准噶尔盆地车排子凸起石炭系火山岩体识别及解剖

2023-01-30李晓山蒋志斌顾开放

东北石油大学学报 2022年6期

潘虹，李晓山，金萍，蒋志斌，顾开放

( 1. 中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000； 2. 中国石油新疆油田分公司黑油山有限责任公司，新疆克拉玛依 834000 )

0 引言

火山岩岩性多样，储层受火山活动影响非均质性极强，具有横向变化大、纵向多期叠置等特点，有利储层预测为火山岩油藏开发的重点，储层预测的精度和准确性为火山岩油藏有效开发的难点。利用地震资料预测火山岩储层，已广泛应用于火山岩油藏的勘探开发。李明等[1-3]提出结合地震与地质特征开展火山岩分布规律研究；刘登明等[4-6]提取地震属性预测火山岩有利储层；黄玉等[7]利用地震反演技术在有利储层预测中取得成效；张尔华等[8]提出均方根振幅、瞬时频率等地震属性分析方法预测火山岩岩性及物性；刘凯等[9]结合不同岩性的测井响应特征，利用多种机器学习方法识别和预测火山岩岩性。火山岩油藏研究侧重于基于地震资料的有利储层预测方法，高度依赖于地震资料品质及井控程度，缺乏与火山期次、火山喷发模式的结合。

准噶尔盆地车排子凸起石炭系火山岩形成时间早，受西北缘多期构造运动影响，火山活动多期叠加，增加火山岩岩性平面、纵向的非均质性。早期对车排子凸起火山岩的研究局限于井控程度相对较高、地震反射相对清晰的风化壳一带，重点在于风化壳顶部300～500 m的储层，火山岩油藏大多为整体含油的块状油藏[10-13]。钻探证实，车排子凸起火山岩纵向上具有明显的火山喷发旋回规律，平面岩性组合反映明显的火山喷发模式特征。车排子凸起火山岩发育风化壳及内幕结构，由于火山岩内幕埋深大，地震资料品质较差，内幕刻画依赖于测井资料单井岩性解释，对内幕火山岩体空间展布规律的预测缺乏有效的技术方法。根据岩心、测井、地震等资料，笔者分析岩相、测井相、地震相火山岩体表征多属性特征，利用三相多属性火山岩体预测技术精确识别火山岩体，实现火山期次背景下的内幕解剖，为车排子凸起火山岩油藏勘探开发提供指导。

1 地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西部隆起带，为石炭系基底之上发育的继承性古隆起，西侧靠近扎伊尔山，东侧紧邻沙湾凹陷，沙湾凹陷发育二叠系风城组和乌尔禾组两套烃源岩，为石炭系油气成藏提供优越的油源条件。受多期构造挤压抬升的影响，车排子凸起东侧形成红车断裂带，并伴生形成次一级逆冲断裂，为油气运移提供重要的油源通道。车排子凸起于海西运动期隆升定型，长期保持正向构造形态[14-15]，为沙湾凹陷油气运移的有利指向区(见图1(a))。

图1 车排子凸起构造特征、位置及综合柱状图Fig.1 The structural characteristics, location and stratigraphic histogram of Chepaizi Uplift

受多期构造运动的影响，研究区地层发育不全。已知井钻井揭示，三叠系基本剥蚀殆尽，残存部分二叠系下乌尔禾组，随石炭系由东向西逐渐抬升，侏罗系也逐渐超覆减薄至尖灭，导致白垩系以角度不整合覆盖在石炭系之上。自下而上发育的地层有石炭系、二叠系下乌尔禾组、侏罗系、白垩系、古近系、新近系，缺失三叠系及大部分二叠系。石炭系在车排子全区及整个车排子凸起有分布，钻井揭示最大厚度为2 737 m(未钻穿)，根据地震资料推测，厚度超过5 000 m[16]。结合电测井曲线及取心资料，石炭系自下而上发育玄武岩—安山岩和火山角砾岩岩性旋回组合(见图1(b))。

