引用本文
庄子建. 潜山风化壳特征及其对油气成藏模式的控制——以辽河坳陷茨榆坨潜山为例[J]. 录井工程, 2025,36(3): 146-152.
ZHUANG Zijian. Characteristics of weathering crust in buried hill and their control on hydrocarbon accumulation models：A case study of Ciyutuo buried hill in Liaohe Depression[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(3): 146-152.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.03.020  
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潜山风化壳特征及其对油气成藏模式的控制——以辽河坳陷茨榆坨潜山为例
庄子建①,②
①中国石油录井技术研发中心
②中国石油长城钻探录井公司

作者简介：庄子建 工程师,1993年生,2015年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业,现在中国石油长城钻探录井公司从事地质综合研究工作。通信地址：124010 辽宁省盘锦市兴隆台区石油大街77号。E-mail：zzj1.gwdc@cnpc.com.cn

收稿日期: 2025-04-15
基金: 中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“辽河探区可持续规模增储勘探关键技术研究”（编号：2017E-1601）
摘要

变质岩潜山是渤海湾盆地油气勘探的重要领域,茨榆坨潜山作为辽河坳陷东部凹陷西侧的地垒式构造,其油气分布受风化壳结构及物性分异显著控制。为明确茨榆坨潜山油气分布不均的原因,利用岩心、薄片、测井及分析化验等资料,对潜山顶面风化壳进行纵向结构划分与特征研究,通过解析其演化过程及物性分布规律,明确风化壳对潜山油气聚集的控制作用。研究表明：茨榆坨潜山风化壳缺失黏土带与风化砂砾岩带,纵向由淋蚀带和崩解带组成;风化壳厚度及物性差异控制“上倾尖灭”圈闭形成,淋蚀带（渗透率>10 mD）为优势运移通道;生烃强度分级模拟显示,高生烃强度（5×106 t/km2）下油气可充注崩解带（厚度>12 m）。研究结果揭示了风化壳对潜山油气聚集的控制作用,为深化潜山成藏规律认识及优化勘探部署提供了重要地质依据。

关键词: 茨榆坨潜山; 风化壳; 优势运移通道; 油气成藏; 生烃强度; 物性分异
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Characteristics of weathering crust in buried hill and their control on hydrocarbon accumulation models：A case study of Ciyutuo buried hill in Liaohe Depression
ZHUANG Zijian①,②
①Mud Logging Technology R & D Center,CNPC,Panjin,Liaoning 124010,China
②GWDC Mud Logging Company,CNPC,Panjin,Liaoning 124010,China
Abstract

Metamorphic buried hill is the key field of oil and gas exploration in Bohai Bay Basin. As a horst structure on the west side of the eastern depression of Liaohe Depression,the oil and gas distribution of Ciyutuo buried hill is controlled by the weathered crust structure and significant physical property differentiation. In order to clarify the cause of uneven distribution of oil and gas in Ciyutuo buried hill,the longitudinal structure division and characteristics of the weathering crust on the top of buried hill were studied by using core,thin section,well logging and analysis data,so as to analyze its evolutionary process and physical property distribution law and clarify the control effect of the weathering crust on hydrocarbon accumulation in the buried hill. The results show that the weathering crust of Ciyutuo buried hill lacks clay bands and weathered glutenite bands,and is vertically composed of leached zones and disintegration zones. The weathering crust thickness and physical properties differences control the formation of "up dip pinch out" traps,and the leached zone （permeability higher than 10 mD） is the dominant migration channel. Graded simulations of hydrocarbon generation intensity show that under high hydrocarbon generation intensity with 5×106 t/km2,oil and gas can charge the disintegration zone （thickness higher than 12 m）. The results reveal the controlling effect of weathering crust on hydrocarbon accumulation in buried hill,and provide an important basis for deepening the understanding of reservoir-formation law and optimizing exploration deployment.

