準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系火山巖體識(shí)別及解剖

潘 虹，李曉山，金 萍，蔣志斌，顧開(kāi)放

( 1. 中國(guó)石油新疆油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 2. 中國(guó)石油新疆油田分公司 黑油山有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000 )

0 引言

火山巖巖性多樣，儲(chǔ)層受火山活動(dòng)影響非均質(zhì)性極強(qiáng)，具有橫向變化大、縱向多期疊置等特點(diǎn)，有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)為火山巖油藏開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度和準(zhǔn)確性為火山巖油藏有效開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)。利用地震資料預(yù)測(cè)火山巖儲(chǔ)層，已廣泛應(yīng)用于火山巖油藏的勘探開(kāi)發(fā)。李明等[1-3]提出結(jié)合地震與地質(zhì)特征開(kāi)展火山巖分布規(guī)律研究；劉登明等[4-6]提取地震屬性預(yù)測(cè)火山巖有利儲(chǔ)層；黃玉等[7]利用地震反演技術(shù)在有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中取得成效；張爾華等[8]提出均方根振幅、瞬時(shí)頻率等地震屬性分析方法預(yù)測(cè)火山巖巖性及物性；劉凱等[9]結(jié)合不同巖性的測(cè)井響應(yīng)特征，利用多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別和預(yù)測(cè)火山巖巖性?；鹕綆r油藏研究側(cè)重于基于地震資料的有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，高度依賴于地震資料品質(zhì)及井控程度，缺乏與火山期次、火山噴發(fā)模式的結(jié)合。

準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系火山巖形成時(shí)間早，受西北緣多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，火山活動(dòng)多期疊加，增加火山巖巖性平面、縱向的非均質(zhì)性。早期對(duì)車排子凸起火山巖的研究局限于井控程度相對(duì)較高、地震反射相對(duì)清晰的風(fēng)化殼一帶，重點(diǎn)在于風(fēng)化殼頂部300～500 m的儲(chǔ)層，火山巖油藏大多為整體含油的塊狀油藏[10-13]。鉆探證實(shí)，車排子凸起火山巖縱向上具有明顯的火山噴發(fā)旋回規(guī)律，平面巖性組合反映明顯的火山噴發(fā)模式特征。車排子凸起火山巖發(fā)育風(fēng)化殼及內(nèi)幕結(jié)構(gòu)，由于火山巖內(nèi)幕埋深大，地震資料品質(zhì)較差，內(nèi)幕刻畫依賴于測(cè)井資料單井巖性解釋，對(duì)內(nèi)幕火山巖體空間展布規(guī)律的預(yù)測(cè)缺乏有效的技術(shù)方法。根據(jù)巖心、測(cè)井、地震等資料，筆者分析巖相、測(cè)井相、地震相火山巖體表征多屬性特征，利用三相多屬性火山巖體預(yù)測(cè)技術(shù)精確識(shí)別火山巖體，實(shí)現(xiàn)火山期次背景下的內(nèi)幕解剖，為車排子凸起火山巖油藏勘探開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起帶，為石炭系基底之上發(fā)育的繼承性古隆起，西側(cè)靠近扎伊爾山，東側(cè)緊鄰沙灣凹陷，沙灣凹陷發(fā)育二疊系風(fēng)城組和烏爾禾組兩套烴源巖，為石炭系油氣成藏提供優(yōu)越的油源條件。受多期構(gòu)造擠壓抬升的影響，車排子凸起東側(cè)形成紅車斷裂帶，并伴生形成次一級(jí)逆沖斷裂，為油氣運(yùn)移提供重要的油源通道。車排子凸起于海西運(yùn)動(dòng)期隆升定型，長(zhǎng)期保持正向構(gòu)造形態(tài)[14-15]，為沙灣凹陷油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)(見(jiàn)圖1(a))。

圖1 車排子凸起構(gòu)造特征、位置及綜合柱狀圖Fig.1 The structural characteristics, location and stratigraphic histogram of Chepaizi Uplift

