車排子凸起西翼石炭系火山沉積巖儲層油氣成藏特征

陳 林

( 中國石化勝利油田分公司 勘探開發研究院，山東 東營 257061 )

0 引言

準噶爾盆地火山巖油氣勘探始于1957年，目前，在石炭—二疊系火山巖中探明油氣儲量超過3.6×108t[24]。火山巖層系成為準噶爾盆地西北緣石炭—二疊系的主力含油層系之一[25-27]。2011年，在準噶爾盆地西緣車排子凸起東翼排61井石炭系火成巖中首次獲得工業油流[20]。在車排子凸起東翼石炭系火山巖油藏的勘探實踐中，苗春欣等[28]、賈春明等[29]、伊萬順等[30]研究火山巖儲層特征及成藏特征，明確石炭系有利儲層主要發育于近火山口相組合的角礫巖、玄武巖、安山巖等；對于油氣成藏方面，商豐凱等[20]建立斷層—“毯砂”復式輸導、有利巖相富集、“硬殼”封蓋的火山巖油氣成藏模式。在車排子凸起東翼中國石化勝利探區的石炭系火山巖中累計發現億噸級儲量規模，而對于車排子凸起西翼，整體研究程度較低。該區石炭系巖性與東翼的有明顯差異，整體上以遠火山口相的火山—沉積巖為主，巖性較為復雜，基本不發育火山機構，但多口井在巖性中有油氣顯示，展現良好的勘探前景。由于火山沉積巖為介于火成巖和沉積巖之間的過渡類型，在巖石物理性質、組構、儲集物性特征、油氣成藏等方面，既不同于常規火成巖，也不同于常規沉積巖[31-33]。這種遠火山口相的火山沉積巖是否發育有利儲層，在遠離生烴中心的背景下，油氣如何輸導及成藏等問題制約該區的勘探部署。筆者分析車排子凸起西翼石炭系的巖性及儲層發育特征、油氣來源、輸導要素、輸導樣式及蓋層條件等，建立研究區石炭系油氣成藏模式。

1 區域地質概況

圖1 準噶爾盆地西緣構造位置Fig.1 Tectonic location of the west Junggar basin

車排子凸起構造屬于準噶爾盆地西部隆起，西北緊鄰扎伊爾山，東面以紅車斷裂帶為界、與昌吉凹陷及中拐凸起相接，南面以艾卡斷裂為界、與四棵樹凹陷相鄰[34](見圖1)。自晚海西期隆升定型以來，長期保持正向構造的形態[35]，整體處于昌吉凹陷和四棵樹凹陷“雙源供烴”、油氣聚集有利的構造部位[36]。目前，在車排子凸起東、西兩翼發現紅山嘴、春風、春光、車排子、卡因迪克等油田，研究區位于車排子凸起的西翼(見圖1)。

車排子凸起地層發育不全，缺失前石炭系和二疊系，自下而上依次發育石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和新近系。其中石炭系為鉆井和地震揭示的最老地層，在整個車排子凸起區有分布，鉆井揭示最大厚度為745 m(未鉆穿)，根據地震資料推測厚度大于5 km，三疊系、侏羅系及白堊系在車排子凸起西翼為一套剝蝕殘留地層，分布局限，新近系沙灣組、塔西河組和獨山子組分布范圍較廣。

2 儲層發育特征

2.1 巖石學

圖2 車排子凸起西翼石炭系鉆揭巖性餅狀圖Fig.2 Pancake diagram of lithologic distribution in Carboniferous system in west wing of Chepaizi uplift

