車排子凸起P66井區(qū)石炭系火山巖巖相及分布特征

王林

(中石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257000)

準(zhǔn)噶爾盆地自20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)火成巖油氣藏以來，已在西北緣發(fā)現(xiàn)了克拉瑪依、百口泉、紅山嘴、車排子等油氣田，累計(jì)發(fā)現(xiàn)油氣藏40多個(gè)，探明儲(chǔ)量近3×108t，潛在資源量超過15×108t，表明石炭系仍將是盆地西北緣地區(qū)今后的重點(diǎn)勘探層系之一[1-5]。前人研究表明，在盆地西北緣火山巖巖性、巖相決定了儲(chǔ)層的發(fā)育程度和規(guī)模，研究者們對(duì)盆地西北緣火山巖巖性巖相進(jìn)行了劃分，李軍等認(rèn)為西北緣石炭系火山巖主要由噴發(fā)相、噴溢相、次火山相和火山沉積相組成[6-7]，邱子剛等根據(jù)火山噴發(fā)類型、火山物質(zhì)搬運(yùn)方式和定位環(huán)境，將火山巖相劃分為爆發(fā)相、溢流相、火山通道相、次火山相和噴發(fā)-沉積相5類[8-10]。

車排子凸起東翼P66井區(qū)石炭系勘探程度較低，研究表明，火山巖巖性、巖相控制儲(chǔ)層的發(fā)育，尋找有利的巖性、巖相發(fā)育區(qū)是開展火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)。由于該地區(qū)火山巖儲(chǔ)層巖性復(fù)雜多變，目前已在凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖、火山角礫巖及花崗巖等巖性中見到油氣顯示，石炭系發(fā)育多期多方式火山噴發(fā)，后期遭受強(qiáng)烈的改造作用，導(dǎo)致火山巖巖性巖相空間變化快，展布規(guī)律研究難度大，制約了有利儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)。因此，開展該區(qū)火山巖巖相及分布特征研究，對(duì)石炭系火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及火山巖油藏勘探開發(fā)具重要意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

車排子凸起屬于西部隆起的次一級(jí)構(gòu)造單元，其東以紅-車斷裂帶為界與沙灣凹陷相接，南為四棵樹凹陷，西面及西北面為扎伊爾山，北與克-夏斷階帶相接(圖1)。凸起平面上呈三角形，主體走向?yàn)镹W向，為海西晚期形成且繼承性發(fā)育的古凸起，主體部分形成于二疊紀(jì)。受海西、印支、燕山及喜山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，凸起的構(gòu)造演化分為3個(gè)階段：①晚海西至早燕山運(yùn)動(dòng)中期，即石炭紀(jì)末—侏羅紀(jì)凸起強(qiáng)烈隆升階段；②晚燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，凸起緩慢沉降階段；③喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期，凸起快速沉降階段。凸起大多數(shù)區(qū)域缺失二疊系、三疊系和侏羅系。同時(shí)，海西晚期以來，凸起區(qū)一直為車排子地區(qū)構(gòu)造最高部位，長(zhǎng)期處于沙灣和四棵樹兩個(gè)生烴凹陷油氣運(yùn)移指向區(qū)，油氣富集程度高。研究區(qū)P66井區(qū)位于車排子凸起東北部。鉆井揭示，研究區(qū)石炭系主要發(fā)育火山巖類、侵入巖類和沉積巖類。侵入巖類主要為花崗巖和花崗斑巖；沉積巖類主要為泥巖和凝灰質(zhì)泥巖、沉凝灰?guī)r；火山巖類主要有凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖及火山角礫巖等[11-13]。

圖1 車排子凸起研究區(qū)工區(qū)位置圖Fig.1 Working area location map of Chepaizi bulge

圖2 四種巖相類型巖心照片與鏡下照片F(xiàn)ig.2 The core images and microscopic photos of Four Lithofacies types

2 火山巖巖相

2.1 火山巖巖相劃分

由于各地區(qū)地殼厚度、巖漿來源深度不同，衍生出多種火山巖巖相的劃分方案，結(jié)合研究區(qū)石炭系火山巖的噴發(fā)及搬運(yùn)特點(diǎn)，可將車排子地區(qū)石炭系火山巖巖相分為4類，即爆發(fā)相、溢流相、火山通道相和火山沉積相，并將爆發(fā)相分為空落亞相和熱碎屑流亞相；溢流相自下而上依次分為板狀熔巖流亞相、自碎熔巖流亞相和角礫熔巖流亞相；火山通道相發(fā)育火山頸亞相；火山沉積相分為沉火山碎屑沉積亞相和含火山碎屑沉積亞相。

