錦州南變質巖潛山巖性測井響應及儲層展布研究

李廣龍，王雙龍，施淳元，齊 鴻

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

從渤海首個變質巖潛山油藏——錦州南油田的成功開發到蓬萊9-1、渤中19-6大型潛山油氣田的成功勘探，古潛山油氣藏逐漸成為渤海油田儲量和產量的重要增長點[1-4]。裂縫是潛山油氣藏的主要儲集空間，也是流體的重要滲流通道[5-6]，因此這類油氣藏的核心問題在于裂縫，裂縫發育的基礎是巖性，因而較全面地開展潛山巖性特征及空間展布規律、巖性對裂縫儲層的影響等研究，有助于進一步提升勘探開發效果。前人對錦州南油田變質巖巖性開展過大量研究，主要集中在巖性特征、常規測井響應特征以及四性關系等方面[7-8]，但受巖心取樣數量及測井工具等的限制，僅識別出片麻巖、混合花崗巖以及少量的巖漿巖，但隨著后期巖心取樣增多以及成像測井、元素俘獲測井(ECS)等測井儀器的應用，又識別出混合片麻巖、注入混合巖、構造角礫巖等多種巖性；但目前這些巖性對儲集性能的影響及其空間分布規律的認識仍不清楚。

本文以錦州南變質巖潛山油藏地質認識為基礎，將巖心、薄片資料與常規測井、元素俘獲測井(ECS)及成像測井相結合，開展變質巖潛山巖性測井識別，總結變質巖測井響應特征，建立巖性識別標準，全面研究變質巖空間展布特征，為其他相似潛山油氣藏提供借鑒。

1 巖性測井響應特征

根據研究區太古界潛山9口井巖心和巖屑觀察、144塊薄片鑒定、16口井成像測井、9口井元素俘獲測井(ECS)及前人實驗測試結果等資料的研究[7-9]，可知錦州南太古界潛山巖性復雜，主要由變質巖和巖漿巖組成。變質巖以區域變質巖、混合變質巖和上述巖類受構造作用改造而成的動力變質巖三大巖類為主，并進一步細分為8種，最常見的變質巖為片麻巖、混合片麻巖、構造角礫巖等；巖漿巖為晚期侵入體，以中性或基性侵入巖為主，最常見的巖漿巖為閃長玢巖和輝綠巖，且多沿著變質巖的斷層和裂縫形成巖脈。

1.1 巖性測井響應特征

巖性識別研究的第一步是建立區內特定巖性對各類測井參數的響應關系。造巖礦物的差異造就變質巖潛山巖性的變化，從而影響測井響應特征，基于上述多種手段識別出的巖石類型及其礦物成分特征，與常規測井參數建立對應關系[10-12]。已有研究表明[13]，核測井系列(自然伽馬(GR)、中子(CN)、密度(DEN)測井)對于變質巖的識別更為有效。本次研究通過對研究區常規測井、元素俘獲測井(ECS)及成像測井資料進行分析，總結研究區主要巖性測井響應特征(圖1)。

圖1 錦州南油田變質巖潛山巖性測井特征識別圖版

1.1.1 區域變質巖類

研究區的區域變質巖主要為二長片麻巖或斜長片麻巖，根據黑云母、角閃石等礦物含量的不同可進一步細分為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、黑云二長片麻巖、角閃黑云二長片麻巖等，粒度主要以中粗粒、中粒為主。常規測井曲線具有高自然伽馬的特征，自然伽馬曲線多為微鋸齒狀，值為110～231 API；中子-密度曲線多呈“絞合狀”，或少見微偏“正相交”(正相交為中子曲線在密度曲線右側，負相交為中子曲線在密度曲線左側)，密度隨著暗色礦物含量增大而增大，密度為2.46～2.63 g/cm3，中子值為2.5%～15.7%。元素俘獲測井(ECS)表現為硅含量較高，鐵、鋁含量較低的特征。高分辨率隨鉆電阻率成像測井(GVR)電阻率靜態圖像呈暗黃-黃色，裂縫較發育。

