春暉油田石炭系火成巖儲層特征及形成機理

張 萌，林會喜

(1.中國石化新疆新春石油開發有限責任公司，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

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春暉油田石炭系火成巖儲層特征及形成機理

張 萌1，林會喜2

(1.中國石化新疆新春石油開發有限責任公司，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

綜合分析巖心、薄片及地球化學等資料，從火成巖的巖石學特征、儲集空間類型及其成巖作用等方面研究了春暉油田火成巖儲層特征，探討了火成巖儲層的控制因素及形成機理。結果表明：該區火成巖巖性包括凝灰巖、火山角礫巖、安山巖、玄武巖等，儲集空間可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類11個小類；石炭系火成巖儲層主要受構造作用、成巖作用控制，風化淋濾作用對儲層影響不明顯，因此，斷層的發育處和堿性成巖作用垂向序列下部均為儲層的有利發育區。此外，該區火成巖儲層特征揭示了構造裂縫和“酸性+堿性”溶蝕作用2種儲層形成機理。該研究成果對春暉油田火成巖的深入勘探有一定的指導意義。

火成巖；儲層特征；形成機理；春暉油田

0 引 言

近年來，眾多學者針對火成巖儲層做了大量研究工作，從火成巖儲集空間類型、控制因素及形成機理等方面取得了眾多認識[1-9]。然而，準西北緣春暉油田火成巖形成地質背景復雜，且受后期改造作用強烈，造成對火成巖儲層特征認識不清。通過對鄰區火成巖儲層的調研，有利儲集空間主要位于古風化殼以及斷裂帶附近[1-5]。鑒于鄰區風化殼附近可作為有利儲層的現狀，擬通過對研究區火成巖儲層特征的研究，進而揭示春暉油田火成巖儲層發育的主要控制因素及形成機理。

1 春暉油田基本地質特征

春暉油田位于準噶爾盆地西北緣，區域構造上位于哈德構造帶的西段，屬于哈拉阿拉特山構造南緣斜坡帶，北以達爾布特斷裂與和什托洛蓋盆地相接，東南與瑪湖凹陷相接，西部為扎伊爾山，東部為石西凹陷。前人建立了哈山地區早期逆沖推覆+后期走滑的構造解釋模型，自晚古生代至第四紀經歷了裂陷伸展盆地、前陸盆地和坳陷盆地多個演化階段[2-3]，形成了現今“南北分帶、上下分層、西強東弱”的大型逆沖推覆構造。

2 火成巖油氣儲層特征

2.1 儲層巖性特征

春暉油田石炭系火成巖樣品的全巖化學分析表明(圖1)，火成巖中SiO2含量多為44.0%～62.0%，Na2O+K2O含量約為3.5%～9.0%，巖石里特曼指數為1.0%～9.0%，巖性以基性—中性的鈣堿性—堿性系列巖石組合類型為特征。結合鏡下觀察，該區主要發育火山碎屑巖和火山熔巖。其中，火山碎屑巖主要為火山角礫巖和凝灰巖；熔巖類主要包括玄武巖、玄武安山巖和安山巖等。

圖1 春暉油田石炭系火成巖TAS圖解

2.2 儲集空間類型及特征

火成巖作為一類復雜而特殊的油氣儲層，有針對性地建立火成巖儲集空間類型分類體系，對火成巖儲層的研究至關重要。

按照火成巖儲層的形成原因可將儲集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類(表1)。其中，原生孔隙又可分為氣孔(圖2a)、晶間孔、礫(粒)間孔3種類型；次生孔隙分為晶間溶孔(圖2b)、礫(粒)間溶孔(圖2c)等4種類型；裂縫可以分為炸裂縫(圖2d)、構造裂縫(圖2e、f)等4種。

3 儲層發育控制因素

3.1 構造作用

構造作用對火成巖儲層的形成至關重要。研究區火成巖經歷了海西—印支階段、燕山階段及喜山階段等多期構造運動，并且位于達爾布特斷裂帶附近的火山劇烈活動地帶。因此，遭受了強烈的擠壓破裂作用，形成了大量的構造裂縫，極大地改善了火成巖儲集性能。盡管該區后來經歷了多期的膠結充填和溶蝕作用的改造，但仍然可以觀察到原始構造縫(圖2e)。

表1 春暉油田儲集空間類型及特征

3.2 風化淋濾作用

風化淋濾作用不僅可以使巖石破碎，也可以使巖石的化學成分發生顯著變化，既能增加孔隙度，又能提升連通性。但是從該區的鉆井情況看，僅在深大斷裂附近的裂縫發育段有良好油氣顯示，而與距風化殼遠近關系不大。究其原因，可能是該區火成巖在形成風化殼后，又經歷了多期逆沖推覆運動，風化殼頂部松散的風化巖石被剝蝕，只剩下半風化巖石以及未風化母巖，破壞了風化淋濾作用所形成的孔縫。

