三塘湖盆地馬朗凹陷上石炭統(tǒng)卡拉崗組中基性火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征及主控因素

張 桓， 陳亞軍， 伍宏美， 馬 強(qiáng)

( 1. 華北地質(zhì)勘查局 五一九大隊(duì)，河北 保定 071051； 2. 福瑞升(成都)科技有限公司，四川 成都 610095； 3. 北京中科聯(lián)華石油科學(xué)研究院，北京 100101； 4. 中國(guó)石油玉門油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 酒泉 735019 )

0 引言

目前，在全球13個(gè)國(guó)家(地區(qū))40余個(gè)盆地中—新生代及古生代火山巖獲得工業(yè)油氣流[1]，其中在中國(guó)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和中拐凸起[2-3]、松遼盆地北部和南部[4-5]、內(nèi)蒙古二連盆地[6]、渤海灣盆地遼河和濟(jì)陽(yáng)坳陷[7-8]、三塘湖盆地馬朗凹陷[9-10]，以及四川盆地南部和西部[11-12]等中—新生代火山巖中發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)油氣藏，證實(shí)火山巖(含火山碎屑巖)儲(chǔ)層具有良好的勘探前景?；鹕綆r油藏具有分布廣、規(guī)模小，儲(chǔ)層巖性、巖相變化快，儲(chǔ)集空間類型復(fù)雜多樣，基質(zhì)微孔連通性差，油氣產(chǎn)量高低懸殊，油藏基本無(wú)穩(wěn)產(chǎn)期等特點(diǎn)[13-17]?；鹕綆r儲(chǔ)層地質(zhì)特征和控制因素研究是火山巖油氣藏研究最重要的組成部分。

與火山巖有關(guān)的油氣田儲(chǔ)層以氣孔玄武巖、碎裂(裂縫)玄武巖和安山巖、(堿性)粗面巖、流紋巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖(含集塊巖)為主，其地質(zhì)特征研究主要集中于構(gòu)造背景、火山噴發(fā)模式、巖漿性質(zhì)、火山噴發(fā)古地理環(huán)境(陸上、水下)、巖石類型與巖相特征、儲(chǔ)集空間類型及組合特征、物性特征、成儲(chǔ)機(jī)理和分布規(guī)律等方面?；鹕綆r儲(chǔ)層發(fā)育受噴發(fā)方式[18]、巖漿性質(zhì)[19]、構(gòu)造環(huán)境(島弧、板內(nèi))[20-21]、噴發(fā)堆積與保存時(shí)的古地理環(huán)境(陸上、水下)[22-24]、巖石成分和含量[25]、流體活動(dòng)[26]、成巖作用[27-28]等因素的控制。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化及火山活動(dòng)事件，明確火山噴發(fā)構(gòu)造背景、火山噴發(fā)古地理環(huán)境(陸上、水下)和火山噴發(fā)物堆積或保存時(shí)的介質(zhì)環(huán)境(空氣、水)是火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)研究的重要內(nèi)容。