2 火山岩体识别

2.1 岩相特征

结合取心观察、薄片鉴定，根据火山喷发模式及火山物质搬运方式，将研究区石炭系火山岩岩相划分为火山通道相、爆发相、溢流相、火山沉积相4个相，进一步细分为熔岩碎屑亚相、崩落堆积亚相、空落堆积亚相、复式流亚相、含外碎屑亚相5类亚相。火山通道相形成于火山喷发中后期，位于火山机构中心部位，受冷凝作用影响，固结火山角砾而形成角砾熔岩(见图2(a))。爆发相形成于火山喷发能量最强阶段[17]，以发育火山碎屑岩为主，粒径大小不等的火山碎屑物在不同环境形成不同的火山碎屑岩，根据堆积方式可分为崩落堆积亚相和空落堆积亚相。崩落堆积作用于近火山口一带，火山碎屑由集块到火山灰同时快速混杂堆积，磨圆分选差，岩性主要为火山角砾岩(见图2(b))，镜下可见粒内溶孔、半充填缝(见图2(c))。空落堆积亚相的火山碎屑物为更细腻的火山灰，经过缓慢沉降在距火山口较远一带堆积而形成，主要岩性以凝灰岩为主(见图2(d))，镜下可见凝灰质结构，孔缝不发育(见图2(e))。溢流相形成于火山喷发中期，岩浆自地下沿火山通道从火山口向外溢流形成各类熔岩，根据岩石矿物成分分为安山岩和玄武岩，岩心呈块状构造，气孔、微裂缝发育，镜下可见原生半充填气孔、斑晶溶孔，储集空间相对较发育(见图2(f-i))。火山沉积相为火山岩和沉积岩的过渡相[18-20]，在距离火山口较远相带沉积，多以火山砾石混杂堆积形成，主要发育沉凝灰质砂砾岩，岩心可见砾石粒序结构(见图2(j))，镜下可见砂砾状结构，发育晶间孔、粒内溶孔(见图2(k))。

图2 车排子凸起石炭系火山岩岩相特征Fig.2 Characteristics of the Carboniferous volcanic reservoirs of Chepaizi Uplift

2.2 测井相特征

以取心段火山岩相标志标定测井曲线，建立火山岩相测井响应特征。火山通道相以发育过渡性熔岩为主，主要岩性为角砾熔岩，测井曲线表现为中低电阻率，曲线形态呈锯齿状(见图3(a))。爆发相测井曲线形态总体表现为齿化箱状外形或漏斗—钟状复合形态，爆发相内部亚相测井曲线呈现不同特征，崩落堆积亚相主要发育火山角砾岩，曲线整体呈齿化箱状外形特征，表现为低自然伽马、中低电阻率、中低密度的特征(见图3(b))；空落堆积亚相多见凝灰岩，黏土矿物发育，表现为高自然伽马(见图3(c))。溢流相测井曲线变化幅度相对较小，整体较为平滑，由于岩石相对致密，总体表现为低声波时差、高密度、低中子和高电阻率的特征[21]，复式流亚相发育玄武岩和安山岩，其中玄武岩为基性矿物，自然伽马低，曲线呈弱齿化箱形(见图3(d))；安山岩以中性矿物为主，自然伽马和中子相对玄武岩的略高，曲线呈齿化箱形和钟形特征(见图3(e))。火山沉积相主要发育凝灰质砂砾岩，储层物性相对较好，总体表现为高伽马、低电阻率、高声波时差、低密度、高中子，电阻率与自然伽马呈镜像特征，曲线以齿化弱幅度箱形为主，局部可见指状特征(见图3(f))。

图3 车排子凸起石炭系火山岩岩相测井相应特征Fig.3 The characters of lithofacies logging response of the Carboniferous volcanic reservoirs of Chepaizi Uplift

2.3 地震相特征

火山喷发各阶段能量的差异造成岩性的多样性和堆积结构的复杂性，在地震剖面上形成较强的反射振幅，不同火山岩岩性具有不同的反射振幅，测井响应特征也不相同。车排子地区经历多期次的火山活动，火山岩纵向上呈叠置关系，火山岩体之间地震反射特征表现为振幅强弱、频率高低及同相轴的连续性，岩体界面主要通过同相轴的尖灭、错断或能量突变表征[22]。以单井岩相分析为基础，以火山岩相主要岩性为标志，利用单井精细标定，采用地震“相面法”[23]，结合不同深度地震切片特征、地震属性分析，识别纵向叠置的多套火山岩体形态特征。结合测井响应特征进行测井相与地震相的综合标定，分析典型的火山岩体岩相、测井相、地震相表征特征。在地震剖面上，火山通道相与围岩地震同相轴表现为低能低频的反射特征，形态一般呈直立的条带状分布，位于火山机构中心部位，发育角砾熔岩，测井曲线表现为中低电阻、箱状外形、局部齿化。爆发相内部以中低频杂乱反射为主，同相轴连续性差，呈分叉—斜列杂乱强振幅的反射特征，多具有楔状外形特征，通常顶部振幅反射强，内部反射弱，测井曲线呈箱状外形、严重齿化特征。溢流相表现为低频连续强振幅的反射特征，岩体内部呈平行—亚平行反射结构，外部形态主要为透镜状、层状，与围岩有明显的反射界面，测井曲线呈中高电阻、齿化钟状外形特征。火山沉积相以层状外形为主，内部沉积岩具有较好的分选性，地震剖面上表现为平行—亚平行特征，同相轴相对连续，具有中高频率、中等振幅的反射特征，测井曲线呈严重齿化尖峰状特征(见图4)。

图4 车排子凸起石炭系火山岩岩相、测井相、地震相响应特征Fig.4 Corresponding characteristics of lithofacies, logging facies and seismic facies of Carboniferous volcanic rocks in Chepaizi Uplift

