三塘湖盆地馬朗凹陷卡拉崗組火山巖巖性及巖相特征研究①

梁 浩 茍紅光 王志礦 崔 娥 孟旺才 張志更

(1.中國地質大學資源學院能源地質工程 武漢 430074;2.中國石油吐哈油田分公司勘探開發研究院 新疆哈密 839009)

三塘湖盆地馬朗凹陷卡拉崗組火山巖巖性及巖相特征研究①

梁 浩1,2茍紅光2王志礦2崔 娥2孟旺才2張志更2

(1.中國地質大學資源學院能源地質工程 武漢 430074;2.中國石油吐哈油田分公司勘探開發研究院 新疆哈密 839009)

火山巖地層的對比和劃分是研究其巖性、巖相及變化規律的前提和基礎。根據測井、地震資料結合孢粉組合分析,確定三塘湖盆地馬朗凹陷卡拉崗組火山巖在研究區具有北厚南薄和東厚西薄的特征。孢粉組合表現為裸子植物花粉明顯優勢于蕨類植物孢子,孢粉以科達粉、弗氏粉、單束細肋粉、冷杉多肋粉組合為特征,其中科達粉含量最多(25.3%～54.3%)。測井響應與其上沉積巖相比表現為“三低兩高”的特征,即:低自然伽馬、低聲波時差、低補償中子、高密度、高電阻,與哈爾加烏組相比表現為低自然伽馬、中高電阻的特征。巖性以基性-中性的玄武巖、安山巖為主,其次為凝灰巖、沉凝灰巖、火山角礫巖等。馬朗凹陷卡拉崗組火山巖巖相可劃分為爆發相、溢流相和火山沉積相三種巖相帶,火山活動以相對寧靜的溢流相為主,其次為強烈的爆發相,火山沉積相僅在局部地區發育。

馬朗凹陷 卡拉崗組 火山巖巖相

0 引言

油氣在火山巖中成藏與否儲層是關鍵。位于沉積巖之下的火山巖體頂面往往是溢流相氣孔、杏仁富集帶,易受到物理風化和化學水解作用的改造,與裂縫共同構成火山巖優質儲層的孔縫系統,為油氣成藏提供了良好的儲集空間和場所[1,2],另外火山巖體內部的爆發相火山角礫巖、自碎角礫巖往往基質孔隙發育,也是內幕型油藏中油氣聚集的主要空間。因此,火山巖相的發育與分布對火山巖油氣成藏有重要影響。

火山巖相研究對恢復古火山機構、空間展布規律和噴發旋回演化有重要的意義[3～6]。確定火山巖的巖性、巖相及巖石學特征,既是火山巖儲層研究的基礎,也是火山巖儲層儲集空間類型、發育規律及其形成機制研究的前提。

本文利用分布在馬朗凹陷、條湖凹陷和方方梁凸起的30多口探井資料,對三塘湖盆地石炭系上部層系卡拉崗組層系火山巖巖性、巖相、測井、地震屬性分析和電磁特性等諸多方面的研究,探討了優質火山巖儲層的成因機理;總結了影響火山巖儲層物性的主要因素及其形成機制。

1 地質概況

馬朗凹陷位于三塘湖盆地中央坳陷帶的中東部[7],面積約1 400 km2,是盆地內主要的油氣運聚單元,已發現黑墩、馬中和牛圈湖等油藏。近年來,又在牛東構造帶發現了牛東2號石炭系卡拉崗組火山巖油氣藏,盆地內上石炭統自上而下分為卡拉崗組、哈爾加烏組和巴塔瑪依內山組,目前在卡拉崗組和哈爾加烏組均獲得了工業油氣流,油藏類型分別為下生上儲式和自生自儲式。地震資料反映上石炭統地層在盆地內分布廣泛,地層厚度大于4 000 m,具有北厚南薄的特征。目前盆地內共有十幾口探井鉆穿上石炭統卡拉崗組,研究程度相對較高,是本文研究的重點層系,該組巖性以火山巖為主,中間夾有泥巖、碳質泥巖、凝灰質泥巖、凝灰巖和凝灰質粉砂巖等碎屑巖,碎屑巖總體不發育,厚度一般小于百米,且平面變化快,局部地區厚度大于500 m。

