楊東根

(中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257000)

準(zhǔn)噶爾盆地春風(fēng)油田石炭系自排61井在火山巖中獲得突破以來，相繼部署的多口井也獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，取得較好的勘探效果，累計(jì)上報(bào)控制儲(chǔ)量6 100×104t以上，展現(xiàn)出石炭系火山巖較大的勘探潛力。然而，儲(chǔ)量區(qū)周邊多口井雖鉆遇較好的油氣顯示，但試油僅獲得低產(chǎn)油流，揭示了石炭系火山巖儲(chǔ)層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。因此，明確石炭系火山巖儲(chǔ)層主控因素，落實(shí)有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，是該區(qū)油氣勘探的關(guān)鍵。而目前針對(duì)準(zhǔn)西地區(qū)春風(fēng)油田石炭系火山巖儲(chǔ)層主控因素的相關(guān)研究較少，因此利用春風(fēng)油田排61井區(qū)系統(tǒng)的鉆井取心、分析化驗(yàn)及測井、地震等資料，分析不同巖性、巖相火山巖儲(chǔ)層特征，針對(duì)風(fēng)化淋濾及斷裂對(duì)儲(chǔ)層的改造作用展開研究，明確了巖性巖相是儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)，風(fēng)化淋濾是儲(chǔ)層形成的前提，裂縫發(fā)育是儲(chǔ)層保存的關(guān)鍵，指出了儲(chǔ)層形成的主控因素。

1 地質(zhì)概況

春風(fēng)油田構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起車排子凸起，東部以紅車斷裂帶與沙灣凹陷相鄰，南部以艾卡斷裂帶與四棵樹凹陷相接，具有利油氣聚集的構(gòu)造背景[1-2]。車排子凸起是一個(gè)海西晚期形成且繼承性發(fā)育的古凸起，石炭系全區(qū)分布，石炭系之上大多數(shù)區(qū)域缺失二疊系、三疊系和侏羅系。該區(qū)石炭系充填一套海陸過渡環(huán)境火山巖沉積巖組合，根據(jù)取心統(tǒng)計(jì)，石炭系的巖石類型包括火山巖類(50%)、侵入巖類(2%)和沉積巖類(48%)。其中火山巖主要為安山巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r，侵入巖主要為花崗巖，沉積巖主要為泥巖和細(xì)砂巖。該區(qū)石炭系經(jīng)歷了海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)，發(fā)育多條南北向、北東向、北西向和近東西向的斷裂，形成了大量的構(gòu)造裂縫，同時(shí)也為風(fēng)化、剝蝕、淋濾等形成大量溶蝕孔縫創(chuàng)造了條件。目前主要在石炭系火山巖中獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，表明火山巖儲(chǔ)層是石炭系勘探的重要層系。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖性

該區(qū)火山巖巖性主要包括火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖及沉火山碎屑巖，以火山熔巖為主。其中，火山熔巖主要為玄武巖(1%)、玄武安山巖(40%)、安山巖(20%)，以玄武安山巖居多；火山碎屑熔巖主要為火山角礫熔巖(9%)；火山碎屑巖主要為凝灰?guī)r(14%)、火山角礫巖(7%)及少量火山集塊巖；沉火山碎屑巖發(fā)育沉凝灰?guī)r(9%)。

2.2 巖相

根據(jù)春風(fēng)油田石炭系火山巖巖性特征，結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地西緣石炭系野外露頭，綜合參考各種火山巖巖相劃分方案[3-5]，將該區(qū)火山巖巖相共劃分出4類相7類亞相：4類相分別為爆發(fā)相、溢流相、火山通道相和火山沉積相；各相又進(jìn)一步劃分出不同亞相，爆發(fā)相分為空落亞相和熱碎屑流亞相；溢流相分為板狀熔巖流亞相和角礫熔巖流亞相；火山通道相本區(qū)只發(fā)現(xiàn)火山頸亞相；火山沉積相分為沉火山碎屑沉積亞相和含火山碎屑沉積亞相。

