三塘湖盆地石炭系火山巖噴發(fā)環(huán)境及儲(chǔ)層特征研究

朱 卡，李蘭斌 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430074）

梁 浩 （中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密839009）

廖群安 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430074）

夏曉燕 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430074）

三塘湖盆地石炭系火山巖噴發(fā)環(huán)境及儲(chǔ)層特征研究

朱 卡，李蘭斌 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430074）

梁 浩 （中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密839009）

廖群安 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430074）

夏曉燕 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430074）

陸上與水下噴發(fā)火山巖在巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、蝕變特征、產(chǎn)狀、與下伏地層接觸關(guān)系、孔隙和裂縫發(fā)育特點(diǎn)等方面有顯著區(qū)別。三塘湖盆地石炭系發(fā)育卡拉崗組 （C2k）和哈爾加烏組 （C2h）共2套儲(chǔ)層，通過對(duì)這兩個(gè)組的火山巖地球化學(xué)特征、巖性特征、蝕變特征、巖相類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等進(jìn)行研究，認(rèn)為C2k以陸上噴發(fā)為主，而C2h為水陸過渡的環(huán)境，但以水下噴發(fā)為主。結(jié)合其儲(chǔ)集空間的發(fā)育情況，綜合分析認(rèn)為陸上噴發(fā)環(huán)境儲(chǔ)集性能優(yōu)于水下噴發(fā)環(huán)境。

三塘湖盆地；石炭系；儲(chǔ)集空間；陸上噴發(fā)火山巖；水下噴發(fā)火山巖

近年來，火山巖油氣藏已在世界各地相繼被發(fā)現(xiàn)［1～3］，我國(guó)自20世紀(jì)70年代以來，先后在渤海灣、準(zhǔn)噶爾、塔里木、松遼及蘇北盆地等地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏［4～7］。對(duì)于火山巖儲(chǔ)層的研究也引起了國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者的關(guān)注，近年來，我國(guó)學(xué)者對(duì)火山巖儲(chǔ)層的研究取得了豐碩的成果［8～12］，以松遼盆地為例，在火山巖成巖作用、儲(chǔ)集空間類型及成因、儲(chǔ)層發(fā)育控制因素等方面有了很多可貴的認(rèn)識(shí)。

三塘湖盆地位于新疆東北部地區(qū)，石炭系火山巖儲(chǔ)層主要包括上石炭統(tǒng)的哈爾加烏組 （C2h）和卡拉崗組 （C2k）。研究區(qū)自2006年火山巖油氣勘探取得重大突破，經(jīng)過幾年的持續(xù)勘探開發(fā)一體化攻關(guān)，不斷獲得新的發(fā)現(xiàn)，顯示火山巖油氣藏勘探具有良好的前景。筆者在對(duì)石炭系火山巖儲(chǔ)層的地球化學(xué)特征、巖性特征、蝕變特征、巖相類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面研究的基礎(chǔ)上，分析了其噴發(fā)堆積環(huán)境，結(jié)合儲(chǔ)集空間的發(fā)育特點(diǎn)，探討了火山巖噴發(fā)堆積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層的影響。

1 陸上與水下噴發(fā)火山巖區(qū)別

根據(jù)火山活動(dòng)的地理環(huán)境等，將火山巖分為陸上噴發(fā)火山巖和水下噴發(fā)火山巖。進(jìn)一步根據(jù)其堆積、保存的環(huán)境可進(jìn)一步細(xì)分為陸上噴發(fā)水下保存火山巖、陸上噴發(fā)陸上保存火山巖、水下噴發(fā)水下保存火山巖和水下噴發(fā)陸上保存火山巖。該次研究側(cè)重于火山巖堆積、保存時(shí)所處的環(huán)境對(duì)火山巖的影響，將陸上保存的火山巖統(tǒng)一歸為陸上噴發(fā)火山巖，水下保存的火山巖統(tǒng)一歸為水下噴發(fā)火山巖。

陸上與水下噴發(fā)火山巖噴發(fā)或保存時(shí)的介質(zhì) （水和空氣）不同，是二者產(chǎn)生區(qū)別的最主要原因，因此火山巖分布范圍、巖性組合、巖石顏色、共生巖石及化石組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖相特征、與下伏地層接觸關(guān)系等方面存在著差異［13］，表1詳細(xì)地將二者進(jìn)行了對(duì)比分析。

表1 陸上與水下噴發(fā)火山巖特征對(duì)比表

除此之外，陸上與水下噴發(fā)堆積的爆發(fā)相產(chǎn)物——火山碎屑巖，在成層性、粒序性、淬火性、熔結(jié)性、火山泥球、節(jié)理、膠結(jié)物、相變等特征方面均具有差異。

