同巖性潛山儲集層特征

2.1 儲集空間類型及儲集層物性特征

通過 73口井巖心觀察、薄片鑒定和試油情況,認為二連盆地灰?guī)r潛山和凝灰?guī)r潛山儲集層較發(fā)育,儲集空間類型主要為溶蝕孔、洞穴、裂縫等次生孔隙, 變質(zhì)巖潛山和花崗巖潛山儲集層相對欠發(fā)育,儲集空間類型主要為構(gòu)造縫。

2.1.1灰?guī)r

灰?guī)r地層中以巖溶型儲集層為主, 溶蝕孔、洞穴以及溶蝕縫較發(fā)育。賽 51井在潛山頂部1273.00～1282.55 m段兩次取心, 進尺9.55 m, 取心長度僅 2.05 m, 收獲率為 21.5%, 整體上巖心破碎嚴重, 網(wǎng)狀裂縫較發(fā)育, 裂縫密度(巖心單位長度內(nèi)可測量裂縫的條數(shù))6～7條/m, 縫寬1～5 mm, 局部見不規(guī)則洞穴, 潛山頂部的溶蝕孔、洞多被原油充填(圖版 I-a), 表明其儲集性能良好。賽 51井在鉆進1506.44～1506.76 m段鉆具放空0.32 m, 經(jīng)分析該井段為未充填的洞穴。此外, 賽 51-1, 賽 51-2和賽51-3x等鉆遇灰?guī)r地層的開發(fā)井試油日產(chǎn)液量高,分別為59.6 m3、79.7 m3和131.8 m3。薄片鑒定結(jié)果表明灰?guī)r中生物碎屑含量較高, 見生物骨架孔隙(圖版I-g)、粒內(nèi)溶孔、晶間孔和溶蝕縫(圖版I-h)。 賽51井 1268.6～1492.8 m 段, 測 井 解 釋 孔 隙 度2.0%～7.5%, 平均值為 3.8%。以上表明二連盆地灰?guī)r地層儲集層十分發(fā)育, 儲集空間類型多樣, 孔縫組合類型有洞穴型、孔洞-裂縫型、孔隙-裂縫型和裂縫-孔隙型。

圖1 二連盆地構(gòu)造位置與主要凹陷古生界潛山巖性平面分布圖Fig.1 Structural location and lithologic distribution of Paleozoic buried hills in main sags, Erlian Basin

圖2 二連盆地賽漢塔拉凹陷前中生界推斷地質(zhì)剖面圖(剖面位置見圖1B)Fig.2 Inferred Pre-Mesozoic section of Saihantala Sag, Erlian Basin(see profile in Fig.1B)

2.1.2凝灰?guī)r

二連盆地凝灰?guī)r基本上為晶屑凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r、巖屑凝灰?guī)r和角礫凝灰?guī)r。通過巖心觀察, 巖心中溶蝕洞(圖版I-b)、溶蝕縫較發(fā)育和高角度構(gòu)造縫(梁官忠, 2001)較發(fā)育, 裂縫一般被鈣質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)和鐵質(zhì)全充填或半充填(圖版I-c)。哈31井在潛山頂部 1073.19～1079.16 m 段兩次取心, 進尺5.97 m, 取心長度僅 0.33 m, 收獲率僅為 5.5%, 巖心破碎嚴重。根據(jù)對阿14井(井深1509.7 m)凝灰?guī)r物性分析, 其孔隙度為 0.62%, 滲透率為 0.03 mD,說明凝灰?guī)r幾乎不發(fā)育原生孔隙, 其儲滲空間主要為溶蝕孔洞和構(gòu)造裂縫等次生孔隙。哈31井揭示潛山厚度132.5 m, 巖性為凝灰?guī)r, 裸眼鉆測試日產(chǎn)油1.1 t, 日產(chǎn)水3.65 t。薄片鑒定結(jié)果表明凝灰?guī)r中發(fā)育溶蝕縫(圖版 I-i)和粒內(nèi)溶孔(圖版 I-j)。以上說明凝灰?guī)r潛山儲集層較發(fā)育, 儲集空間以溶蝕洞、溶蝕孔、溶蝕縫和構(gòu)造縫為主, 孔縫組合類型有孔隙-裂縫型和裂縫-孔隙型和裂縫型。

