濰北凹陷孔三段火山巖儲(chǔ)層特征及電性關(guān)系研究

陳　萍

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

濰北凹陷孔三段火山巖儲(chǔ)層特征及電性關(guān)系研究

陳萍

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

摘要：濰北凹陷孔三段火山巖發(fā)現(xiàn)油氣藏為濰北凹陷未來(lái)的油氣勘探工作指出了新的方向，利用鉆井、測(cè)井以及巖石分析化驗(yàn)等資料，研究了孔三段火山巖儲(chǔ)層特征、地球化學(xué)特征和電性特征。通過(guò)巖石特征分析表明，玄武巖、安山玄武巖是濰北凹陷孔三段火山巖儲(chǔ)層中最為發(fā)育的巖石類型，也是有利的儲(chǔ)集巖石類型。孔三段火山巖以基性為主，屬于鈣堿性-堿性巖系列，火山巖起源于幔源型原生巖漿，曾經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用，受過(guò)大氣中氧氣的氧化?？兹位鹕綆r與上下圍巖相比，具有鉆時(shí)大、高密度、低感應(yīng)電導(dǎo)率、低自然伽馬、低聲波時(shí)差等特征，是火山巖與砂泥巖識(shí)別的重要標(biāo)志。

關(guān)鍵詞：濰北凹陷；孔三段；火山巖；巖石學(xué)；電性特征

在濰北凹陷的油氣勘探過(guò)程中，主要勘探目標(biāo)是孔一段和孔二段的碎屑巖類構(gòu)造油氣藏和巖性油氣藏，對(duì)于火山巖儲(chǔ)層及油藏的研究和勘探部署比較少[1-2]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外相繼在火山巖儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了油氣藏，促進(jìn)了對(duì)火山巖油藏的研究[3-9]。濰北凹陷孔三段發(fā)育火山巖，尋找火山巖油藏便成為濰北凹陷油氣勘探的重要方向?；鹕綆r作為一類重要而特殊的儲(chǔ)集體，其巖性變化較大，非均質(zhì)性強(qiáng)，火山巖巖石學(xué)及電性特征總結(jié)對(duì)火山巖油氣藏研究顯得尤為重要。濰北凹陷多口探井的火山巖中發(fā)現(xiàn)了油氣，其中，c39井和c171-x4在孔店組火山巖中途測(cè)試分別獲得日產(chǎn)9.889 t和13.86 t的工業(yè)油流，展現(xiàn)了孔店組火山巖油藏的良好勘探潛力。前人針對(duì)濰北凹陷火山巖的儲(chǔ)集空間與熔巖流單元剖面結(jié)構(gòu)相做了一些研究[10-12]，但對(duì)于火山巖的巖石學(xué)特征和火山巖電性特征缺少系統(tǒng)研究。為此，筆者綜合利用鉆井、測(cè)井和巖石分析化驗(yàn)等資料，系統(tǒng)總結(jié)濰北凹陷孔三段火山巖巖石學(xué)及電性特征，以期能對(duì)本區(qū)火山巖油氣勘探綜合研究和勘探部署的擴(kuò)大有所裨益。

1區(qū)域地質(zhì)概況

濰北凹陷隸屬渤海灣盆地昌濰坳陷，為其中一負(fù)向二級(jí)構(gòu)造單元，東部以魯東隆起為界，西部與昌北凸起、侯鎮(zhèn)凹陷相連，北部以古城濰河口斷層與濰縣凸起毗鄰，是郯廬斷裂帶內(nèi)小型陸相斷陷盆地[13](圖1)。濰北凹陷是中生代以來(lái)發(fā)育的盆地，鉆井揭露的地層有中生界白堊系、新生界古近系孔店組和沙河街組，其中孔店組又可以劃分為孔店組一亞段(孔一段)、孔店組二亞段(孔二段)、孔店組三亞段(孔三段)，其次還發(fā)育有館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系平原組。目前鉆井揭示的火山巖集中發(fā)育在孔三段中。

圖1　昌濰坳陷構(gòu)造綱要圖

2火山巖巖石學(xué)特征

截至2015年11月，濰北凹陷共有59口探井鉆遇孔三段火山巖，有6口探井鉆穿了孔三段火山巖，本次選取了三口有鉆井取心井的9個(gè)有代表性的巖心樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，巖石類型的劃分采用巖心觀察、巖石薄片鑒定和巖石化學(xué)分析相結(jié)合的方法，巖石化學(xué)分析結(jié)果見表1。TAS圖解(圖2)分類結(jié)果表明，濰北凹陷孔三段火山巖巖性主要為玄武巖、安山質(zhì)玄武巖、玄武質(zhì)安山巖，其中玄武巖、安山質(zhì)玄武巖是本區(qū)孔三段最主要的巖石類型。

表1　 濰北凹陷孔店組火山巖全巖氧化物分析數(shù)據(jù)

