準(zhǔn)噶爾盆地西北緣石炭系風(fēng)化殼特征及油氣地質(zhì)意義

梁舒藝，吳孔友，黃 蕓，冀冬生，伏小鵬

(1.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國石油新疆油田分公司，新疆 烏魯木齊 830013)

0 引 言

近年來，準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖油氣藏的勘探取得顯著進(jìn)展，石炭系火山巖儲集層大致可分為原生型和風(fēng)化殼型[1-4]。位于盆地腹部的克拉美麗氣田石炭系火山巖儲集層多以原生孔隙和裂縫為主，屬原生型儲層[5]。原生型火山巖儲層主控因素研究程度較高[6-9]，風(fēng)化殼型儲層的研究僅局限在新疆北部個別地區(qū)[10]，且母巖巖性主要為火山巖。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷階帶石炭系儲層除火山巖之外還有沉積巖，其有效孔隙發(fā)育帶及油氣顯示主要集中在石炭系頂面附近。已認(rèn)識到該區(qū)石炭系風(fēng)化殼儲層對油氣富集程度有控制作用，但火山巖和沉積巖的風(fēng)化殼特征、結(jié)構(gòu)、空間分布規(guī)律及對油氣局部富集的控制作用等并不明朗。該次研究利用71口石炭系已鉆井的鉆井、測井、錄井及分析化驗(yàn)資料，探討石炭系風(fēng)化殼儲層特征、風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)、分布規(guī)律及油氣地質(zhì)意義。

1 石炭系風(fēng)化殼形成的地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地處于哈薩克斯坦古板塊、西伯利亞古板塊以及塔里木古板塊陸緣海的交匯部位。盆地西北緣夾持在西伯利亞板塊和伊犁微板塊陸緣活動帶之間，東鄰準(zhǔn)噶爾地塊，是陸緣活動帶的三角地區(qū)，屬晚古生代的匯聚地帶。準(zhǔn)噶爾地槽于早石炭世末全面褶皺回返，在地槽褶皺回返過程中伴有強(qiáng)烈的巖漿活動。褶皺帶地殼因巖漿巖的侵入和受熱而膨脹，導(dǎo)致上升的褶皺帶向沉降的盆地進(jìn)行擠壓，產(chǎn)生盆地西北緣弧形構(gòu)造體系；晚石炭世，盆山結(jié)合部開始出現(xiàn)近南北向的褶皺條帶，形成近南北向逆沖推覆斷裂帶，即西北緣斷階帶的雛形。

結(jié)合地面露頭、鉆井和地震層序劃分對比結(jié)果，西北緣斷階帶石炭系整體發(fā)育海陸過渡相的火山巖、碎屑巖沉積。其中，火山巖以中基性為主，碎屑巖也多以近源快速堆積的砂礫巖為主，原始物性較差。但石炭紀(jì)末期的整體抬升遭受剝蝕，不論是火山巖還是碎屑巖，其長期風(fēng)化淋濾作用均可形成風(fēng)化殼儲層。加之位于構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)，裂縫發(fā)育，對風(fēng)化殼儲層物性的改善更為有利。

2 石炭系風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)及特征

風(fēng)化殼是指碎屑巖、火山巖經(jīng)過沉積間斷、風(fēng)化淋濾和蝕變后形成的具有礦物、結(jié)構(gòu)和儲層特征差異的似層狀的地質(zhì)體。

2.1 風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)

據(jù)地震資料綜合解釋成果，西北緣斷階帶石炭系不整合面特征明顯，上覆層缺失二疊系、三疊系，多以侏羅系為主，鄰近斜坡部位的局部地區(qū)有三疊系的披蓋，表明石炭系遭受過長期的剝蝕及風(fēng)化淋濾作用，風(fēng)化殼發(fā)育。

西北緣斷階帶有25口取心井鉆遇完整石炭系火山巖、碎屑巖風(fēng)化殼。而完整的火山巖風(fēng)化殼一般具有6 層結(jié)構(gòu)，即土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解Ⅰ帶、崩解Ⅱ帶和母巖。取心分析化驗(yàn)資料研究和錄井、測井資料綜合分析認(rèn)為，西北緣斷階帶石炭系火山巖、碎屑巖具有5層結(jié)構(gòu)的風(fēng)化殼模型，即土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶和母巖。

