0 引言

潜山最早被定义为：凡是现今被不整合埋藏在较新的沉积层之下，由盆地基底岩层组成的山丘^[1]。胡见义等^[2]研究渤海湾盆地古潜山油气藏时指出，潜山油气藏系指以下第三系为烃源岩，第三系不整合面以下的前第三系基岩为储层，具有多种圈闭类型的油气藏。目前国内各大含油气盆地在古潜山中发现的储量已占到相当比例，以渤海湾盆地为例，截至2010年底，渤海湾盆地己在冀中、辽河、黄骅、济阳、渤中5个坳陷内发现并探明69个古潜山油气田，累计探明石油地质储量14 亿t，占渤海湾石油总探明储量的10%；探明天然气地质储量580 亿m³，约占渤海湾天然气总探明储量的22%^[3]。随着我国东部各大含油气盆地相继进入高勘探程度阶段，太古宇潜山作为一种重要的接替类型逐渐受到人们的重视。据统计，我国太古宇潜山探明石油地质储量已经达到近4 亿t，目前已发现的太古宇潜山油藏主要集中在渤海湾盆地，如济阳坳陷的王庄、埕北潜山、辽东湾海域辽西低凸起的锦州南潜山、辽河坳陷的茨榆坨、兴隆台潜山等。同时太古宇潜山也取得了良好的开发效果，如胜利探区的王庄潜山，截止2007年开发末期，已经累计采油225.55 万t，采出程度达到99.4%；再如辽河探区的兴隆台潜山，在平面径向驱和垂向重力驱共同受效的开发新模式推动下，至2013年底其百万吨产能已经连续稳产3年，取得了良好的经济效益 张晗.辽河油田兴隆台潜山油藏实现快速建产和整体高效开发.(2013-09-12)[03].http://news.cnpc.com.cn. 。兴隆台潜山油藏是近年来发现的较为典型的大型潜山内幕油藏，其内幕不同岩性组合交替出现及构造运动的多期多样性造成潜山深部裂缝的交替发育^[4]，从而在远离潜山顶面的潜山腹部形成了多套相对独立的层状储集系统。但整体而言，目前发现的太古宇潜山油藏仍以潜山风化壳油藏为主，油气主要储集于潜山顶部的块状储集系统内，储集空间包括裂缝和溶蚀孔隙，距离潜山顶面超过200~300 m后，储集性能迅速变差。

前人针对太古宇潜山风化壳储层发育特征及主控因素进行了大量的研究工作^{[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23]}。从形成潜山储层的岩性来看，辽河及辽西地区的太古宇潜山储层岩性主要以变质岩为主，包括粒岩、片麻岩和角闪质岩类等^{[5, 6, 7, 8, 9]};而济阳坳陷太古宇潜山储层岩性则主要以岩浆岩为主，包括二长花岗岩、花岗闪长岩、钾长花岗岩等^{[10, 11, 12]}。而前人统计表明全球结晶基底的工业性油气聚集近80%与花岗岩类伴生^[13]。就储层发育的部位而言，风化壳储层大多发育于距潜山顶面200~250 m的深度范围内^[14]。储集空间主要以裂缝、微裂缝及溶蚀孔洞为主。裂缝是太古宇风化壳储层最主要的储集空间^{[15, 16, 17]}，与裂缝相比，溶蚀孔洞发育相对较差^[18]，对储集物性的贡献非常有限。通常仅沿着裂缝产生一些溶蚀现象，形成数量有限的溶孔和溶缝，但溶蚀对于裂缝开度的增加起重要作用^[19]。储集空间的发育特征在纵向上具有一定的规律，多数观点认为储集性能从上到下逐渐变差，从物性特征上来看，非均质性很强^[20]。

关于太古宇风化壳储层发育的控制因素，国内学者认为岩性、构造运动、岩浆侵入作用、物理风化作用、大气淡水淋滤、深层溶解作用及区域变质作用等都会影响储层的发育^{[21, 22, 23]}。但国外相关专家也曾提出一些国内学者未提及的形成储层的影响因素，如以长石的弱绢云母化及铝-硅酸盐物质的重新分布为特征的自交代作用和冷凝收缩作用等^[13]。前人研究发现了大量可能使储层得到改造的影响因素，但未能找出真正能够指导太古宇潜山勘探部署的主控因素。笔者以济阳坳陷及鲁西地区太古宇为研究对象，通过野外露头与覆盖区资料的对比分析，研究了太古宇风化壳储层发育的一般特征及主控因素，初步建立了太古宇潜山风化壳储层的评价标准。