1.1.2 混合巖類

(1)混合花崗巖：混合花崗巖是混合巖化作用最強烈的巖石[14]，區內混合花崗巖主要為二長混合花崗巖和斜長混合花崗巖。常規測井曲線中，二長混合花崗巖呈中-高自然伽馬，自然伽馬曲線呈鋸齒狀，值為86～120 API，中子-密度曲線多為“正相交”，中子值為3.3%～6.9%，密度為2.51～2.60 g/cm3；斜長混合花崗巖呈中-低自然伽馬，自然伽馬曲線呈鋸齒狀，值為55～78 API，中子-密度曲線呈“絞合狀”或“正相交”，中子值為3.6%～7.5%，密度值為2.51～2.61 g/cm3。元素俘獲測井(ECS)中，二長混合花崗巖表現為高硅、高鉀、中高鈦、高釓、低鐵特征，斜長混合花崗巖表現為高硅、低鐵、低鈦、低鉀、低釓特征。GVR電阻率靜態圖像中，二長混合花崗巖呈暗黃-黃色，巖石較均一，塊狀結構，裂縫、溶蝕孔隙較發育；斜長混合花崗巖呈黃褐-亮黃色，塊狀構造，局部可見到片麻構造，裂縫較發育。

(2)混合片麻巖：區內混合片麻巖常規測井曲線呈中自然伽馬，自然伽馬曲線呈微鋸齒狀，值為75～111 API，中子-密度曲線多呈“絞合狀”，中子值為4.0%～11.4%，密度為2.47～2.63 g/cm3。元素俘獲測井(ECS)表現為低硅、高鐵、高鈦、中高釓特征。GVR電阻率靜態圖像呈暗黃-黃色，暗色礦物定向排列形成的片麻理較發育，裂縫、溶蝕孔較發育。

(3)注入混合巖：注入混合巖非均質性強，其混合程度較弱，新生脈體含量少于50%。常規測井曲線表現為中-高自然伽馬，中-高密度的特征。其中，自然伽馬曲線呈鋸齒狀，值為104～171 API；中子-密度曲線呈“負相交”，中子值為6.7%～10.4%，密度為2.52～2.71 g/cm3。GVR電阻率靜態圖像中基體和脈體界線清晰。

1.1.3 動力變質巖

研究區動力變質巖主要為構造角礫巖和碎裂巖，少見糜棱巖。構造角礫巖和碎裂巖往往發育在斷層破碎帶附近，常規測井曲線表現為電阻率曲線和密度曲線均降低，而中子曲線升高，從而形成向左“凹”狀；中子-密度曲線呈“正相交”，曲線值往往與巖性和破碎程度有關；研究區構造角礫巖深側向電阻率值為22.5～117.4 Ω·m，中子值為6.4%～13.4%，密度為2.44～2.54 g/cm3。構造角礫巖在GVR電阻率靜態圖中特征明顯，為黃-棕褐色，巖石呈破碎狀，碎塊大小混雜，排列紊亂。

1.1.4 侵入巖

研究區侵入巖主要為輝綠巖和閃長玢巖。常規測井曲線中，輝綠巖具有低自然伽馬、高密度、高中子的特征，閃長玢巖具有中-低自然伽馬，中-高中子、高密度的特征，這兩類巖石密度和中子曲線呈現大幅“負相交”，易于識別。輝綠巖自然伽馬值為86～110 API，中子值為20.5%～22.7%，密度為2.72～2.81 g/cm3；閃長玢巖自然伽馬值為77～94 API，中子值為15.4%～19.1%，密度為2.43～2.55 g/cm3。元素俘獲測井(ECS)具有低硅、高鐵、高鈦、低鉀特征。GVR電阻率靜態圖像中，輝綠巖呈暗黃-黑色，巖石較均一，與周邊的變質巖具有明顯邊界；閃長玢巖具有兩種特征：一種為低電阻率，中低密度，靜態圖像顏色呈褐色，動態圖像呈塊狀，推測此段閃長玢巖綠泥石化嚴重，雖然計算孔隙度較大，但多為束縛孔隙；另一種為高電阻率，高密度，靜態圖像顏色為黃色，動態圖像呈塊狀，為致密閃長玢巖，物性差。