2.3 儲(chǔ)集空間類型

根據(jù)火山巖儲(chǔ)集空間成因，結(jié)合鑄體薄片資料，將該區(qū)火山巖儲(chǔ)集空間類型分為3大類14小類(表1)：第一大類是原生孔隙，受冷凝固結(jié)作用和早期成巖作用的控制，包含原生氣孔、粒間或晶間孔、杏仁體內(nèi)孔；第二大類是次生孔隙，受風(fēng)化作用和溶蝕作用控制，包含粒內(nèi)或粒間溶孔、晶內(nèi)溶孔、基質(zhì)溶孔、解理溶蝕孔縫、充填裂縫溶蝕；第三大類是裂縫，受構(gòu)造作用、冷凝作用、溶蝕作用、成巖作用和風(fēng)化作用的控制，包含成巖裂縫、構(gòu)造裂縫及風(fēng)化裂縫。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)以次生溶蝕孔隙和裂縫發(fā)育為典型特征。溶蝕孔隙由成巖和成巖后的各類溶蝕作用形成，包括斑晶溶孔、角礫內(nèi)斑晶溶孔、基質(zhì)溶孔等。斑晶溶孔主要發(fā)育在安山巖、玄武巖這類具有斑狀結(jié)構(gòu)的火山熔巖中，長石、輝石、角閃石等斑晶礦物受到溶蝕而產(chǎn)生大小不一的次生孔隙，其形態(tài)多種多樣，常見蜂窩狀和篩孔狀，或斑晶全被溶蝕，保留原始礦物的外觀形態(tài)，玄武-安山質(zhì)火山角礫巖中?？梢姷浇堑[內(nèi)斑晶溶孔。基質(zhì)溶孔較為細(xì)小，既見于安山巖、凝灰?guī)r玻璃基質(zhì)中，又見于火山角礫巖的細(xì)火山碎屑物中。裂縫主要為次生裂縫，包括構(gòu)造縫、風(fēng)化縫、溶蝕縫等，以構(gòu)造縫和風(fēng)化縫為主。構(gòu)造縫多發(fā)育于構(gòu)造應(yīng)力釋放帶，與斷裂有較好的相關(guān)性；風(fēng)化縫發(fā)育于風(fēng)化殼，多為不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫；溶蝕縫是在原有裂縫基礎(chǔ)上發(fā)生溶蝕而形成的裂縫，一般較寬，但較少。熒光薄片顯示在孔隙和裂縫中均含油，表明石炭系儲(chǔ)層為“裂縫-孔隙”型雙重介質(zhì)儲(chǔ)層。

2.4 物性特征

依據(jù)85個(gè)物性分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，春風(fēng)油田石炭系儲(chǔ)層孔隙度以小于10%為主，滲透率以小于0.1×10-3μm2為主，屬低孔-中孔、低滲-特低滲儲(chǔ)層(表2)。

整體來看，火山碎屑巖類物性最好，火山碎屑熔巖類和火山熔巖類次之，除凝灰質(zhì)砂巖外，火山沉積巖儲(chǔ)層物性最差(圖1)。

3 火山巖儲(chǔ)層主控因素

石炭系儲(chǔ)層具有多樣的儲(chǔ)集空間類型，表明儲(chǔ)層受多種因素影響[6-9]。

通過研究，明確了巖性巖相、風(fēng)化淋濾及斷裂對(duì)儲(chǔ)層的控制作用，研究區(qū)以風(fēng)化淋濾及斷裂作用為主、巖性巖相影響次之。

表1 春風(fēng)油田石炭系火山巖儲(chǔ)集空間類型

表2 春風(fēng)油田石炭系儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)表

圖1 春風(fēng)油田儲(chǔ)層各巖性孔隙度分布區(qū)間

3.1 巖性巖相對(duì)儲(chǔ)層的控制作用

巖性巖相是火山巖原始物性形成與后期改造的基礎(chǔ)，不但決定了原生孔隙與裂縫的數(shù)目和大小，還影響了次生孔隙與裂縫的發(fā)育程度，從而導(dǎo)致了孔隙結(jié)構(gòu)與物性的差異。根據(jù)研究區(qū)59塊樣品分析，巖性巖相不同，不穩(wěn)定成分含量存在差異(圖2)，表現(xiàn)為巖石溶蝕差異程度不同，角礫熔巖比凝灰?guī)r更易遭受溶蝕。

