查干凹陷蘇紅圖組火山巖儲層及其油氣成藏特征

劉愛永，李令喜，楊國臣，鄧已尋 ，鄭 敏

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；2.中國石化中原油田分公司，河南濮陽457001）

查干凹陷蘇紅圖組火山巖非常發(fā)育，已有25口探井鉆遇火山巖，9口探井見油氣顯示，其中毛3、意2和意5井試油均獲得低產(chǎn)工業(yè)油氣流。鉆探證實研究區(qū)火山巖中已有油氣聚集成藏，但尚未有大規(guī)模的勘探發(fā)現(xiàn)。因此，對查干凹陷火山巖的巖石類型、巖相類型等儲層特征以及油氣成藏特征等制約油氣勘探的關(guān)鍵問題進行深入、系統(tǒng)的研究，以期為研究區(qū)油氣富集區(qū)帶的優(yōu)選以及下步勘探部署提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

查干凹陷位于銀根—額濟納旗盆地東部查干德勒蘇坳陷的中北部，勘探面積約為2 000 km2［1］。區(qū)域構(gòu)造上與北部楚魯隆起、北西和西部西尼凸起、南部本巴圖隆起、南東和北東部狼山造山帶、東部楚干凸起相鄰。研究區(qū)自西向東可分為6個次級構(gòu)造單元，分別為虎勒次凹、巴潤斷階帶、額很次凹、毛敦次凸、東部次凹（或罕塔廟次凹）和海力素斷背斜帶，整體表現(xiàn)為凹凸相間的構(gòu)造格局［2］。查干凹陷的主體是在晚古生代褶皺基底上發(fā)育形成的早白堊世內(nèi)陸伸展斷陷盆地，其沉積蓋層包括下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)和新生界；下白堊統(tǒng)自下而上發(fā)育巴音戈壁組、蘇紅圖組和銀根組，上白堊統(tǒng)僅發(fā)育烏蘭蘇海組；其中，蘇紅圖組可進一步分為蘇二段和蘇一段，其火山巖極為發(fā)育，以玄武巖和安山巖為主。

2 火山巖儲層特征

2.1 巖石類型

火山巖的元素組成特征可以反映其巖石的類型［3-7］。查干凹陷火山巖TAS圖解顯示［8-9］，其火山巖樣品主要屬于高鉀的堿性—鈣堿性系列，巖性類型為玄武巖、粗玄巖、粗安巖和鉀玄巖；SiO2—Nb/Y關(guān)系圖顯示，其火山巖樣品多屬于堿性玄武巖系列；K2O—Na2O關(guān)系圖顯示，研究區(qū)火山巖樣品主要屬于鉀玄質(zhì)系列，其次為鈣堿性系列；SiO2—AR關(guān)系圖也揭示研究區(qū)火山巖主要為堿質(zhì)—鈣堿質(zhì)火山巖［10-12］。因此，查干凹陷蘇紅圖組火山巖的巖石類型主要為堿性—鈣堿性火山巖，且以高鉀的玄武巖類和粗安巖類為主。

此外，根據(jù)測井曲線交會圖可以建立不同巖性的巖—電關(guān)系，避免單一測井曲線識別巖石類型的局限性。其中，自然伽馬—地層真電阻率、自然伽馬—縱橫波速度比、膠結(jié)指數(shù)—飽和度指數(shù)和自然伽馬—膠結(jié)指數(shù)交會圖均可以較為準(zhǔn)確地識別出查干凹陷火山巖的巖石類型。其中，玄武巖具有高密度、低聲波時差和低自然伽馬的特征，凝灰?guī)r和火山角礫巖具有相對較高的自然伽馬值。從基性至中性火山巖具有自然伽馬和聲波時差逐漸增大、密度逐漸減小的特征。

2.2 巖相特征

火山巖巖相是指在一定的地質(zhì)條件下由火山作用形成的各種巖石的綜合特征［13-15］。火山巖巖相對查干凹陷儲層的分布及后期成巖均具有明顯的控制作用。

2.2.1 巖相類型及相標(biāo)志

根據(jù)火山巖的形成條件、火山作用機理、產(chǎn)狀和形態(tài)等因素，可將查干凹陷的火山巖巖相劃分為火山通道相、爆發(fā)相、溢流相和火山沉積相（圖1），其中溢流相最為發(fā)育。

