吳 峻,陳孔全,張 鋒,沈均均,劉金帥,譚 靜
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巖漿巖油氣藏的勘探已有一百多年的歷史,國內(nèi)外學(xué)者對巖漿巖油氣藏做過大量的研究工作。中國沉積盆地巖漿巖油氣藏于1957年首次在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣發(fā)現(xiàn)[1],目前在渤海灣、松遼、準(zhǔn)噶爾、二連、三塘湖等11個含油氣盆地也相繼發(fā)現(xiàn)了巖漿巖油氣藏[2-4]。雖然有關(guān)巖漿巖油氣藏的勘探開發(fā)目前已進(jìn)入全面勘探的階段,具有了較為成熟的成果和認(rèn)識,但是有關(guān)侵入巖接觸變質(zhì)帶儲層發(fā)育與分布特征研究較為薄弱,仍然未形成統(tǒng)一的認(rèn)識。侵入巖的存在使圍巖發(fā)生不同程度的變質(zhì)作用,發(fā)育大量微裂縫,形成了接觸變質(zhì)帶裂縫型儲集層[5-7]。這種儲集空間相對于巖漿巖自身由于構(gòu)造作用形成的裂縫而言,具有更好的儲集效應(yīng)。近年來,中國多個油田發(fā)現(xiàn)輝綠巖熱接觸變質(zhì)帶油氣藏,包括華北油田冀中廊固凹陷[8]、勝利油田沾化凹陷羅家地區(qū)羅151塊[9]、江蘇油田高郵凹陷北斜坡[10]等。
蘇北盆地溱潼凹陷側(cè)蘇241井、帥1-7井接觸變質(zhì)帶儲層發(fā)現(xiàn)良好的油氣顯示[11],均有穩(wěn)定的日產(chǎn)油流,是侵入巖接觸變質(zhì)帶儲層研究的有利地區(qū)。本文以蘇北盆地溱潼凹陷帥垛—茅山地區(qū)侵入巖接觸變質(zhì)帶為例,從接觸變質(zhì)帶儲層特征、識別、分布特征、典型油氣藏解剖等方面,研究該儲層的發(fā)育與分布特征,探討有利儲層的發(fā)育規(guī)律和控制因素。
蘇北盆地是以新生界斷陷及其轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一坳陷來圈定的,呈“兩坳夾一隆”的構(gòu)造格局[12-14],自北向南分別為鹽阜坳陷、建湖隆起、東臺坳陷[15]。溱潼凹陷位于東臺坳陷中東部,為東臺坳陷中的一個亞一級構(gòu)造單元(圖1)。溱潼凹陷是呈北東向展布的不對稱半地塹沉積凹陷[16],東南側(cè)、東北側(cè)分別以泰州凸起、梁垛低凸起為界,西側(cè)與吳堡低凸起相分隔,帥垛—茅山地區(qū)位于溱潼凹陷的中北部(圖1),自下而上發(fā)育的新生代地層包括:泰州組(E1t)、阜寧組(E1f)、戴南組(E2d)、三垛組(E2s)、鹽城組(N1y)和東臺組(Q2d)[17]。溱潼凹陷經(jīng)歷了多階段多期次構(gòu)造—巖漿活動,區(qū)域內(nèi)發(fā)育大規(guī)模巖漿巖,噴出巖以玄武巖為主,分布于三垛組中,侵入巖以輝綠巖為主[18],分布于阜寧組中。
巖石學(xué)特征是接觸變質(zhì)帶研究的基礎(chǔ),在完成對巖心觀察的基礎(chǔ)上,對溱潼凹陷帥垛—茅山地區(qū)的12口取心井進(jìn)行了詳細(xì)的巖性描述、測量和記錄,巖心測量累計厚度達(dá)174.71 m;并結(jié)合薄片、鑄體、全巖黏土和掃描電鏡等化驗分析資料,對20口井的錄井巖性進(jìn)行校正歸位,其中18口井鉆遇侵入巖和接觸變質(zhì)帶。帥垛—茅山地區(qū)的主要巖石類型包括砂巖、泥巖、玄武巖、輝綠巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)泥巖和隱爆角礫巖。與侵入巖接觸變質(zhì)帶相關(guān)的主要巖石類型有輝綠巖、變質(zhì)泥巖和變質(zhì)砂巖等。