圖2　濰北凹陷孔店組火山巖巖石化學(xué)分類TAS圖

2.1玄武巖

濰北凹陷發(fā)育的玄武巖主要種屬為拉斑玄武巖，是典型的基性噴發(fā)巖，主要礦物成分為拉長(zhǎng)石、單斜輝石和斜方輝石。巖石的顏色為深灰色與灰黑色；結(jié)構(gòu)為間粒結(jié)構(gòu)至間粒-間隱結(jié)構(gòu)；構(gòu)造類型有致密塊狀構(gòu)造(氣孔、杏仁含量小于2%)，含氣孔-杏仁狀構(gòu)造(氣孔大于2%、氣孔填充物含量小于5%)，氣孔-杏仁狀構(gòu)造(氣孔大于5%、氣孔填充物含量小于20%)，密集氣孔-杏仁狀構(gòu)造(氣孔、氣孔填充物含量大于20%)等。杏仁構(gòu)造中的氣孔充填礦物主要為方解石、沸石、綠泥石和石膏，呈橢圓形、圓形或不規(guī)則形；玄武巖中可見蝕變現(xiàn)象，其中的斜長(zhǎng)石等礦物被綠泥石化，形成了斑晶溶蝕孔, 杏仁構(gòu)造，氣孔被綠泥石、石膏充填?？傮w來(lái)看，該類巖石氣孔比較發(fā)育，在斷裂和裂縫發(fā)育區(qū)可以形成有利的儲(chǔ)集體。

2.2安山質(zhì)玄武巖

濰北凹陷安山質(zhì)玄武巖巖石顏色多變，主要有深灰色、淺灰色、棕色、紫色等。巖石結(jié)構(gòu)主要有間粒、間隱、斑狀等結(jié)構(gòu)，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長(zhǎng)石。主要礦物為斜長(zhǎng)石和輝石，局部有玻璃質(zhì)，副礦物主要為磁鐵礦。部分安山質(zhì)玄武巖發(fā)育氣孔-杏仁構(gòu)造，氣孔含量最大可能達(dá)28%，氣孔和杏仁構(gòu)造大小不一，氣孔中充填有方解石和綠泥石。在局部地區(qū)該類巖石也可作為有效的儲(chǔ)集巖性。

2.3玄武質(zhì)安山巖

濰北凹陷玄武質(zhì)安山巖普遍含有較多的玻璃質(zhì)及其分解產(chǎn)物且多經(jīng)受蝕變、風(fēng)化等次生作用，以較大粒徑斜長(zhǎng)石發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)和少量輝石出現(xiàn)顯示其中偏基性的特點(diǎn)?；鹕讲Ａб蜓趸始t褐色。杏仁構(gòu)造中的杏仁體礦物成分主要為綠脫石、沸石等，杏仁構(gòu)造，沸石充填氣孔。該類巖石氣孔不發(fā)育，一般不能作為有利的儲(chǔ)集巖性。

2.4火山角礫巖

火山角礫巖是指主要由粒徑2～64 mm的火山噴發(fā)物壓緊膠結(jié)而成的巖石。該區(qū)火山角礫巖主要為褐紅色，較致密，火山巖角礫結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造，角礫成分主要為玄武安山巖角礫，角礫含量90%，角礫粒徑5～25 mm，呈次棱角狀，分選性較差，巖石膠結(jié)物主要為安山質(zhì)成分，填隙物為熱液成因的沸石。該類巖石儲(chǔ)層物性差，非有效儲(chǔ)集巖性。

3火山巖地球化學(xué)特征

3.1主量元素特征

對(duì)濰北凹陷9塊孔三段火山巖巖心樣品進(jìn)行了地球化學(xué)測(cè)試，分析認(rèn)為濰北凹陷孔三段火山巖巖石以基性火山巖為主，火山巖的SiO2含量為50.31%～53.24%，AL2O3含量為13.1%～45.00%，Na2O含量為0.74%～5.34%，K2O含量為0.20%～2.74%。里特曼指數(shù)(δ)用來(lái)表示火山巖及其組合的性質(zhì)和特征，里特曼指數(shù)δ<4為鈣堿性，δ>4為堿性。該區(qū)火山巖里特曼指數(shù)值1.1～3.7，評(píng)價(jià)該區(qū)火山巖為鈣堿性系列。分析氧化物的變異關(guān)系圖認(rèn)為，反映其基本上為同一時(shí)期多次巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物?；鹕綆r的氧化指數(shù)OX為0.28～0.53，反映了火山巖形成后曾暴露在水上，之后受大氣中的氧氣一定程度地氧化。

原生巖漿的Mg值[Mg/(Mg+Fe2+)]在0.68～0.75范圍內(nèi)，這是判斷幔源原生巖漿的重要標(biāo)志之一。從已有樣品所計(jì)算的參數(shù)看，本區(qū)的9個(gè)基性熔巖樣品的Mg均介于0.65～0.75，由此可見，本區(qū)基性熔巖主要起源于幔源型原生巖漿。

