克百地區(qū)二疊系火山巖儲層特征及其控制因素分析

袁曉光，李維鋒，董宏，王濤，張寶露，李勝

（1.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100；2.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100；3.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；4.中國石油克拉瑪依紅山油田有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000；5.長江大學地球環(huán)境與水資源學院，湖北 武漢 430100）

近年來，火山巖油氣藏作為一類特殊油氣藏已經(jīng)引起人們重視。國內學者近年來已在渤海灣盆地[1]、松遼盆地[2-3]、準噶爾盆地車排子地區(qū)[4]、三塘湖盆地[5]、塔里木盆地躍南地區(qū)[6]、二連盆地[7]等地區(qū)開展火山巖儲層及油氣成藏等方面的研究工作。克百地區(qū)二疊系發(fā)育厚度巨大的火山巖，近年來發(fā)現(xiàn)其具有良好的油氣顯示[8-9]，說明該地區(qū)具有好的勘探前景。然而，該火山巖儲層巖性復雜、儲集空間類型及發(fā)育程度受諸多因素共同影響，表現(xiàn)出很強的非均質性。目前，關于研究區(qū)二疊系火山巖儲層的研究很少，僅見前人對二疊系佳木河組進行過一定描述[8]。本文擬在前人部分研究的基礎上，結合最新巖心資料、物性資料及大量薄片觀察，對整個二疊系火山巖的儲層特征開展深入研究，并查明影響其物性的控制因素，指出有利勘探目標，為后續(xù)的火山巖油藏評價、開發(fā)提供新的地質信息。

1 地質概況

研究區(qū)位于準噶爾盆地西北部，構造上位于克拉瑪依—百口泉斷裂帶上，其西依扎伊爾山，東臨瑪湖凹陷（見圖1）。地層自下而上發(fā)育有石炭系、二疊系—第四系，十分完整，其中，二疊系與三疊系及石炭系均以不整合接觸。二疊系內部自下而上分為佳木河組（P1j）、風城組（P1f）、夏子街組（P2x）、下烏爾禾組（P2w）及上烏爾禾組（P3w）。海西早、中期運動，造成二疊系各組之間均發(fā)育不同規(guī)模的不整合面[10]。二疊系地層中火山巖與碎屑巖交互分布，其中，火山巖主要分布在佳木河組和風城組。

2 火山巖儲層特征

2.1 巖石學特征

克百地區(qū)二疊系巖性主要為玄武巖、安山巖、流紋巖及火山角礫巖、凝灰?guī)r，以凝灰?guī)r和玄武巖居多，安山巖次之。流紋巖僅分布在佳木河組上亞組（P1j3）中，而其他巖性在佳木河組及風城組中普遍發(fā)育。

圖1 研究區(qū)構造位置

玄武巖呈斑狀結構，基質具有間粒、間隱結構，常發(fā)育氣孔，但大多數(shù)氣孔被沸石及綠泥石等充填呈杏仁狀（見圖2a）。安山巖主要由斜長石構成，亦呈斑狀結構，基質具有交織及?；豢椊Y構，氣孔較發(fā)育，常被礦物部分充填（見圖2b）。流紋巖呈斑狀結構，基質具隱晶結構，常具流紋構造?；鹕浇堑[巖常呈灰色、褐色，基質主要為火山灰及少量長石晶屑等。凝灰?guī)r呈紫紅色（見圖2c），見基質溶蝕及鈉長石化現(xiàn)象。

圖2 克百地區(qū)二疊系火山巖儲層巖心及鏡下孔隙結構特征

2.2 儲集空間類型

克百地區(qū)二疊系火山巖孔隙包含原生孔、縫及次生孔、縫。其中，原生孔隙包含原生氣孔、殘余氣孔及晶間孔；原生裂縫包含冷凝收縮縫等；次生孔隙主要是溶蝕孔隙，包含晶間溶孔、粒內溶孔、基質溶孔、斑晶溶孔及填隙物溶蝕孔；次生裂縫包含構造裂縫等。其中，火山角礫巖以晶間溶孔、粒內溶孔為主，構造微裂縫及剩余氣孔次之（見圖2d）；凝灰?guī)r以基質溶孔為主，粒內溶孔及晶間溶孔次之（見圖2e）；安山巖以半充填剩余氣孔為主（見圖2b、圖2f），冷凝收縮縫及基質溶孔次之（見圖2f、圖2g）；玄武巖孔隙發(fā)育程度低，以斑晶溶孔和基質溶孔為主，原生氣孔基本被完全充填（見圖 2a）。

2.3 孔隙結構特征

根據(jù)大量樣品孔喉測試結果（見表1），發(fā)現(xiàn)各類火山巖的孔隙結構均具有“分選差、孔喉半徑小、歪度較細”的特點。相比較而言，火山角礫巖和安山巖的孔隙結構稍好一些。

表1 克百地區(qū)二疊系火山巖孔隙結構參數(shù)（均值）統(tǒng)計

2.4 儲集物性特征

依據(jù)不同層位、不同巖性開展火山巖儲集物性分析（見表2），可見總體屬于低孔、低—特低滲儲層，非均質性強。從層位上看，物性無明顯變化規(guī)律，說明其基本不受埋深及壓實作用的影響；從巖性上看，不同巖性的火山巖，儲集物性存在明顯差異，其中，火山角礫巖和凝灰?guī)r儲集物性相對較好，是最有利的儲集層，玄武巖除了在佳木河組下亞組中物性較好以外，在其余層位均屬最差。此外，孔隙度與滲透率的相關性較差，這是由于火山巖中發(fā)育裂縫的緣故。