人們對(duì)火山巖的巖性組合特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、礦物蝕變特征、巖相產(chǎn)狀、與下伏地層接觸關(guān)系、儲(chǔ)層孔隙與裂縫發(fā)育特征等研究較多[22,24,29]，有關(guān)元素地球化學(xué)方法判別，火山巖儲(chǔ)層與火山噴發(fā)方式、與蝕變作用及風(fēng)化淋濾作用關(guān)系、與大斷層及頂界不整合面疏離關(guān)系等研究較少。以新疆三塘湖盆地馬朗凹陷上石炭統(tǒng)卡拉崗組中基性火山巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象，基于火山巖構(gòu)造環(huán)境[20-21]、火山噴發(fā)沉積環(huán)境[22-23,30]、巖性與巖相[31-32]、火山噴發(fā)期次與旋回[33]、斷裂特征[34]、儲(chǔ)集空間類型[35]、成巖作用等[28,36]，采用巖心觀察、硅酸鹽化學(xué)成分分析、巖石薄片與鑄體薄片鑒定、成像測(cè)井等方法，結(jié)合儲(chǔ)層物性、含油性及地震資料，分析儲(chǔ)層地質(zhì)特征及主控因素，為三塘湖盆地石炭系火山巖油氣勘探、火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)研究及火山巖儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)與勘探提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊之間復(fù)雜的拼接部位，是疊置在古生代泥盆—早石炭世造山帶褶皺基地之上，以發(fā)育二疊紀(jì)—中新生代陸相沉積為特點(diǎn)的多旋回疊加型殘留盆地[21,37]；盆地一級(jí)構(gòu)造單元呈北西向的兩隆(北部和南部隆起帶)夾一坳(中央坳陷帶)的格局(見(jiàn)圖1(a))。早石炭世，形成三塘湖弧后拉張盆地[38-39]，是火山活動(dòng)最活躍的時(shí)期，同時(shí)也是烴源巖發(fā)育的重要時(shí)期，盆地填充一套巨厚的火山巖和海相泥巖；晚石炭世，伴隨克拉美麗—大黑山縫合帶閉合，海水自西北向東南退去，三塘湖盆地馬朗凹陷(見(jiàn)圖1(a))為多火山活動(dòng)的濱淺海環(huán)境，沉積一套巨厚的海陸過(guò)渡相、陸上火山噴發(fā)熔巖和火山碎屑巖沉積。鉆井揭示，馬朗凹陷地區(qū)地層由老至新依次為上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(C2b)、哈爾加烏組(C2h)和卡拉崗組(C2k)，上二疊統(tǒng)蘆草溝組(P2l)和條湖組(P2t)，中上三疊統(tǒng)克拉瑪依組(T2k)，下侏羅統(tǒng)八道灣子組(J1b)和三工河組(J1s)，中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)和頭屯河組(J2t)，下白堊統(tǒng)吐谷魯群(K1tg)，以及古近系(E)、新近系(N)和第四系(Q)，各層系之間呈不整合接觸(見(jiàn)圖1(b))。上石炭統(tǒng)卡拉崗組(C2k)巖性較為復(fù)雜，非均質(zhì)性極強(qiáng)，整體為一套熔巖、火山碎屑巖夾沉火山碎屑巖沉積，頂部為較短期風(fēng)化面。

圖1 三塘湖盆地馬朗凹陷構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural location and comprehensive histogram of regional strata of Malang Sag in Santanghu Basin

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

馬朗凹陷上石炭統(tǒng)卡拉崗組(C2k)火山巖以熔巖為主，火山碎屑巖次之，古凹槽區(qū)發(fā)育火山碎屑沉積巖(過(guò)渡巖)和沉積巖，熔巖以中基性玄武巖、玄武安山巖和安山巖為主(見(jiàn)圖2(a-d))，按結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，可分為正常玄武巖、安山巖、玄武安山巖，以及具有氣孔、杏仁構(gòu)造的玄武巖、安山巖、玄武安山巖?；鹕剿樾紟r主要為巖屑、晶屑凝灰?guī)r和火山角礫巖(含集塊巖)(見(jiàn)圖2(e-i))，凝灰?guī)r巖屑成分復(fù)雜，主要為玄武巖巖屑、安山巖巖屑和少量英安巖巖屑，具有凝灰結(jié)構(gòu)；火山角礫巖角礫呈棱角狀—次棱角狀，成分多為玄武質(zhì)、安山質(zhì)，從火山灰(礫徑<0.01 mm)到巨礫(礫徑>64.00 mm)分布。根據(jù)火山巖TAS分類圖(見(jiàn)圖3(a))，樣品點(diǎn)投影在粗玄巖、玄武安山巖、安山巖、玄武粗安巖、粗安巖、玄武巖和堿玄質(zhì)響巖區(qū)，表明卡拉崗組火山巖以中基性為主，無(wú)雙峰式火山巖特征[20]。根據(jù)巖石鈣堿性指數(shù)分類方案[40]，卡拉崗組火山巖以鈣堿性和堿性火山巖為主，二者占比為79%，其次是鈣性火山巖，占比為21%(見(jiàn)圖3(b)，里特曼指數(shù)σ=[w(K2O)+w(Na2O)]2/[w(SiO2)-43])。

圖2 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖巖性特征Fig.2 Lithologic characteristics of volcanic rocks of Kalagang Formation in Malang Sag

圖3 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖TAS分類圖解及鈣堿性分布Fig.3 TAS classification diagram and calc alkalinity distribution of volcanic rocks of Kalagang Formation in Malang Sag