圖1 蘇北盆地構(gòu)造區(qū)劃、帥垛—茅山地區(qū)侵入巖平面分布及巖漿活動期次Fig.1 Structural zoning of the Northern Jiangsu Basin, and plane distribution and magmatic activity period of Shuaiduo-Maoshan intrusive rocks
溱潼凹陷的侵入巖主要為輝綠巖,巖心觀察發(fā)現(xiàn)氣孔構(gòu)造(圖2a)。薄片觀察呈灰黑、灰綠色,斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要為基性斜長石和輝石;基性斜長石含量在50%~60%之間,輝石含量在20%~30%之間,基質(zhì)為間粒和輝綠結(jié)構(gòu)(圖2d)。
巖心觀察發(fā)現(xiàn)變質(zhì)泥巖裂縫被方解石填充,見包卷層理(圖2b)。泥巖經(jīng)變質(zhì)作用,在高溫下發(fā)生脫水反應(yīng),原巖中大多數(shù)組分發(fā)生重結(jié)晶,形成堇青石、紅柱石等,具角巖結(jié)構(gòu),變質(zhì)為角巖[11]。變質(zhì)程度相對較低的板巖中,黏土礦物部分弱變質(zhì)為綠泥石,呈斑點狀,部分變質(zhì)為絹云母,黏土礦物呈現(xiàn)隱晶質(zhì)(圖2e)。砂巖相對泥巖蝕變?nèi)?,巖心觀察發(fā)現(xiàn)灰褐色變質(zhì)砂巖,內(nèi)部發(fā)育次生黃鐵礦條帶和結(jié)核(圖2c)。變質(zhì)砂巖主要為泥質(zhì)粉砂巖的板巖化和角巖化,具變余粉砂結(jié)構(gòu),顆粒主要為石英,粒間分布細(xì)小絹云母,呈層狀定向分布(圖2c)。
溱潼凹陷侵入巖對接觸變質(zhì)帶圍巖的建設(shè)性改造效應(yīng)主要體現(xiàn)在儲集空間的產(chǎn)生,儲集空間可分為2類,分別為孔隙和裂縫。
變質(zhì)泥巖以裂縫為主,孔隙次之。裂縫主要包括構(gòu)造縫(圖2b)、熱液微裂縫(圖2e)和收縮縫(圖2g)??紫栋ㄈ芪g成因的微溶孔(圖2h)、粒間孔和原生晶間孔(圖2i)。變質(zhì)泥巖儲集層在熱接觸變質(zhì)作用過程中,發(fā)生脫水、礦物重結(jié)晶等作用,對孔隙和裂縫的發(fā)育產(chǎn)生積極的影響??紫抖仍?1.5%~22.4%之間,平均孔隙度約為14.31%;滲透率在(0.45~5.32)×10-3μm2之間,平均滲透率約為1.42×10-3μm2。
變質(zhì)砂巖主要發(fā)育粒間孔和收縮縫(圖2j)。變質(zhì)砂巖儲集層主要受巖漿熱液影響,對具有連通孔隙的砂巖進(jìn)行侵蝕和改造,礦物發(fā)生離析、擴(kuò)散和結(jié)晶等作用,改善變質(zhì)砂巖的儲集性??紫抖仍?2.4%~20.6%之間,平均孔隙度約為18.56%;滲透率在(0.23~6.46)×10-3μm2之間,平均滲透率約3.23×10-3μm2。
采用井震結(jié)合的方法對帥垛—茅山地區(qū)的侵入巖接觸變質(zhì)帶進(jìn)行追蹤識別。溱潼凹陷侵入巖在地震剖面上主要表現(xiàn)為低頻、中連續(xù)—較連續(xù)的中—強(qiáng)振幅反射,在地震屬性上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅和低頻率屬性,易于追蹤識別。研究區(qū)內(nèi)侵入巖接觸變質(zhì)帶通常厚度較小,接觸變質(zhì)帶與圍巖波阻抗差值很小,接觸變質(zhì)帶與侵入體伴生,受侵入巖屏蔽的影響,反射界面不清楚,使其在地震反射剖面上難以準(zhǔn)確識別出來(圖3)。但通過對測井資料的分析,發(fā)現(xiàn)利用測井曲線可以較為有效地識別接觸變質(zhì)帶。
