準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)火山巖特征

1油氣勘探前景長期以來，對火山巖油氣藏的勘探有著悠久的歷史（鄒彩等，2008）。隨著勘探程度的日漸深入,中國松遼盆地(時英敏等,2011;王璞王君等,2006;馮子輝等,2008)、準(zhǔn)噶爾盆地(匡立春等,2008;方琳浩等,2009)、三塘湖盆地(劉俊田等,2009)等含油氣盆地的火山巖油氣勘探均已取得重大進展?？碧綄嵺`和相關(guān)研究證實,有利儲層是富烴凹陷中火山巖油氣藏勘探成功的關(guān)鍵(王璞王君等,2003,2006;Luoetal.,2005;鄒才能等,2008),而火山巖儲集性能受巖性與巖相、成巖作用、構(gòu)造活動與不整合面風(fēng)化作用的影響(王璞王君等,2003;陳慶春等,2003;Luoeal.,2005;馮子輝等,2010)。準(zhǔn)噶爾盆地自1956在86井石炭系火山巖首見油氣顯示、1957年在222井石炭系首獲工業(yè)油流以來,在石炭—二疊系火山巖中探明油氣當(dāng)量已超過3.6億噸,其中針對石炭系的研究成果(李軍,2008;達江等,2010)和探明儲量均占主體。近年來,其西北緣下二疊統(tǒng)火山巖中豐富的油氣資源,日漸引起油氣勘探部門的重視,迄今已對克百地區(qū)五八區(qū)佳木河組(匡立春等,2008)、烏夏地區(qū)的夏72井區(qū)(肖毓祥等,2008)的火山巖儲層及瑪東3井火山巖巖石學(xué)及構(gòu)造背景開展過初步研究(方琳浩等,2009)。本文在巖礦分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合地球化學(xué)測試結(jié)果,研究火山巖巖性、巖相特征,分析其巖性、巖相與油氣儲層質(zhì)量之間的關(guān)系,以深化對該區(qū)早二疊世火山活動特征及其與油氣優(yōu)質(zhì)儲層關(guān)系的認識。2西部前緣海西北緣油氣聚集區(qū)準(zhǔn)噶爾盆地位于中國新疆北部,為古生代褶皺山系所包圍,其西北部為哈拉阿拉特山、扎依爾山組成的西準(zhǔn)噶爾界山(圖1)。研究區(qū)位于新疆克拉瑪依市境內(nèi),屬準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起帶,包含克百地區(qū)和烏夏地區(qū),與瑪湖生油凹陷相鄰。西部隆起是準(zhǔn)噶爾地塊與哈薩克斯坦板塊的碰撞縫合帶,形成于海西期,后經(jīng)印支、燕山和喜馬拉雅多期構(gòu)造運動影響(李軍,2008),表現(xiàn)為不同方向的逆掩斷裂帶。根據(jù)構(gòu)造特征、地層分布特征,從老山到斜坡可以劃分為推覆體尖滅帶、斷階帶、斷裂帶前緣和斜坡帶4個油氣聚集帶。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是該盆地中油氣最富集、勘探程度最高的地區(qū),發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系。本文研究的目的層位為下二疊統(tǒng),從下而上分為佳木河組和風(fēng)城組。其中,佳木河組火山巖發(fā)育,為辮狀河、扇三角洲環(huán)境;風(fēng)城組湖泊擴張,是瑪湖凹陷主力烴源巖發(fā)育層系,火山巖發(fā)育規(guī)模較小,幾米至幾十米厚不穩(wěn)定火山巖夾于湖相泥巖中。3火山巖的巖石特征3.1主量元素地球化學(xué)考慮到研究區(qū)內(nèi)主要為噴出巖,礦物結(jié)晶程度低,無法確定全部礦物含量,首先利用巖石化學(xué)數(shù)據(jù)采用TAS分類法(邱家驤,1991)進行巖石類型劃分。在兼顧不同組、不同層位的前提下,對克百地區(qū)和烏夏地區(qū)18口重點井發(fā)育的49個火山巖樣品進行了主量元素測試,測試由中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所X射線熒光光譜儀(XRF)完成。對數(shù)據(jù)處理及TAS成圖可知(圖2),克百地區(qū)佳木河組火山巖巖性變化大,主體為中基性-中酸性的玄武安山巖、安山巖和英安巖,其次為粗面巖、粗面英安巖;而風(fēng)城組的4個樣品,除流紋巖外還見玄武粗安巖和堿玄巖。