徐家圍子斷陷北部玄武巖儲(chǔ)層分布及有利區(qū)預(yù)測(cè)

胡博

大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712

0 引言

徐家圍子斷陷是松遼盆地北部深層勘探程度最高的含氣斷陷[1--3]，氣藏類型以營城組火山巖為主。整個(gè)斷陷以酸性巖為主，基性巖主要在斷陷北部比較發(fā)育,特別是在安達(dá)凹陷，基性巖占有很大比例。基性巖常見巖石類型為玄武巖[4,5]，玄武巖儲(chǔ)層也是徐家圍子斷陷北部最主要的儲(chǔ)層類型之一[6]。徐家圍子斷陷火山巖已探明天然氣2 000多億m3，主要集中在酸性巖氣藏。隨著勘探的不斷深入，以酸性巖為主的火口相即將鉆探完畢，剩余區(qū)主要為大面積溢流相的中基性巖，特別是規(guī)模較大的基性巖，具有較大的勘探潛力。近年來，在徐家圍子斷陷北部玄武巖中也發(fā)現(xiàn)多口工業(yè)氣流井，水平井壓裂后日產(chǎn)氣量可達(dá)10×104m3，展示了良好的勘探前景。

火山巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性很強(qiáng)，在平面上相距很近的火山巖，其物性條件相差很大[7]。儲(chǔ)層的物性條件控制著天然氣在火山巖圈閉中的富集程度。因此對(duì)玄武巖儲(chǔ)層發(fā)育特征及有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)的預(yù)測(cè)研究尤為重要。

前人對(duì)徐家圍子斷陷火山巖儲(chǔ)層特征和發(fā)育規(guī)律的研究主要集中在酸性巖儲(chǔ)層[8--12]，極少涉及玄武巖儲(chǔ)層。隨著玄武巖勘探取得突破，玄武巖儲(chǔ)層特征及發(fā)育規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，制約著徐家圍子斷陷火山巖下一步的勘探。筆者通過對(duì)玄武巖微觀孔隙和測(cè)井、地震響應(yīng)特征的分析，結(jié)合玄武巖巖性巖相特征，對(duì)玄武巖儲(chǔ)層發(fā)育特征及主控因素開展研究，進(jìn)而預(yù)測(cè)玄武巖儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)帶，為徐家圍子斷陷火山巖下一步勘探提供參考。

1 儲(chǔ)層類型及其特征

對(duì)徐家圍子斷陷北部玄武巖61塊巖芯和111塊普通薄片和鑄體薄片進(jìn)行觀察分析，結(jié)果顯示，玄武巖儲(chǔ)集空間主要為原生孔隙、次生孔隙和構(gòu)造--溶蝕縫。其中，原生孔隙包括原生氣孔、粒間孔和礦物炸裂紋；次生孔隙主要發(fā)育溶蝕孔 (表1)。

表1 基性巖儲(chǔ)集空間特征Table 1 Characteristics of basite reservoir space

在玄武巖中次生溶蝕孔隙和裂縫是最主要的儲(chǔ)集空間類型。與酸性巖相比，玄武巖噴發(fā)能量相對(duì)較弱，揮發(fā)分含量低，導(dǎo)致原生氣孔相對(duì)不發(fā)育。但從噴發(fā)模式來看，酸性巖以中心式噴發(fā)為主，玄武巖以裂隙式噴發(fā)為主，常分布于斷裂帶兩側(cè)，具有薄而廣的特點(diǎn)。由于斷裂帶構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為活躍，切穿火山巖體，既連通原生孔隙，改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，又可溶蝕孔隙中充填的長石等礦物，形成次生溶孔。通過對(duì)該區(qū)121塊巖芯和井壁取芯的樣品物性測(cè)試結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)玄武巖儲(chǔ)集層孔隙度普遍為6%～ 12%，滲透率為0.01～1 mD。

2 玄武巖分布特征

2.1 單井測(cè)井響應(yīng)特征

徐家圍子斷陷鉆遇玄武巖探井近30口，玄武巖測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為，自然伽馬曲線平直，自然伽馬最大值為37.4 API，最小值為22.3 API，平均值為28.9 API。電阻率曲線形態(tài)為低幅齒化、曲線平直。電阻率最大值為150.0 Ω·m，最小值為49.8 Ω·m，平均值為95.4 Ω·m(圖1)。玄武巖的自然伽馬值明顯較低，自然伽馬值是一種非常有效的識(shí)別火山巖巖性的方法[13]。