2.2 成巖環(huán)鏡

火山噴發(fā)堆積與保存時(shí)的古地理環(huán)境(陸上、水下)[23-24,29-30]是控制火山巖油氣儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素之一，準(zhǔn)確判別火山巖儲(chǔ)層巖石成巖古地理環(huán)境是火山巖油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究的重要依據(jù)。朱卡等[22]研究卡拉崗組火山巖巖性特征(共生巖石及化石)、巖石顏色、蝕變特征、巖相類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、風(fēng)化殼及風(fēng)化裂縫等，認(rèn)為火山巖以陸上噴發(fā)陸上地表堆積與保存成因?yàn)橹?；閆玉魁[21]、鄒才能等[38]認(rèn)為三塘湖盆地馬朗凹陷晚石炭世為火山活動(dòng)的濱淺海環(huán)境，主要為一套海陸過(guò)渡相火山噴發(fā)巖及火山碎屑巖沉積；梁浩等[20]認(rèn)為三塘湖盆地卡拉崗組火山巖形成于島弧環(huán)境。為進(jìn)一步判別卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層巖石成因、成巖古地理環(huán)境，利用火山巖氧化因數(shù)(W=w(Fe2O3)/w(Fe2O3+FeO))[41]，以陸上噴發(fā)基性巖W最小值為0.43、中性巖W最小值為0.47為判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)[42]；在估算火山巖化學(xué)風(fēng)化時(shí)，應(yīng)用化學(xué)蝕變指數(shù)CIA(CIA=[w(Al2O3)/w(Al2O3+Na2O+K2O+CaO)])[43]，當(dāng)CIA<0.50時(shí)，為微風(fēng)化(弱蝕變)或未風(fēng)化；當(dāng)0.500.60時(shí)，為強(qiáng)風(fēng)化(強(qiáng)蝕變)[26]。此外，LOI(燒失量)、PI(PI=w(SiO2)/w(SiO2+TiO2+Fe2O3+Al2O3))等地球化學(xué)參數(shù)能較好反映火山巖和花崗巖的風(fēng)化淋溶程度[44-45]。

根據(jù)馬朗凹陷卡拉崗組39塊火山巖樣品全巖測(cè)試分析結(jié)果[20]，計(jì)算火山巖氧化因數(shù)W介于0.52～0.81，平均為0.64(見(jiàn)圖4(a))，高于何衍鑫等[42]建立的陸上噴發(fā)基性巖(0.43)和中性巖(0.47)最小值，反映陸上噴發(fā)陸上地表強(qiáng)氧化環(huán)境特征；火山巖化學(xué)蝕變指數(shù)CIA介于0.550～0.590，平均為0.570(見(jiàn)圖4(b))，表明火山巖遭受過(guò)一定程度風(fēng)化淋濾作用的改造，反映陸上地表強(qiáng)氧化環(huán)境特征；當(dāng)燒失量LOI>6.00%時(shí)，為燒失量較高值，研究區(qū)LOI為1.41%～6.92%，平均為4.19%(見(jiàn)圖4(c))，說(shuō)明火山巖有中等—較強(qiáng)蝕變，反映陸上地表氧化環(huán)境和陸上水(湖)—陸過(guò)渡復(fù)雜環(huán)境特征。馬朗凹陷M19井在卡拉崗組(C2k)揭示風(fēng)化殼[22]，安山巖見(jiàn)示底構(gòu)造，指示以陸上噴發(fā)陸上地表堆積成因?yàn)橹鳌Ｓ蓤D4可以看出，火山巖氧化因數(shù)、化學(xué)蝕變指數(shù)和燒失量由深層到淺層明顯增大，說(shuō)明氧化程度與風(fēng)化淋濾等作用由深部到淺部逐漸變強(qiáng)，反映卡拉崗組火山巖主要為陸上噴發(fā)陸上地表堆積與保存成因，也存在頻繁水(湖)—陸過(guò)渡復(fù)雜環(huán)境成因。

圖4 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖地球化學(xué)參數(shù)縱向演化特征Fig.4 Vertical evolution characteristics of geochemical parameters of volcanic rocks of Kalagang Formation in Malang Sag

