潜山是一种古地貌特征，由Powers(1922)在《潜山及其在石油地质学中的重要性》较早提出。后来地质学家沿用了这一术语。Levorsen(2001)在《石油地质学》书中使用了潜山这一概念，指在盆地接受沉积之前已经形成的基岩古地貌山，后被新地层覆盖形成的深埋地下潜伏山。潜山在构造抬升期会经历强烈的风化和古喀斯特作用，油气可以沿不整合面或油源断层运移到基岩储集层中形成“古潜山油气藏”(李德生，1985)。李德生(2000)将古潜山油气藏的理论作为中国石油地质学迈向新世纪的五大方向之一。国内外勘探实践证实了潜山油气藏的巨大潜力，如塔里木盆地(张希明，2000；赵文智等，2015)、四川盆地(马永生，2007；贾承造等，2012)、鄂尔多斯盆地(杨华等，2012；赵文智等，2015)和渤海湾盆地(赵国祥等，2016)碳酸盐岩潜山油气藏，渤海湾盆地海域莱州湾凹陷中生界潜山火山岩油气藏(刘晓健等，2018)，乍得Bongor盆地前寒武系潜山花岗岩、片麻岩油气藏(窦立荣等，2015)，委内瑞拉马拉开波盆地三叠-侏罗系潜山拉巴斯变质岩、火成岩油田(何登发等，2017)，巴西桑托斯盆地火山岩(Cortez and Santos, 2016)，印度巴莫盆地致密火山岩气田(Somasundaram et al., 2017)。Landes et al.(1960)对美国、委内瑞拉等25个国家的潜山油田地质特征进行了总结。潘钟祥(1983)在不整合对油气运移聚集的重要性研究中，总结了国内外几十个基岩潜山油气藏的地质特征。

从目前已发现的潜山油气藏来看，潜山层位均为前第三系，储层岩性主要为变质岩、花岗岩、碳酸盐岩和火山岩。其中成储规模较大的变质岩潜山油气藏有利比亚锡尔特盆地纳福拉和奥基拉油田(马龙等，2006)、乌克兰第聂伯-顿涅茨盆地前寒武系变质岩油田(许志琴，1995)、委内瑞拉马拉开波盆地拉帕兹油田(马龙等，2006)、乍得Bongor盆地潜山油气藏(Genik，1992；李威等，2017)、辽河兴隆台潜山油田(高先志等，2007)、渤海辽西凸起锦州25-1南油田(邓运华和彭文绪，2009；徐长贵等，2010)和渤中凹陷渤中19-6气田(Xu et al., 2019)。据俄罗斯学者什尼普统计：世界上已发现的几百个工业性基岩油气田，片麻岩为基岩的占40%，其储量占总储量的75%。可见，变质岩潜山油气勘探潜力巨大。

与常规碎屑岩不同，片麻岩类潜山储层具有非均质性强、储集空间结构复杂、成储作用多样等特点，使该类储层勘探难度较大。前人对于片麻岩成储作用的研究主要集中在以下几个方面：(1)岩性对储层影响：岩石中暗色矿物含量是影响储层发育质量的基本物质因素，暗色矿物含量越高，储层脆性变差，越不容易发育裂缝(周心怀等，2005)。辽河油田对不同应力场条件下的不同岩性岩石的抗压、抗剪强度进行测量，分析岩石的碎裂难易程度，证实了不同岩性的变质岩形成裂缝的难易程度不同(宋柏荣等，2011)。(2)潜山裂缝表征及成因：依据岩心及测井资料对变质岩不同层段的裂缝特征进行总结(童凯军等，2012；Nguyen et al., 2014)，并提出多期区域构造应力作用对于片麻岩中有效储集空间具有重要的意义(傅强等，2003)。(3)潜山储层分带：20世纪80年代以来，英国(Thomas, 1997)、新加坡(Zhao et al., 1994)、土耳其(Gupta and Rao, 1998)，印度(Tuǧrul and Zarif, 1999)等多个国家的学者利用颜色、结构、矿物特征、岩心性状、取心情况和锤击声等多个宏观指标为依据开展潜山储层分带。本质上是根据岩石的风化强度来划分。国内研究者，基本上是将变质岩风化壳分为五带，自下往上为基岩带、微风化带、弱风化带、强风化带及剧烈风化带/残积土带(黄镇国等，1996；杨洁，2004)。

