车排子凸起火山岩油藏成藏主控因素和模式

商丰凯,陈 林,王 林,韩梓航,刘子超

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院,山东东营 257000)

车排子凸起火山岩油藏成藏主控因素和模式

商丰凯,陈 林,王 林,韩梓航,刘子超

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院,山东东营 257000)

以录井、测井、薄片和地震资料为基础,解剖车排子凸起已发现火山岩油藏,分析油气成藏主控因素,建立成藏模式.结果表明:石炭系火山岩油藏储集空间有原生孔隙、次生孔隙和裂缝等类型.油气沿油源断层和“毯砂“进行复式输导,石炭系顶面“硬壳“为良好盖层.车排子凸起火山岩油藏成藏主控因素为“毯砂“、岩性、“硬壳“,物性优越的“毯砂“为石炭系油气富集提供良好的输导条件,有利岩性为油气提供优质的赋存条件,石炭系顶面区域性“硬壳“是油气大面积成藏的关键.车排子凸起火山岩油藏成藏模式为昌吉凹陷二叠系油源、断层和“毯砂“复式输导、有利岩相富集、“硬壳“封盖的断块油藏.将该成果应用于勘探部署中,多口探井钻探成功.

车排子凸起;火山岩油藏;储集特征;成藏主控因素;成藏模式

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.05.002

0　引言

准噶尔盆地是中国含油气盆地中火山岩油气藏勘探成果最为丰硕的盆地.1957年,克拉玛依油田九区222井在石炭系首次获得工业油流,日产油7.25 m3[1].近10 a来,随着火山岩勘探理论的不断完善和物探试油技术的进步,准噶尔盆地相继在五彩湾、北三台、滴北等地区发现多个大中型油气田,形成火山岩油气藏储量和产量增长的高峰期[2-6].目前随着勘探程度的提高,准噶尔盆地车排子凸起在石炭系发现多个火山岩油藏.随着钻井的不断增多,证实石炭系火山岩油藏具有储层非均质性较强、含油性变化大的特点,其油气分布的复杂性也逐渐显现.因此,有必要研究火山岩油藏成藏主控因素和成藏模式.

早期对车排子凸起的研究主要集中于中浅层(侏罗系、白奎系和新近系沙湾组等)[7-19],对石炭系的研究偏少.王坤等分析石炭系岩性识别方法和储层特征,应用岩性识别图版、成像测井和Fisher判别法识别岩性,利用岩心观察、铸体薄片和成像测井分析储集类型,发现火山角砾岩和火山熔岩储集性能较为优越[20].程长领、伊万顺等分析车排子凸起春风油田石炭系火成岩储层控制因素和分布,认为储层发育的控制因素有岩石类型、构造运动(断裂)和风化淋滤作用[21-22].与车排子凸起石炭系火山岩储层特征的研究相比,针对成藏规律的研究较少,制约勘探的持续深入.在解剖车排子凸起石炭系已知油藏的基础上,笔者分析岩性和储层特征、油源特征、输导条件及盖层特征,明确车排子凸起石炭系火山岩油藏成藏主控因素和成藏模式.该研究成果对于进一步扩大石炭系的油气勘探具有指导意义,同时,对其他火山岩区的油气勘探也有借鉴作用.

1　地质特征

车排子凸起构造位置上隶属于准噶尔盆地西部隆起,东面以红车断裂带为界,与昌吉凹陷及中拐凸起相接,南面以艾卡断裂为界,与四棵树凹陷相邻(见图1和图2),自晚海西期隆升定型以来,长期保持正向构造的形态[7].

车排子凸起地层发育不全,缺失前石炭系、二叠系和三叠系,自下而上依次发育石炭系、中生界的侏罗系和白奎系、新生界的古近系和新近系.石炭系为钻井和地震揭示的最老地层,在整个车排子凸起有分布,钻井揭示最大厚度为2 737 m(未钻穿),根据地震资料推测厚度大于5 000 m.石炭系之上的侏罗系至新近系为沉积岩,岩性为砾岩、砂质砾岩、含砾砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等,厚度分布于400～1 400 m之间.

