中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖風(fēng)化殼油藏成藏特征

夏近杰，羅煥宏，朱伶俐，盧紅剛

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

火山巖油藏作為一種特殊類型的油氣藏，已逐漸成為重要的油氣勘探領(lǐng)域和新的油氣勘探目標(biāo)，是油氣儲量和產(chǎn)量的重要增長點(diǎn)[1]。目前準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)現(xiàn)的火山巖油藏主要為長期噴發(fā)形成的“古潛山”、厚層斷塊類型的油藏，已經(jīng)形成了一套較為成熟的勘探理論及方法[2-4]。而對于短期噴發(fā)的薄層火山巖由于成藏條件苛刻，受古地貌影響較大，目前發(fā)現(xiàn)較少，研究相對不夠深入。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐凸起東斜坡風(fēng)城組發(fā)育一套斜坡背景下遭受風(fēng)化剝蝕而殘留的薄層火山巖地層，該地層20世紀(jì)90年代已發(fā)現(xiàn)克80火山巖油藏，隨后以構(gòu)造-地層油藏模式向高部位鉆井，試油均為水層，該地層內(nèi)部出現(xiàn)“油水倒置”現(xiàn)象，油藏評價一時陷入瓶頸。截至目前，克80油藏單井累計產(chǎn)量最高已達(dá)5×104t，展示出該類薄層火山巖油藏也具有較大的評價、開發(fā)價值。因此，該類油藏如何成藏、如何有效評價是一個值得研究的課題。

1 層序成因背景

準(zhǔn)噶爾盆地大規(guī)模火山活動期為石炭紀(jì)、二疊紀(jì)早期，經(jīng)長期火山噴發(fā)后形成了大套厚層火山巖地層。中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層位于風(fēng)城組地層頂部，風(fēng)城組地層沉積末期，西北部地層抬升，沿高部位斷裂發(fā)生了短暫的火山噴發(fā)，在風(fēng)城組頂部形成一套薄而廣的火山巖溢流層，該地層因裸露于地表遭受風(fēng)化剝蝕，發(fā)育風(fēng)化殼，為改造型火山巖地層。后期地層沉降湖水上升，沉積了夏子街組水進(jìn)體系地層，層序上火山巖與上覆地層不整合接觸，呈“透鏡狀”夾持在2套沉積巖地層之間(圖1)。由于噴發(fā)時間較短，其厚度較薄，目前鉆遇最薄的地層僅有8 m，最厚的地層僅有38 m。

2 構(gòu)造特征

中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層整體為一東南傾的單斜構(gòu)造，地層傾角為7～10 °，構(gòu)造高部位地層剝蝕尖滅，低部位地層巖性尖滅。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要為近東西向走滑斷裂，斷裂延伸遠(yuǎn)，活動時間長，為區(qū)域性的大斷裂，有效溝通油源，是斜坡區(qū)的油源斷裂。

圖1 中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層層序結(jié)構(gòu)示意圖

3 巖相及巖體特征

巖相是巖漿作用產(chǎn)物形成環(huán)境、條件的概括，是在一定環(huán)境、條件下巖漿作用產(chǎn)物特征的總和[5]。發(fā)育于中拐凸起東斜坡風(fēng)城組的薄層火山巖地層由于噴發(fā)時間較短，地層薄、巖相單一，同時后期遭受過風(fēng)化剝蝕，導(dǎo)致火山口、火山內(nèi)幕機(jī)構(gòu)及火山巖體識別較困難。巖石薄片分析顯示，巖性主要為玄武巖、安山巖，巖相主要為噴出相溢流亞相。電性特征上，自然伽馬曲線整體表現(xiàn)為低值，是火山巖區(qū)別于上下圍巖的典型標(biāo)志，火山巖內(nèi)部電阻率曲線存在較大差異，位于高部位的井表現(xiàn)為低電阻率的電性特征，與圍巖電阻率值相近，而位于低部位的井表現(xiàn)為高電阻率的電性特征，與圍巖電阻率值差別較大，火山巖內(nèi)部存在巖體分異特征[6]。利用自然伽馬及電阻率約束地震波阻抗反演，刻畫了火山巖范圍及火山巖巖體[7-9]，識別出2個相互疊置的火山巖體，1號巖體位于斜坡高部位，2號巖體位于斜坡低部位、環(huán)凹陷呈條帶狀分布。