Keyword: Ciyutuo buried hill; weathering crust; dominant migration channel; hydrocarbon accumulation; hydrocarbon-generating intensity; physical property differentiation
0 引言

变质岩潜山油气藏是渤海湾盆地重要勘探目标, 渤海海域渤中19-6千亿方大型气藏、辽河油田兴隆台潜山油藏等均揭示其资源潜力[1, 2]。茨榆坨潜山勘探始于20世纪80年代, 目前仅有少量生产井获工业油流, 部分探井在潜山钻遇油气显示, 但分布较为零散。其上覆古近系已上报探明储量超过5× 107 t, 证实了茨榆坨构造带是油气聚集的主要场所[3], 且位于同一坳陷具有相同地质条件的兴隆台潜山已发现了亿吨级规模储量[4], 更表明茨榆坨潜山具有良好的勘探前景。为提高勘探成功率、达到规模增储, 有必要对茨榆坨潜山的结构特征及成藏模式进行研究。

潜山风化壳可作为油气长距离高效运移通道[5]。薛永安[6]提出“ 汇聚脊” 理论, 认为脊状地质体为低势区, 可控制油气富集。赵波等[7]认为, 天然气在风化壳中的运移主要受控于流体势, 方向为高势区向低势区。以往对茨榆坨潜山的研究侧重于潜山的储层条件[8, 9], 对油气运移条件研究较少; 虽然有学者提出茨榆坨地区油源来自东侧长滩洼陷, 油气通过茨东断层运移至潜山, 且风化壳中油气运移通道为“ 线状” 而非“ 面状” [3, 10], 但未能明确指出优势运移通道的分布与控制因素。本文利用岩心、薄片、测井及分析化验等资料, 建立茨榆坨潜山风化壳纵向结构的划分方案与识别标准, 总结风化壳物性特征, 刻画风化壳分布规律, 从圈闭与运移通道两方面明确了风化壳在潜山油气成藏过程中起到的控制作用, 为该区下步勘探部署提供充足的地质依据。

1 区域地质概况

茨榆坨潜山构造带位于辽宁省辽中县境内, 区域构造位置为辽河坳陷东部凹陷西侧, 是受茨西、茨东两条边界断层控制的地垒式潜山（图1a）, 东临东部凹陷最大的生油洼陷— — 长滩洼陷[10], 具有优越的油源条件。凹陷基底主要为太古宇地层, 潜山岩性以混合花岗岩、混合片麻岩、花岗片麻岩等变质岩为主, 夹杂少量辉绿岩等岩浆岩呈脉状分布[8]。茨榆坨潜山带经历了复杂的构造演化：中生代三叠世末期, 受太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响, 在盆地内形成了湖盆并接受中生代地层沉积; 到印支期之后, 基底发生强烈

抬升, 导致早先形成的中生代地层遭受长期剥蚀, 目前仅在研究区东南部有少量残留; 进入新生代以后, 该区再次沉降并接受上覆地层沉积（图1b）[11]。潜山经历多次构造运动叠加改造, 发育了一系列北东-南西向的次级断层, 整体表现为“ 东西分带, 南北分块” 的构造格局, 潜山顶面为西高东低趋势（图1a）。这种特殊的构造背景和演化历史为潜山风化壳发育和油气成藏提供了独特的地质条件。

图1 茨榆坨潜山构造位置及地层综合柱状图

2 潜山风化壳特征

根据风化作用程度的不同, 可将茨榆坨潜山在纵向上划分为风化壳和基岩带2个一级结构单元[12], 裂缝与溶孔是风化壳的明显标志[13]。以C 111井为例, 岩心资料显示：潜山上部2 791.5 m处岩心溶蚀孔洞及裂缝较为发育, 为风化壳的典型特征; 下部3 203.0 m处岩心表现为致密的块状构造, 其中溶蚀孔洞欠发育, 仅发育少量构造成因裂缝, 为潜山基岩带的典型特征（图2）。

