中拐凸起石炭系火山岩喷发模式及其分布规律

仲伟军，姚卫江，贾春明，关 键，余海涛

(中国石油新疆油田公司勘探开发研究院地球物理研究所，新疆 乌鲁木齐 830013)

中拐凸起石炭系火山岩喷发模式及其分布规律

仲伟军，姚卫江，贾春明，关 键，余海涛

(中国石油新疆油田公司勘探开发研究院地球物理研究所，新疆 乌鲁木齐 830013)

准噶尔盆地西部隆起中拐凸起石炭系被断裂分割为不同断块油藏，具有不同的油水界面，均为受断裂控制的带底水的块状油藏。厚层状火山岩体，裂缝发育，双重介质，油水关系复杂；火山角砾岩及熔岩均可成为良好的火山岩储集体。钻探显示，整个中拐凸起石炭系普遍含油，古隆起高部位油气更为富集，是目前有利的勘探领域。结合火山岩岩性岩相展布特征，剖析了火山岩喷发模式及其分布规律及主控因素，提出了裂缝式火山喷发模式、其分布主要受控于火山口及古地貌。

中拐凸起 石炭系 火山岩喷发模式 准噶尔盆地

近几来，中拐凸起石炭系完钻的jinl10井区获得高产工业油流，是油气富集的有利位置，也是未来油气勘探的有利方向[1-4]。研究区石炭系内部岩性较为复杂，岩石类型为岩浆岩和沉积岩。以低孔、低渗或特低渗储层为主，储层中火山角砾岩和安山岩物性最好，其次是凝灰岩及玄武岩，花岗岩物性最差；石炭系火山岩储层的孔隙度变化范围较大，64.29%的样品的孔隙度在2%～6%之间，最大孔隙度可达14.90%，最小孔隙度为1.1%，平均孔隙度为4.85%。而样品渗透率普遍较小，50%左右的样品渗透率分布在0.1×10-3μm2以下，由此认为，石炭系储层以孔隙为储集空间，但孔隙较为孤立，连通性较差，若裂缝发育，则物性会有所改善。因此，该区石炭系主要储层为裂缝—孔隙型储层。为了摸清火山岩储层的分布特征，预测有利岩性、岩相带，研究人员首先分析了火山岩的测井响应及岩性、岩相特征。其次，细化了火山岩的地震响应特征，明确火山岩喷发模式、期次及分布规律。为目的层火山岩储层预测提供可靠依据。

1 火山岩储层地球物理响应特征

在系统研究了几种主要火山岩的测井响应特征之后，将中拐凸起火山岩分析资料布置于火山岩分类图上(图1)。

图1 中拐凸起石炭系火山岩岩心TAS分类

从图1可以看出，中拐凸起火山岩岩性类别分布比较广泛，以中基性火山岩为主，从玄武安山岩、安山岩到英安岩等也都有分布。

2.1 测井响应特征

在分析岩屑、岩心等录井资料的基础上，综合大量岩矿鉴定数据和GR、AC、RT、FMI等测井数据，利用岩心标定测井，认为中拐凸起石炭系火山岩测井响应特征主要受火山岩的致密程度、化学成分以及后期发生蚀变现象等因素的影响[5]。主要火山岩测井响应特征如下：

玄武安山岩自然伽马数值低，一般在10～45 API，形态较平稳；电阻率值中等到高值，一般在30～1 000 Ω·m，形态较平稳；密度值高，一般在2.55～2.86 g/cm3；声波时差较低，一般低于60 μs/ft；成像表现为高阻块状特征。

火山角砾岩的电阻率明显低于熔岩；密度值降低，声波时差升高，一般在60～70 μs/ft，自然伽马数值降低；岩心中见明显角砾，成像资料中见角砾。

花岗岩自然伽马数值中低，一般在40～70 API，形态较平稳；电阻率值高值，一般在100～10 000 Ω·m，形态较平稳；密度值高，一般在2.60～2.70 g/cm3；声波时差较低，一般低于60 μs/ft；成像表现为高阻、块状。