3 火山岩体解剖

3.1 期次划分

火山机构内多相带与复杂岩性组合及其横向与纵向延伸规模差异，限制不同岩性岩相的分布和储层发育的有效性[24]。车排子凸起经历多期次火山喷发作用，形成的火山岩体纵向上叠置[25]，导致火山岩内幕结构特征复杂，而火山期次划分是解剖火山岩内幕特征的基础。火山喷发能量由强变弱，火山岩岩性由基性向偏中性过渡，火山岩岩相序列由火山通道相、爆发相、溢流相、火山沉积相的全部或部分组成，测井响应特征及地震反射特征发生变化。火山喷发旋回主要由喷发期火山岩及间歇期火山沉积岩构成，呈多种岩性的韵律组合规律，反映火山喷发能量的强弱变化[26]。根据车排子凸起石炭系火山岩岩性、岩相组合、火山喷发旋回规律，通过井震资料结合，火山期次的岩性、电性与地震反射特征具有较好的一致性，测井响应特征存在明显测井旋回界面特征，通常以火山喷发间歇期的沉积岩为界面，表现为高自然伽马、低电阻率。地震反射特征界限特征明显，上部同相轴整体表现为中强振幅中等连续特征，中部以强振幅中高连续特征为主，下部表现为弱振幅低连续特征。结合测井岩性、电性特征及地震剖面聚类分析，确定车排子凸起石炭系发生三期火山喷发，由深到浅依次为C1、C2、C3期(见图5)。

图5 车排子凸起石炭系火山期次划分与井震结合对比Fig.5 Phase division and well seismic combination of Carboniferous volcanic rocks in Chepaizi Uplift

研究区每个喷发旋回底部以中性安山岩或基性玄武岩喷发开始，曲线形态多为齿化箱状，测井响应特征具有高电阻率、低声波、高密度的特征，火山喷发能量自下而上由强变弱，以火山喷发间歇期火山沉积岩结束，形成下粗上细的正韵律旋回。旋回界面中沉积岩具有低电阻、低密度的特点，曲线形态多为齿化指状。车排子凸起石炭系火山岩形成于海西运动末期由西向东的推覆作用[27]，呈西低东高的构造格局，C2、C3期火山岩部分被剥蚀，南部CH3035井区遭受严重剥蚀，C1期火山岩保存相对完整(见图6)。

3.2 火山岩体分布

根据单井岩相、岩性特征、地震同相轴反射特征，研究区石炭系火山岩发育7个火山岩体、2个火山通道。自下而上C1期发育2个火山通道，形态呈直立条带状，与周边围岩呈角度不整合接触；发育3个爆发相火山岩体，地震剖面表现为中低频杂乱发射特征。C2期发育4个溢流相火山岩体，外形呈小型丘状，内部表现为低频较连续强振幅反射特征。车排子凸起石炭系火山喷发模式呈中心式喷发特征，以火山通道为中心，C1期火山喷发主要发育爆发相火山岩体，自西向南火山喷发能量变弱，由爆发相向溢流相转变，火山通道以西主要为溢流相火山喷发；C2期火山喷发能量减弱，发育溢流相火山岩体，沿背斜侧翼溢流，越靠近红车断裂遭受剥蚀越严重(见图7)。车排子凸起石炭系火山岩岩体埋藏深度为2.4～3.0 km，主要分布在2.5 km左右，纵向上火山岩体互相叠置，以不同期次、不同岩性、不同岩相为界面。平面上，沿红车断裂呈串珠状叠加连片分布，面积为1.5～13.6 km2，形成近50.0 km2的火山岩分布区，是研究区石炭系火山岩油藏的主要聚集区。

图7 车排子凸起石炭系火山岩油藏火山喷发模式Fig.7 Volcanic eruption model of Carboniferous volcanic reservoir of the Chepaizi Uplift

3.3 岩相平面展布

研究区石炭系顶部构造为受两条近南北向逆断层控制的东倾单斜构造，石炭系三期火山活动的构造特征具有一定继承性。C1期火山活动顶面构造表现为大型的单斜特征，火山通道位于研究区东部，沿红车断裂分布于单斜的轴部，以火山通道为中心发育的CH3036、CH3035井爆发相岩体分布于单斜的轴部，火山喷发能量自东向西变弱，钻探证实高产油流井多分布于单斜相对高部位及背斜轴部；C2期火山岩构造发育具有一定的继承性，表现为大型的单斜特征，火山喷发能量变弱，以溢流相岩体为主，构造高点及单斜轴部对有利含油火山岩体具有一定的指向性。受构造自东向西挤压抬升作用影响，车排子凸起在石炭系末期垂向隆升，C3期火山喷发后遭受强烈剥蚀，仅在凸起西部残存部分C3期地层，自下而上，火山口受构造挤压作用影响而自东向西发生迁移；火山喷发能量呈东强西弱的特征，岩相平面展布以火山口为中心，自东向西由爆发相向溢流相过渡，形成爆发相—溢流相—火山沉积相平面组合模式，距离火山口越近，物性越好，优势岩相越发育(见图8)。