中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩风化壳油藏成藏特征

夏近杰，罗焕宏，朱伶俐，卢红刚

(中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

火山岩油藏作为一种特殊类型的油气藏，已逐渐成为重要的油气勘探领域和新的油气勘探目标，是油气储量和产量的重要增长点[1]。目前准噶尔盆地发现的火山岩油藏主要为长期喷发形成的“古潜山”、厚层断块类型的油藏，已经形成了一套较为成熟的勘探理论及方法[2-4]。而对于短期喷发的薄层火山岩由于成藏条件苛刻，受古地貌影响较大，目前发现较少，研究相对不够深入。

准噶尔盆地西北缘中拐凸起东斜坡风城组发育一套斜坡背景下遭受风化剥蚀而残留的薄层火山岩地层，该地层20世纪90年代已发现克80火山岩油藏，随后以构造-地层油藏模式向高部位钻井，试油均为水层，该地层内部出现“油水倒置”现象，油藏评价一时陷入瓶颈。截至目前，克80油藏单井累计产量最高已达5×104t，展示出该类薄层火山岩油藏也具有较大的评价、开发价值。因此，该类油藏如何成藏、如何有效评价是一个值得研究的课题。

1 层序成因背景

准噶尔盆地大规模火山活动期为石炭纪、二叠纪早期，经长期火山喷发后形成了大套厚层火山岩地层。中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层位于风城组地层顶部，风城组地层沉积末期，西北部地层抬升，沿高部位断裂发生了短暂的火山喷发，在风城组顶部形成一套薄而广的火山岩溢流层，该地层因裸露于地表遭受风化剥蚀，发育风化壳，为改造型火山岩地层。后期地层沉降湖水上升，沉积了夏子街组水进体系地层，层序上火山岩与上覆地层不整合接触，呈“透镜状”夹持在2套沉积岩地层之间(图1)。由于喷发时间较短，其厚度较薄，目前钻遇最薄的地层仅有8 m，最厚的地层仅有38 m。

2 构造特征

中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层整体为一东南倾的单斜构造，地层倾角为7～10 °，构造高部位地层剥蚀尖灭，低部位地层岩性尖灭。区内断裂发育，主要为近东西向走滑断裂，断裂延伸远，活动时间长，为区域性的大断裂，有效沟通油源，是斜坡区的油源断裂。

图1 中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层层序结构示意图

3 岩相及岩体特征

岩相是岩浆作用产物形成环境、条件的概括，是在一定环境、条件下岩浆作用产物特征的总和[5]。发育于中拐凸起东斜坡风城组的薄层火山岩地层由于喷发时间较短，地层薄、岩相单一，同时后期遭受过风化剥蚀，导致火山口、火山内幕机构及火山岩体识别较困难。岩石薄片分析显示，岩性主要为玄武岩、安山岩，岩相主要为喷出相溢流亚相。电性特征上，自然伽马曲线整体表现为低值，是火山岩区别于上下围岩的典型标志，火山岩内部电阻率曲线存在较大差异，位于高部位的井表现为低电阻率的电性特征，与围岩电阻率值相近，而位于低部位的井表现为高电阻率的电性特征，与围岩电阻率值差别较大，火山岩内部存在岩体分异特征[6]。利用自然伽马及电阻率约束地震波阻抗反演，刻画了火山岩范围及火山岩岩体[7-9]，识别出2个相互叠置的火山岩体，1号岩体位于斜坡高部位，2号岩体位于斜坡低部位、环凹陷呈条带状分布。

4 风化壳特征

4.1 风化壳识别标志

火山岩风化壳是指火山岩风化后形成的具有矿物和储层特征结构差异的联合体[9]，中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层位于不整合面之下，遭受风化剥蚀，发育风化壳。岩心及微观照片观察发现，发育风化黏土层、裂缝黏土充填(图2a)，自碎缝中氧化铁衬边(图2b)，溶蚀孔洞、火山岩粒内孔隙绿泥石化(图2c)，碳酸盐岩化、方解石化(图2d)等标志现象，发育火山岩风化壳[10]。

图2 中拐凸起东斜坡二叠系风城组火山岩风化壳岩心及微观薄片

4.2 风化壳结构划分

根据风化程度、矿物含量变化等特征，一般一个完整的风化壳可以划分为土壤层+水解带、淋蚀带、崩解带和母岩[11]。利用宏观岩心、微观薄片、典型电性特征对风化壳结构进行了综合识别划分，共识别出土壤层+水解带、淋蚀带、崩解带、母岩4种结构，其综合特征表现如下。