固結(jié)指數(shù)(SI)又稱凝固指數(shù)、硬化指數(shù)，任何巖漿的分異演化都是向貧MgO方向演化,而且MgO的變化比SiO2更顯著。巖漿分異程度高，則SI就??；分異程度越差，SI值就大，巖石的基性程度越高。據(jù)公式計(jì)算，多數(shù)基性巖漿的SI值大于40。本區(qū)9個(gè)火山巖樣品的SI值均低于35，且SI-Mg值相關(guān)性較好(圖3)，表明孔三段火山巖分異

程度較高，經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用。

圖3　濰北凹陷孔店組火山巖SI-Mg關(guān)系

3.2稀土元素特征

稀土元素特征有助于判斷火山巖的形成機(jī)制[20]，由本區(qū)火山巖的稀土、微量元素分析結(jié)果及分布型式(圖4)可以看出，輕稀土及大離子親石元素(Ba、Rb、K)較為富集，重稀土及過(guò)渡族元素(Cr、Co、Ni)較為虧損。從稀土分餾程度與SI的弱相關(guān)性特征(圖5)分析認(rèn)為，火山巖的形成機(jī)制主要受控于上地幔源巖的部分熔融作用，稀土及微量元素在一定程度上受后期的分離結(jié)晶作用的影響。

圖4　濰北凹陷火成巖稀土元素分布型式

圖5　濰北凹陷火成巖稀土元素分餾-固結(jié)關(guān)系

4火山巖電性特征

濰北凹陷鉆井揭示的孔三段為大套的火山巖夾薄層的泥巖，其上為孔二段的泥巖夾砂巖地層，之下為中生界白堊系砂泥巖地層。火山巖有別于碎屑巖地層，在鉆井、測(cè)井曲線上具有明顯的特征，可以將其與上覆和下伏地層明確區(qū)分。

4.1鉆井曲線特征

火山巖在鉆井過(guò)程中主要是根據(jù)鉆時(shí)特征來(lái)判斷。鉆時(shí)是鉆頭在井筒中鉆穿每米巖石所用的時(shí)間，它反映了巖石的可鉆性。濰北凹陷孔三段火山巖地層之上為泥巖夾砂巖地層，之下為砂泥巖互層地層，火山巖的鉆時(shí)大于泥巖夾砂巖和砂泥巖互層地層的鉆時(shí)，因此從孔二段進(jìn)入火山巖地層時(shí)，鉆時(shí)曲線具有比較明顯的增大趨勢(shì)，從孔三段火山巖進(jìn)入中生界地層時(shí)鉆時(shí)曲線具有減小的趨勢(shì)。

4.2測(cè)井曲線特征

孔三段火山巖地層與其上下的砂泥巖之間物性、電性差別較大，結(jié)合測(cè)井曲線可以準(zhǔn)確地劃分出火山巖的頂、底界面。由砂泥巖變化為火山巖，部分測(cè)井曲線有較大的變化，如密度曲線值升高0.2～0.5 mg/cm3，聲波時(shí)差值降低150～200 μs/m，伽馬曲線值降低4～6微倫琴/小時(shí)，感應(yīng)電導(dǎo)率值降低150 m/Ω,井徑值變小0～20 cm，綜合認(rèn)為濰北凹陷孔三段火山巖相對(duì)于砂泥巖地層具有“一高、三低”的特征，即高密度、低聲波時(shí)差、低自然伽馬、低感應(yīng)電導(dǎo)率(圖6)。該套火山巖的上下均為砂泥巖地層，因此利用測(cè)井曲線比較容易識(shí)別火山巖地層，劃分火山巖的頂、底界限。

圖6　孔三段火山巖地層的測(cè)井曲線特征

5結(jié)論

(1)濰北凹陷孔三段發(fā)育火山巖，巖石以基性火山巖為主，主要為玄武巖、安山質(zhì)玄武巖、玄武質(zhì)安山巖，其中玄武巖和安山質(zhì)玄武巖多發(fā)育原生氣孔和溶蝕孔，與斷裂和裂縫發(fā)育區(qū)相匹配，可形成有效的儲(chǔ)集空間，為有利的儲(chǔ)集層巖石類型，是下步針對(duì)孔三段火山巖勘探部署的重要巖石類型。

(2)濰北凹陷孔三段火山巖屬于鈣堿性系列，主要起源于幔源型原生巖漿，為同一時(shí)期多次巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，火山巖分異程度較高，且經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用，形成后受過(guò)大氣中的氧氣一定程度的氧化。

(3)濰北凹陷孔三段火山巖地層較上下砂泥巖圍巖地層具有鉆時(shí)增大的特點(diǎn)。從測(cè)井曲線上看，火山巖具有“一高、三低”的特征，即高密度、低聲波時(shí)差、低自然伽馬、低感應(yīng)電導(dǎo)率。借助火山巖的鉆井和測(cè)井曲線特征可以有效識(shí)別孔三段火山巖。

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編輯：吳官生

文章編號(hào)：1673-8217(2016)01-0044-04

收稿日期：2015-11-10

作者簡(jiǎn)介：陳萍，1964年生，1985年畢業(yè)于勝利石油學(xué)校地質(zhì)專業(yè)，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)資源勘察專業(yè)，現(xiàn)從事油氣勘探部署與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)工作。

中圖分類號(hào)：TE112.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A