2.3 儲(chǔ)集空間類型及特征

研究區(qū)卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間發(fā)育原生孔隙(見(jiàn)圖5(a-d))、次生孔隙(見(jiàn)圖5(e-h))、原生裂縫與次生裂縫4類(見(jiàn)圖5(i-p))。原生孔隙主要有氣孔、鈉沸石與濁沸石等半充填殘余孔、杏仁體內(nèi)鈉沸石晶間孔、長(zhǎng)石斑晶晶間孔(見(jiàn)圖5(a-d))，原生孔隙多數(shù)呈孤立狀，在斷裂及伴生的微裂縫溝通的情況下，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)滲起改善作用而成為有效儲(chǔ)層。次生孔隙主要有杏仁內(nèi)鈉沸石溶蝕孔、基質(zhì)溶蝕孔、角礫內(nèi)蝕變斑晶溶孔和角礫內(nèi)溶洞(見(jiàn)圖5(e-h))，次生孔隙形態(tài)不規(guī)則，孔隙較小，數(shù)量多，連通性好，是較好的儲(chǔ)集體?；鹕綆r儲(chǔ)層以孔隙—裂縫雙重孔隙介質(zhì)為主，空間組合類型有孔隙型、裂縫型、孔—縫復(fù)合型3類(見(jiàn)圖5(q-t))；其中孔—縫復(fù)合型有裂縫—孔隙型和孔隙—裂縫型2種，卡拉崗組火山巖主要發(fā)育裂縫—孔隙型，即裂縫—?dú)饪住⑷芪g孔型，儲(chǔ)集空間以溶蝕孔為主，裂縫起溝通作用，孔縫組合為構(gòu)造裂縫—溶蝕裂縫—溶蝕孔/氣孔，是最好的儲(chǔ)集空間組合類型。

圖5 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征Fig.5 Reservoir space characteristics of volcanic reservoir of Kalagang Formation in Malang Sag

2.4 儲(chǔ)層裂縫特征

卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層發(fā)育的原生裂縫主要為冷凝收縮裂縫(見(jiàn)圖5(i-j))、收縮節(jié)理(見(jiàn)圖5(i))，為巖漿成巖過(guò)程驟冷導(dǎo)致非均勻收縮而形成的裂縫，對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在連通性上，但數(shù)量有限，在經(jīng)過(guò)成巖后生作用后大部分被充填改造，難以成為有效儲(chǔ)集空間。次生裂縫主要有網(wǎng)狀風(fēng)化裂縫(泥質(zhì)充填)(見(jiàn)圖5(k))、構(gòu)造裂縫(見(jiàn)圖5(l-o))和構(gòu)造—溶蝕裂縫(見(jiàn)圖5(p、r))；風(fēng)化網(wǎng)狀裂縫是地表?xiàng)l件下受物理和化學(xué)過(guò)程綜合作用形成的裂縫，構(gòu)造裂縫是成巖后受構(gòu)造應(yīng)力破裂作用而形成的裂縫，溶蝕裂縫是受流體溶蝕作用而新生的裂縫，或經(jīng)溶蝕作用強(qiáng)烈改造而拓寬的裂縫。這些裂縫多呈組出現(xiàn)，常與溶蝕孔連通形成網(wǎng)狀空間，有利于油氣的運(yùn)移和疏導(dǎo)。根據(jù)裂縫與巖心橫截面的夾角，可將裂縫分為水平充填裂縫(沿裂縫有充填礦物溶蝕)(見(jiàn)圖5(l))、低角度網(wǎng)狀裂縫(見(jiàn)圖5(m))、斜交/高角度裂縫(見(jiàn)圖5(n))、少許直臂裂縫(直立裂縫)；根據(jù)裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果，卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層以斜交裂縫(與層理面交角為30°～60°)為主體，其次是低角度裂縫(與層理面交角為10°～30°)和高角度裂縫(與層理面交角為60°～80°)，水平裂縫和直立裂縫相對(duì)較少(見(jiàn)圖6(a))。成像測(cè)井(FMI)結(jié)果顯示，裂縫發(fā)育與火山巖巖性或火山巖性質(zhì)有密切關(guān)系，玄武巖、安山巖和火山角礫巖裂縫較為發(fā)育，凝灰?guī)r裂縫不發(fā)育(見(jiàn)圖6(b))[47]。

圖6 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層裂縫類型及火山巖巖性FMI特征Fig.6 Fracture types and FMI characteristics of different volcanic lithology in Kalagang Formation volcanic reservoir in Malang Sag

