克拉玛依油田六区、七区、九区石炭系火山岩内幕成藏规律研究

2019-09-06邱争科胡戈玲彭立才

特种油气藏 2019年4期

王辉，邱争科，周庆，胡戈玲，彭立才

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆克拉玛依 834000；2.清华大学，北京 100084)

0 引言

火山岩油气藏作为一种非常规油气藏类型，是国内外油气勘探和研究的重要领域。国内外在许多盆地发现了火山岩油气藏。火山岩油气藏的勘探和研究主要集中于风化壳油气藏。火山岩内幕油气藏因勘探难度大、成藏条件复杂而发现相对较少，研究也相对薄弱。随着火山岩内幕油气藏的不断被发现，其研究也逐步被重视，内容主要涉及火山岩内幕结构、构造、岩性识别、储层特征及成藏规律等[1-5]。

克拉玛依油田六区、七区、九区上盘石炭系火山岩油藏自20世纪50年代发现以来，勘探开发不断深入[6-8]。前人对该区域火山岩的研究也主要集中在风化壳油藏[9-13]。近年新钻井中，多井在石炭系顶面之下较深的火山岩内幕中获得工业油流。这表明该区火山岩内幕具有较大的油气勘探潜力，而目前对石炭系火山岩内幕储集层岩性及成藏规律等的研究相对较少[14-15]，认识也比较模糊。此次研究将通过成藏关键要素分析来探索其油气成藏规律。

1 地质概况

研究工区构造上属于准噶尔盆地西北缘克乌断裂带上盘，整体呈条带状，其西北部边界为北东向的西白百及九区中部断裂，东南部边界由北东向的白碱滩南及克—乌断裂构成，断裂性质均为逆断层。白碱滩中断裂及克—乌断裂将六区、七区和九区分开；大侏罗沟走滑断裂为六区西部边界，且将七区分为东西2块。石炭系顶面为断层夹持的鼻状构造，西北高东南低，其间被北东向和北西向次级断裂分割(图1)。研究区石炭系顶面为一不整合面，其内部存在多种岩性，主要为火山岩，同时还发育有沉积岩和变质岩。

图1 六区、七区、九区石炭系顶面构造

对于上盘石炭系火山岩内幕顶面的界定，随着油气勘探开发的深入而发生变化。早期研究多推测认为，新疆北部火山岩风化壳厚度约为550 m[16-17]。最近的研究表明，克—百断裂带上盘石炭系火山岩内幕储集层顶面最大深度位于石炭系不整合面以下800 m[18]，即该区石炭系火山岩内幕储集层顶面位于550 m或800 m以下。

2 烃源岩特征

克拉玛依油田六区、七区、九区紧邻生油凹陷，油源充足。区域研究表明，玛湖凹陷的二叠系烃源岩是克拉玛依油田的主要烃源岩。环玛湖二叠系继承发育3套优质成熟烃源岩，自下而上分别为佳木河组(P1j)、风城组(P1f)和乌尔禾组(P2w)烃源岩，烃源岩评价参数见表1。由表1可知，风城组和乌尔禾组烃源岩的品质更好，优于佳木河组。各段烃源岩厚度巨大，油气资源丰富，是研究区石炭系浅层和深层内幕主要油气来源。

表1 玛湖凹陷二叠系烃源岩评价参数

3 火山岩内幕储集层特征

3.1 储集层岩性及其与油气成藏的关系

目前，六区、七区、九区钻遇石炭系深层火山岩内幕，有油气发现的火山岩储层岩性主要有3种，即凝灰岩、安山岩和玄武岩。钻井储层岩性厚度统计表明，凝灰岩与安山岩+玄武岩厚度之比为1.24∶1.00，说明火山熔岩类和火山碎屑岩作为油气储层时并无岩性优势。同时，六区、七区、九区岩心的岩石含油性统计表明，凝灰岩储层的含油性优于安山岩和玄武岩。由储层岩性与油气产量的统计结果可知，凝灰岩日产油量和累计产油量均优于安山岩和玄武岩，即火山碎屑岩储层优于火山熔岩储层。该区油气成藏对火山岩储层岩性是没有选择性的，即研究区各类火山岩均可作为油气成藏的储层，但从含油气性及产量的角度，凝灰岩要优于玄武岩和安山岩。