溱潼凹陷侵入巖的測井響應(yīng)特征主要表現(xiàn)為低平自然伽馬、低自然電位、中低聲波時差和高電阻率,其在測井曲線中易于識別。與識別侵入巖相比,對接觸變質(zhì)帶的追蹤識別則相對困難。圍巖受到侵入體的影響,形成接觸變質(zhì)帶,產(chǎn)生大量微裂縫,接觸變質(zhì)帶呈現(xiàn)中孔、中滲等特征。通過對測井資料的分析發(fā)現(xiàn),接觸變質(zhì)帶測井響應(yīng)表現(xiàn)為高自然伽馬、中等聲波時差、中等自然電位,局部表現(xiàn)為負(fù)異常、高電阻率等特征。聲波時差、自然電位和電阻率的數(shù)值介于侵入巖與正常砂巖、泥巖之間,其中電阻率變化特征明顯,在侵入巖上下附近表現(xiàn)出“鐘形”降低的特征(圖4a)。含油層接觸變質(zhì)帶相比非含油層表現(xiàn)出較低的自然伽馬、較低聲波時差和較高電阻率等特征(圖4b)。
圖2 蘇北盆地溱潼凹陷接觸變質(zhì)帶儲層典型特征
a.輝綠巖巖心,Shuai7井 2 810 m;b.變質(zhì)泥巖巖心,Shuai5井3 082 m;c.變質(zhì)砂巖巖心,Mao5井 2 263 m;d.輝綠巖鏡下特征,Shuai4井2 884.6 m,單偏光;e.泥質(zhì)板巖微裂縫,Wu1井2 943.38 m ,單偏光;f.變質(zhì)砂巖,Zhao1井3 405.6 m,正交偏光;g.變質(zhì)泥巖收縮縫,Wu1井2 945.08 m,掃描電鏡;h.變質(zhì)泥巖微孔,Shuai4井2 930.5 m,掃描電鏡;i.板巖粒間孔、晶間孔,Shuai5井2 901.82 m,掃描電鏡;j.變質(zhì)砂巖粒間孔、收縮縫,Shuai4井2 947.73 m,掃描電鏡
Fig.2 Reservoir characteristics in the contact metamorphic zone of hypabyssal intrusive rocks in the Qintong Sag, Northern Jiangsu Basin
圖3 蘇北盆地溱潼凹陷侵入巖地震響應(yīng)特征地震剖面位置見圖1。Fig.3 Seismic responses of intrusive rocks in Qintong Sag, Northern Jiangsu Basin
侵入巖接觸變質(zhì)帶通常發(fā)育在侵入巖周圍,二者之間存在緊密聯(lián)系。為了了解接觸變質(zhì)帶空間分布特征,必須明確侵入巖在空間上的分布規(guī)律。
為研究侵入巖在空間上的展布特征,本文結(jié)合地震資料和測井資料,采用井震結(jié)合的方法對30口井進(jìn)行層位標(biāo)定,并建立了8條控制研究區(qū)范圍內(nèi)的連井對比剖面以及相對應(yīng)的連井地震解釋剖面,其中近東西向4條,近南北向4條。根據(jù)火山機(jī)構(gòu)識別模式,運(yùn)用火山巖地震剖面反射特征識別技術(shù)、水平特征識別技術(shù)、三維可視化技術(shù)等方法精確地預(yù)測了火山機(jī)構(gòu)的位置,對侵入巖進(jìn)行追蹤識別,總結(jié)侵入巖空間分布規(guī)律。
溱潼凹陷淺成侵入巖的侵入形式主要表現(xiàn)為順層侵入和穿層侵入(圖3)。順層侵入多出現(xiàn)在斷裂的上盤,主要分布于阜三段地層之中,呈巖床形式,并具有中心厚邊部薄特征,是本區(qū)侵入巖主要的產(chǎn)出形式。穿層侵入具有繼承性,多出現(xiàn)在斷裂的下盤,穿越地層為阜寧組三段、阜寧組四段和戴南組,并在三垛組逐漸消亡,呈現(xiàn)為楔狀形態(tài)。侵入巖從南東向北西,由阜寧組三段向阜寧組四段微角度不整合侵入,均為淺成侵入。溱潼凹陷帥垛—茅山地區(qū)侵入巖厚度變化在5~70 m之間,整體從近南東向至北西向有逐漸減薄的趨勢。東南部地區(qū)以及帥4井西部地區(qū)出現(xiàn)高值,厚度達(dá)70 m;中部地區(qū)厚度變化不大,在15~20 m之間;北部地區(qū)厚度較薄,在1~5 m之間(圖1)。