受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，研究區(qū)地層發(fā)育不全。已知井鉆井揭示，三疊系基本剝蝕殆盡，殘存部分二疊系下烏爾禾組，隨石炭系由東向西逐漸抬升，侏羅系也逐漸超覆減薄至尖滅，導(dǎo)致白堊系以角度不整合覆蓋在石炭系之上。自下而上發(fā)育的地層有石炭系、二疊系下烏爾禾組、侏羅系、白堊系、古近系、新近系，缺失三疊系及大部分二疊系。石炭系在車排子全區(qū)及整個(gè)車排子凸起有分布，鉆井揭示最大厚度為2 737 m(未鉆穿)，根據(jù)地震資料推測(cè)，厚度超過(guò)5 000 m[16]。結(jié)合電測(cè)井曲線及取心資料，石炭系自下而上發(fā)育玄武巖—安山巖和火山角礫巖巖性旋回組合(見(jiàn)圖1(b))。

2 火山巖體識(shí)別

2.1 巖相特征

結(jié)合取心觀察、薄片鑒定，根據(jù)火山噴發(fā)模式及火山物質(zhì)搬運(yùn)方式，將研究區(qū)石炭系火山巖巖相劃分為火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、火山沉積相4個(gè)相，進(jìn)一步細(xì)分為熔巖碎屑亞相、崩落堆積亞相、空落堆積亞相、復(fù)式流亞相、含外碎屑亞相5類亞相?；鹕酵ǖ老嘈纬捎诨鹕絿姲l(fā)中后期，位于火山機(jī)構(gòu)中心部位，受冷凝作用影響，固結(jié)火山角礫而形成角礫熔巖(見(jiàn)圖2(a))。爆發(fā)相形成于火山噴發(fā)能量最強(qiáng)階段[17]，以發(fā)育火山碎屑巖為主，粒徑大小不等的火山碎屑物在不同環(huán)境形成不同的火山碎屑巖，根據(jù)堆積方式可分為崩落堆積亞相和空落堆積亞相。崩落堆積作用于近火山口一帶，火山碎屑由集塊到火山灰同時(shí)快速混雜堆積，磨圓分選差，巖性主要為火山角礫巖(見(jiàn)圖2(b))，鏡下可見(jiàn)粒內(nèi)溶孔、半充填縫(見(jiàn)圖2(c))?？章涠逊e亞相的火山碎屑物為更細(xì)膩的火山灰，經(jīng)過(guò)緩慢沉降在距火山口較遠(yuǎn)一帶堆積而形成，主要巖性以凝灰?guī)r為主(見(jiàn)圖2(d))，鏡下可見(jiàn)凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，孔縫不發(fā)育(見(jiàn)圖2(e))。溢流相形成于火山噴發(fā)中期，巖漿自地下沿火山通道從火山口向外溢流形成各類熔巖，根據(jù)巖石礦物成分分為安山巖和玄武巖，巖心呈塊狀構(gòu)造，氣孔、微裂縫發(fā)育，鏡下可見(jiàn)原生半充填氣孔、斑晶溶孔，儲(chǔ)集空間相對(duì)較發(fā)育(見(jiàn)圖2(f-i))?；鹕匠练e相為火山巖和沉積巖的過(guò)渡相[18-20]，在距離火山口較遠(yuǎn)相帶沉積，多以火山礫石混雜堆積形成，主要發(fā)育沉凝灰質(zhì)砂礫巖，巖心可見(jiàn)礫石粒序結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2(j))，鏡下可見(jiàn)砂礫狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育晶間孔、粒內(nèi)溶孔(見(jiàn)圖2(k))。

圖2 車排子凸起石炭系火山巖巖相特征Fig.2 Characteristics of the Carboniferous volcanic reservoirs of Chepaizi Uplift