圖2 春風(fēng)油田儲(chǔ)層各巖性不穩(wěn)定成分百分含量

根據(jù)不同巖性發(fā)育的儲(chǔ)集空間類型及儲(chǔ)層物性的統(tǒng)計(jì)分析，巖性巖相不同，其孔隙、裂縫、孔縫組合類型及發(fā)育程度不同，儲(chǔ)層物性有差異。溢流相的安山巖、角礫熔巖和爆發(fā)相的火山角礫巖原生孔隙、溶蝕孔隙和裂縫均發(fā)育，儲(chǔ)層物性好，優(yōu)勢孔隙度為7%～16%；爆發(fā)相凝灰?guī)r次之；火山沉積相儲(chǔ)層相對(duì)不發(fā)育，其儲(chǔ)集空間主要為裂縫(圖3)。

圖3 不同巖性主要儲(chǔ)集空間類型頻率直方圖

3.2 風(fēng)化淋濾對(duì)儲(chǔ)層的控制作用

大量研究表明，長時(shí)間的風(fēng)化作用和淋濾作用能改善儲(chǔ)層物性，是形成風(fēng)化殼儲(chǔ)層前提[10-11]。春風(fēng)油田石炭系上覆地層缺失了二疊系、三疊系，大部分地區(qū)缺失了侏羅系，表明石炭系經(jīng)歷了長期的剝蝕和風(fēng)化淋濾作用，能夠形成較厚的風(fēng)化殼。根據(jù)取心及分析化驗(yàn)資料，將該區(qū)風(fēng)化殼由上向下劃分為土壤帶、水解帶、淋濾帶、崩解帶和母巖帶5層結(jié)構(gòu)(圖4)。土壤帶位于風(fēng)化殼的最上部，厚度一般為2～15 m，多為土狀，以次生粘土礦物為主，儲(chǔ)集性能差；水解帶由于靠近地表，氧化、蝕變作用明顯，以粘土為主，夾少量蝕變嚴(yán)重的原巖巖石碎塊，儲(chǔ)集性能較差，孔隙度主要分布于2%～3%之間，厚度一般為10～35 m；淋濾帶中以風(fēng)化淋濾作用、構(gòu)造碎裂作用和熱液蝕變作用為主，溶蝕孔隙和次生裂縫發(fā)育，巖石破碎嚴(yán)重，蝕變嚴(yán)重，在溶蝕原巖內(nèi)夾少量上部粘土碎塊，儲(chǔ)集性能最好，孔隙度主要分布區(qū)間為7%～15%，厚度一般為100～200 m；崩解帶中構(gòu)造裂縫發(fā)育，少量風(fēng)化裂縫，礦物中等溶蝕，巖石裂縫附近局部可見溶蝕現(xiàn)象，儲(chǔ)集性能較好，孔隙度主要分布在5%～12%之間，厚度一般為100～250 m；母巖帶是未蝕變的原狀火山巖。

圖4 石炭系風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)-儲(chǔ)層物性-含油性關(guān)系模式

