準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)石炭—二疊系火山巖巖性巖相特征及其對(duì)儲(chǔ)層的控制

馬曉峰，王 琪，史基安，郝樂(lè)偉，馬 強(qiáng)

(1.油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730000;2.中國(guó)科學(xué)院，北京 100049;3.中油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839000)

準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)石炭—二疊系火山巖巖性巖相特征及其對(duì)儲(chǔ)層的控制

馬曉峰1，2，王 琪1，史基安1，郝樂(lè)偉1，2，馬 強(qiáng)3

(1.油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730000;2.中國(guó)科學(xué)院，北京 100049;3.中油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839000)

在分析準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)石炭—二疊系火山巖區(qū)域構(gòu)造背景、火山活動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定、全巖分析、X射線衍射分析，綜合測(cè)井、地震與重磁資料，劃分了巖石、巖相類型，在“優(yōu)勢(shì)巖相”思路的指導(dǎo)下，建立了巖相模式，總結(jié)了巖相平面展布規(guī)律，研究了巖性、巖相對(duì)火山巖儲(chǔ)集層發(fā)育的控制作用及有利儲(chǔ)層分布，對(duì)火山巖油氣藏的進(jìn)一步勘探有更重要的指導(dǎo)意義。

巖性巖相特征;巖相模式;儲(chǔ)層特征;火山巖;陸西地區(qū);準(zhǔn)噶爾盆地

引 言

火山巖油氣藏在國(guó)外已有120多年的勘探歷史，目前全球多個(gè)國(guó)家先后發(fā)現(xiàn)了大量的火山巖油氣藏［1］?；鹕綆r儲(chǔ)集層作為油氣勘探的新領(lǐng)域，已引起了石油界和學(xué)者們的關(guān)注和興趣。中國(guó)沉積盆地內(nèi)部及周邊地區(qū)火山巖廣泛分布，有較好的火山巖油氣藏勘探基礎(chǔ)。2000年以來(lái)，相繼在渤海灣盆地、松遼盆地、二連盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等火山巖油氣藏勘探中取得了重大突破［2－3］。近年來(lái)，隨著油氣勘探的不斷深入，在盆地的石炭—二疊系火山巖儲(chǔ)層中不斷獲得重大突破。在西準(zhǔn)噶爾西北緣斷裂帶探明儲(chǔ)量近3×108t，東準(zhǔn)噶爾陸東—五彩灣地區(qū)形成1 000×108～2 000×108m3天然氣勘探規(guī)模［4］。同時(shí)，對(duì)準(zhǔn)噶爾東部與西北部地區(qū)的火山巖油氣藏，主要從火山巖成因、巖性巖相的特征與分類、火山巖儲(chǔ)集層特征與主控因素等多方面進(jìn)行了深入淺出的討論［5－7］。但是，準(zhǔn)噶爾腹部陸西地區(qū)石炭—二疊系的火山巖由于過(guò)去認(rèn)識(shí)有限，勘探程度比較低，埋藏深度大，鉆井取心少，研究尚比較淺顯。因此，認(rèn)識(shí)該區(qū)火山巖儲(chǔ)層巖性、巖相特征對(duì)推進(jìn)準(zhǔn)噶爾盆地腹部深層火山巖勘探工作有重要的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，南、北夾持于天山與阿爾泰山之間，東、西為準(zhǔn)噶爾界山，平面上為南寬北窄的三角形，總面積為13×104km2，是在準(zhǔn)噶爾地塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的晚石炭世—第四紀(jì)沉積盆地［8］。研究區(qū)為準(zhǔn)噶爾盆地腹部陸西地區(qū)，該區(qū)地處陸梁隆起的西南面與中央凹陷相接的部分，涉及到盆地內(nèi)多個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，主要為夏鹽凸起、三南凹陷、石西凸起、三個(gè)泉凸起、英西凹陷與石英灘凸起［9］。該區(qū)石炭系自下而上劃分為希貝庫(kù)拉斯組、包谷圖組、太勒古拉組;二疊系自下而上劃分為佳木河組、鳳城組、夏子街組、下烏爾禾組、上烏爾禾組，其內(nèi)部均為不整合接觸。鉆遇的石炭系地層多為火山巖，二疊系地層為火山巖與碎屑巖交互分布。

