春暉油田石炭系火成巖儲層特征及形成機理

張 萌，林會喜

(1.中國石化新疆新春石油開發(fā)有限責(zé)任公司，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

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春暉油田石炭系火成巖儲層特征及形成機理

張 萌1，林會喜2

(1.中國石化新疆新春石油開發(fā)有限責(zé)任公司，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

綜合分析巖心、薄片及地球化學(xué)等資料，從火成巖的巖石學(xué)特征、儲集空間類型及其成巖作用等方面研究了春暉油田火成巖儲層特征，探討了火成巖儲層的控制因素及形成機理。結(jié)果表明：該區(qū)火成巖巖性包括凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖、玄武巖等，儲集空間可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類11個小類；石炭系火成巖儲層主要受構(gòu)造作用、成巖作用控制，風(fēng)化淋濾作用對儲層影響不明顯，因此，斷層的發(fā)育處和堿性成巖作用垂向序列下部均為儲層的有利發(fā)育區(qū)。此外，該區(qū)火成巖儲層特征揭示了構(gòu)造裂縫和“酸性+堿性”溶蝕作用2種儲層形成機理。該研究成果對春暉油田火成巖的深入勘探有一定的指導(dǎo)意義。

火成巖；儲層特征；形成機理；春暉油田

0 引 言

近年來，眾多學(xué)者針對火成巖儲層做了大量研究工作，從火成巖儲集空間類型、控制因素及形成機理等方面取得了眾多認識[1-9]。然而，準(zhǔn)西北緣春暉油田火成巖形成地質(zhì)背景復(fù)雜，且受后期改造作用強烈，造成對火成巖儲層特征認識不清。通過對鄰區(qū)火成巖儲層的調(diào)研，有利儲集空間主要位于古風(fēng)化殼以及斷裂帶附近[1-5]。鑒于鄰區(qū)風(fēng)化殼附近可作為有利儲層的現(xiàn)狀，擬通過對研究區(qū)火成巖儲層特征的研究，進而揭示春暉油田火成巖儲層發(fā)育的主要控制因素及形成機理。

1 春暉油田基本地質(zhì)特征

春暉油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，區(qū)域構(gòu)造上位于哈德構(gòu)造帶的西段，屬于哈拉阿拉特山構(gòu)造南緣斜坡帶，北以達爾布特斷裂與和什托洛蓋盆地相接，東南與瑪湖凹陷相接，西部為扎伊爾山，東部為石西凹陷。前人建立了哈山地區(qū)早期逆沖推覆+后期走滑的構(gòu)造解釋模型，自晚古生代至第四紀(jì)經(jīng)歷了裂陷伸展盆地、前陸盆地和坳陷盆地多個演化階段[2-3]，形成了現(xiàn)今“南北分帶、上下分層、西強東弱”的大型逆沖推覆構(gòu)造。

2 火成巖油氣儲層特征

2.1 儲層巖性特征

春暉油田石炭系火成巖樣品的全巖化學(xué)分析表明(圖1)，火成巖中SiO2含量多為44.0%～62.0%，Na2O+K2O含量約為3.5%～9.0%，巖石里特曼指數(shù)為1.0%～9.0%，巖性以基性—中性的鈣堿性—堿性系列巖石組合類型為特征。結(jié)合鏡下觀察，該區(qū)主要發(fā)育火山碎屑巖和火山熔巖。其中，火山碎屑巖主要為火山角礫巖和凝灰?guī)r；熔巖類主要包括玄武巖、玄武安山巖和安山巖等。

圖1 春暉油田石炭系火成巖TAS圖解

2.2 儲集空間類型及特征

火成巖作為一類復(fù)雜而特殊的油氣儲層，有針對性地建立火成巖儲集空間類型分類體系，對火成巖儲層的研究至關(guān)重要。

按照火成巖儲層的形成原因可將儲集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類(表1)。其中，原生孔隙又可分為氣孔(圖2a)、晶間孔、礫(粒)間孔3種類型；次生孔隙分為晶間溶孔(圖2b)、礫(粒)間溶孔(圖2c)等4種類型；裂縫可以分為炸裂縫(圖2d)、構(gòu)造裂縫(圖2e、f)等4種。