前人关于风化作用对潜山储层的研究，主要集中在火山岩和碳酸盐岩方面，针对变质岩等基岩储层的风化淋滤作用研究较少，尤其在片麻岩岩性、断裂、节理与风化壳储层发育关系等方面研究不够深入。渤海片麻岩潜山岩性多样，风化壳储层埋深从1000m到5000m均有分布，不同深度变质岩潜山储层主控因素差异明显。本文基于渤海湾盆地海域钻遇变质岩的上百口探井，通过综合运用岩心、薄片、X衍射、扫描电镜、常规物性、锆石测年、矿物溶蚀模拟等多种实验技术手段及统计分析方法，揭示了渤海片麻岩储层地质特征及规模性储层发育条件，首次确定了渤海片麻岩岩潜山储层物性下限和储层矿物含量下限，对渤海湾盆地海域片麻岩潜山储层油气勘探具有较好指导意义，同时也为国内其他片麻岩类油气勘探提供借鉴。

渤海海域位于渤海湾盆地中东部，是中国北方的一个内海，海域面积约7.3×10⁴km²，水深5~20m，约2.3Ma时海水侵入形成现今的渤海(王强等，1986)，中海油所属矿区面积4.4×10⁴km²(夏庆龙等，2012)，是下辽河坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷在海域的自然延伸，是渤海湾盆地的重要组成部分。北部是下辽河坳陷，西面是黄骅坳陷，南部是济阳坳陷，东面为胶辽隆起。海域内前古近系潜山地层自下向上发育有太古界、元古界、古生界和中生界，不同层位岩性差异明显。古元古-太古界以变质岩为主，中上元古-下古生界以碳酸盐岩为主，上古生界以碎屑岩为主，中生界以火山岩和碎屑岩为主。前寒武系变质岩地层主要分布在各个凸起以及凹中隆部位，分布面积约2×10⁴km²(图 1)。其中片麻岩为变质岩主体岩性，勘探潜力巨大。

图 1

Fig. 1

图 1 渤海湾盆地海域区域位置及前古近系岩性分布 Fig. 1 Regional position of sea area of Bohai Gulf basin and distribution of the lithology of pre-Paleogene

渤海油田在1980~1999年发现了曹妃甸1-6、曹妃甸18-2等几个中、小型片麻岩潜山油气田(邱中建和龚再升，1999)，2000年后通过对渤海潜山勘探经验的总结，认识到渤海基岩潜山以片麻岩为主，加之渤海断层发育，活动性强，断裂带附近裂缝发育，破碎的变质岩易发生风化作用，形成风化壳+内幕裂缝型优质储层，为规模性潜山大油田形成提供条件，以此为基础，经钻探发现了锦州25-1南大型花岗片麻岩潜山油气藏(邓运华，2015)，为渤海变质岩潜山的勘探打开了局面。通过对渤海潜山多年油气勘探研究，古元古-太古界片麻岩潜山油气储量发现最多，探明储量约占潜山总储量的60%，并且片麻岩潜山油气藏以整装为主、油层厚度大、测试产能高、储量规模大，随着渤海油气勘探向深层以及非常规领域迈进，片麻岩潜山油气勘探前景广阔。

对渤海油田钻遇片麻岩的121口井壁心、岩心和薄片系统观察，前寒武系片麻岩主要为斜长片麻岩、二长片麻岩和混合片麻岩三大类岩石类型，具体可细分为黑云斜长片麻岩(图 2a)、混合岩化花岗岩(图 2b，c)、二长混合花岗岩(图 2d)、黑云碱长混合片麻岩(图 2e)。镜下可见片麻状构造(图 2f)、粒状变晶结构、显微文象结构(图 2g)、交代穿孔结构(图 2h)等现象，部分地区岩石中黑云母、白云母等暗色矿物发育，呈定向富集分布，绿泥石化普遍。渤海片麻岩发育弱片麻状构造，表明岩石整体变质程度不强，可能只钻遇了中上地壳的片麻岩，深部变质程度较深的岩石尚未钻遇。全海域前寒武系片麻岩的混合岩化作用普遍发育，新生花岗质脉体含量5%~90%，混合程度在不同地区呈明显非均质性，曹妃甸1-6、锦州25-1南、渤中27-2等构造混合岩化强烈地区，岩性与岩浆凝结的花岗岩相似，渤海岩浆岩混合岩化与华北地区19~33亿年岩浆活动有关。