車排子凸起西翼鉆揭石炭系100 m以上的井有9口，根據巖屑錄井、巖心觀察和薄片鑒定資料，研究區石炭系發育的主要巖石類型可分為兩大類，即火山巖和沉積巖。其中，火山巖類包括凝灰巖、沉凝灰巖和玄武巖；沉積巖類包括凝灰質砂巖、凝灰質泥巖和泥巖。統計9口鉆揭石炭系較深井的巖性(見圖2)，凝灰質泥巖、沉凝灰巖和泥巖約占石炭系鉆揭厚度的69.42%，其次為凝灰巖，約占23.86%，并發育少量的凝灰質細砂巖(5.68%)和火成巖(如玄武巖，約占1.04%)。此外，根據研究區1∶5萬磁力異常分布圖，車排子凸起西翼主要以低磁區為主，在局部發育高磁區。因此，車排子凸起西翼石炭系以遠火山口相的火山沉積巖為主，較少發育火山巖。

根據鏡下薄片分析，凝灰巖主要由巖屑、晶屑及火山灰等組成。巖屑成分以流紋質和安山質為主；晶屑成分主要為石英，局部見長石；火山灰物質具脫玻綠泥石化。根據蘇13井凝灰巖X線衍射分析顯示，黏土礦物質量分數為32.0%，方沸石質量分數為12.0%，石英質量分數為43.0%，斜長石質量分數為5.5%，方解石質量分數為4.5%，赤鐵礦質量分數為2.0%；沉凝灰巖主要由晶屑、少量巖屑和泥質膠結物組成，具沉凝灰結構，晶屑成分以石英為主，少量為長石、黑云母；石英多為次棱角狀；膠結物為黃褐色泥質礦物和少量鈣質礦物；凝灰質砂巖具砂質結構，顆粒占75%，主要為石英，可見少量長石和巖屑，分選較差，磨圓呈次棱角狀；填隙物為泥質和火山灰，呈顆粒—雜基支撐，膠結物主要為方解石膠結，沿裂縫及微孔沉淀或由雜基重結晶形成；凝灰質泥巖具泥質結構，主要由淺褐色黏土礦物組成，混有少量火山灰，泥質間散布少量石英晶屑；泥巖類具有泥質結構，見少量硅質、鐵質或炭質不均勻分布。

2.2 儲集空間類型及儲層物性

根據巖心、薄片、掃描電鏡及成像測井等資料，研究區目的層儲集空間類型主要為裂縫，其次可見少量次生溶蝕孔隙(見圖3)，與凸起東翼火山巖儲層孔、縫較為發育的儲集空間類型[20]具有一定差異性。研究區目的層儲集空間的裂縫主要為次生裂縫，是油氣的主要儲存空間(見圖3(a-d))，包括構造縫、溶蝕縫等。構造縫多發育于構造應力釋放帶，與斷裂有較好的相關關系，規律性好；溶蝕縫是在原有裂縫基礎上發生溶蝕而形成的(見圖3(d))，裂縫一般較寬，但分布較少。溶蝕孔隙是由成巖和各類溶蝕作用形成的，包括晶屑溶孔、基質溶孔、顆粒內溶孔等。晶屑溶孔主要發育在凝灰巖和凝灰質砂巖中，主要表現為長石等晶屑礦物受到溶蝕而產生大小不一的次生孔隙(見圖3(f-g))，形態多種多樣，常見蜂窩狀和篩孔狀(見圖3(h))；基質溶孔主要發育在凝灰巖、凝灰質泥巖中，表現為基質內的玻璃質脫玻化或泥質溶蝕形成的孔隙，多呈不規則港灣狀或團塊狀；顆粒內溶孔主要發育在凝灰質砂巖中，表現為石英、長石和巖屑顆粒邊部或內部溶蝕作用形成的(見圖3(i))。根據巖心分析，石炭系儲層儲集空間最高可達12.0%～15.0%，大部分儲層儲集空間多在4.0%～12.0%之間，平均為9.1%，滲透率為(0.3～6.0)×10-3μm2，平均為2.5×10-3μm2。春風油田石炭系儲層分類評價標準：孔隙度>10%為Ⅰ類儲層，孔隙度介于5%～10%為Ⅱ類儲層，孔隙度介于1%～5%之間為Ⅲ類儲層，有效儲層整體為Ⅱ類儲層。對于凸起東翼火山巖儲層，根據巖心分析孔隙度數據，油斑以上有效樣品平均孔隙度為12.2%，以Ⅰ—Ⅱ類儲層為主，可見凸起西翼火山沉積巖儲層物性整體差于凸起東翼火山巖儲層的。