2.5 儲(chǔ)層物性特征

馬朗凹陷上石炭統(tǒng)卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層孔隙度分布范圍較廣，主峰分布在3.00%～16.00%之間，平均為8.82%，孔隙度高于10.00%的比例較高，最小為0.30%，最大為32.90%(見(jiàn)圖7(a))；滲透率大多數(shù)小于0.05×10-3μm2，平均為0.93×10-3μm2，最大為65.10×10-3μm2(見(jiàn)圖7(b))。馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層埋深在1 300～2 550 m之間，牛東油田卡拉崗組生產(chǎn)層油藏埋深約為1 700 m；根據(jù)火山巖儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[46]，卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層為中孔—低滲、特低滲儲(chǔ)層，滲透率和孔隙度無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖7(c))，說(shuō)明孔隙度的微小變化不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的滲透率(或滲透性)產(chǎn)生大的影響。根據(jù)馬朗凹陷卡拉崗組牛圈湖—牛東構(gòu)造帶M29井埋深2 438～2 442 m處取心段玄武巖樣品全直徑與柱塞樣品物性分析結(jié)果(見(jiàn)表1)，在有裂縫及溶蝕發(fā)育的巖段，全直徑樣品孔隙度為3.20%～4.30%，平均為3.90%，比柱塞樣品的??；滲透率為(15.10～90.80)×10-3μm2，平均為53.90×10-3μm2，遠(yuǎn)大于柱塞樣品的，說(shuō)明裂縫和溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層的滲透性具有重要的改善作用。

圖7 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層孔滲性特征Fig.7 Porosity and permeability characteristics of volcanic reservoirs of Kalagang Formation in Malang Sag

表1 研究區(qū)全直徑與柱塞樣品物性測(cè)試結(jié)果

3 儲(chǔ)層主控因素

3.1 噴發(fā)方式及巖漿特征

三維地震解釋結(jié)果(見(jiàn)圖8(a))表明，馬朗凹陷上石炭統(tǒng)火山噴發(fā)通道呈線狀裂隙群分布，為一系列線狀裂隙群控制的裂隙式噴發(fā)，為深層熾熱巖漿沿裂隙群上升的噴發(fā)方式，具有典型多期次性、噴發(fā)次數(shù)頻繁、單次噴發(fā)量小特征(見(jiàn)圖8(b))?？v向上發(fā)育的韻律性，為巖漿沿線狀裂隙群脈動(dòng)式(或串珠狀)噴發(fā)及沿線狀裂隙群緩慢溢流所致。這種由一系列線狀裂隙群控制的噴發(fā)方式，影響火山機(jī)構(gòu)內(nèi)多相帶與復(fù)雜巖性組合及其橫向和縱向延伸規(guī)模差異，增強(qiáng)火山巖的非均質(zhì)性，限制巖性巖相的分布和儲(chǔ)層發(fā)育的有效性，只有高角度或網(wǎng)狀裂縫及大量溶蝕微孔發(fā)育的火山巖能成為有效或優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

圖8 馬朗凹陷上石炭統(tǒng)地震解釋剖面及火山噴發(fā)模式Fig.8 Upper Carboniferous seismic interpretation section and volcanic eruption model in Malang Sag

圖9 馬朗凹陷卡拉崗組熔巖杏仁體與玻璃質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、面孔率及沸石類型與儲(chǔ)層物性關(guān)系Fig.9 Relationship between amygdaloid content and glass content, face rate and physical properties of lava from Kalagang Formation in Malang Sag

3.2 深度

深度一方面指火山巖儲(chǔ)層的埋藏深度，另一方面指火山巖有利儲(chǔ)層分布距噴發(fā)間歇期風(fēng)化淋濾作用不整合面或構(gòu)造不整合界面的距離[1,41-42]。馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層物性與埋深關(guān)系見(jiàn)圖10。由圖10可知，火山巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率受埋深影響不大，且儲(chǔ)層孔隙度絕大部分高于提交儲(chǔ)量的油層有效孔隙度下限6.00%，表明各類熔巖和火山碎屑巖在不同埋深段可以形成有效儲(chǔ)層(見(jiàn)圖10(a-d))。儲(chǔ)層孔隙度縱向分布旋回性特征明顯，單期韻律厚度在6～24 m之間，較高孔隙帶主要分布在單期韻律層的頂部(見(jiàn)圖10(c))；同時(shí)，在深層火山巖中原生孔隙得到較多保存，具有物性優(yōu)勢(shì)。距離風(fēng)化頂面的遠(yuǎn)近對(duì)滲透率沒(méi)有明顯影響(見(jiàn)圖10(f))，對(duì)孔隙度的影響較大，孔隙度隨距風(fēng)化面距離的增大呈先增大后減小特征(見(jiàn)圖10(e))，有利儲(chǔ)層在距離風(fēng)化頂面18～63 m范圍。

