二连盆地乌兰花凹陷混合花岗岩潜山油藏储集层评价与分布规律研究

秦 平 郭广峰 齐跃敏 胡 洋 陈 贺

(①中国石油渤海钻探第二录井公司；②内蒙古煤炭建设工程(集团)总公司钻井定向工程处；③中国石油渤海钻探第一录井公司)

0 引 言

二连盆地乌兰花凹陷位于温都尔庙隆起的中北部，凹陷呈NE向展布，长约45 km，宽10～15 km，面积约600 km2，自北向南依次发育土牧尔、赛乌苏、红格尔和红井四个次级构造带[1-2]，形成一系列的断鼻、断块和复合圈闭[3]。2011年首钻LD 1井，至今已完成各类井101口，工业油流井19口，发现了多套含油层系，其中以L 18x井为代表的乌兰花凹陷混合花岗岩潜山油藏取得了重大勘探突破，新增石油预测地质储量可观，为乌兰花凹陷乃至二连盆地开辟了新的石油勘探领地。实钻证实，乌兰花凹陷沉积演化复杂，圈闭类型多样，具有多种油藏类型[4]，特别是混合花岗岩潜山地层岩石类型多样，储集空间复杂[5]，其岩石矿物含量和组合类型、后生改造作用直接控制了潜山内部油气的分布。截至2019年12月，乌兰花凹陷累计31口井钻遇古生界混合花岗岩类变质岩地层，已有17口探井和7口生产井见到油气显示，其中赛乌苏构造7口，土牧尔构造6口，红格尔构造11口。深入研究和正确认识混合花岗岩类变质岩潜山油藏的岩石学特征及控油成因机制，寻找有利勘探目标，对于指导勘探实践，丰富和提升潜山成藏理论具有重要的现实意义和理论价值。

1 混合花岗岩类变质岩的命名

混合花岗岩类变质岩是由强烈混合岩作用形成的外表类似花岗岩的一种混合岩,即使经验丰富的地质人员仅依靠肉眼也难以区分混合花岗岩类变质岩和花岗岩。要对混合花岗岩类变质岩进行准确命名，首先要明确这两种岩石的区别。

1.1 混合花岗岩和花岗岩的区别

准确区分这两种岩石最行之有效的方法就是通过显微镜对岩石矿物标本进行观察。深入分析后得出混合花岗岩的手标本颜色、岩石成因、原岩成分等与花岗岩有明显不同，进而可以对这两种岩石进行区分。

1.1.1 混合花岗岩

混合花岗岩属于变质岩(图1a)，手标本外观颜色多为灰色或浅灰色；成因为变质重结晶成岩，原岩为砂砾岩、砂岩或泥质砂岩等；在后生变化中变质重结晶形成，原岩中的矿物分子结构被破坏，使岩石的稳定性变差，岩石大多易于风化剥蚀或溶蚀等，其矿物颗粒界限较模糊，呈迷雾状。镜下观察L 20x井1 473 m岩石薄片，岩石定名为混合花岗岩，由粒状石英、长石及黑云母组成，长石少见绢云母化，局部黑云母较集中，部分矿物颗粒边界模糊。

1.1.2 花岗岩

花岗岩属于岩浆岩(图1b)，手标本外观颜色多为肉红色，成因为岩浆侵入型火成岩，由于为原生型岩石，其中矿物稳定性好，成岩后不易遭受风化剥蚀或溶蚀等[6]，岩石中矿物颗粒界限明显，如GC 1井2 230 m花岗岩镜下观察矿物颗粒界限清晰。

图1 混合花岗岩和花岗岩的区别

1.2 命名原则

混合花岗岩类变质岩可细分为混合花岗岩和混合岩两种，区域变质是混合花岗岩类变质岩最基本的特点，原岩的分布特征和变质程度是判断乌兰花凹陷基底岩性的主要依据。乌兰花凹陷混合花岗岩、混合岩在变质岩分类中属于区域变质岩大类中的区域混合岩类，在成因上均属于变质程度最深的重熔再生型变质岩。混合花岗岩类变质岩的原岩多为砂砾岩、砂岩等，在变质作用条件下，原岩中的砂、砾颗粒多已发生变质重结晶，形成以石英、长石为主要成分，粒状变晶花岗结构为特征的混合花岗岩、混合岩，但岩石中仍保留原岩中颗粒的部分特征，原岩中泥质矿物多变质重结晶成黑云母、绿泥石等，若原岩中的砂、砾较粗，变质程度略深多形成混合花岗岩；若砂、砾较细，变质程度略浅多形成混合岩，介于两者间的岩石都采用复合命名原则，如花岗质混合岩等。

