ABSTRACT

Through rock slice identification and chemical analysis of rock, the Penglai 9-1 oilfield and Geo- burried-hills have been considered as two sets of lithology. One set is middle-low grade metamorphic surrounding rocks, such as metamorphic quartz sandstone, quartzite, Mica-Quartz schist in Meso-Neo Proterozoic, the other is granite intrusive. LA-ICP-MS ziron U-Pb Dating indicates that the ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of zircons from 162 - 169 Ma, weighted average 165 Ma, thus the age probably represents the formation age of the granite, indicating that the rock in the Middle Jurassic intruded into the Neoproterozoic strata. The identification method of rock in Geoburried-hills has been established by studying the physical features of rock, based on the analysis of the rock and mine identification and time analysis. We have analyzed the reasons and controlling factors of Genesis of reservoir and pointed out the best exploration area which has laid the foundation for the oil gas storage declaration and so on.

Keywords:Penglai 9-1, Lithology, Jurassic, Log Curve, Reservoir Characteristic

蓬莱9-1潜山储层岩性识别及油气富集特征

宋柏荣¹，王凤荣²，宫相宽³

¹中国石油辽河油田公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦

²中海油天津分公司，天津

³西北大学，陕西 西安

Email: songbr@petrochina.com.cn

收稿日期：2015年6月11日；录用日期：2015年6月23日；发布日期：2015年6月29日

摘 要

通过岩石薄片鉴定和岩石化学分析等手段，识别出蓬莱9-1油田潜山钻遇两套岩石组合。一是中新元古界中低级变质岩围岩，包括变质石英砂岩、石英岩、云母石英片岩等；二是花岗岩侵入体。花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示，所测锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄集中于162~169 Ma，其加权平均年龄为165 Ma，该年代代表了花岗岩的形成时代，即该岩体于中侏罗世侵入到中新元古界地层。在岩矿鉴定和年代分析的基础上，通过各类岩性岩石物理特征研究，建立了该潜山带岩石的测井识别方法。分析了储层成因及控制因素，并提出了有利油气富集区带，为油气储量申报等奠定了基础。

关键词 :蓬莱9-1，岩性，侏罗世，测井曲线，储层特征

1. 引言

蓬莱9-1油田前新生界潜山勘探获得重大突破，钻遇两套岩石组合，一套是中低变质岩，另一套是花岗岩侵入体。通过对该区13口钻井资料的分析，认为该区潜山为中新元古代潜山，通过锆石U-Pb测年技术，认为花岗岩体形成于中侏罗世。钻探资料显示，潜山岩性与油气富集关系密切，中新元古界中低级变质岩储层差，无油气显示；花岗岩体中见到较好油气显示，部分井试油获得工业油气流，是潜山主要储集岩。中新元古界潜山岩性与侵入体的产状关系需要通过钻井岩性鉴定、岩性测井识别和地震等多种手段结合确定。这就需要在岩性鉴定的基础上，结合不同岩类由于矿物组成、元素组成以及结构构造等差异所反映的不同的岩石物理特征，建立岩性的测井识别方法，研究潜山岩性的分布。油气富集与储层发育程度有关，在岩性识别的基础上，研究各类岩性的储集空间特征、储层控制因素等，进而研究油气富集规律，是进行潜山油气勘探及该类潜山储量申报的基础。

2. 地质概况

蓬莱9-1油田位于渤海中东部海域，东经120˚20'~121˚40'，北纬38˚35'~38˚45'范围内。油气田范围内平均水深28.0~33.0 m。蓬莱9-1构造位于庙西北凸起之上，其在北东方向与胶辽隆起倾没端相接，东南方向为庙西北洼，西部为渤东凹陷(图1)。

渤海湾盆地前古生界基底形成之后，先后经历了加里东、海西、印支、燕山和喜马拉雅运动等多期构造及改造作用[1] 。早古生代早期的加里东运动结束了稳定的克拉通发展阶段，开始了晚奥陶世-早石炭世长达140 Ma的构造抬升、风化剥蚀。三叠纪末华北地区处于南北挤压应力场之中，庙西北凸起初步形成。中生代晚三叠世至早、中侏罗世内陆盆地发展阶段，华北板块受扬子板块碰撞构造效应影响结束，继而受古太平洋板块俯冲、碰撞作用影响，华北东部地壳增厚，局部地区在一定深度和温度条件下壳幔重熔形成岩浆，就近沿张性断裂呈整合型“岩盖”式侵入到元古界变质岩地层之中，即庙西北凸起鞍部