爆發(fā)相形成于整個(gè)火山旋回的早期和后期。據(jù)野外露頭及鉆井資料分析表明，研究區(qū)爆發(fā)相發(fā)育熱碎屑流亞相和空落亞相。其中熱碎屑流亞相代表性巖石為火山角礫巖、角礫凝灰?guī)r(圖2-a)，角礫成分主要為安山巖，少量玄武巖，火山灰、火山塵及其水解物膠結(jié)成巖，棱角-次棱角狀，典型的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征為熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)和火山碎屑結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造?？章鋪喯嘀饕腔鹕剿樾己突鹕交以跉馍渥饔孟鲁首杂陕潴w或拋物線運(yùn)動(dòng)降落至地表，經(jīng)壓實(shí)作用固結(jié)而成，代表性巖石為凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r(圖2-b)，火山碎屑物主要為安山巖巖屑，次為長(zhǎng)石晶屑，火山塵及其水解物膠結(jié)成巖，典型結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征為凝灰結(jié)構(gòu)、粒序?qū)永?。爆發(fā)相主要的儲(chǔ)集空間類型為礫內(nèi)溶蝕孔、礫間孔和裂縫。礫內(nèi)溶蝕孔主要形成于火山熔巖角礫的長(zhǎng)石和角閃石斑晶，受角礫類型和風(fēng)化作用控制，凝灰?guī)r角礫等不含斑晶的角礫類型往往不發(fā)育礫內(nèi)溶蝕孔。礫間孔主要是角礫間的鈣質(zhì)膠結(jié)物后期遭受淋濾溶解作用形成。裂縫分布于爆發(fā)相的各個(gè)亞相，由于爆發(fā)相巖石的脆性較強(qiáng)，裂縫發(fā)育程度也較好，孔隙連通性好，整體而言，爆發(fā)相儲(chǔ)集物性較好，儲(chǔ)層孔隙度平均為7.2%，滲透率平均值5.5×10-3μm2，是研究區(qū)良好的儲(chǔ)層發(fā)育巖相。

溢流相形成于整個(gè)火山旋回的中期，是熔漿在其后續(xù)噴出物推動(dòng)作用和自身重力作用的共同作用下，沿著地表流動(dòng)的過程中或者在某處停滯后，熔漿逐漸冷凝、固結(jié)所形成的。研究區(qū)溢流相自上而下可進(jìn)一步分為自碎熔巖流亞相、板狀熔巖流亞相和角礫熔巖流亞相，其中，自碎熔巖流亞相位于溢流相上部，常發(fā)育氣孔-杏仁構(gòu)造，代表性巖石為玄武巖、角礫熔巖(圖2-c)。板狀熔巖流亞相火山巖結(jié)晶緩慢，結(jié)晶較好，典型結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，其原生孔隙和構(gòu)造裂隙均發(fā)育，形成的火山巖中的孔隙分布較均勻，代表性巖石為玄武巖和玄武安山巖(圖2-d)。角礫熔巖流為碎屑物質(zhì)早于或同時(shí)于熔巖噴發(fā)，碎屑被巖漿膠結(jié)，具角礫熔結(jié)結(jié)構(gòu)，代表性巖石為角礫熔巖(圖2-e)。溢流相儲(chǔ)層主要發(fā)育安山巖、玄武巖、同生角礫熔巖、角礫熔巖等，儲(chǔ)集空間類型有原生氣孔、杏仁孔、溶蝕孔及收縮縫等，孔滲性較好，平均孔隙度為7.8%。滲透率平均為6.8×10-3μm2，儲(chǔ)層物性好，是區(qū)內(nèi)重要的儲(chǔ)層發(fā)育巖相。

火山通道相位于整個(gè)火山機(jī)構(gòu)下部或近中心位置，是巖漿向上運(yùn)移到達(dá)地表過程中滯流和回填在火山管道中的火山巖類組合，具典型的堆砌結(jié)構(gòu)。研究區(qū)火山通道相主要發(fā)育火山頸亞相，該亞相是由于巖漿內(nèi)壓力下降，后期熔漿不能噴出地表，在火山通道中冷凝固結(jié)而成，其代表巖性為火山集塊巖、角礫巖(圖2-d)?；鹕浇堑[成分為安山巖及其它火成巖、火山塵及其水解物膠結(jié)成巖，分選差，具火山角礫狀結(jié)構(gòu)?；鹕筋i亞相集塊巖及火山角礫巖長(zhǎng)石含量豐富，長(zhǎng)石作為主要的成儲(chǔ)礦物，易發(fā)生溶蝕改造，產(chǎn)生的儲(chǔ)集空間可有效改善儲(chǔ)層物性，儲(chǔ)集空間類型與爆發(fā)相類似，因此，該亞相儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性也較好，平均孔隙度7.9%，平均滲透率6.5×10-3μm2，也是有利的火山巖相。