2.2 風(fēng)化殼特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從上至下土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶分別距離石炭系頂界不整合面的距離為15～50、50～150、150～250、250～450 m，排除因斷裂、裂縫垂向溝通導(dǎo)致風(fēng)化殼厚度增加的影響，西北緣斷階帶的風(fēng)化殼厚度一般為450 m左右。

受風(fēng)化時間、風(fēng)化程度和裂縫發(fā)育程度等因素控制，風(fēng)化殼不同結(jié)構(gòu)物性差異較大，土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶的平均孔隙度分別為2.6%、6.4%、15.8%、12.7%。風(fēng)化殼不同結(jié)構(gòu)層為非儲集層—Ⅰ類儲集層，溶蝕帶儲層物性最好，為Ⅰ類儲集層；崩解帶次之，為Ⅱ—Ⅲ類儲集層；土壤層和水解帶主要分布于古地貌的低部位和斜坡區(qū)，高部位多缺失；土壤層為非儲集層，但因分布局限，尚不能形成區(qū)域蓋層；水解帶為Ⅳ類儲集層，可見油氣顯示，但無產(chǎn)能。

另外，風(fēng)化殼不同結(jié)構(gòu)層中的Ⅰ—Ⅱ類儲集層的發(fā)育，還受到母巖巖性的影響。母巖為火山熔巖，Ⅰ—Ⅱ類儲層多位于崩解帶和溶蝕帶；若母巖為凝灰?guī)r或沉凝灰?guī)r，受母巖中火山灰物質(zhì)的影響，Ⅰ—Ⅱ類儲層易于形成溶蝕孔，多位于水解帶；若母巖為沉積巖，Ⅰ—Ⅱ類儲層多位于溶蝕帶。

2.3 風(fēng)化殼識別標(biāo)志

西北緣斷階帶石炭系風(fēng)化殼的識別標(biāo)志除石炭系頂界與上覆層呈不整合接觸關(guān)系這一宏觀標(biāo)志以外，還包括巖心(巖屑)、測井曲線、巖石薄片等識別標(biāo)志。在巖心和錄井巖屑中，石炭系頂部多見褐色、黃色及雜色泥巖，反映表生環(huán)境中受氧化作用影響，巖石會發(fā)生氧化破碎分解為黏土，是識別風(fēng)化殼的典型標(biāo)志之一。測井曲線表現(xiàn)為風(fēng)化殼頂部自然伽馬值偏高、密度和電阻率值偏低的特征，淋濾溶蝕過程中，風(fēng)化后的黏土可隨大氣淡水滲入較大孔隙內(nèi)再沉淀，在巖石薄片中可見氣孔下部充填滲濾泥的示底構(gòu)造，這也是指征風(fēng)化殼的典型標(biāo)志之一。

3 石炭系風(fēng)化殼儲層類型及特征

基于25口取心井的薄片鑒定資料，結(jié)合地面露頭、巖心和實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)資料及FMI成像測井資料分析，將石炭系風(fēng)化殼有效儲集空間類型劃分為溶孔型、孔-縫型、裂縫型3類。

溶孔型儲集空間即溶蝕孔隙型，是石炭系頂面風(fēng)化殼儲層的主要儲集空間，包括粒間溶蝕孔(圖1a、c)、半充填溶蝕縫(圖1b)、剩余粒間孔、粒內(nèi)晶間孔等。粒間溶蝕孔是顆粒間可溶物質(zhì)溶蝕后形成的孔隙，一般連通性較好；剩余粒間孔是指填隙物充填之后殘余孔隙空間，連通性稍差。

圖1 儲集空間類型

孔-縫型儲集空間中的溶蝕孔-縫是風(fēng)化殼中最發(fā)育的儲集和滲流空間，溶蝕孔和裂縫的連通性好。裂縫型儲集空間主要包括收縮縫、節(jié)理縫和構(gòu)造縫，其中，收縮縫是指在巖漿冷卻過程中由于溫度下降的速率不一致而使巖體收縮形成的張裂縫，常連通氣孔形成火山巖特有的孔-縫型儲集空間(圖1d)；節(jié)理縫和構(gòu)造縫的發(fā)育程度與斷裂活動的強(qiáng)弱有關(guān)，多見于斷裂帶附近，按產(chǎn)狀可分為水平縫、斜交縫、網(wǎng)狀縫、直劈縫等。西北緣斷階帶石炭系儲層各種裂縫均有發(fā)育，以斜交縫和網(wǎng)狀縫為主，且常與其他儲集空間類型伴生發(fā)育，除了可以使原來孤立存在的孔隙互相連通，形成有效流體滲流的主要空間外，還可以為巖石形成各種次生孔隙創(chuàng)造條件。