图1　车排子凸起及邻区构造单元划分Fig.1 Division of tectonic units of the Chepaizi uplift and adjacent region

图2　过p666井东西向地震剖面(剖面位置对应图1的A-A')Fig.2 East-west-trending seismic interpretation profile of p666(the location corresponds to A-A'in Fig.1)

2　油藏解剖

目前,车排子凸起石炭系发现的火山岩油藏有p60、p66、p61、p666、p668、p674、p673等7个,油藏纵向上位于距石炭系顶面400 m的范围内,受到石炭系风化壳的控制;埋深为600～1 200 m,属浅层油藏.油藏类型为“风化壳型“断块油藏,含油高度介于128～349 m之间,每个含油断块具有独立的油水系统,并且被试油资料证实.出油层段的岩性主要为火山角砾岩、安山岩和凝灰岩(见图3).油层压力为10.68～12.25 MPa,压力因数为1.07～1.08,油层中部温度为36～41℃,地温梯度为2.25℃/100 m,为常压低温系统.石炭系在温度为20℃时,原油密度为0.939 8～0.966 5 t/m3;在温度为50℃时,黏度为390～8 968 mPa·s,含硫质量分数为0.1%～0.2%,属于低含硫重质稠油.

图3　车排子凸起石炭系东西向油藏剖面Fig.3 West-east-trending reservoir profile of the Carboniferous in the Chepaizi uplift

车排子凸起石炭系油藏特点:首先,出油段岩性为火山岩,目前钻遇沉积岩的井尚未发现荧光及以上油气显示;其次,石炭系油藏含油高度大、丰度高,说明有高效的输导体系为它提供充足的油气;再次,石炭系上覆地层为砂岩和含砾砂岩,不发育稳定泥岩,需要研究其封盖条件.

3　油气成藏特征

3.1储集层

3.1.1储层岩石学

车排子凸起石炭系岩石类型复杂,主要发育三大类:火山碎屑岩类、火山熔岩类和沉积岩类.其中,火山碎屑岩类主要包括凝灰岩和火山角砾岩;火山熔岩类主要为安山岩;沉积岩类主要包括凝灰质泥岩、泥岩、细砂岩等.根据多口井的岩心观察及岩石薄片镜下鉴定,明确各类岩性主要特征.

(1)凝灰岩.见p60、p671等井.岩石类型有岩屑凝灰岩和晶屑凝灰岩.岩屑包括玄武质岩屑和安山质岩屑;晶屑成分主要为角闪石类和长石类,见少量黑云母和辉石;由于受长时间的风化淋滤作用,岩屑和晶屑发生不同程度的蚀变作用.

(2)火山角砾岩.见p66、p672等井.火山角砾成分主要为安山质,局部可见少量玄武质;角砾间多为安山质胶结,局部为火山灰胶结.

(3)安山岩.见p667、p666等井.岩石较为致密,颜色为红色、灰绿色、灰色等,多具斑状结构.斑晶为自形、半自行结构,斑晶类型主要为板状、针状斜长石及条状角闪石,斑晶体积分数为20%～35%,斑晶间多为玻璃质充填.

(4)沉积岩类的泥岩和砂岩.见p68、p67等井.以典型的沉积构造(如水平层理、含有动植物化石等)区别于其他岩类,镜下鉴定其碎屑颗粒的磨圆度和分选性较好.

根据测井解释储层段与岩性的对应关系统计表明,储层发育的主要岩石类型为安山岩、火山角砾岩和凝灰岩,不发育沉积岩.

3.1.2储集空间类型

研究区储集空间主要包括孔隙和裂缝(见图4).孔隙进一步划分为原生孔隙和溶蚀孔隙.其中原生孔隙包括气孔和晶间孔等;溶蚀孔隙包括角砾内斑晶溶孔、基质溶孔、斑晶溶孔、杏仁溶孔等[23-25].裂缝类型较多,包括风化缝、溶蚀缝、构造缝等.火山角砾岩、安山岩和凝灰岩具有较好的储集性能,但不同岩性发育的储集空间类型和组合特征略有差异.其中,火山角砾岩储集空间类型包括角砾间孔、角砾内斑晶溶孔、角砾内残余气孔及未充填缝等;安山岩发育斑晶溶孔、未充填缝等.凝灰岩主要发育角砾间残余孔、溶蚀孔和未充填裂缝.

图4　车排子凸起石炭系火山岩储集空间类型Fig.4 Reservoir space types of the Carboniferous volcanic rocks in the Chepaizi uplift

根据岩心、铸体薄片和扫描电镜资料,研究区石炭系以发育裂缝一孔隙型双重介质储层为主.孔隙之间主要由多种类型的裂缝连通,形成孔隙一裂缝型储集组合.这种储集组合类型具备优越的储集性能,孔隙度分布在6%～15%之间.通过薄片观察,油气主要分布在裂缝沟通的溶蚀孔隙及裂缝面内.