(1) 土壤层+水解带：位于风化壳最上部， 在不整合面以下，是在物理、生物、化学风化作用改造下形成的细粒残积物；顶部为氧化色泥岩，厚度较薄，下部以泥岩和火山岩细小颗粒为主；测井曲线上表现为自然伽马值高于正常泥岩， 电阻率由低变高[12](图3a)， 其厚度较薄， 风化黏土层在上覆沉积物压实成岩作用下岩性一般较致密， 是一套良好的封盖层。

(2) 淋蚀带：岩石半破碎，气孔杏仁构造和裂缝发育，风化淋滤、构造碎裂和热液蚀变作用强，完整性为较差—较完整；微观薄片见强烈的蚀变作用，杏仁构造体见方解石化、绿泥石化、碳酸盐岩化；测井曲线上表现为自然伽马低值，井径曲线多出现扩径现象，电阻率较高，深浅电阻率出现幅度差，物性最好(图3a—c)。

(3) 崩解带：以火山岩碎块为主， 块体较大， 见少量气孔，微裂缝较发育， 裂缝和气孔被充填或半充填；微观薄片见微裂缝被充填，测井曲线上表现为自然伽马低值，由于裂缝发育，风化淋滤水多静止于该层，携带的泥质及放射性物质沉淀在裂缝中，自然伽马呈“刺峰状”，电阻率较低，物性较好(图3a、d、e)。

(4) 母岩：母岩中火山岩块体完整，孔缝不发育，物性差(图3a、f、g)。

图3 中拐凸起东斜坡风城组火山岩风化壳结构划分

4.3 风化壳结构组合特征及形成机理

以往对原生型厚层火山岩风化壳的研究和勘探主要集中于土壤层中次生矿产的分布、火山岩风化壳对储层控制作用，而对于火山岩风化壳结构组合及分布规律的研究较少。位于斜坡区的薄层火山岩地层受古斜坡地貌下坡折带影响，不同位置风化程度不一，斜坡高部、斜坡中部位于基准面之上，为碎屑物供给区，风化的同时遭受剥蚀；斜坡低部位于基准面之下，为碎屑物堆积区，风化的同时接受高部位滚落的碎屑物堆积。这种风化剥蚀差异导致不同位置存在不同的风化壳结构组合，中拐凸起东斜坡12口井风化壳结构划分结果显示：斜坡高部风化剥蚀作用强烈，火山岩已经全部剥蚀殆尽；斜坡中部剥蚀变弱，残留了一部分火山岩地层，风化壳结构顶部缺失土壤层+水解带，部分地形较高的地方风化壳结构缺失母岩，位于斜坡中上部的白257、克88、玛湖7等4口井发育该类结构组合；斜坡低部位地势较平坦，地层风化的同时剥蚀程度较低，风化体结构完整，形成了一个土壤层+水解带、淋蚀带、崩解带、母岩完整的结构组合，位于斜坡低部位的克80、克81、克202等8口井发育该类结构组合。

5 成藏控制因素及模式

5.1 层序界面控制宏观油气成藏

中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层与上覆地层不整合接触，呈“透镜状”夹持在2套沉积岩地层之间(图1)，高部位剥蚀尖灭，低部位岩性尖灭。受不整合面和岩性界面控制，发育清晰的顶底板，具备形成圈闭的有利条件，同时发育大型走滑断裂，有效沟通油源，具备发育大型地层-岩性油藏的大背景。

5.2 风化壳结构控制储、盖分布

原生型火山岩地层储层物性主要取决于岩相及岩性[13-14]，以往火山岩油气勘探中认为岩相是有利储层的主要控制因素， 其研究主要集中于岩相与有利储层的关系，认为爆发相火山角砾岩和溢流相流纹岩储层物性较好，其他岩相和岩性一般不能形成有效储层，其储、盖分布主要受控于不同火山喷发期次引起的火山内幕机构变化[15-16]。薄层风化壳火山岩地层岩性、岩相单一，属于改造型火山岩，其物性变化受风化作用控制更大，储、盖分布受风化差异引起的风化壳结构变化控制。不同风化壳结构物性差异较大，岩相、岩性相同的条件下，火山岩风化壳中溶蚀带物性最好，以中孔粗喉为主，溶蚀孔、洞和微裂缝发育，具孔隙-裂缝双重介质，崩解带储层物性次之，以细孔中喉为主，溶蚀孔和微裂缝较发育，可形成有效储层，该区试油结果也证实溶蚀带、崩解带是油气产出的主力层段，易形成高产油气层；母岩一般不能形成有效储层；土壤层+水解带物性差，经上覆地层压实可以作为盖层。不同的风化壳结构组合形成不同的储盖特征，一个完整的风化壳结构可以形成一个有效的储盖组合，根据中拐凸起东斜坡薄层火山岩风化体结构组合特征，斜坡中部形成的淋蚀带、崩解带、母岩结构组合由于缺失土壤层+水解带，盖层条件变差，不能形成有效储盖组合；而位于斜坡低部位的土壤层+水解带、淋蚀带、崩解带、母岩结构组合储盖发育，为一个有效的储盖组合。该类结构组合主要分布于斜坡古坡折带以下，环克811—玛湖16—玛湖1井一带下倾方向分布。

