二连盆地乌兰花凹陷花岗岩潜山储层特征及发育模式

沈 澈 蒋有录 苏圣民 王洪波

（1. 中国石油大学（华东） 地球科学与技术学院， 山东青岛 266580； 2. 中国石油华北油田公司勘探开发研究院， 河北任丘 062552）

0 引 言

近年来， 随着东部含油气盆地进入高勘探程度阶段， 盆地深部和基底的潜山油气藏成为重要的油气勘探接替领域， 尤其是储层岩性为酸性侵入花岗岩的花岗岩潜山油藏。 勘探技术的突破为花岗岩潜山勘探提供了支撑［1-7］， 并在多个盆地内取得重大突破， 如乍得Bongor 盆地花岗岩潜山油藏［8］、 柴达木盆地东坪花岗岩基底气藏、 渤海海域蓬莱9-1中生界花岗岩潜山油气藏等［9］。 大量勘探实践表明， 花岗岩在成岩过程中能够发育构造裂缝、 溶蚀孔、 溶蚀缝等储集空间， 形成块状储集体， 其优质储层发育的控制因素包括矿物组成、 构造作用以及风化淋滤等。 乌兰花凹陷为二连盆地内花岗岩潜山发育区， 先后发现兰18、 兰9 等花岗岩潜山油藏，尽管凹陷面积较小但相较于其他凹陷具有更高的潜山资源丰度。 目前乌兰花凹陷潜山油藏整体勘探程度较低， 储层研究主要集中在潜山表层的风化壳，对花岗岩潜山储层认识尚不够全面， 潜山储层发育的主控因素和发育模式缺乏研究。

本文利用岩心观察、 薄片鉴定、 常规测井解释等多种手段对乌兰花凹陷花岗岩潜山储层进行分析研究， 明确其储集空间特征和储层发育主控因素。在上述研究的基础上， 建立小型断陷湖盆内的花岗岩潜山储层发育模式， 以期对花岗岩潜山油气勘探提供理论依据。

1 地质概况

乌兰花凹陷位于二连盆地西南部温都尔庙隆起， 凹陷呈长垣型， 东北方向为长轴， 面积约600 km2， 整体上可划分为6 个构造单元， 自北向南依次为北洼槽构造带、 土牧尔构造带、 赛乌苏构造带、 南洼槽构造带、 红格尔构造带和红井构造带。 凹陷内潜山主要分布于土牧尔构造带、 红格尔构造带南部、 赛乌苏构造带以及红井构造带北部边缘（图1）。

图1 乌兰花凹陷花岗岩潜山平面分布Fig.1 Planar distribution of thegranite buried hillin Wulanhua Sag

乌兰花凹陷潜山构造演化受控于二连盆地构造动力学演化， 经历了志留纪—泥盆纪的洋盆发育、泥盆纪—二叠纪的蒙南隆起、 晚石炭世—晚二叠世的古亚洲洋兴—蒙海槽发育到闭合、 晚二叠世—早三叠世的盆地基底形成、 晚三叠世—白垩纪的统一盆地发育以及新生代以来的开阔内陆盆地等6 个阶段。 凹陷内潜山形成于元古代晚期强烈挤压应力作用下的褶皱造山， 以及晚二叠世—三叠纪由华北板块与西伯利亚板块对接造成大规模的陆内造山运动。 在侏罗纪—白垩纪形成大段泥岩， 其中阿尔善组和腾一下段暗色泥岩为研究区的主力烃源岩。 这2 套烃源岩层通常直接覆盖于潜山之间， 既为潜山圈闭提供充足的油气来源， 同时也提供了有利盖层条件［10］。

乌兰花凹陷基底岩性复杂多变， 潜山储层主要岩性为花岗岩， 可分类为二长花岗岩、 闪长玢岩、花岗闪长岩以及白岗岩等。 岩心以肉红色、 灰白色、 灰褐色以及灰绿色为主， 镜下具有典型的花岗结构， 主要矿物成分为石英和长石（体积分数为85%以上）， 暗色矿物为黑云母、 角闪石等（体积分数为5%～10%）， 风化壳部位花岗岩出现长石绢云母化和高岭石化。 凹陷内花岗岩主要分布于中心区域， 往往以大套分布的单一岩性为主要特征， 岩石均一性较好， 如兰18x 井、 兰47 井等。 部分地区发育2 种岩性互层分布， 如兰23x 井上部与下部为二长花岗岩， 中部发育闪长玢岩。