图1. 蓬莱9-1构造潜山勘探部署图

的花岗岩侵入。中生代晚侏罗至白垩纪裂陷盆地发育阶段，进入受太平洋构造域控制新时期，同时诱发NNE向郯庐断裂发生大规模的左旋走滑[2] -[4] ，进入岩石圈减薄的峰期[5] ，同时出现地幔柱活动，伴随着软流圈的隆升。在上述两种机制的联合作用下，中国东部进入大规模的裂陷或断陷盆地发育阶段，沉积了较厚的J₃-K₁地层，并伴有强烈的火山活动。晚白垩世，整体处于挤压抬升构造环境，庙西北凸起区出露地表，由于花岗岩体的侵入，在侵入体的上部产生张性裂缝，加上岩性不同而形成差异风化剥蚀，花岗岩体出露地表。古近纪强烈的断陷作用，渤海地区形成了一系列的箕状半地堑，构成了复杂的多重“盆–岭”构造。庙西北凸起一直处于风化剥蚀之中，其中鞍部花岗岩体风化成良好的储层。新近纪进入岩石圈热沉降期，新近系地层披覆于庙西北凸起之上。

3. 潜山岩石类型及形成时代

3.1. 主要岩石类型

3.1.1. 岩相学鉴定

蓬莱9-1构造潜山钻井取心和旋转井壁取心分析，认为潜山岩性主要为一套中新元古代中低级副变质岩和中生代酸性岩浆侵入体，主要岩石类型及特征见表1及图2。另外，在潜山带顶部和局部构造强烈部位，分布着原岩风化淋滤和构造破碎等形成的角砾岩和砂砾岩。

截止到2012年蓬莱9-1构造潜山共钻井13口。其中4口井(PL 9-1-3 、PL9-1-6、PL9-1-9、PL9-1-12)揭示的岩性为元古宙中低级副变质岩，其余9口井均钻遇大套酸性侵入体。并且9口井受到强烈的风化剥蚀，其中PL9-1-4、PL9-1-5、PL9-1-7、PL9-1-8、PL9-1-13、PL9-1-14井元古宙云母石英片岩和石英岩再沉积形成了残积层；其余PL9-1-1、PL9-1-2、PL9-1-6井新近系地层直接覆盖在侵入体之上。从钻井油

表1. 蓬莱9-1潜山带主要岩石类型

图2. 潜山岩石类型

气显示看，元古宇围岩差，花岗岩体显示好，是潜山的主要储层。由于岩浆的结晶分析作用，广义的花岗岩体在不同井段和不同井在矿物组成和含量上存在差异性，反映在测井曲线上表现为自然伽玛、岩石密度、补偿中子的差异性。主要岩石类型为花岗闪长岩、二长花岗岩和石英二长闪长岩(图4D、E、F)。三类岩石以灰白色、浅粉色为主，均具有半自形粒状结构，在矿物成分上表现为石英、斜长石和钾长石相对含量的差别[6] [7] 。

3.1.2. 岩石化学分析

为了进一步划分花岗岩体的岩石类型，寻找花岗岩体在测井曲线自然伽玛上的差异性以及岩相学鉴定目估矿物含量的误差引起岩石定名偏差，研究人员还对测井曲线上伽玛值存在差异的井(选取PL 9-1-4 、PL9-1-5井)系统选取花岗岩体钻遇的岩屑，进行氧化物分析(表2)。PL9-1-5井氧化物折算成CIPW标准矿物，在侵入岩的QAP分类三角图(图3)中，投点主要落在花岗闪长岩区域，少部分落在石英二长闪长岩区域；PL9-1-4井氧化物折算成CIPW标准矿物，在侵入岩的QAP分类三角图(图3)中，投点主要落在二长花岗岩区域，少量落在石英二长岩区。从QAPF分类双三角图还可以看出，投点主要沿着花岗闪长岩与二长花岗岩中间线分布，反映了岩浆分异结晶矿物含量稍有差别等特点。岩相学定名与岩石化学分析定名吻合，岩石类型的差异性，在测井曲线上有很好的反映，尤其是自然伽玛的差异，为岩性的测井识别关系的建立奠定了岩矿基础。

3.2. 潜山岩石形成时代

蓬莱9-1含油气构造带自上而下钻遇的地层依次为：第四系平原组，新近系明化镇组(上段、下段)、

表2. PL9-1侵入体部分样品氧化物分析结果(10⁻²)