2.1.3花崗巖

花崗巖巖心一般較致密, 儲集空間主要為高角度構(gòu)造裂縫, 縫寬較窄, 偶見溶蝕孔洞(圖版 I-d)?；◢弾r取心收獲率高, 平均為 97.4%, 而且試油產(chǎn)液量低, 產(chǎn)液量較高的太5井僅日產(chǎn)油0.09 t, 日產(chǎn)水1.48 t。根據(jù)對淖12井花崗巖(井深1618.54 m)物性分析, 其孔隙度為1.6%, 滲透率＜1.0 mD, 說明花崗巖幾乎不發(fā)育原生孔隙。以上表明花崗巖潛山儲集層欠發(fā)育, 儲集空間主要為構(gòu)造縫, 孔縫組合類型有裂縫-孔隙型和裂縫型。

2.1.4變質(zhì)巖

二連盆地潛山地層發(fā)育的變質(zhì)巖主要為動力變質(zhì)巖和區(qū)域變質(zhì)巖。鉆遇的動力變質(zhì)巖基本上是花崗碎裂巖, 局部見糜棱巖。動力變質(zhì)巖巖心構(gòu)造縫較發(fā)育, 見溶蝕縫(圖版 I-e)和溶蝕孔洞(圖版 I-f)。通過統(tǒng)計其裂縫傾角為 22°～65°, 平均 47.5°, 為中低角度縫, 地下裂縫開度 1.9～19.9 mm(實測縫開度值乘以2/π),平均值為5.6 mm?；◢徦榱褞r地層試油產(chǎn)液量普遍較高, 如淖4井、淖38井和淖40井日產(chǎn)水分別為6.5 t、35.4 t和55.0 t。根據(jù)對淖102井花崗碎裂巖(井深 843.48～962.99 m)物性分析, 其孔隙 度 為 5.1%～9.2%, 平 均 為 6.6%, 滲 透 率0.05～4087.0 mD, 平均為 1026.5 mD, 物性非均質(zhì)強。鑄體薄片鏡下顯示為粒間溶孔(圖版I-k)、溶蝕縫和構(gòu)造縫發(fā)育。以上說明動力變質(zhì)巖潛山儲集層較發(fā)育, 孔縫組合類型主要為孔隙-裂縫型、裂縫-孔隙型和裂縫型。

除動力變質(zhì)巖外, 鉆遇的古生界潛山巖性為區(qū)域變質(zhì)巖, 主要包括片巖、千枚巖、大理巖和變粒巖等。巖心上見構(gòu)造縫, 裂縫傾角 44°～87°, 平均66.7°, 為中高角度縫, 裂縫多被鈣質(zhì)、石英、方解石、泥質(zhì)和黃鐵礦等完全充填或半充填。賽10井(井深 591.2 m)片巖物性分析孔隙度為 0.81%, 滲透率為0.04 mD, 淖107井大理巖物性分析的平均孔隙度為 2.48%, 平均滲透率為 0.9 mD, 說明區(qū)域變質(zhì)巖不發(fā)育原生孔隙。薄片鑒定結(jié)果表明, 區(qū)域變質(zhì)巖微觀儲集空間有粒間孔(圖版I-l)、壓溶縫和溶蝕縫。以上說明區(qū)域變質(zhì)巖潛山儲集層欠發(fā)育, 孔縫組合類型主要為裂縫型和裂縫-孔隙型。

2.2 不同巖性潛山儲集層縱向分布特征

由于古潛山長期受構(gòu)造運動、風化剝蝕、大氣降水的淋濾、溶蝕等作用的影響, 灰?guī)r、火山巖和變質(zhì)巖潛山的次生孔隙型儲集層一般表現(xiàn)出縱向上的分帶性。有學者通過賽51灰?guī)r潛山的研究, 認為二連盆地灰?guī)r潛山由上至下發(fā)育表層巖溶帶、滲流巖溶帶和潛流巖溶帶(陳廣坡等, 2009)。依據(jù)火山巖和變質(zhì)巖儲集層在其它地區(qū)縱向上的分布規(guī)律(劉俊田, 2009; 趙樂強等, 2009; 王君等, 2010), 結(jié)合二連盆地鉆井、測井、錄井以及取心、薄片鑒定和伽瑪能譜分析等資料, 將二連盆地花崗碎裂巖潛山由上至下劃分為風化粘土層、強風化碎石帶、弱風化淋濾帶、內(nèi)幕未風化巖層帶(或內(nèi)幕溶蝕帶)四個帶;將凝灰?guī)r潛山劃分為風化粘土層、風化淋濾帶、內(nèi)幕溶蝕帶和未風化巖層四個帶; 將花崗巖潛山劃分為風化粘土層、弱風化塊石層和內(nèi)幕溶蝕帶(或內(nèi)幕未風化巖層)三個帶。儲集層主要發(fā)育于巖溶帶、風化淋濾帶、強風化碎石帶和內(nèi)幕溶蝕帶, 其中巖溶帶、風化淋濾帶和內(nèi)幕溶蝕帶主要發(fā)育溶蝕孔洞和溶蝕縫, 強風化碎石帶主要發(fā)育構(gòu)造裂縫和溶蝕孔縫。