图 2

Fig. 2

图 2 渤海湾盆地海域片麻岩岩石类型 (a)JZ25-1S-2井，1750.64~1751.14m，黑云斜长片麻岩，片麻状构造；(b)X19-1井，3877.65~3877.85m，混合岩化花岗岩；(c)CFD18-2E-1井，4001.12m，混合岩化花岗岩；(d)CFD1-6-1井，2814.8m，二长混合片麻岩；(e)CFD1-6-1井，2814.43m，黑云碱长混合片麻岩；(f)X19-1井，4175m，黑云斜长片麻岩，片麻状构造；(g)BZ18-2-2D井，4197.78m，显微文象结构；(h)CFD12-6-1井，3349.5m，交代穿孔结构 Fig. 2 The rock types of gneiss in sea area of the Bohai Gulf basin (a)biotite plagiogneiss with gneissic structure in JZ25-1S-2 well, 1750.64~1751.14m;(b)migmatization granite in X19-2 well, 3877.65~3877.85m;(c)migmatization granite in CFD18-2E-1 well, 4001.12m;(d)monzogneiss in CFD1-6-1 well, 2814.8m;(e)biotite orthoclase migmatiticgneiss in CFD1-6-1 well, 2814.43m;(f)biotite plagiogneiss with gneissic structure in X19-1 well, 4175m;(g)micrographic texture in BZ18-2-2D well, 4197.78m;(h)metasomatic perforation texture in CFD12-6-1 well, 3349.5m