2 卡拉崗組火山巖地層特征

火山巖地層對比劃分是巖性、巖相及變化規律研究的前提和基礎。卡拉崗組位于石炭系頂部,目前盆地內鉆遇該套地層的探井達30多口,這些探井主要分布在馬朗凹陷、條湖凹陷和方方梁凸起上(圖1),卡拉崗組地層以火山巖為主具有橫向變化快,測井響應特征差異小,古生物和孢粉匱乏等特點,地層對比標志少,難度大。但我們通過井震結合、精細研究依然探索出了幾點實用性強的對比標志和特征,提出來與大家共勉。卡拉崗組火山巖與其上部的沉積巖地層在巖性、電性和測井響應特征有明顯差異,易于劃分對比(圖2)。與其上的沉積巖相比卡拉崗組地層表現為“三低兩高”的特征,即:低自然伽馬、低聲波時差、低補償中子、高密度、高電阻。與底部哈爾加烏組火山巖地層也有差異,首先哈爾加烏組頂部發育一套碳質泥巖煤系源巖地層,可作為分割卡拉崗組和哈爾加烏組兩套火山巖地層的標志層,該標志層雖然厚度不大但分布較為穩定,目前盆地內有近十口井鉆遇該標志層,鉆井揭示厚度為9～66 m。此外,從巖性和電性特征來看,卡拉崗組以低自然伽馬、中高電阻的中-基性火山巖為特征,而哈爾加烏組為高自然伽馬、高電阻的中-酸性火山巖為主。

圖1 馬朗凹陷鉆遇卡拉崗組探井分布圖Fig.1 The distribution of exploration wells in the group of Kalagang in Malang sag

圖2 馬8-馬23-馬18-馬20井石炭系地層對比圖Fig.2 The comparison diagram of Carboniferous strata between the Wellma8-ma23-ma18-ma20

火山巖地層中古生物和孢粉含量少,但仍然從部分鉆井和露頭剖面的薄沉積巖夾層中檢測出植物花粉,并總結出不同層系的孢粉組合規律,為區域上地層對比提供了有力的證據。從孢粉組合來看,卡拉崗組裸子植物花粉(74.6%～100%)絕對優勢于蕨類植物孢子(0～25.4%),裸子植物花粉以科達粉(Cordaitina)、弗氏粉(Florinites)、單束細肋粉(Protohaploxypinus)、冷杉多肋粉(Striatoabieites)組合為特征,其中科達粉含量最多(25.3%～54.3%),其次為弗氏粉(5.5%～31.9%)。而哈爾加烏組孢粉以波托尼粉(Potonieisporites)-皺囊粉(Parcisporites)-弗氏粉(Florinites)組合為主,科達粉含量與卡拉崗組相比顯著減少。

盆地內多口探井已鉆穿卡拉崗組地層,我們以鉆井資料為基礎,結合地震和非地震資料來準確把握該套地層的平面展布規律。卡拉崗組地層在馬朗凹陷內明顯厚于條湖凹陷,馬朗凹陷以北厚南薄、東厚西薄為特征,而條湖凹陷呈現出南厚北薄的規律。馬朗凹陷卡拉崗組地層厚度變化不大,在800～1 000 m左右,到盆地周邊或凸起部位由于遭受風化剝蝕,殘余厚度明顯減薄,東南部方方梁凸起上的卡拉崗組地層已剝蝕殆盡。