2 储集空间类型及成因

在明确乌兰花凹陷混合花岗岩类变质岩的岩性特征后，以25口钻遇含油显示井的岩矿资料为基础，对混合花岗岩储集空间类型及成因开展深入研究。乌兰花凹陷基底混合花岗岩类变质岩在重结晶作用下，长石等矿物的稳定性下降，风化作用使基底表层形成了深达150 m以上的风化带；构造运动使变质岩中产生大量裂缝、微裂缝；裂缝沟通的地层水，使混合花岗岩中的长石形成了大量粒间、粒内溶蚀孔隙；裂缝、溶孔为潜山油藏的形成提供了有效的储集空间[7]。归纳认为乌兰花凹陷混合花岗岩、混合岩潜山储集空间主要有两类，即裂缝和溶蚀孔缝。

2.1 裂缝

裂缝是在地质构造应力作用下形成的储集空间。根据不同的应力作用和形成时间，可将裂缝分为构造裂缝和微裂缝，构造裂缝又可分为早期裂缝和中期裂缝，微裂缝是在沉积凹陷后期形成的裂缝。

2.1.1 早期裂缝(构造裂缝)

为变质岩成岩后至沉积凹陷形成前形成的裂缝，其岩石特征主要表现为裂缝中被硅质全充填，该类裂缝对凹陷内潜山储集空间改善没有明显的作用。

2.1.2 中期裂缝(构造裂缝)

多为高角度张性裂缝，为沉积凹陷形成过程中各级断裂、断层带动形成的张性裂缝带。该类裂缝在各井岩心、旋转壁心等样品中普遍分布，具有分布广、裂缝深度大等特点，是潜山油藏主要的储集空间之一，也是连通的主要通道；该类裂缝具明显的非均质性特征，其断层附近发育较好，岩矿资料显示其中常见充填一定数量的泥质和方解石。镜下观察L 43井1 660 m岩石薄片，可见长石泥化，方解石充填裂缝(图2a)。

2.1.3 晚期裂缝(微裂缝)

多为小角度压扭性微裂缝，是沉积凹陷发育中晚期因上覆沉积地层压力不断加大，和凹陷内构造应力共同作用形成。该类微裂缝在潜山油藏中具有重要意义，首先微裂缝增加了储集空间，其次为后期形成大量溶蚀孔所需的地层水提供连通通道，并且在溶蚀孔和大裂缝间起到了连通作用。凹陷内微裂缝发育具有明显的不均一性，主洼漕底部混合花岗岩因上覆地层厚、压力大，微裂缝发育较好。L 18x井2 116 m岩石薄片可见微裂缝纵横交错把岩石分割成网格状，长石普遍溶蚀成蜂窝状，溶蚀孔被原油充填(图2b)。

图2 混合花岗岩类变质岩裂缝

2.1.4 裂缝成因

乌兰花凹陷混合花岗岩在上覆地层形成前长时间岀露地表，遭受日晒、雨淋、风吹等，使岩石形态、成分、结构等方面发生物理、化学变化。另外，由于变质重结晶作用，混合花岗岩类变质岩中长石、暗色矿物的稳定性较原生岩浆岩大幅下降，在岩石表层200 m左右的深度范围内形成风化壳，具备有利的储集条件[8]，根据风化程度可划分为三个风化带。

(1)表层强风化带：最显著的特征就是岩石中的长石和暗色矿物大部分转化成自生高岭石、泥质等矿物，石英颗粒成为残余矿物，岩石常被误认为泥质砂岩、泥质砂砾岩或泥化凝灰岩等。这种风化带厚度一般小于30 m，由于泥质含量较高，不利于储集空间形成，如L 11x井潜山顶部的泥化斑状混合岩，含油显示很好，但试油产量不高(图2c)。

(2)中部中度风化带：在凹陷内普遍发育，除LD 2井、L 8井不明显外，其他井均可见到。这种风化带的主要特征是混合花岗岩中石英、长石结晶粗大，长石绢云母化、泥化普遍，少量长石转化成自生高岭石，随着深度的增加风化程度逐渐变浅，厚度一般为150～200 m，由于绢云母化、泥化作用，弱化了长石矿物的内部结构，为后期长石溶蚀孔形成创造了有利条件，目前乌兰花凹陷内混合花岗岩潜山油藏大多处于该风化带内。L 18x井2 116.4 m岩矿资料显示，粗大的泥化长石微裂缝被原油充填(图2d)。