3.2 储集层空间类型及其组合特征

石炭系火山岩内幕的3种主要岩石均可成为有利储层，均有高产油气发现，这一点已经在油气评价和开发实践中得到证实。六区、七区、九区石炭系火山岩内幕储层储集空间分为原生和次生两大类。

3.2.1 原生储集空间类型

由气孔、晶间孔、冷凝收缩缝、层状节理缝和柱状节理缝组成。

气孔。岩浆喷溢地表冷凝时，其中的挥发组分逸散后留下的孔洞，常分布于熔岩流顶部及底部。其以圆状为主，不规则状为辅，部分气孔为被绿泥石、方解石充填而留下的孔隙。岩心中杏仁状气孔最多可达15个/cm，孔径大多为1～3 mm，最大为8 mm，部分杏仁体有溶蚀扩大现象。

晶间孔。据扫描电镜资料统计，晶间孔样品出现几率为36.4%，单块样品面孔率不足0.04%。晶间孔的原生孔隙度及渗透率不佳，据取心井薄片鉴定和岩心观察资料统计，六区、七区石炭系凝灰岩孔隙度为0.1%～13.9%，平均为7.8%，储层渗透率为0.01～88.32 mD，平均为12.3 mD；九区储层平均孔隙度为6.06%，平均渗透率为0.15 mD，均属低孔低渗储层，孔隙连通性差。安山岩和玄武岩为隐晶质结构，原生孔隙也不发育。据六区、七区石炭系10口井58块岩样的电镜扫描分析，孔隙均不发育，仅在基质中分布少量溶蚀孔、晶间孔及微裂缝，且连通性差。

冷凝收缩缝。熔浆冷凝、结晶过程中形成的微裂缝。铸体薄片资料统计裂缝宽度最大为19.74 μm，最小为1.27 μm，平均为4.64 μm；裂缝密度平均为2.64 mm/cm2，裂隙率平均为0.02%。

层状节理缝。岩心观察这种缝发育不稳定，裂缝密度为0.01～0.70 条/cm。

柱状节理缝。主要发育四边形立方体、三棱柱体和不规则柱状节理。单个柱状节理缝长度一般小于20 cm，最长可达50 cm。

3.2.2 次生储集空间类型

主要由溶孔、粒模孔、溶蚀缝及构造缝组成。

溶孔。研究区最主要的次生孔隙和储集空间，按其产状可划分为粒内溶孔、基质溶孔、浊沸石溶孔、斑晶溶孔、方解石溶孔和斜长石溶孔等。以粒内溶孔和基质溶孔为主，其次为浊沸石和斑晶溶孔。

粒模孔。薄片资料统计表明，粒模孔样品出现几率为10.50%，单块样品面孔率为0.01%～0.16%，平均为0.04%。

溶蚀缝。是在原有裂缝基础上发育而成的。缝宽为0.10～17.00 mm，部分裂缝边缘有溶蚀扩大现象，裂缝密度为0.30～3.00 条/cm。各类溶蚀缝之间相互切割，表明裂缝存在多期性，各期裂缝中可见缝面充填物被溶蚀。溶蚀缝经微裂缝的改造和连通，形成良好储层。

构造缝。研究区大量存在规模较大、肉眼可见的构造缝，包括直劈缝、斜交缝、网状缝，同时可见各类构造缝相互切割并与成岩缝交织形成不规则碎裂岩心。这些构造缝是改善火山岩储层的重要因素，它们彼此交切和连通，裂缝中赋存油气。六区、七区岩心分析表明，裂缝主要以有效的网络缝为主，伴生发育少量充填半充填缝，其中，倾角为30～70 °的裂缝占60%。18口成像测井资料分析显示，六区、七区、九区石炭系各种裂缝均较发育。石炭系内幕裂缝走向可分为3组，以北东走向裂缝为主(与主断裂走向一致)，其次是近东西走向裂缝，北西走向裂缝最少。