3 儲層發(fā)育控制因素

3.1 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用對火成巖儲層的形成至關(guān)重要。研究區(qū)火成巖經(jīng)歷了海西—印支階段、燕山階段及喜山階段等多期構(gòu)造運動，并且位于達爾布特斷裂帶附近的火山劇烈活動地帶。因此，遭受了強烈的擠壓破裂作用，形成了大量的構(gòu)造裂縫，極大地改善了火成巖儲集性能。盡管該區(qū)后來經(jīng)歷了多期的膠結(jié)充填和溶蝕作用的改造，但仍然可以觀察到原始構(gòu)造縫(圖2e)。

表1 春暉油田儲集空間類型及特征

3.2 風(fēng)化淋濾作用

風(fēng)化淋濾作用不僅可以使巖石破碎，也可以使巖石的化學(xué)成分發(fā)生顯著變化，既能增加孔隙度，又能提升連通性。但是從該區(qū)的鉆井情況看，僅在深大斷裂附近的裂縫發(fā)育段有良好油氣顯示，而與距風(fēng)化殼遠近關(guān)系不大。究其原因，可能是該區(qū)火成巖在形成風(fēng)化殼后，又經(jīng)歷了多期逆沖推覆運動，風(fēng)化殼頂部松散的風(fēng)化巖石被剝蝕，只剩下半風(fēng)化巖石以及未風(fēng)化母巖，破壞了風(fēng)化淋濾作用所形成的孔縫。

3.3 充填作用

巖心薄片觀察表明，春暉油田火成巖儲集空間中的膠結(jié)充填物主要包括石英、綠泥石、碳酸鹽巖及沸石類礦物，并且這些礦物按照一定的垂向序列發(fā)育[9-10]。從上至下發(fā)育石英充填、綠泥石充填或膠結(jié)帶、沸石與綠泥石混合帶、沸石與碳酸鹽巖混合帶、沸石充填或膠結(jié)帶。在埋藏較淺的近地表階段，風(fēng)化淋濾作用使得巖石發(fā)生機械破碎和化學(xué)溶蝕，產(chǎn)生次生孔縫。進入埋藏較深的階段后，礦物成分在堿性流體的作用下遷移形成“上硅下堿”的垂向沉淀物充填序列，阻塞大部分孔隙。濁沸石層段與石英充填層段交互出現(xiàn)，并且總是分布于石英充填層段之下，反映了火成巖儲層“下交上排”的形成機理。各充填階段具有如下特點。

(1) 石英充填帶(圖2g)。在酸性環(huán)境中穩(wěn)定，很難發(fā)生溶解，可作為有效蓋層。

(2) 綠泥石充填或膠結(jié)帶(圖2h)?；鸪蓭r中的鐵鎂質(zhì)礦物極易蝕變，形成了富含鐵鎂離子的流體，為綠泥石的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

(3) 沸石與綠泥石混合帶(圖2i)。沸石常和綠泥石伴生，但充填次序因成巖階段不同而有所差異。在成巖早期綠泥石早于沸石，呈襯邊狀發(fā)育；而成巖后期，綠泥石則晚于沸石[9-10]。

(4) 沸石與碳酸鹽巖混合帶(圖2j)。沸石和碳酸鹽巖類都是堿性成巖作用形成的，為成巖晚期交代物、充填物。

(5) 沸石充填或膠結(jié)帶(圖2k)。沸石主要以杏仁體形式產(chǎn)出，穩(wěn)定在堿性環(huán)境中[9]。一旦后期有機質(zhì)在熱演化過程中產(chǎn)生的有機酸使pH值下降時，就會形成溶蝕孔隙。