圖1 查干凹陷火山巖巖相地震響應(yīng)特征

火山通道相 火山通道相位于火山機構(gòu)的中心，是連接巖漿房與地表的孔道，其充填物為火山通道相巖石，巖石類型主要為熔結(jié)程度較高的火山碎屑巖類。在地震剖面上，火山通道相多表現(xiàn)為直立條帶狀、低能量低波阻抗反射特征，內(nèi)部為雜亂低頻反射特征。

爆發(fā)相 爆發(fā)相指火山噴發(fā)時形成的不同高度的噴發(fā)柱，受重力作用下落到地表所形成的堆積物，其主要巖石類型為火山角礫巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r。地震剖面上表現(xiàn)為內(nèi)部雜亂狀弱反射、頂部強反射特征，測井曲線表現(xiàn)為電阻率中低值，呈鋸齒狀特征。

溢流相 溢流相是粘度低的液態(tài)玄武質(zhì)巖漿或揮發(fā)后飽和的（安山質(zhì)、流紋質(zhì)）巖漿從火山口溢出，在地表形成面狀泛流巖被或線狀巖流。其巖性主要為橄欖玄武巖、云母玄武巖、安山玄武巖、安山巖、玄武粗安巖和粗安巖。地震剖面上表現(xiàn)為中—強反射特征，其中近源溢流相的外形為低幅度平丘狀，內(nèi)部反射較為雜亂，地震反射同相軸連續(xù)性較差；遠源溢流相的外形為亞平行層狀，地震反射同相軸連續(xù)性較好。

火山沉積相 火山沉積相屬于過渡相，為距離火山口較遠處的邊緣相帶。其巖石類型主要以含少量陸源碎屑的火山碎屑巖為主，地震剖面上表現(xiàn)為中—強反射特征，地震反射同相軸呈平行狀且分布連續(xù)、穩(wěn)定。

2.2.2 單井相

單井相的劃分依據(jù)主要為巖石類型和相序?；鹕綆r的巖石類型與其巖相具有較好的對應(yīng)關(guān)系，玄武巖一般對應(yīng)溢流相，火山角礫巖對應(yīng)爆發(fā)相等。相序是以火山巖巖相模式作為依據(jù)，是平面上相鄰、縱向上相互疊置的火山巖巖相組合，一般表現(xiàn)為火山通道相與爆發(fā)相、溢流相與火山沉積相以及爆發(fā)相與溢流相的巖相組合特征。

研究區(qū)查參1井鉆遇的蘇一段火山巖以玄武巖和安山巖為主，夾火山角礫巖、凝灰?guī)r和火山沉積巖；根據(jù)其火山巖地層內(nèi)發(fā)育的火山沉積巖與火山熔巖、火山碎屑巖的接觸關(guān)系，自下而上可劃分出2期火山活動和7個火山噴發(fā)旋回。第1期火山活動的5個火山噴發(fā)旋回代表爆發(fā)相—溢流相的巖相組合類型；其第1個火山噴發(fā)旋回以薄層玄武巖為主，上部被火山沉積巖所覆蓋；第2個火山噴發(fā)旋回以火山角礫巖為主，上部為凝灰?guī)r，為能量較強的爆發(fā)相；第3—5個火山噴發(fā)旋回主要以玄武巖或安山巖為主，中間夾中—薄層沉積凝灰?guī)r，為典型的溢流相。第2期火山活動的2個（第6和第7）火山噴發(fā)旋回以厚層玄武巖為主，總體表現(xiàn)為溢流相特征。整體上，查干凹陷蘇一段沉積早期的火山噴發(fā)以爆發(fā)相為主，沉積中期及晚期均以溢流相為主，其火山噴發(fā)能量表現(xiàn)為逐漸減弱的過程。

2.2.3 平面分布特征

在蘇二段沉積時期，查干凹陷靠近巴潤和毛西斷裂帶附近發(fā)育裂隙噴發(fā)的溢流相玄武巖，井間呈連續(xù)厚層塊狀分布；額很次凹北部發(fā)育多個火山口，呈強能量中心式噴發(fā)，玄武巖與火山碎屑巖組成了爆發(fā)相和溢流相的巖相組合，形成堆積厚度很大的火山巖層（圖2a）。

