渤海海域渤中19-6基巖潛山儲(chǔ)層孔隙微觀特征及其發(fā)育控制因素

齊玉民

（中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452）

渤中19-6 為渤海海域近年來發(fā)現(xiàn)的千億立方米深層天然氣田［1-3］。鉆探揭示渤中19-6發(fā)育兩套深部?jī)?chǔ)層，其中基巖潛山變質(zhì)巖儲(chǔ)層厚度大，橫向分布范圍廣，全區(qū)穩(wěn)定分布，為渤中19-6 主力儲(chǔ)集層［4-5］。針對(duì)該基巖潛山的儲(chǔ)層類型、控制因素及形成機(jī)制，已經(jīng)開展了部分研究工作［5-9］，但由于儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)次生變化大，儲(chǔ)層方面的研究認(rèn)識(shí)還不夠深入，尤其對(duì)儲(chǔ)層孔隙微觀結(jié)構(gòu)特征的研究還比較缺乏，制約了基巖潛山有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)開發(fā)。

本文結(jié)合巖心、薄片、物性等常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段，利用微米CT 掃描、背散射掃描電鏡二維成像（Maps）、全巖礦物定量分析（Qemscan）和三維孔隙數(shù)字巖心建模技術(shù)，對(duì)該套潛山儲(chǔ)層的孔隙類型、孔隙微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究，探討了孔隙發(fā)育控制因素，深化認(rèn)識(shí)了渤中19-6 潛山變質(zhì)巖儲(chǔ)層發(fā)育特征和發(fā)育規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于渤海灣盆地渤中凹陷西南部渤中19-6 深層氣田。渤中19-6 構(gòu)造位于渤中凹陷西南次洼與埕北低凸起緩坡帶之間的局部凹中隆，被渤中凹陷和黃河口凹陷包圍（圖1）。渤中19-6 構(gòu)造是在太古界基底上發(fā)展起來的，經(jīng)歷了印支、燕山、喜山等多期次運(yùn)動(dòng)的疊加改造，被南北向的郯廬斷裂和近東西向的次級(jí)斷裂切割形成復(fù)雜斷塊［10-12］（圖2）。

圖1 渤中19-6氣田構(gòu)造位置

圖2 渤中19-6氣田斷裂分布

研究區(qū)地層由上覆新生界和下伏太古界潛山地層組成，新生界厚度可達(dá)4 500 m，包括第四系、新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營(yíng)組、沙河街組和孔店組?？椎杲M地層在研究區(qū)北部缺失，南部發(fā)育厚度400～700 m 砂礫巖地層，和太古界潛山地層一起構(gòu)成研究區(qū)主力儲(chǔ)層。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)太古界75塊巖石薄片樣品分析，太古界主要巖石類型為片麻巖類以及后期淺成侵入的閃長(zhǎng)玢巖。

片麻巖類巖石成分主要為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和少量的云母，根據(jù)斜長(zhǎng)石比例，可進(jìn)一步分為二長(zhǎng)片麻巖和斜長(zhǎng)片麻巖。二長(zhǎng)片麻巖在變質(zhì)巖薄片鑒定中占47%，顆粒接觸緊密，孔隙不發(fā)育，僅見有微裂縫，面孔率普遍小于1%，而斜長(zhǎng)片麻巖在變質(zhì)巖薄片鑒定中占48.4%。受動(dòng)力變質(zhì)程度影響，斜長(zhǎng)片麻巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的破碎作用，巖石顆粒碎裂，普遍裂縫較為發(fā)育，大部分裂縫被泥質(zhì)或者碳酸鹽巖礦物充填，受碎裂變質(zhì)程度影響，縫寬主要 分 布 于0.01～0.4 mm 和0.01～0.22 mm 兩 個(gè) 區(qū) 間內(nèi)，95%以上的縫寬均小于1 mm。

