遼河東部凹陷火成巖巖性識別及儲層評價

王建飛

中國石油 遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010

0 引言

隨著常規油氣藏的勘探程度不斷提高，變質巖、火成巖等復雜巖性油氣藏的勘探開始日顯重要[1-3]。遼河東部凹陷自中生代至新生代，火成巖廣泛發育，是中國較早發現火成巖油氣藏并獲得大規模油氣儲量的地區之一[4-5]。“十二五”期間，加強了火成巖油藏的研究和認識[6-8]，東部凹陷火成巖勘探取得顯著成果，為油田增儲穩產作出了重要貢獻。作為“十三五”的持續重點攻關方向之一，火成巖的巖性識別及儲層評價分類依然是制約火成巖油藏勘探的重要因素之一，本文在前人對東部凹陷火成巖巖性、巖相精細研究的基礎上[9-11]，根據不同類型火成巖的測井曲線形態及區間值范圍的差異，對火成巖巖性進行有效識別，并對各類火成巖的電性、物性、含油性以及脆性進行綜合研究，評價出優勢儲層，從而有效指導東部凹陷火成巖油藏的下步勘探。

1 區域地質概況

東部凹陷位于遼河坳陷的東部，在平面上呈一北東走向的狹長洼陷，長軸約130 km，短軸平均25 km，總面積為3 300 km2，是新生代發育的大陸裂谷型盆地，經歷了新生代早期伸展、后期走滑改造，一直作為遼河坳陷的巖漿活動中心。其中斷陷期的始新統沙河街組三段火成巖廣泛發育，以中南部的鐵匠爐—大平房地區最為發育，最大鉆遇厚度>1 000 m，北部的茨榆坨、青龍臺火山巖相對不發育，厚度<100 m(圖1)。沙一段火成巖主要分布于南部的紅星—大平房和北部的茨榆坨地區，以南部巖漿活動最強，其他地區不發育。東營組火成巖的主要分布范圍與沙一段相似，主要分布于南部的紅星—大平房，其他地區不發育。

圖1 東部凹陷區域地質圖Fig.1 Geological map of eastern depression

2 火成巖巖性分類

依據火成巖的成因、化學成分及特征礦物組合特征，東部凹陷新生界中基性火成巖整體可劃分為玄武巖、粗面巖、輝綠巖、沉火山碎屑巖4大類(表1)，按照火成巖的內部結構可進一步細分為14種巖石類型。其中玄武巖在整個凹陷內廣泛發育，房身泡組、沙三段、沙一段、東營組均有分布，占火成巖鉆遇總厚度的90%。其次為粗面巖，集中發育于沙三中亞段，主要分布在黃沙坨—歐利坨子—熱河臺、紅星—小龍灣地區，占鉆遇總厚度的6%。輝綠巖侵入時期主要為東營期，在房身泡組、沙三段、沙一段和東營組都有分布，主要侵入層位為沙三段和沙一段，空間分布上集中分布于北部的青龍臺和南部的紅星—小龍灣地區，其他地區零星分布，占鉆遇總厚度的2%。沉火山碎屑巖主要發育于房身泡組和沙三段，占鉆遇總厚度的2%。

表1 東部凹陷新生界火成巖巖性分類表

3 巖性的測井識別

不同類型火成巖由于礦物組成不同，其測井曲線響應形態、區間值范圍也具有一定的差異，以往的測井巖性識別方法主要是利用自然伽馬、深側向電阻率、密度、聲波時差等常規測井參數來識別火成巖巖性，并建立相關取值區間和標準[12]。本文在參考以往研究成果的基礎上，歸納總結不同火成巖巖性的測井響應特征，進行火成巖巖性有效識別。

3.1 玄武巖類的測井識別

玄武巖類(主要發育巖相為溢流相、爆發相)自然伽馬值和深側向電阻率值普遍較低，自然伽馬值一般不超過50 API，電阻率一般<100 Ω·m；板狀熔巖流亞相發育的致密玄武巖密度較高，一般都在2.7 g/cm3以上，而復合熔巖流亞相發育的氣孔玄武巖和火山碎屑流亞相發育的玄武巖質角礫巖密度相對較低，一般都<2.6 g/cm3。補償中子為10%～45%，聲波時差在50～90 μs/ft之間。密度及中子曲線組合形態為“負差異”(圖2)。

3.2 粗面巖類的測井識別

粗面巖類(主要發育巖相為溢流相、侵出相、爆發相)普遍具有自然伽馬值較高的顯著特點，一般都>110 API。密度為2.3～2.75 g/cm3，深側向電阻率為10～3 150 Ω·m，其中板狀熔巖流亞相發育的粗面質熔巖密度相對較高，可達到2.7 g/cm3，電阻率最高達1 000 Ω·m，而侵出相發育的塊狀粗面巖和火山碎屑流亞相發育的粗面質角礫巖密度相對較低，大多<2.5 g/cm3，電阻率普遍<100 Ω·m。補償中子為2%～15%，聲波時差在50～68μs/ft之間。密度及中子曲線組合形態為“正差異”或“絞合狀”(圖3)。