蘇一段火山巖具有厚度逐漸減薄、井間連續(xù)性變差的平面分布特征；查干凹陷中部發(fā)育的蘇一段爆發(fā)相火山巖比蘇二段的規(guī)模要小，在斷階帶上升盤的火山沉積相最為發(fā)育，深大斷裂是蘇一段沉積時期研究區(qū)火山機構(gòu)發(fā)育的主要構(gòu)造部位，具有多期次火山噴發(fā)的特點（圖2b）。

2.3 儲層物性特征

巖心樣品物性分析結(jié)果表明，查干凹陷蘇二段火山巖的儲層物性好于蘇一段。其中，蘇二段火山巖的孔隙度為3.2%～29.6%，平均為15.33%；滲透率為 0.002 4×10-3～2 290×10-3μm2，平均為 1.59×10-3μm2，屬于中低孔特低滲透儲層。研究區(qū)僅毛3井于蘇一段取心，其火山巖的孔隙度為1.7%～5.7%，平均為3.5%；滲透率為0.009 3×10-3～0.485×10-3μm2，平均為0.193×10-3μm2，屬于特低孔特低滲透儲層。

圖2 查干凹陷蘇二段和蘇一段火山巖巖相平面分布特征

通過薄片觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)火山巖的儲集空間類型包括原生孔隙、次生孔隙和原生裂縫；其中，原生孔隙主要為熔巖類的原生氣孔、大孔洞和杏仁體內(nèi)孔，次生孔隙主要為斑晶與基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙及杏仁體內(nèi)礦物的次生溶蝕孔隙，原生裂縫主要為構(gòu)造裂縫、節(jié)理裂縫和冷凝收縮縫。查干凹陷蘇紅圖組火山巖的儲層分布具有較強的非均質(zhì)性，孔隙類型多樣、連通性較差；在裂縫發(fā)育帶，溶蝕孔隙較發(fā)育，由于裂縫溝通孔隙，使儲層物性得以改善；因此，在靠近斷層、熔巖頂?shù)撞考盎鹕叫逼聨Ь鶠檠芯繀^(qū)火山巖儲層的主要發(fā)育區(qū)。

3 油氣成藏特征

火山巖油藏的油氣成藏規(guī)律相對于碎屑巖更加復(fù)雜［16］，查干凹陷已發(fā)現(xiàn)的火山巖油藏基本沿斷裂帶呈條帶狀分布，但含油性卻存在明顯差異，其原因主要是儲層物性的非均質(zhì)性較強以及成藏要素的時空匹配關(guān)系存在差異。研究結(jié)果表明，查干凹陷火山巖儲層的油氣成藏特征主要為：①充足的油源是必要條件。研究區(qū)烏力吉構(gòu)造帶北部距離油源較遠，油氣顯示普遍較差；而臨近油源的毛3和意2井于火山巖段鉆遇良好的油氣顯示，試油均獲得低產(chǎn)工業(yè)油氣流，表明其油氣應(yīng)為近源聚集成藏，以垂向和短距離側(cè)向運移為主。②有利巖相帶與斷裂帶共同控制油氣成藏。研究區(qū)原生孔隙類型中以火山角礫巖儲層的物性和含油性最好，其次為溢流相玄武巖和安山巖；由于抗壓及抗剪切強度不同，粗火山碎屑巖類的裂縫最發(fā)育，其次為熔巖類，凝灰?guī)r類的裂縫最不發(fā)育。巖心觀察表明，火山巖儲層的物性與裂縫發(fā)育程度成正相關(guān)，裂縫對于油氣的運移、聚集具有至關(guān)重要的作用。印支期和燕山期—喜馬拉雅期等構(gòu)造活動與油氣生烴史相匹配，既改善了儲層物性，也為油氣運移提供了有利的通道。③臨近生烴中心的圈閉發(fā)育帶為火山巖油氣富集區(qū)帶。查干凹陷烏力吉構(gòu)造帶與中央構(gòu)造帶受晚期構(gòu)造運動的影響，斷裂縱橫交錯發(fā)育，不僅形成良好的油氣儲集空間，且多數(shù)斷裂深切烴源巖，使得油源與圈閉溝通，是研究區(qū)火山巖油氣勘探的有利地區(qū)。