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，石炭系儲(chǔ)層物性在距石炭系頂面50～500 m范圍內(nèi)普遍較好，孔隙度能達(dá)到7%～15%，距石炭系頂50 m以內(nèi)主要為土壤層和水解帶發(fā)育區(qū)，物性較差，可作為石炭系油藏的蓋層。鉆井油氣顯示分布于距石炭系頂50～500 m范圍內(nèi)的淋濾帶和崩解帶中，主要集中于50～250 m的范圍內(nèi)。根據(jù)儲(chǔ)層物性及油氣顯示與距石炭系頂面距離的關(guān)系可知，石炭系儲(chǔ)層為典型的風(fēng)化殼儲(chǔ)層。

3.3 斷裂對(duì)儲(chǔ)層的控制作用

車排子凸起石炭系經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列近南北走向、北東走向、北西走向和近東西向的斷層，使得石炭系具有網(wǎng)格狀的斷裂格局。斷層附近形成了構(gòu)造裂縫的發(fā)育區(qū)，根據(jù)成像測井裂縫統(tǒng)計(jì)，裂縫走向基本與該井相近的大斷層走向一致(圖5)。

圖5 春風(fēng)油田排61井區(qū)斷裂體系

裂縫是火山巖儲(chǔ)層的重要表征要素，不僅可以作為一種儲(chǔ)集空間，更是高效的滲流通道[12]。研究區(qū)裂縫對(duì)該區(qū)儲(chǔ)層的控制作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：(1)裂縫溝通互不連通的原生氣孔，增大儲(chǔ)集空間。研究區(qū)排66井在距石炭系不整合面450 m處，巖心可見裂縫發(fā)育，實(shí)測孔隙度達(dá)14.55%，測井孔隙度明顯高于上下相同巖性的斷裂不發(fā)育區(qū)，地震標(biāo)定發(fā)現(xiàn)該處存在斷裂，由此說明裂縫對(duì)儲(chǔ)層物性有重要的影響；(2)裂縫為流體運(yùn)移提供通道，形成更多次生溶蝕孔隙。研究區(qū)3口井(排668、排664、排66)在距石炭系頂不整合面距離分別為78.9 m、258.1 m和446.8 m處，巖性均為火山角礫巖。理論上，隨著距不整合面距離增大，溶蝕作用逐漸減弱，但巖心觀察可見三口井裂縫發(fā)育程度依次增大，巖石溶蝕作用明顯增強(qiáng)，溶蝕孔隙越發(fā)育，孔隙度也隨之變大(圖6)。說明裂縫越發(fā)育，易于形成更多的溶蝕孔隙。此外，裂縫充填起減孔作用，也是影響儲(chǔ)層物性的重要因素。

圖6 裂縫與孔隙度和溶蝕程度的關(guān)系

3.4 主控因素分析

綜上所述，春風(fēng)油田石炭系儲(chǔ)層受巖性巖相、風(fēng)化淋濾和斷裂共同影響。其中，巖性巖相是火山巖原始物性形成與后期改造的基礎(chǔ)，不同巖性巖相火山巖儲(chǔ)層發(fā)育程度有差異，但目前已經(jīng)在各類火山巖中均獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，如玄武巖(排61)、安山巖(排666、排673)、火山角礫巖(排668)、凝灰?guī)r(排665)、角礫熔巖(排66)，等等，表明所有巖性巖相火山巖均可發(fā)育有利儲(chǔ)層。主要原因是風(fēng)化淋濾和斷裂能有效改善儲(chǔ)層物性。一方面，石炭系遭受長期風(fēng)化淋濾，形成較厚的風(fēng)化殼，風(fēng)化殼內(nèi)各類火山巖發(fā)育較多的風(fēng)化縫和溶蝕孔隙；另一方面，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)促使石炭系形成大量的斷裂和構(gòu)造裂縫，不僅增加了儲(chǔ)集空間，提高了滲流能力，也進(jìn)一步增大了風(fēng)化淋濾對(duì)儲(chǔ)層的改造。這也是在裂縫發(fā)育帶，風(fēng)化殼厚度更大、油氣顯示更深的重要原因?？偠灾搮^(qū)石炭系儲(chǔ)層主要受風(fēng)化淋濾和斷裂影響，巖性巖相次之。油氣主要富集于石炭系頂部風(fēng)化殼、裂縫發(fā)育的火山巖中，為典型“縫-殼”型火山巖儲(chǔ)層。以此為指導(dǎo)部署的排675井獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，取得較好的勘探效果。