图2 C 111井潜山结构特征

可利用测井曲线对风化壳和潜山内幕进行划分。电阻率曲线：由于风化壳岩性及孔隙中流体的双重影响, 其电阻率一般为70~150 Ω ∙ m, 略高于上覆沉积岩层, 远低于潜山基岩带（500~10 000 Ω ∙ m）, 风化壳与上下岩层之间存在明显突变台阶。三孔隙度曲线（声波时差、密度、中子）：潜山由表及里, 风化作用逐渐减弱, 溶蚀孔隙及裂缝发育程度也逐渐变差, 致使密度曲线值由风化壳向基岩逐渐增大, 声波时差、中子曲线值逐渐减小, 直至平稳, 由上至下为渐变趋势, 无明显突变台阶（图2）。这种测井响应的差异性为潜山结构的划分提供了可靠的识别标志。

2.1 风化壳结构特征

通过对茨榆坨潜山风化壳的深入研究, 发现其内部在纵向上也具有明显的分带性。渤中凹陷太古宇潜山由上至下可分为黏土带、风化砂砾岩带、淋蚀带和崩解带4个二级结构单元[12], 但茨榆坨潜山与同类型潜山相比, 风化壳缺失黏土带与风化砂砾岩带, 仅保留淋蚀带和崩解带, 其主要岩石学特征如下。

淋蚀带：为变质岩破裂所产生的裂缝经大气降水淋滤作用形成, 岩石蚀变较为严重, 岩心可见明显的溶蚀孔洞（图3a）, 以及风化裂缝的溶蚀扩大现象（图3b）, 薄片中多处可见长石表面蚀变及内溶孔（图3c）。崩解带：为淋蚀带向下的过渡带, 淋蚀作用较上部弱, 多见无溶蚀现象的裂缝, 溶蚀孔隙较少, 主要发育产状及形态各异的风化裂缝（图3d）。

图3 茨榆坨潜山风化壳岩石学特征

淋蚀带与崩解带电阻率曲线整体形态类似, 均为中低幅锯齿形; 但两者的声波时差、密度曲线有明显区别, 即淋蚀带的声波时差、密度曲线齿化程度比崩解带高, 且其曲线基值均低于崩解带（图4）。

图4 风化壳结构单元测井特征

一般来说, 风化作用较强的区域应发育风化程度更深的风化壳结构, 但在茨榆坨潜山不同部位, 风化壳的纵向结构组合规律却与之相反。在风化作用更强的茨西断层附近（高部位）, 以崩解带为主（图5a）, 甚至不发育风化壳, 直接以潜山基岩带形式下伏于沉积地层（图5b）; 而风化作用较弱的茨东断层附近（低部位）以风化程度较强的“ 淋蚀带+崩解带” 为主（图5c）。这种组合特征与风化壳的形成过程有关。

图5 茨榆坨潜山风化壳结构划分

2.2 风化壳形成过程

在上部沉积岩层覆盖前, 潜山表面经历了漫长的地质演化过程, 风化壳的内部结构也一直在变化[14]。针对黏土带及风化砂砾岩带的缺失, 以及不同部位风化壳结构的不同, 结合工区所在坳陷的构造发育史及风化壳的演化规律, 划分了茨榆坨潜山风化壳的演化阶段, 以此来解释茨榆坨潜山风化壳现今结构的成因。

2.2.1 风化壳形成阶段

中生代沉积前, 太古宇变质岩潜山经历了长时间暴露, 形成了完整的风化壳纵向结构。高部位暴露时间更长, 风化作用更强, 发育了完整的风化壳垂向结构, 自上而下为“ 黏土带+风化砂砾岩带+淋蚀带+崩解带” ; 而低部位风化作用较弱, 多发育“ 淋蚀带+崩解带” 双层组合或仅发育崩解带（图6a）。这一差异为后期差异演化奠定了基础。