2 储集空间特征

2.1 孔隙

乌兰花凹陷花岗岩潜山储层原生孔隙不发育，以溶蚀孔、 粒间溶孔和粒内溶孔等次生孔隙为主要储集空间类型。 粒间溶孔往往是由矿物晶体或岩屑间的方解石、 硅质等胶结物以及绿泥石或绢云母等暗色矿物溶蚀后形成， 通常与裂缝连通形成有效储集空间。 该类孔隙在花岗岩潜山内较为常见， 孔径通常小于0.1 mm。 以兰23x 井为例， 埋深在2 536.2～2 538.23 m 处发育大量的粒间溶孔， 溶孔孔径为 0.1 ～ 5 mm， 可见长石边缘溶蚀（图2 （a） ）。

花岗岩主要矿物为长石、 石英， 其中长石类矿物可被富含CO2和有机酸的流体溶蚀， 部分元素被流体带走， 形成溶蚀孔和长石粒内溶孔［11-12］。 常见于潜山顶部风化壳和部分溶蚀作用强烈断裂附近， 溶蚀孔径为3 ～5 cm， 规模较小的溶孔直径为2～15 mm， 沿裂缝呈串珠状排布 （图2 （b）、（c） ）。 兰18x 井埋深2 174.87 m 处二长花岗岩内长石淋滤， 溶蚀孔发育（图2 （d） ）。 兰9-1x 井埋深2 096.9 m 处镜下可见长石粒内溶孔， 且与微裂缝沟通（图2 （e）、 （f） ）。

2.2 裂缝

潜山储层内大量发育的裂缝是花岗岩潜山主要的储集空间， 其主要类型有构造裂缝和溶蚀扩大缝。 潜山储集层内的裂缝一方面沟通了晶间孔、 溶蚀孔洞、 粒内溶孔等孔隙， 使得有效储集空间增加， 另一方面也使得地层流体进入潜山内部， 溶蚀裂缝两侧岩石， 扩大储集空间， 改善了潜山储集层的物性。

根据产状将构造裂缝分为低角度缝、 斜交缝和高角度缝。 一般将与水平方向夹角小于30°的裂缝称为低角度缝（图2 （g） ）， 研究区内少量发育；裂缝与水平方向夹角30°～70°为斜交缝， 在研究区潜山风化壳处大量发育， 开度较大（图2 （h） ）。兰9 井埋深2 090.1 ～2 095.7 m 处和兰9-1 埋深2 010.3～2 019.53 m 处发育斜交缝， 裂缝线密度最大可达18.7 条／m （图2 （i） ）； 高角度裂缝是指裂缝和水平方向的夹角为70°～90°的裂缝。 研究区内高角度缝发育于断裂带附近的潜山中下部储层内， 以兰9-1x 井为例， 埋深2 290.6 ～2 302.3 m处发育大量高角度裂缝， 裂缝线密度可达12.4 条／m， 开度为0.1 ～5 mm （图2 （j） ）。 兰18-4x 井在断裂带附近埋深2 248 ～2 262 m 处高角度缝发育， 密度约为4.7 条／m。

溶蚀扩大缝是指储层内早期形成的风化缝、 构造缝等在地下水、 地表水或热液的溶蚀作用下扩大所形成的储集空间， 裂缝形状不规则， 不同位置的开度不一致， 溶蚀缝内存在长石、 石英颗粒边缘溶蚀或胶结物半充填现象。 溶蚀扩大缝多发育于花岗岩潜山风化壳储层内， 裂缝产状通常为不规则网状交织， 岩心表面裂缝开度较大， 一般为0.01 ～3 cm。兰18x 井位于潜山顶部， 在深度为2 096.9～2 101.4 m处取心长度450 m， 收获率为100%， 岩心表面斜交缝发育， 裂缝网状交织， 沿裂缝发育大量溶蚀孔， 裂缝线密度约为187 条／m（图2（k））。

图2 乌兰花凹陷花岗岩潜山储层储集空间特征Fig.2 Characteristics of the reservoir space for the granite buried-hill reservoirs in Wulanhua Sag

3 储层发育及分布特征

潜山储层储集空间的发育程度和组成方式不同， 因此将花岗岩潜山储层划分为风化型和构造型2 类。 综合分析乌兰花凹陷花岗岩潜山储层发育规律， 认为花岗岩潜山储层的发育受控于风化作用强度、 潜山构造形态、 构造作用强度及地层流体改造程度4 个控制因素。 不同类型储层主要控制因素存在明显差异， 使得储层分布范围也不同。