4 結(jié)論

(1)春風(fēng)油田石炭系儲(chǔ)層巖性主要為火山碎屑巖和火山熔巖，其中安山巖和火山角礫巖原生孔隙，次生溶蝕孔隙和裂縫均發(fā)育，儲(chǔ)層物性最好；凝灰?guī)r以次生溶蝕孔和裂縫發(fā)育為主，儲(chǔ)層物性次之；火山沉積相各類巖性主要發(fā)育裂縫，除凝灰質(zhì)砂巖外，總體上儲(chǔ)層不發(fā)育。

(2)春風(fēng)油田石炭系火山巖儲(chǔ)層具有“三元控儲(chǔ)”的特點(diǎn)，受巖性巖相、風(fēng)化淋濾和斷裂共同影響，以風(fēng)化淋濾和斷裂為主，巖性巖相影響相對(duì)較小。

(3)風(fēng)化殼是春風(fēng)油田石炭系火山巖油氣藏儲(chǔ)層的主要類型，受風(fēng)化淋濾作用影響，淋濾帶和崩解帶儲(chǔ)層物性得到極大改善，有利儲(chǔ)層主要分布于距石炭系頂不整合面50～500 m范圍內(nèi)。

(4)斷裂附近構(gòu)造裂縫發(fā)育，裂縫作為流體運(yùn)移通道，極大地增強(qiáng)了溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層的改造，溶蝕孔隙十分發(fā)育，斷裂發(fā)育區(qū)儲(chǔ)層物性好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何登發(fā)，張義杰，況軍，等.準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造特征與油氣田分布規(guī)律[M].北京:石油工業(yè)出版社，2002:598-619．

[2] 何登發(fā)，翟光明，況軍，等.準(zhǔn)噶爾盆地古隆起的分布與基本特征[J].地質(zhì)科學(xué)，2005，40(2):248-261．

[3] 王璞珺，馮志強(qiáng)，劉萬洙，等.盆地火山巖：巖性·巖相·儲(chǔ)層·氣藏·勘探[M].北京:科學(xué)出版社，2008．

[4] 王璞珺，吳河勇，龐顏明，等.松遼盆地火山巖相：相序、相模式與儲(chǔ)層物性的定量關(guān)系[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2006，36(5):805-812．

[5] 張玉明，陸建林，李瑞磊，等.盆地油氣儲(chǔ)層研究中的火山巖巖相劃分探討[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010，32(6):532-540．

[6] 李軍，薛培華，張愛卿，等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中段石炭系火山巖油藏儲(chǔ)層特征及其控制因素[J].石油學(xué)報(bào)，2008，29(3):329-334．

[7] 秦小雙，師永民，吳文娟，等.準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖儲(chǔ)層主控因素分析[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，48(1):54-60．

[8] 石磊，李書兵，黃亮，等.火山巖儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀與存在的問題[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，31(5):68-72．

[9] 仲偉軍，姚衛(wèi)江，賈春明，等.中拐凸起石炭系火山巖噴發(fā)模式及其分布規(guī)律[J].復(fù)雜油氣藏，2016，9(1):14-16．

[10] 劉俊田.三塘湖盆地牛東地區(qū)石炭系卡拉崗組火山巖風(fēng)化殼模式與識(shí)別[J].天然氣地球科學(xué).2009，20(1):57-62．

[11] 管永國，李艷英，孫波，等.準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)石炭系不整合結(jié)構(gòu)測井特征及識(shí)別[J].測井技術(shù)，2014，38(6):750-754．

[12] 商豐凱，陳林，王林，等.車排子凸起火山巖油藏成藏主控因素和模式[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，39(5):13-21．