图6 茨榆坨潜山风化壳演化模式

2.2.2 风化壳保存阶段

中生代时期接受沉积, 沉积范围较广, 此时整个潜山被中生界砂砾岩覆盖, 使得早期形成的风化壳得以暂时保存（图6b）。

2.2.3 风化壳剥蚀阶段

这是造成现今结构差异的关键时期。在新生代地层沉积前, 潜山上覆地层抬升并遭到不同程度剥蚀, 其中潜山高部位中生代地层被完全剥蚀, 甚至先前形成的风化壳也被剥蚀殆尽, 特别是黏土带与风化砂砾岩带部分。低部位由于中生代地层沉积厚度较厚, 加之风化程度较高部位弱, 使其尚有残留, 其下的风化壳得以留存（图6c）, 造成现今高部位风化壳结构简单化、低部位相对完整的分布格局。

2.2.4 风化壳再保存阶段

新生代地层（房身泡组）形成后, 风化作用未能波及至潜山, 形成了风化壳的现今纵向结构（图6d）。

上述演化模式表明, 茨榆坨潜山风化壳经历了“ 形成-保存-剥蚀-再保存” 的过程, 虽然高部位风化作用较强, 但破坏作用也同样较强, 最终导致在潜山的不同部位, 风化壳的现今结构具有一定差异。

2.3 风化壳物性特征

在风化条件和构造位置的影响下, 风化壳物性差异明显[15]。通过对茨榆坨潜山风化壳物性的系统分析可知（图7）, 在距离潜山顶面相同深度的情况下, 由于淋蚀带整体风化强度高, 其储层物性优于崩解带; 而距离潜山顶面不同距离的风化壳经历的风化改造程度不同, 纵向上风化壳储层物性具有一定差异：距离潜山顶面0~7 m, 风化壳储层物性较差, 一般孔隙度< 3%, 渗透率< 2 mD, 这是风化壳顶部孔洞和裂缝被后期细粒沉积物充填形成的“ 填积层” 所致[16]; 中部距潜山顶面7~12 m, 由于充填程度减弱, 物性变好, 孔隙度最大13.5%, 渗透率最大10.3 mD; 向下则风化作用与储层改造程度逐渐减弱, 孔隙度与渗透率逐渐减小。这种垂向分带特征对油气成藏具有重要控制作用, 其中部优质储层段往往成为油气富集的主要场所。

图7 茨榆坨潜山风化壳物性散点图

2.4 风化壳分布特征

利用井资料识别风化壳, 并结合井震标定, 可在地震剖面上追踪其顶底界面、绘制风化壳厚度图（图8）。可以看出, 淋蚀带平面分布范围较小, 在茨东断层附近厚度较大, 高部位由于剥蚀作用严重, 大部分区域缺失此结构, 西侧仅在C 4-C 111井一线发育; 崩解带平面分布范围明显大于淋蚀带, 在南侧连片分布, 北部呈零散“ 土豆状” , 厚度由东至西逐渐减薄, 在茨西断层附近消失。风化壳形成和保存条件对其分布有明显控制作用：茨东断层附近由于构造影响, 裂缝较为发育, 淋滤作用更充分, 风化壳较厚; 高部位暴露时间长, 剥蚀与破坏作用更强, 导致风化壳欠发育。

图8 茨榆坨潜山风化壳厚度图

3 风化壳控藏作用

潜山风化壳对油气成藏具有控制作用, 具体表现为：风化壳可作为油气储集空间, 其物性变化直接控制着圈闭的形成; 风化壳可作为油气的运移通道, 其物性差异决定了优势运移通道分布。