1 地质背景

济阳坳陷是在前寒武系结晶岩和古生界碳酸盐岩及含煤碎屑岩组成的稳定地台基础上发展起来的中、新生代裂谷陆相断陷湖盆^[24]。盆地内太古宇经历海西、印支、燕山、喜山等多期构造事件叠加改造，形成了滨县、郑家-王庄、埕东、埕北等10大潜山带(图 1)，钻井资料证实济阳坳陷太古宇变质岩含量不足10%，主要为岩浆岩，其中尤以花岗岩类为主，其次为闪长岩类。

图 1 鲁西——济阳地区构造略图 Fig. 1 Tectonic sketch map of the Luxi and Jiyang area

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参照济阳坳陷古生界潜山带分类方案^[22]，依据地质结构将太古宇潜山划分为残丘山和断块山。残丘山一般发育于断裂系统较简单的盆地陡坡带，受长期活动大断层控制，往往呈现为单面山，如盐家——永北潜山、埕东潜山等。断块山一般发育于构造活动强烈、多组断裂交汇的区带，早期北西向断裂控制潜山成带，后期复杂的北东向和东西向断裂将潜山切割成断块，如埕北地区太古宇潜山和义和庄东部太古宇潜山。济阳坳陷太古宇潜山虽然发现较早，但一直以来未受到足够重视，因此勘探工作进展较慢，相关资料较少。因此，为了弥补资料不足的问题，本次工作将济阳坳陷南部鲁西地区的太古宇露头也纳入了研究范畴。鲁西地区前寒武纪结晶基底广泛出露^[26]。中生代以来的多期构造运动叠加奠定了鲁西的总体构造格局，由近南北向、北西向和北东向展布的主干断裂分隔形成的隆起和盆地相间分布。太古代结晶基底往往出露于隆起区，基底岩石中发育大量断裂、褶皱及韧性剪切带等构造。

露头区野外观测与覆盖区典型潜山带解剖发现，鲁西——济阳地区太古宇风化壳储层主要存在两种发育模式(图 2):一种为残丘型(图 2a)。该类潜山不发育或远离大型断裂，风化改造程度较高的风化壳储层围绕潜山顶面呈环带状分布，由外环带向内环带风化程度变低，储集性能逐渐变差。风化壳环带的厚度各地区差异较大，野外观测其厚度为0.5~20 m。济阳坳陷覆盖区内王庄、滨县等潜山都属于该类发育模式，潜山风化壳储层发育厚度较薄，通常仅有60~70 m(图 3)。另一种为断层滑脱型(图 2b)。该类潜山发育断裂或滑脱面，断裂或滑脱面的形成、活动造成风化壳储层横向上发育的不均衡性，在断层上盘或滑脱面之上往往发育风化程度高、破碎严重的优质风化壳储层，而断层下盘或滑脱面之下岩石改造程度明显偏低，储层发育较差。济阳坳陷覆盖区的埕北、郑4等潜山属于此种类型。该类潜山风化壳储层厚度通常较大，一般在200 m以上，埕北古7潜山风化壳储层厚度可达475 m(图 3)。

图 2 鲁西——济阳地区两种太古宇潜山风化壳储层发育模式 Fig. 2 Two kinds of developmental model of Archaeozoic weathering crust reservoir in Luxi and Jiyang area

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图 3 济阳坳陷覆盖区典型太古宇潜山带风化壳储层一般厚度 Fig. 3 General thickness of weathering crust reservoir of representative Archaeozoic buried hill in Jiyang depression

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露头、岩心观测及薄片鉴定表明，太古宇潜山风化壳储层的储集空间主要包括构造裂缝、机械风化缝和溶蚀孔缝三大类。构造裂缝在露头区及岩心中普遍发育，以产状平直、成组系发育的中高角度缝为主，低角度缝密度较低；机械风化缝则表现为大量规模较小的无规则网状微裂缝；溶蚀现象主要沿裂缝发生，表现为溶蚀扩大缝和溶蚀孔隙(图 4)。宏观微观特征反映鲁西——济阳地区太古宇虽以致密岩浆岩体为主，但潜山顶部风化壳储层仍然发育次生溶蚀孔隙。能够形成较大规模溶蚀的前提是裂缝的形成，裂缝的形成为后期风化淋滤提供了通道。表生过程中裂缝形成——溶蚀——再裂——再溶蚀长期、反复的循环作用形成了优质的风化壳储层。

图 4 鲁西——济阳地区太古宇潜山风化壳储层宏观微观特征 Fig. 4 Macroscopic and Microscopic feature of weathering crust reservoir in the Luxi and Jiyang area

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太古宇风化壳储层发育的影响因素众多，如岩性、断裂发育程度、大气淡水淋滤、物理风化等。根据露头观测及覆盖区潜山带解剖分析，认为这些影响因素可以归纳为以下3个方面，分别为潜山岩石矿物组分、潜山断裂发育程度和风化改造程度，其中第一项为内因，后两项为外因。以下详述。