4 風(fēng)化殼特征

4.1 風(fēng)化殼識別標(biāo)志

火山巖風(fēng)化殼是指火山巖風(fēng)化后形成的具有礦物和儲層特征結(jié)構(gòu)差異的聯(lián)合體[9]，中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層位于不整合面之下，遭受風(fēng)化剝蝕，發(fā)育風(fēng)化殼。巖心及微觀照片觀察發(fā)現(xiàn)，發(fā)育風(fēng)化黏土層、裂縫黏土充填(圖2a)，自碎縫中氧化鐵襯邊(圖2b)，溶蝕孔洞、火山巖粒內(nèi)孔隙綠泥石化(圖2c)，碳酸鹽巖化、方解石化(圖2d)等標(biāo)志現(xiàn)象，發(fā)育火山巖風(fēng)化殼[10]。

圖2 中拐凸起東斜坡二疊系風(fēng)城組火山巖風(fēng)化殼巖心及微觀薄片

4.2 風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)劃分

根據(jù)風(fēng)化程度、礦物含量變化等特征，一般一個完整的風(fēng)化殼可以劃分為土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶和母巖[11]。利用宏觀巖心、微觀薄片、典型電性特征對風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合識別劃分，共識別出土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖4種結(jié)構(gòu)，其綜合特征表現(xiàn)如下。

(1) 土壤層+水解帶：位于風(fēng)化殼最上部， 在不整合面以下，是在物理、生物、化學(xué)風(fēng)化作用改造下形成的細(xì)粒殘積物；頂部為氧化色泥巖，厚度較薄，下部以泥巖和火山巖細(xì)小顆粒為主；測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬值高于正常泥巖， 電阻率由低變高[12](圖3a)， 其厚度較薄， 風(fēng)化黏土層在上覆沉積物壓實(shí)成巖作用下巖性一般較致密， 是一套良好的封蓋層。

(2) 淋蝕帶：巖石半破碎，氣孔杏仁構(gòu)造和裂縫發(fā)育，風(fēng)化淋濾、構(gòu)造碎裂和熱液蝕變作用強(qiáng)，完整性為較差—較完整；微觀薄片見強(qiáng)烈的蝕變作用，杏仁構(gòu)造體見方解石化、綠泥石化、碳酸鹽巖化；測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬低值，井徑曲線多出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象，電阻率較高，深淺電阻率出現(xiàn)幅度差，物性最好(圖3a—c)。

(3) 崩解帶：以火山巖碎塊為主， 塊體較大， 見少量氣孔，微裂縫較發(fā)育， 裂縫和氣孔被充填或半充填；微觀薄片見微裂縫被充填，測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬低值，由于裂縫發(fā)育，風(fēng)化淋濾水多靜止于該層，攜帶的泥質(zhì)及放射性物質(zhì)沉淀在裂縫中，自然伽馬呈“刺峰狀”，電阻率較低，物性較好(圖3a、d、e)。