與克百地區(qū)相比,烏夏地區(qū)火山巖偏酸性。其中佳木河組3個樣品來自瑪東1、夏76和風(fēng)南1井的凝灰?guī)r,外來物質(zhì)相對較多,僅可作參考;風(fēng)城組的14個樣品來自于不同部位的6口井,其中除了旗8井火山角礫熔巖為玄武巖(可能為佳木河組沉積早期的圍巖)外,其余樣品集中在流紋巖和堿玄質(zhì)響巖-粗安巖兩個單元。3.2火山碎屑巖類型在巖石化學(xué)分類基礎(chǔ)上,為了深入討論巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的差異,并進一步用于火山巖儲層質(zhì)量的預(yù)測,參考孫善平等的研究成果(孫善平等,2001),將火山碎屑巖類進行細分。從巖石結(jié)構(gòu)類型看,風(fēng)城組與佳木河組中火山巖差異明顯。佳木河組火山熔巖與火山碎屑巖共同發(fā)育(圖3);而風(fēng)城組在不同地區(qū)巖性存在明顯差異,其中克百地區(qū)發(fā)育厚度較小(20~35m)、但分布范圍大的玄武粗安巖、堿玄巖等熔巖,而烏夏地區(qū)發(fā)育規(guī)模相對較大,以厚度不穩(wěn)定的流紋質(zhì)熔結(jié)火山碎屑巖、火山碎屑熔巖為主(表1,圖3)。4巖漿作用產(chǎn)物特征巖相是巖漿作用產(chǎn)物形成環(huán)境、條件的概括,是在一定環(huán)境、條件下巖漿作用產(chǎn)物特征的總和(謝家瑩等,1994)。因此,火山巖相研究不僅有利于重塑火山活動過程、恢復(fù)古火山機構(gòu)、分析火山巖體形成機理,還有助于確定火山巖儲層質(zhì)量及其控制因素。4.1巖相分類方案目前盆地火山巖相的研究中采用的火山巖相分類方案較多(SruogaandRubinstein,2007)。王璞王君等(2003)在松遼盆地酸性火山巖研究中總結(jié)的巖相分類系統(tǒng)得到廣泛推廣,本文主要采用此方案。應(yīng)用37口井、855.51m火山巖巖心、488塊巖石薄片和鉆遇風(fēng)城組火山巖的94口井(鉆穿31口)、鉆遇佳木河組的131口井(鉆穿60口)的錄井、測井信息開展準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)火山巖巖相劃分。4.2火山爆發(fā)相亞相特征參照王璞君等(2003)的巖相劃分標(biāo)準(zhǔn),在佳木河組中識別出火山通道相、爆發(fā)相、溢流相和火山沉積相4類巖相(尚未鉆遇侵出相)。從21口井721個樣品巖相結(jié)果統(tǒng)計來看,爆發(fā)相和溢流相非常發(fā)育,前者略占優(yōu)勢(表2);在4口井中鉆遇火山通道相次火山巖亞相的安山玢巖、輝綠巖等火山巖?？税俚貐^(qū)佳木河組火山爆發(fā)相中熱碎屑流亞相不發(fā)育,而空落亞相非常發(fā)育,彈射墜落形成的火山角礫巖與噴射降落成因的凝灰?guī)r相當(dāng)。溢流相中部亞相樣品數(shù)最多,其次是上部亞相,這可能與厚度和范圍較大的溢流冷卻單元的發(fā)育有關(guān)。截止2010年11月,烏夏地區(qū)僅有19口井鉆遇佳木河組,其中14口井有取心資料。基于其中5口、90個樣品的巖相解釋統(tǒng)計結(jié)果證實,烏夏地區(qū)佳木河組火山巖以溢流相為主,爆發(fā)相次之(表2)。可能由于侵出相、火山通道相分布局限,目前尚未鉆遇。4.3火山巖溢流相及膠質(zhì)巖從5口井、73個樣品統(tǒng)計可知,克百地區(qū)火山巖以溢流相和爆發(fā)相共同發(fā)育為特征。溢流相多為上部和中部亞相,爆發(fā)相多見噴射降落成因的凝灰?guī)r而少見彈射墜落成因的火山角礫、火山彈。從19口井、388個樣品統(tǒng)計可知,烏夏地區(qū)火山巖以爆發(fā)相為絕對主體,溢流相分布局限,且為噴發(fā)與溢流之間過渡性的噴溢相。目前,僅在旗8井中鉆遇侵出相隱爆火山角礫熔巖(表2)。由此,克百地區(qū)風(fēng)城組火山巖以溢流相為主,爆發(fā)相為輔;烏夏地區(qū)的風(fēng)城組火山巖則以爆發(fā)相為主、溢流相為輔,尤其是爆發(fā)相中占優(yōu)勢的熱碎屑流亞相成為烏夏地區(qū)火山噴發(fā)的重要特征。