三塘湖盆地條山凸起二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層特征及主控因素

顧紹富，朱伶俐，于鋒，李鵬，寧建國(guó)(.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 84000；.西部鉆探工程有限公司三塘湖項(xiàng)目經(jīng)理部，新疆 哈密 89009;.新疆油田公司新港公司，新疆 克拉瑪依 84000)

三塘湖盆地條山凸起二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層特征及主控因素

顧紹富1，朱伶俐1，于鋒2，李鵬1，寧建國(guó)3
(1.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.西部鉆探工程有限公司三塘湖項(xiàng)目經(jīng)理部，新疆 哈密 839009;3.新疆油田公司新港公司，新疆 克拉瑪依 834000)

利用巖心、薄片、測(cè)井等資料，綜合分析三塘湖盆地條山凸起二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層特征及控制因素，研究結(jié)果表明：基性玄武巖是本區(qū)二疊系條湖組主要的火山巖儲(chǔ)集巖類,儲(chǔ)層以裂縫-孔隙型為主，儲(chǔ)集空間以次生杏仁體溶孔、斑晶溶孔為主，次為殘余氣孔、基質(zhì)晶間溶孔、殘余構(gòu)造縫和擴(kuò)溶縫。儲(chǔ)層物性主要受控于火山巖的巖性巖相、溶蝕和礦物充填作用、構(gòu)造裂縫及古地貌形態(tài)4個(gè)因素。

三塘湖盆地；二疊系；條湖組；火山巖；儲(chǔ)集層

1　工區(qū)概況

三塘湖盆地位于新疆東北部，北東與蒙古毗鄰，南抵天山東段的白依山，是我國(guó)西北邊疆重要的疊合型含油氣盆地。條山凸起位于三塘湖盆地中央坳陷中部(圖1)，是油氣運(yùn)聚的有利區(qū)。二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層是近年來在該區(qū)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)勘探潛力層，該層鉆井油氣顯示活躍，存在100 t/d以上高產(chǎn)油流井，但多為低產(chǎn)油流或干層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)[1,2]。前人對(duì)條山凸起二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層關(guān)注較少，因此對(duì)工區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層特征和控制因素進(jìn)行深入分析可為下一步油氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。

2　儲(chǔ)層特征

2.1火山巖巖性、巖相特征

三塘湖盆地二疊系發(fā)育中-基性火成巖[2,3]。井、震、巖性和薄片資料顯示：本區(qū)二疊系逆斷裂發(fā)育，條湖組火山噴發(fā)以較為寧?kù)o的裂隙式緩慢噴發(fā)為主，發(fā)育大套具寬闊頂面和緩坡度側(cè)翼的溢流相火山熔巖體,火山噴發(fā)間斷明顯，火山巖體中沉凝灰?guī)r和碎屑巖薄夾層較發(fā)育。

圖1　工區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Geological location of the study area

通過分析210塊二疊系條湖組巖樣中的SiO2含量，認(rèn)為工區(qū)二疊系條湖組火山巖以基性玄武巖為主(85%以上),次為玄武安山巖。本次參考國(guó)際地科聯(lián)推薦的火山巖TAS分類方案和火山碎屑巖分類方案，同時(shí)考慮巖性分類應(yīng)用于巖相和儲(chǔ)層研究，將工區(qū)二疊系條湖組火山巖細(xì)分為14小類：杏仁溶孔玄武巖、斑晶溶孔玄武巖、蝕變杏仁狀玄武巖、塊狀致密玄武巖、玄武安山巖、含角礫熔巖、熔結(jié)火山角礫巖、火山角礫巖、凝灰熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r(圖2)。其中杏仁溶孔玄武巖、斑晶溶孔玄武巖和火山角礫巖為最有利的儲(chǔ)集巖類。

圖2　工區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)集空間類型Fig.2 Type of reservoir spaces of P2t volcanic rock in study area

2.2火山巖儲(chǔ)集空間特征

前人對(duì)火山巖成巖過程中儲(chǔ)集空間的演化及特征進(jìn)行過詳細(xì)分析[4-6]。本區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層主要是具雙重孔隙介質(zhì)的裂縫-孔隙型儲(chǔ)層，同時(shí)存在少量裂縫型儲(chǔ)層。儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間分為原生孔隙和次生孔隙，以后者為主。原生孔隙主要為半充填-強(qiáng)充填的殘余氣孔、晶間孔、原生角礫間縫和少量收縮節(jié)理縫等。次生孔隙以杏仁體溶孔、斑晶溶孔為主，其次是基質(zhì)晶間溶孔、晶內(nèi)溶孔、殘余構(gòu)造縫和擴(kuò)溶縫(圖2)。