3 卡拉崗組火山巖巖性特征

錄井資料可宏觀反映火山巖巖性發育規律,但有部分巖性定名不夠準確的缺憾,巖石薄片鑒定資料能準確定名,但有受到取芯限制的影響難以把握宏觀規律的弊端。因此,我們以巖芯刻度測井,對巖性重新校正,采用兩者相結合能較好地把握卡拉崗組火山巖巖性的發育規律。依據錄井和巖石薄片鑒定資料,牛東地區卡拉崗組主要發育三大類巖石類型(表1):①熔巖類:玄武巖(或粗玄巖)、玄武質安山巖、安山巖,分布普遍且厚度大;②火山碎屑巖類:依據火山碎屑物含量的不同可分為正常火山碎屑巖和沉火山碎屑巖兩個亞類;③沉積巖類:包括砂礫巖、泥巖等,一般分布于火山巖體的頂部,常為薄層。

表1 馬朗凹陷卡拉崗組巖石主要類型Table1 Themain rock types in the group of Kalagang in M alang sag

3.1 熔巖類以基性-中性為主

玄武巖:是基性噴出巖類的典型代表[8,9],由于鐵鎂質的礦物含量高,顏色以灰黑色、灰綠色、灰褐色、紅褐色等深色系為主。玄武巖是卡拉崗組火山巖的主要巖石類型,經過測井校正后的巖性統計表明,玄武巖含量占地層總厚度的27.2%～59.6%(表2)。玄武巖巖芯致密堅硬,主要構造類型有:流動構造、氣孔、杏仁構造,杏仁體較發育,一般占巖石體積的5%～42%,多被沸石或其它礦物充填或半充填。在鏡下以斑狀結構、粗玄結構、間隱結構為主(圖3),其次是隱晶質-半晶質結構,電性以低自然伽馬、中高電阻為特征(圖4)。

表2 馬朗凹陷卡拉崗組校正后不同巖性百分比統計Tab le 2 The percentage of different lithology after calibration in the group of Kalagang

安山巖:該區卡拉崗組鉆遇安山巖的井主要分布在牛東構造帶的東南部,以馬19、馬21、馬26等井為代表,校正后的錄井資料統計安山巖一般小于卡拉崗組地層厚度的33%。安山巖在各井所占比例差異較大,巖石薄片鑒定在馬19、馬21井見到了典型的安山巖,所占比例稍高,占薄片個數的29.7%～ 32.3%。安山巖巖芯以灰色、灰綠色、紫紅色等為主,交織結構、半晶質-玻璃質交織結構(圖3)是安山巖的典型結構,主要構造類型有:流動構造、氣孔和杏仁構造。

圖3 卡拉崗組不同巖性鏡下顯微特征圖A。馬17井,C2 k,1551.1 m,伊丁石化橄欖玄武巖,粗玄結構;B。馬25井,C2 k,2462.73 m,安山巖,交織結構,長石蝕變強,鈉沸石充填縫; C。牛東9-10,C2 k,1424.25 m,沉凝灰巖,微收縮縫及伊蒙混層化微孔;D。牛東9-10,C2 k,1455.52 m,火山角礫(安山礫)巖Fig.3 Themicroscopic identification of different volcanic lithology

3.2 火山碎屑巖類

火山碎屑巖類是火山巖與正常沉積巖間的過渡類型,其物質來源具有雙重性,既有火山沉積物質,也有再沉積的陸源碎屑物質[1～3]。以其兩者含量的不同分為正常火山碎屑巖類(火山碎屑物含量>90%)和沉火山碎屑巖類(火山碎屑物含量<90%)。正常火山碎屑巖類主要包括凝灰巖、火山角礫巖等,兩者在卡拉崗組多以薄層產出,火山碎屑粒度從小于0.01 mm火山灰到大于64 mm的巨礫均有分布。巖屑成分復雜,主要為玄武巖屑、安山巖屑,一般火山角礫巖距離火山口相對較近,凝灰巖則相對較遠。火山角礫巖為低自然伽馬、低電阻特征,深淺側向電阻率常有一定差異性,而凝灰巖為高自然伽馬、低電阻特征(圖4),在成像測井圖上兩者易于識別,火山角礫巖可見亮色棱角狀角礫,而凝灰巖一般可見層理構造。

