新疆北部石炭系火山岩地层油气藏特征及其主控因素

2013-10-17杨迪生任军民陈中红徐春丽

特种油气藏 2013年4期

杨迪生，任军民，陈中红，徐春丽，刘雯

(1.中油新疆油田分公司，新疆克拉玛依 834000;2.中国石油大学，山东青岛 266580)

引言

新疆北部石炭系火山岩是经构造运动改造过的油气成藏，从勘探历程、进展和已发现的油气藏类型及成藏条件都证明了其复杂性［1－3］。从目前的研究来看，火山岩按圈闭类型分为风化壳地层型和内幕岩性型2类，其成藏特征因区域的不同而有差异性。已有学者研究表明，原生型火山岩油气藏的储集空间类型以原生孔隙和微裂缝为主［4］，但地层型油气藏的特征尚不明确。近年来，在准噶尔盆地克拉美丽气田和三塘湖盆地都发现了具有一定规模的火山岩风化壳型油气藏，并通过勘探逐步落实了准噶尔盆地克拉美丽千亿方大气田和三塘湖盆地牛东亿吨级大油田［5－6］。从现有的资料看，一方面火山岩地层型油气藏展现了巨大的勘探潜力，另一方面又显示了对这一类型油气藏研究的薄弱程度［6］。新疆北部发育不同类型的风化壳型地层油气藏，其油气藏特征和成藏主控因素等差别较大。

本文通过分析该区不同类型风化壳型地层油气藏特征，揭示其成藏特征和主控因素的差异，为该区下一步油气勘探提供依据。

1 区域地质概况

新疆北部地区是指天山以北、阿尔泰以南的广大区域，主体属于哈萨克斯坦板块［7］。石炭纪是新疆北部地区构造活动及火山活动频繁发生的时期，总体可分成2个阶段:早石炭世为陆—陆碰撞阶段，火山岩沿缝合带发育;晚石炭世为碰撞后阶段，火山岩沿断裂带发育。由于构造环境的转化，使得上石炭统与下石炭统之间形成了角度不整合。石炭纪末期区域整体抬升，上石炭统地层遭受风化淋滤作用，在石炭系顶部形成了风化壳，与上覆地层之间形成区域不整合［6－8］。石炭系火山岩主要由中—基性、酸性熔岩和火山碎屑岩类组成 (图1)，经过构造演化和不同级次沉积间断的风化淋滤改造，石炭系顶面火山岩形成了以风化淋滤为主的次生孔隙—裂缝型火山岩储层，在其中具备成藏条件的圈闭中聚集油气，形成了地层型油气藏。

新疆北部石炭系火山岩地层型油气藏，按形态可分为层状、块状、梳状3类，按油气来源可分为自生自储和新生古储2类。基于对已发现的7个石炭系典型风化壳地层油气藏综合分析，可归为4种类型，即克拉美丽气田中的滴西10、滴西14、滴西17、滴西18井区4个气藏为石炭系自生自储火山岩风化壳地层块状油气藏;牛东油田石炭系卡拉岗组油藏为石炭系自生自储火山岩风化壳地层层状油气藏;准噶尔盆地西北缘克—百断裂带上盘石炭系油藏为新生古储火山岩风化壳地层梳状油气藏;石西油田石炭系油藏为新生古储火山岩风化壳地层块状油气藏。

2 自生自储火山岩风化壳地层型油气藏

新疆北部石炭系碎屑岩与火山岩互层，由于剧烈构造运动的改造，部分地区地层发生倾斜，选择性风化淋滤，可形成风化壳地层块状油气藏，如克拉美丽气田［9－11］;部分地区地层近水平分布，风化淋滤沿火山岩层状风化，可形成风化壳地层层状油气藏，如牛东油田［12］。

2.1 克拉美丽气田火山岩风化壳地层型块状油气藏

克拉美丽气田位于准噶尔盆地腹部陆梁隆起东段滴南凸起上，由滴西10、滴西14、滴西17、滴西18井区4个气藏组成，属风化壳地层型气藏。滴南凸起带石炭系自西向东地层由新到老分布，顶部与二叠系呈角度不整合接触(图2)。石炭系顶面构造形态为南北两侧为边界断裂所切割、向西倾伏的大型鼻状构造。

克拉美丽气田的烃源岩发育层位为下石炭统滴水泉组与上石炭统巴塔玛依内山组湖相沼泽煤岩与暗色泥岩层段。储集体为上石炭统巴塔玛依内山组火山岩，岩性主要为玄武岩、安山岩、流纹质熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩、火山角砾岩及浅成侵入岩花岗岩，岩相主要为爆发相、溢流相［10－11］。气藏盖层为上石炭统巴塔玛依内山组顶部风化黏土层与上二叠统上乌尔禾组深灰色泥岩、粉砂质泥岩。

滴南凸起自西向东分布多个气藏，整体是天然气富集区。最西端的滴西17井区的主力产层岩性为玄武岩，向东部削蚀尖灭，上倾方向是上、下火山序列之间的暗色泥岩，与上覆的二叠系泥岩形成遮挡，为不整合遮挡气藏。中部的滴西14井区储层岩性复杂，溢流相基性玄武岩、酸性流纹岩、爆发相凝灰质角砾岩，上倾方向泥岩段形成遮挡，为复合火山岩锥体岩性气藏。滴西18井为浅成侵入花岗岩体，南侧受断裂遮挡。最东端滴西10井区块空落相凝灰岩发生相变，南侧受断裂遮挡。滴西17、滴西14、滴西18、滴西10井区各气藏均有各自独立气水界面。