圖4 蘇北盆地溱潼凹陷接觸變質(zhì)帶測井響應(yīng)特征Fig.4 Logging responses of contact metamorphic zone in Qintong Sag, Northern Jiangsu Basin
圖5 蘇北盆地溱潼凹陷侵入巖厚度與上、下接觸變質(zhì)帶厚度的關(guān)系Fig.5 Relationship between the thickness of intrusive rocks and contact metamorphic zone in the Qintong Sag,Northern Jiangsu Basin
結(jié)合接觸變質(zhì)帶的巖石學(xué)特征和地球物理響應(yīng)特征,對帥垛—茅山地區(qū)多口探井的侵入巖及其接觸變質(zhì)帶進(jìn)行了識別,發(fā)現(xiàn)接觸變質(zhì)帶在空間分布上有以下特征:(1)接觸變質(zhì)帶通常發(fā)育在侵入巖上、下兩側(cè),且兩者在厚度上具有較好的相關(guān)性(圖5),當(dāng)侵入巖厚度小于10 m時,接觸變質(zhì)帶發(fā)育很差或基本不發(fā)育;當(dāng)侵入巖大于30 m時,接觸變質(zhì)帶發(fā)育情況較好。(2)侵入巖上、下接觸變質(zhì)帶大多呈非對稱分布,上接觸變質(zhì)帶比下接觸變質(zhì)帶厚度大(圖5)。由于巖漿侵入時帶來的熱液運(yùn)移壓力差,造成流體更傾向于向上運(yùn)移進(jìn)入上接觸變質(zhì)帶,導(dǎo)致上部圍巖相對于下部圍巖受熱充足,上部圍巖相對于下部圍巖更容易發(fā)生蝕變?;诖?,本文認(rèn)為熱液運(yùn)移的驅(qū)動力壓差可能是造成上述現(xiàn)象的原因。(3)與侵入巖侵入的部位有關(guān),如果圍巖以泥質(zhì)巖為主,則接觸變質(zhì)帶發(fā)育較好;如果以砂質(zhì)巖為主,則接觸變質(zhì)帶發(fā)育較差。
利用上述歸納的接觸變質(zhì)帶分布特征,在侵入巖空間分布特征的基礎(chǔ)上,加上20口井位數(shù)據(jù)的約束校正,對研究區(qū)侵入巖接觸變質(zhì)帶空間上的分布進(jìn)行預(yù)測。以侵入巖上接觸變質(zhì)帶為例,總體厚度為0~15 m,研究區(qū)南東向區(qū)域接觸變質(zhì)帶較為發(fā)育,厚度為10~15 m;北部區(qū)域接觸變質(zhì)帶發(fā)育較差或幾乎不發(fā)育,厚度為0~5 m(圖6)。
根據(jù)帥垛—茅山地區(qū)侵入巖接觸變質(zhì)帶的分布特征,總結(jié)出了接觸變質(zhì)帶儲層的成藏模式(圖7)。結(jié)合前人的研究成果以及筆者對研究區(qū)成藏條件的分析,認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)控制接觸變質(zhì)帶油氣聚集成藏的因素主要有以下幾個方面:
圖6 蘇北盆地溱潼凹陷帥垛—茅山地區(qū)上接觸變質(zhì)帶平面分布預(yù)測Fig.6 Prediction of the plane distribution of the uppe contact metamorphic zone in Shuaiduo-Maoshan areas,Qintong Sag, Northern Jiangsu Basin
圖7 蘇北盆地溱潼凹陷接觸變質(zhì)帶典型油氣藏模式Fig.7 Typical reservoir pattern of the contact metamorphic zone in the Qintong Sag, Northern Jiangsu Basin
(1)溱潼凹陷具有充足的油氣來源,接觸變質(zhì)帶油氣藏的油氣主要來源于周圍沉積盆地的生油巖以及二次運(yùn)移的油氣。由于研究區(qū)內(nèi)巖漿巖具有較高的熱源,巖漿巖侵入加速了阜二段烴源巖演化過程,門限深度變淺,有利于油氣生成[19]。阜二段發(fā)育成熟的烴源巖從戴南組沉積時開始生油,其產(chǎn)生的油氣是接觸變質(zhì)帶儲層油氣藏主要的油氣來源[20]。