图3. 侵入岩的QAP分类三角图(引自IUGS，2002)

新近系馆陶组和元古宇(未穿)。上覆盖层和基底潜山岩性分界明显，潜山上部新生代盖层为砂泥岩沉积，潜山岩性为中低级变质岩(变质石英砂岩、云母片岩等)和花岗岩。在电性上，两套地层具有明显的差别，下部地层由于岩石成岩强，达到中低级变质，以及大套岩浆侵入岩，在电性上表现为具有三高一低的特点，即具有较高的岩石密度、补偿中子、自然伽玛和较低的声波时差。

对围岩和侵入体岩心分别进行了单颗粒锆石年代分析。选取了云母石英片岩围岩(PL 9-1-3 井1435.0 m)和二长花岗岩侵入体(PL9-1-4，1405 m)分别5 Kg左右，送到了河北地质局廊坊实验室进行了锆石分离，随后将分离好的锆石在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行锆石年代分析。首先是在双目镜下挑出具有代表性的锆石颗粒，镶嵌在环氧树脂中并抛光至锆石颗粒的一半，然后进行锆石的光学、阴极发光(CL)显微图像及LA-ICP-MS分析。其中，投射光、反射光照相在该实验室Nikon显微镜下完成；CL图像分析在该实验室的Gatan阴极发光MonoCL3+及Quanta 400 FEG热场发射环境扫描电子显微镜下完成；锆石微区U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室最新引进的Hewlett packard公司最新一代带有Shield Torch的Agilient 7500a ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器(工作物质ArF, 波长193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas 200 M光学系统的联机上进行。激光束斑直径为30 μm, 激光剥蚀样品的深度为20~40 μm，详细分析步骤和数据处理方法参见文献[8] 。云母石英片岩获得了三个年龄集中段(表3、图4)，2685 Ma、2423 Ma和 1793 Ma(由于变质程度低没有获得变质年龄)，说明该套岩石的沉积年龄应晚于1793 Ma，即晚于古元古代。花岗岩体锆石年代分析(表4、图5)，19个点的年龄结果集中，并都在协和线上，花岗岩的侵位年龄为164.6Ma,形成于中侏罗世。与吴福元等[9] ，研究的中国东部花岗质岩浆作用的划分的第二各阶段(180~156 Ma)吻合。该时期东亚多板块拼贴运动学发生重大调整，构造体制发生重大转换，形成了以内陆俯冲和内陆造山为特征东亚汇聚构造体系等[5] 。

4. 岩性的测井识别

变质岩和岩浆岩岩石类型的测井识别曾做过研究[10] ，并初步建立了岩浆岩和高级变质岩大类的测井识别方法。测井曲线识别岩性的原理主要是依据每种岩性的矿物组合及元素组成的不同，反映到常规测

表3. 云母石英片岩样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

图4. 云母石英片岩锆石U-Pb谐和图

表4. 二长花岗岩样品同位素分析结果

图5. 二长花岗岩锆石U-Pb谐和图

井上尤其是自然伽玛、岩石密度和补偿中子等数值及形态特殊的差异性，建立起岩性与测井曲线的对应关系，进而达到测井曲线识别岩性的目的。无论是变质岩还是岩浆侵入体等结晶基岩，主要造岩矿物可分为硅铝矿物和铁镁矿物两个系列。硅铝矿物矿物中SiO₂与Al₂O₃的含量高，不含FeO和MgO，包括石英、钾长石和斜长石等，它们基本不含色素原子，颜色较浅，又称浅色矿物；铁镁矿物矿物中FeO、MgO含量较高，包括橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等，这些矿物的颜色一般较深，又称暗色矿物。岩浆侵入体随着岩石类型由基性向酸性过度，主要造岩矿物发生明显变化，铁镁矿物含量降低，硅铝矿物矿物含量增加，反映在测井曲线上自然伽玛值增大，原因是根据鲍文反应序列[7] ，Th、U、K等放射性元素主要进入岩浆晚期结晶的矿物，如钾长石、黑云母等，对于早期结晶的矿物斜长石、辉石、角闪石等自然加码值低。利用测井曲线识别岩性，需要搞清测井参数所反应的岩石物理特征，每一种矿物有特征测井相应值。通过矿物的测井相应特征，来研究每一种岩石的测井曲线特征，建立岩性与测井曲线的对应关系，从而实现利用测井曲线恢复巨厚的基岩岩性剖面，最终有效划分储集层和非储集层。