2.2.1花崗碎裂巖潛山縱向結(jié)構(gòu)

二連盆地額仁淖爾凹陷花崗碎裂巖分布較廣,以淖102井為例描述花崗碎裂巖潛山縱向結(jié)構(gòu)及其儲集特性(圖3)。

(1)風化粘土層

花崗碎裂巖潛山表層經(jīng)過長期的強風化作用,在其表層形成了富含高嶺石等黏土礦物的粘土層,其孔隙、裂縫發(fā)育程度低, 它是風化作用進行較徹底的產(chǎn)物。在常規(guī)測井曲線上一般表現(xiàn)為高自然伽瑪、低密度、低補償中子和擴徑等特征, 伽瑪能譜測井上鈾相對含量為低值, 一般在 0.1～0.3, 釷鈾比較低,ω(Th)/ω(U)多為 2～4。淖 102 井的風化粘土層厚度約為8 m。

(2)強風化碎石帶

強風化碎石帶位于風化粘土層之下。該帶花崗碎裂巖遭受較強烈的風化作用, 巖石破碎嚴重, 巖心構(gòu)造裂縫十分發(fā)育, 具有一定泥質(zhì)含量, 常規(guī)測井上表現(xiàn)較高的自然伽瑪, 局部有擴徑現(xiàn)象。由于含四價鈾的原生鈾礦物出露于地表時, 逐漸氧化為六價鈾, 并以鈾酰絡(luò)離子(UO2)2+形式存在, 鈾酰絡(luò)離子極易溶于水, 大部分被地下水沿斷裂和巖溶裂縫發(fā)育帶或構(gòu)造破碎帶遷移到深部, 在還原條件下還原成四價鈾沉淀下來, 故可以利用鈾相對含量和釷鈾比指示巖溶帶或裂縫發(fā)育帶(張松揚, 2006)。如圖 3中鈾相對含量較高段, 其孔隙度較高, 儲層等級較高, 試油為油層。在強風化碎石帶釷鈾比曲線呈指狀, 釷鈾比值ω(Th)/ω(U)多為高值, 一般為2～7, 說明該帶儲集物性較好。淖102井在該帶厚度約為40 m。

(3)弱風化淋濾帶

圖3 淖102井古生界花崗碎裂巖潛山儲集層縱向分布特征Fig.3 Vertical distribution of Palaeozoic granitic cataclasite buried-hill reservoir in Nao102 Well

弱風化淋濾帶位于強風化碎石帶之下。該帶花崗碎裂巖先期形成的構(gòu)造裂縫, 由于地表水下滲淋濾溶蝕, 形成了溶蝕裂縫, 如圖 3中聲波時差曲線在該帶有跳躍, 補償密度出現(xiàn)異常低值段, 表明發(fā)育有巖溶; 局部溶蝕裂縫被泥質(zhì)充填, 表現(xiàn)自然伽瑪曲線局部段呈指狀。該帶釷鈾比值ω(Th)/ω(U)多為高值, 如淖102井920～932 m段, 鈾相對含量一般大于 0.3, 試油為油層, 說明該帶儲集物性好, 淖102井902～920 m釷鈾比值ω(Th)/ω(U)多大于5, 說明該帶處于強氧化環(huán)境。淖102井的弱風化淋濾帶厚度約為74 m。

(4)未風化巖層

未風化巖層遠離潛山頂部的風化界面, 巖層不受風化作用的影響, 基本上保留了原巖的性質(zhì)。該帶儲層欠發(fā)育, 偶見構(gòu)造縫。此外, 在有大斷裂溝通的內(nèi)幕, 也有可能發(fā)育內(nèi)幕溶蝕帶。