火山沉積相 出現(xiàn)在火山旋回的各個(gè)時(shí)期，巖石類型屬火山巖和沉積巖之間的過渡類型，且?guī)缀跞啃纬捎谒?。巖石的碎屑成分中含大量火山巖破碎之后形成的巖屑。研究區(qū)內(nèi)的火山沉積相可分為沉火山碎屑沉積亞相和含火山碎屑沉積亞相。其中，沉火山碎屑沉積亞相一般遠(yuǎn)離火山口區(qū)，是火山碎屑直接空落入水中后沉積而成，代表性巖石為沉凝灰?guī)r(圖2-g)，典型結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征為沉積凝灰結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，含火山碎屑沉積亞相位于火山口附近的低洼含水帶，由沉積作用形成，典型結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征為碎屑結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，代表巖石為凝灰質(zhì)泥巖/砂巖(圖2-h)。研究區(qū)火山沉積相巖石較致密，儲(chǔ)集物性較差，基本無法作為有效儲(chǔ)層。

2.2 火山巖巖相分析

在明確了研究區(qū)火山巖巖相分類方案之后，對(duì)區(qū)內(nèi)鉆井資料和巖心資料進(jìn)行了單井相分析。結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)溢流相(60%)明顯多于爆發(fā)相(29%)，從多到少依次為溢流相板狀熔巖流亞相、溢流相自碎熔巖流亞相、爆發(fā)相空落亞相、沉火山碎屑沉積亞相、溢流相角礫熔巖流亞相、熱碎屑流亞相、火山頸亞相。如P60井發(fā)育爆發(fā)相遠(yuǎn)火山口亞相和火山沉積相；P66井發(fā)育溢流相下部亞相和爆發(fā)相近火山口亞相；P67井為沉積巖和含火山碎屑沉積亞相。

連井相分析是在研究區(qū)內(nèi)不同井之間建立連井線，據(jù)巖心資料、錄井資料等畫出連井巖相剖面，更準(zhǔn)確地觀察與研究車排子地區(qū)石炭系火山巖巖相的方法。本次研究共完成區(qū)內(nèi)“四橫三縱”7條連井相剖面分析。

從一條過P668-P667-P666-P661井連井剖面來看，溢流相和爆發(fā)相極發(fā)育，該剖面上不見火山沉積相。剖面顯示P668井、P667井與P666井、P661井的火山巖巖層來自兩個(gè)火山口的火山爆發(fā)活動(dòng)。說明研究區(qū)內(nèi)至少存在兩個(gè)在石炭系頻繁爆發(fā)的古火山口，且各火山口的爆發(fā)具多期次特點(diǎn)。

P668井鉆遇溢流相板狀熔巖流亞相，兩種亞相交替出現(xiàn)，是多期次火山噴發(fā)的結(jié)果，P666井發(fā)育的巖相較多，以溢流相為主，溢流相上部亞相、中部亞相和下部亞相交替出現(xiàn)，中間夾有爆發(fā)相近火山口亞相，表明了頻繁的火山活動(dòng)。

3 火山巖相測(cè)井相特征

依據(jù)自然伽馬(GR)、自然電位(SP)、電阻率(RT)、聲波時(shí)差(AC)、密度(DEN)，結(jié)合鉆井資料建立各火山巖相的測(cè)井相圖(圖3)。自然伽馬值對(duì)火山巖元素含量(尤其是K，U，Th)反映敏感，主要用來定巖性大類。電阻率、聲波時(shí)差變化主要反映巖石孔隙、裂縫，間接反映巖石致密程度，且AC、DEN曲線的齒化程度決定巖石結(jié)構(gòu)。巖石密度由骨架密度和孔隙中流體密度共同決定，不同巖性火山巖成巖作用存在差異，骨架密度差別較大。經(jīng)研究，將不同亞相的測(cè)井相特征總結(jié)如下：