3.1 风化型储层

风化型储层主要受控于风化作用强度、 潜山构造形态以及构造作用强度3 个影响因素。 乌兰花凹陷花岗岩潜山在经历一系列构造抬升时， 暴露在地表受物理风化和构造应力等作用而破碎， 岩石中可溶矿物被流体溶解带走， 形成次生溶孔或溶洞， 显著改善储集物性。 经统计风化型储层分布在花岗岩潜山顶部向下130 m 范围内（图3 （a） ）。 在其下部的花岗岩致密， 储集空间不发育， 岩石体积密度大。 横向上， 风化强度自构造顶部中央向边部逐渐减弱； 纵向上， 风化强度从潜山顶部向下逐渐变弱， 形成了纵向具有明显分带性的风化壳储层［13-14］。 如兰18 潜山由上到下依次发育裂缝及沿裂缝发育的溶孔、 开度较大的斜交缝、 开度较小的高角度缝， 声波孔隙度纵向上也表现为由大到小的变化特征（图4）。

图3 乌兰花凹陷花岗岩潜山储层分布范围Fig.3 Distribution range of the granite buried-hill reservoirs in Wulanhua Sag

潜山下部部分储层的风化程度高于上部， 所以不同位置风化程度与埋深无关， 其主要控制因素为潜山部位， 潜山顶面坡度控制风化壳储层的残留［15］。 倾角相对较缓的潜山缓坡有利于风化型储层的形成， 储层厚度大， 储集性能较好。 以兰18潜山为例， 该潜山顶部的兰18x 井、 兰18-2x 井储集空间为较大的溶蚀孔和溶蚀缝， 油气显示较好，油斑与油迹层厚可达100 m， 而缓坡处的兰18-5x井远离断裂带储集空间为风化淋滤形成的溶蚀孔（图3 （b） ）。 倾角较大的陡坡则不利于风化型储层的形成， 往往储层较薄， 储集性能较差， 如兰18-4x 井位于兰18 潜山西侧的断剥面， 进入潜山后钻遇干层或致密层， 油气显示仅为荧光， 厚度仅为15 m （图4）。

图4 乌兰花凹陷花岗岩潜山风化型储层储集空间类型Fig .4 Reservoir space type of granite buried -hill weathered reservoirs in Wulanhua Sag

3.2 构造型储层

构造型储层主要受控于构造作用强度和地层流体改造程度2 大因素。 潜山储层储集空间以裂缝为主， 因此构造作用对储层的形成起关键作用， 主要表现为2 个方面： 一是构造活动可以在岩体内形成大量裂缝， 形成储集空间并连通原生孔隙和次生孔隙， 可以改善储层的物性； 二是构造活动产生的大量构造裂缝为地下流体提供了运移通道， 使得交代、 溶蚀等改造作用在构造裂缝发育区表现得更为强烈， 进一步改善了潜山储层物性［16-18］。

对乌兰花凹陷花岗岩潜山储层物性与距其受控断层的距离进行统计， 发现断层对裂缝型储层渗透率具有明显改造作用， 其改造强度受与断层的距离和储层发育时期断层活动强度以及储层岩性的影响（图5、 图6）。 乌兰花凹陷内兰23x 井距断层距离比兰39 井更近， 且控制兰23x 井储层发育的断层活动强度大， 具有裂缝发育程度较好， 但储层物性较差的特征。 兰23x 井储层裂缝发育程度较高， 在2 535.32 m 处岩心表面观察到岩性致密， 裂缝少量发育且裂缝开度小， 而在埋深2 537.4 m 岩心表面微裂缝发育， 裂缝开度小， 沿裂缝可见一系列细小的溶蚀孔， 溶蚀孔内可见少量原油； 在兰39 井埋深2 370～2 380 m 处成像测井图像中可见裂缝和孔洞零星分布， 微裂缝发育， 下部发育高角度缝， 孔洞较发育， 在2 490 m 处的成像测井图像上可见开度较小的裂缝和串珠状溶蚀孔。

图5 潜山储层渗透率 与距断层距离关系Fig.5 Relationship between the buried-hill reservior permeability and the distance from the reservoir to the fault

图6 裂缝发育程度与距断层距离关系Fig.6 Relationship between the facture development degree and the distance from the reservoir to the fault