(3)深部弱风化带：位于混合花岗岩地层的较深部位，目前仅在少数井见到，其主要特征是变质岩中长石表面绢云母化、高岭土化普遍，但尚未达到被高岭石大量交代程度，长石的溶蚀孔隙不发育。

2.2 溶蚀孔缝

乌兰花凹陷的溶蚀孔隙发育带一般位于1 200～2 400 m，基底混合花岗岩溶蚀孔隙大多受该溶蚀孔隙发育带控制，考虑到后期构造活动的影响，各构造略有差异。混合花岗岩的主要矿物为石英、长石。从长石的组成来看，无论是正长石还是斜长石类，在其成分中都含有碱金属钾或钠离子，或含碱土金属钙离子，它们在有水存在的酸性介质条件下，都容易发生溶蚀反应并形成次生孔隙[9]。另外，变质重结晶作用和风化作用也使长石的稳定性大幅度降低。当地层水经裂缝、微裂缝进入风化带内，必然增强水对长石的溶蚀能力，进而在特定的深度范围形成大量的长石粒间溶孔、粒内溶孔。但溶蚀孔分布普遍不均，这与岩性的致密程度、裂缝发育沟通、风化带发育等密切相关。

2.2.1 长石粒内溶孔

混合花岗岩中半自型或他型长石矿物内的溶蚀孔隙，按溶蚀程度可分为铸模状、网格状、蜂窝状、串珠状等[10]，这种溶孔大多从长石颗粒内的结晶纹理或微裂纹处开始溶蚀，之后溶蚀范围逐渐向周围扩大，最终形成溶孔(图3a)。

图3 乌兰花凹陷混合花岗岩溶蚀孔缝

2.2.2 长石粒间溶孔

为混合花岗岩中长石矿物从其周边开始溶蚀形成的溶蚀孔隙，这种孔隙从颗粒间的粒间缝开始溶蚀并不断扩大而形成(图2b)。

2.2.3 溶蚀扩大孔(缝)

混合花岗岩中裂缝形成后，在裂缝周边的长石溶蚀使原裂缝宽度增大，增加了潜山的储集空间和连通性(图3b)。

3 混合花岗岩类潜山油藏的分布规律

乌兰花凹陷是一个典型的断陷型沉积凹陷。两侧主断层形成过程中派生出一系列次级断层，在凹陷不断沉降的过程中，由于不同区域的沉降速率不同，形成了乌兰花凹陷主洼漕底部叠瓦状混合花岗岩潜山带以及环绕凹陷周边的断层侧向滑塌倾斜阶梯型混合花岗岩基底潜山带。后期主洼漕中不断沉积的巨厚烃源岩成为潜山的油源和盖层，最终形成了乌兰花凹陷基底混合花岗岩类变质岩潜山油藏。

3.1 主洼漕底部混合花岗岩潜山带

主洼漕基底潜山带是乌兰花凹陷最具勘探潜力的区域，其囊括的范围为Tg反射层等To图上1 800 m等高线以下、垂深2 400 m以上的潜山构造高部位。在凹陷形成过程中，随着上覆压力不断增加和基底岩层自身重力的共同作用，主洼漕周边基底混合花岗岩类变质岩地层向凹陷中央不断滑塌挤压，使凹陷中心基底岩层沿断层局部隆起，形成以L 18x井为中心的沿两条纵向断层分布的叠瓦状隆起潜山带和以L 9井、L 26x井为中心的沿横向断层分布的隆起潜山带，这两个潜山带所处的裂缝发育带、中度风化带和溶蚀孔隙发育带为潜山油藏的形成提供了良好的储集空间，主洼漕中较好的油源和上覆巨厚泥岩盖层为油藏的保存提供了有效保障，这两个隆起潜山带将是今后潜山勘探的重点。

3.1.1 L 18x井区潜山带

位于沉积主洼漕底部东侧，是一个东断西斜的混合花岗岩潜山体。该潜山直面主洼漕烃源岩，油源供给充足，裂缝、溶蚀孔缝储集空间都发育较好，储盖组合良好，对形成潜山油藏非常有利，目前L 18x井已见到高产试油成果。

3.1.2 L 9井区潜山带

该混合花岗岩潜山为一个四周低中间高的山体，目前已钻四口探井，其中L 9井和L 9-1井均见较好的含油显示，L 9-1井经试油证实为油层，L 13x井未钻遇基底。由于该潜山位于凹陷主洼漕中部，混合花岗岩中大小裂缝和溶蚀孔发育较好，油源充足，该潜山应有较好的勘探前景。