4 石炭系風(fēng)化殼油氣地質(zhì)意義

西北緣斷階帶石炭系油氣成藏具有整帶含油、局部富集特征。油氣局部富集受到風(fēng)化殼儲層、構(gòu)造高部位、上傾方向有效遮擋及上覆層系的巖性和厚度等多因素控制。其中，風(fēng)化殼儲層優(yōu)劣及空間分布規(guī)模是油氣成藏的首要控制因素。

石炭系風(fēng)化殼儲層的優(yōu)劣不受母巖巖性控制，砂礫巖、火山巖、凝灰?guī)r等均可成為高效油層；其優(yōu)劣受風(fēng)化淋濾時間控制，未風(fēng)化前，只有火山角礫巖的孔隙度大于有效孔隙度下限，可成為有效儲層；長時間風(fēng)化后，安山巖、玄武巖、砂礫巖、凝灰?guī)r均能在風(fēng)化殼的不同結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成有效儲層；各種巖性巖相的火山巖風(fēng)化后的物性均好于同時代、同類巖性巖相的原狀火山巖物性。

依據(jù)風(fēng)化殼成因可知，遭受表生環(huán)境的風(fēng)化淋蝕，古地貌高部位和斜坡區(qū)為強(qiáng)剝蝕、強(qiáng)風(fēng)化淋蝕區(qū)，低洼部位風(fēng)化殼不發(fā)育。構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)(斷裂發(fā)育區(qū))的風(fēng)化殼儲層的平面分布和縱向延伸規(guī)模會更大。統(tǒng)計(jì)71口井的物性資料，建立了石炭系風(fēng)化殼孔隙度與風(fēng)化殼頂面埋深關(guān)系(圖2)。由圖2可知，在斷裂不發(fā)育區(qū)，風(fēng)化體厚度為450 m，取心已證實(shí)的CF3井砂礫巖孔隙度最大為20%；近斷裂區(qū)構(gòu)造應(yīng)力集中，裂縫發(fā)育，同時，受地表水沿?cái)嗔押土芽p下滲淋濾影響，Ⅰ—Ⅱ類儲層發(fā)育處距風(fēng)化殼頂面的距離會更大，位于斷裂帶附近的C30井距石炭系頂面近600 m ，仍獲工業(yè)油流，日產(chǎn)油為4.34 t/d。

圖2 西北緣斷階帶石炭系風(fēng)化殼儲層

5 結(jié) 論

(1) 西北緣斷階帶完整的5層風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)中，有效儲集層主要發(fā)育于溶蝕帶和崩解帶。

(2) 母巖巖性不同，其風(fēng)化殼儲集層物性存在差別，但各類巖性經(jīng)淋濾溶蝕后均能形成有效儲集層。

(3) 石炭系風(fēng)化殼有效儲集空間類型劃分為溶孔型、孔-縫型、裂縫型3類。其中，孔-縫型儲集空間的溶蝕孔-縫是風(fēng)化殼中最發(fā)育的儲集和滲流空間。

(4) 風(fēng)化殼儲層優(yōu)劣及空間分布規(guī)模是油氣成藏的首要控制因素。風(fēng)化殼儲層物性和風(fēng)化殼厚度受風(fēng)化淋濾時間和斷裂發(fā)育程度控制，風(fēng)化殼厚度在斷裂不發(fā)育區(qū)一般為450 m，在斷裂發(fā)育區(qū)的風(fēng)化殼厚度可大于600 m。

(5) 西北緣斷階帶石炭系油氣局部富集的控制因素主要為油氣運(yùn)移上傾方向的有效封擋、風(fēng)化殼儲層物性的優(yōu)劣和保存條件三方面，其中，風(fēng)化殼儲層物性的優(yōu)劣決定油藏的“多少”，保存條件決定油藏的“稠稀”。

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