2.2.2凝灰?guī)r潛山縱向結(jié)構(gòu)

二連盆地阿南-阿北、阿爾和烏里雅斯太等凹陷鉆遇凝灰?guī)r潛山的探井較多, 以哈31井為例描述凝灰?guī)r潛山縱向結(jié)構(gòu)及其儲集特性(圖4)。

(1)風化粘土層

風化粘土層也稱古土壤, 位于潛山最上部, 是在物理風化的基礎(chǔ)上, 生物及化學風化作用改造下形成的細粒殘積物(吳孔友等, 2003)。厚度一般較薄,哈31井的風化粘土層厚度約為8 m。測井曲線上表現(xiàn)為高伽瑪、擴徑、低鈾相對含量、低釷鈾比等特征。

(2)風化淋濾帶

圖4 哈31井凝灰?guī)r潛山儲集層縱向分布特征Fig.4 Vertical distribution of Palaeozoic tuff buried-hill reservoir in Well Ha31

凝灰?guī)r的風化淋濾帶位于風化粘土層之下, 對應于花崗碎裂巖的弱風化淋濾帶。溶蝕孔縫較發(fā)育,該帶儲集物性好。三孔隙度曲線在裂縫發(fā)育段呈指狀分布, 自然伽瑪曲線波動幅度較大, 說明部分裂縫被泥質(zhì)充填或者含有較高的釷、鈾和鉀等放射性元素。伽瑪能譜測井表現(xiàn)高釷鈾比, 釷鈾比曲線呈高幅度的指狀分布, 鈾相對含量曲線呈低幅度指狀分布。哈31井的風化淋濾帶厚度約為54 m。

(3)內(nèi)幕溶蝕帶

大氣降水、地表徑流沿著大斷裂滲流到潛山深層, 在內(nèi)幕發(fā)育局部溶蝕帶, 巖心上見較大的溶穴和溶蝕孔縫, 在鉆井過程中多產(chǎn)生鉆具放空、泥漿大量漏失現(xiàn)象。釷鈾比曲線和鈾相對含量曲線呈高幅度的指狀分布, 表明巖溶帶發(fā)育。哈31井鉆遇內(nèi)幕溶蝕帶, 且見油氣顯示。

2.2.3花崗巖潛山縱向結(jié)構(gòu)

通過單井分析, 認為花崗巖潛山縱向結(jié)構(gòu)類似于凝灰?guī)r潛山, 從上至下一般為為風化粘土層、弱風化塊石層(對應于凝灰?guī)r潛山的風化淋濾帶)和內(nèi)幕未風化巖層。在大斷裂溝通的內(nèi)幕, 也能發(fā)育內(nèi)幕溶蝕帶, 如淖33井在1270.1～1270.9 m取心段見大量的洞穴和溶蝕孔縫。

2.2.4不同巖性潛山儲集層縱向分布規(guī)律

潛山地層的巖性不同, 其成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等巖石學特征以及其成儲機制亦不同, 進而決定了不同巖性儲集層縱向分布的差異性。

一般而言, 潛山頂面是一個區(qū)域不整合面, 從潛山頂面往下一定范圍內(nèi)是風化作用以及淋濾作用影響地帶, 該帶儲集層較發(fā)育。通過對73口探井(古生界潛山段)的巖心觀察, 發(fā)現(xiàn)其中 48口探井古生界潛山段儲集層較發(fā)育, 其中 89.6%的井在距潛山頂面80 m范圍內(nèi)儲集層相對較發(fā)育, 超出這一范圍多為致密層(圖5), 因此將從潛山頂面往下80 m范圍內(nèi)稱作潛山風化殼, 潛山頂面80 m以下的儲層稱為內(nèi)幕儲層。

圖5 二連盆地古生界潛山巖心儲集層發(fā)育段距潛山頂距離的關(guān)系Fig.5 The relationship between location of Paleozoic buried hill reservoirs based on core observation and their distances to the top of buried hills, Erlian Basin

