车排子凸起P66井区石炭系火山岩岩相及分布特征

2018-11-10王林

新疆地质 2018年3期

王林

(中石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257000)

准噶尔盆地自20世纪50年代发现火成岩油气藏以来，已在西北缘发现了克拉玛依、百口泉、红山嘴、车排子等油气田，累计发现油气藏40多个，探明储量近3×108t，潜在资源量超过15×108t，表明石炭系仍将是盆地西北缘地区今后的重点勘探层系之一[1-5]。前人研究表明，在盆地西北缘火山岩岩性、岩相决定了储层的发育程度和规模，研究者们对盆地西北缘火山岩岩性岩相进行了划分，李军等认为西北缘石炭系火山岩主要由喷发相、喷溢相、次火山相和火山沉积相组成[6-7]，邱子刚等根据火山喷发类型、火山物质搬运方式和定位环境，将火山岩相划分为爆发相、溢流相、火山通道相、次火山相和喷发-沉积相5类[8-10]。

车排子凸起东翼P66井区石炭系勘探程度较低，研究表明，火山岩岩性、岩相控制储层的发育，寻找有利的岩性、岩相发育区是开展火山岩储层预测研究的基础。由于该地区火山岩储层岩性复杂多变，目前已在凝灰岩、安山岩、玄武岩、火山角砾岩及花岗岩等岩性中见到油气显示，石炭系发育多期多方式火山喷发，后期遭受强烈的改造作用，导致火山岩岩性岩相空间变化快，展布规律研究难度大，制约了有利储层的预测。因此，开展该区火山岩岩相及分布特征研究，对石炭系火山岩储层预测及火山岩油藏勘探开发具重要意义。

1 研究区地质概况

车排子凸起属于西部隆起的次一级构造单元，其东以红-车断裂带为界与沙湾凹陷相接，南为四棵树凹陷，西面及西北面为扎伊尔山，北与克-夏断阶带相接(图1)。凸起平面上呈三角形，主体走向为NW向，为海西晚期形成且继承性发育的古凸起，主体部分形成于二叠纪。受海西、印支、燕山及喜山等多期构造运动影响，凸起的构造演化分为3个阶段：①晚海西至早燕山运动中期，即石炭纪末—侏罗纪凸起强烈隆升阶段；②晚燕山运动时期，凸起缓慢沉降阶段；③喜山构造运动时期，凸起快速沉降阶段。凸起大多数区域缺失二叠系、三叠系和侏罗系。同时，海西晚期以来，凸起区一直为车排子地区构造最高部位，长期处于沙湾和四棵树两个生烃凹陷油气运移指向区，油气富集程度高。研究区P66井区位于车排子凸起东北部。钻井揭示，研究区石炭系主要发育火山岩类、侵入岩类和沉积岩类。侵入岩类主要为花岗岩和花岗斑岩；沉积岩类主要为泥岩和凝灰质泥岩、沉凝灰岩；火山岩类主要有凝灰岩、安山岩、玄武岩及火山角砾岩等[11-13]。

图1 车排子凸起研究区工区位置图Fig.1 Working area location map of Chepaizi bulge

图2 四种岩相类型岩心照片与镜下照片Fig.2 The core images and microscopic photos of Four Lithofacies types

2 火山岩岩相

2.1 火山岩岩相划分

由于各地区地壳厚度、岩浆来源深度不同，衍生出多种火山岩岩相的划分方案，结合研究区石炭系火山岩的喷发及搬运特点，可将车排子地区石炭系火山岩岩相分为4类，即爆发相、溢流相、火山通道相和火山沉积相，并将爆发相分为空落亚相和热碎屑流亚相；溢流相自下而上依次分为板状熔岩流亚相、自碎熔岩流亚相和角砾熔岩流亚相；火山通道相发育火山颈亚相；火山沉积相分为沉火山碎屑沉积亚相和含火山碎屑沉积亚相。