2.2 測(cè)井相特征

以取心段火山巖相標(biāo)志標(biāo)定測(cè)井曲線，建立火山巖相測(cè)井響應(yīng)特征。火山通道相以發(fā)育過(guò)渡性熔巖為主，主要巖性為角礫熔巖，測(cè)井曲線表現(xiàn)為中低電阻率，曲線形態(tài)呈鋸齒狀(見(jiàn)圖3(a))。爆發(fā)相測(cè)井曲線形態(tài)總體表現(xiàn)為齒化箱狀外形或漏斗—鐘狀復(fù)合形態(tài)，爆發(fā)相內(nèi)部亞相測(cè)井曲線呈現(xiàn)不同特征，崩落堆積亞相主要發(fā)育火山角礫巖，曲線整體呈齒化箱狀外形特征，表現(xiàn)為低自然伽馬、中低電阻率、中低密度的特征(見(jiàn)圖3(b))；空落堆積亞相多見(jiàn)凝灰?guī)r，黏土礦物發(fā)育，表現(xiàn)為高自然伽馬(見(jiàn)圖3(c))。溢流相測(cè)井曲線變化幅度相對(duì)較小，整體較為平滑，由于巖石相對(duì)致密，總體表現(xiàn)為低聲波時(shí)差、高密度、低中子和高電阻率的特征[21]，復(fù)式流亞相發(fā)育玄武巖和安山巖，其中玄武巖為基性礦物，自然伽馬低，曲線呈弱齒化箱形(見(jiàn)圖3(d))；安山巖以中性礦物為主，自然伽馬和中子相對(duì)玄武巖的略高，曲線呈齒化箱形和鐘形特征(見(jiàn)圖3(e))?；鹕匠练e相主要發(fā)育凝灰質(zhì)砂礫巖，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，總體表現(xiàn)為高伽馬、低電阻率、高聲波時(shí)差、低密度、高中子，電阻率與自然伽馬呈鏡像特征，曲線以齒化弱幅度箱形為主，局部可見(jiàn)指狀特征(見(jiàn)圖3(f))。

圖3 車排子凸起石炭系火山巖巖相測(cè)井相應(yīng)特征Fig.3 The characters of lithofacies logging response of the Carboniferous volcanic reservoirs of Chepaizi Uplift

2.3 地震相特征

火山噴發(fā)各階段能量的差異造成巖性的多樣性和堆積結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在地震剖面上形成較強(qiáng)的反射振幅，不同火山巖巖性具有不同的反射振幅，測(cè)井響應(yīng)特征也不相同。車排子地區(qū)經(jīng)歷多期次的火山活動(dòng)，火山巖縱向上呈疊置關(guān)系，火山巖體之間地震反射特征表現(xiàn)為振幅強(qiáng)弱、頻率高低及同相軸的連續(xù)性，巖體界面主要通過(guò)同相軸的尖滅、錯(cuò)斷或能量突變表征[22]。以單井巖相分析為基礎(chǔ)，以火山巖相主要巖性為標(biāo)志，利用單井精細(xì)標(biāo)定，采用地震“相面法”[23]，結(jié)合不同深度地震切片特征、地震屬性分析，識(shí)別縱向疊置的多套火山巖體形態(tài)特征。結(jié)合測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行測(cè)井相與地震相的綜合標(biāo)定，分析典型的火山巖體巖相、測(cè)井相、地震相表征特征。在地震剖面上，火山通道相與圍巖地震同相軸表現(xiàn)為低能低頻的反射特征，形態(tài)一般呈直立的條帶狀分布，位于火山機(jī)構(gòu)中心部位，發(fā)育角礫熔巖，測(cè)井曲線表現(xiàn)為中低電阻、箱狀外形、局部齒化。爆發(fā)相內(nèi)部以中低頻雜亂反射為主，同相軸連續(xù)性差，呈分叉—斜列雜亂強(qiáng)振幅的反射特征，多具有楔狀外形特征，通常頂部振幅反射強(qiáng)，內(nèi)部反射弱，測(cè)井曲線呈箱狀外形、嚴(yán)重齒化特征。溢流相表現(xiàn)為低頻連續(xù)強(qiáng)振幅的反射特征，巖體內(nèi)部呈平行—亞平行反射結(jié)構(gòu)，外部形態(tài)主要為透鏡狀、層狀，與圍巖有明顯的反射界面，測(cè)井曲線呈中高電阻、齒化鐘狀外形特征?；鹕匠练e相以層狀外形為主，內(nèi)部沉積巖具有較好的分選性，地震剖面上表現(xiàn)為平行—亞平行特征，同相軸相對(duì)連續(xù)，具有中高頻率、中等振幅的反射特征，測(cè)井曲線呈嚴(yán)重齒化尖峰狀特征(見(jiàn)圖4)。

圖4 車排子凸起石炭系火山巖巖相、測(cè)井相、地震相響應(yīng)特征Fig.4 Corresponding characteristics of lithofacies, logging facies and seismic facies of Carboniferous volcanic rocks in Chepaizi Uplift

