準(zhǔn)噶爾盆地春暉油田石炭系火山巖儲(chǔ)層控制因素分析

董臣強(qiáng)

(勝利油田新春采油廠，山東 東營(yíng) 257000)

引言

春暉油田區(qū)域構(gòu)造上位于哈山構(gòu)造帶的西段，屬于哈山構(gòu)造南緣斜坡帶，向東南以烏夏斷階帶與瑪湖凹陷相接(圖1)。

圖1 哈山地區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic setting of the Halaalate Mountain area

春暉油田石炭系地層發(fā)育的火山巖巖性為凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖以及火山角礫巖，其中以凝灰?guī)r和火山角礫巖為主。通過(guò)區(qū)內(nèi)鉆遇石炭系地層的8口井分析，油氣顯示程度與石炭系儲(chǔ)層的發(fā)育程度密切相關(guān)［1］，儲(chǔ)層發(fā)育的層段，油氣顯示就非常活躍。因此，研究火山巖的儲(chǔ)層控制因素，就成為本區(qū)油氣探索的關(guān)鍵。之前的研究文獻(xiàn)有的從火山巖的酸度出發(fā)，分析溶孔和裂縫發(fā)育分布狀況;有的在近火山口有利巖相帶中研究近地表的風(fēng)化淋濾溶蝕作用及構(gòu)造裂縫發(fā)育情況;有的則從斷層及構(gòu)造裂縫角度對(duì)油氣的運(yùn)移做了詳細(xì)分析［2-8］?？傊?，從上述研究文獻(xiàn)來(lái)看，巖相、巖性、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、溶蝕作用是火山巖儲(chǔ)集層的重要影響因素。

1 巖相和巖性對(duì)儲(chǔ)層的控制

根據(jù)春暉油田石炭系巖相圖分析，火山巖相變化趨勢(shì)呈爆發(fā)相→溢流相→火山沉積相的環(huán)帶狀分布。哈淺3井、哈淺101井及哈淺102井主要為火山爆發(fā)相(圖2)，哈山1井、哈山2井及哈淺6井主要為溢流相、火山沉積相，哈淺4井、哈淺7井為火山沉積相。

圖2 哈山地區(qū)研究區(qū)平面巖相分布圖Fig.2 Planar distribution of the lithofacies in the Halaalate Mountain area

由于各火山相的形成環(huán)境、成巖作用方式及礦物組成等存在差異，因此各火山相的儲(chǔ)層物性必然存在差異［9］。

1.1 爆發(fā)相

研究區(qū)廣泛發(fā)育火山爆發(fā)相，其巖石類型為火山角礫巖，常堆積于火山口附近?；鹕浇堑[巖由角礫及角礫間充填物組成，主要發(fā)育氣孔、礫間孔、晶內(nèi)炸裂紋等孔隙類型。

(1)氣孔

氣孔是熔漿噴出地表，在地表的流動(dòng)過(guò)程中，由于壓力的減小，巖漿中所含揮發(fā)份體積增大，在浮力的作用下陸續(xù)從巖石中分離出來(lái)，部分未能逸出被封閉在巖漿中所形成。區(qū)內(nèi)火山巖巖心內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的原生氣孔較多，分布較廣。氣孔的形狀多樣，常見(jiàn)的有圓形、橢圓形及不規(guī)則形態(tài)等。少數(shù)氣孔沿巖漿流動(dòng)方向被不同程度的拉長(zhǎng)定向。氣孔大小不一，密度也不均一，連通性較差。一般來(lái)講，中性巖漿中所形成的氣孔比基性巖漿中的多(圖3)。

(2)礫間孔

火山巖的原生礫間孔主要包括兩種類型，一種是指火山熔巖的自碎角礫巖化或者隱爆角礫巖化而形成的角礫間空隙，但孔隙基本已被充填或半充填;一種是火山碎屑中的火山碎屑間空隙，一般具有孔隙較大，連通性好等特征，礫間孔的大小與形態(tài)受火山碎屑和火山角礫的組合形式控制，常與裂縫伴生。

(3)晶內(nèi)炸裂紋

在火山噴發(fā)的過(guò)程中，由于圍壓的迅速降低，巖漿自身壓力驟減，巖漿內(nèi)先結(jié)晶形成的晶體破碎形成裂縫。晶內(nèi)炸裂紋的形態(tài)通常不規(guī)則，常穿切晶體，后期流體多沿晶內(nèi)炸裂紋對(duì)晶體進(jìn)行溶蝕。晶內(nèi)炸裂紋通常見(jiàn)于具斑狀結(jié)構(gòu)的巖石和含晶屑細(xì)?；鹕浇堑[巖中。

