准噶尔盆地滴南凸起石炭系古火山机构地震特征及有利区预测

2019-04-03代春萌曾庆才徐淑娟杨亚迪

中国石油勘探 2019年6期

代春萌曾庆才李波徐淑娟李璇杨亚迪

（ 1中国石油勘探开发研究院；2中国石油新疆油田公司）

0 引言

近年来火山岩气藏已成为天然气勘探开发的重要新领域[1-5]。实践证实，火山岩相带储集物性好，可以成为高效储层，在油源断层沟通的条件下可以成为高产油气藏[6-7]。火山机构是一定地质时限内同源或来自于相对稳定的同一火山口源区的火山喷发物的总称[8-9]。油气聚集在宏观上与火山机构密切相关，天然气通常在火山机构中心部位的近火山口相组更加富集[8]。唐华风等[10]根据火山岩成分将松辽盆地断陷层火山机构划分为碎屑岩火山机构、熔岩火山机构和复合火山机构3 种类型，典型火山机构气藏特征分析认为酸性复合火山机构气藏产能明显高于中基性火山机构气藏。侯启军[11]对松辽盆地南部长岭断陷与英台断陷营城组火山岩储层发育规律研究认为，火山机构类型对储层发育程度有明显控制作用，流纹质火山机构储层物性最好。实践表明火山机构研究具有重要现实意义。

准噶尔盆地石炭系火山岩分布广泛，油气资源丰富[12-17]，已发现克拉美丽气田、五彩湾气田、石西油田等大型火山岩油气田，火山岩已成为天然气勘探开发的重要领域。滴南凸起位于准噶尔盆地陆梁隆起东南部，经过多年的滚动勘探开发，在滴南凸起石炭系发现一批有利的火山体，这些火山体叠合连片分布，富含油气，具有广阔的勘探开发前景。但是由于石炭系火山岩喷发时间早，火山机构类型多样，经历多期构造改造，火山岩内幕成像差，识别难度大。滴南凸起石炭系火山岩勘探开发过程中仍面临着古火山机构特征不清楚、火山岩分布规律不明确等难题，导致火山岩勘探开发存在盲目性和偶然性，也直接影响着火山岩整体分布规律的认识、气田整体评价和勘探开发部署。前人在综合研究的基础上结合实际钻探结果，对滴南凸起石炭系火山机构开展了大量研究。何登发等[7]、毛翔等[18]、张勇等[19]对准噶尔盆地石炭系火山机构特征进行分析，认为石炭系火山岩以陆上中心式和裂隙式喷发为主，发育多个中心式古火山机构。李道清等[20]、仇鹏等[21]、曲江秀等[22]综合钻井和地震资料分别研究了滴西18、滴西17、滴西10 气藏的古火山机构特征，结果表明不同气藏古火山机构类型差异大。目前对滴南凸起石炭系火山机构的研究多集中在单个气藏火山机构的分析与解剖，缺乏对古火山机构整体分布规律的认识。本文以最新处理的高品质地震资料为基础，综合实际钻测井资料，深入分析滴南凸起石炭系火山机构类型及特征，确定火山机构对储层及气藏的控制作用，为滴南凸起火山岩气藏整体评价及勘探开发部署提供可靠依据。

1 区域地质概况

滴南凸起位于准噶尔盆地陆梁隆起东南部。陆梁隆起为石炭纪晚期由北向南的强烈挤压作用下形成的古隆起[23]，先后经历了海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期构造运动。陆梁隆起在石炭纪呈“凸—凹—凸”的构造格局（图1），北部凸起带由滴北凸起及其西沿线上的三个泉凸起和石英滩凸起组成，南部凸起带由滴南凸起、石西凸起和夏盐凸起构成，在凸起之间夹持滴水泉、三南、英西3 个凹陷。石炭系沉积时受海西构造运动影响，准噶尔板块与哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块碰撞，构造活动强烈，火山作用频繁。根据周边露头资料对比分析，石炭系从下到上由滴水泉组、松喀尔苏组、巴塔玛依内山组、石钱滩组组成[7]。张生银等根据钻井揭示的火山岩岩性序列特征，将滴南凸起石炭系按岩性序列划分为上序列火山岩、沉积岩段及下序列火山岩[24]，但不同火山岩序列的层序归属尚不明确。李艳平等[25]综合孢粉资料及测年资料对石炭系层序进行重新梳理，对火山岩序列所属层序进行重新归属，认为下序列火山岩归属到下石炭统松喀尔苏组下段，上序列火山岩归属到上石炭统巴塔玛依内山组，中间的沉积岩段归属到下石炭统松喀尔苏组上段（图1）。陆梁凸起石炭系各层厚度分布不均匀，凹陷部位地层发育较全，地层厚度大；凸起部位遭受剥蚀，仅残留下石炭统松喀尔苏组下段火山岩。松喀尔苏组上段在滴水泉凹陷分布稳定，该层系发育暗色泥岩，厚度大，有机质含量高，为良好的烃源岩。上下两套火山岩序列发育优质储层，深大断裂沟通下部烃源岩，具备良好的油气成藏条件。