3.4 溶蝕作用

通過薄片鑒定分析，研究區(qū)存在鈉長石化、濁沸石化和SiO2溶解典型的堿交代作用標(biāo)志等。一般情況下SiO2在酸性水溶液中很難溶解，但在堿性介質(zhì)中可以溶解。從研究區(qū)薄片中發(fā)現(xiàn)了“堿性+酸性”疊加溶蝕型火成巖儲層形成機理，堿性成巖作用生成的沸石、綠泥石等充填物在后期的有機酸溶蝕下極易形成次生孔隙。

4 儲層形成機理

4.1 構(gòu)造裂縫儲層形成機理

構(gòu)造裂縫是火成巖儲層形成的必要條件。火成巖儲層一般呈條帶狀分布在深大斷裂附近，構(gòu)造運動使得本身非常致密的火成巖形成了大量裂縫，這些裂縫不僅連通了原本孤立的原生孔隙，而且還能作為儲集空間，增大儲層孔隙度。同時深大斷裂也為地殼深處的烴堿流體和酸性流體提供通道，對溶蝕作用的發(fā)生起了重要作用，是形成次生溶蝕孔隙、改善儲層滲流能力的關(guān)鍵。

4.2 “酸性+堿性”疊加溶蝕儲層形成機理

4.2.1 “先堿后酸”儲層形成機理

春暉油田石炭系的火成巖巖石化學(xué)成分主要為鈣堿性和堿性，火成巖在地表或近地表地帶階段，遭受風(fēng)化淋濾，礦物隨之發(fā)生溶解，析出大量的堿金屬離子，形成了堿性、富鈣的流體環(huán)境。堿性成巖作用形成的沸石、綠泥石、方解石等在堿性環(huán)境下較為穩(wěn)定，直至有機質(zhì)逐漸成熟，pH值降低，位于堿性成巖作用垂向序列下部的充填物極易溶蝕形成次生孔隙。通過本區(qū)薄片觀察發(fā)現(xiàn)，蝕變礦物普遍可見溶蝕現(xiàn)象(圖2l)，表明了堿交代在先，有機酸溶蝕在后的“先堿后酸”儲層形成機理。

4.2.2 “上硅下堿”儲層形成機理

“上硅下堿”是春暉油田火成巖儲層形成的另一個重要機理。堿交代作用一方面引起物質(zhì)的進入和流失，破壞巖石原本結(jié)構(gòu)，對儲層的形成起建設(shè)性作用；另一方面，隨著含堿量的逐步降低，析出SiO2晶體，沉淀形成次生石英，從而降低了儲層物性。因此，“上硅”為蓋層，“下堿”為儲層，二者形成良好的儲蓋體系。

5 結(jié) 論

(1) 準(zhǔn)西北緣春暉油田石炭系發(fā)育大套以中、基性巖為主的火成巖，儲集空間多種多樣，可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類11個小類。

(2) 火成巖儲層的形成主要受構(gòu)造作用、成巖作用的影響，后來多期的逆沖推覆構(gòu)造使得風(fēng)化淋濾作用對火成巖儲層的影響不顯著。因此，斷層的發(fā)育處和堿性成巖作用垂向序列下部均為儲層的有利發(fā)育區(qū)。

(3) 研究區(qū)火成巖儲層特征表明了2種成儲機理：即構(gòu)造裂縫儲層形成機理與以“上硅下堿”和“先堿后酸”為主的“堿性+酸性”疊加溶蝕儲層形成機理。在其共同作用下形成了研究區(qū)以裂縫為主、次生孔隙為輔的孔隙—裂縫型儲層。

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編輯 林樹龍

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.012

20160404；改回日期：20160721

中國石油化工股份有限公司重大科技攻關(guān)課題“新疆北部石炭系成烴成藏與勘探方向”(P12035)

張萌(1987-)，男，助理工程師，2011年畢業(yè)于河北理工大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣勘探開發(fā)研究工作。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0052-04