噴發(fā)間歇或構(gòu)造不整合面下，火山巖在經(jīng)歷長(zhǎng)期風(fēng)化淋蝕作用后儲(chǔ)集性能明顯改善，形成風(fēng)化殼儲(chǔ)層(見(jiàn)圖11(a))[1]。中國(guó)盆地鉆井揭示有利儲(chǔ)層多數(shù)分布于噴發(fā)間斷不整合面和構(gòu)造不整合面之下200 m范圍，少數(shù)區(qū)域超過(guò)500 m范圍[1,47-48]。受古地貌、構(gòu)造背景(構(gòu)造位置)、巖石性質(zhì)及成分等因素影響，同一盆地同一凹陷不同井之間及不同巖性之間范圍有差異，如馬朗凹陷ND9-10和M19井卡拉崗組有利儲(chǔ)層距風(fēng)化頂面距離差異明顯(見(jiàn)圖11(b))，ND9-10井的分布在18～40 m范圍，M19井的分布在25～63 m范圍。

圖10 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層物性與深度關(guān)系Fig.10 Relationship between physical properties and depth of volcanic reservoir of Kalagang Formation in Malang Sag

圖11 研究區(qū)火山噴發(fā)間歇不整合和構(gòu)造不整合界面與有利儲(chǔ)層關(guān)系Fig.11 Relationship between volcanic eruption intermittent unconformity and structural unconformity interface and favorable reservoir in study area

3.3 巖性

火山巖巖性控制儲(chǔ)層物性，卡拉崗組火山巖中物性最好的是氣孔杏仁狀玄武巖和氣孔杏仁狀安山巖，其次是火山角礫巖和凝灰?guī)r，玄武巖與安山巖物性相對(duì)較差(見(jiàn)圖12(a))。火山巖巖性對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間組合影響較大，孔隙型(見(jiàn)圖5(q))主要見(jiàn)于氣孔或杏仁體較為發(fā)育的玄武巖、安山巖及火山角礫巖；裂縫型(見(jiàn)圖5(r))主要見(jiàn)于致密塊狀玄武巖和安山巖，以及火山角礫巖(含集塊巖)；孔—縫復(fù)合型(見(jiàn)圖5(s-t))多見(jiàn)于富沸石、富長(zhǎng)石斑晶與晶屑，以及富氣孔杏仁體的玄武巖、安山巖和火山角礫巖?；鹕綆r巖性控制儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，中基性熔巖(玄武巖、安山巖)裂縫密度主要為23～30條/m(見(jiàn)圖12(b))，裂縫寬度為0.005～0.300 mm，凝灰?guī)r裂縫密度一般為10條/m，火山角礫巖裂縫密度一般為20條/m(見(jiàn)圖12(b))，裂縫寬度為0.010～0.030 mm。不同巖性含油級(jí)別或含油性有差異，熒光、油跡和油斑顯示玄武巖(含氣孔杏仁狀玄武巖)最好(見(jiàn)圖12(c))，厚度最大；其次是火山角礫巖；安山巖(含氣孔杏仁狀安山巖)和凝灰?guī)r只有熒光和油跡顯示，厚度較小。

圖12 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層不同巖性物性、裂縫密度和含油性特征Fig.12 Characteristics of different lithology, physical properties, fracture density and oil-bearing of volcanic reservoir of Kalagang Formation in Malang Sag

3.4 蝕變

不同火山巖巖性的成分、可溶性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒度大小、充填膠結(jié)等不同，在相同表生環(huán)境下風(fēng)化強(qiáng)度不同造成溶蝕蝕變程度不同，儲(chǔ)集性能存在差異[41-42]。卡拉崗組火山巖主要為陸上噴發(fā)陸上地表氧化環(huán)境堆積與保存成因，在火山噴發(fā)間歇期或之后，火山巖受大氣、地表及火山噴發(fā)間歇期飽和CO2氣雨水的風(fēng)化淋濾作用，以及地下水、火山熱液等流體沿原生孔隙、裂縫或次生孔隙、裂縫滲透并發(fā)生水解、溶蝕和熱液充填，使原巖礦物類型、成分、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等改變。當(dāng)?shù)貙又懈缓袡C(jī)酸性流體與原巖作用時(shí)，礦物溶蝕如長(zhǎng)石斑晶和晶屑、鈉鐵閃石、菱鐵礦等可溶組分發(fā)生溶解而形成新孔隙，改造擴(kuò)大和連通原生儲(chǔ)集空間。當(dāng)進(jìn)入埋藏期時(shí)，火山巖中黏土礦物如蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化而形成酸性水，烴源巖干酪根成熟產(chǎn)生的有機(jī)羧酸水通過(guò)構(gòu)造裂縫、大斷層等通道滲流，對(duì)原有孔縫及其填隙物進(jìn)一步溶解，產(chǎn)生溶蝕孔、縫或洞，擴(kuò)展巖石儲(chǔ)集空間和改善儲(chǔ)層物性。

