新疆北部石炭系火山巖地層油氣藏特征及其主控因素

楊迪生，任軍民，陳中紅，徐春麗，劉 雯

(1.中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000;2.中國石油大學，山東 青島 266580)

引 言

新疆北部石炭系火山巖是經構造運動改造過的油氣成藏，從勘探歷程、進展和已發現的油氣藏類型及成藏條件都證明了其復雜性［1－3］。從目前的研究來看，火山巖按圈閉類型分為風化殼地層型和內幕巖性型2類，其成藏特征因區域的不同而有差異性。已有學者研究表明，原生型火山巖油氣藏的儲集空間類型以原生孔隙和微裂縫為主［4］，但地層型油氣藏的特征尚不明確。近年來，在準噶爾盆地克拉美麗氣田和三塘湖盆地都發現了具有一定規模的火山巖風化殼型油氣藏，并通過勘探逐步落實了準噶爾盆地克拉美麗千億方大氣田和三塘湖盆地牛東億噸級大油田［5－6］。從現有的資料看，一方面火山巖地層型油氣藏展現了巨大的勘探潛力，另一方面又顯示了對這一類型油氣藏研究的薄弱程度［6］。新疆北部發育不同類型的風化殼型地層油氣藏，其油氣藏特征和成藏主控因素等差別較大。

本文通過分析該區不同類型風化殼型地層油氣藏特征，揭示其成藏特征和主控因素的差異，為該區下一步油氣勘探提供依據。

1 區域地質概況

新疆北部地區是指天山以北、阿爾泰以南的廣大區域，主體屬于哈薩克斯坦板塊［7］。石炭紀是新疆北部地區構造活動及火山活動頻繁發生的時期，總體可分成2個階段:早石炭世為陸—陸碰撞階段，火山巖沿縫合帶發育;晚石炭世為碰撞后階段，火山巖沿斷裂帶發育。由于構造環境的轉化，使得上石炭統與下石炭統之間形成了角度不整合。石炭紀末期區域整體抬升，上石炭統地層遭受風化淋濾作用，在石炭系頂部形成了風化殼，與上覆地層之間形成區域不整合［6－8］。石炭系火山巖主要由中—基性、酸性熔巖和火山碎屑巖類組成 (圖1)，經過構造演化和不同級次沉積間斷的風化淋濾改造，石炭系頂面火山巖形成了以風化淋濾為主的次生孔隙—裂縫型火山巖儲層，在其中具備成藏條件的圈閉中聚集油氣，形成了地層型油氣藏。

新疆北部石炭系火山巖地層型油氣藏，按形態可分為層狀、塊狀、梳狀3類，按油氣來源可分為自生自儲和新生古儲2類。基于對已發現的7個石炭系典型風化殼地層油氣藏綜合分析，可歸為4種類型，即克拉美麗氣田中的滴西10、滴西14、滴西17、滴西18井區4個氣藏為石炭系自生自儲火山巖風化殼地層塊狀油氣藏;牛東油田石炭系卡拉崗組油藏為石炭系自生自儲火山巖風化殼地層層狀油氣藏;準噶爾盆地西北緣克—百斷裂帶上盤石炭系油藏為新生古儲火山巖風化殼地層梳狀油氣藏;石西油田石炭系油藏為新生古儲火山巖風化殼地層塊狀油氣藏。

2 自生自儲火山巖風化殼地層型油氣藏

新疆北部石炭系碎屑巖與火山巖互層，由于劇烈構造運動的改造，部分地區地層發生傾斜，選擇性風化淋濾，可形成風化殼地層塊狀油氣藏，如克拉美麗氣田［9－11］;部分地區地層近水平分布，風化淋濾沿火山巖層狀風化，可形成風化殼地層層狀油氣藏，如牛東油田［12］。

2.1 克拉美麗氣田火山巖風化殼地層型塊狀油氣藏

克拉美麗氣田位于準噶爾盆地腹部陸梁隆起東段滴南凸起上，由滴西10、滴西14、滴西17、滴西18井區4個氣藏組成，屬風化殼地層型氣藏。滴南凸起帶石炭系自西向東地層由新到老分布，頂部與二疊系呈角度不整合接觸(圖2)。石炭系頂面構造形態為南北兩側為邊界斷裂所切割、向西傾伏的大型鼻狀構造。

克拉美麗氣田的烴源巖發育層位為下石炭統滴水泉組與上石炭統巴塔瑪依內山組湖相沼澤煤巖與暗色泥巖層段。儲集體為上石炭統巴塔瑪依內山組火山巖，巖性主要為玄武巖、安山巖、流紋質熔結凝灰巖、晶屑凝灰巖、火山角礫巖及淺成侵入巖花崗巖，巖相主要為爆發相、溢流相［10－11］。氣藏蓋層為上石炭統巴塔瑪依內山組頂部風化黏土層與上二疊統上烏爾禾組深灰色泥巖、粉砂質泥巖。