2.2 地震响应特征

通过对中拐凸起已完钻的jinl6井、jinl10井、jinl11井、jinl101井的石炭系火山岩进行精细标定和对比，沿中拐凸起石炭系火山岩顶界面提取了三种基本地震属性(振幅属性、瞬时频率、瞬时相位)确定了火山岩的平面展布形态，区分了火山岩与周边围岩明显的响应差异(图2)。

图2中，不同火山岩的基本属性特征如下：最大振幅属性显示了火山岩地层呈现出同相轴不连续、杂乱反射；瞬时频率则为火山岩具有低频特征；而瞬时相位显示为相位高—不连续特征。通过红色—蓝色、绿色分布范围可以粗略勾绘出中拐凸起石炭系火山岩展布范围。

图2 中拐凸起石炭系火山岩各类属性平面

2.3 火山岩岩相特征

中拐凸起纵、横向分布着规模较大的中基性火山岩(岩性主要为安山岩、火山角砾岩、凝灰岩[6])，主要发育火山沉积相、爆发相，局部发育火山通道相。主要储层是以爆发相、溢流相的火山角砾岩及安山岩为主。其中，安山岩代表的溢流相主要分布于中拐凸起东斜坡带。通过岩性、岩相划分认为jinl10-jinl6井区是石炭系岩性岩相最有利的区带。另外，在地震剖面上，花岗岩火山通道相为杂乱反射特征；安山岩、角砾岩爆发相则为弱—中等连续性反射特征。通过对jinl13井、jinl10井、jinl11井、jinl12井、jinl14井的连井电阻率神经网络模拟分析，结论一致(图3)。

图3 石炭系火山岩电阻率神经网络模拟剖面

3 火山岩喷发模式及其分布规律

3.1 火山喷发模式分析

火山喷发模式的建立可以有效预测火山岩空间展布和相带分布规律，进而寻找有利储层发育区，对勘探目标优选具有重要意义[7]。研究区内发育的两条走滑断层(hong3井东侧断裂、598井断裂)，为油气运移提供了通道，沿走滑断层两侧有望形成丰富的油气聚集带。中拐凸起石炭系形成了在两条走滑断裂夹持的背景下，被北东—南西向断裂分割为阶梯状的3个条带；其深部石炭系存在一个明显的火山机构，是由中心的火山通道相(局部)及其爆发相、溢流相、火山沉积相构成的多个丘状火山机构复合体。造成多期次发育火山岩体与周围沉积岩形成互层。根据火山岩展布与断裂特征的关系、火山机构的分布形态及相互之间的接触关系。最终确立了研究区火山活动为复合式火山喷发模式，其主要表现为具有复式火山口组合的裂隙—中心式喷发，即断裂活动为岩浆向上侵蚀喷发提供通道，岩体主要沿断裂走向成带分布。

3.2 火山喷发期次探讨

通过jinl10井、jinl101井、jinl061井、jinl6井的测井资料与地震资料研究分析，纵向上将石炭系火山岩喷发分为两个期次，岩性为角砾和熔岩互层。喷发期次1上部储层在油藏范围内以溢流相熔岩为主，若气孔和裂缝发育也能成为较好储层。喷发期次1的下部爆发相火山角砾岩为主；上部溢流相熔岩为主；喷发期次2主要是以爆发相火山角砾岩为主(图4)。

图4 中拐凸起石炭系连井对比

图5 石炭系火山岩储层优势岩相属性平面

综合以上认为，研究区石炭系火山岩储层优势岩相分为上、中、下三套，喷发期次2储层以石炭系顶面风化壳和爆发相角砾岩为主，是较好的储层。喷发期次1下部储层以爆发相为主是较好的储层。除jinl10井构造位置相对高获油外，其余井均为钻遇，且构造位置均处于油水界面之下。由此我们可划分出两个喷发期次，中下储层属于一个喷发期次，上储层为另外一个喷发期次(图5)。

3.3 火山岩裂缝发育预测

石炭系裂缝类型复杂，按其成因主要分为构造缝和成岩缝；按其组合形态可分为斜交缝(jinl11井)和网状缝(jinl10井、jinl101井等)；按充填情况可分为充填缝、半充填缝和未充填缝；按规模大小分为大裂缝和小裂缝。其中，构造缝的尺度大、地震属性检测较为有效，裂缝走向与构造应力方向一致，裂缝发育带与高曲率区具有对应性。