原生孔 是成巖過程中氣體膨脹溢出而成，條湖組取心井段中的原生氣孔較多，呈拉長(zhǎng)狀橢圓形和不規(guī)則圓形，氣孔長(zhǎng)軸方向多為0.2~6.0 mm，3~ 12個(gè)/cm2，氣孔具一定的定向性，且縱向分帶性明顯，多數(shù)氣孔被濁沸石、綠泥石、硅質(zhì)和方解石全充填，形成杏仁構(gòu)造，少數(shù)氣孔半-強(qiáng)充填，形成一些縮小的殘余氣孔。原生孔通常具分散性和不連通性，需依靠切穿氣孔的構(gòu)造縫和收縮縫溝通，形成有效孔隙。

溶蝕孔 火山巖經(jīng)受風(fēng)化淋濾作用和埋藏溶解作用后,易形成溶蝕孔。原生氣孔全充填形成杏仁體，當(dāng)濁沸石、硅質(zhì)和方解石等充填物發(fā)生溶蝕作用則形成杏仁溶孔；部分具?；豢椊Y(jié)構(gòu)的玄武巖基質(zhì)組分(如玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)、長(zhǎng)石微晶等)發(fā)生溶蝕，形成篩孔狀晶間溶孔；長(zhǎng)石斑晶發(fā)生部分溶蝕形成蜂窩狀溶孔或斑晶被全部溶蝕，形成鑄?？住Ｈ芪g孔是本區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層中的主要儲(chǔ)集空間。

構(gòu)造縫和溶蝕縫 本區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，巖心常呈碎塊狀，薄片觀察構(gòu)造縫常切割礦物，溝通孔隙，并常被濁沸石、方解石和硅質(zhì)等自生礦物半-強(qiáng)充填。溶蝕縫主要沿構(gòu)造裂縫、礦物節(jié)理縫和原有微裂縫基礎(chǔ)上發(fā)育，構(gòu)造殘余縫和溶蝕縫能連通大量孤立孔隙，有效提高儲(chǔ)層儲(chǔ)滲能力。

2.3火山巖儲(chǔ)層物性特征

圖3　工區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層孔滲直方圖Fig.3 Porosity and permeability histogram of P2t volcanic reservoir in study area

本區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層屬低孔-特低滲型儲(chǔ)層，且非均質(zhì)性較強(qiáng)。據(jù)185塊巖樣的孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)層孔隙度多為2%~14%，平均8.83%。巖樣的滲透率值多為0.003×10-3~58.26×10-3μm2，其中具裂縫巖樣主要為1.0×10-3~58.26×10-3μm2，而基質(zhì)巖樣主要為0.01×10-3~1.0×10-3μm2(圖3)。物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，具裂縫巖樣和基質(zhì)巖樣的孔隙度相差不大，但滲透率相差極大，說明本區(qū)構(gòu)造裂縫能有效提高儲(chǔ)層滲透率，但對(duì)孔隙度影響較小。

3　主控因素

3.1巖性和巖相對(duì)儲(chǔ)層的影響

大量研究表明，爆發(fā)相火山角礫巖原生儲(chǔ)集空間最發(fā)育，溢流相的安山巖、玄武巖次之，沉凝灰?guī)r和爆發(fā)相的凝灰?guī)r巖性致密[7,8]。原生孔隙發(fā)育的火山巖能為后期的溶蝕作用提供溶蝕通道，從而提高儲(chǔ)層物性。

爆發(fā)相的火山角礫巖固結(jié)速度快、熱熔程度低，礫間孔、氣孔等原生儲(chǔ)集空間發(fā)育，且?guī)r石孔隙度較高，抗壓強(qiáng)度低，發(fā)育大量裂縫。本區(qū)火山角礫巖不發(fā)育，僅在深大斷裂交匯區(qū)見少量火山角礫巖和角礫熔巖。

溢流相的玄武巖和安山巖，固結(jié)速度慢、熱熔程度高，抗壓強(qiáng)度大，原生氣孔較發(fā)育，多為孤立無效孔，需靠裂縫溝通才能形成有效儲(chǔ)集空間。溢流相控制了原生氣孔的發(fā)育部位。單期熔巖中，氣孔帶的發(fā)育受熔巖流厚度的控制，厚度小于3 m時(shí)，氣孔的分布在縱向上呈分散狀；大于3 m時(shí)，氣孔呈聚頂發(fā)育模式，少量氣孔發(fā)育在底部[9,10]。本區(qū)二疊系條湖組單期熔巖流厚度多為3~8 m，氣孔和杏仁孔主要發(fā)育在每期熔巖流上部。

凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r由于顆粒較細(xì)，巖性較致密，僅發(fā)育各種微孔。工區(qū)二疊系條湖組晶屑、玻屑凝灰?guī)r雖在后期成巖過程中發(fā)生脫玻化作用和一定的溶蝕作用，基質(zhì)微孔隙有所增加，但物性整體較差。

3.2溶蝕和礦物充填作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

本區(qū)火山巖形成后主要經(jīng)歷了3種成巖作用：風(fēng)化淋濾作用、埋藏溶解作用和礦物充填作用。表生期的風(fēng)化淋濾作用是儲(chǔ)集巖孔隙發(fā)育的前提條件，最終有效孔隙在埋藏溶解期大致定格。

風(fēng)化淋濾作用 二疊系條湖組火成巖為多期次噴出-侵入的火成巖組合，每次火山噴發(fā)間斷期，火山巖處于地表或近地表環(huán)境，會(huì)經(jīng)受各種風(fēng)化淋濾作用。另一個(gè)重要的風(fēng)化淋濾作用發(fā)生在二疊系和三疊系之間的不整合面附近，二疊系條湖組頂部火山巖長(zhǎng)期暴露地表，在大氣淡水和地表淡水等流體作用下，風(fēng)化殼附近各種風(fēng)化、淋濾作用較強(qiáng)[11]。原生氣孔、基質(zhì)晶間孔和裂縫發(fā)育區(qū)是有利的溶蝕區(qū)。玄武巖中的堿性斜長(zhǎng)石、輝石、微晶斜長(zhǎng)石基質(zhì)等易發(fā)生選擇性溶蝕，形成晶內(nèi)溶孔和微晶基質(zhì)溶孔。本區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層的物性和埋藏深度之間無明顯關(guān)系，但和條湖組頂部不整面的距離關(guān)系明顯。本區(qū)52口井二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層共168個(gè)，其中159個(gè)位于距條湖組頂部不整合面30~250 m以內(nèi)，另外9個(gè)距離超過400 m，分析認(rèn)為主要是受益于附近大斷層影響。

埋藏溶解作用 首先，來自上地幔軟流層的富堿熱液通過深大斷裂溝通至上部地層[12,13]。在堿性流體作用下，礦物成分遷移導(dǎo)致的沉淀物充填大部分孔隙，形成濁沸石、菱鐵礦發(fā)育帶，同時(shí)部分玻璃質(zhì)或硅質(zhì)被溶蝕，形成溶孔。其次，二疊系蘆草溝組巨厚烴源巖在熱演化過程中產(chǎn)生大量有機(jī)酸且釋放CO2等組分，融入成巖作用產(chǎn)生的水中，形成酸性流體，對(duì)濁沸石、堿性斜長(zhǎng)石、方解石等進(jìn)行選擇性溶蝕。這種堿性流體和有機(jī)酸性流體溶解營(yíng)力的雙重作用是工區(qū)深層次生孔隙形成的主要原因。工區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層中濁沸石和濁沸石鑄?？讖V泛發(fā)育，間接說明該區(qū)存在這種堿性、酸性流體的雙重作用。

礦物的充填作用 該作用普遍存在于表生巖溶期和埋藏溶解期，綠泥石、方解石充填對(duì)孔隙破壞作用較大。通常早期充填的濁沸石和部分方解石能被后期酸性溶液溶蝕，從而形成有效儲(chǔ)集空間。

3.3構(gòu)造裂縫對(duì)儲(chǔ)層的影響

三塘湖盆地是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展的壓性盆地，晚古生帶和中、新生帶出現(xiàn)過多次擠壓[2,14]。本區(qū)二疊系條湖組逆斷層發(fā)育，斷層長(zhǎng)度多為1~10 km。巖心和薄片資料表明，二疊系條湖組構(gòu)造裂縫類型有水平縫、低角度縫、高角度縫和網(wǎng)狀微縫，其中高角度縫和網(wǎng)狀縫較發(fā)育。