滴南凸起自西向東分布多個氣藏，整體是天然氣富集區。最西端的滴西17井區的主力產層巖性為玄武巖，向東部削蝕尖滅，上傾方向是上、下火山序列之間的暗色泥巖，與上覆的二疊系泥巖形成遮擋，為不整合遮擋氣藏。中部的滴西14井區儲層巖性復雜，溢流相基性玄武巖、酸性流紋巖、爆發相凝灰質角礫巖，上傾方向泥巖段形成遮擋，為復合火山巖錐體巖性氣藏。滴西18井為淺成侵入花崗巖體，南側受斷裂遮擋。最東端滴西10井區塊空落相凝灰巖發生相變，南側受斷裂遮擋。滴西17、滴西14、滴西18、滴西10井區各氣藏均有各自獨立氣水界面。

2.2 牛東油田火山巖風化殼地層層狀油藏

牛東油田位于三塘湖盆地馬朗凹陷中北部牛東鼻狀構造帶牛東2號構造上(圖3)。烴源巖為姜巴斯套組(C1j)、巴塔瑪依內山組(C2b)、哈爾加烏組(C2h)3套湖相沼澤煤系泥質烴源巖。儲集體為上石炭統卡拉崗組火山巖風化體。卡拉崗組發育四期火山巖，巖性主要為玄武巖、安山巖、流紋質熔結凝灰巖、凝灰巖、火山角礫巖，巖相主要為爆發相、溢流相。噴發間歇期發育薄層火山碎屑巖，一般為凝灰巖或凝灰質粉細砂巖。油藏蓋層為儲層頂部風化黏土層與中二疊統蘆草溝組深灰色泥巖、粉砂質泥巖。

三塘湖盆地牛東油田上石炭統卡拉崗組火山巖油氣成藏主要受不整合面有關的風化淋濾作用、巖性及構造背景控制。牛東鼻隆帶長期處于較高的構造位置，不僅控制油氣運聚方向，而且在牛東2號構造上構造位置的高低對油氣分布也起到了控制作用，如鉆探在較低位置的馬801井和馬23井試油以產水為主，含少量油花。在溶蝕過程中，成巖早期熔巖杏仁體、粒間孔隙和粒邊縫中充填的方解石極易在溶蝕作用下產生溶解，在其他地區不易產生溶蝕的沸石在本區也獨具特色，表現為高鈣低硅的特點，也會產生溶蝕作用。在風化淋濾作用下形成杏仁體被完全溶蝕或部分被溶蝕的杏仁狀熔巖、沿著角礫邊縫溶蝕的自碎角礫狀熔巖和火山角礫巖。自碎角礫狀熔巖儲集性能和含油性最好，其次為杏仁狀玄武巖和安山巖，再次為火山角礫巖。

圖2 克拉美麗氣田滴西14井區氣藏綜合圖

圖3 三塘湖盆地牛東—馬北區塊石炭系卡拉崗組油藏剖面

3 新生古儲火山巖風化殼地層型油氣藏

3.1 準噶爾西北緣上盤石炭系大型地層梳狀油藏

石炭系沉積時形成的火山巖遭受抬升，經過長期風化淋濾作用，沿頂面形成有利儲層。受逆沖作用的影響，斷層分布易呈階梯狀，在斷裂改造下，儲層更發育并沿斷裂帶形成梳狀儲層。石炭系頂面風化黏土層和后期沉積泥巖形成上覆蓋層遮擋，側向上受稠油遮擋，形成有利的地層圈閉，油氣在其中聚集成藏，形成大型地層梳狀油藏，如準噶爾盆地西北緣克—百斷裂帶上盤石炭系火山巖油藏(圖4)。

圖4 準噶爾盆地西北緣克—百斷裂帶上盤六七九區石炭系油藏綜合圖

準噶爾盆地西北緣主要存在石炭系、下二疊統佳木河組、風城組和中二疊統下烏爾禾組4套烴源巖，以佳木河組、風城組和烏爾禾組為主。油氣源對比分析和相關勘探成果顯示，西北緣克—百斷裂帶上盤石炭系原油來源于風城組烴源巖。儲層的儲集空間類型受控于巖性，以次生孔隙和微裂縫為主(圖5)。裂縫沿西北緣石炭系上盤斷裂帶附近集中交錯發育，由此形成的優勢儲層與主斷裂形成整帶分布的格局。然而，克—百斷裂帶上盤石炭系油氣的分布受石炭系頂面斜坡控制，斷層面并未對油氣起到封隔作用。石炭系油藏受斷層控制呈臺階狀分布，兩級臺階頂面的高程差為前一階油藏的高度［13］。綜合分析，西北緣石炭系上盤油藏是以裂縫—孔隙雙重介質為主，受侵蝕面、巖性、裂縫和稠油阻擋控制的梳狀油藏。

