准噶尔盆地车排子凸起东翼石炭系火山岩储层主控因素定量评价

魏嘉怡，孟凡超,2*，林会喜，石好果，徐佑德

(1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2.青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东 青岛 266071； 3.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东 东营 257000)

0 引 言

自20世纪初以来，随着盆地向深层勘探的深入，火山岩油气藏储量增加较快，约占地层油气藏探明储量的50%以上，火山岩油气藏已逐渐成为中国油气勘探的一个重要领域[1-2]。2000年以来，火山岩油气勘探在准噶尔、塔里木、三塘湖、松辽、渤海湾等盆地都取得了重大突破[3-4]。准噶尔盆地自1956年在石炭系火山岩中首见油气显示以来，在石炭系—二叠系火山岩中探明油气当量已超过3.6×108t[5]，火山岩已成为准噶尔盆地西北缘石炭系—二叠系的主力储层[6-8]。目前，中国石化在准噶尔盆地车排子凸起石炭系已发现规模油气储量，并上报控制储量和预测储量分别超过6×107t和1×107t[9]，证实该区是有利的油气富集区带。因此，明确石炭系火山岩储层主控因素，落实有利储层发育区，是车排子凸起油气勘探的关键。

火山岩作为一种特殊的油气储层，岩石类型多样，孔隙结构复杂，储层非均质性强，控制因素复杂[10-13]。前人对火山岩储层控制因素的研究多限于定性分析[14-24]，进而得出主控因素。其中，岩性和岩相类型[6,9,13,15-16]、构造运动[17-21]、风化淋滤作用[22-25]、成岩作用[26-28]、古地貌形态[12,29]等都是一直关注的火山岩储层主控因素。值得注意的是，不同地区、不同地质条件下火山岩储层的主控因素可能相同，但多个主控因素的排序一定存在差异。因此，储层主控因素的排序是寻找优质储层的关键。储层主控因素定量评价可以解决定性研究工作中常出现的研究结果相互矛盾、交叉以及不唯一等问题[30-31]。主控因素的量化表征能在最大程度上使研究结果与实际地质情况吻合，有利于对储层进行准确分类与评价，从而实现对油气勘探的现实指导意义。本文以准噶尔盆地车排子凸起东翼石炭系火山岩储层为研究对象，在29口井的测井、录井、钻井、试油、岩芯、岩屑、薄片等资料综合分析基础上，对储层控制因素进行系统研究，选用灰色关联法对储层主控因素进行定量评价，并对储层进行准确分类，从而为研究区油气勘探提供借鉴。

图1 准噶尔盆地车排子凸起构造位置及主要井位分布Fig.1 Tectonic Position and Main Wells Distribution in Chepaizi Uplift of Junggar Basin

1 区域地质概况

车排子凸起位于新疆维吾尔自治区沙湾县，一级构造单元属于准噶尔盆地西部隆起。东部以红车断裂带与沙湾凹陷及中拐凸起相接(图1)，南部紧邻四棵树凹陷，西北部伸入扎伊尔山山前[9,13,20-21]。该凸起是一个海西晚期形成并长期继承性发育的古凸起，现今的构造格局为喜山运动后的面貌，平面上呈三角形。这种构造格局使车排子凸起主体部位接受的沉积层厚度有限，大部分区域缺失二叠系、三叠系和侏罗系沉积[32-33]。石炭系储层主要为火山岩，火山岩受海西、印支以及燕山运动影响改造严重[34]，并且发育多条NW向、NE向和近EW向断裂。同时，海西晚期以来，凸起区一直为车排子地区构造的最高部位，长期处于沙湾和四棵树两个生烃凹陷的油气运移指向区[35-37]，油气勘探前景较好。

2 主控因素

通过对29口井的岩芯观察、铸体薄片鉴定以及孔渗研究等发现，影响准噶尔盆地车排子凸起火山岩储层形成的因素较多，但主控因素包括岩性和岩相类型、裂缝发育程度及风化淋滤作用[9,13,38-39]。

2.1 岩性和岩相类型

车排子凸起石炭系火山岩岩性和岩相类型复杂。岩性包括火山熔岩类、火山碎屑岩类、火山碎屑熔岩类和火山碎屑沉积岩类4种；岩相划分为4相8亚相[7]，4相分别为爆发相、溢流相、火山通道相和火山沉积相。不同岩性和岩相类型与孔隙度、渗透率关系(图2)表明，研究区火山岩储层发育的优势岩性是角砾熔岩，优势岩相是溢流相的角砾熔岩流亚相。