以往的研究成果只做到了利用测井曲线识别岩浆岩基性、中性和酸性大类，但还没有达到对具体岩石类型的细分，变质岩主要是识别高级变质岩。本次研究除了建立了花岗岩侵入体具体岩石类型与测井曲线的对应关系，同时还建立了不同围岩的测井响应特征(表5)。通过对花岗岩岩体不同类型的岩石的测井识别，以及在单井中与围岩接触关系，以此来研究岩浆演化特点以及与地震结合确定花岗岩侵入体的侵入方向、分布面积等，为储量计算提供依据。

潜山中酸性侵入体，包括二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长闪长岩；元古宇围岩变质石英砂岩、石英岩和云母石英片岩等的岩石密度和补偿中子交汇特征及自然伽玛曲线特征见图6。

二长花岗岩，自然伽玛曲线平直状，值在90 API~110 API；岩石密度和补偿中子交汇曲线一般补偿中子曲线在右，岩石密度曲线在左，“小的正差异”或“绞合状”，岩石密度2.45 g/cm³~2.65 g/cm³，补偿中子小于6%。

花岗闪长岩，自然伽玛曲线平直状，值在75 API~90 API；岩石密度和补偿中子交汇曲线一般补偿中子曲线在右，岩石密度曲线在左，“小的正差异”或“绞合状”，岩石密度2.45 g/cm³~2.65 g/cm³，补偿中子小于6%。

表5. PL9-1油田岩性测井识别标准

图6. 主要岩石类型测井响应特征

石英二长闪长岩，自然伽玛曲线平直状，值在60 API~75 API；岩石密度和补偿中子交汇曲线呈“绞合状”，岩石密度大于2.65 g/cm³，补偿中子小于6%~12%。

变质石英砂岩，测井曲线上表现为：中等密度、较大中子、较大声波时差，较高自然伽玛等特征，自然伽玛曲线呈“锯齿状”，岩石密度和补偿中子交汇曲线一般补偿中子曲线在左，岩石密度曲线在右，“小的负差异”或“绞合状”。

石英岩，测井曲线上表现为：中等密度、较低中子、低自然伽玛等特征，自然伽玛曲线呈“低–平直”状，岩石密度与补偿中子较平直的“绞合状”。

云母石英片岩，测井曲线上表现为：较高密度、较大中子、较高自然伽玛等特征，自然伽玛曲线呈“高–平直”状，岩石密度和补偿中子呈较大的“负差异”。

5. 储集空间类型及物性特征

本区潜山岩性主要为一套中新元古代中低级副变质岩和中生代岩浆侵入体，4口井钻遇中新元古代围岩(云母石英片岩、变质石英砂岩和石英岩)，无油气显示；11口井钻遇中生代花岗岩体，钻井取心和井壁取心具有较好的油气显示，因此，花岗岩体是本区的主要储集岩。

5.1. 储集空间类型

岩心观察、铸体薄片图像分析、以及毛细管压力曲线等资料均表明花岗岩体储集空间具有双重介质的特点，储集空间分为孔隙型和裂隙型两大类，主要的储集空间类型：构造裂缝、构造–溶解缝、收缩缝、破碎粒间孔及溶孔(图7)。研究发现储集空间组合类型以裂缝–孔隙型为主，次为裂缝型。

5.2. 物性特征

8口井，106块样品物性分析结果表明，花岗岩体储层孔隙度最大值25.4%，最小值0.39%，平均值为5.49%。孔隙度1%以下占12.3%，1%~5%占51.9%，5%~10%占 20.8%，10%以上的占15.1%；渗透率最大值为93.2 × 10⁻³ µm²，最小值为0.007 × 10⁻³ µm²。其中，大于50 × 10⁻³ µm²占4.9%，(10~50) × 10⁻³ µm²占7.3%，(1~10) × 10⁻³ µm²占 4.9%，占 4.9%，1 × 10⁻³ µm²以下的占82.9%。根据孔隙度、渗透率划分标准[11] ，孔隙度以Ⅲ类为主，次为Ⅰ、Ⅱ类，渗透率以Ⅳ为主。孔隙度、渗透率具有良好的相关性。

