变质岩储层发育的岩相因素分析

许 昕，张新培，李 强，韩登林

(1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2. 中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010；3. 长江大学，湖北 荆州 434023)

0 引 言

变质基岩潜山油气藏是指储存于盆地基底结晶变质岩系中的一类油气藏，在构造上位于一个大区域不整合面之下[1-3]。目前，在中国已发现并勘探出多个变质基岩潜山油气藏，如东胜堡、欢喜岭、牛心坨、牙儿峡等。前人研究表明：变质基岩潜山经历长期地质作用，油藏埋藏深度大，地质结构复杂，岩石类型多样，储集岩孔渗性能在平面和垂向上分布极不均匀，评价难度较大[4-9]。在潜山储层研究中，前人关注于潜山油藏裂缝的识别方法，利用双侧向电阻率测井、FMI成像测井等技术研究储层识别、发育及分布规律[10-13],或从断裂特征、构造演化方面，探讨了区域构造演化对油气成藏的制约及影响[14-18]，深化了对潜山变质岩油藏的认识，但对于潜山岩石分布规律、储层控制因素等问题并未得到有效解决。从变质岩入手，从岩相学角度分析变质岩石分布特征，结合油藏生产资料，探讨岩相与储层发育的关系。

1 地质背景

兴隆台变质岩基岩潜山位于辽河坳陷西部凹陷中段，古潜山西接盘山洼陷，北邻陈家洼陷，东侧为冷东深陷带，南靠清水洼陷[19]。兴隆台潜山总体为一轴面近北东向延伸的背斜构造，西翼倾向北西，东翼倾向南东，构造面积约为8.6 km2。潜山发育受断裂及断块运动的控制，形成了NE、NW、EW向的断裂系统，长期的构造运动形成了该区断背斜凹中隆的格局(图1)。

图1 辽河坳陷西部凹陷兴隆台地区构造简图

Fig.1 Xinglongtai structure in the western sag of Liaohe Depression

2 变质岩岩石学特征

2.1 样品采集与分析

该次研究的岩心样品取自兴古8、兴古7、兴古7-3等取心井的不同深度段，共采集样品31件，样品采用Agilent7500 a等离子质谱仪分析。

2.2 变质岩类型

根据岩心观察，结合薄片鉴定结果，兴古潜山变质岩可大致分为斜长角闪岩、片麻岩、混合岩3类。斜长角闪岩主要含角闪石和斜长石，属于典型的纤-粒状变晶结构，块状构造；片麻岩类(包括黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩及混合片麻岩等)主要由长石、石英和云母组成，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造；混合岩类(包括条带状混合岩及混合花岗岩)的主要矿物为石英和长石，发育交代结构和块状构造(图2)。

2.3 常量元素特征

常量元素化学分析结果显示(表1)，变质岩(除斜长角闪岩)中SiO2含量为57.82%～79.51%，平均为64.10%，总体变化较大；Al2O3含量小于19.00%，Fe2O3与FeO之和的含量一般小于9.00%，CaO含量低于8.85%，MnO含量小于0.27%，P2O5含量小于0.33%。所有样品中，混合花岗岩SiO2含量最高(最高为79.51%)，次为混合片麻岩、片麻岩等，含量最低的是角闪岩(仅为48.1%)；铁镁含量则是角闪岩类最高，次为片麻岩、混合片麻岩，混合花岗岩最低。

2.4 原岩恢复

变质岩的原岩恢复是研究变质作用构造环境和地壳演化的重要依据。原岩恢复可以了解变质之前的岩石类型及产状特征，可推测潜山内幕以及当前各类变质体的可能分布特征，预测岩石分布规律，为后期储层预测提供依据。采用前苏联地质学家H.л.Семененко提出的A-C-FM图解方法[20]，对兴古、马古潜山样品进行计算投影(图3)。由图3可知，2件样品投影在富铝黏土岩及酸性火山岩区域，5件样品落于基性火山岩及铁质白云质泥灰岩区域，其余24件样品均集中落入黏土岩、杂砂岩区域，结合研究区地质资料，推断变质岩原岩为一套穿插有中性火山岩的海相沉积岩。

为进一步确定片麻岩原岩类型，采用尼格里岩石化学方法计算片麻岩的硅质组、铝质组、铁质组、钙质组和碱质组含量，并用Simonen(1953)图解投影[21-24](图4)。由图4可知，除兴古潜山中有4件样品落在火山岩区域，其余样品均投影在沉积岩区域。因此，片麻岩的原岩类型是以沉积岩为主的副片麻岩。