火山岩的岩性和岩相类型影响原生孔隙发育类型和程度，同时也制约着次生孔隙组合。车排子凸起石炭系火山岩近源相组合中的火山熔岩类(玄武安山岩、安山岩、角砾熔岩、自碎角砾熔岩)、火山碎屑岩类(火山角砾岩)比远源相组合中的凝灰岩、沉凝灰岩原生孔隙发育(表1)。不同岩相类型的孔隙度变化(图3)显示，孔隙度从火山口相组合到近源相组合再到远源相组合依次减小，储层物性逐渐变差。因此，岩性和岩相类型是储层形成的基础。

图2 不同岩性和岩相类型与物性的关系Fig.2 Relationships Between Different Lithology, Lithofacies Types and Physical Properties

2.2 裂缝发育程度

根据岩芯录井资料统计每口取芯井段的裂缝密度、长度、宽度，结果表明，火山岩岩性和岩相一致情况下，车排子凸起石炭系火山岩平均裂缝密度与渗透率、油气累积产量具有很好的相关性(图4)。这说明裂缝的存在一方面沟通了互不连通的原生孔隙，另一方面促进了次生孔隙的发育，使储层渗透率增大，从而影响储层的含油性。储层物性与裂缝发育程度成正相关关系，裂缝越长、越宽、密度越大，储层物性越好。

表1 火山岩中不同岩性和岩相类型储集空间发育类型Tab.1 Reservoir Space Development Types in Different Lithology and Lithofacies Types of Volcanic Rocks

2.3 风化淋滤作用

车排子凸起石炭系火山岩经历了长期风化淋滤作用，形成巨厚的风化壳。风化壳由上向下依次划分为土壤层、水解带、淋滤带、崩解带、母岩带等5层[13,25]，储层物性受风化淋滤作用影响较大。同一岩相(板状熔岩流亚相)中的安山岩类孔隙度与距不整合面距离关系(图5)表明，同一岩性和岩相火山岩随着距石炭系不整合面距离的增加，孔隙度呈规律性变化。距不整合面50 m以上主要为土壤层和水解带发育区，物性较差，可作为石炭系油气藏的盖层。淋滤带之下，储层物性与距不整合面距离成负相关关系，淋滤带的储集性能最好，崩解带次之。此外，研究区大部分油气出现在距不整合面50 m以下和距不整合面350 m以上的范围[13]。

图3 不同岩相类型的孔隙度变化Fig.3 Variations of Porosity in Different Lithofacies Types

图4 平均裂缝密度与渗透率、油气累积产量的关系Fig.4 Relationships Between Average Fracture Density and Permeability, Cumulative Oil and Gas Production

3 定量评价

3.1 评价方法

影响储层质量的多因素权重系数确定是储层主控因素定量评价工作的关键[30-31]。目前常用的确定权重系数方法主要有专家打分、层次分析、灰色关联分析、主成分分析和神经网络分析等[31,40-44]。专家打分和层次分析在确定权重系数时会加入主观判断，主成分分析不能明确单一控制因素的影响，神经网络分析需要大量的训练数据，而灰色关联分析是一种完全通过数学计算确定权重系数的定量分析方法，其在应用时所需要的数据量小，运算量也不大，具有简单、易于操作、直观等优点，评价结果更为客观、科学和合理。因此，本次研究选用灰色关联分析确定权重系数。

3.2 评价过程

3.2.1 依据影响火山岩储层质量的因素选择评价参数

油气累积产量可以用来衡量火山岩储层质量。选用油气累积产量作为母因素，影响车排子凸起火山岩储层质量的岩性、岩相、裂缝密度、裂缝长度、裂缝宽度、风化淋滤作用作为子因素。依据研究区不同岩性、岩相的物性测试结果和油气累积产量数据，并结合经验对岩性、岩相进行赋值。1～7依次赋值给沉凝灰岩、凝灰岩、自碎熔岩、玄武安山岩、火山角砾岩、安山岩、角砾熔岩；1～6依次赋值给沉火山碎屑沉积亚相、空落亚相、热碎屑流亚相、自碎熔岩流亚相、板状熔岩流亚相、角砾熔岩流亚相。用距石炭系顶的不整合面距离来刻画风化淋滤作用的程度。采用计算机拟合火山岩储层母因素与子因素相关关系(图6)，探讨子因素与油气累积产量的相关性。结果表明，岩性、岩相、裂缝密度、风化淋滤作用这4个评价参数可作为本次研究的子因素。