2.3 有利儲層控制因素與分布

車排子凸起東翼火山巖儲層主要受巖性、巖相、火山機構、風化淋濾作用及構造作用控制[20]。車排子凸起西翼石炭系遠火山口相有利儲層的發育主要受巖性、巖相和斷裂作用的控制。

圖3 車排子凸起西翼石炭系儲集空間類型及特征Fig.3 Accumulation space types of Carboniferous system in west wing of Chepaizi uplift

圖4 車排子凸起西翼不同巖性儲層發育概率Fig.4 The histogram of reservoir development probability of different lithology in west wing of Chepaizi uplift

(1)巖性、巖相。對鉆遇石炭系各井的測井解釋成果進行統計，各類巖性均具有形成有利儲層的可能性，但不同巖性的儲層發育概率具有較大的差異性(見圖4)，其中凝灰質細砂巖和凝灰巖儲層發育概率相對較高，是儲層發育的有利巖性；沉凝灰巖、凝灰質泥巖和泥巖儲層發育概率較低，是儲層發育的不利巖性(見圖4)。由于研究區石炭系儲集空間以裂縫為主，不同巖性三軸壓縮實驗表明，不同巖性抵抗變形的能力差異懸殊，即不同巖性造縫能力具有差異性，是導致巖性控儲的主要原因。

加速度傳感裝置示意圖如圖4所示,在鋁制圓形管殼內固定制備的PDMS薄膜,在薄膜的中心位置粘接圓柱形永磁體質量塊,在距永磁體上表面 D=5 mm 處固定磁傳感器通過上位機對讀出采集的數據,由此組成整個加速度傳感檢測裝置。

(2)斷裂體系。車排子凸起受多期構造運動的影響，研究區發育多個走向的斷層，使石炭系具有網格狀的斷裂格局。野外露頭及鉆井揭示，斷層附近為構造裂縫的發育區，裂縫具有開啟寬度大、延伸遠、傾角變化大等特點，特別是近南北走向和近東西走向斷層交匯處常為有利儲層發育區。Ⅱ級斷裂控制裂縫發育范圍可達1.5～2.5 km。此外，斷層及其周緣的構造裂縫可為地層流體及大氣淡水提供滲流通道，使斷層附近地層發生溶蝕作用，形成次生溶蝕孔隙，進一步改善儲層的物性。

研究區主要發育火山沉積巖，易溶礦物(主要為長石)的質量分數要遠低于火山巖儲層的，如安山巖中長石質量分數可達66.1%，火山角礫巖中長石質量分數可達50.0%以上；火山沉積巖中凝灰質砂巖的長石質量分數最高，為41.1%，凝灰巖中長石質量分數為29.1%，沉凝灰巖中長石質量分數為19.4%。因此，風化淋濾作用對火山沉積巖儲層的發育影響相對較小，與凸起東翼風化殼型儲層具有明顯區別，也是凸起西翼石炭系儲層儲集空間以裂縫型為主、次生溶蝕孔隙為輔的主要原因。

因此，在斷裂帶發育區尋找有利巖性分布區是車排子凸起西翼有利儲層預測的關鍵。根據儲層發育的主控因素和地震資料，結合磁力數據分析和斷層分布特征，預測研究區石炭系有利儲層的宏觀分布(見圖5)。