3.1.3储层控制因素

不同的岩石类型具有不同的储集空间发育特点,其孔隙类型、裂缝类型、孔隙一裂缝组合特征、孔隙和裂缝的分布密度有显著差异[26].这些差异导致一部分岩石可作为优质的储集岩,另一部分岩石类型储集性能较差.这些特点在车排子凸起石炭系也有明显表现.以安山岩为代表的溢流相主要发育的储集空间类型有气孔、杏仁孔和收缩缝.气孔主要发育在上部亚相,呈蜂窝状定向排列;中部亚相火山熔岩较为致密,几乎不出现气孔构造;下部亚相气孔分布相对较少.杏仁孔主要发育在上部亚相,是由上部亚相气孔一杏仁构造较为发育决定的.收缩缝在整个溢流相中出现.整体上,溢流相储层较为发育,是有利的火山岩相.以火山角砾岩为代表的爆发相主要储集空间类型为砾内溶蚀孔、砾间孔和裂缝.砾内溶蚀孔主要形成于火山熔岩角砾的长石和角闪石斑晶,受角砾类型和风化作用控制,凝灰岩角砾等不含斑晶的角砾类型往往不发育砾内溶蚀孔.砾间孔主要是角砾间的钙质胶结物后期遭受淋滤溶解作用形成的.裂缝分布于爆发相的各个亚相,由于爆发相岩石的脆性作用较强,裂缝发育程度也较好.因此,爆发相也是储层分布的有利火山岩相.

沉积岩在石炭系广泛发育,以硅质和钙质胶结为主要特征,岩心分析和测井解释孔隙度和渗透率极低,不能作为储层.分析不同岩石类型的储层特征,证实有利岩性及岩相是石炭系储层发育的主要控制因素.其中,溢流相的安山岩和爆发相的火山角砾岩是储层发育最为优越的岩性岩相;爆发相的凝灰岩也发育储层,储集空间类型为裂缝和溶蚀孔隙,其中裂缝较为常见,但溶蚀孔隙较少发育,储集性能差于前两种岩性;沉积岩基本不发育储层.

3.2油源

车排子地区p60、p61和p66等井在石炭系试油获得油流,其原油具有较为相似的生标指纹特征.以p66井石炭系原油为例,饱和烃总离子谱图受到影响,导致饱和烃分布较高,并且很完整.从总离子图上还可以见到一个小鼓包,Pr/Ph(姥鲛烷和植烷的丰度比)为0.72,不含β胡萝卜烷.萜烷化合物分布较好,升藿烷遭受降解,可见到25-降藿烷的含量较高;伽马蜡烷含量中等,伽马蜡烷指数为0.19.三环萜烷含量相对较高,三环萜烷和五环萜烷的丰度比为1.52,其中C20、C21、C23三环萜烷相对丰度呈“V“型分布,Ts相对于Tm丰度较低,Ts/(Ts+Tm)为0.43.升藿烷指数为0,C31升藿烷22S/(22S+22R)为0.51.孕甾烷含量较高,(孕甾烷+升孕甾烷)/规则甾烷为0.61.ααα20RC27、C28、C29甾烷相对丰度呈“反L“型分布,其中ααα20RC27、C28相对含量很低,αααC29甾烷20S/(20S+20R)为0.43,C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.48,达到成熟阶段.与昌吉凹陷主要烃源岩的生标指纹特征进行对比[27],证实油气来自二叠系烃源岩.

3.3输导体系

油气输导体系作为沟通烃源岩与圈闭的桥梁和纽带,它在油气成藏过程中控制油气的分布及规模[28-31].车排子凸起位于昌吉凹陷生烃范围以外,因此高效的输导体系成为油气运移至车排子凸起石炭系的关键.其中,红车断裂带作为油源断层,使得油气由凹陷区运移至凸起区;凸起之上的侏罗系“毯砂“为一套重要的横向输导层.