2 古火山机构地震特征

根据前人对火山机构划分方案[26-29]，结合滴南凸起已钻井揭示的火山岩岩性特征，以及地震资料识别的火山机构形态和内部结构，将滴南凸起石炭系火山机构划分为裂隙式熔岩火山机构、中心式单火山口碎屑岩火山机构、中心式多火山口复合火山机构、裂隙式侵入火山机构4 种类型（表1）。钻井及地震资料解释揭示滴南凸起石炭系上、下序列火山岩岩性及火山机构特征存在明显差异。下序列火山岩为早石炭世喷发形成，岩性为中酸性火山岩，火山机构类型以中心式单火山口碎屑岩火山机构、中心式多火山口复合火山机构、裂隙式侵入火山机构为主，发育在DX10、DX14、DX18 井区。上序列火山岩为晚石炭世喷发形成，岩性为中基性火山岩，火山机构类型以裂隙式熔岩火山机构为主，发育在DX17、DX178井区。

图1 陆梁隆起区域地质图Fig.1 Regional geological map of Luliang uplift

表1 滴南凸起石炭系古火山机构类型Table 1 Types of Carboniferous ancient volcanic edifices in Dinan bump

2.1 裂隙式熔岩火山机构

裂隙式熔岩火山机构的火山喷发机制为裂隙式喷发，以石炭系深大断裂为火山溢流通道（图2a）。岩浆沿古断裂上涌至地表，在后续喷出物推动下和自身重力的共同作用下，沿着地表流动过程中逐渐冷凝固结而形成，以断裂为中心，以大面积覆盖的岩溶被或岩溶流产出。以DX17 井区火山机构为代表，主要岩性为基性溢流相玄武岩。纵向上相序为爆发相—溢流相—爆发相—溢流相，横向上相序为爆发相—溢流相—火山沉积相。地震剖面上表现为透镜状外形、中频、中—强振幅、同相轴连续、平行—亚平行反射结构特征，中间沉积夹层为中—弱振幅反射（图2b）。测井响应总体表现为低自然伽马、高密度、低中子特点，储层发育段则表现为低自然伽马、低密度、高中子特点（图2c）。储层段与致密段相间分布，代表了不同的火山喷发旋回。

图2 裂隙式熔岩火山机构地质图Fig.2 Geological map of fractured lava volcanic edifice

2.2 中心式单火山口碎屑岩火山机构

火山喷发机制为断裂诱发单火山口中心式喷发，喷发中心位于深大断裂上盘，沿断裂带分布（图3a），单火山口，多期次喷发，不同期次喷发物垂向叠置，形成以火山口为中心、向外呈锥形堆积的锥状岩体；火山锥体完整，相对独立。火山口位于火山锥中心部位，呈漏斗形，常有火山碎屑物堆积其中。以DX10井区火山机构为代表，主要岩性为中酸性爆发相火山角砾岩和溢流相英安岩。纵向上相序为爆发相—溢流相—爆发相—火山沉积相，横向上相序为火山通道相—爆发相—溢流相—火山沉积相。由近火山口到远火山口火山碎屑颗粒呈现由粗到细变化特征。地震剖面上表现为丘状外形、相对高频、杂乱、断续、中—弱反射、连续性差的反射结构特征（图3b）。测井响应总体表现为高自然伽马、低密度、低中子、曲线较平直或呈齿状的特点（图3c）。