爆发相形成于整个火山旋回的早期和后期。据野外露头及钻井资料分析表明，研究区爆发相发育热碎屑流亚相和空落亚相。其中热碎屑流亚相代表性岩石为火山角砾岩、角砾凝灰岩(图2-a)，角砾成分主要为安山岩，少量玄武岩，火山灰、火山尘及其水解物胶结成岩，棱角-次棱角状，典型的结构、构造特征为熔结凝灰结构和火山碎屑结构、块状构造。空落亚相主要是火山碎屑和火山灰在气射作用下呈自由落体或抛物线运动降落至地表，经压实作用固结而成，代表性岩石为凝灰岩、安山质凝灰岩(图2-b)，火山碎屑物主要为安山岩岩屑，次为长石晶屑，火山尘及其水解物胶结成岩，典型结构、构造特征为凝灰结构、粒序层理。爆发相主要的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。裂缝分布于爆发相的各个亚相，由于爆发相岩石的脆性较强，裂缝发育程度也较好，孔隙连通性好，整体而言，爆发相储集物性较好，储层孔隙度平均为7.2%，渗透率平均值5.5×10-3μm2，是研究区良好的储层发育岩相。

溢流相形成于整个火山旋回的中期，是熔浆在其后续喷出物推动作用和自身重力作用的共同作用下，沿着地表流动的过程中或者在某处停滞后，熔浆逐渐冷凝、固结所形成的。研究区溢流相自上而下可进一步分为自碎熔岩流亚相、板状熔岩流亚相和角砾熔岩流亚相，其中，自碎熔岩流亚相位于溢流相上部，常发育气孔-杏仁构造，代表性岩石为玄武岩、角砾熔岩(图2-c)。板状熔岩流亚相火山岩结晶缓慢，结晶较好，典型结构、构造特征为全晶质结构、块状构造，其原生孔隙和构造裂隙均发育，形成的火山岩中的孔隙分布较均匀，代表性岩石为玄武岩和玄武安山岩(图2-d)。角砾熔岩流为碎屑物质早于或同时于熔岩喷发，碎屑被岩浆胶结，具角砾熔结结构，代表性岩石为角砾熔岩(图2-e)。溢流相储层主要发育安山岩、玄武岩、同生角砾熔岩、角砾熔岩等，储集空间类型有原生气孔、杏仁孔、溶蚀孔及收缩缝等，孔渗性较好，平均孔隙度为7.8%。渗透率平均为6.8×10-3μm2，储层物性好，是区内重要的储层发育岩相。

火山通道相位于整个火山机构下部或近中心位置，是岩浆向上运移到达地表过程中滞流和回填在火山管道中的火山岩类组合，具典型的堆砌结构。研究区火山通道相主要发育火山颈亚相，该亚相是由于岩浆内压力下降，后期熔浆不能喷出地表，在火山通道中冷凝固结而成，其代表岩性为火山集块岩、角砾岩(图2-d)。火山角砾成分为安山岩及其它火成岩、火山尘及其水解物胶结成岩，分选差，具火山角砾状结构。火山颈亚相集块岩及火山角砾岩长石含量丰富，长石作为主要的成储矿物，易发生溶蚀改造，产生的储集空间可有效改善储层物性，储集空间类型与爆发相类似，因此，该亚相储层储集物性也较好，平均孔隙度7.9%，平均渗透率6.5×10-3μm2，也是有利的火山岩相。

火山沉积相出现在火山旋回的各个时期，岩石类型属火山岩和沉积岩之间的过渡类型，且几乎全部形成于水下。岩石的碎屑成分中含大量火山岩破碎之后形成的岩屑。研究区内的火山沉积相可分为沉火山碎屑沉积亚相和含火山碎屑沉积亚相。其中，沉火山碎屑沉积亚相一般远离火山口区，是火山碎屑直接空落入水中后沉积而成，代表性岩石为沉凝灰岩(图2-g)，典型结构、构造特征为沉积凝灰结构、块状构造，含火山碎屑沉积亚相位于火山口附近的低洼含水带，由沉积作用形成，典型结构、构造特征为碎屑结构、块状构造，代表岩石为凝灰质泥岩/砂岩(图2-h)。研究区火山沉积相岩石较致密，储集物性较差，基本无法作为有效储层。