根據(jù)測井資料對 80口探井鉆遇的潛山段進行了測井儲層評價, 共解釋了 358層儲集層。統(tǒng)計這些儲集層的分布情況, 發(fā)現(xiàn)灰?guī)r潛山和凝灰?guī)r潛山儲集層分布在風化殼(距潛山頂80 m范圍內(nèi))的累積頻率分別為 60%和 49%, 分布在潛山內(nèi)幕的儲集層累積頻率(距潛山頂超過80 m)分別高達40%和51%,而且各區(qū)間頻率分布較均勻, 因此灰?guī)r潛山和凝灰?guī)r潛山儲集層分布縱向發(fā)育帶廣, 具有縱向隨機發(fā)育的特征; 花崗巖潛山和花崗碎裂巖潛山儲集層分布的頻譜圖分布“前高后低”, 分布在內(nèi)幕的儲集層累積頻率也有 28%和 25%, 因此, 花崗巖潛山和花崗碎裂巖潛山存在風化殼儲集層和內(nèi)幕儲集層;區(qū)域變質(zhì)巖潛山儲集層分布在風化殼的累積頻率高達 85%, 因此, 區(qū)域變質(zhì)巖潛山儲集層主要分布在潛山風化殼(圖6)。

3 古生界潛山儲集層發(fā)育影響因素

二連盆地古生界潛山的儲集物性受埋深影響較小(圖7), 分析認為潛山儲集層發(fā)育的主要影響因素包括巖性、距離潛山頂面的深度、構(gòu)造運動及斷裂分布和熱液活動。

3.1 巖性的影響

圖6 二連盆地不同巖性潛山測井解釋儲集層縱向分布距潛山頂距離的關(guān)系Fig.6 The relationship between vertical location of various lithologic Paleozoic buried hills based on logging interpretation and their distances to the top of buried hills, Erlian Basin

圖7 二連盆地古生界潛山不同巖性儲集層物性與埋深關(guān)系Fig.7 The correlation between buried depth and porosity of the multi-lithologic Paleozoic buried hill

巖性是儲層發(fā)育差異的根本。不同的巖性具有不同的硬度、密度、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等, 導致不同巖性的潛山儲集層具有不同的儲集空間類型和物性特征?；?guī)r主要成分是CaCO3, 易被溶蝕, 無論是在潛山風化殼還是內(nèi)幕, 都易發(fā)育溶蝕孔洞, 即使是先期形成的構(gòu)造裂縫, 也會由于大氣降水或地表徑流的長期作用被溶蝕擴大, 形成良好的巖溶型儲集層; 凝灰?guī)r為火山碎屑巖, 成為主要是火山灰,火山碎屑中的巖屑和晶屑中的長石等不穩(wěn)定組分,易被溶蝕形成溶蝕孔縫(付正等, 2008), 另外, 凝灰?guī)r中的玻屑脫玻化作用使玻璃質(zhì)變成隱晶或者結(jié)晶的細小顆粒, 由于體積縮小, 從而形成微孔和基質(zhì)溶孔, 使物性變好。因此, 凝灰?guī)r和灰?guī)r類似, 易發(fā)育溶蝕型儲集層; 花崗巖為深成酸性火成巖, 主要成分為石英、長石和云母, 硬度高、抗風化、耐腐蝕, 不易形成溶蝕孔洞和溶蝕縫, 但因其脆性易產(chǎn)生高角度構(gòu)造縫; 花崗碎裂巖是一種構(gòu)造變質(zhì)巖,由碎斑和基質(zhì)組成, 碎斑內(nèi)部具有微破裂, 巖石破碎, 構(gòu)造縫較發(fā)育, 先期產(chǎn)生的構(gòu)造縫也會由于地表的淋濾作用或深層的熱液活動發(fā)生擴容,因此花崗碎裂巖可以在潛山頂部的風化殼和深層的內(nèi)幕形成儲集層。

3.2 距離潛山頂面的深度的影響

暴露于地表的基巖由于受到大氣、淡水等風化淋濾和溶蝕作用, 可以使儲集層的孔隙度和滲透率得到顯著改善, 進而在潛山頂部形成縱向上具有一定范圍的風化殼。離潛山頂面越近, 風化淋濾、溶蝕作用也就越強, 裂縫、溶蝕孔洞型儲集層也就越發(fā)育; 距離潛山頂面越遠, 即埋藏越深, 地表水越難滲濾進去, 發(fā)生的溶蝕作用越弱, 再加之上覆地層壓力的影響, 構(gòu)造裂縫越易被壓實, 縫寬變窄,因此只能見到小的裂縫, 向下逐漸變?yōu)橹旅艿膸r石。根據(jù)巖心觀察, 儲集層主要分布在離潛山頂面80 m的深度范圍內(nèi)(圖5), 測層解釋成果表明, 灰?guī)r潛山、凝灰?guī)r潛山、花崗巖潛山和花崗碎裂巖潛山儲集層分布在距離潛山頂面 80 m深度范圍內(nèi)的累積頻率分別為60%、49%、72%和85%(圖6), 都證實了距離潛山頂面的深度控制了古潛山儲集層的縱向分布。