在对裂缝的定性、定量研究之后，结合地震属性及反演对裂缝平面分布进行预测[8]。通过提取石炭系火山岩的三维曲率体数据，利用三维可视化显示，裂缝发育带与高曲率区具有对应性(图6)

图6 中拐凸起石炭系顶界曲率三维图像

3.4 喷发期次与裂缝发育的形成

喷发期次2：主要为4组构造裂缝，方向性明显，其中，NE和近EW的裂缝比较发育，其次是NW和近SN，此外还有星点状不规则分布、与基质孔隙有关的裂缝。

喷发期次1上部：裂缝发育程度降低，仅存在与断裂相关、条带状分布的构造缝。

喷发期次1下部：裂缝不发育，呈零星状分布，说明裂缝在后期成岩作用过程中被充填的程度高(图7)

图7 中拐凸起石炭系裂缝预测发育

图7中很好得显示了两期喷发期次中，裂缝的发育强度，其中，喷发期次2裂缝发育最强，而喷发期次1下部最弱。

3.5 火山岩分布特征

火山岩体的地震刻画常用的方法是依据地震反射结构的“相面法”，这种方法受到地震资料品质、不同火山岩组合和多期次叠置的综合影响，因此，火山岩体刻画精度低。尽管火山岩非均质性强，但由于裂缝较为发育，且处于古隆区，长期暴露于地表，经过长期风化、淋滤改造，火山角砾岩及熔岩均可成为良好的火山岩储集体。在已钻井所钻揭的350 m范围内，由上至下大致可分为上、中、下三套储层，具有似层状结构，上储层以爆发相为主，其中，Ⅰ类储层位于其顶部风化壳。中部以溢流相为主，下部以爆发相为主。因此，研究区石炭系岩性、岩相最有利的区带是jinl14井—guai16井—jinl10井jinl6井—guai10井一带。而火山角砾岩主要分布在西部火山沉积岩和东部安山岩之间，相对而言，玄武岩及花岗岩分布较为局限，花岗岩主要分布在jinl5井—guai26井区范围内。

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4 油藏主控因素分析

研究区石炭系古构造控制了成藏有利区，油藏主要受断裂控制，局部受岩性或地层控制，储层的优劣、油藏的保存条件决定了油气的富集程度、油藏规模及油气水分布的差异[9]。

4.1 构造演化与油气成藏的关系

石炭纪晚期：受准噶尔—吐鲁番陆块挤压作用的影响，西北缘与古哈萨克斯坦地块前缘间强烈碰撞拼合，区域性的挤压应力场作用于中拐地区并造成红车走滑断裂带强烈活动，断层上下盘的差异抬升形成了中拐鼻状隆起。

早二叠世晚期:火山活动快速隆升，造成之后沉积的风城组和夏子街组地层尖灭线向东快速后退，在中拐—五八区大面积缺失风城组和夏子街组沉积。

中二叠世晚期:火山活动间歇期。下乌尔禾组表现为向中拐凸起上超，下乌尔禾组的尖灭线明显向西方向前进，说明中拐凸起在中二叠世晚期开始发生大规模湖进。

晚二叠世:构造运动趋于平缓，红车断裂带和hong3井断裂带活动强度减弱，中拐凸起开始进入潜伏埋藏阶段。到上乌尔禾组沉积时，在中拐凸起发生大规模上超，表明该时期断裂活动明显减弱。

4.2 古隆起对油气成藏的影响

图8 中拐凸起三叠系沉积前石炭系古隆起

图8中，表明中拐凸起是一个大型继承型古隆起，南北被两条大型逆断裂夹持，二叠系上乌尔禾组直接超覆沉积在石炭系之上，上乌尔禾组稳定的泥岩作为良好的盖层，两条大断裂作为油源通道分别沟通两大主力生烃凹陷，油气沿断裂及不整合面向凸起高部位运移，成藏条件极为有利。