閃長(zhǎng)玢巖在太古代巖石中占比較小，其斑晶比較粗大，常被碳酸鹽類交代，基質(zhì)主要由中性斜長(zhǎng)石和少量石英微晶組成，細(xì)板條狀斜長(zhǎng)石具定向—半定向分布（圖3）。巖石比較致密，裂縫發(fā)育程度較弱，并且常被碳酸鹽巖充填，總體屬于相對(duì)不利的潛山儲(chǔ)層巖類。

圖3 渤中19-6-D井太古界巖石類型及特征

3 儲(chǔ)層孔隙微觀特征

研究區(qū)潛山儲(chǔ)層整體較為致密。根據(jù)太古界91 塊巖心和壁心常規(guī)物性分析，太古界儲(chǔ)層孔隙度分布在0.2%～10.9%之間，平均值為3.81%，其中,大部分儲(chǔ)層孔隙度＜5%，占比85.7%，這也導(dǎo)致薄片下孔隙難以詳細(xì)觀察。

鑒于此，本次選取了6塊片麻巖類樣品（氣測(cè)孔隙度均小于5%）開展了微米CT 掃描和背散射掃描電鏡成像分析，對(duì)其孔隙和裂縫進(jìn)行了研究。

研究結(jié)果表明，6 塊樣品的二維面孔率分布為1.88%～6.94%，平均3.08%，主要儲(chǔ)集空間可劃分為三種，分別為溶蝕孔、微裂縫和構(gòu)造裂縫。溶蝕孔主要為不穩(wěn)定礦物（主要為長(zhǎng)石）的粒內(nèi)、粒間溶蝕形成的孔隙（圖4a、4b）；微裂縫定義為顆粒尺度的，除一些解理縫、粒內(nèi)破裂縫外，還包括沿著顆粒邊緣彎曲分布的粒緣縫（圖4c、4d）；構(gòu)造裂縫定義為尺度較大的、跨顆粒的、在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生破裂而形成的裂縫。統(tǒng)計(jì)表明，孔隙面孔率占比78%～89%，裂縫面孔率占比僅11%～22%（表1），表明孔隙是渤中19-6 構(gòu)造變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層重要的儲(chǔ)集空間。

圖4 背散射掃描電鏡圖像下的溶蝕孔和微裂縫

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，渤中19-6變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層孔隙以微米級(jí)孔為主，孔隙半徑主要分布區(qū)間為0.3～5 μm，比一般的致密碎屑巖儲(chǔ)層孔隙半徑還要細(xì)小，孔隙半徑在約500 μm 的地方，普遍發(fā)育一個(gè)小小的峰值，推測(cè)這與沿構(gòu)造裂縫溶蝕形成的較大溶孔有關(guān)。不同樣品的孔隙半徑略有差異，多數(shù)樣品小于1 μm 孔隙占比都較高，僅C4T1 樣品小于1 μm 孔隙占比為45%，大于100 μm的孔隙半徑占比一般小于1%，C4T3 樣品大于100 μm 的孔隙半徑占比達(dá)到了8%（圖5）。

圖5 渤中19-6 變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層孔隙半徑分布

儲(chǔ)層裂縫開度在0.3～10 μm、30～100 μm、300～1 000 μm 存在多個(gè)峰值區(qū)間，表明研究區(qū)變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層普遍存在三個(gè)尺度的裂縫網(wǎng)絡(luò)（圖6）。C4T1相對(duì)其他樣品裂縫寬度最大，其裂縫寬度主要分布區(qū)間落在30～100 μm、300～1 000 μm，其他樣品裂縫寬度主要分布區(qū)間落在0.3～10 μm、30～100 μm。

圖6 渤中19-6 變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層裂縫開度分布

4 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育控制因素

4.1 巖性對(duì)孔隙微觀結(jié)構(gòu)發(fā)育的影響

前人已經(jīng)注意到巖石中暗色礦物含量與儲(chǔ)層發(fā)育程度關(guān)系密切［13-15］。根據(jù)6塊樣品的全巖礦物定量分析（Qemscan），樣品C4T1 和C4T10 脆性礦物（石英+長(zhǎng)石）含量較高，綠泥石、伊利石和云母含量較低；其他樣品脆性礦物含量（石英+長(zhǎng)石+白云石）有所降低，綠泥石或者云母、伊利石不同程度的增加（表1、圖7）。通過與孔隙、裂縫分布對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，脆性礦物含量增高，有利于提高大孔占比和裂縫開度，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育，綠泥石或者云母、伊利石含量較高，裂縫開度小，孔隙半徑容易集中在1 μm 以下。因此，石英、長(zhǎng)石含量高，綠泥石、伊利石含量低的儲(chǔ)層段更有利于潛山儲(chǔ)層發(fā)育。