圖2 玄武巖類測井響應特征Fig.2 Logging response characteristics of basalt

圖3 粗面巖類測井響應特征Fig.3 Logging response characteristics of trachyte

3.3 輝綠巖的測井識別

由于輝綠巖(發育巖相為侵入相)與玄武巖具有相似的化學成因，因此其電性特征與玄武巖具有較好的相似性，主要差別在于輝綠巖的密度和電阻率相對更高，電阻率最高達300 Ω·m，密度最高可達2.85 g/cm3，密度及中子曲線組合形態為較大的“負差異(圖4)。

圖4 輝綠巖測井響應特征Fig.4 Logging response characteristics of diabase

4 火成巖儲層評價

4.1 火成巖巖性與物性關系

通過收集整理的487套東部凹陷新生界火成巖物性分析結果，表明火成巖孔隙度介于0.9%～29.2%，平均值為9.2%，滲透率介于0.01～56 mD，平均值為0.23 mD，總體上表現為中孔-低滲特征，其中粗面巖與玄武巖的孔隙度呈單峰式正態分布，峰值區間均為5%～10%(中孔)，滲透率呈雙峰式分布，且以偏向低值一側樣品所占比例較大。輝綠巖的孔隙度以低于5%的特低孔為主，反映出其基質物性偏低，裂縫和大的溶蝕孔洞對其儲層貢獻較大。這表明，粗面巖類和玄武巖類基質物性略好于輝綠巖，但總體上差別不大。

綜上，筆者將不同巖石結構的火成巖進行分類物性統計，綜合評價認為火山碎屑巖類，包括角礫化粗面巖、粗面質角礫巖、玄武質角礫巖整體上物性最好，為I類儲層；氣孔玄武巖、沉火山碎屑巖、塊狀粗面巖物性中等，為II類儲層；輝綠巖、致密玄武巖物性最差，為III類儲層(圖5)。

圖5 東部凹陷火成巖巖性-物性關系圖Fig.5 Lithological-physical relationship diagram of igneous rocks in eastern depression

4.2 火成巖巖性與含油氣性關系

根據不同巖性火成巖(油跡以上)油氣顯示級別的統計(圖6)，角礫化粗面巖及粗面質角礫巖含油氣性最好，油跡以上顯示的厚度比例都在30%以上。玄武質角礫巖、塊狀粗面巖、沉凝灰巖、凝灰質砂巖的含油氣性大致相當，顯示好的層段在10%～20%之間。致密塊狀玄武巖和裂縫不發育的氣孔玄武巖、 輝綠巖含油氣性最差， <10%。

圖6 東部凹陷火成巖巖性-含油氣性關系圖Fig.6 Lithological-oiliness relationship diagram of igneous rocks in eastern depression

4.3 火成巖巖性與脆性關系

巖石壓裂破碎試驗結果表明，玄武巖的破碎圍壓和抗剪強度最大，分別為29.41～31.52MPa和72.17～92.83 MPa，平均值為30.47 MPa和82.50 MPa；粗面巖的破碎圍壓和抗剪強度中等，分別為26.10～31.24 MPa和38.10～81.56 MPa，平均值為28.09 MPa和63.11 MPa；粗面質碎屑巖的破碎圍壓和抗剪強度最小，分別為23.48～26.00 MPa和24.95～68.22 MPa，平均值為24.74 MPa和45.29 MPa。這說明玄武巖不易破裂，最難形成構造裂縫，而粗面巖類尤其是粗面質碎屑巖在構造作用下更易發生脆性破碎，容易形成構造裂縫。

結合物性測試結果并參考油氣顯示及巖石脆性測試結果，綜合評價出火成巖優勢巖性儲層依次為(表2)：儲集空間發育、易破碎、物性及含油性好的、多發育于侵出相、爆發相及火山通道相的粗面質角礫巖和角礫化粗面巖為I類儲層；(塊狀)粗面巖(發育于溢流相、侵出相)、玄武質角礫巖(發育于爆發相)、沉火山碎屑巖(發育于火山沉積相)等本身儲集條件較好或易于后期改造的巖性，區內含油性為I—II類，歸為II類儲層；發育于溢流相的致密玄武巖、氣孔玄武巖和侵入相的輝綠巖本身儲集空間不發育，或氣孔發育需裂縫改造連通的巖性，物性、含油性、脆性等相對較差，為III類儲層。基于上述儲層特征獲得了紅星地區的儲層評價結果(圖7)。

5 結論

(1)東部凹陷新生界火成巖是一套中基性為主的巖漿巖，噴出巖主要為玄武巖和粗面巖，侵入巖主要為輝綠巖。化學成分相同的火成巖，由于其內部結構、構造不同，測井響應值及曲線形態也表現出一定的差異性。火山碎屑巖類的自然伽馬、電阻率、密度值均會略<其對應的火山熔巖類，曲線形態也表現出微齒狀過渡到鋸齒狀的特征。

表2 東部凹陷火成巖優勢巖性儲層綜合評價表

(2)儲集空間發育、易破碎、物性及含油性好的粗面質角礫巖、角礫化粗面巖為I類儲層；玄武質角礫巖、塊狀粗面巖、火山沉積巖等本身儲集條件較好或易于后期改造的巖性為II類儲層；氣孔玄武巖、輝綠巖、致密玄武巖等本身儲集空間不發育或局部發育需后期改造連通的巖性，物性、含油性、脆性等相對較差，為III類儲層。