圖1 玄武巖典型測(cè)井響應(yīng)特征(DX302井)Fig.1 Typical logging response of basalt(Well DX302)

2.2 地震反射特征

以距離火山噴發(fā)中心遠(yuǎn)近為原則，結(jié)合火山巖地震形態(tài)和內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)，將火山相帶劃分為火口區(qū)，近火口區(qū)和遠(yuǎn)火口區(qū)(圖2)。鉆井資料揭示，這3個(gè)相帶的地震相類型、巖性組合和儲(chǔ)集性能都有很明顯的差異。火口區(qū)主要包括爆發(fā)相和火山通道相。在地震剖面上,火口區(qū)外部輪廓為丘狀或透鏡狀，內(nèi)部為雜亂反射結(jié)構(gòu)，中--弱振幅，相干性弱(圖2a)。近火口區(qū)以溢流相為主。地震反射外部輪廓為板狀、席狀，內(nèi)部為平行--亞平行反射結(jié)構(gòu)，連續(xù)性較好，相干性強(qiáng)(圖2b)。遠(yuǎn)火口區(qū)以火山沉積相為主，地震反射外部輪廓為層狀，內(nèi)部為平行--亞平行反射結(jié)構(gòu)，中--弱振幅，相干性強(qiáng)(圖2c)。

2.3 玄武巖分布特征

玄武巖以溢流相最為發(fā)育，地震反射連續(xù)性較好，在地震剖面上比較容易追蹤。根據(jù)單井巖性標(biāo)定結(jié)果，結(jié)合地震反射特征，對(duì)玄武巖進(jìn)行橫向追蹤，即可確定玄武巖分布范圍(圖3)。營城組玄武巖整個(gè)斷陷北部安達(dá)凹陷均有分布，凹陷中部和北部厚度大，平均150～240 m，在DS10井附近厚度最大，厚度可達(dá)270 m；凹陷南部厚度較薄，厚度介于60～120 m。全區(qū)玄武巖分布面積達(dá)到573 km2。

3 玄武巖儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

火山巖儲(chǔ)層物性與巖性、巖相緊密相關(guān)[14--17]。不同的火山巖相帶具有不同的巖性組合，不同的巖性具有不同的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和成分[18--20]。因而不同巖性、相帶的火山巖儲(chǔ)層特征可能差異較大。因此，可以在火山巖巖性、相帶研究和儲(chǔ)層物性特征分析的基礎(chǔ)上，找出兩者之間的關(guān)系，研究火山巖儲(chǔ)層的發(fā)育特征。

3.1 巖性與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

徐家圍子斷陷基性火山巖主要巖性有玄武巖、玄武質(zhì)火山角礫巖、玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和沉火山角礫巖5種。其中玄武巖分布最廣，鉆遇累計(jì)厚度占基性巖的67.8%，其次是玄武質(zhì)火山角礫巖(圖4f)。

從21口井2 538 m進(jìn)尺的基性巖綜合解釋來看(圖4)，玄武質(zhì)火山角礫巖和玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r成儲(chǔ)效率最高。玄武質(zhì)火山角礫巖氣層占29.1%，差氣層占35.7%，氣水層占6.9%，干層占28.3%；玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r氣層占30.0%，差氣層占29.2%，干層占40.8%。玄武巖成儲(chǔ)效率次之，氣層占8.9%，差氣層占33.9%，氣水層占0.9%，干層占56.3%。其他基性巖，儲(chǔ)層發(fā)育較少，多為干層。雖然玄武質(zhì)火山角礫巖和玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r成儲(chǔ)效率比玄武巖高，但是前兩者在安達(dá)凹陷分布較少，而玄武巖在研究區(qū)分布十分廣泛。因此玄武巖是基性火山巖最主要的儲(chǔ)層類型。

圖2 火山巖相帶地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of volcanic facies

圖3 徐家圍子斷陷北部玄武巖分布Fig.3 Distribution of basalt in northern Xujiaweizi fault depression

a.玄武質(zhì)火山角礫巖；b.玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r；c.玄武巖；d.沉凝灰?guī)r；e.沉火山角礫巖；f.不同基性巖鉆遇厚度比例圖4 玄武巖不同巖性綜合解釋特征圖Fig.4 Comprehensive well log interpretation of different lithologies