1.2 巖性識別

交會圖是目前較為常用的一種區分復雜巖性的方法，通過采用兩種或者多種測井響應參數直觀展示各類巖石關鍵測井參數的變化，給出不同巖性的測井響應區域，進而區分不同的巖性[15-17]。目前應用較多的有自然伽馬-密度、自然伽馬-光電吸收截面指數、自然伽馬-中子、密度-中子等交會圖，不同類型的交會圖在巖性識別方面有其特定的優勢和局限性。

本次根據測井資料錄取情況和研究區變質巖類型采用自然伽馬-中子、自然伽馬-密度、密度-中子三種交會圖(圖2)。分析發現，自然伽馬-中子、自然伽馬-密度兩種交會圖配合使用能較好地區別多種巖性，密度-中子交會圖能較好地區別二長混合花崗巖和混合片麻巖，二長片麻巖和斜長片麻巖各項測井參數特征相似，不易區分。

圖2 變質巖巖性測井交會圖

2 巖性與儲集性能的關系

2.1 巖石類型對儲集性能的影響

巖性和構造作用是儲集空間形成與保存的核心控制因素[18]，本文重點開展巖性因素對儲集性能的影響分析。基于巖心和成像測井資料，為保證在相同構造應力條件下，分析不同巖性對裂縫的影響程度，選取同一口井相鄰的兩種巖性并統計其宏觀裂縫發育情況，經過多次不同巖性的兩兩對比可在一定程度上反映不同巖石類型對裂縫發育程度的影響。

統計發現，變質巖裂縫密度明顯大于巖漿巖(輝綠巖、閃長玢巖)；變質巖中注入混合巖裂縫密度最小，其次為片麻巖和混合片麻巖，混合花崗巖裂縫密度最大(圖3)。

圖3 主要巖性裂縫密度對比

2.2 暗色礦物對儲集性能的影響

變質巖主要由淺色礦物和暗色礦物組成，其裂縫發育程度遵循“優勢巖性”，即暗色礦物含量越多，裂縫越不發育[19-21]。這是由于暗色礦物相對淺色礦物塑性更強，脆性更弱，抗壓強度和抗剪強度均較大，在較大構造應力時易發生塑性變形而不易產生裂縫。

通過對研究區8口井32個薄片中暗色礦物(黑云母和角閃石)統計，總結5類主要巖性中暗色礦物含量變化情況(圖4)：巖漿巖(輝綠巖)中暗色礦物含量明顯高于變質巖；在變質巖中，注入混合巖暗色礦物含量最高，片麻巖暗色礦物含量其次，混合片麻巖和混合花崗巖隨著混合巖化作用增強暗色礦物含量減少。同時建立13組變質巖巖心空氣孔隙度與暗色礦物含量關系，暗色礦物和孔隙度呈明顯負相關(圖5)，進一步表明暗色礦物含量越高，變質巖儲集性能越差。

圖4 主要巖性暗色礦物含量

圖5 暗色礦物含量與孔隙度關系

2.3 巖性演化對儲集性能的影響

基于變質巖成因理論[22]，以錦州南油田變質巖潛山為例，對該區變質巖演化過程進行總結，以尋找優勢巖性儲層。

變質巖是原巖經變質作用轉化而成的巖石，錦州南油田結晶基底屬于遼東型鞍山群，其原巖主要為早期沉積巖[23]。隨著早期巖漿活動或區域構造作用發生區域變質作用，研究區早期原巖變質成區域性片麻巖，為研究區主體巖性；地殼深部的區域變質作用會進一步發展為區域混合巖化作用，越接近地殼深部，巖漿熱流混合巖化作用越強，潛山由表及里初步形成了片麻巖、混合片麻巖以及混合花崗巖這種“似層狀”巖性分布模式，在混合巖化作用強烈的區域，片麻巖甚至全部轉化成混合片麻巖或者混合花崗巖；同時，錦州南潛山受印支運動、燕山運動等強烈構造運動，生成遼西1號和遼西2號大斷層，形成錦州南潛山初步地貌特征[24]，沿著大斷層上升的巖漿熱流亦導致斷層附近發生混合巖化作用，形成混合片麻巖或混合花崗巖，往往構造作用越強的區域這種混合巖化作用越強。在研究區變質巖潛山形成的后期，潛山構造低部位受后期巖漿巖侵入發生邊緣混合巖化作用，潛山構造低部位生成注入混合巖。結合注入混合巖平面分布規律，可推測后期巖漿巖由研究區北東方向侵入，甚至有可能沿著遼西2號斷層左側的深谷流至2井區與7井區南部，同時后期巖漿巖沿著大的斷層或者裂縫形成巖漿巖巖脈。