4 結(jié)論

火山巖巖石組成及電性特征表明，查干凹陷蘇紅圖組火山巖的巖石類型主要為堿性—鈣堿性火山巖，以高鉀的玄武巖類和粗安巖類為主。通過巖相類型、相標(biāo)志及單井相分析表明，研究區(qū)蘇紅圖組火山巖具有多期次火山噴發(fā)的特點；在蘇二段沉積時期發(fā)育多個火山口，噴發(fā)能量強，火山巖層厚度大；在蘇一段沉積時期，火山主要沿深大斷裂發(fā)育，其發(fā)育的爆發(fā)相火山巖比蘇二段沉積時期的規(guī)模要小，且蘇一段的火山巖層厚度比蘇二段火山巖層厚度亦小。查干凹陷火山巖的油氣成藏具有近源聚集、有利火山巖巖相帶與斷裂帶聯(lián)合控藏的特征，臨近生烴中心的圈閉發(fā)育帶為研究區(qū)的火山巖油氣富集區(qū)帶。

［1］ 王生朗，馬維民，竺知新.等.銀根—額濟納旗盆地查干凹陷構(gòu)造-沉積格架與油氣勘探方向［J］.石油實驗地質(zhì)，2002，24（4）：296-300.

［2］ 陳昭年，陳曉巍，王明艷，等.內(nèi)蒙古查干凹陷火山巖油藏成藏模式［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（4）：628-632.

［3］ 王錦昌，杜建芬，郭平，等.火山巖凝析氣藏物質(zhì)平衡方程及應(yīng)用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（6）：86-89.

［4］ 宋元林，廖健德，張瑾琳，等.準(zhǔn)噶爾盆地克拉美麗火山巖氣田開發(fā)技術(shù)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（5）：78-80，88.

［5］ 萬叢禮，金強，李鉅源，等.論裂谷盆地侵入巖區(qū)天然氣的混合性——以沾化凹陷孤北地區(qū)為例［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（4）：1-4，16.

［6］ 賈京坤，萬叢禮.沾化凹陷羅家地區(qū)巖漿活動對油氣形成的影響［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（6）：50-52.

［7］ 陳漢林，楊樹鋒，厲子龍，等.阿爾泰晚古生代早期長英質(zhì)火山巖的地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景［J］.地質(zhì)學(xué)報，2006，80（1）：38-42.

［8］ 路遠發(fā).GeoKit：一個用VBA構(gòu)建的地球化學(xué)工具軟件包［J］.地球化學(xué)，2004，33（5）：459-464.

［9］ 馬芳，薛懷民.皖東滁州盆地晚中生代火山巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義［J］.巖石礦物學(xué)雜志，2011，30（5）：924-934.

［10］ 李向民，夏林圻，夏祖春，等.企鵝山群火山巖的地球化學(xué)特征和構(gòu)造環(huán)境［J］.西北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，37（1）：134-139.

［11］ 李海勇，徐兆文，陸現(xiàn)彩，等.魯西鄒平盆地中生代火山巖的演化：對地幔源區(qū)的約束［J］.巖石學(xué)報，2008，24（11）：2 537-2 547.

［12］ 木合塔爾扎日，張旺生，韓春名.新疆沙爾布爾山卡拉崗組火山巖巖石化學(xué)及其構(gòu)造環(huán)境分析［J］.地質(zhì)科技情報，2002，21（2）：19-22.

［13］ 張科，趙汝敏，齊凱，等.緬甸陸上弧帶火山機構(gòu)反射特征及分布規(guī)律［J］.特種油氣藏，2013，20（5）：68-72.

［14］ 羅權(quán)生，聶朝強，文川江，等.新疆三塘湖盆地牛東地區(qū)卡拉崗組火山旋回和期次的劃分與對比［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2009，23（3）：515-522.

［15］ 時應(yīng)敏，何登發(fā)，石勝群.松遼盆地長嶺斷陷東部營城組火山巖儲層特征［J］.石油實驗地質(zhì)，2011，33（2）：171-176.

［16］ 繆春暉，陳昭年，陶國強，等.查干凹陷火山巖巖電關(guān)系［J］.中國西部油氣地質(zhì)，2007，3（1）：41-44，48.