圖5 石炭系不同巖性微裂縫及溶蝕孔隙微觀照片

3.2 石西油田火山巖風化殼地層型塊狀油藏

石西石炭系火山巖塊狀油藏(圖6)，形似三角形，西、南、北東方向分別被石002井西斷裂、石西1井南斷裂、石西2井北斷裂切割包圍［14］。石西地區長期繼承性隆起，二面臨凹，凹陷內發育二疊系烴源巖，油氣主要來源于二疊系佳木河組(P1j)和風城組(P1f)。儲集巖性為中性安山巖、安山質火山角礫巖以及中酸性英安巖、英安質角礫熔巖，巖相為火山爆發相和溢流相。儲集巖基質物性以較高孔隙度、低滲透率為主體。儲集空間主要為與裂縫連通的溶蝕孔隙，古潛山主體部位是儲集物性最好的區域。

石炭系沉積之后，處于背斜構造高部位的火山巖受構造運動整體抬升，遭受長時間風化剝蝕，酸性火山巖形成有利儲層，被后期三疊系白堿灘組泥巖遮擋形成古潛山地層圈閉，背斜形態至今仍保存。二疊系烴源巖生成的油氣受斷裂和不整合輸導從側翼運移聚集在圈閉中聚集成藏。油藏具有統一的油水界面，整體呈塊狀。由于巖性和孔隙結構特征的變化，引起油層有效厚度分布的非均質性和油水過渡帶的不均一特征。油藏宏觀上受構造控制，內部受溶蝕孔隙和裂縫發育狀況影響，油層主要分布在油藏的中、上部。油水過渡帶的長短受儲層孔隙結構影響，孔喉半徑大的儲層油水過渡帶短，孔喉半徑小的儲層油水過渡帶長。本區不同巖性儲層的油水過渡帶存在明顯差異，其最大差異可為50～90 m，其中角礫熔巖較短，集塊巖次之，其次是致密凝灰巖和條帶狀熔巖。

圖6 石西油田石炭系油藏綜合評價

4 結論

(1)新疆北部石炭系火山巖風化殼地層型油氣藏，按油氣藏形態可分為層狀、塊狀、梳狀3種油氣藏，按油氣來源可分為自生自儲和新生古儲2類，可歸為4種類型:自生自儲火山巖風化殼地層塊狀油氣藏、自生自儲火山巖風化殼地層層狀油氣藏;新生古儲火山巖風化殼地層梳狀油氣藏和新生古儲火山巖風化殼地層塊狀油氣藏。

(2)火山巖風化殼地層型油氣藏的主控因素有4個方面:風化淋濾作用、后期成巖作用、良好的遮擋條件和構造控制作用，不同地區、不同類型風化殼型地層油氣藏形成特征和主控因素有差異。

［1］朱如凱，毛治國，郭宏莉，等.火山巖油氣儲層地質學——思考與建議［J］.巖性油氣藏，2010，22(2):7 －13.

［2］石磊，李書兵，黃亮，等.火山巖儲層研究現狀與存在的問題［J］.西南石油大學學報:自然科學版，2009，31(5):68－72.

［3］伊培榮，彭峰，韓蕓，等.國外火山巖油氣藏特征及其勘探方法［J］.特種油氣藏，1998，5(2):65－70.

［4］劉俊田，朱有信，李在光，等.三塘湖盆地石炭系火山巖油藏特征及主控因素［J］.巖性油氣藏，2009，21(3):23－28.

［5］鄒才能，侯連華，王京紅，等.火山巖風化殼地層型油氣藏評價預測方法研究——以新疆北部石炭系為例［J］. 地球物理學報，2011，54(2):388 －400.

［6］王京紅，靳久強，朱如凱，等.新疆北部石炭系火山巖風化殼有效儲層特征及分布規律［J］.石油學報，2011，32(5):757 －766.

［7］李錦鐵，何國琦，徐新，等.新疆北部及鄰區地殼構造格架及其形成過程的初步探討［J］.地質學報，2006，80(1):149－168.

［8］鄒才能，侯連華，陶士振，等.新疆北部石炭系大型火山巖風化體結構與地層油氣成藏機制［J］.中國科學:地球科學，2011，41(11):1613 －1626.

［9］徐興友.準噶爾盆地東部克拉美麗地區石炭系烴源巖研究［J］.油氣地質與采收率，2005，12(1):38－41.

［10］王仁沖，徐懷民，邵雨，等.準噶爾盆地陸東地區石炭系火山巖儲層特征［J］.石油學報，2008，29(3):350－355.

［11］郗愛華，劉豇瑜，熊益學，等.火山熔巖儲層次生孔隙類型的巖相學研究——以克拉美麗氣田石炭系滴西17井區為例［J］.特種油氣藏，2012，19(5):26－29.

［12］王君，朱如凱，郭宏莉，等.火山巖風化殼儲層發育模式——以三塘湖盆地馬朗凹陷石炭系火山巖為例［J］.巖石學報，2010，26(1):217 －226.

［13］匡立春，薛新克，鄒才能，等.火山巖巖性地層油藏成藏條件與富集規律——以準噶爾盆地克—百斷裂帶上盤石炭系為例［J］.石油勘探與開發，2007，34(3):285－290.

［14］張進鐸，王兆峰，趙建章，等.準噶爾盆地石西油田火成巖儲層特征及其油氣成藏規律研究［J］.天然氣勘探與開發，2010，33(1):1 －6.