4.3 断裂对油气成藏的控制作用

在断裂活动时期，由于应力的释放，产生大量的微裂缝，断裂带的渗透率远远大于非断裂带的渗透率，是流体优先选择的运移通道。虽然断裂活动时间有限，仍可以汇聚大量的流体。断裂作用大大提高岩石孔渗性，火山岩由于断层剪切破碎，成为高渗透带。断裂活动期，碎屑岩及火山岩都可作为油气运移良好通道。

断裂作用下岩石破裂而形成的裂缝，是酸性水溶液，有利于产生溶蚀孔隙，使孔隙度增加。

4.4 不整合面对油气成藏的连通作用

在整个红车断裂带上盘，石炭系火山岩地层顶部普遍发育大范围的不整合面，致使石炭系地层直接与上面二叠系、侏罗系和白垩系地层接触。从东向西，石炭系的上覆地层由老到新。不整合面对油气藏形成的影响：一方面，油气由断裂运移至不整合面后，沿着不整合面向上(西)运行，遇到孔缝发育的地层，充注其中形成油气藏；另一方面，位于不整合面附近的火山岩地层，后期受到上覆地层压实，水溶和泥质充填，孔缝特征遭受改造。水溶过程中一方面带走火山岩内可溶矿物，增大孔缝，改善储渗条件；同时某些孔隙内粘土矿物遇水膨胀，使岩石粘土化，使储层空间减小，形成油气藏的封盖层。

综上所述，中拐凸起在石炭纪—二叠纪经历了强烈的抬升、褶皱和剥蚀，石炭系内部断裂较发育从而改善了储层的储集性能；石炭系油藏为受古火山机构和岩性控制的非均质块状断块或断层—岩性规模高效油藏。另外，油藏平面上受断层、火山岩相分布控制；纵向上油藏受古隆起和火成岩喷发层序控制，主要分布于距石炭系顶面100～400 m范围内。含油性好坏取决于物性、裂缝的匹配，以及与输油气断裂、不整合面的连通性。溶蚀作用形成的溶孔、溶缝致使油藏纵、横向发育不均一。火山岩油气藏受构造、岩性等多方面因素影响。

5 结论

(1)中拐凸起石炭系火山岩储层岩性主要以大套中基性安山岩及火山角砾岩为主，储层规模大。

(2)石炭系主要发育爆发相、溢流相、火山沉积相，局部发育火山通道相。其中，安山岩代表的溢流相主要分布于中拐凸起东斜坡带；火山角砾岩代表的爆发相主要分布在西部火山沉积岩和东部安山岩之间。

(3)研究区油藏类型为受断裂控制的、带底水的块状油藏。石炭系古构造控制了成藏有利区，油藏主要受断裂控制，局部受岩性或地层控制，储层的优劣、油藏的保存条件决定了油气的富集程度、油藏规模及油气水分布的差异。

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(编辑 曹征远)

Volcanic eruption pattern and distribution of carbonifero volcanic rocksin Zhongguai Uplift of Junggar Basin

Zhong Weijun，Yao WeiJiang，Jia Chunming，Guan Jian，Yu Haitao

(GeophysicalDepartment，ResearchInstituteofExplorationandDevelopment，XinjiangOilfieldCompany，CNPC，Urumqi830011，China)

Zhongguai Uplift carboniferous in the western Junggar Basin was segmented by fault into different fault block reservoirs with different oil-water interfaces,which are all massive reservoirs with bottom water controlled by faults.In addition，the thick layered volcanic rock mass，the crack development，the dual medium，the complex oil-water relationship，the volcanic rock and the lava can all become good volcanic reservoir bodies.The drilling showed that the whole Zhongguai Uplift carboniferous system is generally oil-bearing，and the oil and gas in the high part of the paleo uplift is enriched，which is a favorable exploration area.With the combination of volcanic rock lithology and lithofacies distribution characteristics，it was analyzed on the volcanic eruption pattern，its distribution and main controlling factors.The fissure type volcanic eruption pattern was proposed，of which distribution was mainly controlled by the crater and paleo geomorphology.

Zhongguai Uplift；carbonifero；volcanic eruption pattern；Junggar Basin

2015-06-08；改回日期：2015-10-15。

仲伟军(1966—)，工程师，现从事地震地质研究。联系电话：0991-4299906，E-mail：zhongwj@petrochina.com.cn。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.003

TE122.2

A