3 火山巖儲層物性控制因素分析

3.1 巖性或巖相類型

研究表明（見表2）：火山巖孔隙度與巖性關系密切，火山角礫巖和凝灰?guī)r的物性明顯較好，安山巖次之。巖性不僅決定原生儲集空間類型及分布特征，而且控制了次生儲集空間的發(fā)育[11]，而火山巖巖性主要取決于巖相類型[12-13]。

表2 克百地區(qū)二疊系火山巖儲集物性分析

火山爆發(fā)相（包括火山角礫巖及凝灰?guī)r）固結速度快，熱熔程度低[14]。其中，火山角礫巖發(fā)育少量原生氣孔，在溶蝕作用下亦形成大量粒內溶孔（見圖2d）、晶間溶孔，增大了儲集空間，此外，由于抗壓程度較低，形成較多構造裂縫（見圖2d），增大孔隙連通性；凝灰?guī)r雖較致密，原生孔隙基本不發(fā)育，但由于抗溶蝕能力很低，導致晶屑、漿屑溶蝕孔隙及火山灰基質溶蝕孔隙（見圖2e）大量發(fā)育，亦具有較好儲集性能?；鹕揭缌飨啵òò采綆r、玄武巖及流紋巖）固結速度慢，熱熔程度高[14]，其中，安山巖常發(fā)育半充填氣孔（見圖 2b、圖2f）及冷凝收縮縫，還發(fā)育大量次生溶蝕孔隙（見圖2g）；玄武巖雖發(fā)育氣孔，但常被濁沸石、方解石等礦物基本充填，呈杏仁狀（見圖2a），有效儲集空間大大減少，且由于抗壓強度大，裂縫幾乎不發(fā)育，導致其物性較差。

3.2 溶蝕作用

溶蝕作用產(chǎn)生大量的次生孔隙，大大改善火山巖的儲集性能。溶蝕孔隙邊緣黑色氧化鐵泥質膜 （見圖3a），是在（近）地表氧化環(huán)境下風化淋濾的結果；地下酸性流體亦可產(chǎn)生溶蝕作用，薄片中可見溶孔及裂縫中被瀝青充填現(xiàn)象（見圖3b）。凝灰?guī)r溶蝕作用較強，表現(xiàn)為基質溶蝕（見圖2e）以及晶屑、漿屑溶蝕；火山角礫巖為巖屑（見圖3c）和長石晶屑溶蝕。此外，沿構造裂縫亦可發(fā)生溶蝕作用，形成溶蝕裂縫（見圖2g）。

3.3 礦物充填作用

新組分的沉淀析出，充填原生氣孔及次生溶蝕孔、縫，對火山巖儲集物性具有強烈的破壞作用。常見綠泥石充填原生氣孔、溶蝕氣孔（見圖3d），濁沸石、片沸石充填氣孔（見圖2a、圖2b）、溶蝕氣孔，方解石充填裂縫（見圖3e），硅質充填溶蝕孔隙（見圖3d）等現(xiàn)象。玄武巖發(fā)育原生氣孔及溶蝕孔隙，但后期被礦物大量充填（見圖2a、圖3d），孔隙度大大減小，這正是導致玄武巖成為物性最差儲層的根本原因。

3.4 構造作用

構造作用可通過產(chǎn)生構造裂縫和不整合面來控制火山巖的物性。二疊系火山巖在形成后，經(jīng)歷了多期強烈的構造運動，包括海西運動、印支運動及燕山運動，產(chǎn)生了大量的構造裂縫（見圖3f），這些裂縫可形成良好儲集空間及油氣運移通道，同時，也可以促使地層水及有機酸的活動，促進溶蝕孔、縫的發(fā)育（見圖2g）；早二疊世末的海西早期運動，應力狀態(tài)表現(xiàn)為近南北向擠壓、疊加左旋扭動[10]，使得風城組與夏子街組之間呈“削蝕上超不整合”接觸，此外，在早二疊世初期，由于西準噶爾褶皺帶持續(xù)隆升，并向準噶爾地塊沖斷推覆，克百斷裂活動十分強烈，伴隨多期火山活動，導致佳木河組內部各段之間亦形成不同規(guī)模、不同類型的不整合面[15]，這有利于火山巖在近地表條件下遭受風化淋濾，形成溶蝕孔隙（見圖2f），從而改善儲集物性。

可見，二疊系地層中各不整合面以下短距離內的火山角礫巖及凝灰?guī)r儲層是未來研究區(qū)火山巖油氣勘探的首選目標。

圖3 克百地區(qū)二疊系火山巖儲層鏡下孔隙特征

4 結論

1）克百地區(qū)二疊系火山巖儲層巖性為安山巖、玄武巖、流紋巖、火山角礫巖及凝灰?guī)r；儲集空間類型以次生孔隙為主，屬于低孔、低—特低滲儲層，非均質性強。

2）儲層物性控制因素主要有巖性或巖相類型、溶蝕作用、礦物充填作用、構造作用。二疊系地層中各不整合面以下短距離內的火山角礫巖及凝灰?guī)r儲層應是研究區(qū)火山巖油氣勘探的首選目標。

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