3.1 岩石矿物组分

鲁西——济阳太古宇以新太古代多期岩浆侵入体为主，局部发育少量以斜长角闪岩、变粒岩为特征的变质岩。野外观测发现，很多观测点都可见岩石矿物组成成分差异而导致岩石风化程度迥异的现象。如临朐沂山82号观测点，傲徕山岩套调军顶单元2 504 Ma的细粒二长花岗岩侵入蒋峪单元2 525 Ma的条带状黑云母二长花岗岩(图 5)。其中黑云母含量较高、粒度较粗的蒋峪单元风化程度明显高于基本不含黑云母、粒度较细的调军顶单元，局部已经接近于高岭土化。而调军顶单元细粒二长花岗岩基本保持了较新鲜的露头原貌，可清晰的识别出3组构造裂缝。这一现象在济阳坳陷覆盖区同样比较普遍，其中以王庄潜山主体最为明显。同样位于潜山顶部，相距仅1~2 km的钻井，其储层发育的厚度、解释级别差异很大。在断裂发育和风化改造条件基本一致的情况下，造成这种差异的主要原因无疑为岩石矿物组分的差异。取心资料也证实，储层发育较差的井区往往为大型花岗岩体中角闪岩或闪长岩包体的集中发育区。无论是野外观测到的黑云母二长花岗岩，还是覆盖区钻井揭示的角闪岩、闪长岩包体，其共同的特点是黑云母、角闪石等暗色矿物含量较高。暗色矿物的硬度、抗风化能力要明显弱于石英、长石等浅色矿物。正是不同岩性矿物组成成分的不同，导致了其抗风化能力的不同，从而也造成了其储集性能的差异。通常而言，暗色矿物含量较高的岩石遭受风化淋滤后，往往更容易黏土化而不利于储集性能的改善，因此一般难以形成优质的储层。

图 5 岩石矿物组成差异导致岩石风化程度迥异(临朐沂山) Fig. 5 Significant differences of weathering degree resulted from different mineral composition(a case of Yishan in Linqu )

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断裂在形成、活动的过程中，往往会派生或次生一些构造裂缝，这些裂缝不仅可以直接改善太古宇岩体的储集性能，同时也为后期大气淡水淋滤和地层水溶蚀提供了便利的通道。因此断裂发育程度同样是太古宇风化壳储层发育的一个重要控制因素。从露头发育宏观特征来看，鲁西太古宇露头自西侧的泰安地区到东侧的临朐地区，其出露面积可达近10 000 km²，尽管岩石特征基本一致，然而不同地区的露头风化程度差别较大。西侧泰安地区断裂发育较少，大气淡水淋滤作用缺乏有效通道，因此太古宇露头新鲜，风化程度低，裂缝仍为其主要储集空间(图 6a)。随着向东与郯庐断裂带距离的逐渐减小，断裂明显增多，风化程度逐渐变高，至临朐地区，尽管岩性为抗风化能力较强的花岗岩类，但太古宇岩石风化程度普遍较高，大大改善了太古宇致密岩体的储集性能(图 6b)。

图 6 鲁西隆起不同地区太古宇露头储集性能具明显差异 Fig. 6 Reservoir property of Archaeozoic outcrop in different area in Luxi uplift have obvious differences

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济阳覆盖区太古宇潜山同样呈现上述规律，以郑4、王庄潜山为例(图 7)。位于大断层上盘的郑4潜山发育优质风化壳储层，钻探了Z4(郑4钻井井号，下同)、Z10、Z14等多口高产井，其中Z4井的试油数据可以充分证明这一点，Z4井对1 560~1 599 m、18 m/4层可疑油层进行试油，24 mm油嘴自喷日油高达1 095 t。同样位于断层上盘的郑39潜山，虽然规模相对较小，同样发育优质储层，Z39井试油也获得了40.1 t的高产工业油流。与之形成鲜明对比的是，在王庄潜山主体的“山顶”，由于潜山内幕断层不发育，风化壳储层储集性能明显变差。探井试油日产液量通常仅有10 t左右，最高的Z29井也仅有35 t。

图 7 Z4——Z39——王庄潜山风化壳储层发育剖面 Fig. 7 The profile of weathering crust reservoir in Zheng4——Zheng39——Wangzhuang buried hill