沉火山碎屑巖一般距離火山口相對較遠,火山碎屑物含量明顯減少。巖石碎屑成分由斜長石、巖屑組成,含量占巖石的10%～40%,其特征是具有明顯的次棱角狀,表明經過搬運具有一定的磨圓度,凝灰成分為晶屑、巖屑和火山灰,含量占巖石的60%～ 90%。填隙物主要為火山灰,火山灰含量為10%～ 35%。巖石類型主要包括沉凝灰巖和凝灰質砂礫巖。但沉凝灰巖和凝灰巖測井響應特征均為高自然伽馬、低電阻特征,巖性往往難以準確區分。卡拉崗組凝灰巖和沉凝灰巖在馬29井-馬33井附近最為發育,厚度大于300 m,并且發生了白云石化和碳酸鹽化作用,為淡水湖泊相灘壩亞相沉積。

3.3 沉積巖類

卡拉崗組沉積巖總體不發育,平面上主要分布在馬東構造帶馬33井區附近,但橫向變化快,常與沉火山碎屑巖類相伴生,肉眼難以區分。縱向上沉積巖主要發育在不同火山巖體間,厚度一般小于十米,電性為低阻特征,成像測井資料往往發育明顯的層理構造。

總之,卡拉崗組巖性以基性-中性的玄武巖、安山巖及其過渡巖性為主,可占地層總厚度的53%以上,其次為凝灰巖、沉凝灰巖、火山角礫巖等火山碎屑巖類,純凈的泥巖、砂巖等沉積巖類最不發育。從平面分布來看,牛圈湖構造帶火山角礫巖發育,牛東構造帶西北部以玄武巖為主,東南部以安山巖為主,馬東地區屬凝灰巖、沉凝灰巖、凝灰質火山角礫巖等火山碎屑巖類發育區。

圖4 卡拉崗組不同巖性測井響應對比圖Fig.4 The log response comparison diagram of different lithology in the group of Kalagang

4 卡拉崗組火山巖巖相特征

火山巖相是指火山巖形成的環境及其在該環境下火山活動產物的特征總和,它的研究對恢復古火山機構、空間展布規律和噴發旋回演化有重要的意義[3～6]。根據火山活動特點、火山巖的產出形態、巖石類型及地震反射特征將卡拉崗組火山巖劃分為三種巖相帶:爆發相、溢流相和火山沉積相,本區火山活動以相對寧靜的溢流相為主,其次為強烈的爆發相,火山沉積相僅在局部地區發育。這是由該區巖石類型所決定的,巖石以含揮發分少、粘度小、流動性強的基性-中性巖為主。

4.1 溢流相

溢流相是卡拉崗組火山巖的最主要的巖相特征,分布廣泛。這是由卡拉崗組火山巖巖性和火山噴發方式決定的,粘度低的玄武質巖漿平靜地從火山口溢出,流動性強的巖漿形成面狀的熔巖被或線狀的巖流,常發育在爆發相之后或火山活動的后期,由于巖體頂部氣體揮發,一期火山巖頂部常見氣孔或杏仁體密集帶[4～9,11,12]。該區卡拉崗組巖芯普遍見氣孔或杏仁體構造,杏仁體含量一般在5%～30%間,最高可達40%,杏仁體充填物多為白色、肉紅色的沸石。在成像測井圖上溢流相常發育塊狀構造,氣孔、杏仁體則為暗色點點綴其中,有時可見非常發育的節理構造,但節理的傾向和傾角一般雜亂,無明顯的方向性,為熔巖冷凝所成。疊前地震資料保真度高,能清晰地反映各種巖相特征,為巖性、巖相預測提供依據,通過鉆井地震標定,溢流相在疊前地震資料上為連續性差、能量弱、中低頻的短軸、丘狀弱-空白的反射特征(圖5)。外形多為餅狀、楔狀和丘狀,在頂、底附近常見連續性好的強反射界面。