2 三塘湖盆地石炭系火山巖特征及噴發(fā)環(huán)境分析

三塘湖盆地位于新疆東北部地區(qū)，盆地一級(jí)構(gòu)造單元呈現(xiàn)北西向的 “兩隆夾一坳”的宏觀格局，即由東北沖斷隆起帶、西南逆沖推覆隆起帶和其間所夾的中央坳陷帶構(gòu)成，中央坳陷帶從西向東可進(jìn)一步劃分為 “六凹五凸”。石炭系火山巖儲(chǔ)層重點(diǎn)層位為上石炭統(tǒng)的C2h和C2k，該次研究針對(duì)這兩個(gè)組的火山巖地球化學(xué)特征、巖性特征、蝕變特征、巖相類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面進(jìn)行對(duì)比分析，研究其火山巖的噴發(fā)堆積環(huán)境。

2.1 地球化學(xué)特征

石炭系火山巖主量元素分析表明，巖石類型上以中基性火山巖為主，巖石系列上主要為堿性系列與鈣堿性系列組合。C2h火山巖在巖石類型上以中基性火山巖組合為主，其SiO2含量為46.04%～59.36%，堿 （Na2O＋K2O）含量為3.35%～10.63%；C2k火山巖為一套以中性巖為主的火山巖組合，SiO2含量范圍為49.49%～68.00%，但絕大部分火山巖的SiO2含量介于55%～63%之間，火山巖的堿 （Na2O＋K2O）含量為4.89%～8.28%。

2.2 巖性特征及典型巖性

通過對(duì)研究區(qū)29口取心井鏡下鑒定，發(fā)現(xiàn)石炭系主要發(fā)育中基性火山巖，其中熔巖占43.43%，火山碎屑巖占56.57%，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、成分還可進(jìn)一步劃分出40種巖石類型。分層系統(tǒng)計(jì)表明：C2k正常玄武巖占65%，杏仁狀玄武巖占30%，氣孔狀玄武巖占5%；安山巖類中普通安山巖占60%，杏仁狀安山巖占40%。C2h正常玄武巖占74%，杏仁狀玄武巖占18%，氣孔狀玄武巖占7%；C2h安山巖類以普通安山巖為主，占86%，而杏仁狀安山巖占14%。

C3k熔巖冷卻單元頂?shù)追謳黠@，常見 “紅頂綠底”特征，部分熔巖底部的淬碎熔巖塊與紅色砂巖混雜，顯示為褐紅色 （圖1（a））；同時(shí)杏仁狀熔巖較為發(fā)育，且氣孔大而多 （圖1（b））；非熔結(jié)結(jié)構(gòu)的火山角礫巖發(fā)育，顏色為紅褐色 （圖1（c））。

C2h發(fā)育?；鋷r，基質(zhì)主要由大量深褐色火山玻璃組成 （圖2（a））；火山碎屑巖以非熔結(jié)結(jié)構(gòu)為主，顏色以灰色為主，但也可見熔結(jié)結(jié)構(gòu)火山碎屑巖 （圖2（b）、（c））；熔巖杏仁體和火山碎屑巖膠結(jié)物中方解石、黃鐵礦相對(duì)發(fā)育 （圖2（d）），凝灰質(zhì)砂礫巖中多見鈣質(zhì)膠結(jié)物。

圖1 石炭系卡拉崗組典型巖性特征

圖2 石炭系哈爾加烏組典型巖性特征

2.3 巖石顏色

整體觀察研究區(qū)石炭系巖心，C2k以紫紅色、褐紅色夾少量灰色為主，而下伏C2h火山巖多為灰綠色、棕色、灰色、灰黃色等，顏色整體多表現(xiàn)為雜色。

2.4 蝕變特征

研究區(qū)火山巖巖石成分中暗色礦物含量較高，穩(wěn)定性差，極易蝕變。C2k可見橄欖石氧化環(huán)境下的伊丁石化蝕變 （圖3（a））；C2h常見長(zhǎng)石發(fā)生鈉長(zhǎng)石化 （圖3（b））。

圖3 石炭系火山巖蝕變特征

2.5 巖相

對(duì)研究區(qū)取心較為連續(xù)的井進(jìn)行單井巖相劃分，各種火山巖相的產(chǎn)物均較發(fā)育，爆發(fā)相所占比例較少，C2k溢流相的分帶情況較為明顯，上部杏仁熔巖帶發(fā)育；C2h的爆發(fā)相以凝灰?guī)r為主，且火山沉積相較為發(fā)育。