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致密的太古宇岩体在构造运动中抬升地表，经历表生阶段的机械风化、大气淡水淋滤等多种物理化学风化作用，形成太古宇潜山风化壳储层，本文暂将表生阶段所经历的所有物理化学风化过程统称为风化改造作用。随着风化改造程度的逐渐加强，一个致密的岩体可以变为优质的裂缝-孔隙双介质储层。但储层形成后，风化改造作用的持续或增强则会导致岩体的高岭土化，从而又大大破坏了其储集性能。因此对于太古宇潜山风化壳储层的发育而言，风化改造程度过低，不足以改造致密岩体，如露头区由于人为爆破刚刚裸露的新鲜岩体基本不发育有效储集空间；而风化改造时间过长，当进入黏土型风化作用阶段以后，风化改造程度过高，又会导致次生储集空间的丧失，如太古宇露头区的高岭土采矿坑基本都属于此类。因此只有适中的风化改造作用才能形成优质的风化壳储层。野外露头观测发现，在与大型断裂距离和岩性两个条件基本一致的情况下，不同的观测点太古宇岩体的储集性能差异较大;一种如位于鹿野－孙组断裂东侧1 km左右的莱芜毛家庄观测点，太古宇二长花岗岩风化改造程度较为适中，岩石破碎严重，镜下可见大量网状风化缝，推测其储集性能不亚于陆相湖盆中的陡坡砂砾岩体；另一种如位于寄母山断裂北侧1 km左右的莱芜裴家庄水库东侧观测点，太古宇二长花岗岩风化改造程度过高，高岭土化严重，基本丧失储集性能。

在济阳坳陷覆盖区，潜山上覆地层地质年代的差异可定性反映不同潜山带风化改造程度的差异。从潜山上覆地层地质年代角度进行分类，可将济阳坳陷覆盖区太古宇潜山带分为中古生界覆盖潜山、古近系覆盖潜山和新近系覆盖潜山三大类。用不同潜山带典型井试油产液量作为风化壳储层储集性能衡量标准进行对比发现，埕北、桩西、郑4等中古生界、古近系覆盖的潜山带，其风化改造程度较为适中，风化壳储层储集性能优越，试油井日产液量通常都在90 t以上(图 8)；而王庄、滨县等新近系覆盖的潜山带，其风化改造程度过高，风化壳储层储集性能较差，试油井日产液量通常都在10 t左右。

图 8 济阳坳陷主要太古宇潜山典型井日产液量对比柱状图 Fig. 8 Columnar diagram of daily fluid production rate of representative well of major buried hill in Jiyang depression

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对太古宇风化壳储层发育的3大主控因素分别进行级别定义。即将断裂发育程度定义为发育和欠发育；将风化改造程度定义为强和弱；将岩石矿物组成按照暗色矿物含量的多少定义为含量高和含量低(表 1)。

在完成主控因素级别定义的基础上，不同级别的三大主控因素相互匹配，建立了鲁西－济阳地区太古宇风化壳储层的三端元评价标准(表 2)。将太古宇风化壳储层划分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类潜山的主要特征为断裂发育、风化程度适中，岩石矿物组成对储层发育的控制作用不明显，无论暗色矿物含量高或低都可形成较大规模的风化壳储层，储集性能好；如以二长花岗岩为主的郑4潜山和以花岗闪长岩为主的埕北30潜山都属于此类(图 9a)。Ⅱ类潜山虽以有利浅色岩相为主，但断裂发育程度与风化改造程度两大因素的搭配较差，可形成较小规模风化壳储层，储集性能一般；如济阳覆盖区的王庄、滨县、埕东等潜山都属于此类(图 9b)。Ⅲ类潜山以暗色岩相为主，因此表生阶段的风化淋滤会形成大量黏土矿物，对储集性能的改善不利；其次风化改造程度过高直接导致风化壳储集能力的丧失，当风化改造作用适中时，断裂又欠发育，因此该类潜山风化壳储层的储集性能最差。

图 9 济阳坳陷典型太古宇潜山风化壳储层发育模式 Fig. 9 Development model of weathering crust reservoir of representative Archaeozoic buried hill in Jiyang depression

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1)鲁西——济阳地区太古宇潜山风化壳储层主要存在两种发育模式，分别为残丘型和断层滑脱型。与残丘型相比断层滑脱型潜山往往能形成规模更大、储集性能更优越的风化壳储层。太古宇潜山风化壳储层的储集空间主要包括构造裂缝、机械风化缝和溶蚀孔隙三大类。

2)露头观测及覆盖区潜山带解剖对比分析发现，太古宇潜山风化壳储层发育的主控因素主要包括3个，分别为潜山岩石矿物组分、潜山断裂发育程度和风化改造程度，其中第一项因素为内因，后两项因素为外因。

3)对太古宇风化壳储层发育的3大主控因素分别进行级别定义，再将不同级别的三大主控因素相互匹配，建立了鲁西——济阳地区太古宇风化壳储层的三端元评价标准。将太古宇风化壳储层划分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，其中Ⅰ类储集性能最好，Ⅱ类次之，Ⅲ类最差。