研究區(qū)總體勘探程度較低，在陸西地區(qū)的瑪東井區(qū)二疊系烏爾禾組、夏鹽2井區(qū)和瑪3井石炭系火山巖中多次發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流或較好的油氣顯示，而且該地區(qū)許多埋深達(dá)4 000 m以上的火山巖儲(chǔ)層仍然存在較好的物性條件，這些現(xiàn)象表明該地區(qū)深部發(fā)育著火山巖類優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，存在潛在的火山巖油氣藏，具有良好的油氣勘探前景。

2 火山巖巖石類型與特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)20多口井的巖心觀察、薄片鑒定、X射線衍射及巖石地球化學(xué)特征研究，準(zhǔn)噶爾盆地腹部陸西地區(qū)石炭—二疊系火山巖儲(chǔ)集層以火山熔巖與火山碎屑巖為主，夾有少量淺成侵入巖。主要為基性、中性，酸性巖類較少，且以堿性系列為主。根據(jù)研究區(qū)火山巖類型分布、巖石類型體積頻率統(tǒng)計(jì)得出，火山熔巖占61%，火山碎屑巖占38%，淺成侵入巖占1%。主要巖性為各類玄武巖、安山巖、英安巖和凝灰?guī)r。

玄武巖屬于基性熔巖，巖石顏色較深，主要以暗黑色、棕灰色為主，具有斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶礦物成分主要為基性斜長(zhǎng)石、各類輝石、橄欖石等。基質(zhì)主要為中基性斜長(zhǎng)石。常見(jiàn)塊狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造(圖1a、b)，部分樣品發(fā)育裂縫，由多期次方解石充填。依據(jù)特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可分為:粗面玄武巖、氣孔(杏仁)玄武巖。玄武巖在各井段幾乎均有分布。

圖1 研究區(qū)火山巖鏡下特征

安山巖屬于中性熔巖，巖石顏色主要以褐灰色、棕灰色為主，半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)斑狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)為?；郀罱Y(jié)構(gòu)，斑晶礦物主要為板條狀中性斜長(zhǎng)石，其次為輝石。基質(zhì)常由微晶斜長(zhǎng)石和少量輝石構(gòu)成交織結(jié)構(gòu)、安山結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)塊狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造，杏仁體主要有方解石、沸石、綠泥石(圖1c)，主要分布于夏鹽2、夏鹽3、瑪東3等井中。

英安巖屬于酸性熔巖，巖石呈灰綠色、淺綠色，少斑、顯微嵌晶結(jié)構(gòu)，具有流動(dòng)構(gòu)造。巖石中斑晶由石英和長(zhǎng)石組成，含量低于10%，長(zhǎng)石斑晶具泥化和絹云母化，局部被方解石交代，基質(zhì)是以石英、微晶斜長(zhǎng)石為主(圖1d)。主要分布于石西1、石西2和石西4井。

凝灰?guī)r在研究區(qū)分布較廣泛，多為褐灰色、深灰色、灰綠色等，主要由粒度小于2 mm的火山灰組成，其次還有巖屑、玻屑和晶屑，常被火山塵及水化學(xué)分解物質(zhì)膠結(jié)。按熔結(jié)程度的高低，凝灰?guī)r可分為熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r。其中，熔結(jié)凝灰?guī)r具有熔結(jié)凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖1e)，巖石中塑性玻屑、巖屑呈透鏡狀、火焰狀、撕裂狀和條帶狀等，部分巖屑和塑性玻璃屑一般具有定向或半定向排列。與熔結(jié)凝灰?guī)r相比，凝灰?guī)r熔結(jié)程度不高，熔結(jié)凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)育(圖1f)，主要分布于鹽001、陸2、陸3等井中。