3.3 構(gòu)造運動及斷裂的影響

構(gòu)造運動對潛山儲集物性的影響主要表現(xiàn)在兩方面: 一方面構(gòu)造運動中斷裂活動在巖體中形成大量裂縫, 在形成新的儲集空間的同時也連通了巖石的原生或次生孔縫, 從而改善儲集層的儲集性能(Luo et al., 2005)。同時, 由于構(gòu)造運動產(chǎn)生的大量裂縫為地下流體提供了運移通道, 使得交代、溶解、溶蝕作用在構(gòu)造裂縫集中區(qū)表現(xiàn)地更為突出, 進一步改善了巖石的儲集物性(李軍等, 2008)。另一方面,構(gòu)造運動使得潛山長期暴露于地表, 經(jīng)歷風化淋濾作用, 造成原生孔縫進一步溶蝕擴大(吳賢順等,2002; 仲維維等, 2010)。斷裂對潛山儲集層的成片、成帶分布起著關(guān)鍵作用。從應力的角度分析, 伸展斷裂附近存在應力擾動帶和應力集中帶, 該帶平面上平行于斷裂呈帶狀分布, 而剖面上呈正扇形分布,使得裂縫發(fā)育帶沿斷裂呈帶狀分布(周英杰, 2006)。例如, 賽漢塔拉凹陷裂縫發(fā)育帶主要沿扎布斷裂帶分布, 具有多期性和條帶狀特征, 裂縫的走向、傾向、角度與斷裂的發(fā)育基本一致(陳廣坡等, 2009)。

利用分數(shù)維定量研究斷裂對構(gòu)造裂縫發(fā)育程度的控制作用。巖石破裂過程具有隨機自相似性, 裂縫具有分形分布特征(侯貴廷, 1993; 付曉飛等,2007), 利用分形分析方法研究儲集層裂縫不僅可以反映裂縫的發(fā)育程度, 而且反映裂縫分布的均勻性(張吉昌等, 1996)。Mandelbrot(1997, 1982)將分形定義為其組成部分與整體以某種形式相似, 并用分數(shù)維D值來定量描述分形的復雜程度。為了定量研究分形問題, 定義一個分形集合, 其表達式為:

式(1)中:N為測量物體獲得標尺的數(shù)目;R為測量標尺的尺度;C為系數(shù);D為分數(shù)維。對上式兩邊取自然對數(shù)可得到:

由式(2)可見, lnN與lnR呈線性關(guān)系, 而回歸直線斜率的絕對值就是分數(shù)維D值。分維數(shù)的大小反映了巖體破裂的復雜程度和構(gòu)造活動性的強弱(孔凡臣等, 1991)。利用分形方法(網(wǎng)格覆蓋法)對二連盆地潛山儲集層構(gòu)造裂縫進行分數(shù)維統(tǒng)計(表1)。從表1和圖8可見, 同類巖性相比較, 離斷裂越近,分數(shù)維值一般較大; 即使不同巖性比較, 也是隨著與斷裂距離的增加, 其分數(shù)維值逐漸減小。這表明對于灰?guī)r、凝灰?guī)r、花崗巖和變質(zhì)巖等剛性巖石而言, 巖性對其分數(shù)維的影響較小, 其構(gòu)造裂縫分數(shù)維的變化反映了斷裂的影響。

表1 二連盆地古生界潛山巖心構(gòu)造裂縫分數(shù)維值統(tǒng)計Table 1 Statistics of fractal dimensions of Paleozoic buried hills, Erlian Basin

圖8 二連盆地潛山儲層構(gòu)造裂縫分數(shù)維與斷裂距離的關(guān)系Fig.8 The correlation between the fractal dimensions and the faults

綜上所述, 斷裂不僅控制了古潛山裂縫性儲集層的平面分布, 同時也控制了構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度。