1.2 溢流相

區(qū)內(nèi)發(fā)育火山溢流相，其巖石類型為玄武巖、安山巖。溢流相多形成于火山噴發(fā)旋回的中期，以火山強(qiáng)烈爆發(fā)之后出現(xiàn)為主，是相對(duì)粘稠的熔漿在地殼深部壓力作用下噴出地表，其在后續(xù)噴出物推動(dòng)和自身重力的共同作用下沿著地表流動(dòng)。在流動(dòng)過(guò)程中，熔巖流的頂部、底部及前緣冷卻較快，多形成氣孔狀熔巖，故火山溢流相發(fā)育一定的原生氣孔。在熔巖流的內(nèi)部，熔漿冷卻較慢，晶體結(jié)晶充分，多形成自形晶粒狀礦物。晶粒狀礦物有序度高，后期流體易沿其解理縫等薄弱面發(fā)生溶蝕作用形成晶內(nèi)溶孔。玄武巖、安山巖的微裂縫多為巖漿冷凝收縮或火山玻璃重結(jié)晶作用形成，微裂縫沿晶體邊緣展布，部分與溶蝕孔連通。

1.3 火山沉積相

區(qū)內(nèi)發(fā)育火山沉積相，其巖石類型為凝灰?guī)r。火山沉積相多形成于火山噴發(fā)的低潮期-間隙期，是粒度小于2㎜的巖屑、晶屑和玻屑等火山灰在天空中經(jīng)歷長(zhǎng)距離漂浮后于遠(yuǎn)離火山口堆積而成。由于凝灰?guī)r粒度較細(xì)，顆粒表面積較大，以及玻屑不穩(wěn)定，所以容易遭受次生變化，故火山沉積相存在基質(zhì)內(nèi)溶孔。凝灰?guī)r也受后期構(gòu)造活動(dòng)影響，形成構(gòu)造微裂縫。構(gòu)造微裂縫對(duì)致密凝灰?guī)r的流體跨層運(yùn)移起著決定性作用。

綜上所述，由于火山爆發(fā)相(火山角礫巖)原生孔隙、原生裂縫均較發(fā)育，巖石孔隙度較高，孔隙間連通性較好，故火山爆發(fā)相的儲(chǔ)集性能良好，油氣顯示活躍;火山溢流相(玄武巖、安山巖)存在原生孔、晶內(nèi)溶孔及泠凝收縮微裂縫，儲(chǔ)集性能中等，油氣顯示一般;火山沉積相儲(chǔ)集性能劣于火山爆發(fā)相與溢流相，油氣顯示較差。

2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層的控制

在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的作用下，巖石會(huì)發(fā)生變形，部分脆性的巖石受應(yīng)力作用形成構(gòu)造裂縫［10］。構(gòu)造裂縫常常成批出現(xiàn)，既可表現(xiàn)為具有一定延伸長(zhǎng)度的高角度縫和低角度縫，也可表現(xiàn)為局部的微小的裂縫體系。構(gòu)造裂縫具有連通原生孔隙的作用，極大地改善了火山巖的連通性，使其成為地質(zhì)流體的重要運(yùn)移通道。區(qū)內(nèi)裂縫常充填有硅質(zhì)、碳酸鹽、油氣(圖4)等，是火山巖成為優(yōu)良儲(chǔ)油空間的重要因素。

從春暉油田石炭系斷裂綱要圖(圖5)可以看出，本區(qū)主要發(fā)育兩條較大的斷裂，一是哈山2逆沖斷裂，是延伸較長(zhǎng)的單體斷裂，控制了本區(qū)的斷裂延伸方向?yàn)槟衔鞅睎|方向;另一條是哈淺101-哈淺3斷裂，是一組延伸距離不大的雁行式斷層組合。這兩條大斷裂及其周邊伴生的微裂縫就是該區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所形生的有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)域(圖5)。

圖5 春暉油田石炭系斷裂綱要圖Fig.5 Outline of the Carboniferous faults in the Chunhui Oil Field

