西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层特征及成藏模式

西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层特征及成藏模式范光旭;朱卡;汪莉彬;陈洪;李辉【摘要】准噶尔盆地东部西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层非均质性强,控制因素不明,油气成藏规律不清成为该区勘探的瓶颈.利用物探、地质、钻探等资料,对西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层特征进行了研究.研究区内幕型火山岩储集层低孔、低渗、非均质性强,属于裂缝-孔隙型.岩性、岩相是形成优质储集层的基础,裂缝发育程度是影响储集层物性及有效性的重要因素,溶蚀作用能够促进石炭系内幕型火山岩储集层物性的改善.根据烃源岩与储集层的配置关系,构建了研究区石炭系火山岩油气成藏模式,巴塔玛依内山组发育风化壳型油藏;松喀尔苏组发育两类内幕型气藏,即松喀尔苏组b段岩性气藏及松喀尔苏组a段构造气藏.石炭系浅层高勘探程度区为油藏发育区,而深层斜坡带为天然气的有利勘探区,勘探程度低,勘探前景广阔.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】8页(P401-408)【关键词】准噶尔盆地;西泉地区;石炭系;内幕型火山岩储集层;成藏模式【作者】范光旭;朱卡;汪莉彬;陈洪;李辉【作者单位】中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266580;中国石油新疆油田分公司,新疆克拉玛依834000;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;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;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;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【正文语种】中文【中图分类】TE112火山岩油气藏作为一种非常重要的非常规油气藏，一直以来都是国内外勘探研究的重要领域，几十年来，中国相继在准噶尔、塔里木、松辽、二连、四川、渤海湾等多个盆地发现了火山岩油气藏，其中不乏高产油气藏[1]。

近年来，发现的火成岩油气藏也越来越多，勘探及研究成果呈现高峰增长的态势。

但是，长期以来勘探和研究的重点多集中于风化壳型火山岩油气藏，对于埋藏较深、成藏条件更为复杂、勘探风险更大的内幕型火山岩油气藏的研究相对较为薄弱，随着勘探深度的加大及内幕型火山岩油气藏勘探的不断突破，内幕型火山岩油气藏逐渐成为国内外学者研究的重点领域[2]。

准噶尔盆地东部北三台凸起及周缘石炭系火山岩油藏一直是勘探及研究的重点区域，勘探工作持续围绕正向构造单元展开，钻井相对较浅，探索目标主要为石炭系顶界面下200 m以内的风化壳型火山岩体，在西泉地区先后已发现西泉1和西泉3等多个风化壳型油藏，经过几十年的勘探，高部位北三台凸起勘探程度较高。

近年来，勘探思路逐渐转变，勘探方向由高勘探程度凸起带逐步转向勘探空白斜坡带，勘探深度逐渐增大，勘探目标由风化壳型过渡为风化壳型和内幕型并举。

2017年，阜26井在石炭系内幕型火山岩获高产工业气流，最高日产气14×104 m3，掀开了北三台凸起及周缘石炭系内幕型火山岩油气藏的勘探序幕，也展现该区域石炭系火山岩具有广阔的天然气勘探前景。

但内幕型火山岩油气藏埋藏较深，油气成藏条件较风化壳型火山岩油气藏更为复杂，油气勘探开发难度和风险大。

前人针对该区域的研究工作重点针对风化壳型油气藏[3-4]，可供借鉴的研究成果相对较少。

本文重点对西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层特征及气藏的成藏模式进行研究，以期对该区石炭系内幕型火山岩气藏的下一步勘探有所裨益。

1 区域地质背景西泉地区整体为东西走向的鼻状构造，位于北三台凸起及阜康凹陷东斜坡，为北三台凸起上规模最大的鼻状构造。

北三台凸起是一个持续性的古隆起，经历多期构造运动，断裂异常发育，凸起经历了长期的剥蚀，石炭系顶面凹凸不平，凸起向西倾没于阜康凹陷，石油地质条件优越，为油气运移的有利指向区，是准噶尔盆地长期的重点勘探区域[5]（图1a）。