4.2 爆發相

爆發相的火山角礫巖在該區卡拉崗組發育差,它是含揮發份多、粘度大的巖漿噴至高空形成強烈的噴發柱,后由于重力作用空降堆積,在火山口附近形成碎屑錐堆積,厚度、粒度距火山口越遠越小,常發育在火山噴發的早期或高潮時期,巖石類型主要為熔結火山角礫巖、集塊巖。常用爆發指數E來確定火山爆發的強度[10～12],E=火山碎屑巖厚度/(火山碎屑巖厚度+熔巖厚度),爆發指數E越大,反映火山爆發強度越大,并可能位于火山噴發中心附近。E>0.5則屬于爆發相,E<0.5時劃為溢流相。該區卡拉崗組爆發相主要發育在牛圈湖地區,牛101、馬8、馬801、馬25井巖芯普遍見顏色混雜或有明顯差異的熔結火山角礫巖,粒徑一般在2～10 cm間,火山巖爆發指數在0.5～0.94之間,該區可能是卡拉崗組火山巖的噴發中心,重磁反演資料也反映牛圈湖構造北部斷層附近可能是古裂隙火山噴發通道。在成像測井圖上爆發相常發育高阻亮色的火山角礫鑲嵌在深色的熔巖基質中,無層理構造。在疊前地震資料上爆發相為連續性差、中強振幅、中高頻的雜亂反射特征(圖6),外形呈錐狀,在錐體的兩翼遠端還可見連續性差、弱反射的溢流相特征,錐體兩側強反射波組均上超爆發相錐體沉積,錐體頂部連續性好的強反射下凹沉積可能為古火山口位置。

4.3 火山沉積相

火山沉積相是火山噴發的碎屑降落在水體中并與陸源碎屑一起堆積而成,它是火山作用和沉積作用疊加的產物,常發育于火山噴發低潮-間歇期。常見的巖性有沉凝灰巖、含凝灰質泥巖、凝灰質粉砂巖、凝灰質砂礫巖等,在成像測井圖上常見明顯的層理構造。在疊前地震資料上火山沉積相為連續性好、能量和振幅強的一組平行同向軸反射,有時雖然反射能量不強,但連續性一定較好,在地震剖面上火山沉積相易于追蹤識別(見前面圖5)。馬朗凹陷卡拉崗組火山沉積相主要發育于馬29-馬33井一帶,卡拉崗組火山巖厚度圖反映這個地區距南北兩個噴發中心均較遠,以含火山灰的沉積巖最為發育,厚度在200～ 600 m左右。

總之,平面上牛圈湖構造以爆發相為主,牛東構造帶以溢流相和火山沉積相為主,馬東地區火山沉積相最為發育。另外,通過以上這三種主要巖相特征在地震上的標定識別,為卡拉崗組火山巖的巖性、巖相預測提供了技術支持,預測結果得到了多口探井和評價井的證實,符合率在75%以上。從而進一步為油氣勘探和井位部署提供了多個有利的火山巖體目標。

5 火山巖巖性、巖相與油藏關系

圖5 卡拉崗組火山巖巖相地震反射特征圖Fig.5 The seismic reflection characteristics of the lithofacies of volcanic rock in Kalagang Formation

馬朗凹陷內不同巖性和巖相對火山巖油氣成藏的作用不同。連續性好、能量強的火山沉積相往往是烴源巖發育區,有機碳平均為3.43%,為較好的-好的生油巖,油源條件充足。火山巖油氣成藏,儲層是關鍵,位于沉積巖之下的火山巖體頂面往往是溢流相氣孔、杏仁富集帶,易受到物理風化和化學水解作用的改造,與裂縫共同構成火山巖優質儲層的孔縫系統,為油氣成藏提供了良好的儲集空間和場所[1,2],火山巖體內部的爆發相火山角礫巖、自碎角礫巖往往基質孔隙發育,也是內幕型油藏油氣聚集的主要空間。這樣不同相帶的火山巖在空間有機搭配,形成了良好的生儲蓋組合,后期油源斷裂活動為油氣聚集提供了動力和通道,由于火山巖儲層橫向非均質性強,連通性差,油氣以垂向和短距離側向運移為主,就近聚集成藏。可見火山巖不同相帶在空間上的有機搭配是火山巖油氣成藏的基礎,單一相帶發育區油氣往往難以聚集成藏,但是火山巖油氣成藏的主控因素還很復雜,油氣聚集規律還有待進一步深入研究和探索。