未蝕變的火山角礫巖平均孔隙度最大，平均為8.30%，高于油層有效孔隙度下限6.00%，未蝕變的玄武巖、安山巖及凝灰?guī)r平均孔隙度低于油層有效孔隙度下限6.00%，不能成為有效儲(chǔ)層；弱蝕變的玄武巖、安山巖和火山角礫巖平均孔隙度高于油層有效孔隙度下限6.00%，可以成為有效儲(chǔ)層；強(qiáng)蝕變的玄武巖、安山巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r平均孔隙度高于油層有效孔隙度下限6.00%，可以成為有效儲(chǔ)層(見(jiàn)圖13(a))。由遭受淋溶蝕變的原生型火山巖孔喉直徑分布(見(jiàn)圖13(b))可知，受淋溶蝕變的火山巖孔喉直徑具有雙峰特征，平均孔喉直徑為2.74 μm；未受淋溶蝕變的火山巖孔喉直徑只有單峰特征，最大孔喉直徑未超過(guò)0.40 μm，表明后期淋溶蝕變改造強(qiáng)弱決定儲(chǔ)層優(yōu)劣。蝕變程度與孔隙度對(duì)應(yīng)關(guān)系(見(jiàn)圖13(c))較好，受中—強(qiáng)蝕變作用改造的玄武巖與安山巖孔隙度絕大部分高于油層有效孔隙度下限6.00%，說(shuō)明蝕變作用(蝕變程度)控制儲(chǔ)層優(yōu)劣。

3.5 巖相

受線狀裂隙群噴發(fā)方式影響，卡拉崗組主要發(fā)育溢流相火山巖，其次是爆發(fā)相火山巖。根據(jù)原生孔隙分布，卡拉崗組溢流相頂部發(fā)育渣狀(自碎)熔巖，在渣狀(自碎)熔巖層下部發(fā)育孔隙帶，下帶氣孔稀疏扁平，上帶氣孔密集渾圓(見(jiàn)圖14(a-b))，與上部的渣狀(自碎)熔巖段構(gòu)成火山巖油藏主要儲(chǔ)集層段。根據(jù)儲(chǔ)集空間組合類型，孔隙型(見(jiàn)圖5(q))主要見(jiàn)于溢流相熔巖，一般在熔巖相的頂、底部最為發(fā)育(見(jiàn)圖14(a))，是較差的一種組合類型；裂縫型(見(jiàn)圖5(r))在致密熔巖段較為發(fā)育，其次是火山碎屑巖段(見(jiàn)圖14(b))，是較差的一種組合類型；孔—縫復(fù)合型(見(jiàn)圖5(s-t))主要在富沸石、長(zhǎng)石和富氣孔杏仁體溢流相熔巖段發(fā)育(見(jiàn)圖14(b))，是最好的一類儲(chǔ)集空間組合。

爆發(fā)相和溢流相火山巖受風(fēng)化淋濾及蝕變作用改造后，物性較同類巖相原型火山巖物性好(見(jiàn)圖14(c))，表明不同巖相及不同風(fēng)化淋濾與蝕變程度的差異控制物性差異。未經(jīng)風(fēng)化淋濾與蝕變作用改造時(shí)，只有爆發(fā)相火山巖平均孔隙度(8.50%)高于油層有效孔隙度下限6.00%(見(jiàn)圖14(c))，可以形成有效儲(chǔ)集層；經(jīng)風(fēng)化淋濾及蝕變作用改造后，爆發(fā)相和溢流相火山巖平均孔隙度高于油層有效孔隙度下限6.00%(見(jiàn)圖14(c))，可以形成有效儲(chǔ)集層。根據(jù)不同巖相、測(cè)井及試油結(jié)果(見(jiàn)圖14(d))，溢流相干層和差油層比爆發(fā)相的多，油層與爆發(fā)相的相當(dāng)。