5.3 岩体与盖层匹配关系控制油气聚集

中拐凸起东斜坡薄层火山岩地层成藏条件较厚层块状、“古潜山”类火山岩油藏更为苛刻。层序上，其上部的不整合面为一个三级层序界面，单一的斜坡背景导致其不具备收敛性，同时，上覆地层为一套水进体系沉积地层，底部多为砂砾等沉积物，盖层条件较差，难以形成简单的不整合面遮挡的大型地层油藏。因此，其顶部的土壤层及地层内部的非均质性、岩体的分异是重要的油气保存条件，成藏受层序界面、上部土壤盖层、岩体共同控制，其中，上部土壤盖层、岩体的匹配关系是油气成藏的关键。根据盖层分布特征及岩体刻画结果，低部位与盖层匹配的岩体利于成藏，钻井及试油结果证实高部位缺失土壤层盖层的岩体试油为水层(白257、克88井)，而低部位土壤层盖层匹配的岩体试油为油层(克202、克80等井)，这也是该类地层出现“油水倒置”的原因。

5.4 成藏模式

准噶尔盆地石炭纪、二叠纪早期为火山活动的活跃期，发育大量火山岩油藏，已发现了克拉美丽、五彩湾、克拉玛依、车排子和石西等30个油气田。早期的火山岩油藏研究主要是在构造高部位、断裂带寻找有利火山岩性和岩相带，多为“古潜山”、厚层断块类型油藏。中拐凸起东斜坡风城组经短期喷发、裸露风化而形成的薄层风化壳火山岩地层地质条件特殊，目前石炭系及佳木禾组火山岩已经形成的诸多厚层火山岩成藏机制及模式并不能完全适用于该类火山岩地层[17-18]。该类地层成藏不但受区域构造、层序界面控制，还受内部风化壳结构及火山岩岩体控制。发育于斜坡低部位的与盖层匹配良好的岩体利于成藏，该有利成藏带受斜坡背景下坡折带控制，平行斜坡走向环凹陷呈带状展布。在凹陷区，其下伏的沉积岩地层发育区域烃源岩，油气沿不整合面、走滑断裂进入该套火山岩地层中，在低部位与完整结构组合配置良好的岩体中聚集成藏，形成源边-不整合-薄层风化壳成藏模式(图4)。

图4 中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩油气成藏模式

图5 中拐凸起东斜坡薄层火山岩风化壳油藏评价成果

6 油藏评价与实践

中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩风化壳油藏的油气成藏并不是简单的地层岩性油藏模式，而是受区域构造、层序界面、内部风化壳结构、火山岩岩体共同控制的复杂风化壳油藏。其油气最有利聚集区位于斜坡低部位，油藏评价部署应平行斜坡走向部井(图5)。利用该认识指导藏评价，突破该地层“油水倒置”的瓶颈，在斜坡中低部沿凹陷横向部署井位取得重要突破，完钻的克204井试油获高产油流，证实了薄层火山岩风化壳油藏成藏模式及油气聚集规律，扩宽了油气勘探领域。

7 结 论

(1) 中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层为短期喷发、遭受风化剥蚀而残留的一套层状火山岩地层，厚度较薄，岩性、岩相单一，发育风化壳。

(2) 中拐凸起东斜坡风城组薄层火山岩地层识别出4种风化壳结构，风化壳结构组合受古地貌影响存在差异，斜坡低部位发育完整结构组合，为一个有效的储盖组合。

(3) 油气成藏受区域构造、层序界面、内部风化壳结构组合、火山岩岩体共同控制，为源边-不整合-薄层风化壳成藏模式，有利成藏区位于构造中低部，沿斜坡走向环凹陷呈带状分布。