圖7 渤中19-6潛山儲(chǔ)層全巖定量礦物分析圖像

表1 渤中19-6變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層Qemscan和Maps主要組成分析結(jié)果表

4.2 溶蝕作用對(duì)孔隙微觀結(jié)構(gòu)發(fā)育的影響

變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層本身比較致密，必須經(jīng)過后期成巖改造作用才能成為有效儲(chǔ)層［16］。研究區(qū)溶蝕作用可能與暴露期風(fēng)化溶蝕作用和深埋溶蝕作用有關(guān)。鏡下主要為長(zhǎng)石顆粒的內(nèi)部和邊緣溶蝕，也見到少量充填物的溶蝕，溶蝕主要沿著長(zhǎng)石解理、粒緣縫以及構(gòu)造裂縫進(jìn)行，表明溶蝕作用與裂縫發(fā)育密切相關(guān)。溶蝕作用顯著提高了變質(zhì)巖儲(chǔ)層的孔隙度，使變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層發(fā)育裂縫型、孔隙-裂縫型、裂縫-孔隙型等多種類型儲(chǔ)層。

4.3 構(gòu)造破裂作用對(duì)孔隙微觀結(jié)構(gòu)發(fā)育的影響

根據(jù)巖心、CT 掃描和Maps 圖像觀察，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分析認(rèn)為，渤中19-6 構(gòu)造發(fā)育三期構(gòu)造裂縫。第一期裂縫主要發(fā)育在印支期，受華北板塊和揚(yáng)子板塊碰撞影響［5,8］，發(fā)育大量擠壓低角度裂縫，主要發(fā)育在礦物晶體周圍及內(nèi)部，以充填白云石、黏土為特征，裂縫充填程度較高，裂縫開度小，有效性較差。第二期裂縫主要發(fā)育在燕山期，與太平洋板塊向東亞大陸俯沖有關(guān)［5,8］，郯廬斷裂發(fā)生左旋走滑作用，巖石破碎作用強(qiáng)烈，派生出大量顆粒貫穿縫、粒緣縫等，裂縫開度主要為0.3～10 μm、30～100 μm。第三期與新近紀(jì)太平洋俯沖、郯廬斷裂發(fā)生右旋走滑作用有關(guān)［5,8］，裂縫主要為高角度裂縫，大部分呈半充填或開啟狀態(tài)，裂縫開度也較大，主要發(fā)育200～1 000 μm 開度的裂縫。在這種多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制下，渤中19-6 發(fā)育了不同尺度的裂縫，裂縫之間交錯(cuò)切割，促進(jìn)溶蝕孔發(fā)育，構(gòu)成了以構(gòu)造裂縫、微裂縫連通溶蝕孔隙的儲(chǔ)集網(wǎng)絡(luò)（圖8）。

圖8 三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型

5 結(jié)論

（1）渤中19-6變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以微米級(jí)溶蝕孔隙、微裂縫和構(gòu)造裂縫為主，孔隙半徑較一般的致密儲(chǔ)層還要細(xì)小，裂縫寬度存在多個(gè)尺度的峰值，表現(xiàn)出了復(fù)雜的孔隙微觀結(jié)構(gòu)特征。

（2）渤中19-6變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)主要與巖性、溶蝕作用和多期次構(gòu)造破裂作用有關(guān)。脆性礦物含量高、綠泥石和伊利石含量低的變質(zhì)巖儲(chǔ)層，巖石破碎作用強(qiáng)，裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，溶蝕孔多，儲(chǔ)層連通性強(qiáng)，是變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集巖類。