图1 研究区构造位置（a）及石炭系综合柱状剖面（b）北三台凸起自海西运动期开始缓慢隆升，印支运动期继续隆升，西泉鼻隆形成；燕山运动Ⅰ幕和Ⅱ幕强烈隆升，在侏罗纪后基本定型；喜马拉雅运动期构造运动相对微弱，对北三台凸起的构造格局影响较小，对该区白垩系油气运聚成藏较为有利。

受构造抬升的影响，北三台凸起核部二叠系—侏罗系遭到不同程度的剥蚀，局部地区缺失，石炭系与上覆的白垩系呈不整合接触。

北三台凸起周围形成了一系列地层尖灭，凸起的东部受大断裂控制，西部与阜康凹陷相连，东西走向的逆断裂十分发育，具有南北向挤压作用的特征。

北三台凸起及周缘石炭系自下而上为滴水泉组（C1d）、松喀尔苏组a段（C1sa）、松喀尔苏组b段（C1sb）和巴塔玛依内山组（C2b）（图1b），滴水泉组及松喀尔苏组b段为石炭系烃源岩发育层段，目前石油发现于巴塔玛依内山组，天然气发现于松喀尔苏组，本文研究层位主要为松喀尔苏组。

2 研究区火山岩储集层特征2.1 岩性岩相特征根据岩心观察、测井解释及镜下鉴定，西泉地区石炭系岩石类型多样，岩性复杂[6]，既有火山岩，又有火山沉积岩和碎屑岩，火山活动频繁，具有多期次喷发的特点，使得研究区石炭系不同岩性的火山岩和沉积岩横向上变化快，纵向上呈现旋回重复的特征。

西泉地区石炭系内幕型火山岩气藏天然气产层主要为松喀尔苏组溢流相安山岩，上、下为凝灰质泥岩与碳质泥岩，形成良好的保存环境。

西泉17井和阜26井石炭系钻揭的内幕型火山岩储集层以安山岩为主，少量薄层状火山角砾岩，2口井的松喀尔苏组b段具有相似的火山喷发旋回特征，火山岩储集层上、下均为厚层状碳质泥岩与凝灰质泥岩互层形成的致密封盖层，钻揭的内幕型火山岩储集层岩相以火山溢流相为主（图2）。

2.2 储集空间特征有关火山岩储集空间类型特征的研究工作，几十年来国内外众多学者立足不同研究区块，总结形成了许多卓有成效的研究成果，目前对火山岩储集空间类型的划分方案可归纳为4种［7-14］。

本文在充分调研前人成果的基础上，将研究区内幕型火山岩储集层的储集空间划分为3类：①原生孔隙，主要发育在火山岩岩浆喷出冷凝固结到早成岩阶段；②次生孔隙，为风化壳型火山岩储集层的重要储集空间类型，表层淡水风化淋滤作用及溶蚀作用控制该类储集空间的发育；③裂缝，形成于火山岩形成的各个阶段，可细分为未充填裂缝、半充填裂缝、全充填裂缝和充填—溶蚀裂缝。

图2 西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层岩性和岩相岩心观察及薄片鉴定结果（图3）表明，研究区内幕型火山岩储集层储集空间以裂缝为主，发育少量溶蚀孔隙，为裂缝-孔隙型储集层。

图3 西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层孔隙类型a—粒内溶孔、粒间溶孔，西泉17井，3 708.21 m，安山岩，铸体薄片；b—斑晶溶孔，西泉114井，2 538.32 m，安山岩，铸体薄片；c—未充填裂缝，西泉114井，2 500.23 m，安山岩，铸体薄片；d—未充填裂缝，西泉17井，3 707.52 m，安山岩，铸体薄片；e—半充填裂缝，西泉17井，3 705.01 m，安山岩，铸体薄片；f—半充填裂缝，阜26井，3 446.20 m，安山岩，岩石局部及裂缝发光，荧光薄片；g—裂缝，阜26井，3 236.50—3 236.65 m，安山岩原生孔隙主要发育在溢流相火山岩熔岩及熔结角砾岩，形成于火山岩岩浆喷出结晶冷凝固结成岩阶段，包括气孔和残余气孔，气孔形态大多较为规则，呈近圆形或椭圆形，部分原生气孔经过后期成岩作用扩大，呈不规则形。