3 油氣來源及輸導體系

3.1 油氣來源

對蘇1-5井石炭系原油的生物標志化合物進行分析，γ蠟烷含量較低，C20、C21、C23三環萜烷含量低，且呈下降型分布，而ααα20RC27、C28、C29甾烷呈“√”型分布(見圖6(a))，與四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生物標志化合物特征具有相似性(見圖6(b))，而與二疊系烴源巖生物標志化合物特征具有典型差異[20]。因此，研究區油氣主要來自四棵樹凹陷侏羅系烴源巖。

圖5 車排子凸起西翼石炭系頂面構造及有利儲層分布疊合Fig.5 Structural diagram of Carboniferous roof and superposed graph of favorable reservoir distribution on west wing of Chepaizi uplift

圖6 蘇1-5井石炭系原油及四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生物標志物色譜圖Fig.6 The biomarker chromatogram of su1-5 well Corboniferous oil and Jurassic source rock of Sikeshu sag

3.2 油氣輸導體系

研究區主要發育斷層和毯砂兩類油氣輸導要素，形成斷—毯立體復式輸導的油氣運移特征。

3.2.1 要素

(1)斷層。四棵樹凹陷總體上發育兩個主要斷裂帶，分別為艾卡斷裂帶和固爾圖斷裂帶。其中固爾圖斷裂帶主要位于四棵樹凹陷的南部，斷裂帶走向平行于伊林黑比爾根山；艾卡斷裂帶位于車排子凸起與四棵樹凹陷之間，是凸起與凹陷的邊界，是由凸起向凹陷擠壓、地層抬升斷裂形成的，由多條斷層組成，主要呈北西、北北西向走向(見圖5)。該斷裂向下切穿基底，向上延伸至中生界，部分地區延伸至新近系沙灣組底部，具有活動時間長、斷距大、延伸距離遠的特點，并溝通侏羅系烴源巖與侏羅系砂體和新生界沙灣組砂體，是研究區重要的油源斷層。

(2)毯砂。研究區主要發育兩套厚度大、分布廣、物性好的辮狀河三角洲前緣砂體，分別為新近系沙灣組一段和侏羅系頭屯河組，其中為石炭系儲層提供輸導的砂體主要為侏羅系砂體。綜合鉆井及地震資料分析表明，侏羅系砂體在四棵樹凹陷區向南進入有效烴源巖分布區，并一直延伸至固2—高泉1井區以北(見圖7)，向北可延伸至凸起區，在凸起區主要殘留于石炭系頂面的蘇1-5井—春29井之間古溝谷之內(見圖5、圖8)，通過斷面與石炭系呈側向對接(見圖9)。這套砂體主體厚度為20～200 m(見圖7)，孔隙度介于18%～22%，目前有艾2、四參1、卡9、卡8、卡6、西湖1、春29等井在毯砂中鉆遇豐富油氣顯示，其中卡6、春29等井獲得油氣流，表明毯砂中發生大范圍的油氣運移，證實毯砂是一套重要的油氣橫向輸導層。

圖7 侏羅系頭屯河組(J2t)毯砂厚度分布Fig.7 The carpet sandstone thickness distribution of Jurassic Toutunhe formation(J2t)

3.2.2 輸導樣式

車排子凸起西翼石炭系油氣主要來自四棵樹凹陷侏羅系烴源巖，油源斷層為艾卡斷裂帶，橫向輸導層為侏羅系毯砂。由過卡8—卡10—春29—蘇1-5井近南北向的連井地震剖面(見圖10)可知，垂向上，艾卡斷裂帶溝通侏羅系烴源巖與毯砂，毯砂在卡8井區厚度為160 m，其中錄井熒光顯示28 m/4層，測井解釋平均孔隙度為20.1%，平均滲透率為160.0×10-3μm2。在春29井區，毯砂厚度近100 m，其中錄井熒光顯示11 m/2層(見圖10)，且該井侏羅系試油獲得低產油流，測井解釋平均孔隙度為21.4%，平均滲透率為118.3×10-3μm2。可見毯砂厚度較大，儲層物性好，輸導性能優越，向北延伸至凸起區，在凸起區與石炭系呈斷面對接，有利于油氣側向輸導進入石炭系。同時，毯砂上部為厚層的白堊系泥巖、粉砂質泥巖(見圖9-10)，可作為優質的區域蓋層，保證油氣在侏羅系毯砂中長距離輸導。