3.1.3 L 26x井区潜山带

该潜山带位于土牧尔构造斜坡的南部和主洼漕过渡带，是一个向南倾斜的混合花岗岩潜山，由于潜山面向主洼漕，有丰富的油源，储集空间发育好，如果上倾方向断层能有效封闭，理论上应为理想的含油潜山。目前在该潜山上LD 5井、L 5x井、L 5井三口探井均见含油显示，条件合适建议择井试油，并在该潜山带南北地区布新探井。

3.2 环主洼漕阶梯状混合花岗岩潜山带

乌兰花凹陷主洼漕环绕周边的基底混合花岗岩潜山，受断层控制大多为向主洼漕中心侧向高角度倾斜潜山体。由于这些潜山在储集空间、油源等方面具有较好条件，值得在今后勘探中多加关注。

3.2.1 L 2x井区潜山带

该潜山带位于土牧尔构造，是一个向南大角度倾斜的混合花岗岩类变质岩潜山带，由于潜山面向主洼漕，有丰富的油源，理论上应为理想的含油潜山，目前在该潜山上已钻探L 2x井、L 21x井和L 191x井等均见含油显示。由于该潜山带位于乌兰花凹陷主物源方向，基底上倾角度大，上覆泥岩厚度变薄，建议对基底潜山上倾方向断层的封堵有效性进行确认。

3.2.2 L 15x井区潜山带

该潜山体位于红格尔构造东部，其东部为乌兰花凹陷主断层，为一向西大角度倾斜的长条状潜山体，目前所钻L 15x井、L 41井、L 40井三口井均见一定含油显示，应在该潜山高部位实施钻探。

3.2.3 L 45x井区潜山带

该潜山带位于凹陷南缘，主要包含L 4井、L 45x井和L 42井，是由数个向北倾斜的潜山体组成，由于其面向北部沉积主洼漕，基底地层上倾方向断层断距大，具有成藏的有利条件，其前缘方向值得关注。

3.2.4 LD 5x、ZK 40和LD 3潜山带

该潜山带位于主洼漕西部，是数个向东南方向倾斜的潜山组合体，目前三口井均见含油显示，从ZK 40井试油成果证实其西部地层封堵有效，可重点关注。

4 混合花岗岩类潜山油藏形成机理

乌兰花凹陷基底岩性主要为混合花岗岩、混合岩类变质岩；变质重结晶作用使混合花岗岩中长石等矿物的稳定性下降，在长期的地质演化过程中，混合花岗岩表层形成了深达150 m以上的风化带；在凹陷沉积过程中，各级断层沉降速率差异形成混合花岗岩潜山体；构造运动使基底岩层中产生大量裂缝、微裂缝，在上覆沉积地层压力和温度等作用下，裂缝沟通的地层水使混合花岗岩中的长石在深度2 400 m以上的风化带中形成了大量粒间、粒内溶蚀孔隙，裂缝、溶孔为潜山油藏的形成提供了有效的储集空间，主洼漕中沉积的巨厚泥质生油岩成为潜山的油源和盖层，最终形成了乌兰花凹陷古生界基底混合花岗岩潜山油藏。

5 结 论

本文通过对乌兰花凹陷古生界混合花岗岩类变质岩潜山井的岩矿资料进行收集整理、综合分析，确定了混合花岗岩类变质岩的命名原则，同时对混合花岗岩储集空间类型及成因开展深入研究。结果表明，乌兰花凹陷沉积主洼漕中央的基底混合花岗岩类变质岩潜山，由于其储集空间发育好，上覆主力生油岩层保障潜山有良好的油源，巨厚的泥岩盖层为油藏提供了有效的保存条件。在今后的勘探工作中，应把主洼漕中央1 800～2 400 m间潜山作为勘探重点，其次为主洼漕中央向周边斜坡过渡带间的基底潜山，最后为主洼漕东侧、西侧和南侧斜坡带基底潜山。基于以上研究成果，建议有利相带如下：

(1)对以L 18x井为中心的沿两条纵向断层分布的潜山油藏构造带进行重点研究，确认L 18x井潜山油藏周边是否有互为联系的潜山油藏带，扩大该潜山油藏带的含油面积。

(2)对以L 9、L 9-1、L 5井为中心的沿横向断层分布的潜山油藏构造带进行重点研究，确认其周边是否有新的含油潜山，增加该潜山油藏的面积。

(3)扩大西部斜坡ZK 40井潜山油藏面积，加强南部L 45x、L 40、L 15x井区潜山构造带的研究。

(4)寻找乌兰花凹陷主洼漕中央深度2 400 m以上的其他混合花岗岩类变质岩潜山。