3 火山巖體解剖

3.1 期次劃分

火山機(jī)構(gòu)內(nèi)多相帶與復(fù)雜巖性組合及其橫向與縱向延伸規(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[24]。車排子凸起經(jīng)歷多期次火山噴發(fā)作用，形成的火山巖體縱向上疊置[25]，導(dǎo)致火山巖內(nèi)幕結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，而火山期次劃分是解剖火山巖內(nèi)幕特征的基礎(chǔ)?；鹕絿姲l(fā)能量由強(qiáng)變?nèi)?，火山巖巖性由基性向偏中性過(guò)渡，火山巖巖相序列由火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、火山沉積相的全部或部分組成，測(cè)井響應(yīng)特征及地震反射特征發(fā)生變化?；鹕絿姲l(fā)旋回主要由噴發(fā)期火山巖及間歇期火山沉積巖構(gòu)成，呈多種巖性的韻律組合規(guī)律，反映火山噴發(fā)能量的強(qiáng)弱變化[26]。根據(jù)車排子凸起石炭系火山巖巖性、巖相組合、火山噴發(fā)旋回規(guī)律，通過(guò)井震資料結(jié)合，火山期次的巖性、電性與地震反射特征具有較好的一致性，測(cè)井響應(yīng)特征存在明顯測(cè)井旋回界面特征，通常以火山噴發(fā)間歇期的沉積巖為界面，表現(xiàn)為高自然伽馬、低電阻率。地震反射特征界限特征明顯，上部同相軸整體表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅中等連續(xù)特征，中部以強(qiáng)振幅中高連續(xù)特征為主，下部表現(xiàn)為弱振幅低連續(xù)特征。結(jié)合測(cè)井巖性、電性特征及地震剖面聚類分析，確定車排子凸起石炭系發(fā)生三期火山噴發(fā)，由深到淺依次為C1、C2、C3期(見(jiàn)圖5)。

圖5 車排子凸起石炭系火山期次劃分與井震結(jié)合對(duì)比Fig.5 Phase division and well seismic combination of Carboniferous volcanic rocks in Chepaizi Uplift

研究區(qū)每個(gè)噴發(fā)旋回底部以中性安山巖或基性玄武巖噴發(fā)開(kāi)始，曲線形態(tài)多為齒化箱狀，測(cè)井響應(yīng)特征具有高電阻率、低聲波、高密度的特征，火山噴發(fā)能量自下而上由強(qiáng)變?nèi)酰曰鹕絿姲l(fā)間歇期火山沉積巖結(jié)束，形成下粗上細(xì)的正韻律旋回。旋回界面中沉積巖具有低電阻、低密度的特點(diǎn)，曲線形態(tài)多為齒化指狀。車排子凸起石炭系火山巖形成于海西運(yùn)動(dòng)末期由西向東的推覆作用[27]，呈西低東高的構(gòu)造格局，C2、C3期火山巖部分被剝蝕，南部CH3035井區(qū)遭受嚴(yán)重剝蝕，C1期火山巖保存相對(duì)完整(見(jiàn)圖6)。

3.2 火山巖體分布

根據(jù)單井巖相、巖性特征、地震同相軸反射特征，研究區(qū)石炭系火山巖發(fā)育7個(gè)火山巖體、2個(gè)火山通道。自下而上C1期發(fā)育2個(gè)火山通道，形態(tài)呈直立條帶狀，與周邊圍巖呈角度不整合接觸；發(fā)育3個(gè)爆發(fā)相火山巖體，地震剖面表現(xiàn)為中低頻雜亂發(fā)射特征。C2期發(fā)育4個(gè)溢流相火山巖體，外形呈小型丘狀，內(nèi)部表現(xiàn)為低頻較連續(xù)強(qiáng)振幅反射特征。車排子凸起石炭系火山噴發(fā)模式呈中心式噴發(fā)特征，以火山通道為中心，C1期火山噴發(fā)主要發(fā)育爆發(fā)相火山巖體，自西向南火山噴發(fā)能量變?nèi)?，由爆發(fā)相向溢流相轉(zhuǎn)變，火山通道以西主要為溢流相火山噴發(fā)；C2期火山噴發(fā)能量減弱，發(fā)育溢流相火山巖體，沿背斜側(cè)翼溢流，越靠近紅車斷裂遭受剝蝕越嚴(yán)重(見(jiàn)圖7)。車排子凸起石炭系火山巖巖體埋藏深度為2.4～3.0 km，主要分布在2.5 km左右，縱向上火山巖體互相疊置，以不同期次、不同巖性、不同巖相為界面。平面上，沿紅車斷裂呈串珠狀疊加連片分布，面積為1.5～13.6 km2，形成近50.0 km2的火山巖分布區(qū)，是研究區(qū)石炭系火山巖油藏的主要聚集區(qū)。