圖8 蘇13井區石炭系頂面立體顯示圖Fig.8 Carboniferous top surface stereoscopic display of Su13 well area

圖9 排4—春29井近東西向地質剖面(導航見圖8)Fig.9 Near east-west geological section of Pai4 well to Chun29 well(the navigation line is shown in fig.8)

因此，石炭系油氣輸導樣式為：侏羅系烴源巖生成的油氣沿艾卡斷裂帶油源斷層向上輸導至侏羅系毯砂，在侏羅系毯砂上部白堊系區域性泥巖蓋層的遮擋下，油氣在侏羅系毯砂中長距離橫向運移至盆緣凸起區，進而運移進入與毯砂呈斷面對接的石炭系儲層(見圖10)。

圖10 過卡8—卡10—春29—蘇1-5井連井地震剖面(導航見圖7)

此外，石炭系長期持續抬升、遭受強烈的風化淋濾作用，長期的風化作用在石炭系頂面形成一層風化黏土層和充填程度較高的致密水解帶。根據巖心標定測井，利用常規多參數測井曲線，對不整合結構進行有效識別，在單井上，石炭系頂部普遍發育風化黏土層和水解帶，其厚度一般為2～50 m，如蘇2井厚度為12 m，蘇1-5井厚度為8 m，其橫向分布較為穩定，可作為有效的垂向封堵層。

4 油氣成藏模式及應用效果

圖11 車排子凸起西翼石炭系油氣成藏模式Fig.11 Hydrocarbon pooling patte of Carboniferous System in west wing of Chepaizi uplift

建立車排子凸起西翼石炭系油氣成藏模式：四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生油、侏羅系毯砂橫向輸導、石炭系頂面硬殼封蓋、在與侏羅系毯砂呈側向對接的石炭系斷塊圈閉中富集成藏(見圖11)。

蘇1-5井—春29井區兩個古溝谷的西側，以及蘇14井以北兩個有利儲層發育區為侏羅系毯砂與石炭系呈斷面側向對接的有利輸導區(見圖5、圖8)，有利勘探面積約為360 km2，古溝谷東側，侏羅系毯砂與石炭系呈不整合接觸(見圖9)，由于石炭系頂部普遍發育一套物性差的風化黏土層及水解帶，油氣難以側向運移進入石炭系。因此，優先對三維區內蘇3古溝谷西側石炭系有利儲層分布區部署蘇13井，在石炭系累計鉆遇上百米的油氣顯示，中途測試獲得日產油超過20 m3高產輕質油流，上報預測儲量超過4×107t，取得較好的勘探效果。

5 結論

(1)車排子凸起西翼石炭系巖性主要為火山沉積巖，巖性主要為凝灰質泥巖、沉凝灰巖、凝灰巖、泥巖及凝灰質細砂巖，儲層主要發育的巖性為凝灰質細砂巖和凝灰巖。巖性與斷裂是車排子凸起西翼石炭系火山沉積巖儲層發育的主控因素，而風化淋濾作用對儲層發育的影響較小，儲集空間為裂縫—孔隙型，以裂縫為主。

(2)車排子凸起西翼石炭系油氣主要來自四棵樹凹陷侏羅系烴源巖，艾卡斷裂帶油源斷層和侏羅系毯砂是石炭系油藏輸導的關鍵，成藏模式為四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生油、侏羅系毯砂橫向輸導、石炭系頂面硬殼封蓋、在與侏羅系毯砂呈側向對接的石炭系斷塊圈閉中富集成藏。

(3)明確蘇1-5—春29井區兩個古溝谷的西側，以及蘇14井區北側石炭系有利儲層發育區為最有利的油氣輸導區。

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