对CFD1-6-1、CFD12-6-1及X19-2三口井钻遇的片麻岩进行锆石U-Pb定年分析，样品的预处理和定年均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)完成，激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a，对每颗锆石进行U-Pb定年，最终获得三组年龄：²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb/²³⁵U、²⁰⁶Pb/²³⁸U。对于封闭体系，U-Pb年龄是谐和的，反映出锆石的结晶年龄。而在实际情况下，由于热液或变质作用的影响，锆石有可能会Pb污染或丢失，导致U-Pb年龄不谐和。在数据处理中，对²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄小于1000Ma的锆石选取²⁰⁶Pb/²³⁸Pb年龄，并以100×(²⁰⁷Pb/²³⁵U)/(²⁰⁶Pb/²³⁸U)计算谐和度；对²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄大于1000Ma的锆石选取²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄并以100×(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb)/(²⁰⁶Pb/²³⁸U)计算谐和度(Campbell et al., 2005)。结合样品数据情况，选取谐和度大于90%的锆石U-Pb年龄，发现其锆石形成年龄为太古代-早元古代(表 1)。其中，CFD1-6-1井2814.1m混合片麻岩测得12个谐和年龄，介于2346±39Ma与2542±36Ma之间(图 3)。CFD12-6-1井3345~3350m片麻岩仅测得1个谐和年龄，为3166Ma。X19-2井3880~3890m片麻岩测得20个谐和年龄，介于2432±22Ma与2531±31Ma之间。如图 3所示，X19-2井3880~3890m片麻岩样品锆石为大小不一的柱状晶体，直径50~200μm不等，核-边结构明显，晶体破碎，部分晶体晶形不完整，仅为残余晶体碎片，且裂缝发育，溶蚀明显，显示岩浆锆石晶体初始形成之后被强烈的地质作用改造。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 渤海湾盆地海域典型构造片麻岩锆石U-Pb年龄 Table 1 U-Pb zircon dating of gneisses in typical structures of sea area of the Bohai Gulf basin 测点号 同位素比值 年龄(Ma) Th/U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ CFD1-6-1-5 0.1500 0.0034 8.6064 0.1985 0.4170 0.0044 0.1059 0.0024 2346 38.6 2297 21.0 2247 20.1 2035 43.6 0.90 CFD1-6-1-6 0.1632 0.0036 10.4333 0.2341 0.4638 0.0047 0.1497 0.0033 2489 37.3 2474 20.9 2456 20.6 2820 58.5 0.82 CFD1-6-1-9 0.1546 0.0050 9.0035 0.3477 0.4301 0.0086 0.1093 0.0042 2398 55.6 2338 35.3 2306 38.7 2097 77.1 0.55 CFD1-6-1-10 0.1628 0.0039 10.5951 0.2967 0.4688 0.0068 0.1217 0.0030 2487 40.7 2488 26.0 2478 29.8 2320 54.8 1.01 CFD1-6-1-19 0.1631 0.0039 10.6951 0.2725 0.4717 0.0059 0.1349 0.0031 2488 40.4 2497 23.7 2491 26.0 2558 55.3 0.67 CFD1-6-1-20 0.1675 0.0045 11.2824 0.2914 0.4853 0.0046 0.1277 0.0029 2533 44.4 2547 24.2 2550 19.9 2429 52.2 0.96 CFD1-6-1-27 0.1554 0.0038 8.6723 0.2339 0.4040 0.0064 0.1280 0.0035 2406 41.7 2304 24.6 2187 29.6 2434 63.6 0.55 CFD1-6-1-29 0.1552 0.0035 9.7329 0.2795 0.4522 0.0085 0.1349 0.0036 2406 38.3 2410 26.5 2405 37.8 2558 64.7 0.49 CFD1-6-1-3 0.1521 0.0037 10.1640 0.2575 0.4841 0.0047 0.1230 0.0034 2369 41.5 2450 23.5 2545 20.6 2344 60.7 0.82 CFD1-6-1-31 0.1616 0.0035 10.3772 0.2796 0.4618 0.0071 0.1278 0.0031 2473 37.0 2469 25.0 2448 31.3 2432 55.6 0.62 CFD1-6-1-35 0.1679 0.0035 10.8914 0.2370 0.4680 0.0050 0.1232 0.0026 2537 35.3 2514 20.3 2475 21.8 2347 47.6 0.66 CFD1-6-1-36 0.1685 0.0036 10.1998 0.2199 0.4364 0.0040 0.1180 0.0025 2542 35.5 2453 20.0 2334 17.8 2255 46.0 0.68 CFD12-6-1-18 0.2470 0.0071 22.8488 1.0413 0.6204 0.0231 0.5976 0.0290 3166 45.7 3221 44.4 3112 92.0 9469 366.8 0.68 X19-2-01 0.1666 0.0020 10.1119 0.1601 0.4375 0.0052 0.1151 0.0020 2524 21.45 2445 14.7 2339 23.4 2202 37.1 0.80 X19-2-04 0.1647 0.0024 10.2619 0.1514 0.4499 0.0038 0.1155 0.0016 2506 25 2459 13.7 2395 17.0 2209 29.2 0.51 X19-2-05 0.1655 0.0023 11.3544 0.1658 0.4956 0.0047 0.1296 0.0017 2513 23.7625 2553 13.7 2595 20.2 2464 30.1 0.81 X19-2-07 0.1645 0.0020 9.8422 0.1278 0.4320 0.0036 0.1110 0.0015 2502 20.37 2420 12.1 2315 16.3 2128 28.0 0.71 X19-2-09 0.1658 0.0022 10.0971 0.1559 0.4393 0.0044 0.1171 0.0017 2517 22.22 2444 14.4 2347 19.6 2238 31.7 0.93 X19-2-11 0.1654 0.0025 10.7698 0.1686 0.4700 0.0036 0.1261 0.0018 2522 25.925 2503 14.6 2483 16.0 2401 31.7 0.83 X19-2-12 0.1673 0.0026 10.9516 0.1785 0.4726 0.0042 0.1272 0.0019 2531 30.555 2519 15.3 2495 18.6 2420 33.7 0.89 X19-2-13 0.1653 0.0025 11.3876 0.1790 0.4972 0.0043 0.1390 0.0020 2511 24.2275 2555 14.8 2602 18.4 2630 34.9 0.87 X19-2-21 0.1649 0.0024 10.9255 0.1554 0.4783 0.0035 0.1430 0.0021 2506 24.075 2517 13.3 2520 15.3 2702 37.7 0.49 X19-2-22 0.1636 0.0023 10.8966 0.1783 0.4816 0.0059 0.1432 0.0023 2494 23.1525 2514 15.3 2534 25.7 2704 40.3 0.83 X19-2-23 0.1617 0.0021 9.7304 0.1727 0.4342 0.0057 0.1403 0.0024 2473 22.225 2410 16.4 2325 25.7 2654 42.0 0.71 X19-2-27 0.1635 0.0027 10.7880 0.1822 0.4774 0.0039 0.1304 0.0019 2492 27.78 2505 15.8 2516 16.9 2478 33.5 0.43 X19-2-32 0.1603 0.0043 10.8210 0.2893 0.4882 0.0053 0.1301 0.0020 2459 45.37 2508 24.9 2563 22.9 2472 35.6 0.63 X19-2-34 0.1602 0.0033 9.6614 0.2045 0.4354 0.0039 0.1199 0.0017 2458 35.185 2403 19.5 2330 17.6 2289 30.8 0.73 X19-2-35 0.1614 0.0031 10.9595 0.2120 0.4907 0.0047 0.1339 0.0020 2472 31.945 2520 18.1 2574 20.2 2539 36.4 0.74 X19-2-36 0.1612 0.0027 10.9416 0.1961 0.4898 0.0047 0.1358 0.0025 2469 29.17 2518 16.8 2570 20.3 2574 44.3 0.88 X19-2-37 0.1627 0.0028 11.1070 0.2163 0.4933 0.0061 0.1358 0.0025 2484 29.0125 2532 18.2 2585 26.5 2573 44.7 0.38 X19-2-40 0.1649 0.0027 10.1225 0.1740 0.4432 0.0046 0.1185 0.0023 2506 60.1875 2446 16.0 2365 20.5 2263 41.5 0.32 X19-2-41 0.1625 0.0025 10.8319 0.2058 0.4816 0.0069 0.1335 0.0032 2483 24.85 2509 17.7 2534 30.0 2532 56.4 0.50 X19-2-43 0.1578 0.0020 9.4163 0.1674 0.4304 0.0058 0.1212 0.0021 2432 21.605 2379 16.4 2308 25.9 2312 38.3 0.86

