变质岩储层成因

如题所述

在已发现的变质岩储层中,储层主控因素为裂缝系统,但真正储集油气的空间为构造运动造成的破碎孔隙以及微裂缝、微孔隙,构造裂缝控制油气在变质岩潜山中分布,是油气渗流的主要通道。一个相互连通的裂缝系统即为一个储集体,裂缝系统的大小和规模决定了变质岩储集体的连续性,裂缝对于变质岩储层能否高产起着决定性作用。

1.变质岩储层成因类型及特征

A.变质岩储集空间类型及特征

按成因来分,变质岩储层的储集空间可分为结晶成因、构造成因、物理风化成因和化学淋溶成因,这4类成因的储集空间可形成不同的孔隙和裂缝类型(表15-13)。

表15-13 变质岩储集空间类型

(据刘孟慧,1994,有修改)

B.变质岩裂缝类型及特征

按成因可将变质岩裂缝分为4种类型,即风化淋滤裂缝、层间裂缝、构造裂缝、微裂缝。

(1)风化淋滤裂缝:变质岩古潜山长期暴露于地表,遭受风化剥蚀,形成风化裂缝,分布杂乱无章,纵横交错,形状奇异,常被充填。这类裂缝对变质岩储层物性影响不大,多分布于潜山顶部。

(2)层间裂缝:层间裂缝是因岩层受力后层面发生错动而形成,其特征是裂缝延伸方向与层面相平行,在岩心薄片中均可见到这类平行或微细层理发育的层间裂缝。

(3)构造裂缝:构造裂缝是岩石在构造应力作用下破裂形成。这类裂缝规模大,影响深,方向性强,成组出现,是油气运移的有利通道和主要储集空间,按产状可分为斜交、垂直和水平等。如鸭儿峡志留系变质岩潜山以斜交裂缝为主,垂直裂缝次之,水平裂缝发育最差(表15-14)。

表15-14 酒泉盆地鸭儿峡志留系变质岩构造裂缝特征

(4)微裂缝:微裂缝须借助显微镜才可清晰识别,其开度一般小于40μm,大于毛细管孔隙半径,这类裂缝的存在大大改善了储集层的整体性能,对油气储集起重要作用。微裂缝又可分为矿物晶内缝和矿物晶间缝两类,晶内缝的发育程度远远大于晶间缝,晶内缝的面密度可达10~15mm/mm2,晶间缝平均面密度为0.03mm/mm2

2.变质岩储层发育的控制因素

变质岩储集层经历了成岩、前埋藏、抬升剥蚀-褶皱断裂、表生、后埋藏5个阶段(图15-20),构造、表生期风化淋滤和油气充注期有机酸溶解等作用,对变质岩储集层形成与演化具有重要影响。

图15-20 辽河坳陷太古宙变质岩储集层演化

(据高世臣等,2008)

A.变质作用

原岩在遭受复杂变质作用过程中,由于重结晶、变质结晶、变质分异和交代等作用,使原岩矿物成分、结构、构造发生系列变化,并有孔隙和裂缝形成。在超变质过程中,随着液体物质参与,大部分固态岩石重熔,由结晶和碎裂成因的孔、缝液体相物质渗入、充填,最后结晶,而堵塞裂缝。

B.构造作用

构造作用是变质岩有效储集空间形成的有利因素。控制裂缝发育的因素,取决于作用力性质、强弱、受力次数和变形环境。

(1)裂缝在正向构造上的分布与褶皱类型有关。对狭长形背斜,裂缝沿长轴分布,高点处最为发育,以纵向张性缝为主,也有层间脱空;不对称背斜,纵向张性裂缝发育带偏向侧翼,横向张性缝则发育在轴向扭曲处外侧;短轴背斜裂缝沿轴向分布,高点最发育;穹窿背斜裂缝集中在顶部。不管构造部位和地层倾角大小怎样,大部分裂缝倾角都集中在60°~90°之间。

(2)裂缝在负向构造上的分布恰好与背斜相反,背斜的上部以张扭缝为主,下部以压扭缝为主,而向斜上部压扭缝发育,下部张扭缝发育。

(3)由于断层的位移和滑动,会在紧靠断层面一带产生新的裂缝,此类裂缝对区域性裂缝不产生重大影响,主要是在离断层不远的数十米或数百米地带内,产生新的共轭羽状裂缝,一般是离断层越近,裂缝密度越大。断层影响的范围主要与断层性质和断距有关,一般说来扭性断层比张性断层影响范围大,断距大者影响范围大。

C.风化淋滤作用

风化作用对于变质岩形成孔隙和裂缝起到了积极作用,长期裸露地表的岩石经物理风化或化学淋滤作用遭受剥蚀和破碎,特别是构造裂缝发育部位和抗力性差的岩石中,物理风化作用更显著;潜山顶部和平缓山坡上,易形成厚度很大的岩屑型风化壳,在风化壳残余物中发育大量储集空间,改善储层物性。

D.矿物充填作用

岩石中形成的储集空间常被充填,对岩石储层物性产生不利影响,使岩石的孔隙度、渗透率变差,且不同环境下形成的变质岩潜山充填特征不同,在干旱环境下容易形成石膏等充填,如鸭儿峡变质岩储集层;潮湿环境中易形成方解石充填,如辽河变质岩储集层。

E.原岩性质

原岩性质对变质岩储集空间的形成具有重要作用,无论是结晶、构造作用还是化学淋滤作用形成的储集空间,无一不与原岩矿物成分、变质程度、混合岩化程度等有关。通过对辽河坳陷变质岩古潜山石油聚集的研究,认为其裂缝性储层发育,裂缝遵循“优势岩性”的序列规则(图15-21),即在同样构造应力的作用下,暗色矿物含量高的岩性,塑性较强,不易产生裂缝,难以成为储集岩;暗色矿物含量较少的岩性,塑性较弱,容易产生裂缝成为储集岩。按照各种岩性中暗色矿物含量的多少,对变质岩古潜山中的岩性进行排序,形成岩性序列,暗色矿物含量少,在岩性序列中靠前的岩性就是优势岩性(图15-22)(孟卫工等,2007;刘兴周,2009)。

图15-21 变质岩潜山矿物含量与储集性能关系

变质岩储集层中混合花岗岩所含脆性成分最高,长石、石英含量达90%~95%;其次是黑云斜长片麻岩,石英、长石含量为70%~85%;辉绿岩中含脆性组分最低。混合花岗岩中构造裂缝比黑云斜长片麻岩中发育,辉绿岩中构造裂缝发育程度最差。碎裂岩、混合花岗岩、片麻岩及辉绿岩的裂缝发育指数分别为1.61、1.40、1.21、1.12,呈现依次减小的规律,反映出储层裂缝发育程度依次降低。

图15-22 变质岩矿物与储层关系

F.埋藏深度

随深度增加,地层压力升高,储集层裂缝开度减小。岩石处于地下深处,承受周围岩体及上覆岩体静岩压力。岩石所处深度越大,围压越高,岩石塑性越大。对某些花岗岩进行试验表明,当围压增大至23.8mPa时,岩石开始表现为塑性。在地表附近,大多数结晶岩石表现为脆性;当处于地壳深处时,结晶岩石会变为有高度塑性的物质,乃至呈现黏性流动——蠕变。会使岩石裂缝开度逐渐随深度增加而变小,以至趋于闭合,即裂缝有效性随深度增加而变差,最后失去有效性。

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