構(gòu)造縫是儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵。一方面，在氣孔發(fā)育帶形成裂縫，可有效連通孤立、無效孔，在表生期和埋藏溶解期，裂縫發(fā)育的高滲帶是發(fā)生溶蝕作用的優(yōu)勢(shì)區(qū)；另一方面，二疊系火成巖經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和溶解作用形成孔、洞、縫之后，易被濁沸石、方解石、石英等自生礦物充填，如果油氣及時(shí)侵位，油氣的存在可在一定程度上抑制自生礦物的形成，對(duì)儲(chǔ)集空間起保護(hù)作用[15]。深大斷裂是溝通二疊系油源的重要通道，因此，斷裂帶附近儲(chǔ)集空間易因油氣侵位而得到保存。取心資料和測(cè)井解釋結(jié)果表明，大斷裂帶附近300 m之內(nèi)，構(gòu)造微裂縫和網(wǎng)狀溶蝕縫發(fā)育，在火山巖巖性一致的情況下，斷裂帶附近的儲(chǔ)層物性和含油氣性遠(yuǎn)好于其他區(qū)域。

3.4古地貌形態(tài)對(duì)儲(chǔ)層的影響

火山巖風(fēng)化殼型儲(chǔ)層自上而下風(fēng)化淋濾作用逐漸減弱，具體可劃分為5個(gè)帶：最終分解產(chǎn)物帶、水解帶、淋濾帶、崩解帶和未風(fēng)化帶，其中淋濾帶、崩解帶具較好的儲(chǔ)集能力[16]。本區(qū)二疊系條湖組火山巖儲(chǔ)層屬于風(fēng)化殼型儲(chǔ)層，多發(fā)育在距條湖組頂界不整合面之下250 m內(nèi)及大斷裂附近[11]。研究表明，本區(qū)三疊系沉積前的古地貌形態(tài)對(duì)于表生期的風(fēng)化淋濾作用具一定控制作用。

晚二疊世末和三疊紀(jì)末期，三塘湖盆地構(gòu)造活動(dòng)劇烈，部分地區(qū)缺失二疊系和三疊系，侏羅紀(jì)是盆地再次大面積下沉的沉積期[17,18]。井、震資料表明，西山窯組煤層全區(qū)穩(wěn)定分布，且部分區(qū)域直接覆蓋于條湖組之上，可作為標(biāo)志層。據(jù)正反印模原理，先用西山窯組煤層作為標(biāo)志層初步編繪出二疊系頂界古地貌圖，并用恢復(fù)壓實(shí)系數(shù)的三疊系厚度及地震剖面上三疊系的削蝕、尖滅、上超等特征對(duì)古地貌圖進(jìn)行校正。結(jié)果表明，本區(qū)地形高低落差大，地形坡度高達(dá)20°，主要發(fā)育剝蝕區(qū)、斜坡區(qū)、低洼區(qū)3類古地貌單元(圖4)。地層厚度較大的剝蝕區(qū)和巖溶緩坡區(qū)是儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。

剝蝕區(qū) 發(fā)育在構(gòu)造高部位，該區(qū)斷裂發(fā)育且遭受較嚴(yán)重的剝蝕作用，條湖組較薄?；鹕綆r儲(chǔ)層只存在最終分解產(chǎn)物帶、水解帶和較薄的風(fēng)化淋濾帶，最終分解產(chǎn)物帶和水解帶總厚度為30~40 m。水解帶蝕變作用強(qiáng)烈，包括泥化、綠泥石化、碳酸鹽化、沸石化等作用。風(fēng)化淋濾帶主要經(jīng)歷風(fēng)化淋濾、構(gòu)造破碎和熱液蝕變3種成巖作用，相比較斜坡區(qū)和低洼區(qū)，剝蝕區(qū)內(nèi)風(fēng)化淋濾帶遭受的這3種成巖作用最為強(qiáng)烈，儲(chǔ)層溶蝕孔、洞、縫均發(fā)育。當(dāng)剝蝕區(qū)內(nèi)火山巖地層厚度大于50 m時(shí)，即存在一定厚度的淋濾帶，則通常發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段。馬208井和馬801井分別位于工區(qū)西部和東部凸起的剝蝕區(qū)內(nèi)，條湖組儲(chǔ)層厚度分別為550 m和45 m，條湖組頂部巖性為厚層玄武巖夾少量凝灰?guī)r。馬208井儲(chǔ)層平均孔隙度16.3%，有效儲(chǔ)層59.8 m，而馬801井由于地層厚度太薄，玄武巖泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，基本不存在風(fēng)化淋濾帶，無有效儲(chǔ)層段。