3.3 充填作用

巖心薄片觀察表明，春暉油田火成巖儲集空間中的膠結充填物主要包括石英、綠泥石、碳酸鹽巖及沸石類礦物，并且這些礦物按照一定的垂向序列發育[9-10]。從上至下發育石英充填、綠泥石充填或膠結帶、沸石與綠泥石混合帶、沸石與碳酸鹽巖混合帶、沸石充填或膠結帶。在埋藏較淺的近地表階段，風化淋濾作用使得巖石發生機械破碎和化學溶蝕，產生次生孔縫。進入埋藏較深的階段后，礦物成分在堿性流體的作用下遷移形成“上硅下堿”的垂向沉淀物充填序列，阻塞大部分孔隙。濁沸石層段與石英充填層段交互出現，并且總是分布于石英充填層段之下，反映了火成巖儲層“下交上排”的形成機理。各充填階段具有如下特點。

(1) 石英充填帶(圖2g)。在酸性環境中穩定，很難發生溶解，可作為有效蓋層。

(2) 綠泥石充填或膠結帶(圖2h)。火成巖中的鐵鎂質礦物極易蝕變，形成了富含鐵鎂離子的流體，為綠泥石的發育提供了物質基礎。

(3) 沸石與綠泥石混合帶(圖2i)。沸石常和綠泥石伴生，但充填次序因成巖階段不同而有所差異。在成巖早期綠泥石早于沸石，呈襯邊狀發育；而成巖后期，綠泥石則晚于沸石[9-10]。

(4) 沸石與碳酸鹽巖混合帶(圖2j)。沸石和碳酸鹽巖類都是堿性成巖作用形成的，為成巖晚期交代物、充填物。

(5) 沸石充填或膠結帶(圖2k)。沸石主要以杏仁體形式產出，穩定在堿性環境中[9]。一旦后期有機質在熱演化過程中產生的有機酸使pH值下降時，就會形成溶蝕孔隙。

3.4 溶蝕作用

通過薄片鑒定分析，研究區存在鈉長石化、濁沸石化和SiO2溶解典型的堿交代作用標志等。一般情況下SiO2在酸性水溶液中很難溶解，但在堿性介質中可以溶解。從研究區薄片中發現了“堿性+酸性”疊加溶蝕型火成巖儲層形成機理，堿性成巖作用生成的沸石、綠泥石等充填物在后期的有機酸溶蝕下極易形成次生孔隙。

4 儲層形成機理

4.1 構造裂縫儲層形成機理

構造裂縫是火成巖儲層形成的必要條件。火成巖儲層一般呈條帶狀分布在深大斷裂附近，構造運動使得本身非常致密的火成巖形成了大量裂縫，這些裂縫不僅連通了原本孤立的原生孔隙，而且還能作為儲集空間，增大儲層孔隙度。同時深大斷裂也為地殼深處的烴堿流體和酸性流體提供通道，對溶蝕作用的發生起了重要作用，是形成次生溶蝕孔隙、改善儲層滲流能力的關鍵。

4.2 “酸性+堿性”疊加溶蝕儲層形成機理

4.2.1 “先堿后酸”儲層形成機理

春暉油田石炭系的火成巖巖石化學成分主要為鈣堿性和堿性，火成巖在地表或近地表地帶階段，遭受風化淋濾，礦物隨之發生溶解，析出大量的堿金屬離子，形成了堿性、富鈣的流體環境。堿性成巖作用形成的沸石、綠泥石、方解石等在堿性環境下較為穩定，直至有機質逐漸成熟，pH值降低，位于堿性成巖作用垂向序列下部的充填物極易溶蝕形成次生孔隙。通過本區薄片觀察發現，蝕變礦物普遍可見溶蝕現象(圖2l)，表明了堿交代在先，有機酸溶蝕在后的“先堿后酸”儲層形成機理。

4.2.2 “上硅下堿”儲層形成機理

“上硅下堿”是春暉油田火成巖儲層形成的另一個重要機理。堿交代作用一方面引起物質的進入和流失，破壞巖石原本結構，對儲層的形成起建設性作用；另一方面，隨著含堿量的逐步降低，析出SiO2晶體，沉淀形成次生石英，從而降低了儲層物性。因此，“上硅”為蓋層，“下堿”為儲層，二者形成良好的儲蓋體系。

5 結 論

(1) 準西北緣春暉油田石炭系發育大套以中、基性巖為主的火成巖，儲集空間多種多樣，可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類11個小類。

(2) 火成巖儲層的形成主要受構造作用、成巖作用的影響，后來多期的逆沖推覆構造使得風化淋濾作用對火成巖儲層的影響不顯著。因此，斷層的發育處和堿性成巖作用垂向序列下部均為儲層的有利發育區。

(3) 研究區火成巖儲層特征表明了2種成儲機理：即構造裂縫儲層形成機理與以“上硅下堿”和“先堿后酸”為主的“堿性+酸性”疊加溶蝕儲層形成機理。在其共同作用下形成了研究區以裂縫為主、次生孔隙為輔的孔隙—裂縫型儲層。

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編輯 林樹龍

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.012

20160404；改回日期：20160721

中國石油化工股份有限公司重大科技攻關課題“新疆北部石炭系成烴成藏與勘探方向”(P12035)

張萌(1987-)，男，助理工程師，2011年畢業于河北理工大學資源勘查工程專業，2014年畢業于中國石油大學(華東)礦產普查與勘探專業，獲碩士學位，現主要從事油氣勘探開發研究工作。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0052-04