2.3 中心式多火山口复合火山机构

火山喷发机制为断裂诱发多火山口中心式喷发（图4a），发育多个火山口，形成多个次级喷发中心，多期次喷发，整体呈锥形建造，不同火山口相互交叉叠置，多个喷发中心叠合连片，分布范围较大，但是内部岩性岩相变化快，内幕复杂。以DX14 井区火山机构为代表，主要岩性为中酸性爆发相火山角砾岩和基性溢流相玄武岩。纵向上相序为爆发相—溢流相—爆发相，横向上相序为火山通道相—爆发相—溢流相—火山沉积相。爆发相地震剖面上表现为透镜状外形、中频、杂乱—断续、中—弱反射、连续性差的反射结构特征，溢流相则表现为中频、中—强振幅、同相轴连续、平行—亚平行反射结构特征（图4b）。测井响应表现为上部高自然伽马、低密度、高中子、曲线呈齿状，下部低自然伽马、高密度、低中子、曲线呈齿状的特点（图4c）。

图3 中心式单火山口碎屑岩火山机构地质图Fig.3 Geological map of central single-crater clastic volcano edifice

图4 中心式多火山口复合火山机构地质图Fig.4 Geological map of central multi-crater composite volcanic edifice

2.4 裂隙式侵入火山机构

火山喷发机制为岩浆沿断裂侵入上覆围岩中，没有喷发出地表，缓慢冷凝结晶形成，与其他岩相或围岩呈指状交切或呈岩珠、岩脉形式嵌入。沿断裂多期次侵入，形成多个侵入岩体，岩体间界限清楚，单个侵入岩体岩性均一（图5a）。以DX18 井区火山机构为代表，主要岩性为次火山岩相花岗斑岩。纵向上相序为火山沉积相—次火山岩相—溢流相，横向上相序为火山沉积相—次火山岩相—火山沉积相。地震剖面上多表现为楔状外形、弱振幅、断续、杂乱的反射结构特征，外部边界为强地震反射边界（图5b）。测井响应整体表现为高自然伽马、高密度、低中子、曲线平直的特点（图5c）。

图5 裂隙式侵入火山机构地质图Fig.5 Geological map of fractured intrusive volcanic edifice

3 古火山机构对天然气藏的控制作用

3.1 古火山机构控制优质储层类型及分布

实际钻探及岩心分析表明，滴南凸起石炭系古火山机构对优质储层类型及分布有明显的控制作用。裂隙式熔岩火山机构主要发育溢流相玄武岩储层，岩体内部岩性相对单一，平面上呈层状，多期溢流相玄武岩储层叠置，储层储集空间类型以杏仁体内残留孔为主（约占62.15%）（图6a），残余气孔和晶内溶孔次之（分别占15.18%、12.64%），裂缝发育程度较低（占2.03%），主要包括溶蚀缝、构造缝、收缩缝和炸裂缝；储层平均孔隙度为10.81%，平均渗透率为0.582mD。中心式单火山口碎屑岩火山机构主要发育爆发相火山角砾岩储层和溢流相英安岩储层，由近火山口到远火山口火山碎屑颗粒呈现由粗到细变化特征，近火山口发育爆发相火山角砾岩，储层主要储集空间类型为裂缝（占73.46%），其次为粒间溶孔（约占10.34%）（图6b）及粒内溶孔、晶内溶孔（分别占5.96%、4.69%）；储层平均孔隙度为11.92%，平均渗透率为1.736mD；远火山口为细粒的火山灰沉积，储层物性较差。中心式多火山口复合火山机构由多期次火山喷发形成，不同期次火山岩垂向叠置，主要发育爆发相火山角砾岩储层和溢流相玄武岩储层，储层储集空间类型主要为粒内溶孔（占41.45%）（图6c），其次为基质溶孔和杏仁体溶孔（分别占35.32%、6.59%），少量为粒内溶孔及粒间溶孔和裂缝（占6.05%）。裂隙式侵入火山机构主要发育次火山岩相花岗斑岩储层，岩体内部岩性单一，多次侵入形成的不同侵入体相互叠置，储层储集空间类型主要为晶内溶孔（约占38.93%）（图6d）和裂缝（占30.6%），其次是基质溶孔及晶间溶孔（分别占17.49%、11.38%），裂缝以晶间缝和构造缝为主；储层平均孔隙度为9.14%，平均渗透率为1.385mD。勘探证实，裂隙式熔岩火山机构发育的玄武岩储层、中心式单火山口碎屑岩火山机构发育的火山角砾岩和英安岩储层、中心式多火山口复合火山机构发育的火山角砾岩和玄武岩储层、裂隙式侵入火山机构发育的花岗斑岩储层，为滴南凸起石炭系优质火山岩储层类型。