3.3.1油源断层

红车断裂是昌吉凹陷的控凹断层,也是重要的油源断层,对车排子凸起多层系含油起到重要作用(见图1和图2).红车断裂带属于西北缘前陆冲断带的南段,全长为170 km,宽为10～20 km,总体呈反“S“形,为近南北向的隐伏断裂.红车断裂平面形态为以北北西向为主的弧形断裂.红车断裂活动具有幕式的特点,断裂活动主要有三幕,第一幕为二叠纪末期,第二幕为三叠纪的中、晚期,第三幕为中、晚侏罗纪,表明红车断裂具有活动强度大、持续时间长的特点.由于存在红车断裂多期多幕的继承性活动,使得油气能够充分地运移至车排子凸起,为油气在车排子凸起的进一步运移起到重要作用.

3.3.2侏罗系“毯砂“

“毯砂“指稳定分布的厚层砂砾岩或砂岩层,能够将油源断裂输送的油气进行横向发散运移,在油气成藏过程中有重要作用[32].车排子凸起石炭系油气成藏过程,有一套横向上较为稳定、物性较为优越的“毯砂“一一一侏罗系“毯砂“.侏罗系“毯砂“主要分布于车排子凸起东部,为一套扇三角洲沉积砂体.p1和p67等井钻遇侏罗系“毯砂“,岩性主要为一套浅灰色或褐灰色角砾岩、含砾粗砂岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、细砂岩,可分为多期次粗一细的正递变旋回.岩心物性分析数据统计结果表明,“毯砂“物性较好,孔隙度主要分布于25.0%～32.0%之间,平均为27.0%;渗透率主要分布于(50～750)×10-3μm2之间,平均为157× 10-3μm2,为高孔、中渗储层.

平面上,侏罗系“毯砂“呈南北向席状展布,北部“毯砂“厚度相对较大,为120～200 m,其中p1井厚度为85 m,p67井厚度为110 m;南部厚度相对较小,为10～100 m.侏罗系“毯砂“普遍见到良好油气显示,显示级别为油迹一油浸,单井显示厚度为5～40 m,表明油气在其中进行过广泛的运移.对显示段的油砂进行地化分析,发现侏罗系砂体中的油气与石炭系原油生标指纹特征相似,证实石炭系油藏与侏罗系“毯砂“具有紧密联系.纵向上,石炭系已发现的油藏位于侏罗系“毯砂“较厚区的下部或侧缘,两者具有较好的相关性.平面展布上,侏罗系“毯砂“基本覆盖车排子凸起东部的石炭系,与石炭系形成良好的侧向对接,是石炭系良好的油气“运移毯“(见图5).

3.3.3“油源断层+毯砂“复式输导体系

红车断裂自晚海西期至现今保持继承性的活动;侏罗系“毯砂“形成于扇三角洲前缘水下分流河道微相,是一套厚度大、平面分布面积广、孔渗性较好、油气显示丰富的优质输导毯,可长期作为高效的横向运移通道.根据红车断裂和侏罗系“毯砂“复合输导体系,建立昌吉凹陷二叠系烃源岩与车排子凸起良好的石炭系圈闭“源圈关系“.

图5　车排子凸起侏罗系“毯砂“厚度Fig.5 Sandstone isothickness map of blanket sand of the Jurassic in the Chepaizi uplift

3.4盖层条件

盖层是火山岩油气藏形成和保存不可缺少的必要条件.研究区石炭系上覆地层主要为侏罗系,侏罗系为一套物性较好的“毯砂“,因此无法作为盖层.

石炭系顶面遭受严重的风化作用,使得石炭系顶部经历多个风化阶段,具体可划分为2个阶段.第一阶段是风化裂缝形成的阶段,石炭系顶部形成大量的风化裂缝;第二阶段为风化裂缝充填的阶段,大气水中的Ca2+析出,在早期开启的风化裂缝中析出沉淀,使得风化裂缝被多期次的方解石充填,丧失储集性能,并在石炭系顶面形成一层致密的“硬壳“(见图6).由于石炭系在地质历史时期遭受较长时间的风化,绝大多数石炭系地层经历第二个风化阶段,使得石炭系顶面的“硬壳“在平面上广泛分布,厚度为15～60 m.根据已钻10口井岩心分析孔隙度和测井解释孔隙度,石炭系顶面孔隙度小于3.5%,证实“硬壳“的存在.同时,“硬壳“较为致密,分布较广,成为石炭系油气成藏的区域性优质盖层.