3.1 圈闭

在常规砂岩油藏中, 储层岩性或物性变化可形成圈闭, 在潜山油藏中也有同样现象。如上文所述, 潜山风化壳厚度小于7 m时, 基本上全部为物性较差的“ 填积层” , 难以形成有效的储集空间, 只有厚度大于7 m的风化壳才能发育有效储层。在潜山风化壳平面分布范围边界附近, 例如C 57井附近, 低部位井风化壳厚度22 m, 向高部位厚度变薄, 物性变差, 可形成与常规砂岩油藏类似的“ 上倾尖灭” 岩性圈闭（图9）。

图9 C 57井-C 13井风化壳结构剖面

3.2 运移通道

为确定潜山油气运移路径, 利用“ 流线法” 对不同生烃强度条件下油气在风化壳中的运移状态进行预测。采用三级生烃强度（2× 105、1× 106、5× 106 t/km2）进行模拟, 分别代表低、中、高生烃强度3种情况。结果显示（图10）：在低生烃强度（2× 105 t/km2）条件下, 油气在风化壳中优先沿着厚度较大的淋蚀带（10 m以上）进行运移, 称为“ Ⅰ 类路径” ; 中等生烃强度（1× 106 t/km2）时, 随着生烃强度升高, 油气可继续充注厚度较薄的淋蚀带（7~10 m）和厚度较大的崩解带（12 m以上）, 称为“ Ⅱ 类路径” ; 当生烃强度继续增加至5× 106 t/km2, 厚度较小的崩解带也可成为油气运移通道, 称为“ Ⅲ 类路径” 。

图10 优势运移通道分布图

由于缺少原油高压物性及地化分析等数据, 选用油气显示级别对模拟结果进行验证。位于“ Ⅰ 类路径” 上的井油气显示多为油浸及以上级别, “ Ⅱ 类路径” 上的井为油斑-油迹, “ Ⅲ 类路径” 上的井基本为荧光显示。此外, “ Ⅰ 类路径” 上C 26-118井累产油2 418 t, “ Ⅱ 类路径” 产能略低, C 21-135井累产油1 619 t, “ Ⅲ 类路径” 上的井基本无产能。这一运移规律与储层物性高度吻合：“ Ⅰ 类路径” 对应淋蚀带高孔渗段（孔隙度> 8%, 渗透率> 5 mD）, “ Ⅱ 类路径” 对应中等物性段, “ Ⅲ 类路径” 则主要发育在低孔渗带。由此也可证实所模拟油气运移路径的准确性。

针对茨榆坨潜山风化壳在圈闭与油气运移两方面控制作用的分析, 既清晰揭示了油气在风化壳中运移及聚集过程, 也较好地解释了潜山油气差异分布的原因。

4 结论

（1）依靠岩心、薄片及测井曲线等资料, 将茨榆坨潜山纵向上划分为风化壳和潜山基岩带, 其中风化壳可分为淋蚀带与崩解带两部分。

（2）茨榆坨潜山风化壳经历了“ 形成-保存-剥蚀-再保存” 的过程, 导致其缺失黏土带与风化砂砾岩带, 不同构造位置的风化壳结构组成不同：高部位由于风化作用较强, 早先形成的风化壳遭遇不同程度剥蚀, 一般以崩解带形式存在, 或不发育风化壳; 低部位保存条件较好, 通常发育“ 淋蚀带+崩解带” 组合。

（3）淋蚀带物性整体优于崩解带, 纵向上由于风化壳存在“ 填积层” , 其顶部0~7 m范围内物性最差, 中部（7~12 m）物性变好, 再向下由于风化程度减弱, 孔渗逐渐减小, 物性逐渐变差。

（4）风化壳对潜山油气成藏的控制作用主要体现在两个方面：一是风化壳厚度及物性变化可形成与砂岩油藏类似的“ 上倾尖灭” 圈闭; 二是物性好的风化壳可作为油气运移的优势通道, 进而控制有效圈闭的分布。失利井的原因主要是圈闭没有位于优势运移通道上, 故建议优先部署Ⅰ 、Ⅱ 类路径上的圈闭以提升勘探成功率。

（编辑 卜丽媛）

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