綜上所述，基于對研究區巖石類型、暗色礦物含量及巖性演化分析，建立了錦州南油田變質巖潛山優勢巖性序列，由好到差依次為混合花崗巖、混合片麻巖、片麻巖、注入混合巖、閃長玢巖/輝綠巖。統計中也發現，混合花崗巖、混合片麻巖以及片麻巖裂縫均較發育，雖也有一定的差別，但差別不大，裂縫發育情況明顯好于后三種巖性。

3 潛山儲層展布特征

3.1 垂向展布

基于上述變質巖和巖漿巖測井響應特征，結合地震、錄井及鑄體薄片等資料，對錦州南地區40余口變質巖潛山鉆井的巖性進行劃分，總結了區內潛山各種巖性儲層的垂向展布特征，即錦州南潛山裂縫帶巖性由表及里大致可分為片麻巖帶、混合片麻巖帶及混合花崗巖帶，巖漿巖則以不同厚度夾雜在這三種巖性帶之中，構造角礫巖往往在斷層附近較為發育，注入混合巖則多發育于潛山構造低部位邊部(圖6)。但并非所有井/井區各種巖性均發育，有的井甚至只鉆遇一種巖性，其巖性縱向分布與構造位置緊密相關。

圖6 研究區變質巖潛山裂縫帶巖性剖面

3.2 平面展布

綜合巖心、薄片以及測井等資料，統計研究區不同巖性平面展布情況，繪制相應圖件(圖7)，并對平面展布特征進行總結。

圖7 研究區潛山巖性平面分布

片麻巖為研究區分布范圍最廣的巖性，主要分布在2井區、7井區及4D井區，斷裂系統較為發育，是目前油氣分布的主要區域，儲量占整個錦州南潛山油田的60%以上，該巖性區的開發井產能較高，初期平均日產能約為500 m3；混合片麻巖主要分布在1井區與8井區，主要位于整個潛山構造的最高部位，其斷裂系統也最為發育，該巖性區的開發井產能也較高，初期平均日產能約為300 m3；混合花崗巖主要位于遼西1號斷層和遼西2號斷層上升盤一側；注入混合巖在研究區則主要分布在遼西2號斷層下降盤一側或潛山構造低部位的邊部，該區域的生產井產能較差，注水井的注水能力也較差，表明裂縫不發育。

4 結論

(1)變質巖潛山巖性復雜，識別困難，需通過巖心、薄片資料進行識別，但海上油氣田取心受成本限制，巖心資料較少。通過總結變質巖“常規測井+元素俘獲測井+成像測井”的響應特征，為識別變質巖巖性及優勢巖性提供一定的參考。

(2)巖石類型及暗色礦物含量對研究區變質巖裂縫儲層形成具有控制作用，結合研究區遼東型鞍山群變質巖演化特征分析，建立了錦州南油田變質巖潛山優勢巖性序列，由好到差依次為混合花崗巖、混合片麻巖、片麻巖、注入混合巖、閃長玢巖/輝綠巖。

(3)錦州南油田變質巖儲層巖性空間分布不均勻。垂向上呈“似層狀”分布，由表及里可大致分為片麻巖帶、混合片麻巖帶及混合花崗巖帶，但變質作用不均一，有些巖性在垂向上可能未發育；平面上呈分區性分布。在開發生產中，應盡量避開注入混合巖、侵入巖等發育區域。