2.2 火山岩岩相分析

在明确了研究区火山岩岩相分类方案之后，对区内钻井资料和岩心资料进行了单井相分析。结果表明，区内溢流相(60%)明显多于爆发相(29%)，从多到少依次为溢流相板状熔岩流亚相、溢流相自碎熔岩流亚相、爆发相空落亚相、沉火山碎屑沉积亚相、溢流相角砾熔岩流亚相、热碎屑流亚相、火山颈亚相。如P60井发育爆发相远火山口亚相和火山沉积相；P66井发育溢流相下部亚相和爆发相近火山口亚相；P67井为沉积岩和含火山碎屑沉积亚相。

连井相分析是在研究区内不同井之间建立连井线，据岩心资料、录井资料等画出连井岩相剖面，更准确地观察与研究车排子地区石炭系火山岩岩相的方法。本次研究共完成区内“四横三纵”7条连井相剖面分析。

从一条过P668-P667-P666-P661井连井剖面来看，溢流相和爆发相极发育，该剖面上不见火山沉积相。剖面显示P668井、P667井与P666井、P661井的火山岩岩层来自两个火山口的火山爆发活动。说明研究区内至少存在两个在石炭系频繁爆发的古火山口，且各火山口的爆发具多期次特点。

P668井钻遇溢流相板状熔岩流亚相，两种亚相交替出现，是多期次火山喷发的结果，P666井发育的岩相较多，以溢流相为主，溢流相上部亚相、中部亚相和下部亚相交替出现，中间夹有爆发相近火山口亚相，表明了频繁的火山活动。

3 火山岩相测井相特征

依据自然伽马(GR)、自然电位(SP)、电阻率(RT)、声波时差(AC)、密度(DEN)，结合钻井资料建立各火山岩相的测井相图(图3)。自然伽马值对火山岩元素含量(尤其是K，U，Th)反映敏感，主要用来定岩性大类。电阻率、声波时差变化主要反映岩石孔隙、裂缝，间接反映岩石致密程度，且AC、DEN曲线的齿化程度决定岩石结构。岩石密度由骨架密度和孔隙中流体密度共同决定，不同岩性火山岩成岩作用存在差异，骨架密度差别较大。经研究，将不同亚相的测井相特征总结如下：

热碎屑流亚相RT为齿化钟型的低值，数值小于100，AC表现为“周波跳跃”现象，齿化规律性不强，SP较平直，数值较大，基本在70以上，GR测井表现为中低幅齿化的中低GR值，DEN也表现为齿化钟型，偶尔的强齿化代表了不同碎屑流界面，如P674。

空落亚相RT表现为弱齿化中高值，AC弱齿化特征明显，变化幅度小，SP为中等齿化特征，数值中等，DEN齿化特征明显，纵向稳定性强，厚度大，GR测井表现为齿化箱型的高GR值，如P61井。

图3 车排子凸起各类火山岩相亚相测井相特征图Fig.3 Log features map of each volcanic subfacies in Chepaizi bulge

图4 石炭系地震相反射特征图Fig.4 Reflection characteristics of seismic facies in Carboniferous

自碎熔岩流亚相RT为中等齿化的低值，DEN、AC存在明显的规律性齿化，齿化严重段代表自碎熔岩段，而无齿化段代表稳定熔岩流段，SP基本无齿化，GR为弱齿化的低值特征，如P666井。

板状熔岩流亚相RT为弱齿化的高值，DEN表现为齿化钟型，AC相对平直，无明显齿化，极少数出现尖齿化，代表气孔，或溢流界面，GR为齿化箱型的低值，SP较平直，如P668井。

角砾熔岩流亚相RT，DEN，AC存在齿化，齿化间夹平稳，规律性较好，齿化区代表角砾含量多，平稳区角砾含量低或不含角砾，GR表现为中等齿化的低值，SP具尖齿化特征，如P664井。