3.2 相帶與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

營城組玄武巖的火口區(qū)分部局限，占玄武巖的21%，但是火山巖厚度較大。近火口區(qū)占玄武巖的41%，為玄武巖最主要的相帶；與火口區(qū)比較，近火口區(qū)火山巖厚度變薄。遠(yuǎn)火口區(qū)占玄武巖的38%，厚度最薄(圖5)。

圖5 徐家圍子斷陷北部玄武巖相帶--厚度圖Fig.5 Map of basaltic facies-thickness isopach in north Xujiaweizi fault depression

玄武巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間類型和物性受火山巖相帶的控制?；鹂趨^(qū)巖性主要有玄武質(zhì)角礫巖、玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r，發(fā)育粒間孔、溶蝕孔和溶蝕縫、粒間收縮縫，裂縫既可作為儲(chǔ)集空間，也起到溝通粒間孔，從而形成良好的儲(chǔ)層。從孔隙度分布頻數(shù)圖(圖6)上看，火口區(qū)孔隙度峰值區(qū)間為6%～12%，其次是>12%的部分；滲透率峰值區(qū)間為0.05～0.5 mD?；鹂趨^(qū)良好的儲(chǔ)集條件非常有利于天然氣的聚集成藏。近火口區(qū)巖性主要有玄武巖和氣孔玄武巖，孔隙類型以氣孔、殘余氣孔、晶內(nèi)溶孔和晶間溶孔為主，裂縫主要發(fā)育冷凝收縮縫、風(fēng)化淋濾縫、構(gòu)造縫和溶蝕縫。從孔隙度分布頻數(shù)圖(圖5)上看，儲(chǔ)層物性較好，孔隙度峰值區(qū)間為3%～6%；滲透率峰值區(qū)間為0.01～0.05 mD。遠(yuǎn)火口區(qū)巖性主要有沉凝灰?guī)r和沉火山角礫巖?；鹕匠练e相物性條件最差，孔隙度范圍基本上<3%；滲透率<0.01 mD。

火山巖相帶與儲(chǔ)層發(fā)育厚度也有一定相關(guān)性。火口區(qū)儲(chǔ)層厚度一般為60～120 m，東北部的DS10井附近儲(chǔ)層最發(fā)育，厚度達(dá)190 m。近火口區(qū)儲(chǔ)層厚度相對(duì)變薄，儲(chǔ)層厚度一般為40～80 m。遠(yuǎn)火口區(qū)鉆井揭示基本為干層，很少發(fā)育較好的儲(chǔ)層。

從21口井2 538 m進(jìn)尺的基性巖綜合解釋來看(圖7)，火口區(qū)成儲(chǔ)效率最高，其中氣層占30.7%，差氣層占38.6%，氣水層占4.6%，干層占26.4%。成儲(chǔ)效率其次為近火口區(qū)，氣層占0.6%，差氣層占30.2%，干層占69.2%。遠(yuǎn)火口區(qū)成儲(chǔ)效率最低，其中干層占86.4%，差氣層占13.6%?？梢姡鹕较鄮Ъ葘?duì)儲(chǔ)層物性有影響，也對(duì)玄武巖成儲(chǔ)效率有影響。

3.3 儲(chǔ)層分布特征

在巖性相同情況下，火山巖儲(chǔ)層和巖石密度有很好的相關(guān)性。玄武巖儲(chǔ)集層密度一般<2.74 g/cm3[21]。在明確玄武巖空間分布的基礎(chǔ)上，利用密度反演預(yù)測(cè)玄武巖儲(chǔ)集層空間展布。儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果顯示(圖7)，全區(qū)儲(chǔ)層均有分布，厚度范圍主要為20～200 m。

圖6 徐家圍子斷陷北部玄武巖儲(chǔ)層物性頻數(shù)分布Fig.6 Diagram of reservoir physical properties in northern Xujiaweizi fault depression

圖7 玄武巖不同相帶綜合解釋特征圖Fig.7 Comprehensive well log interpretation of different facies

經(jīng)研究統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，火山巖孔隙度和密度之間有較好的線性關(guān)系(公式1)[22]。