(2)溱潼凹陷經(jīng)過多次構(gòu)造運(yùn)動,發(fā)育了眾多正斷層,同時伴隨著多期次巖漿活動產(chǎn)生的裂縫,為油氣提供良好的運(yùn)移通道。生油層產(chǎn)生的油氣沿著連通性好的砂巖層、斷層[21]、不整合面以及巖漿活動產(chǎn)生的裂縫等有效的運(yùn)移通道,垂向或側(cè)向運(yùn)移至接觸變質(zhì)帶裂縫中。
圖8 蘇北盆地溱潼凹陷帥垛—茅山地區(qū)接觸變質(zhì)帶優(yōu)質(zhì)儲層及油氣成藏有利區(qū)平面分布預(yù)測Fig.8 Prediction of favorable reservoirs of the contact metamorphic zone and favorable targets for oil and gas accumulation in Shuaiduo-Maoshan areas,Qintong Sag, Northern Jiangsu Basin
(3)接觸變質(zhì)帶具有良好的油氣儲集性,溱潼凹陷存在一定規(guī)模的侵入巖,厚度較大,圍巖受烘烤作用發(fā)生變質(zhì),特別是圍巖中的泥巖變質(zhì)明顯,泥巖在變質(zhì)的過程中,其自身變硬、收縮,產(chǎn)生微裂縫,加之后期構(gòu)造運(yùn)動對其的改造,形成泥巖變質(zhì)帶裂縫型儲集層,為油氣聚集提供儲集空間。
(4)變質(zhì)泥巖上層未發(fā)生變質(zhì)或變質(zhì)程度較弱的泥巖可作為蓋層[22]。由于火山通道穿刺,或者侵入巖體穿層侵入,在侵入巖體或者火山通道儲層較致密的條件下,對接觸變質(zhì)帶儲層也起到側(cè)向封堵作用[23]。加之巖漿活動會伴有強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動還可以形成一系列的油藏圈閉,從而形成良好的生儲蓋組合。
研究區(qū)內(nèi)與侵入巖接觸的圍巖中,泥巖更容易發(fā)生蝕變。由于接觸變質(zhì)帶蝕變泥巖內(nèi)部存在大量的裂縫,其厚度越厚,儲集空間就越大,越有利于油氣大量儲集。以上接觸變質(zhì)帶為例,泥巖蝕變帶厚度變化范圍在0~20 m,總體上將接觸變質(zhì)帶蝕變泥巖的厚度劃分為2個等級,0~10 m和10~20 m,厚度在10~20 m之間的蝕變泥巖為接觸變質(zhì)帶的優(yōu)質(zhì)儲層。由于研究區(qū)內(nèi)發(fā)育大量火山通道,使油氣更易運(yùn)移和保存,發(fā)育在火山通道附近的接觸變質(zhì)帶具有良好的油氣顯示。因此,發(fā)育在火山通道附近且厚度較大的接觸變質(zhì)帶蝕變泥巖儲層,是研究區(qū)油氣成藏的有利區(qū)(圖8)。
(1)溱潼凹陷帥垛—茅山地區(qū)侵入巖接觸變質(zhì)帶分布特征與侵入巖分布情況密切相關(guān),接觸變質(zhì)帶發(fā)布部位與侵入巖的侵入位置及圍巖性質(zhì)有關(guān)。接觸變質(zhì)帶通常發(fā)育在侵入巖上、下兩側(cè),接觸變質(zhì)帶厚度基本與侵入巖厚度呈正相關(guān)的關(guān)系。上、下接觸變質(zhì)帶大多呈非對稱分布,上接觸變質(zhì)帶厚度大于下接觸變質(zhì)帶。
(2)從平面分布來看,溱潼凹陷帥垛—茅山中南部地區(qū)接觸變質(zhì)帶較為發(fā)育,北部地區(qū)接觸變質(zhì)帶發(fā)育較差或幾乎不發(fā)育。
(3)接觸變質(zhì)帶蝕變泥巖的厚度是影響優(yōu)質(zhì)儲層分布的主要因素,發(fā)育在火山通道附近的接觸變質(zhì)帶優(yōu)質(zhì)儲層是油氣成藏的有利區(qū)。
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