6. 储层成因机理及油气富集区带

6.1. 储层成因机理

花岗岩体在漫长的地质历史时期，经历了岩体结晶收缩、风化剥蚀、溶蚀淋滤、构造破碎等改造，储集空间较发育。尤其是潜山在新生代新近系馆陶组时期才被覆盖，长期风化淋滤，物理和化学成因的储集空间发育，岩溶作用相当强烈。李振宏[12] 等研究裸露期风化壳岩溶模式，从上到下大致可分五个带：残积带、垂直淋滤带、水平渗流溶蚀带、溶蚀沉积共生带和滞留带，该种模式虽然是在研究碳酸盐岩储层时建立起来的，但同样适用于火成岩储层。火成岩岩体易形成收缩缝，在构造应力作用下，易形成构造裂缝，经历较长时期的风化淋滤，形成的风化淋滤带厚度仅次于碳酸盐岩，但远大于砂质岩。王艳忠[13] 等人对不整合面上下岩性特征进行了研究，认为不整合应包括不整合面上下岩石三部分，不整合面之上的叫残积带，主要为底砾岩和水进砂体；不整合面之下的叫风化粘土层和半风化岩石，风化粘土层位于风化壳最上部，主要是细粒残积物，是识别不整合面的重要标志，在上覆沉积物压实下岩性较致密，具有良好的封盖能力；半风化岩石，在不整合形成过程中，褶皱及断裂作用可形成大量构造裂缝[14] ，上覆地层的剥蚀产生大量的卸荷裂缝，大气淡水沿早期形成的裂缝下渗，是下覆岩层发生岩溶形成大量的

图7. 花岗岩体储集空间特征

风化裂缝和溶蚀孔洞[15] ，因此，储层主要分布在半风化岩石中，所以这类储层从高部位向低部位半风化岩层厚度逐渐变薄。

6.2. 有利油气富集区带

根据试油资料结合测井、钻井取心、旋转井壁取心、气测录井资料分析论证，本区花岗岩侵入体潜山油藏整体含油，油层主要分布在潜山半风化岩石中，受构造、风化程度等因素的控制，在潜山上部、靠近大断裂等构造高部位，由于风化程度较强，油层较发育，如PL 1-1-1 井、PL1-1-2井、PL1-1-5井等井有效厚度都在百米以上；而对于潜山下部、远离大断裂等构造低部位来说，由于风化程度较弱，甚至没有风化，油层不发育，有效厚度较薄，如PL1-1-13井，该井处于构造较低位置，花岗岩侵入体几乎没有风化，仅在潜山中部，由于受到构造及垂直淋滤等作用的影响，发育部分裂缝型油层。油层从构造高部位向低部位半风化岩层厚度逐渐变薄。花岗岩体潜山油藏以风化壳型为主，次位构造内幕型，因此，构造高部位或靠近大断裂为有利勘探区域。

7. 结论

1) 蓬莱9-1潜山主要岩性为中低级变质岩和花岗岩侵入体。中低级变质岩包括变质石英岩、变质石英砂岩、云母石英片岩；花岗岩体包括了二长花岗岩、花岗闪长岩和石英二长闪长岩。

2) 花岗岩形成时代为165 Ma，即为中侏罗世时期侵入到元古宇地层。

3) 通过岩石类型划分和岩石物理特征研究，建立了潜山岩性的测井识别方法。不同岩石类型测井响应特征不同，中新元古界围岩与花岗岩体的最大区别是：花岗岩由于岩浆结晶形成矿物组成相对均匀，自然伽玛平直；中新元古界围岩伽玛高齿状或低值小齿状(石英岩)。结合岩石密度和补偿中子交会特征可以进一步识别岩性。

4) 潜山主要储集岩为花岗岩体，与岩体自身矿物组成密切相关，花岗岩体主要由石英、斜长石、碱性长石等浅色矿物组成，而且长石含量达到55%~70%，岩石脆性大，抗风化能力弱易形成储层；而围岩主要矿物成分为石英、云母类矿物，石英抗风化能力强，而黑云母则蚀变形成绿泥石等柔性矿物，因此，不易形成有效储集空间。

5) 储集空间类型主要为风化淋滤、构造破碎等形成的破碎颗粒间孔、溶孔、收缩缝、溶解缝和构造裂缝等，储集空间组合类型以裂缝+孔隙型为主，次为裂缝型。

6) 花岗岩体油藏以风化壳型为主，次为构造型，有利油气富集区域为勘探区域为构造高部位和大断裂附近。

文章引用

宋柏荣,王凤荣,宫相宽, (2015) 蓬莱9-1潜山储层岩性识别及油气富集特征
Reservoir Identification and Distribution Characteristics of Penglai 9-1Geoburried-Hills. 地球科学前沿,03,235-247. doi: 10.12677/AG.2015.53024

参考文献 (References)