3.2.3 储集空间组合类型

岩心、铸体薄片、荧光薄片和扫描电镜资料综合分析表明，研究区石炭系内幕储集空间组合类型有3种：由裂缝、微裂缝和各种原生及次生孔隙相互沟通形成的裂缝-孔隙型储集空间；由裂缝和微裂缝相互沟通形成的裂缝型储集空间；完全由孔隙构成的孔隙型储集空间。其中，裂缝-孔隙型和裂缝型是该区石炭系内幕火山岩最有效的储集空间组合类型。

3.2.4 储集层物性特征

六区、七区、九区石炭系所有储集层样品中，除去渗透率大于100 mD的含裂缝样品，其余1204块不含裂缝样品，其基质孔隙度为0.10%～20.23%，平均为4.08%；668块样品渗透率为0.005～98.180 mD，平均为0.358 mD；产油层样品的孔隙度平均为9.43%，渗透率平均为1.22 mD。六区、七区、九区石炭系储层属中孔低渗储层。

4 火山岩内幕储盖组合及主要圈闭类型

火山岩内幕储盖组合主要由内幕不同的岩性组合构成。石炭系内部存在多种岩性，不同岩性的密度、物性和含油性存在差异，其接受后期改造的能力也有所不同。在构造挤压地层隆升过程中，密度大的岩性本身形成的裂缝较小，岩性不易风化、淋滤和剥蚀，储集空间较小，储层物性后期改善小，主要起隔(盖)层作用；密度小的岩性一般裂缝较发育，本身物性较好，后期易于接受风化淋滤，改善储集空间，储层物性较好，可以作为火山岩储层。不同的岩性组合形成储隔(盖)层交替分布，形成石炭系内幕油藏。

六区、七区、九区石炭系地层经历长期挤压隆升且断裂发育(图2)，沿克乌断裂带发育了大量圈闭。石炭系内幕圈闭类型主要有3种：一是石炭系地层因长期挤压隆升形成古隆起，在石炭系内幕发育有低幅度背斜、断背斜、断鼻和断块构造圈闭(图2中虚线)；二是研究区内断裂与有利储层组合形成构造岩性圈闭(图2)；三是岩性异常体圈闭，由不同的岩性组合和物性差异形成。

5 油气输导体系及成藏模式

研究区内的石炭系地层经历长期挤压隆升，形成古隆起，地层遭受风化剥蚀，缺失二叠系和部分三叠系地层，由于构造不均衡抬升形成构造斜坡，晚期构造继承性发育，形成从石炭系至白垩系的构造斜坡[19]。玛湖凹陷西北部长期继承性发育的构造斜坡是有利的油气运移方向。长期发育的断层沟通了油源(除烃源岩本身外，还包括下盘沉积岩已探明的二叠系、三叠系油藏)与储层，使油源与储层直接对接，有利于油气聚集。研究区的主干断层，即东部边界的克—乌断裂和白碱滩南断裂均为发育于海西晚期结束于燕山早期的同沉积断层，是研究区的主要油源断层。克—乌断裂石炭系顶面的断距为400～600 m，白碱滩南断裂的断距为800m左右。长期的推覆作用使主干断裂及其派生的次级断裂形成由盆地边缘向盆地内逐次下降的断阶。石炭系均逆掩在下盘三叠系之上，使油气通过下盘储层逐级进行供给。二叠系油源利用六区、七区、九区的主干断层作为油气运移主要通道，使得火山岩内幕储层与油源直接对接，侧向运移充注，形成新生古储的侧向充注成藏模式。石炭系深层火山岩内幕试油成果与油气分布显示，油气主要沿主干断层呈北东向条带状展布，在远离主干断层的位置，试油一般为干层和水层。石炭系深层火山岩内幕油气分布特征也表明主干断层的活动对油气的运移、分布和聚集成藏有控制作用。