3 火山巖巖相模式及平面分布特征

火山巖儲(chǔ)層發(fā)育程度受到多種因素控制，主要包括巖相類型、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化淋濾作用與后期各種成巖作用。其中，火山巖巖相是控制儲(chǔ)層質(zhì)量的內(nèi)在因素?；鹕綆r巖相是指在一定的環(huán)境下，火山活動(dòng)產(chǎn)物特征的總和［10］?；鹕綆r巖相研究對(duì)于恢復(fù)古火山機(jī)構(gòu)，揭示火山巖時(shí)空展布規(guī)律和不同巖性組合之間的成因聯(lián)系具有重要意義。通常不同巖相帶具有不同類型的孔隙和裂隙組合。因此，識(shí)別火山巖巖相，建立火山巖分布模式對(duì)于儲(chǔ)層分布的研究具有指導(dǎo)作用［11］。根據(jù)火山巖形成條件、火山作用機(jī)理、產(chǎn)出狀態(tài)和形態(tài)等因素，參考前人對(duì)火山巖相的研究方法［12］，將準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)石炭—二疊系火山巖相進(jìn)行了劃分，研究區(qū)主要為爆發(fā)相、噴溢相和火山沉積相，火山通道相和侵入相較少。同時(shí)，通過(guò)對(duì)研究區(qū)火山巖的巖心、測(cè)井、地震資料等的綜合分析，在“優(yōu)勢(shì)巖相”思路的指導(dǎo)下，建立了巖相模式，總結(jié)了巖相平面展布規(guī)律。

3.1 火山巖相分布模式

火山巖相模式是展現(xiàn)火山巖巖相之間依存關(guān)系的直觀模型，是已知剖面、鉆井的相序研究成果的概括總結(jié)，對(duì)新剖面、鉆井巖相觀察和預(yù)測(cè)具有指導(dǎo)作用。因此，一個(gè)好的模式能夠直觀反映火山巖相和亞相之間的疊置關(guān)系，是地震－巖相解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的地質(zhì)基礎(chǔ)。在火山巖型油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)中，火山巖相模式對(duì)地震－巖相解釋、火山巖的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有重要的約束和指導(dǎo)作用。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)火山巖巖相模式

圖2是根據(jù)研究區(qū)火山作用方式或噴發(fā)、搬運(yùn)方式、火山巖噴發(fā)旋回和相組合特征而總結(jié)的火山巖相模式。一次火山巖噴發(fā)旋回主要以爆發(fā)相開(kāi)始，然后噴出大量噴溢相火山熔巖，最后又會(huì)有爆發(fā)相的凝灰?guī)r沉降在最上部。通過(guò)多次火山噴發(fā)旋回縱向疊加，導(dǎo)致各種巖相(爆發(fā)相、噴溢相、火山沉積相)在剖面上呈互層分布，平面上以火山口為中心呈近似對(duì)稱分布。

3.2 火山巖相平面展布特征

在上述巖性、巖相類型及特征研究的基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)火山巖相模式，然后通過(guò)對(duì)鉆遇的石炭—二疊系火山巖進(jìn)行巖性定名的校正和歸位，結(jié)合對(duì)研究區(qū)火山巖地震相的研究和井震對(duì)比分析，繪制出研究區(qū)石炭系上層序火山巖“優(yōu)勢(shì)巖相”分布圖(圖3)。該圖與目前所掌握的研究區(qū)火山巖資料較符合，客觀地反映了研究區(qū)石炭系火山巖的空間分布。

圖3 研究區(qū)石炭系巖相平面分布及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

從圖中可以看出，研究區(qū)火山巖巖相的分布具有一定規(guī)律，巖相的分布受火山噴發(fā)的控制，沿火山口呈近環(huán)帶狀分布。爆發(fā)相主要分布于夏鹽凸起與達(dá)巴松凸起，石西凸起未見(jiàn)廣泛的爆發(fā)相分布;噴溢相沿爆發(fā)相外帶分布，因其流動(dòng)性較強(qiáng)，展布范圍較廣，夏鹽凸起西北部、瑪湖凹陷、達(dá)巴松凸起主要為基性噴溢相熔巖，夏鹽凸起東部主要為中性噴溢相熔巖;酸性噴溢相熔巖主要分布于石西凸起。

4 巖性與巖相對(duì)儲(chǔ)集層發(fā)育的控制作用

火山巖儲(chǔ)集空間的形成、發(fā)育、堵塞、再形成等一系列不同階段的演化過(guò)程較復(fù)雜，總體上來(lái)說(shuō)，火山、風(fēng)化淋濾、流體及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是影響和控制儲(chǔ)集層發(fā)育程度的主要地質(zhì)作用［5］。不同的巖性、巖相因形成機(jī)理的不同決定了原生孔、縫的發(fā)育特點(diǎn)及后期地質(zhì)過(guò)程中演化特征的不同，最終表現(xiàn)為不同巖性、巖相的孔、縫組合及儲(chǔ)集性能各不相同。因此，可以從火山巖的形成機(jī)理出發(fā)，通過(guò)對(duì)比分析研究區(qū)不同巖性、巖相儲(chǔ)集層孔、縫的發(fā)育機(jī)理及演化特征，查明巖性、巖相對(duì)儲(chǔ)集層發(fā)育的控制作用。