圖6 卡拉崗組爆發相地震反射特征圖Fig.6 The seismic reflection characteristics of the eruption facies in the group of Kalagang

6 結論

(1)卡拉崗組火山巖與其上沉積巖相比較表現為“三低兩高”的特征,即:低自然伽馬、低聲波時差、低補償中子、高密度、高電阻,與哈爾加烏組相比表現為低自然伽馬、中高電阻的特征。

(2)卡拉崗組裸子植物花粉明顯優勢于蕨類植物孢子,孢粉以科達粉、弗氏粉、單束細肋粉、冷杉多肋粉組合為特征,其中科達粉含量最多(25.3～ 54.3%)。

(3)卡拉崗組巖性以基性-中性的玄武巖、安山巖為主,其次為凝灰巖、沉凝灰巖、火山角礫巖等火山碎屑巖類,純凈的泥巖、砂巖等沉積巖類最不發育。

(4)卡拉崗組可劃分為爆發相、溢流相和火山沉積相三種巖相帶,馬朗凹陷卡拉崗組火山活動以相對寧靜的溢流相為主,其次為強烈的爆發相,火山沉積相僅在局部地區發育。

(5)溢流相在疊前地震資料上為連續性差、能量弱的短軸、丘狀弱反射特征,爆發相為連續性差的雜亂反射,而火山沉積相為連續性好、能量和振幅均較強的一組平行同向軸反射,易于追蹤對比。

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Characteristics of Lithology and Lithofacies of Kalagang Volcanic Rocks in M alang Depression,Santanghu Basin

LIANG Hao1,2GOU Hong-guang2WANG Zhi-kuang2CUIE2MENGWang-cai2ZHANG Zhi-geng2
(1.College of Resources,China University of Geosciences,Wuhan 430074; 2.Turpan-Ham i Oilfield Company,China Petroleum Exploration and Development Institute,Ham i,Xinjiang 839009)

Comparison and classification of volcanic rocks are the premise and foundation of their lithology research, lithofacies and variation.According to log data,seismic data and pollen analysis,we found that the Kalagang volcanic rocks of Malang depression in Santanghu Basin were thick in the north and east,thin in the south and westareas.The pollen assemblage showed that Gymnosperm pollen had a clear advantage in fern spores and comprised of Genus Cordaitina(Samoilovichi)Hart,Genus Florinites Sehof,WilSonet Bentall,Genus Protohaploxypinus(Samoilovichi)Hart, Genus Striatoabieites(Sedova)Hartpollen.The contentof Genus Cordaitina(Samoilovichi)Hartwas up to 25.3～54.3%。Compared the log response of Kalagang volcanic rocks and Sedimentary rocks,there performed low natural gamma,low acoustic time,low compensation neutrons,high density and high resistance.The natural gamma value of Kalagang volcanic rockswas lower than Harjiawu Formation,while the resistancewas higher.The lithology wasmainlymafic-neutral basalt and andesite,and minor of the tuff,tuffite,volcanic breccia,and so on.Kalagang volcanic rocks ofMalang depression can be divided into outbreak phase,overflow phase and volcanic sediment facies.The volcanic activitymainly occurred as a relatively quiet overflow phase,followed by strong eruption phase,and locally developed volcanic sediment facies.

Malang depression;Kalagang Formation;volcanic lithofacies

梁浩 男 1966年出生 高級工程師 博士生研究生 石油地質 E-mail:lianghao1@hotmail.com

TE122.2+22

A

1000-0550(2011)06-1156-08

①中國石油天然氣股份有限公司科技研發項目(編號:2008B-01)資助。

2011-02-20;收修改稿日期:2011-06-30