部分气孔在后期成岩演化过程中被结晶矿物半充填，形成残余气孔。

原生孔隙多为孤立状，在裂缝的沟通作用下可成为优质储集空间，研究区内幕型火山岩储集层原生孔隙相对不发育。

次生孔隙是在火山岩成岩作用后期由岩石中长石、黑云母等不稳定矿物斑晶在热溶液、地表及地下水溶蚀、淋滤作用下交代、溶解形成，孔隙形状多不规则，边界多为次棱角状、毛刺状。

西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层次生孔隙主要为粒内溶孔、粒间溶孔（图3a）和斑晶溶孔（图3b），占总孔隙比较小。

裂缝为西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层的主要储集空间，镜下观察到的裂缝类型主要有未充填裂缝（图3c，图3d）和半充填裂缝（图3e，图3f）。

岩心（图3g）及地层微电阻率扫描成像（FMI）测井解释成果（图4）同样显示，西泉地区内幕型火山岩储集层裂缝较为发育，主要有低角度斜交缝、网状缝和高角度缝，其中，低角度斜交缝和网状缝居多。

2.3 物性特征根据研究区3口钻井79块岩心样品物性分析数据统计结果，西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层表现出低孔隙度、低渗透率和强非均质性的特征。

孔隙度为1.00%～22.40%，平均为6.62%，渗透率为0.01～57.70 mD，平均为0.08 mD.高孔、高渗储集层占比较低，仅为10%左右。

2.4 控制因素分析火山岩储集层储集空间的形成和演化是一个长期而复杂的过程，优质储集层受火山岩岩性、岩相、构造运动和成岩作用等多种因素的控制。

前人针对不同研究区的火山岩优质储集层控制因素做了较多的研究工作[4，11-18]。

本文在充分调研、吸收前人对火山岩储集层控制因素研究成果的基础上，对西泉地区石炭系内幕型火山岩储集层控制因素进行了分析研究。

（1）风化淋滤作用大气淡水对岩石的风化淋滤作用在火山岩中普遍存在，对提高火山岩储集层的物性具有重要作用。

松辽、准噶尔、三塘湖等盆地的火山岩发育区块的储集层研究均表明，优质火山岩储集层往往分布于风化壳的发育范围之内，风化淋滤作用能够有效控制的深度为100～150 m，在风化淋滤带内储集层物性好，随距离风化壳深度增加，风化淋滤作用呈现减弱的趋势，储集物性明显变差。

风化淋滤作用对内幕型火山岩储集层的控制作用较弱，研究区内幕型火山岩储集层距离风化壳顶面较远，一般大于200 m，距离风化壳顶面200 m内的储集层物性较好，孔隙度为10%～30%，随深度增加物性逐渐变差；距风化壳顶面大于200 m存在物性异常段，仍发育物性较好的火山岩储集层，即内幕型火山岩储集层，但整体较风化壳型火山岩储集层物性差，孔隙度、渗透率普遍偏低（图5）。

图4 研究区阜26井石炭系内幕型火山岩储集层FMI测井及裂缝解释成果（2）溶蚀作用溶蚀作用是发生在岩石深埋阶段的一种成岩作用，是火山岩储集层中一种非常重要的建设性成岩作用。

火山岩冷凝固结后，随着埋藏深度的增加，岩石中易溶组分在一定的地质条件下被溶蚀或者部分溶蚀，从而产生新的孔隙，或者使原先被充填的孔隙重新开启或扩大，形成溶蚀孔隙。

该类孔隙形成于成岩作用中—后期，若形成时期较晚，不被充填，在裂缝的沟通下，易于捕获并储集油气。

准噶尔盆地早石炭世构造活动强烈，西泉地区构造活动频繁，下石炭统火山岩形成后，又经历了海西运动晚期、印支运动、燕山运动等多期构造运动，断裂十分发育，酸性溶液在断裂沟通下，渗透到火山岩中，对不稳定矿物进行溶蚀，产生了各类溶蚀孔隙（图3a，图3b）。