乍得Bongor盆地基岩潜山储层特征与影响因素研究*

余朝华 杜业波 肖坤叶 王景春 肖高杰 张桂林 梁巧峰 王玉华

1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083 2. 中国石油勘探开发公司，北京 100034 3. 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249

潜山是盆地在接受沉积前就已经形成的基岩古地貌山，在沉积过程中逐步被后期沉积地层覆盖埋藏而成(Powers and Behre, 1932)。后期沉积地层中生成的油气运移充注其中，聚集成藏形成基岩潜山油气藏(Landesetal., 1960)，基岩潜山油气藏具有典型的“新生古储”的特点。自20世纪30年代潜山油气藏概念提出以来，在世界范围内陆续发现多个大型潜山油气藏，如委内瑞拉马拉开波盆地拉帕斯和马拉油田裂缝性花岗岩和变质岩油藏(Koning, 2003)，越南湄公河盆地花岗岩油田(Cuong and Warren, 2009)，利比亚锡尔特盆地前寒武系花岗岩潜山油田(Williams, 1972)，阿尔及利亚哈希迈萨乌德寒武系潜山油田(何登发等, 2017)，也门Masilah晚侏罗世断陷盆地Kharir花岗岩风化壳油田(Harrisetal., 2002)和埃及苏伊士湾盆地胡尔加达花岗岩油藏(Salah and Alsharhan, 1998)等。国内的基岩潜山油气藏最早于1959年在酒泉盆地找到鸭儿峡志留系基岩油气藏，其后，在东部渤海湾盆地陆续发现冀中坳陷任丘潜山油田(何登发等, 2017)，辽河坳陷的太古界变质岩潜山油田(谢文彦等, 2012)和渤海湾蓬莱混合花岗岩潜山油田(邓运华, 2015)，在西部的塔里木盆地发现哈拉哈塘潜山油田(刘星旺等, 2014)，在三塘湖盆地石炭系火山岩风化壳中发现牛东油田(侯连华等, 2011)，在准噶尔盆地发现火山岩风化壳油气藏(孟凡超等, 2016)。基岩潜山油气藏作为一种重要的油气藏类型越来越受到广泛的重视，发现的基岩潜山油气田数量和原始储量也越来越高。

2012年以来，我们通过开展Bongor盆地地质地球物理综合研究，明确了盆地基底具有油气成藏的有利条件，优选了北部斜坡带东段开展针对性钻探，首口针对潜山的探井Lanea E-2在潜山段发现油层近90m，试油日产近500方，随后盆地东北部潜山带获得重大勘探突破。但是，由于基岩潜山岩性复杂，储层纵向和横向非均质性强，影响和控制因素不清，制约了基岩潜山的快速规模突破。本文以乍得Bongor盆地钻遇基岩潜山的百余口钻井、覆盖全盆地的二维地震资料和覆盖主要潜山构造带的高精度三维地震资料为基础，通过开展岩心实验室分析、基岩储层测井评价以及地震资料精细构造解释，分析基岩岩性类别和矿物成分、储层特征和空间分布规律，探讨了基岩储层品质的主要影响因素，为Bongor盆地下一步潜山勘探提供指导，为中西非裂谷系其它盆地中的基岩勘探提供借鉴和参考。

1 区域地质背景

Bongor盆地位于乍得共和国西南部，中非剪切带北缘(图1)，是受中非剪切带影响发育起来的中-新生代陆内反转裂谷盆地(Binks and Fairhead, 1992; Guiraudetal., 1992; Fairhead, 1992; Guiraud and Maurin, 1992)。盆地整体呈近东西走向，长约280km，宽约40～80km，面积约1.8×104km2。Bongor盆地平面上呈纺锤形，整体呈南断北超的构造形态，自北向南可以分成四个构造单元：北部斜坡、中央坳陷、南部隆起、南部坳陷，其中北部斜坡和中央坳陷是盆地主体，盆地内发育多个凸起，受凸起阻隔，大部分凹陷与中央坳陷并不连通(图1)。

盆地自下而上发育三个构造层：最底层为盆地的古老基底，形成于600Ma年前的前寒武泛非运动时期(Beggetal., 2009)；中部构造层为盆地白垩纪-古近纪张裂过程中所充填的陆相碎屑岩地层(Guiraud and Maurin, 1992; Genik, 1993; 窦立荣等, 2006)，岩性以砂岩和泥岩(页岩)薄互层为主，晚白垩世晚期受非洲板块与欧亚板块近南北向碰撞的影响(Dewey, 1989; Mazzoli and Helman, 1994; Rosenbaumetal., 2002)，Bongor盆地发生强烈反转，地层抬升剥蚀致使上白垩统地层缺失，盆地内下白垩统自下而上可划分为P组、M组、K组、R组和B组五套地层，厚度达数千米，其中M组是一套半深湖-深湖相泥岩，厚度在数十米到数百米不等，超覆在盆地大多数古隆之上，是盆地内最重要的烃源岩和盖层(窦立荣等, 2011)；顶面构造层为新生代新近纪以来的坳陷期沉积的地层，厚度仅200～500m，与中部构造层以不整合面为界(图1)。