熱碎屑流亞相RT為齒化鐘型的低值，數(shù)值小于100，AC表現(xiàn)為“周波跳躍”現(xiàn)象，齒化規(guī)律性不強(qiáng)，SP較平直，數(shù)值較大，基本在70以上，GR測(cè)井表現(xiàn)為中低幅齒化的中低GR值，DEN也表現(xiàn)為齒化鐘型，偶爾的強(qiáng)齒化代表了不同碎屑流界面，如P674。

空落亞相RT表現(xiàn)為弱齒化中高值，AC弱齒化特征明顯，變化幅度小，SP為中等齒化特征，數(shù)值中等，DEN齒化特征明顯，縱向穩(wěn)定性強(qiáng)，厚度大，GR測(cè)井表現(xiàn)為齒化箱型的高GR值，如P61井。

圖3 車排子凸起各類火山巖相亞相測(cè)井相特征圖Fig.3 Log features map of each volcanic subfacies in Chepaizi bulge

圖4 石炭系地震相反射特征圖Fig.4 Reflection characteristics of seismic facies in Carboniferous

自碎熔巖流亞相RT為中等齒化的低值，DEN、AC存在明顯的規(guī)律性齒化，齒化嚴(yán)重段代表自碎熔巖段，而無齒化段代表穩(wěn)定熔巖流段，SP基本無齒化，GR為弱齒化的低值特征，如P666井。

板狀熔巖流亞相RT為弱齒化的高值，DEN表現(xiàn)為齒化鐘型，AC相對(duì)平直，無明顯齒化，極少數(shù)出現(xiàn)尖齒化，代表氣孔，或溢流界面，GR為齒化箱型的低值，SP較平直，如P668井。

角礫熔巖流亞相RT，DEN，AC存在齒化，齒化間夾平穩(wěn)，規(guī)律性較好，齒化區(qū)代表角礫含量多，平穩(wěn)區(qū)角礫含量低或不含角礫，GR表現(xiàn)為中等齒化的低值，SP具尖齒化特征，如P664井。

沉火山碎屑沉積亞相DEN、AC較平滑，齒化弱，且DEN表現(xiàn)為高值，AC為低值，GR為強(qiáng)齒化的高值，RT齒化特征明顯，但基本無變化規(guī)律，SP齒化特征明顯，但變化幅度不大，為高值，如P60井。

含火山碎屑沉積亞相DEN，AC齒化較明顯，規(guī)律性較好，RT為齒化鐘型的高值特征，GR表現(xiàn)為強(qiáng)齒化特征，SP為齒化箱型特征，數(shù)值中等，代表陸源碎屑物質(zhì)增多，如P624井。

4 火山巖相地震相特征

石炭系火山巖地震反射特征表明，不同火山巖巖性、巖相組合的振幅、頻率、連續(xù)性等地震屬性存在差異，地震相特征也各不相同，對(duì)于不同類別的巖相類型，地震振幅上有一定的規(guī)律。根據(jù)研究區(qū)目前石炭系所有鉆井的精確標(biāo)定，結(jié)合前面的測(cè)井相研究，除去石炭系頂部火山巖與上覆地層間的強(qiáng)振幅外，車排子地區(qū)石炭系淺層存在3種類型的地震相特征：①斜層狀反射。該反射在地震上具明顯的斜層發(fā)射(圖4-a)，測(cè)井相特征表明，RT為齒化鐘型低值或弱齒化高值，AC齒化規(guī)律較好，SP較平直，數(shù)值較大，GR為齒化箱型或中等齒化的低值。代表爆發(fā)相熱碎屑流亞相和溢流相，以安山巖、火山角礫巖和玄武巖為主，如P667井，鉆遇的巖性主要為溢流相安山巖；②空白+斜層狀反射。該反射在地震上呈上部為空白反射，下部為斜層狀反射特征(圖4-b)，RT表現(xiàn)為弱齒化中高值，AC弱齒化特征明顯，變化幅度小，SP為中等齒化特征，DEN齒化特征明顯，GR為高值，代表爆發(fā)相空落亞相，巖性以凝灰?guī)r為主，如P665井，鉆遇的主要為凝灰?guī)r；③雜亂反射。在地震上表現(xiàn)為雜亂反射特征，為火山沉積相，以沉積巖類(凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖、泥巖等)為主，如P67井，鉆遇巖性為大套凝灰質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)砂巖(圖4-c)。在明確了石炭系不同類型火山巖的地震反射特征之后，對(duì)研究區(qū)地震相進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。