赛乌苏断块潜山带发育的兰9 潜山储层受到流体改造作用最为明显， 兰9 潜山顶部风化作用形成的风化壳厚度较小， 山体内多发育孔隙度为4%～10%的储层， 断层附近区域的潜山发育孔隙度大于10%的优质储层。 作用于二连盆地潜山的地层流体为抬升期发生火山活动所产生的地层热水， 这种地层流体存在时期长， 沿断裂带运移， 对储层改造充分， 形成大量溶蚀孔洞， 是潜山储层后期发育的重要控制因素［19］。 通过对兰9-1x 井、 兰26 井以及兰48-1x 井等靠近断层部分探井的岩心和薄片进行观察， 发现花岗岩内不稳定的暗色矿物以及长石矿物等受环境影响发生结构和元素的改变，从而溶解形成各类溶孔和溶缝， 部分裂缝被次生方解石等矿物所充填［20-21］。 成像测井图像表明该区域潜山岩体受构造作用形成大量构造裂缝， 地层流体活动作用强烈形成大量溶蚀扩大缝、 沿裂缝发育的串珠状溶孔以及较大的溶蚀孔洞， 兰26x 井岩性溶洞表面分布大量热液中形成的石英晶体（图7）。

图7 乌兰花凹陷花岗岩潜山构造型储层储集空间类型Fig .7 Reservoir space type of granite buried -hill structural reservoirs in Wulanhua Sag

4 花岗岩潜山储层发育模式

乌兰花凹陷内的花岗岩潜山遭受多期构造运动， 因此具有风化型储层与构造型储层复合发育的特征， 储集层主要分布在潜山顶部的风化带和主控断层附近。 在综合分析潜山内不同类型储层组合特征及发育控制因素的基础上建立花岗岩潜山储层发育模式。

花岗岩潜山顶部岩体受风化作用影响发育风化型储层， 储集空间主要为网状风化缝、 串珠状溶蚀孔和溶蚀扩大缝， 纵向上具有分带性， 储集物性由上至下逐渐变差； 主控断层附近潜山在断裂作用控制下发育构造型储层， 储集空间主要为构造裂缝和溶蚀扩大缝， 由断裂向两侧延伸， 裂缝发育程度逐渐减弱， 储集物性逐渐变差； 潜山风化带与主控断层复合区域储层最为发育， 储集空间类型最好， 为串珠状溶蚀孔、 溶蚀扩大缝和多期相互切割的构造裂缝， 储集物性最好。

以兰18 潜山为例， 该花岗岩潜山顶部受风化作用发育风化型储层， 兰18x 井岩心从上至下依次发育网状风化缝和沿裂缝发育的串珠状溶蚀孔、 开度较大的溶蚀缝和低角度缝、 开度小的构造裂缝和微裂缝， 其储集物性逐渐变差。 潜山西侧断裂附近的潜山储层发育构造裂缝， 兰18-4x 井平均裂缝线密度为16 条／m。 兰18-2x 井位于潜山西南侧主控断层与风化带复合区域， 储集空间与兰18x 井相似但储层厚度更大。 因此兰18 潜山优质储层主要发育在潜山高构造部位的断裂带与风化带复合区域，储层厚度大， 潜山储层储集物性好（图8）。

图8 乌兰花凹陷花岗岩潜山储层发育模式Fig.8 Development model of granite buried -hill reservoir in Wulanhua Sag

5 结 论

（1） 乌兰花凹陷花岗岩潜山岩性复杂多变，主要岩性为粗粒二长花岗岩， 多期侵入的中—基性脉体交互分布。 储集空间包括孔隙和裂缝2 类， 孔隙主要包括粒间溶孔、 粒内溶孔和溶洞， 裂缝包含有构造缝和溶蚀扩大缝。

（2） 乌兰花凹陷花岗岩潜山储层发育主要受控于风化作用、 构造作用和地层流体作用。 风化作用强度控制潜山风化型储层的储集性能， 而潜山形态则控制了风化型储层的平面分布和纵向规模； 断裂作用强度为控制裂缝型储层发育的关键因素； 地层流体作用对潜山储层储集物性起到改善作用。

（3） 花岗岩潜山具有风化-构造型储层复合发育潜山储层发育模式， 表现为风化型储层分布在潜山顶部， 构造型储层则分布在主控断层附近， 而潜山内主控断层与风化带的复合区域为优质储层发育区。