3 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層的控制

溶蝕作用是研究區(qū)一種重要的成巖后生作用，溶蝕作用的發(fā)育能提高巖石的孔隙度與滲透率。各種儲(chǔ)集空間的充填物內(nèi)或充填物邊緣多受后期流體的再次溶蝕作用形成晶內(nèi)溶孔、晶間溶孔、礫內(nèi)溶孔與礫間溶孔，溶蝕孔內(nèi)多見(jiàn)油氣顯示。由此可知，溶蝕作用越強(qiáng)，溶蝕孔隙越發(fā)育，巖層儲(chǔ)集性能越好［11］。

在溶解、重結(jié)晶、次生蝕變等多種成巖作用的共同影響下，原生儲(chǔ)層空間被改造，生成新的晶內(nèi)溶蝕孔、基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔、氣孔充填物內(nèi)溶孔。

(1)晶內(nèi)溶蝕孔

火山巖中常見(jiàn)的單礦物主要有長(zhǎng)石、石英、輝石、角閃石、黑云母等。這些礦物晶體，除了石英晶體的化學(xué)穩(wěn)定性較好以外，其它晶體經(jīng)常與地質(zhì)流體進(jìn)行成份的交換，發(fā)生溶解和水解作用，不穩(wěn)定礦物成份被溶解，礦物晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，晶體被溶蝕的部位形成溶蝕孔隙(圖6)。

(2)基質(zhì)溶蝕孔

基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔主要是由于火山巖的基質(zhì)在一定的地質(zhì)條件下發(fā)生蝕變和溶蝕作用。基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔一般體積較小，但是數(shù)目較多，部分具有一定的連通性，是凝灰?guī)r儲(chǔ)層空間的重要組成部分。區(qū)內(nèi)火山角礫巖中溶孔發(fā)育，在基質(zhì)內(nèi)常見(jiàn)大量超大溶孔，該類溶孔顯示有多期次充填特征，一期硅質(zhì)流體沿溶孔內(nèi)壁形成充梳狀邊石英，二期硅質(zhì)流體充填一期流體剩余空間形成自形單晶石英。

(3)氣孔充填物內(nèi)溶孔

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)巖心的觀察，氣孔的充填物主要有沸石、綠泥石、瀝青、方解石、硅質(zhì)等。氣孔被全部或部分溶蝕而形成的次生孔隙即氣孔充填物內(nèi)溶孔，主要見(jiàn)于火山熔巖中。

溶蝕作用的發(fā)生與斷裂及微裂縫密切相關(guān)，地下熱液都是以斷裂、裂縫等為基礎(chǔ)進(jìn)行礦物成分的溶解、置換與沉淀。因此，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的裂縫發(fā)育區(qū)，同樣也是溶蝕作用的發(fā)育區(qū)域。

4 結(jié)論

圖6 后期方解石充填和瀝青質(zhì)充填的長(zhǎng)石晶內(nèi)溶孔Fig.6 Feldspar intracrystal solution openings filled by deuterogenous calcite and bitumen

(1)區(qū)內(nèi)火山巖相變化趨勢(shì)為呈爆發(fā)相→溢流相→火山沉積相的環(huán)帶狀分布，火山爆發(fā)相原生孔隙、原生裂縫均較發(fā)育，孔隙間連通性較好，儲(chǔ)集性能良好，油氣顯示活躍;火山溢流相存在原生孔、晶內(nèi)溶孔及冷凝收縮微裂縫，儲(chǔ)集性能中等，油氣顯示一般;火山沉積相儲(chǔ)集性能低于火山爆發(fā)相與溢流相，油氣顯示較差。

(2)研究區(qū)火山巖物性致密，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，極易產(chǎn)生錯(cuò)斷，形成區(qū)域性大斷裂及伴生裂縫，這些斷裂及裂縫既可以成為儲(chǔ)集空間，也可以成為連通原生孔隙和次生孔隙的通道，改善火山巖的整體儲(chǔ)集性能。哈山2斷裂及哈淺101-哈淺3斷裂附近的儲(chǔ)集層發(fā)育良好的儲(chǔ)集空間。

(3)溶蝕作用形成晶內(nèi)溶孔、晶間溶孔、礫內(nèi)溶孔與礫間溶孔，可以提高火山巖的孔隙度與滲透率，溶蝕作用越強(qiáng)，巖層儲(chǔ)集性能越好。溶蝕作用也主要發(fā)育在斷裂附近。

(4)火山爆發(fā)相、溢流相與平面上斷裂發(fā)育區(qū)的疊合區(qū)域，是原生孔隙、次生孔隙、裂縫等滲流通道皆較發(fā)育的區(qū)域，也是春暉油田石炭系火山巖油氣藏主要的賦存空間。

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