(4) 母巖：母巖中火山巖塊體完整，孔縫不發(fā)育，物性差(圖3a、f、g)。

圖3 中拐凸起東斜坡風(fēng)城組火山巖風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)劃分

4.3 風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)組合特征及形成機(jī)理

以往對原生型厚層火山巖風(fēng)化殼的研究和勘探主要集中于土壤層中次生礦產(chǎn)的分布、火山巖風(fēng)化殼對儲層控制作用，而對于火山巖風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)組合及分布規(guī)律的研究較少。位于斜坡區(qū)的薄層火山巖地層受古斜坡地貌下坡折帶影響，不同位置風(fēng)化程度不一，斜坡高部、斜坡中部位于基準(zhǔn)面之上，為碎屑物供給區(qū)，風(fēng)化的同時遭受剝蝕；斜坡低部位于基準(zhǔn)面之下，為碎屑物堆積區(qū)，風(fēng)化的同時接受高部位滾落的碎屑物堆積。這種風(fēng)化剝蝕差異導(dǎo)致不同位置存在不同的風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)組合，中拐凸起東斜坡12口井風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)劃分結(jié)果顯示：斜坡高部風(fēng)化剝蝕作用強(qiáng)烈，火山巖已經(jīng)全部剝蝕殆盡；斜坡中部剝蝕變?nèi)?，殘留了一部分火山巖地層，風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)頂部缺失土壤層+水解帶，部分地形較高的地方風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)缺失母巖，位于斜坡中上部的白257、克88、瑪湖7等4口井發(fā)育該類結(jié)構(gòu)組合；斜坡低部位地勢較平坦，地層風(fēng)化的同時剝蝕程度較低，風(fēng)化體結(jié)構(gòu)完整，形成了一個土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖完整的結(jié)構(gòu)組合，位于斜坡低部位的克80、克81、克202等8口井發(fā)育該類結(jié)構(gòu)組合。

5 成藏控制因素及模式

5.1 層序界面控制宏觀油氣成藏

中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層與上覆地層不整合接觸，呈“透鏡狀”夾持在2套沉積巖地層之間(圖1)，高部位剝蝕尖滅，低部位巖性尖滅。受不整合面和巖性界面控制，發(fā)育清晰的頂?shù)装澹邆湫纬扇﹂]的有利條件，同時發(fā)育大型走滑斷裂，有效溝通油源，具備發(fā)育大型地層-巖性油藏的大背景。

5.2 風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)控制儲、蓋分布

原生型火山巖地層儲層物性主要取決于巖相及巖性[13-14]，以往火山巖油氣勘探中認(rèn)為巖相是有利儲層的主要控制因素， 其研究主要集中于巖相與有利儲層的關(guān)系，認(rèn)為爆發(fā)相火山角礫巖和溢流相流紋巖儲層物性較好，其他巖相和巖性一般不能形成有效儲層，其儲、蓋分布主要受控于不同火山噴發(fā)期次引起的火山內(nèi)幕機(jī)構(gòu)變化[15-16]。薄層風(fēng)化殼火山巖地層巖性、巖相單一，屬于改造型火山巖，其物性變化受風(fēng)化作用控制更大，儲、蓋分布受風(fēng)化差異引起的風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)變化控制。不同風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)物性差異較大，巖相、巖性相同的條件下，火山巖風(fēng)化殼中溶蝕帶物性最好，以中孔粗喉為主，溶蝕孔、洞和微裂縫發(fā)育，具孔隙-裂縫雙重介質(zhì)，崩解帶儲層物性次之，以細(xì)孔中喉為主，溶蝕孔和微裂縫較發(fā)育，可形成有效儲層，該區(qū)試油結(jié)果也證實(shí)溶蝕帶、崩解帶是油氣產(chǎn)出的主力層段，易形成高產(chǎn)油氣層；母巖一般不能形成有效儲層；土壤層+水解帶物性差，經(jīng)上覆地層壓實(shí)可以作為蓋層。不同的風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)組合形成不同的儲蓋特征，一個完整的風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)可以形成一個有效的儲蓋組合，根據(jù)中拐凸起東斜坡薄層火山巖風(fēng)化體結(jié)構(gòu)組合特征，斜坡中部形成的淋蝕帶、崩解帶、母巖結(jié)構(gòu)組合由于缺失土壤層+水解帶，蓋層條件變差，不能形成有效儲蓋組合；而位于斜坡低部位的土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖結(jié)構(gòu)組合儲蓋發(fā)育，為一個有效的儲蓋組合。該類結(jié)構(gòu)組合主要分布于斜坡古坡折帶以下，環(huán)克811—瑪湖16—瑪湖1井一帶下傾方向分布。