5火山巖巖相與儲層性質(zhì)的關(guān)系5.1儲集空間類型據(jù)巖心觀察、薄片鑒定及掃描電鏡等資料綜合分析認為,研究區(qū)火山巖儲集空間包括孔隙和裂縫兩類。孔隙包含原生孔隙和次生孔隙,其中原生孔隙包括原生氣孔、剩余氣孔、石泡空腔孔、顆粒間孔、基質(zhì)微孔等;次生孔隙包括杏仁體內(nèi)溶蝕孔、顆粒溶蝕孔、基質(zhì)溶孔等(Surdameal.,2004)。裂縫包括成巖縫、構(gòu)造縫,其中成巖縫主要有礫間縫、炸裂縫、層間縫、縫合縫、冷凝收縮縫等類型。從層位上看,風(fēng)城組火山巖主要的儲集空間類型為(半充填)氣孔(78%),其次為基質(zhì)溶孔(12%)和斑晶粒內(nèi)溶孔(6%)等;而佳木河組火山巖儲集空間以溶蝕孔(63%)為特征,包括粒內(nèi)溶蝕孔和粒間溶蝕孔,其次為后期構(gòu)造成因的微裂縫(32%),原生氣孔少見。從成因和發(fā)育規(guī)律上,將火山巖儲集空間分為5種類型:(1)爆發(fā)相火山碎屑流亞相的熔結(jié)凝灰?guī)r或熔結(jié)火山角礫巖中的殘余原生氣孔;(2)溢流相上部或底部玄武安山巖、安山巖、英安巖殘余氣孔或后期溶蝕(擴大)孔;(3)爆發(fā)相空落亞相彈射堆積火山角礫巖或火山角礫熔巖中粒間孔及其溶蝕擴大孔;(4)熱液活動帶或大型不整合面之下火山物質(zhì)蝕變及其后期溶蝕孔隙;(5)斷裂活動帶附近構(gòu)造成因裂縫。其中后兩種與斷裂活動及其伴生的熱液活動或長期風(fēng)化淋濾有關(guān),空間上受控于斷裂帶的位置及暴露風(fēng)化的時間、古地貌格局,除不同巖性對巖石破裂和次生溶孔的形成有一定影響外,受巖性、巖相控制作用較小;而前三種儲集空間分布更加廣泛,實際數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析說明,通常需在原本相對豐富的原生氣孔或粒間孔基礎(chǔ)上疊加后期的成巖改造方可形成優(yōu)質(zhì)儲層(Surdametal.,2004;SruogaandRubinstein,2007),原生孔隙除了可以直接提供儲集空間外,也同時影響成巖改造的程度和結(jié)果。下面,主要針對非斷裂和風(fēng)化作用控制的火山巖儲層中巖性、巖相的影響進行討論。5.2火山巖巖與儲層力學(xué)的關(guān)系5.2.1火山巖巖石類型與儲層物性的關(guān)系烏夏地區(qū)僅5口探井鉆揭佳木河組。因此,僅采用鉆揭佳木河組井?dāng)?shù)較多且取心、分析測試資料較豐富(21口井、721個巖心樣品點)的克百地區(qū)為例,討論佳木河組火山巖巖石類型與儲層物性之間的關(guān)系。統(tǒng)計結(jié)果表明,克百地區(qū)佳木河組沉凝灰?guī)r和安山巖滲透性高,可能與其裂縫發(fā)育有關(guān);火山角礫巖有效孔隙度大,剩余原生粒間孔和次生溶蝕孔發(fā)育?；鹕剿樾既蹘r儲層孔隙性好,原生氣孔發(fā)育,但巖石致密,滲透性差(圖3)。綜合有效孔隙度和水平滲透率來看,(沉)火山角礫巖中原生粒間孔和溶蝕孔均發(fā)育,儲層物性最好;其次為原生氣孔發(fā)育的部分熔巖或火山碎屑熔巖,其中可見杏仁體的溶蝕;氣孔或杏仁體缺乏的熔巖和凝灰?guī)r,儲層物性最差(圖4)。5.2.2火山角礫巖儲層物性如前所述,風(fēng)城組沉積時期烏夏地區(qū)火山巖相對發(fā)育,巖石類型豐富,而克百地區(qū)發(fā)育規(guī)模較小且?guī)r性單一。前者偏酸性,后者偏基性,差異巨大,在此將二者分別進行討論。統(tǒng)計結(jié)果表明,烏夏地區(qū)風(fēng)城組流紋質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖和角礫質(zhì)凝灰?guī)r儲層物性最好,平均孔隙度為14.5%;其次為球粒/石泡流紋巖,平均孔隙度為13.3%(圖5)?？傮w上,冷凝固結(jié)的熔巖和火山碎屑熔巖類儲層物性較好,主要是因為冷凝固結(jié)的成巖方式控制了原生氣孔的發(fā)育,在夏72井區(qū)附近,發(fā)育大量石泡構(gòu)造。正常的火山碎屑巖和沉火山碎屑巖儲層物性較差,可能與強烈壓實和分選較差有關(guān)。