沉火山碎屑沉积亚相DEN、AC较平滑，齿化弱，且DEN表现为高值，AC为低值，GR为强齿化的高值，RT齿化特征明显，但基本无变化规律，SP齿化特征明显，但变化幅度不大，为高值，如P60井。

含火山碎屑沉积亚相DEN，AC齿化较明显，规律性较好，RT为齿化钟型的高值特征，GR表现为强齿化特征，SP为齿化箱型特征，数值中等，代表陆源碎屑物质增多，如P624井。

4 火山岩相地震相特征

石炭系火山岩地震反射特征表明，不同火山岩岩性、岩相组合的振幅、频率、连续性等地震属性存在差异，地震相特征也各不相同，对于不同类别的岩相类型，地震振幅上有一定的规律。根据研究区目前石炭系所有钻井的精确标定，结合前面的测井相研究，除去石炭系顶部火山岩与上覆地层间的强振幅外，车排子地区石炭系浅层存在3种类型的地震相特征：①斜层状反射。该反射在地震上具明显的斜层发射(图4-a)，测井相特征表明，RT为齿化钟型低值或弱齿化高值，AC齿化规律较好，SP较平直，数值较大，GR为齿化箱型或中等齿化的低值。代表爆发相热碎屑流亚相和溢流相，以安山岩、火山角砾岩和玄武岩为主，如P667井，钻遇的岩性主要为溢流相安山岩；②空白+斜层状反射。该反射在地震上呈上部为空白反射，下部为斜层状反射特征(图4-b)，RT表现为弱齿化中高值，AC弱齿化特征明显，变化幅度小，SP为中等齿化特征，DEN齿化特征明显，GR为高值，代表爆发相空落亚相，岩性以凝灰岩为主，如P665井，钻遇的主要为凝灰岩；③杂乱反射。在地震上表现为杂乱反射特征，为火山沉积相，以沉积岩类(凝灰质泥岩、凝灰质砂岩、泥岩等)为主，如P67井，钻遇岩性为大套凝灰质泥岩及凝灰质砂岩(图4-c)。在明确了石炭系不同类型火山岩的地震反射特征之后，对研究区地震相进行了预测分析。

在开展地震相预测中，根据研究区内主要目的层段深度，选取时窗范围为距石炭系顶面20～180 ms进行岩相预测，得到了研究区石炭系地震相平面展布图(图5)。由图5可见，研究区斜层状反射主要分布在P66-P666-P667-P668井区及P682-P63井区，呈NS向条带状分布，空白+斜层状反射分布在P62-CQ15井区及P61-P665-P671井区，分布较局限，呈透镜状展布，杂乱反射主要分布在P67井区、P669-P686井区及研究区西部。

5 火山岩岩相展布规律

最终，根据研究区地震相平面展布特征，以测井相为约束，结合研究区磁力异常图，预测了区内石炭系顶部岩性岩相的分布(图6)。从图中可见，研究区内具3个明显的火山口，分别位于P62-P63井之间、P666井区及P668井区，爆发相、溢流相和火山沉积相均有发育，其中，爆发相发育热碎屑流亚相和空落亚相，热碎屑流亚相孤立分布于P66-P666井区、P662-P668井区及P682北地区，主要岩性为火山角砾岩，具较好的储集性能；空落亚相分布范围较大，呈条带状分布于溢流相周围，代表岩性为凝灰岩，储集物性整体要比热碎屑流亚相和溢流相差；溢流相在研究区呈NS向条带状展布，分布范围广，主要岩性为安山岩、玄武岩及玄武安山岩，储集物性较好，为有利储层发育区，其各亚相储集物性稍有差异，其中，溢流相角砾熔岩流亚相物性最好，次为自碎熔岩流亚相。爆发相与溢流相是研究区内重要的储层发育岩相。火山沉积相主要分布于研究区西北部、P67-P669-P686一带，主要岩性为沉凝灰岩、凝灰质泥岩，基本不发育储层。根据研究区火山岩相分布规律，基本明确了研究区勘探有利方向和区带。