2 基岩储层特征

2.1 储层岩石学特征

本次研究对盆地内11口井251个岩心薄片开展实验室鉴定和分析，分析结果表明Bongor盆地基岩岩性复杂，为变质岩和岩浆岩组成的杂岩体(表1)。岩浆岩主要由花岗岩、正长岩和二长岩组成，变质岩主要为片麻岩和混合花岗岩(图2)，此外还有区域变质岩呈残留体分布。基岩潜山岩石类型总体以花岗岩为主。

Bongor盆地基岩矿物组成主要为斜长石、钾长石、 石英，其次为角闪石和黑云母。总体可将基岩划分为长英质和铁镁质岩两大类(表1)，以长英质岩石为主。

图1 Bongor盆地构造纲要图Fig.1 Sketch structural map of Bongor Basin

表1 Bongor盆地潜山岩石类型统计表

Table 1 Type of basement rock in Bongor Basin

图2 Bongor盆地主要基岩岩心照片(a)花岗岩，B-C-2井，548m；(b)花岗闪长岩，B-C-2井，1373m；(c)二长花岗岩，R-SW-2井，998m；(d)正长岩，B-C-2井，830m；(e)混合花岗岩，M-E-2井，1756m；(f)片麻岩，B-C-2井，1510mFig.2 Photos of basement core in Bongor Basin(a) granite, well B-C-2 at depth 548m; (b) granodiorite, well B-C-2 at depth 1373m; (c) monzonite granite, well R-SW-2 at depth 998m; (d) syenite, well B-C-2 at depth 830m; (e) migmatitic granite, well M-E-2 at depth 1756m; (f) gneiss, well B-C-2 at depth 1510m

表2 Bongor盆地基岩储层类型

Table 2 Type of basement reservoir in Bongor Basin

储集空间类型主要储集空间主要特征代表岩性孔隙型破碎粒间孔、溶蚀孔洞破碎块点线接触形成粒间孔,局部发生溶蚀形成溶蚀孔洞,溶蚀孔洞形状不规则混合花岗岩、花岗岩、片麻岩、变粒岩裂缝型构造裂缝、溶解缝、解理缝构造裂缝一般平直,同期裂缝一般相互平行,不同期裂缝相互交切形成网状缝;溶解缝一般形状不规则,走向多变;解理缝常表现为一组相互平行的细缝混合花岗岩、花岗岩

2.2 基岩储集空间类型

岩心观察和薄片分析结果表明，Bongor盆地基岩潜山储层可划分为孔隙型储层和裂缝型储层(表2)。基岩储层的储集空间主要包括破碎粒间孔、构造裂缝、构造-溶解缝、解理缝及溶孔(图3、图4)。

孔隙型储层主要集中发育在潜山的顶部风化带内(图3a)，以破碎的粒间孔和溶蚀孔洞为主(图3b-g)，局部叠加构造裂缝，下部过渡到以裂缝为主，局部沿裂缝发育溶蚀孔洞。

裂缝型储层岩石比较完整，由于构造活动形成大量的构造缝和解理缝(图4)，沿裂缝周围偶见裂缝的扩溶现象，发育溶蚀孔洞(图4b, c)，裂缝和孔隙中常充填有绢云母、高岭石、绿泥石、伊蒙混层粘土以及次生石英等(图4e, h)。

2.3 基岩储层空间分布特征

2.3.1 垂向分布特征

Bongor盆地基岩储层主要发育在潜山顶面250m左右范围内，优质储层集中发育在潜山顶面附近，潜山内部储层储集性能逐渐变差，纵向上具有明显的分带性。根据基岩储层的测井响应特征，结合成像测井结果，将基岩储层纵向上划分为四个区带：风化壳、碎裂带、半充填裂缝碎裂带和致密带(如表3、图5)。