而在克百地區(qū),風(fēng)城組沉火山角礫巖和火山角礫巖儲層物性最好,平均有效孔隙度分別為10.8%和8.39%,儲集空間為剩余原生粒間孔和后期溶蝕孔;熔巖和凝灰?guī)r儲層物性較差,平均有效孔隙度僅2.9%和3.2%(圖5)。5.3火山巖相與儲層性質(zhì)的關(guān)系5.3.1火山沉積相儲層物性早二疊世西北緣地區(qū)佳木河組沉積時期火山活動頻繁,主要集中在克百斷裂帶周緣。在此,以克百地區(qū)為例討論該時期火山巖巖相與儲層物性之間的關(guān)系。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),火山沉積相中含外碎屑火山碎屑沉積巖,儲層物性最好,平均孔隙度18.58%;其次為爆發(fā)相中的彈射墜落堆積,平均孔隙度為12.83%;噴溢相儲層質(zhì)量中等,上部亞相和下部亞相發(fā)育少量氣孔,儲層物性相對中部亞相較好(表3)。本區(qū)富集油氣的佳木河組有利火山巖巖相為爆發(fā)相空落亞相中的火山角礫巖、爆發(fā)相熱碎屑流亞相中的熔結(jié)凝灰?guī)r或熔結(jié)火山角礫巖,以及氣孔富集的噴溢相下部亞相和上部亞相。5.3.2火山沉積相儲層物性特征與佳木河組不同的是,除了火山巖發(fā)育程度明顯減弱以外,風(fēng)城組沉積時期火山主要在烏夏地區(qū)噴發(fā)。在烏夏地區(qū),風(fēng)城組發(fā)育4種火山巖相、9種亞相(表2)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),爆發(fā)相熱碎屑流亞相中的水下碎屑流微相儲層物性最好,以夏72井區(qū)熔結(jié)凝灰?guī)r為典型代表,發(fā)育大量的石泡構(gòu)造空腔孔;其次為噴溢相上部亞相,原生氣孔及杏仁體溶蝕孔發(fā)育;分選較好的火山沉積相儲層巖石物性較好,受斷層影響,微裂縫發(fā)育,滲透性高(表4)。在克百地區(qū)風(fēng)城組,火山巖發(fā)育范圍局限,厚度小。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),空落亞相中彈射墜落微相和火山沉積相中再搬運火山碎屑沉積儲層物性最好,前者分選相對較好,具有一定的磨圓;后者被水流搬運,具有一定的分選、磨圓,層理發(fā)育。兩者剩余原生粒間孔均發(fā)育。此外,本區(qū)發(fā)育的噴溢相上部亞相儲層相對較好,但有效孔隙度平均僅4.55%,受限于其中廣泛發(fā)育的氣孔被充填殆盡,且后期未發(fā)生明顯溶蝕。需要特別說明的是,以往火山巖巖相僅劃分到亞相,文中考慮到盆地環(huán)境中爆發(fā)相熱碎屑流亞相實際發(fā)育環(huán)境常有水下與陸上之分、空落亞相據(jù)其運動過程常存在彈射墜落和噴射降落之別,在此對其進行細分,并分別進行了儲層物性統(tǒng)計。結(jié)果表明,陸上環(huán)境中的爆發(fā)相熱碎屑流亞相中陸上火山碎屑流微相儲層中有效孔隙度明顯低于水下(與水密切相關(guān))火山碎屑流,這可能與地表水或淺層地下水在火山噴發(fā)過程中大量氣化并加速噴發(fā)產(chǎn)物快速冷凝(淬碎)形成相對封閉的氣腔有關(guān)。6陰山山地的巖石類型及儲層精細分析1)在下二疊統(tǒng)的火山巖中,佳木河組火山巖相對穩(wěn)定,以玄武安山巖、安山巖、英安巖為主;風(fēng)城組的火山巖在不同地區(qū)變化明顯,克百地區(qū)為玄武粗安巖、堿玄巖,烏夏地區(qū)主要為流紋巖,其次為堿玄質(zhì)響巖和粗安巖。根據(jù)結(jié)構(gòu)和成巖方式,佳木河組和克百地區(qū)風(fēng)城組以熔巖和火山碎屑巖共同發(fā)育為特征,烏夏地區(qū)風(fēng)城組則以熔結(jié)火山碎屑(熔)巖發(fā)育為特征。2)受巖漿性質(zhì)和噴發(fā)環(huán)境的影響,不同層位、不同地區(qū)火山巖巖相類型差異明顯。佳木河組火山巖溢流相和爆發(fā)相共同發(fā)育;克百地區(qū)風(fēng)城組以溢流相為主,而烏夏地區(qū)以爆發(fā)相火山碎屑流亞相發(fā)育為特征。3)從巖性看,佳木河組及克百地區(qū)風(fēng)城組(沉)