斜坡區(qū) 是位于剝蝕區(qū)和低洼區(qū)的中間過渡部分，分為緩坡區(qū)和陡坡區(qū)(以坡度10°為界)，斜坡區(qū)通常垂向上完整發(fā)育風(fēng)化殼儲(chǔ)層的5個(gè)帶，但緩坡區(qū)和陡坡區(qū)火山巖儲(chǔ)層物性差別較大。緩坡區(qū)通常位于構(gòu)造較高部位，在大量發(fā)育的網(wǎng)狀微縫和開啟斷層引導(dǎo)下，地表水很容易順裂隙滲透到地下，使地下水產(chǎn)生壓力差而發(fā)生流動(dòng)，從而發(fā)生垂向滲流作用和水平潛流作用，尤其是水平潛流的側(cè)向溶蝕作用明顯[19]，使緩坡區(qū)發(fā)育大面積淋濾帶和崩解帶，火山巖儲(chǔ)層物性較好。陡坡區(qū)，受坡度影響，地表水徑流速度快，快速滲入到地勢(shì)低洼部位，同時(shí)水平潛流的側(cè)向溶蝕作用也不明顯。該區(qū)的巖溶作用弱，火山巖儲(chǔ)集性能有限。如陡坡區(qū)的馬202井，雖然發(fā)育厚層的溢流相熔巖，但溶蝕作用不強(qiáng)烈，儲(chǔ)層孔隙度小于5%，物性差。

圖4　條山凸起XX區(qū)塊二疊系條湖組頂界古地貌平面圖Fig.4 Palaeogeomorphic plan of the top of P2t in XX block, Tiaoshan uplift

低洼區(qū) 是高部位水流的匯集區(qū)，來自斜坡區(qū)攜帶溶蝕物質(zhì)的水流，徑流至低洼區(qū)內(nèi)，溶液的溶蝕能力較弱，且沒有泄水區(qū)，溶蝕的物質(zhì)不能帶走，從而溶蝕孔洞被綠泥石、方解石、硅質(zhì)等強(qiáng)烈充填，該地貌單元基本不發(fā)育火山巖儲(chǔ)層。

4　結(jié)論

(1)本區(qū)二疊系條湖組火山巖以溢流相的玄武巖為主，杏仁溶孔玄武巖和斑晶溶孔玄武巖是主要儲(chǔ)集巖類；

(2)火山巖儲(chǔ)層是低孔-特低滲的裂縫-孔隙型儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間以次生的杏仁體溶孔、斑晶溶蝕孔為主，次為基質(zhì)晶間溶孔和擴(kuò)溶縫；

(3)風(fēng)化淋濾作用是儲(chǔ)層孔隙發(fā)育的前提條件，后期的埋藏溶解作用和礦物充填作用是孔隙形成的關(guān)鍵；

(4)構(gòu)造縫有效提高儲(chǔ)層滲透能力，且斷裂帶附近巖溶作用強(qiáng)烈，儲(chǔ)層物性遠(yuǎn)好于其他區(qū)域；

(5)風(fēng)化剝蝕區(qū)和位于構(gòu)造較高部位的巖溶緩坡區(qū)是儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)。

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Reservoir Characteristic Description and theMain Control Factors Analysisof Permian Volcanic Reservoir in Tiaoshan Uplilt, Santanghu Basin

Gu Shaofu1,Zhu Lingli1,Yu Feng2,Li Peng1,Ning Jianguo3
(1.Research Insitution of Exploration and Development,Xinjiang Oil Field Company,Karamay,Xinjiang,834000,China; 2.Xibu Drilling Engineering Company Limited,Santanghu Project Department,Hami,Xinjiang,839009,China;3.Xing Gang Oilfield Operation company,Xinjiang Oil Field Company,Karamay,Xinjiang,834000,China)

This paper deals with reservoir characteristics of volcanic rock reservoir and the main affecting factors of reservoir physical property in P2t of Tiaoshan uplilt,Santanghu basin,based on observing of drilling cores and rock thin section andlogging.The results indicate that basalt are main reservoir rock types,fraetured-pore reservoir are the reservoir type, the types of pores include mainly amygdala solution pores、dissolution Pores in inset,and then residual air Pores、in-tercrystal pores in matrix、residual seam、Karst seam.Physical properties of the reservoirs are mainly controlled by Volcanic rock lithology and lithofacies,dissolution and mineral filling,Structural fractures and paleogeomorphy.

Santanghu basin;Permian;Tiaohu formation;Volcanic rock;Reservoirs

1000-8845(2016)03-394-05

P588.14

A

項(xiàng)目資助:國(guó)家科技重大專項(xiàng)《準(zhǔn)噶爾盆地巖性地層油氣藏分布規(guī)律與目標(biāo)評(píng)價(jià)》(2016ZX05001005)資助

2015-10-20;

2015-11-16;作者E-mail:gshf6@petrochina.com.cn

顧紹富（1979-），男，碩士，工程師，2009畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，主要從事沉積學(xué)和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究