圖13 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖蝕變與儲(chǔ)層的關(guān)系Fig.13 Relationship between volcanic alteration and reservoir of Kalagang Formation in Malang Sag

圖14 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層與巖相關(guān)系Fig.14 Relationship between volcanic reservoir and lithofacies of Kalagang Formation in Malang Sag

3.6 裂縫與斷層及頂界不整合面疏離關(guān)系

根據(jù)裂縫發(fā)育密度與距主斷層距離統(tǒng)計(jì)結(jié)果，裂縫發(fā)育密度與距主斷層距離呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖15(a))，裂縫在主斷層影響的1.5 km半徑范圍發(fā)育密度高，斷層規(guī)模越大，控制裂縫發(fā)育區(qū)范圍越大。根據(jù)卡拉崗組多口開(kāi)發(fā)井試油試采滲流半徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果，距主斷層越近，滲流半徑越大，儲(chǔ)集層滲流半徑在主斷層影響的1.5 km半徑范圍大于500 m(見(jiàn)圖15(b))。表明主斷層及其規(guī)模影響儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度，裂縫發(fā)育程度影響儲(chǔ)層質(zhì)量和滲流能力?？ɡ瓖徑M火山巖裂縫主要發(fā)育在頂界不整合面以下270 m范圍強(qiáng)風(fēng)化蝕變帶和中等風(fēng)化蝕變帶，隨距頂界風(fēng)化面距離接近，裂縫發(fā)育密度減小，特別是熔巖裂縫密度減小的趨勢(shì)較為明顯。

圖15 馬朗凹陷卡拉崗組火山巖儲(chǔ)層裂縫與主斷層距離及與頂界不整合距離關(guān)系

4 結(jié)論

(1)三塘湖盆地馬朗凹陷上石炭統(tǒng)卡拉崗組火山巖以中基性熔巖(玄武巖、玄武巖安山巖和安山巖)為主，火山巖氧化因數(shù)平均為0.64，化學(xué)蝕變指數(shù)平均為0.57，燒失量平均為4.19?？ɡ瓖徑M火山巖巖石成巖古地理環(huán)境主要為陸上地表強(qiáng)氧化環(huán)境，也存在頻繁水(湖)—陸過(guò)渡復(fù)雜環(huán)境。儲(chǔ)層以孔隙—裂縫雙重孔隙介質(zhì)為主，平均孔隙度為8.82%，滲透率大多數(shù)小于0.05×10-3μm2，屬中孔—低滲、特低滲儲(chǔ)層。

(2)馬朗凹陷卡拉崗組火山機(jī)構(gòu)內(nèi)多相帶與復(fù)雜巖性組合及其橫向和縱向延伸規(guī)模差異，限制不同巖性巖相的分布和儲(chǔ)層發(fā)育的有效性。不同深度段儲(chǔ)層孔隙度高于提交儲(chǔ)量的油層有效孔隙度下限6.00%，儲(chǔ)層物性受埋深影響小，可以形成有效儲(chǔ)層。

(3)馬朗凹陷卡拉崗組有利儲(chǔ)層分布于距風(fēng)化頂面18～63 m范圍，巖性控制物性及裂縫發(fā)育密度，氣孔杏仁狀玄武巖和氣孔杏仁狀安山巖物性最好，其次是火山角礫巖和凝灰?guī)r；玄武巖和安山巖裂縫發(fā)育密度較高，其次是火山角礫巖；凝灰?guī)r裂縫基本不發(fā)育。

(4)風(fēng)化淋濾及蝕變作用明顯改善火山巖儲(chǔ)層物性，受中—強(qiáng)蝕變作用改造的溢流相玄武巖和安山巖孔隙高于油層有效孔隙度下限6.00%，成為有效儲(chǔ)層；主斷層明顯影響儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，裂縫在主斷層影響的1.5 km半徑范圍發(fā)育密度高，儲(chǔ)集層滲流半徑在主斷層影響的1.5 km半徑范圍大于500 m；中基性熔巖和火山角礫巖裂縫在卡拉崗組頂界不整合面以下270 m范圍發(fā)育密度高，隨距頂界風(fēng)化面接近，裂縫發(fā)育密度減小。