风化壳位于潜山顶部，是潜山在被沉积地层覆盖前遭受风化淋滤的产物，储集物性好，孔、洞、缝均发育，测井上具有低密度、低电阻的特征，成像测井图像较杂乱，裂缝不平直，呈云状和串珠状，是裂缝经淋虑扩大后形成的风化网状裂缝的反映，风化壳储层发育的优势岩性为碎裂花岗岩。破碎带一般呈块状特征，厚度变化较大，中间夹致密隔层，厚度从数米到数十米不等，整体储集性能较好，大部分裂缝为张开缝，未被充填。半充填碎裂带岩石较完整，偶见裂缝，且大多被后期热液矿物充填，储集性能差。致密带岩石结构完整，不存在天然裂缝，整体致密，偶见钻井诱导缝(图5)。

2.3.2 平面分布特征

总体而言，Bongor盆地基岩储层平面上分布广泛，但不同潜山带之间基岩储层的发育程度差异较大，即使同一潜山带不同构造部位，基岩储层的发育程度差异也较大，这种差异不仅表现在基岩储层(风化壳和破碎带)的厚度上，还表现在基岩储层段的平均孔隙度上(如表4)。

图3 Bongor盆地潜山孔隙型储层主要特征(a) B-C-2井潜山顶部破碎带岩心；(b) B-C-2井536.8m，粒间孔；(c) B-C-2井563.1m，溶蚀孔洞；(d) M-9井1533m，溶孔；(e) R-S-8A井1574.5m，粒间孔隙及次生石英；(f) M-10井1071.55m，粒间溶蚀孔隙；(g) B-C-2井534.5m，粒间溶蚀孔隙. Kfs-钾长石；Qtz-石英；I/S-伊蒙混层Fig.3 Characteristics of pore type buried-hill reservoir in Bongor Basin(a) core of broken zone on top buried hill of well B-C-2; (b) intergranular pores, well B-C-2 at depth 536.8m; (c) dissolution pores, well B-C-2 at depth 563.1m; (d) dissolution pores, well M-9 at depth 1533m; (e) intergranular pores and secondary quartz, well R-S-8A at depth 1574.5m; (f) intergranular dissolution pores, well M-10 at depth 1071.55m; (g) intergranular dissolution pores, well B-C-2 at depth 534.5m. Kfs-K feldspar; Qtz-quartz; I/S-illite/smectite formation

表3基岩储层纵向区带划分与特征

Table 3 Vertical zonation and characteristics of basement reservoir

图4 Bongor盆地潜山裂缝型储层主要特征(a) M-10井裂缝带岩心；(b) 构造-溶解缝,R-S-11井1409.3m；(c)构造裂缝及溶蚀孔洞，B-C-2井1300.9m；(d)构造裂缝，R-SW-2井900.97m；(e)裂缝充填绢云母，M-10井984.4m；(f)裂缝，R-S-11井 1410.9m；(g)长石解理缝，B-C-2井534.7m；(h)构造溶解裂缝充填高岭石，M-10井1071.5m. Kln-高岭石Fig.4 Characteristics of fracture type buried-hill reservoir in Bongor Basin(a) core of fracture zone, well M-10; (b) fractures and dissolution pores, well R-S-11 at depth 1409.3m; (c) fractures and dissolution pores, well B-C-2 at depth 1300.9m; (d) structural fractures, well R-SW-2 at depth 900.97m; (e) fracture filled with sericite, well M-10 at depth 984.4m; (f) fractures, well R-S-11 at depth 1410.9m; (g) feldspar cleavage cracks, well B-C-2 at depth 534.7m; (h) dissolution fracture filled with kaolinite, well M-10 at depth 1071.5m. Kln-kaolinite

表4 Bongor盆地重点井基岩储层厚度和孔隙度统计表

Table 4 Basement reservoir thickness and porosity of key wells in Bongor Basin

潜山带井名P组顶深(m)基底顶深(m)基岩储层底深(m)基岩储层厚度(m)基岩储层平均孔隙度(%)Lanea潜山L-E-2643827886599.3L-E-38129941049557.0L-E-47659651003385.1Raphia潜山R-S-8A13431546———R-S-9148216161624811.7R-S-11132514071475687.4Baobab潜山B-C-2—53613598238.0B-C-3119514371488514.6B-C-510901305141611111.0

图5 Bongor盆地B-C-2井基岩储层纵向分带及特征Bt-黑云母；Chl-绿泥石；PI-斜长石；Hbl-角闪石Fig.5 Vertical zonation and characteristics of basement reservoir, well B-C-2, Bongor BasinBt-biotite; Chl-chlorite; Pi-plagioclase; Hbl-hornblende

图6 Baobab潜山基岩储层平面分布图Fig.6 Basement reservoir distribution map of Baobab buried-hill