在開展地震相預(yù)測(cè)中，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)主要目的層段深度，選取時(shí)窗范圍為距石炭系頂面20～180 ms進(jìn)行巖相預(yù)測(cè)，得到了研究區(qū)石炭系地震相平面展布圖(圖5)。由圖5可見，研究區(qū)斜層狀反射主要分布在P66-P666-P667-P668井區(qū)及P682-P63井區(qū)，呈NS向條帶狀分布，空白+斜層狀反射分布在P62-CQ15井區(qū)及P61-P665-P671井區(qū)，分布較局限，呈透鏡狀展布，雜亂反射主要分布在P67井區(qū)、P669-P686井區(qū)及研究區(qū)西部。

5 火山巖巖相展布規(guī)律

最終，根據(jù)研究區(qū)地震相平面展布特征，以測(cè)井相為約束，結(jié)合研究區(qū)磁力異常圖，預(yù)測(cè)了區(qū)內(nèi)石炭系頂部巖性巖相的分布(圖6)。從圖中可見，研究區(qū)內(nèi)具3個(gè)明顯的火山口，分別位于P62-P63井之間、P666井區(qū)及P668井區(qū)，爆發(fā)相、溢流相和火山沉積相均有發(fā)育，其中，爆發(fā)相發(fā)育熱碎屑流亞相和空落亞相，熱碎屑流亞相孤立分布于P66-P666井區(qū)、P662-P668井區(qū)及P682北地區(qū)，主要巖性為火山角礫巖，具較好的儲(chǔ)集性能；空落亞相分布范圍較大，呈條帶狀分布于溢流相周圍，代表巖性為凝灰?guī)r，儲(chǔ)集物性整體要比熱碎屑流亞相和溢流相差；溢流相在研究區(qū)呈NS向條帶狀展布，分布范圍廣，主要巖性為安山巖、玄武巖及玄武安山巖，儲(chǔ)集物性較好，為有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，其各亞相儲(chǔ)集物性稍有差異，其中，溢流相角礫熔巖流亞相物性最好，次為自碎熔巖流亞相。爆發(fā)相與溢流相是研究區(qū)內(nèi)重要的儲(chǔ)層發(fā)育巖相?；鹕匠练e相主要分布于研究區(qū)西北部、P67-P669-P686一帶，主要巖性為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖，基本不發(fā)育儲(chǔ)層。根據(jù)研究區(qū)火山巖相分布規(guī)律，基本明確了研究區(qū)勘探有利方向和區(qū)帶。

圖5 P66區(qū)塊石炭系頂部地震相預(yù)測(cè)圖Fig.5 Seismic facies prediction map of the top Carboniferous in P66 block

圖6 P66區(qū)塊石炭系火山巖巖性巖相展布圖Fig.6 Lithologic facies layout of Carboniferous volcanic rocks in P66 block

6 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系主要發(fā)育火山巖、侵入巖類和沉積巖類。侵入巖類主要為花崗巖和花崗斑巖；沉積巖類主要為泥巖和粉/細(xì)砂巖，其中泥巖類以凝灰質(zhì)泥巖為主，另有少量純泥巖和碳質(zhì)泥巖；火山巖類主要有凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖及火山角礫巖。

(2)根據(jù)巖性特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、火山噴發(fā)方式及火山物質(zhì)的搬運(yùn)方式，將車排子凸起火山巖巖相劃分為爆發(fā)相、溢流相、火山通道相和火山沉積相。

(3)結(jié)合單井相、連井相、測(cè)井相及地震相分析，預(yù)測(cè)了P66井區(qū)石炭系火成巖有利相帶分布：研究區(qū)內(nèi)具3個(gè)明顯的火山口，分別位于P62-P63井之間、P666井區(qū)及P668井區(qū)。爆發(fā)相與溢流相儲(chǔ)層物性較好，是有利的儲(chǔ)層發(fā)育巖相，在區(qū)內(nèi)主要分布于研究區(qū)中東部，呈NS向展布，是有利勘探區(qū)。

筆者在單井巖性識(shí)別的基礎(chǔ)上，根據(jù)火山巖巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及測(cè)井特征，對(duì)研究區(qū)石炭系火山巖相進(jìn)行分類，并通過單井相、連井相分析對(duì)比，結(jié)合測(cè)井相、地震相預(yù)測(cè)，最終明確了研究區(qū)火山巖巖性巖相的平面分布特征，明確了下一步勘探方向。