2.2 牛东油田火山岩风化壳地层层状油藏

牛东油田位于三塘湖盆地马朗凹陷中北部牛东鼻状构造带牛东2号构造上(图3)。烃源岩为姜巴斯套组(C1j)、巴塔玛依内山组(C2b)、哈尔加乌组(C2h)3套湖相沼泽煤系泥质烃源岩。储集体为上石炭统卡拉岗组火山岩风化体。卡拉岗组发育四期火山岩，岩性主要为玄武岩、安山岩、流纹质熔结凝灰岩、凝灰岩、火山角砾岩，岩相主要为爆发相、溢流相。喷发间歇期发育薄层火山碎屑岩，一般为凝灰岩或凝灰质粉细砂岩。油藏盖层为储层顶部风化黏土层与中二叠统芦草沟组深灰色泥岩、粉砂质泥岩。

三塘湖盆地牛东油田上石炭统卡拉岗组火山岩油气成藏主要受不整合面有关的风化淋滤作用、岩性及构造背景控制。牛东鼻隆带长期处于较高的构造位置，不仅控制油气运聚方向，而且在牛东2号构造上构造位置的高低对油气分布也起到了控制作用，如钻探在较低位置的马801井和马23井试油以产水为主，含少量油花。在溶蚀过程中，成岩早期熔岩杏仁体、粒间孔隙和粒边缝中充填的方解石极易在溶蚀作用下产生溶解，在其他地区不易产生溶蚀的沸石在本区也独具特色，表现为高钙低硅的特点，也会产生溶蚀作用。在风化淋滤作用下形成杏仁体被完全溶蚀或部分被溶蚀的杏仁状熔岩、沿着角砾边缝溶蚀的自碎角砾状熔岩和火山角砾岩。自碎角砾状熔岩储集性能和含油性最好，其次为杏仁状玄武岩和安山岩，再次为火山角砾岩。

图2 克拉美丽气田滴西14井区气藏综合图

图3 三塘湖盆地牛东—马北区块石炭系卡拉岗组油藏剖面

3 新生古储火山岩风化壳地层型油气藏

3.1 准噶尔西北缘上盘石炭系大型地层梳状油藏

石炭系沉积时形成的火山岩遭受抬升，经过长期风化淋滤作用，沿顶面形成有利储层。受逆冲作用的影响，断层分布易呈阶梯状，在断裂改造下，储层更发育并沿断裂带形成梳状储层。石炭系顶面风化黏土层和后期沉积泥岩形成上覆盖层遮挡，侧向上受稠油遮挡，形成有利的地层圈闭，油气在其中聚集成藏，形成大型地层梳状油藏，如准噶尔盆地西北缘克—百断裂带上盘石炭系火山岩油藏(图4)。

图4 准噶尔盆地西北缘克—百断裂带上盘六七九区石炭系油藏综合图

准噶尔盆地西北缘主要存在石炭系、下二叠统佳木河组、风城组和中二叠统下乌尔禾组4套烃源岩，以佳木河组、风城组和乌尔禾组为主。油气源对比分析和相关勘探成果显示，西北缘克—百断裂带上盘石炭系原油来源于风城组烃源岩。储层的储集空间类型受控于岩性，以次生孔隙和微裂缝为主(图5)。裂缝沿西北缘石炭系上盘断裂带附近集中交错发育，由此形成的优势储层与主断裂形成整带分布的格局。然而，克—百断裂带上盘石炭系油气的分布受石炭系顶面斜坡控制，断层面并未对油气起到封隔作用。石炭系油藏受断层控制呈台阶状分布，两级台阶顶面的高程差为前一阶油藏的高度［13］。综合分析，西北缘石炭系上盘油藏是以裂缝—孔隙双重介质为主，受侵蚀面、岩性、裂缝和稠油阻挡控制的梳状油藏。

图5 石炭系不同岩性微裂缝及溶蚀孔隙微观照片

3.2 石西油田火山岩风化壳地层型块状油藏

石西石炭系火山岩块状油藏(图6)，形似三角形，西、南、北东方向分别被石002井西断裂、石西1井南断裂、石西2井北断裂切割包围［14］。石西地区长期继承性隆起，二面临凹，凹陷内发育二叠系烃源岩，油气主要来源于二叠系佳木河组(P1j)和风城组(P1f)。储集岩性为中性安山岩、安山质火山角砾岩以及中酸性英安岩、英安质角砾熔岩，岩相为火山爆发相和溢流相。储集岩基质物性以较高孔隙度、低渗透率为主体。储集空间主要为与裂缝连通的溶蚀孔隙，古潜山主体部位是储集物性最好的区域。

石炭系沉积之后，处于背斜构造高部位的火山岩受构造运动整体抬升，遭受长时间风化剥蚀，酸性火山岩形成有利储层，被后期三叠系白碱滩组泥岩遮挡形成古潜山地层圈闭，背斜形态至今仍保存。二叠系烃源岩生成的油气受断裂和不整合输导从侧翼运移聚集在圈闭中聚集成藏。油藏具有统一的油水界面，整体呈块状。由于岩性和孔隙结构特征的变化，引起油层有效厚度分布的非均质性和油水过渡带的不均一特征。油藏宏观上受构造控制，内部受溶蚀孔隙和裂缝发育状况影响，油层主要分布在油藏的中、上部。油水过渡带的长短受储层孔隙结构影响，孔喉半径大的储层油水过渡带短，孔喉半径小的储层油水过渡带长。本区不同岩性储层的油水过渡带存在明显差异，其最大差异可为50～90 m，其中角砾熔岩较短，集块岩次之，其次是致密凝灰岩和条带状熔岩。