以已钻井测井解释基岩储层厚度为基础，通过覆盖Baobab潜山的宽方位、宽频带、高密度三维地震资料，利用多种地球物理属性融合技术开展了Baobab潜山基岩储层厚度的预测。预测结果表明，除局部基岩储层分布较为稳定外(如B-C-2井周边)，大部分地区基岩储层厚度变化差异较大，基岩储层平面分布具有较强的非均质性(图6)，相距仅数千米的相邻井之间基岩储层厚度变化也非常大。

3 储层影响因素分析

基岩潜山储层是一种非常规储层，影响基岩储层空间发育程度和储集性能的因素很多，主要包括基岩的时代和岩石类型、构造-断裂活动、岩浆活动、地表风化溶解作用、埋藏蚀变、溶解和充填、区域变质作用和流体作用等(赵澄林, 1996; Luoetal., 2005; 陈广坡等, 2009; 朱光有等, 2009; 徐长贵等, 2019)。通过对已发现潜山的细致解剖和分析，明确了Bongor盆地潜山基岩储层的发育主要受古构造位置、基岩岩性及构造活动的影响。

3.1 古构造位置

基岩潜山在被沉积地层掩埋前的古构造位置对于基岩储层的发育程度具有较大的影响(侯连华等, 2011; 李长宏等, 2018)。古构造位置高低决定了潜山经历风化时间的长短，古构造位置越高，风化时间越长，反之则越短。我们以已钻基岩井P组顶面、基岩顶面和基岩储层下限的深度数据为基础(如表4)，结合地震剖面构造解释结果，通过P组层拉平，恢复盆地裂陷初期各潜山的构造位置和形态(图7)。

恢复结果表明，同一潜山带中古构造位置越高，经历的风化时间越长，基岩储层厚度相对越大。Baobab潜山中，B-C-2井所在构造P组沉积末期仍出露在外，其风化时间远长于B-C-3和B-C-5井所处构造，因此该井基岩储层厚度远大于B-C-3和B-C-5井，同时，构造位置较高的B-C-5井基岩储层厚度也大于B-C-3井(图7a)。Raphia潜山中，R-S-8A井和R-S-9井构造位置均较低，基岩储层不发育，而R-S-11井构造位置较高，基岩储层厚度相对较大(图7b)。Lanea潜山中，L-E-2和L-E-3井构造位置相当，其基岩储层厚度也相差不大，两者基岩储层厚度均大于构造位置更低的L-E-4井(图7c)。

3.2 基岩岩性

不同类型岩石矿物成分不同，矿物的结晶程度、颗粒大小和结构的差异导致其抗风化能力不同，不同岩石在遭受物理和化学风化后的储层物性也不同(周心怀等, 2005; 李长宏等, 2018)。

物理风化主要表现为岩石在外力作用下的破裂和形变，对于石英、长石等浅色矿物岩石来说，由于脆性强，在同等应力作用下容易破碎产生裂缝，而黑云母和角闪石等暗色矿物组成的岩石， 由于脆性弱抗压能力强， 在应力作用下以柔性变形为主，不易产生破碎和裂缝(宋柏荣等, 2011)。统计表明，Bongor盆地中以长英质浅色矿物为主的混合花岗岩和酸性岩浆岩中裂缝最为发育，其次为中性岩浆岩，以铁镁质矿物为主的区域变质岩中裂缝相对不发育(如表5)。化学风化则与矿物的化学组成和结构密切相关，角闪石、黑云母等暗色矿物稳定性差，易发生风化，而石英等浅色矿物稳定性好，不易发生风化。

表5不同基岩岩性裂缝发育情况统计表

Table 5 Number of fractures in different basement lithologies

岩性类别主要造岩矿物裂缝条数(条)混合花岗岩碱性长石、斜长石和石英908酸性岩浆岩石英、斜长石和碱性长石623中性岩浆岩碱性长石和斜长石213区域变质岩角闪石、黑云母和斜长石136

图7 Bongor盆地主要潜山构造复原图(P组沉积末期，剖面位置见图1)(a) Baobab潜山；(b) Raphia潜山；(c) Lanea潜山Fig.7 Structural restoration map of main buried-hills in Bongor Basin (at the end of P Formation, see section locations in Fig.1)(a) Baobab buried-hill; (b) Raphia buried-hill; (c) Lanea buried-hill