2.6 反映噴發(fā)環(huán)境的典型標(biāo)志

2.6.1 C2k

1）共生巖石及化石 火山－沉積過渡巖石多是火山噴發(fā)間隙期或遠(yuǎn)離火山口地帶形成，與正常的沉積巖互層。該相構(gòu)造類型單一，有時(shí)層理發(fā)育，呈透鏡狀產(chǎn)出，可見生物化石或植物碎片，牛東9－10井C2k第12次取心1436.7m段沉凝灰?guī)r中就見到了植物葉莖化石 （圖4（a））。

2）不整合及風(fēng)化殼 在C2k常見每一次噴發(fā)的停止間期經(jīng)常存在 “紅頂”沉積及風(fēng)化殼且風(fēng)化裂縫發(fā)育 （圖4（b）），同時(shí)溶蝕杏仁內(nèi)常充填滲濾泥或火山灰，常發(fā)育示頂?shù)讟?gòu)造［14］（圖4（c））。

3）柱狀節(jié)理 C2k熔巖層中發(fā)育垂直流面的柱狀節(jié)理 （圖4（d）），而柱狀節(jié)理為水上噴發(fā)堆積火山巖的典型標(biāo)志。

2.6.2 C2h

1）共生巖石及化石 C2h同時(shí)為研究區(qū)重要的烴源巖層，火山沉積巖極為發(fā)育，調(diào)研該區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況發(fā)現(xiàn)，在三塘湖鄉(xiāng)阿克提坎剖面C2h底部發(fā)育的凝灰質(zhì)粉砂巖中含有豐富的海相化石 （圖5（a））及莖干化石。

2）充填及膠結(jié)物 熔巖杏仁體和火山碎屑巖膠結(jié)物中方解石、黃鐵礦相對(duì)發(fā)育 （圖2（d）），凝灰質(zhì)砂礫巖中多見鈣質(zhì)膠結(jié)物 （圖5（b）），水下噴發(fā)堆積火山巖常為此特征。

綜合分析研究區(qū)火山巖特征，認(rèn)為三塘湖盆地C2k火山巖噴發(fā)堆積環(huán)境為陸上 （或陸上淺水）環(huán)境；C2h火山巖為水陸過渡的環(huán)境，但總體以水下噴發(fā)堆積環(huán)境為主。

3 儲(chǔ)集空間特點(diǎn)

根據(jù)對(duì)研究區(qū)石炭系火山巖儲(chǔ)層鑄體薄片、普通薄片等資料的觀察分析，儲(chǔ)集空間按成因可以劃分為原生和次生兩大類。前者形成于火山巖固化成巖階段，后者形成于火山巖成巖之后。原生類型中根據(jù)孔隙間的形態(tài)又可以進(jìn)一步劃分為原生孔隙和原生裂縫［15，16］。原生孔隙有原生氣孔、杏仁體內(nèi)孔、粒間孔和晶間孔；原生裂縫包括收縮縫、自碎縫、泄水縫。次生孔隙包括基質(zhì)溶蝕孔、斑晶溶蝕孔、杏仁體溶蝕孔；次生裂縫主要是后期各種成因的構(gòu)造裂縫和半充填縫及風(fēng)化－溶蝕產(chǎn)生的裂縫。

圖4 反映石炭系卡拉崗組噴發(fā)堆積環(huán)境的典型標(biāo)志

圖5 反映石炭系哈爾加烏組噴發(fā)堆積環(huán)境的典型標(biāo)志

3.1 C2k儲(chǔ)集空間特點(diǎn)

石炭系C2k不同儲(chǔ)集空間類型中氣孔、半充填杏仁孔和裂縫、斑晶溶孔、收縮縫的平均面孔率分別為0.56%、0.195%、0.016%、0.018%。氣孔、半充填杏仁孔最發(fā)育，基質(zhì)溶孔和粒間孔不發(fā)育，平均面孔率僅為0.005%和0.008%。分巖性統(tǒng)計(jì)，杏仁狀玄武巖和杏仁狀安山巖面孔率最大，平均面孔率分別為1.6%和1.4%；自碎角礫熔巖次之，平均面孔率為0.4%；不含杏仁構(gòu)造的玄武巖和安山巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖最差，面孔率均小于0.3%。