表 1 渤海湾盆地海域典型构造片麻岩锆石U-Pb年龄 Table 1 U-Pb zircon dating of gneisses in typical structures of sea area of the Bohai Gulf basin

图 3

Fig. 3

图 3 X19-2井片麻岩锆石阴极发光图像与锆石U-Pb年龄 Fig. 3 Cathodoluminescence images and U-Pb zircon dating of gneisses of the X19-2 well

利用渤海片麻岩钻井取心和旋转井壁取心资料，在实验室系统测定了25口井365块岩心样品的孔隙度和渗透率。结果显示，片麻岩潜山储层非均质性十分明显。孔隙度分布范围为0.4%~31.2%；渗透率差异更为明显，最小为0.01×10^-3μm²，最大为3745.5×10^-3μm²(图 4)。勘探实践表明片麻岩储层物性与风化壳埋深密切相关。根据潜山埋深可以把储层分为三类：(1)浅埋藏型，该类储层埋深小于2000m，储层物性好，平均孔隙度10.65%，平均渗透率12.18×10^-3μm²，以锦州25-1南构造为代表；(2)中等埋深型，埋深介于2000~4000m之间，平均孔隙度4.52%，平均渗透率0.6×10^-3μm²，以锦州20-2、曹妃甸18-1、渤中26/27构造为例；(3)深埋型，埋藏深度大于4000m。该类储层埋深大，储集空间以裂缝为主，平均孔隙度4.08%，平均渗透率0.28×10^-3μm²，以曹妃甸18-2东为代表。

图 4

Fig. 4

图 4 渤海湾盆地海域片麻岩储层孔渗关系 Fig. 4 The relationship between porosity and permeability of gneisses in sea area of the Bohai Gulf basin

渤海片麻岩风化壳储层储集空间多样，根据岩心和铸体薄片鉴定，渤海片麻岩储集空间与其他地区变质岩储层储集空间类似，主要是裂缝、溶蚀孔和晶体内部裂缝，按成因可分为3类：(1)溶蚀孔(缝)：一般分布在潜山顶面风化壳附近，岩石受风化淋滤作用强烈，顶部形成大量溶蚀孔(图 5a)以及沿裂缝的溶蚀扩大孔(图 5b)，储集空间一般为孔隙-裂缝型，可作为优质储层；(2)裂缝，与区域构造运动有关，多期性明显，显微镜下可见多期裂缝相互切割特点，其中晚期裂缝可作为有效储集空间(图 5c，d)；(3)颗粒破碎晶内裂缝：风化淋滤作用和晚期构造应力作用把岩石角砾化，早期构造形成的裂缝保留在构造角砾中形成晶内裂缝(图 5e，f)，这类裂缝一般形成时间比较早，充填碳酸盐岩、铁质等矿物。