不同火山巖形成于不同火山巖作用及構(gòu)造背景下，具有不同的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、密度、硬度等屬性，主要表現(xiàn)在巖石抗壓性、抗熱性、抗溶性和化學(xué)反應(yīng)的活動(dòng)性方面，導(dǎo)致不同類型的火山巖具有不同的儲(chǔ)集系統(tǒng)及物性特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，研究區(qū)儲(chǔ)集性能較好的是熔渣狀玄武巖、杏仁狀安山巖、英安巖、含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r。但相同巖性在不同井區(qū)或相同井區(qū)不同層段內(nèi)的物性特征差異很大?；鹕綆r儲(chǔ)集空間類型、物性特征還主要受火山巖亞相控制，通過(guò)對(duì)研究區(qū)火山巖各亞相與孔滲性特征相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析可知(圖4)，噴溢相上部亞相、火山沉積相中含外碎屑火山沉積亞相、爆發(fā)相中熱碎屑流亞相的孔滲性較好，儲(chǔ)集空間多以原生孔隙+次生溶蝕孔隙+構(gòu)造裂縫組合為主，形成了有效的儲(chǔ)集層，主要分布于瑪東1井—瑪東2井以東，陸1井—陸3井東北，夏鹽2井西南、石西1井—石西3井—石西4井一帶，大多處于近火山口位置(圖3)。

圖4 火山巖亞相與孔滲相關(guān)性

5 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地腹部陸西地區(qū)石炭—二疊系火山巖主要為各類安山巖、玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖和英安巖。巖相主要為爆發(fā)相、噴溢相、火山沉積相，巖相的分布受火山噴發(fā)的控制，沿火山口呈近環(huán)帶狀分布。

(2)火山巖巖性、巖相與儲(chǔ)集物性之間有明顯的相關(guān)關(guān)系，噴溢相上部亞相、火山沉積相中含外碎屑火山沉積亞相、爆發(fā)相中熱碎屑流亞相的孔滲性較好。

(3)研究區(qū)高孔滲巖相多以原生孔隙+次生溶蝕孔隙+構(gòu)造裂縫組合為主，形成了有效的儲(chǔ)集層，主要分布于近火山口位置。

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Lithologic and lithofacies characteristics of the Carboniferous－Permian volcanic rocks and their control actions on the reservoirs in Luxi area，Junggar Basin

MA Xiao － feng1，2，WANG Qi1，SHI Ji － an1，HAO Le － wei1，2，MA Qiang3
(1．Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou，Gansu730000，China;
2．Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China;
3．Tuha Oilfield Company，PetroChina，Hami，Xinjiang839000，China)

This paper analyzes the tectonic settings and volcanic activities in the Carboniferous－Permian volcanic rocks in Luxi area，Junggar Basin through core observation，thin section identification，bulk rock analysis and X －ray diffraction by using comprehensive logging，seismic and gravity and magnetic field data;classifies rocks and lithofacies;establishes lithofacies model as guided by the concept of“dominant lithofacies”;summarizes the distribution pattern of the lithofacies;and studies the control action of lithology and lithofacies on the development of volcanic reservoirs and the distribution of favorable reservoirs．The results will be of guiding significance for further exploration in volcanic reservoirs．

lithologic and lithofacies characteristics;lithofacies model;reservoir characteristics;volcanic rock;Luxi area;Junggar Basin

TE122.2

A

1006－6535(2012)01－0054－04

20110428;改回日期20110530

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)“準(zhǔn)噶爾盆地深層火山巖儲(chǔ)集體形成分布的主控因素與發(fā)育規(guī)律”(2008ZX05008－003－04)

馬曉峰(1987－)，男，2008年畢業(yè)于西北大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所在讀碩士研究生，主要從事油氣儲(chǔ)層方面的研究工作。

編輯 黃華彪