3.2 C2h儲(chǔ)集空間特點(diǎn)

石炭系C2h不同儲(chǔ)集空間類型中氣孔、半充填杏仁孔和裂縫、粒內(nèi)溶孔、收縮縫的平均面孔率分別為0.46%、0.16%、0.13%、0.1%。氣孔、半充填杏仁孔最發(fā)育，基質(zhì)溶孔和斑晶溶孔不發(fā)育，平均面孔率僅為0.03%和0.02%。分巖性統(tǒng)計(jì)，杏仁狀玄武巖和杏仁狀安山巖面孔率最發(fā)育，平均面孔率分別為1.22%和0.8%；火山角礫巖、不含杏仁構(gòu)造的玄武巖和安山巖次之，平均面孔率分別為0.5%、0.33%和0.53%；凝灰?guī)r最差，面孔率僅為0.3%。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，C2k含有杏仁構(gòu)造的熔巖儲(chǔ)集性能優(yōu)于C2h，而不含杏仁構(gòu)造的熔巖C2h儲(chǔ)集性能優(yōu)于C2k；火山角礫巖儲(chǔ)集性能C2h優(yōu)于C2k。

結(jié)合其噴發(fā)堆積環(huán)境分析，C2k為陸上噴發(fā)堆積環(huán)境，熔巖在成巖過程中因上覆靜水壓力小，氣孔大且在整個(gè)熔巖層中十分發(fā)育，頂?shù)讱饪讕Ш穸却螅鳦2h主要為水下噴發(fā)堆積環(huán)境，由于靜水壓力造成氣孔小而少，且充填程度較嚴(yán)重，后期陸上環(huán)境風(fēng)化溶蝕強(qiáng)烈，共同造成了C2k含有杏仁構(gòu)造的熔巖儲(chǔ)集性能優(yōu)于C2h；而水下噴發(fā)熔巖致密，構(gòu)造裂縫發(fā)育，淬火作用形成裂縫發(fā)育，這些可能是C2h不含杏仁構(gòu)造的熔巖儲(chǔ)集性能優(yōu)于C2k的原因；C2k火山角礫巖以熔結(jié)結(jié)構(gòu)為主，巖石較為致密，而C2h火山角礫巖以非熔結(jié)結(jié)構(gòu)為主，因此C2h火山角礫巖儲(chǔ)集性能優(yōu)于C2k。

4 結(jié) 論

1）陸上與水下噴發(fā)堆積的火山巖在分布范圍、巖性組合、巖石顏色、化石組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖相特征、與下伏地層接觸關(guān)系等方面存在著區(qū)別，同時(shí)導(dǎo)致儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型和性能也有顯著的差異。

2）三塘湖盆地C2k火山巖噴發(fā)堆積環(huán)境為陸上 （或陸上淺水）環(huán)境；而C2h火山巖為一種水陸過渡的環(huán)境，但總體以水下噴發(fā)堆積環(huán)境為主。

3）陸上噴發(fā)環(huán)境原生氣孔較為發(fā)育，后期溶蝕改造較為強(qiáng)烈，而水下噴發(fā)火山巖裂縫性儲(chǔ)集空間較為發(fā)育，但總體比較認(rèn)為陸上噴發(fā)環(huán)境儲(chǔ)集性能可能優(yōu)于水下噴發(fā)環(huán)境。

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The Eruption Environment and Reservoir Characteristics of Carboniferous Volcanic Rocks in Sangtanghu Basin

ZHU Ka，LI Lan－bin，LIANG Hao，LIAO Qun－an，XIA Xiao－yan（First Author's Address：Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources（China University of Geosciences），Ministry of Education，Wuhan430074，Hubei，China）

The subaerial and subaqueous volcanic rock eruption was significant different in lithology，texture and structure，erosive property，occurence，contact with underlying strata，pore and fissure development etc.Two sets of volcanic reservoirs in Kalagang Formation and Ha'erjiawu Formation were developed during Carboniferous System in Santanghu Basin.By studying the characters of volcanic geochemistry，lithology，erosion，lithofacies types and structure etc，it is considered that the environment of the volcanic rocks of Kalagang Formation is subaerial eruption.It is water－land transition eruption，but main environment is subaqueous.In consideration of its reservoir space development，the integral analysis shows that the properties of volcano rock reservoir which is erupted in subaerial is better than that of subaqueous.

Sangtanghu Basin；Carboniferous；reservoir space；subaerial volcanic rocks；subaqueous volcanic rocks

TE122.2

A

1000－9752 （2012）03－0049－06

2011－11－10

朱卡 （1986－），男，2010年中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)及地震地質(zhì)綜合解釋方面的學(xué)習(xí)和研究工作。

［編輯］ 宋換新