3.4 構(gòu)造位置的影響

圖9 二連盆地額仁淖爾凹陷不同構(gòu)造帶碎裂花崗巖潛山儲層縱向發(fā)育特征Fig.9 Vertical distribution of Palaeozoic granitic cataclasite buried-hills reservoirs in different structural zones of Erennaoer Sag, Erlian Basin

由于受到的構(gòu)造應力、地層水的侵蝕作用和物理風化作用強弱的不同, 造成不同構(gòu)造帶的潛山儲層縱向發(fā)育程度的不同。以額仁淖爾凹陷碎裂花崗巖潛山為例(圖9), 從儲層發(fā)育的深度范圍和儲層級別而言, 凸起帶較斜坡帶儲層更發(fā)育。這是因為凸起帶為構(gòu)造的高部位, 應力較集中, 易產(chǎn)生構(gòu)造縫,遭受的碎裂變質(zhì)作用強烈, 強風化碎石帶較發(fā)育,同時凸起帶地形較高, 地下水位則相對低, 物理風化作用強烈, 容易形成風化縫。就同一構(gòu)造帶而言,低部位潛山較高部位潛山儲層發(fā)育。究其原因, 低部位的潛山一般位于正斷層的下降盤, 多為主動盤,其誘導裂縫帶往往較被動盤(正斷層的上升盤)發(fā)育(羅群等, 2007)。

3.5 熱液活動的影響

古潛山地層作為盆地基底的一部分, 經(jīng)常發(fā)生內(nèi)部熱液流體的侵入。熱液流體沿基底斷裂、裂縫、層理、巖溶不整合面以及其他孔隙進入潛山儲集層,對其活動通道兩側(cè)的巖體產(chǎn)生破壞(陶洪興等, 1994)和改善儲集物性(金之鈞等, 2006; 潘文慶等, 2009)的雙重作用。通過大量的薄片觀察, 在古生界潛山中發(fā)現(xiàn)了沸石、黃鐵礦、方解石、綠泥石等與熱液活動相關(guān)的礦物, 圖版 I-m 中原為橄欖巖, 后經(jīng)蝕變作用而變?yōu)樯呒y巖, 全晶質(zhì)蛇紋石晶體同后生的黃鐵礦構(gòu)成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu), 沿網(wǎng)脈有方解石的交代。圖版 I-n中的白云石可能是早期形成的交代物, 它受后期熱液侵入, 在其周邊因熱液烘烤作用形成毛狀邊, 而在顆粒內(nèi)部因熱液溶蝕作用形成大小不一的溶蝕孔洞, 此外, 高壓的巖漿期后熱液也可能導致圍巖炸裂, 發(fā)生角礫巖化, 形成大量角礫間孔和裂縫, 起著改善儲集物性的作用。一般巖漿熱液和火山熱液作用形成時間短, 溫度、壓力下降快, 充填物結(jié)晶速度快, 對儲集層改造作用為突發(fā)性, 作用顯得較強烈, 如阿南凹陷哈南凝灰?guī)r潛山, 由于受到巖漿熱液和火山熱液作用, 凝灰?guī)r中孔隙被沸石、方解石、綠泥石等次生礦物充填(圖版I-o, 圖版I-p), 孔隙度、滲透率都受影響, 損失面孔率約8%～10%(陶洪興等, 1994)。

4 結(jié)論

1)二連盆地古生界潛山巖性具有多樣性, 其中灰?guī)r潛山、凝灰?guī)r潛山和動力變質(zhì)巖潛山儲集層較發(fā)育,以溶蝕型儲集層為主, 花崗巖潛山和區(qū)域變質(zhì)巖潛山儲層相對欠發(fā)育, 儲集空間主要為構(gòu)造裂縫。

2)不同巖性儲集層縱向上分布具有分帶性, 儲集層主要發(fā)育于風化淋濾帶、強風化碎石帶和內(nèi)幕溶蝕帶, 灰?guī)r和凝灰?guī)r儲集層縱向分布廣, 具有縱向隨機發(fā)育的特征, 花崗巖和花崗碎裂巖存在風化殼儲集層和內(nèi)幕儲集層。