基岩储层的形成通常是物理风化和化学风化综合作用的结果。在应力作用下，浅色长英质矿物含量高的岩石更容易发生破碎，产生裂缝，后期流体沿着裂缝进入发生淋滤作用，暗色矿物和长石稳定性差，易发生溶蚀而形成溶蚀孔洞。先期形成的裂缝是后续流体进入发生溶蚀作用的通道和前提。Baobab潜山B-C-2井岩心物性分析结果表明，以长英质矿物为主的层段储层物性整体好于铁镁质矿物含量高的层段(图8a)。进一步的镜下薄片分析结果表明，高长英质矿物层段裂缝发育，沿裂缝风化淋滤作用强烈，形成大量溶蚀孔洞(图8b)，而以高铁镁质矿物层段裂缝不发育，风化淋滤作用弱，矿物较为完整，难以形成有效储集空间(图8c)。

3.3 构造活动

Bongor盆地经历了早白垩世裂陷、晚白垩世强反转、古近纪裂陷和新近纪以来的整体拗陷(窦立荣等, 2011)，在多期拉张-挤压-拉张应力场的作用下，断裂活动强烈，基底发育多期构造裂缝，强烈的构造活动同时造成地层的破碎，形成破碎带。

盆地裂陷早期活动的断层一般切入基底，断层附近裂缝发育，且溶蚀强烈，后期断层影响作用相对较弱。裂缝的发育程度主要受构造活动所控制，主干断层的附近通常是构造应力释放的主要部位，也是裂缝发育的有利地区。在潜山构造演化的各个阶段都伴随着裂缝的形成和充填，只有目前具有一定张开程度、径向延伸深度和一定渗透性的张开缝才是有效裂缝(王景春等, 2018)。

图8 B-C-2井基岩岩心孔渗关系图(a) B-C-2井基岩岩心孔渗关系图；(b) B-C-2井，1227m，混合花岗岩，主要成分为石英、长石、斜长石，见大量溶孔；(c) B-C-2井，1700m，闪长岩，以角闪石、斜长石为主，矿物基本完整，风化程度弱Fig.8 Porosity to permeability relationship of basement core, well B-C-2(a) porosity to permeability relationship of basement core, well B-C-2; (b) migmatitic granite, quartz, feldspar, plagioclase dominant with a lot of dissolution pores, well B-C-2 at depth 1227m; (c) diorite, amphibole and plagioclase dominant, intact minerals with little weathering, well B-C-2 at depth 1700m

图9 主要潜山带基岩顶面构造图及基岩井张开缝走向与最大主应力方向Fig.9 Top basement structural map of main buried-hills and open fracture and maximum stress directions in basement wells

成像测井结果表明，Bongor盆地发育两组裂缝，以NW-SE到NWW-SEE向裂缝为主，此外还发育NE-SW到NEE-SWW向裂缝(图9)。地应力测量结果表明，Bongor盆地现今最大主应力方向为NW-SE到NWW-SEE向，主要裂缝走向与最大主应力方向基本一致或呈很小的锐角(图9)，现今最大主应力的方向有利于该组裂缝的开启。

现今潜山带基岩储层的发育情况和空间展布是上述多种因素共同作用的结果。整体而言，古构造位置的高低和基岩矿物组成对基岩储层厚度和品质影响较大；构造活动主要影响裂缝的形成和发育，主断裂附近及多组断裂的结合部是裂缝发育的有利部位。

4 结论

Bongor盆地基岩主要由花岗岩、正长岩和二长岩等岩浆岩，以及混合花岗岩和片麻岩类等变质岩构成。基岩储层的储集空间主要包括破碎粒间孔、构造裂缝、构造-溶解缝、解理缝及溶孔。

Bongor盆地基岩储层垂向上具有分带性，位于潜山顶部的风化壳和破碎带是基岩潜山最主要的储集层段。风化壳岩石整体破碎，储集空间以破碎粒间孔隙和微裂缝为主，破碎带主要发育构造裂缝和溶蚀孔洞。平面上基岩储层广泛分布但非均质性强，有利的基岩储层一般发育在局部构造高部位和主要断裂带的附近。

Bongor盆地基岩储层发育主要受古构造位置、基岩岩性以及构造活动的影响。位于构造高部位的潜山基岩储层厚度较低部位的潜山大。富含长英质矿物的基岩层段裂缝相对发育，沿裂缝风化淋滤作用强烈，其储层物性好于富含铁镁质矿物的基岩层段。频繁的构造活动在基岩中形成了多期构造裂缝，主断层附近裂缝更为发育，现今最大主应力方向与主要裂缝发育方向相近，有利于裂缝的张开与保存。

致谢本文在样品采集和实验室分析过程中得到中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室支持和帮助；中国石油大学(北京)季汉成教授及另一位专家对本文提出了宝贵的修改意见；在此表示衷心感谢！