潜山内幕变质岩原岩恢复表明，在区域变质过程中，兴隆台潜山片麻岩及角闪岩产状分布与原岩基本一致，即在空间上呈层带状产出，岩石在平、剖面上都有一定规模的延伸。后期因大量脉体沿断裂面及片理面混入到早期区域变质岩中，混合岩化作用造成了混合岩穿插于片麻岩、角闪岩中，形成目前复杂的潜山岩石分布规律。

图2 兴古潜山主要变质岩岩心及显微照片

表1 兴隆台太古宇潜山变质岩主要常量元素分析

Table 1 Major constant element analysis of Taiguyu buried hill metamorphic rocks in Xinglongtai

井号岩性含量/%SiO2Al2O3Fe2O3FeOCaOMgOK2ONa2O兴古8井片麻岩62.7418.711.013.031.691.271.634.50 片麻岩161.5918.120.624.081.651.503.984.50片麻岩260.8416.850.043.473.541.314.113.98角闪岩48.1412.143.0614.718.855.460.582.24混合花岗岩68.5913.620.144.911.701.642.544.20片麻岩362.5715.941.095.432.461.243.724.64混合片麻岩65.4715.380.274.813.291.562.584.36兴古7井混舍片麻岩63.4412.890.625.543.453.122.612.70混合片麻1岩64.8013.660.725.122.163.302.913.09片麻岩60.8913.990.535.793.453.592.893.06混合岩64.6014.510.576.321.262.642.882.66片麻岩161.2915.380.557.112.243.014.003.36兴古7-1井混合岩64.0614.640.477.731.911.262.704.22混合片麻岩65.7114.810.266.252.211.353.083.88混合片麻1岩64.5015.210.744.902.021.623.444.54兴古7-3井混合花岗岩72.9511.350.443.511.740.483.313.36片麻岩63.1314.631.066.372.171.753.454.19混合片麻岩65.9413.240.946.612.000.973.213.91混合花岗1岩79.519.200.383.750.910.271.473.52混合岩61.9914.671.975.522.892.093.783.85马古3井片麻岩57.8213.680.858.094.822.732.003.75片麻岩161.9415.000.795.604.002.221.924.48片麻岩258.7315.611.375.644.143.012.564.57混合片麻岩65.5815.741.003.942.911.333.034.40混合片麻1岩63.2015.381.255.253.201.673.254.08混合花岗岩70.1214.790.193.031.800.334.704.15马古1-8井片麻岩57.9412.800.215.316.431.666.391.80混合片麻岩65.6914.440.593.662.741.364.073.83兴古7-2井混合岩62.0714.700.657.322.681.603.284.21混合岩1岩62.4514.280.995.123.651.304.403.83混合片麻岩63.0215.651.524.393.171.993.854.05

图3 兴古潜山变质岩A-C-FM图解(红点代表样品投影)

图4 兴隆台潜山片麻岩图解投影

3 变质岩岩相学

兴隆台潜山变质岩按结构构造及矿物组合可大致划分为混合岩、角闪质岩、片麻岩3类，在变质岩A-C-F与A′-K-F图解中(图5)，样品投影点靠近富铁矿物区域，反映了变质岩矿物组合特征及岩石变质程度，角闪质岩的矿物组合为斜长石+普通角闪石，片麻岩的矿物组合为黑云母+角闪石+斜长石+绿帘石，说明变质原岩中低钾富镁的岩石化学特征。根据矿物共生关系，初步推定潜山区域变质相类型为低角闪岩相-高绿片岩相，其形成压力为0.5～0.8 GPa，变质时地温梯度为16～25 ℃/km，属中级区域变质相系，变质程度不深。因此，潜山变质岩总体依然保留原岩的产状特征，局部的混合岩化形成块状产出的混合岩类岩石。

图5 兴古潜山片麻岩类及角闪岩类A-C-F与A′-K-F投影

4 潜山变质岩相与储层关系

4.1 潜山变质岩分布规律

该文通过对3类变质岩测井曲线进行识别，选择自然伽马、密度、中子曲线建立岩性识别标准(图6)，并应用该标准对潜山岩性进行识别(表2)。利用表2判别标准可以对区内各测井资料进行分析并查明各类岩石的分布。