3)影響二連盆地古生界潛山儲集層發(fā)育的主要因素包括: 巖性、距離潛山頂面的深度、構(gòu)造運動及斷裂分布和熱液活動。不同巖性的潛山儲集層主要分布在距離潛山頂面80 m深度范圍內(nèi); 裂縫發(fā)育帶沿斷裂呈帶狀分布, 而且隨著與斷裂距離的增加,構(gòu)造裂縫分數(shù)維值逐漸減小, 熱液活動對儲集物性起著改善和破壞雙重作用。

圖版說明

圖版I Plate I

a-賽 51井, 灰?guī)r, 被原油充填的溶蝕洞, 巖心, 樣品點深度1274.6 m;

b-哈31井, 凝灰?guī)r, 溶蝕縫洞, 巖心, 樣品點深度1173.1 m;

c-欣6井, 凝灰?guī)r, 高角度構(gòu)造縫, 巖心, 樣品點深度1639.1 m;

d-淖33井, 花崗巖, 洞穴, 巖心, 樣品點深度1270.6 m;

e-淖9井, 花崗碎裂巖, 溶蝕縫, 巖心, 樣品點深度1645.7 m;f-淖107井, 糜棱巖, 溶蝕孔, 巖心, 樣品點深度902.0 m;

g-賽 14井, 含生物灰?guī)r, 生物骨架孔, 正交, 100×, 樣品點深度1510.0 m;

h-賽51井, 灰?guī)r, 溶蝕縫, 正交, 40×, 樣品點深度1275.9 m;

i-欣 6井, 凝灰?guī)r, 溶蝕縫, 鑄體單偏光, 100×, 樣品點深度1175.0 m;

j-哈 31井, 凝灰?guī)r, 粒內(nèi)溶孔, 鑄體單偏光, 100×, 樣品點深度1176.1 m;

k-淖107井, 糜棱巖, 粒間溶孔, 鑄體單偏光, 100×, 樣品點深度902.0 m;

l-賽 7井, 片巖, 粒間孔, 鑄體單偏光, 100×, 樣品點深度1551.7 m;

m-阿1井1957.9 m蛇紋石晶體和黃鐵礦構(gòu)成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu), 沿網(wǎng)脈有方解石的交代, 正交, 50×;

n-哈303井1936.9 m白云石呈脈狀穿插, 其邊緣見烘烤邊, 顆粒內(nèi)見溶蝕孔, 正交, 50×;

o-哈303井1936.9 m凝灰?guī)r沿裂縫充填綠泥石和沸石, 并見方解石交代現(xiàn)象, 正交, 50×;

p-哈303井1936.9 m綠泥石周圍見沸石, 正交, 100×

a-Sai51, limestone, solution cave filled with oil, core, sampling depth: 1274.6 m;

b-Ha31, tuff, solution caves and solution fracture, core, sampling depth: 1173.1 m;

c-Xin6, tuff, high angle fractures, core, sampling depth: 1639.1 m;d-Nao33, granite, caves, core, sampling depth: 1270.6 m;

e-Nao9, cataclasie, solution fractures, core, sampling depth:1645.7 m;

f-Nao107, mylonite, solution pores, core, sampling depth: 902.0 m;

g-Sai14, biolithite, organic framework pores, crossed nicols, 100×,sampling depth: 1510.0 m;

h-Sai51, limestone, solution fractures, crossed nicols, 40×, sampling depth: 1275.9 m;

i-Xin6, tuff, solution fractures, casting-sample, plainlight, 100×,sampling depth: 1175.0 m;

j-Ha31, tuff, intraparticle solution pores, casting-sample, plainlight,100×, sampling depth: 1176.1 m;

k-Nao107, mylonite, intergranular solution pores, casting-samples,plainlight, 100×, sampling depth: 902.0 m;

l-Sai7, schist, intergranular pores, casting-sample, plainlight, 100×,sampling depth: 1551.7 m;

m-A1, 1957.9 m, reticulate structure veins consisting of serpentine crystals and pyrite, along which there is calcite metasomatism,crossed nicols, 50×;

n-Ha303, 1936.9 m, dolomite veinlike penetrations with baking edge and dissolved pores developed in the particles, crossed nicols, 50×;

o-Ha303, 1936.9 m, tuffs filling chlorite and zeolite along cracks,with obvious calcite metasomatism, crossed nicols, 50×;

p-Ha303, 1936.9 m, zeolite surrounding chlorite, crossed nicols,100×

圖版I Plate I

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