5.3 巖體與蓋層匹配關(guān)系控制油氣聚集

中拐凸起東斜坡薄層火山巖地層成藏條件較厚層塊狀、“古潛山”類火山巖油藏更為苛刻。層序上，其上部的不整合面為一個三級層序界面，單一的斜坡背景導(dǎo)致其不具備收斂性，同時，上覆地層為一套水進(jìn)體系沉積地層，底部多為砂礫等沉積物，蓋層條件較差，難以形成簡單的不整合面遮擋的大型地層油藏。因此，其頂部的土壤層及地層內(nèi)部的非均質(zhì)性、巖體的分異是重要的油氣保存條件，成藏受層序界面、上部土壤蓋層、巖體共同控制，其中，上部土壤蓋層、巖體的匹配關(guān)系是油氣成藏的關(guān)鍵。根據(jù)蓋層分布特征及巖體刻畫結(jié)果，低部位與蓋層匹配的巖體利于成藏，鉆井及試油結(jié)果證實(shí)高部位缺失土壤層蓋層的巖體試油為水層(白257、克88井)，而低部位土壤層蓋層匹配的巖體試油為油層(克202、克80等井)，這也是該類地層出現(xiàn)“油水倒置”的原因。

5.4 成藏模式

準(zhǔn)噶爾盆地石炭紀(jì)、二疊紀(jì)早期為火山活動的活躍期，發(fā)育大量火山巖油藏，已發(fā)現(xiàn)了克拉美麗、五彩灣、克拉瑪依、車排子和石西等30個油氣田。早期的火山巖油藏研究主要是在構(gòu)造高部位、斷裂帶尋找有利火山巖性和巖相帶，多為“古潛山”、厚層斷塊類型油藏。中拐凸起東斜坡風(fēng)城組經(jīng)短期噴發(fā)、裸露風(fēng)化而形成的薄層風(fēng)化殼火山巖地層地質(zhì)條件特殊，目前石炭系及佳木禾組火山巖已經(jīng)形成的諸多厚層火山巖成藏機(jī)制及模式并不能完全適用于該類火山巖地層[17-18]。該類地層成藏不但受區(qū)域構(gòu)造、層序界面控制，還受內(nèi)部風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)及火山巖巖體控制。發(fā)育于斜坡低部位的與蓋層匹配良好的巖體利于成藏，該有利成藏帶受斜坡背景下坡折帶控制，平行斜坡走向環(huán)凹陷呈帶狀展布。在凹陷區(qū)，其下伏的沉積巖地層發(fā)育區(qū)域烴源巖，油氣沿不整合面、走滑斷裂進(jìn)入該套火山巖地層中，在低部位與完整結(jié)構(gòu)組合配置良好的巖體中聚集成藏，形成源邊-不整合-薄層風(fēng)化殼成藏模式(圖4)。

圖4 中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖油氣成藏模式

圖5 中拐凸起東斜坡薄層火山巖風(fēng)化殼油藏評價成果

6 油藏評價與實(shí)踐

中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖風(fēng)化殼油藏的油氣成藏并不是簡單的地層巖性油藏模式，而是受區(qū)域構(gòu)造、層序界面、內(nèi)部風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)、火山巖巖體共同控制的復(fù)雜風(fēng)化殼油藏。其油氣最有利聚集區(qū)位于斜坡低部位，油藏評價部署應(yīng)平行斜坡走向部井(圖5)。利用該認(rèn)識指導(dǎo)藏評價，突破該地層“油水倒置”的瓶頸，在斜坡中低部沿凹陷橫向部署井位取得重要突破，完鉆的克204井試油獲高產(chǎn)油流，證實(shí)了薄層火山巖風(fēng)化殼油藏成藏模式及油氣聚集規(guī)律，擴(kuò)寬了油氣勘探領(lǐng)域。

7 結(jié) 論

(1) 中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層為短期噴發(fā)、遭受風(fēng)化剝蝕而殘留的一套層狀火山巖地層，厚度較薄，巖性、巖相單一，發(fā)育風(fēng)化殼。

(2) 中拐凸起東斜坡風(fēng)城組薄層火山巖地層識別出4種風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)，風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)組合受古地貌影響存在差異，斜坡低部位發(fā)育完整結(jié)構(gòu)組合，為一個有效的儲蓋組合。

(3) 油氣成藏受區(qū)域構(gòu)造、層序界面、內(nèi)部風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)組合、火山巖巖體共同控制，為源邊-不整合-薄層風(fēng)化殼成藏模式，有利成藏區(qū)位于構(gòu)造中低部，沿斜坡走向環(huán)凹陷呈帶狀分布。