4　成藏主控因素及模式

4.1成藏主控因素

4.1.1“毯砂“

车排子凸起远离生油凹陷(昌吉凹陷),并不是传统意义上油气易于富集的地区.对于远离油源的地区,优质高效的横向运移通道成为油气聚集成藏的重要因素.侏罗系沉积时,车排子凸起区沉积一套横向较为稳定的砂体,该砂体现今埋深在600～1 400 m之间,根据岩石薄片和物性分析,侏罗系砂岩具有较好的孔渗性;同时,该砂体一直延伸到凹陷区,并与红车断裂等油源断层相接.因此,侏罗系“毯砂“在时间和空间上保证良好的横向输导性能,为石炭系提供良好的油气输导条件.

4.1.2岩性

车排子地区石炭系发育火山岩和沉积岩2种岩性.其中,爆发相的火山角砾岩、凝灰岩及溢流相的安山岩,具有特殊的结构和构造,加上长期的风化淋滤、热液活动等地质作用,使得它们发育气孔、砾间溶孔、晶间溶孔、斑晶溶孔、风化缝、溶蚀缝、构造缝等储集空间类型.这些储集空间类型形成多种多样的储集组合类型,孔一缝大面积沟通,在区域上形成互相连通的规模较大的储集体,为油气提供良好的富集条件.

4.1.3“硬壳“

石炭系之上大面积覆盖侏罗系“毯砂“,“毯砂“虽然为油气输导提供良好条件,但是无法作为石炭系的盖层.石炭系顶面的“硬壳“,不仅岩性致密,而且横向分布范围广阔,厚度也较为稳定,将石炭系赋存的油气封盖.因此,石炭系顶面区域性“硬壳“决定石炭系大面积成藏.

4.2成藏模式

根据石炭系油藏特征及成藏控制因素,建立车排子地区石炭系的油气成藏模式:昌吉凹陷二叠系油源、断层和“毯砂“复式输导、有利岩相富集、“硬壳“封盖的断块油藏(见图7).

图6　车排子凸起石炭系顶面“硬壳“照片Fig.6 The photos of hard shell on top of the Carboniferous in the Chepaizi uplift

图7　车排子凸起石炭系火山岩油藏成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation models of the Carboniferous vocanic rocks in the Chepaizi uplift

5　应用效果

将研究成果应用到勘探部署中,对下一步车排子凸起火山岩的有利勘探区带进行圈定.目前p61-p66井区已上交控制储量超过6×107t.根据地震预测成果,p60-p68井区广泛发育爆发相的火山角砾岩、凝灰岩及溢流相的安山岩,储层条件有利,并且该区和东侧的侏罗系“毯砂“形成良好的侧向对接,油气运聚条件优越.因此,在p60-p68井区圈定有利面积130 km2.在有利区内完钻p683井,于石炭系钻遇油斑凝灰岩9.8 m/5层、荧光凝灰岩52.1 m/15层,钻探效果较好(见图8).

图8　车排子凸起石炭系有利勘探区带Fig.8 Favourable exploration area of the Carboniferous in the Chepaizi uplift

6　结论

(1)车排子凸起石炭系发育火山碎屑岩、火山熔岩和沉积岩三大岩类.其中,爆发相的火山角砾岩和凝灰岩,以及溢流相的安山岩发育原生孔隙、次生孔隙和裂缝等储集空间类型,储集物性好;储层不发育沉积岩.有利的岩性岩相是石炭系储层发育的重要控制因素.

(2)车排子凸起石炭系油气来自于东部昌吉凹陷二叠系烃源岩.输导格架为“油源断层+毯砂“的复式输导体系,油源断层为红车断裂,横向输导层为侏罗系“毯砂“.石炭系顶面发育一层横向分布稳定的“硬壳“,为区域性盖层.

(3)石炭系成藏主控因素:物性优越的“毯砂“为石炭系油气提供良好的输导条件,有利岩性为油气提供优质的赋存条件,石炭系顶面区域性“硬壳“为油气大面积成藏的关键.石炭系火山岩油藏成藏模式:昌吉凹陷二叠系油源、断层和“毯砂“复式输导、有利岩相富集、“硬壳“封盖的断块油藏.

(4)利用研究成果圈定有利勘探区,部署的探井在石炭系火山岩钻遇良好油气显示,证实该区成藏主控因素和成藏模式能够指导勘探部署.

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TE122.1

A

2095-4107(2015)05-0013-10

2015-06-04;编辑:陆雅玲

国家科技重大专项(2011ZX05002-002)

商丰凯(1985-),男,硕士,工程师,主要从事油气勘探与部署方面的研究.