由图6可知：片麻岩类岩石广泛分布于潜山各个深度；角闪岩类岩石在潜山中分布较少，厚度为5～20 m；混合岩类中混合花岗岩一般分布于潜山顶面及上部，并且随顶面高程的升高，厚度逐渐增大，其平面形态呈“穹窿”状，混合片麻岩分布于混合花岗岩及片麻岩两侧，各岩类之间渐变过渡，形成混合花岗岩—混合(片麻)岩—片麻岩的环带状分布特征。

图6 兴隆台潜山变质岩测井响应曲线

Fig.6 Xinglongtai buried hill metamorphic logging response curve

表2 兴隆台潜山变质岩定性识别标准

4.2 潜山变质相与储层关系

对于潜山变质岩相与储层关系，前人研究很少涉及。通过对潜山岩心观察分析，结合试井和生产资料，发现角闪质岩基本不含油，为非储层。薄片鉴定表明，角闪质岩中角闪石、黑云母等暗色矿物含量极高(含量为50%～65%)，角闪石、黑云母多发生次生蚀变及应力作用下的塑性形变，岩石裂缝不发育，少量次生裂隙被蚀变矿物绿泥石、方解石完全充填。此外，变质重结晶作用堵塞了原岩的孔隙，所以角闪岩类不是该区的储层。片麻岩类因生成部分呈片状，并出现定向排列，岩石中发育有片理构造，岩石受构造应力作用易沿片麻理裂开形成定向裂缝，因此，可为油气存储和运移提供空间。但片麻岩中暗色矿物种类及含量差异较大，造成其储集性有明显的差别。混合岩类中，长英质脉体物质的加入，不仅改变原有变质岩的成分和类型，也直接影响了混合岩化岩石的储集性能。随着混合岩化作用的增强，岩石成分向花岗岩类过渡，长石、石英矿物含量的增加，造成岩石整体脆性增强，更利于形成油气储集空间。薄片鉴定及定量分析表明，暗色矿物含量超过30%的变质岩均难以形成有效储层。如兴古7井-2 593.20 m处的黑云斜长片麻岩，虽位于构造改造强烈的潜山上部，裂缝也比较发育，但由于黑云母、角闪石等矿物含量较高，强烈的蚀变作用形成的绿泥石、绢云母等黏土矿物完全充填岩石中已形成的裂隙，油气显示为差储层。而对于潜山内幕发育的混合岩类，其暗色矿物总体含量低(多小于15%)，这类岩石均有油气显示。变质相是在一定温度、压力条件下形成的变质矿物组合。变质反应的温度、压力条件在一定程度上影响了变质反应类型，进而影响了岩石孔隙类型与结构；原岩化学成分在物理变化中决定了岩石的矿物类型，进而影响了储层发育程度。一般而言，岩石中富含石英、长石等矿物，在应力作用下易产生碎裂，能形成好的储层，反之，岩石难形成储层。兴隆台潜山变质岩既有中级区域变质相-低角闪岩相，又有混合岩。根据岩石学、岩相学资料，结合试井及生产情况，将变质相与储层建立如下的定性关系(表3)。变质相只是形成储层的一个前提，只有经历了构造变动，岩石中形成了一定规模的裂缝空间，才能成为良好的储层。

表3 兴隆台潜山变质相与储层发育关系表

5 结论和认识

(1) 兴隆台古潜山主要变质岩类型为片麻岩、角闪岩和混合岩3类，片麻岩和混合岩分布广泛，构成了潜山主体岩性，角闪质岩零星局部分布。

(2) 原岩恢复表明，潜山变质岩原岩主要为黏土岩、杂砂岩等沉积岩，次为中-基性火山岩，共生矿物组合是以斜长石+普通角闪石为主的角闪岩相。潜山内幕片麻岩类、角闪岩类岩石主要呈带状展布，有较好的连续性，是潜山“层位”对比及编制连井剖面图的主要依据。

(3) 变质岩岩相是控制变质岩储层发育的关键因素。角闪岩相中角闪质岩为非储层，片麻岩类为差储层，混合岩类岩石储集性能最好。在构造有利位置，混合岩均可能成为储层。研究表明，混合岩化作用形成的混合花岗岩往往在潜山高部位呈中心式分布，向外侧渐变为混合岩、混合片麻岩及片麻岩，其分布特征对储层分布预测和井位布置提供重要的依据。

(4) 利用变质相进行剖面上储层划分与对比，可解决采用岩性作对比时，因为变质岩岩性复杂多样带来难题。