φ=93.591-35.84*ρ

(1)

式中：ρ為密度，g/cm3；Φ為孔隙度，%。

用波阻抗反演輸出密度體，根據(jù)公式(1)，即可得到玄武巖儲(chǔ)層的孔隙度空間分布[16]?？紫抖阮A(yù)測(cè)結(jié)果顯示，玄武巖儲(chǔ)層孔隙度值主要介于6%～10%。西部和東部局部區(qū)域孔隙度較高，介于10%～14%(圖8)。

圖8 徐家圍子斷陷北部玄武巖有利油氣儲(chǔ)集區(qū)Fig.8 Map of favorable basalt zones for oil and gas accu-mulation in northern Xujiaweizi fault depression

4 有利油氣儲(chǔ)集區(qū)預(yù)測(cè)

分析玄武巖儲(chǔ)層特征及主控因素，玄武巖火口區(qū)和近火口區(qū)儲(chǔ)層廣泛發(fā)育。凹陷中部和東北部發(fā)育火口相火山巖，為主要優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)?；鹕娇谠诔练e時(shí)期往往是構(gòu)造高部位，火山巖體受到的物理、風(fēng)化淋濾作用更強(qiáng)；火山巖儲(chǔ)層受到溶蝕改造，儲(chǔ)集性能得以改善。近火口相火山巖在凹陷南部、中部及東北部大范圍發(fā)育，分布范圍廣，為玄武巖最主要的潛力區(qū)。近火口區(qū)以溢流相為主，氣孔和微裂縫發(fā)育，物性較好；與構(gòu)造裂縫和溶蝕縫配合，即可形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層。

在利用儲(chǔ)層反演進(jìn)行儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，以儲(chǔ)層厚度、孔隙度為依據(jù)，結(jié)合火山巖性特征和巖相帶發(fā)育情況，將玄武巖儲(chǔ)層劃分為3類有利區(qū)(表2)。Ⅰ類區(qū)相帶主要為火口區(qū)，巖性以玄武質(zhì)火山巖角礫、玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r和玄武巖為主，孔隙度范圍10%～14%，儲(chǔ)層厚度>20 m。Ⅰ類區(qū)主要分布在安達(dá)凹陷中部和東北部，有利區(qū)面積50 km2。Ⅱ類區(qū)以近火口相帶為主，巖性主要為玄武巖，孔隙度范圍8%～10%，儲(chǔ)層厚度>20 m。Ⅱ類區(qū)在安達(dá)凹陷中部和東部大范圍分布，有利區(qū)面積237 km2。Ⅲ類區(qū)基本都是遠(yuǎn)火口相帶，巖性以沉凝灰?guī)r和沉火山角礫巖為主，孔隙度<8%，儲(chǔ)層厚度<20 m。Ⅲ類區(qū)主要分布在凹陷西部和西北部，面積178 km2。其中，Ⅰ類區(qū)已基本探明，Ⅱ類儲(chǔ)層分布于凹陷南部、中東部和東北部，資源潛力較大，為下部勘探的有利方向(圖8)。

表2 有利區(qū)劃分表Table 2 Division of favorable areas

5 結(jié)論

(1)玄武巖儲(chǔ)集空間類型主要包括原生孔隙、次生孔隙和構(gòu)造--溶蝕縫，玄武巖儲(chǔ)集層孔隙度普遍為6%～ 12%，滲透率為0.01～1 mD。

(2)營城組基性巖在徐家圍子斷陷北部整個(gè)安達(dá)凹陷均有分布，凹陷中部和北部厚度大，南部厚度較薄，全區(qū)玄武巖分布面積為573 km2。

(3)玄武巖儲(chǔ)層發(fā)育受巖性和巖相控制，玄武質(zhì)火山角礫巖和玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r物性條件最好，玄武巖次之；巖相以火口區(qū)最好，近火口區(qū)次之。利用密度反演預(yù)測(cè)玄武巖儲(chǔ)層厚度主要介于20～200 m，孔隙度主要介于6%～14%。

(4)基于儲(chǔ)層厚度和物性條件將玄武巖儲(chǔ)層劃分為3類區(qū)。其中Ⅱ類區(qū)玄武巖分布范圍廣，物性較好，資源潛力大，是下一步玄武巖勘探的最有利方向。