图5 板状熔岩流亚相中的安山岩类孔隙度与距不整合面的距离关系Fig.5 Relationship Between Porosity and Distance from Unconformity of the Andesites in the Tabular Lava Flow Subfacies

3.2.2 各评价参数的原始数据标准化及单项评价指标的计算

为了消除岩性、岩相、裂缝密度、风化淋滤作用的物理意义，使之成为具有独立意义的参数，本文选用极大值标准化法来消除这4个不同量纲间的差异。对于评价数据值越大，反映储层质量越好的指标，用单个参数数据除以本参数的极大值；而对于评价数据值越小，反映储层质量越好的指标，先用本参数的极大值减去单个参数数据，再用其差值除以极大值。根据此原理对岩性、岩相、裂缝密度采用参数值除以同类参数极大值的方法进行标准化；而对风化淋滤作用采用同类参数极大值减去单个参数数据后的差值再除以极大值的方法进行标准化(表2)。标准化后的数据即为各参数的单项评价指标。

3.2.3 各评价参数权重系数的计算

首先计算各子因素与母因素之间的绝对差值，通过计算得到绝对差值的最大值是0.936，最小值是0，然后计算关联度(表2)。对不同井的同一评价参数相对于母因素的关联度求取平均值，得到岩性、岩相、裂缝密度以及风化淋滤作用的关联度依次为0.530、0.589、0.622、0.646。最后对关联度进行归一化处理，得到每个评价参数的权重系数分别为0.222、0.247、0.261、0.271。从权重系数的大小来看，风化淋滤作用对储层的控制作用最为明显，其次是裂缝密度，最后是岩相、岩性类型。

3.3 评价结果与验证

将每个参数的单项评价指标分别乘以其权重系数，得到单项权衡指标，然后将各参数的单项权衡指标相加即得到每口井的综合评价指标(IREI)。从综合评价指标分布来看，明显趋于两类,即0.3≤IREI<0.6和IREI≥0.6。将IREI≥0.6定为Ⅰ类储层，0.3≤IREI<0.6定为Ⅱ类储层(表3)。结果表明，10口井的综合评价分类结果与实际油气累积产量吻合率高达90%。此外，在定性研究火山岩储层优势发育区时，根据研究区岩相有利发育区、裂缝有利发育区、风化壳有利发育区，得到了有利储层平面分布预测(图7)。储层定量评价的Ⅰ类储层恰好分布在平面预测图中的一类、二类储层发育区，定量评价的Ⅱ类储层位于平面预测图中的三类储层发育区，说明储层综合评价结果与平面分布预测结果吻合，评价方法可信。

表2 火山岩储层原始数据标准化及关联度计算Tab.2 Original Data Standardization and Correlation Calculation of Volcanic Reservoirs

图(a)、(b)、(e)、(f)符合地质规律；图(c)不符合地质规律；图(d)无地质规律图6 火山岩储层母因素与子因素相关关系Fig.6 Correlations of the Parent and Sub Factors of Volcanic Reservoirs

井号单项评价指标岩性岩相裂缝密度风化淋滤作用综合评价指标油气累积产量/(t·m-1)分类评价结果排666-20.4290.6670.2380.0000.3220.005排600.1430.1670.6950.2700.3270.004排6710.2860.3330.1030.6610.3520.006排6680.7140.5000.4630.5350.5480.003排666-10.5710.8330.3710.6290.6000.260排6740.7140.5000.5030.7740.6230.004排6610.8570.8330.5310.4070.6450.097排6730.8570.8330.7230.4100.6960.167排6641.0001.0000.8190.3170.7690.020排610.5710.8331.0000.7150.7870.308Ⅱ类储层Ⅰ类储层一致一致一致一致一致不一致一致一致一致一致

注：岩性、岩相、裂缝密度及风化淋滤作用的权重系数分别为0.222、0.247、0.261、0.271。

图7 石炭系有利储层平面分布预测Fig.7 Plane Distribution Prediction of Carboniferous Favorable Reservoirs

4 结 语

(1)岩性和岩相类型、裂缝发育程度、风化淋滤作用是准噶尔盆地车排子凸起东翼石炭系火山岩储层的三大主控因素。利用灰色关联分析对储层主控因素进行定量评价，结果表明，风化淋滤作用对研究区火山岩储层影响最大，其次为裂缝密度，最后是岩相和岩性类型。

(2)根据储层综合评价指标结果，将IREI≥0.6定为Ⅰ类储层，0.3≤IREI<0.6定为Ⅱ类储层。单井储层定量评价分类结果与实际油气累积产量以及有利储层平面分布预测吻合较好，评价结果可靠。