图 5

Fig. 5

图 5 渤海湾盆地海域片麻岩储层储集空间类型 (a)JZ25-1S-8井，1620m，风化淋滤孔，部分孔隙被方解石充填；(b)CFD12-6-1井，3110m，多期次裂缝切割，沿裂缝溶蚀扩大孔；(c)BZ27-4-2井，3696.43-3996.53m，岩心中裂缝发育，可见沿裂缝溶蚀孔隙；(d)JZ20-2-7d井，2697.69m，可见有效裂缝，裂缝中部分充填方解石；(e)BZ27-4-2井，3662.8m，长石颗粒中微裂缝极发育；(f)CFD12-6-1井，3285m，长英质颗粒破碎微裂缝 Fig. 5 Reservoir space type of gneiss reservoir in sea area of the Bohai Gulf basin (a)weathering holes, some pores are filled with calcite in JZ25-1S-8 well, 1620m;(b)multiple fractures are cut each other, and holes expand along the cracks in CFD12-6-1well, 3110m;(c)the fractures in the core are well developed, and the dissolution pores along the fractures can be seen in BZ27-4-2 well, 3696.43-3996.53m;(d)effective fractures, partly filled with calcite in JZ20-2-7d well, 2697.69m;(e)micro-fractures development in feldspar in BZ27-4-2 well, 3662.8m;(f)micro-fractures in feldspar and quartz in CFD12-6-1 well, 3285m

为了揭示风化淋滤过程中大气水对岩石中矿物差异溶蚀机理，设计了矿物岩石物理模拟实验。样品为渤海蓬莱9-1地区花岗岩岩心，主要模拟岩石中斜长石和钾长石矿物在不同温度下(60℃、120℃、180℃)溶蚀情况。

本次实验在吉林大学测试科学实验中心进行，利用小型反应釜以及101A-1B型加热箱完成，样品反应前后表面形态特征利用配置有INCAX-SIGHT型能谱仪的JSM-6700F扫描电镜进行观察。

实验前利用扫描电镜对样品中斜长石和钾长石分别进行观察，经过60℃、120℃、180℃反应后，再利用扫描电镜对长石矿物的表面溶蚀情况以及产生的次生矿物进行对比，观察在不同温度下样品的溶蚀孔隙的大小、分布以及喉道的相互连通情况。

斜长石  实验样品中斜长石主要是由钠长石、钙长石和钙钠长石组成。经过扫描电镜观察发现斜长石矿物实验前无溶蚀、溶解现象(图 6a)。随着温度的升高(60℃、120℃、180℃)，溶蚀、溶解程度加强，沿着晶体表面形成溶蚀坑和凹槽(图 6b)，沿着裂隙和解理形成溶蚀沟和条带(图 6c)，在180℃下形成溶蚀、溶解残余骨架(图 6d)。在120℃和180℃时骨架颗粒溶蚀强烈，样品容易破碎，在表面形成次生沉淀物。

图 6

Fig. 6

图 6 斜长石在不同温度下溶蚀模拟实验 (a)实验前钠长石样品表面没有附着物，未发生溶蚀现象；(b)钠长石60℃下形成溶蚀坑，沿解理发生微弱溶蚀；(c)钠长石120℃下粒内溶蚀强烈，形成溶蚀凹槽和条带；(d)钠长石180℃下表面发生强烈溶蚀、溶解，同时形成次生沉淀物 Fig. 6 Simulation experiment on the dissolution of albite at different temperatures (a)there was no attachment on the surface of albite before the experiment, and no corrosion occurred; (b)albite formed a corrosion pits at 60℃, weakly corroding along the solution; (c)albite is strongly corroded within 120℃, forming dissolution grooves and ribbons; (d)albite is strongly corroded at 180℃ and forms secondary sediments

钾长石  实验样品中碱性长石由钾长石组成，经过扫描电镜观察发现钾长石矿物实验前无溶蚀、溶解现象(图 7a)。随着温度的升高(60℃、120℃、180℃)，溶蚀、溶解程度加强：沿着晶体表面形成溶蚀坑(图 7b)，沿着裂隙和解理形成溶蚀沟和条带(图 7c)，在180℃下形成溶蚀、溶解残余骨架(图 7d)。在180℃时骨架颗粒溶蚀强烈，样品容易破碎，在表面形成次生沉淀物。

图 7

Fig. 7

图 7 钾长石在不同温度下溶蚀模拟实验 (a)实验前钾长石样品表面没有附着物，未发生溶蚀现象；(b)钾长石60℃下形成溶蚀坑，沿解理发生微弱溶蚀；(c)钾长石120℃下形成溶蚀条带，沿解理形成溶蚀沟; (d)钾长石180℃下形成溶蚀、溶解残余骨架，表面形成次生沉淀 Fig. 7 Simulation experiment on the dissolution of potash feldspar at different temperatures (a)there was no attachment on the surface of potassium feldspar before the experiment, and no corrosion occurred; (b)potassium feldspar formed a corrosion pits at 60℃, weakly corroding along the solution; (c)potassium feldspar formed a dissolution zone at 120℃ and formed a dissolution ditch along the cleavage; (d)potassium feldspar formed corrosion and dissolution of residual skeleton at 180℃ and formed secondary precipitation on the surface