图6 不同火山机构优质储层储集空间类型Fig.6 Space types of high-quality reservoirs in different volcanic edifices

3.2 古火山机构控制气藏类型及模式

根据克拉美丽气田气藏的分布特征、圈闭形成条件、储层类型，将气藏划分为风化壳气藏、火山内幕气藏、构造—岩性气藏3 种类型（图7）。风化壳气藏主要指火山喷发沉积后构造抬升，遭受较长时期的剥蚀、风化淋滤形成良好储层，后期气源断裂沟通深层烃源岩而形成的气藏。风化壳气藏主要受中心式单火山口碎屑岩火山机构和中心式多火山口复合火山机构控制，分布在下序列火山岩段局部构造高部位，长期暴露地表，上部沉积少量的上序列火山岩段地层，或者与上覆二叠系呈不整合接触，以DX14 井气藏为代表。火山内幕气藏主要指发育在下序列火山岩段的侵入岩体形成的气藏，受裂隙式侵入火山机构控制，储层是以花岗斑岩和二长玢岩为主的浅成侵入岩，发育晶间溶孔，后期受构造挤压作用形成不同尺度的裂缝，在地层水溶蚀作用下形成溶蚀缝洞为主的良好的储集空间，同时裂隙沟通溶孔提升了储层的渗透性，在气源大断裂的沟通下形成气藏。火山内幕气藏主要发育在侵入岩体的上段，不同岩体形成的气藏相互独立，以DX18 井气藏为代表。构造—岩性气藏主要指发育在上序列火山岩段的溢流相玄武岩体形成的气藏，受裂隙式熔岩火山机构控制；储层储集空间类型主要为杏仁体内残留孔、残余气孔和晶内溶孔，储层平面上受熔岩流分布范围控制，呈准层状或透镜状分布，垂向上受火山喷发序列控制，中间沉积夹层将上下分成多个独立气藏，以DX17 井气藏为代表。

4 火山岩有利区预测

滴南凸起石炭系火山岩有利区受古火山机构和裂缝发育带共同控制。大型火山机构往往为油气运移的重要指向，垂向上发育多期次火山岩，形成多个垂向叠置的火山岩气藏。火山岩有利区分布与大断裂密切相关，断裂活动可以改善火山岩储层的储集性能。实钻表明，大断裂附近部位火山岩裂缝更加发育，裂缝成为火山岩的主要储集空间及渗流通道，远离断裂火山岩储集性能变差。同时，深大断裂多期活动，沟通多层油源，成为油气运移的重要通道。实钻证实，沿滴水泉西大断裂分布的火山岩体含油气性好于远离断裂分布的火山岩体。

基于钻井、测井与地震资料综合分析，采用构造与地震属性综合识别方法可以较好地识别火山岩有利区（图8）。

图7 滴南凸起油气成藏剖面示意图Fig.7 Schematic diagram of hydrocarbon accumulation in Dinan bump

图8 火山岩有利区综合识别标志Fig.8 Comprehensive identifiable markers of favorable volcanic zones

滴南凸起火山岩有利区综合识别：①古构造图上表现为微幅度构造高特征（图8a）。火山喷发堆积形成的火山锥在地形上多呈正向构造特征，后期经过多期构造改造、抬升剥蚀，高部位被剥蚀夷平，低部位则形成残留的火山残丘，在古地貌图上呈微幅度的构造高点。通过古构造恢复，去除后期构造活动影响，可以更加清晰地辨识古火山残丘。②高品质三维地震资料解剖可以较好地呈现火山机构的内部形态和外部轮廓，在振幅属性时间切片（图8b）上古火山机构表现为环形或椭圆形，与围岩连续沉积区反射能量存在差异。③在火山岩有利区地震波会产生较强的吸收衰减，在吸收属性平面上表现为较强能量吸收特征（图8c）。④大型断裂带是诱发火山活动的重要因素，火山机构往往沿着大型断裂发育，同时裂缝对火山岩储层起到重要的改造作用，有利区在相干体切片上表现为强差异性特征（图8d）。

综合以上技术预测滴南凸起DX18、DX14、DX17、DX10等火山岩有利区，并被实际钻井证实（图9）。