圖7 車排子凸起石炭系火山巖油藏火山噴發(fā)模式Fig.7 Volcanic eruption model of Carboniferous volcanic reservoir of the Chepaizi Uplift

3.3 巖相平面展布

研究區(qū)石炭系頂部構(gòu)造為受兩條近南北向逆斷層控制的東傾單斜構(gòu)造，石炭系三期火山活動(dòng)的構(gòu)造特征具有一定繼承性。C1期火山活動(dòng)頂面構(gòu)造表現(xiàn)為大型的單斜特征，火山通道位于研究區(qū)東部，沿紅車斷裂分布于單斜的軸部，以火山通道為中心發(fā)育的CH3036、CH3035井爆發(fā)相巖體分布于單斜的軸部，火山噴發(fā)能量自東向西變?nèi)?，鉆探證實(shí)高產(chǎn)油流井多分布于單斜相對(duì)高部位及背斜軸部；C2期火山巖構(gòu)造發(fā)育具有一定的繼承性，表現(xiàn)為大型的單斜特征，火山噴發(fā)能量變?nèi)?，以溢流相巖體為主，構(gòu)造高點(diǎn)及單斜軸部對(duì)有利含油火山巖體具有一定的指向性。受構(gòu)造自東向西擠壓抬升作用影響，車排子凸起在石炭系末期垂向隆升，C3期火山噴發(fā)后遭受強(qiáng)烈剝蝕，僅在凸起西部殘存部分C3期地層，自下而上，火山口受構(gòu)造擠壓作用影響而自東向西發(fā)生遷移；火山噴發(fā)能量呈東強(qiáng)西弱的特征，巖相平面展布以火山口為中心，自東向西由爆發(fā)相向溢流相過(guò)渡，形成爆發(fā)相—溢流相—火山沉積相平面組合模式，距離火山口越近，物性越好，優(yōu)勢(shì)巖相越發(fā)育(見(jiàn)圖8)。

圖8 車排子凸起石炭系火山巖優(yōu)勢(shì)巖相平面分布Fig.8 The distribution of dominant lithofacies of Carboniferous volcanic reservoir of the Chepaizi Uplift

沿紅車斷裂帶上盤，爆發(fā)相集中分布于單斜軸部，其中角礫巖為爆發(fā)相中優(yōu)勢(shì)巖性，凝灰?guī)r距離火山口相對(duì)較遠(yuǎn)，物性和含油性相對(duì)較差。研究區(qū)西北部發(fā)育大量溢流相火山巖體，呈條帶狀連片分布于單斜翼部，玄武巖為溢流相中優(yōu)勢(shì)巖性，研究區(qū)北部發(fā)育一定規(guī)模的火山沉積相，主要發(fā)育沉凝灰?guī)r，可作為良好的蓋層封堵油氣。

4 結(jié)論

(1)車排子凸起石炭系發(fā)生三期火山噴發(fā)，由深到淺依次為C1、C2、C3期，每個(gè)噴發(fā)旋回底部以中性安山巖或基性玄武巖噴發(fā)開(kāi)始，以火山噴發(fā)間歇期火山沉積巖結(jié)束，形成下粗上細(xì)的正韻律旋回。

(2)研究區(qū)石炭系火山巖發(fā)育7個(gè)火山巖體、2個(gè)火山通道。火山噴發(fā)以中心式噴發(fā)模式為主，C2期主要發(fā)育溢流相火山巖體，C1期發(fā)育爆發(fā)相火山巖體，C3期遭受剝蝕嚴(yán)重，不同噴發(fā)期次形成的火山巖體縱向上互相疊置，平面上沿紅車斷裂呈串珠狀連片疊加分布。

(3)研究區(qū)火山噴發(fā)能量自東向西逐漸變?nèi)?，火山口受?gòu)造擠壓作用影響而自東向西發(fā)生遷移，形成爆發(fā)相—溢流相—火山沉積相平面組合模式，距離火山口越近，物性越好，優(yōu)勢(shì)巖相越發(fā)育，在單斜軸部及構(gòu)造高點(diǎn)發(fā)育角礫巖、玄武巖優(yōu)勢(shì)巖相。