随着实验反应温度的升高(60℃、90℃、120℃、150℃、180℃)，斜长石、钾长石和石英溶蚀、溶解强度增大，伴随着离子浓度变化和新生矿物的形成，样品中的孔隙结构发生改变。颗粒内部解理、微孔隙和裂缝发生溶蚀扩大，形成矿物粒内条带状溶孔，使孔隙连通性变好；孔隙喉道半径增大，增大了样品的渗透率。在温度大于120℃时新生高岭石、绿泥石和方解石等次生矿物，堵塞喉道和粒内溶蚀孔隙，对渗透率产生一定影响。

片麻岩潜山作为盆地充填的一部分，在构造运动的影响下抬升至地表或近地表，接受风化作用的改造。风化作用对于片麻岩潜山改善意义重大，风化作用改变了岩石的物理化学性质，形成了大量的次生孔隙和裂缝，改善了片麻岩潜山的岩石物性，使其具备了形成优质储层的物质基础。有观点认为变质岩潜山主要是裂缝储层，孔隙并不发育。通过手标本观察、镜下鉴定可知，渤海湾盆地海域变质岩存在大量的风化淋滤成因的孔隙型储集空间，主要表现为长石溶蚀和富高岭石风化壳的形成(图 8)，为花岗岩潜山提供了大量的储集空间。

图 8

Fig. 8

图 8 片麻岩潜山风化淋滤型储集空间 (a)JZ25-1S-4d井，1923m，片麻岩中长石内部风化淋滤孔；(b)CFD12-6-1井，3358m，风化壳顶部颗粒内部溶蚀孔；(c)BZ27-4-1井，3657.3m，松散风化壳重新固结致密；(d)CFD12-6-1井，3358m，扫描电镜下长石风化淋滤孔 Fig. 8 The reservoir space formed by the gneiss weathering (a)internal weathering and leaching hole of feldspar in gneiss in JZ25-1S-4d well, 1923m;(b)internal dissolution pores of the top particles of the weathering crust in CFD12-6-1 well, 3358m;(c)reconsolidation and densification of loose weathering crust in BZ27-4-1 well, 3657.3m;(d)weathered leachate of Feldspar under scanning electron microscope in CFD12-6-1 well, 3358m

勘探实践证实暗色矿物含量与孔隙度密切相关，以锦州25-1南片麻岩潜山为例，暗色矿物含量较高的岩心段，孔隙度平均值只有0.58%，暗色矿物含量较低段，孔隙度可达5.6%。岩心观察也表明暗色矿物含量较高段裂缝不发育，岩心致密，基本保持原岩形态，而暗色矿物含量较低段裂缝发育，岩心破碎，风化作用强。辽河油田的岩石力学实验表明，富含暗色矿物的角闪岩抗压强度和抗剪强度都要大于暗色矿物含量较低的酸性侵入岩。因此，岩石的矿物成分，尤其是暗色矿物含量对片麻岩潜山成储能力具有决定性影响。

通过对渤海14个构造28口井521个岩心、井壁取心孔渗数据统计，发现能够作为储层的片麻岩孔隙度基本大于2%(图 9)，因此，把渤海片麻岩潜山储层物性下限定为2%。

图 9

Fig. 9

图 9 渤海湾盆地海域片麻岩潜山储层和非储层孔隙度-渗透率关系 Fig. 9 Porosity-permeability relationship of reservoir and non-reservoir of gneiss buried hills in sea area of the Bohai Gulf basin

通过统计渤海13个构造18口井183个数据发现，储层孔隙度为2%的变质岩储层对应岩石中长英质矿物含量70%，当长英质矿物小于70%的时候，孔隙度基本小于2%，储层品质显著降低，并且统计渤海七个变质岩油气藏也遵循此规律。因此，把储层矿物含量下限定为70%(图 10)。并且长英质矿物含量70%在岩石矿物学上是长石片麻岩类的分界线，也就是说渤海变质岩勘探对象重点是长石质片麻岩类和混合岩类。

图 10

Fig. 10

图 10 渤海湾盆地海域片麻岩潜山储层物性与长英质矿物关系 Fig. 10 Relationship between physical properties and felsic minerals of gneiss reservoirs in sea area of the Bohai Gulf basin

国内外片麻岩储层研究表明潜山中的断裂和节理在储层形成过程中具有重要作用，是片麻岩类储层储层最重要的成储作用。通过对渤海片麻岩类潜山系统研究发现断裂和节理不仅可直接提供储集空间，同时对风化壳储层也有重要的影响作用。岩石受断裂影响强烈破碎，形成断裂破碎带，断裂破碎带是大气水对潜山进行风化作用的重要通道，不仅使潜山顶部形成风化壳，更可以作为深层风化的通道，加速深部岩石的风化作用，断裂和节理密集区直接增加了与大气水的接触面积，加速风化过程。其次，断层都伴生大量裂缝，进而组成宽度不等的伴生裂缝带，伴生裂缝带可形成更宽的一个风化淋滤通道，大断层往往伴生众多断层，断层伴生裂缝带，这样就组成了一个范围更宽的大断层-伴生次级断裂-伴生裂缝带组成的大气水疏导体系，从而在大断层附近形成厚层风化壳。

在广泛调研国内外变质岩、花岗岩潜山储层分带基础上(Wyns et al., 1999；Dewande et al., 2006)，结合岩心、测井曲线以及测井解释成果综合分析，把渤海片麻岩潜山储层自上往下分为粘土带、砂化带、砂化砾石带、裂缝带和基岩带(图 11)。粘土带主要由风化粘土构成，颜色通常为红色，表现为高伽马、低电阻特征，不能作为有效储层；砂化带主要由砂质片麻岩岩屑构成，偶见未风化完全残余片麻岩岩块，片麻岩结构特征基本不可见，储集空间以孔隙型为主，发育少量裂缝，测井数据表明砂化层物性是风化壳中最好的；粘土带和砂化带发育在构造缓坡和平台位置，山顶和坡度较陡的部位不容易保存。砂化砾石带主要由未风化完全的片麻岩岩块和风化程度强的岩屑和粘土构成，岩块中母岩结构仍然保留，与下部裂缝带中的裂缝具有继承性，储集空间为孔隙-裂缝型，是仅次于砂化层的优质储层；裂缝带主要由片麻岩岩块构成，风化程度较上部砂化层和砂化砾石层弱，储集空间以构造裂缝为主；基岩带主要为几乎不受风化作用影响的新鲜岩石，裂缝不发育，测井电阻率高，密度大，是储层物性最差的部位。

图 11

Fig. 11

图 11 片麻岩潜山储层分带模式(据Wyns et al., 1999修改) Fig. 11 Zoning patterns of gneiss in Buried hill reservoir (modified after Wyns et al., 1999)

片麻岩潜山储层发育厚度受宏观地貌和微古地貌控制明显，国内外石油地质学界学者目前这方面的研究很少。构造高部位风化壳被剥蚀强烈，几乎没有上部风化壳保留，厚层风化壳储层主要发育在坡度相对平缓和断裂节理发育的部位。而对于大型片麻岩潜山来说，只有在宽缓的平顶及长期夷平面附近，坡中宽缓平台，斜坡的坡脚位置才有厚层风化壳保留。

(1) 长石类矿物是片麻岩潜山大气水风化淋滤过程中主要溶蚀矿物，长石矿物的溶蚀形成大量次生孔隙以及沿裂缝发育的溶蚀扩大孔隙，由此极大改善了片麻岩潜山的储层物性。

(2) 脆性矿物长英质含量是决定片麻岩潜山能否成储的重要条件，确定了渤海片麻岩潜山能够成储的长英质矿物含量下限为70%，明确勘探重点对象是长石质片麻岩类和混合岩类。

(3) 构造作用产生的断裂和节理不仅可以直接提供储集空间，还可以作为渗流通道加大风化淋滤作用的影响深度和范围，促进深部岩石的溶蚀改造，加速风化过程。

(4) 渤海片麻岩风化壳型潜山自上往下分为粘土带、砂化带、砂化砾石带、裂缝带和基岩带。砂化带和砂化砾石带储集空间以孔隙-裂缝型为主，储层物性最好；裂缝带储集空间类型以裂缝为主，断裂发育处可作为优质储层；基岩带裂缝不发育，储层物性差。