車排子凸起P66井區石炭系火山巖巖相及分布特征

王林

(中石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東 東營 257000)

準噶爾盆地自20世紀50年代發現火成巖油氣藏以來，已在西北緣發現了克拉瑪依、百口泉、紅山嘴、車排子等油氣田，累計發現油氣藏40多個，探明儲量近3×108t，潛在資源量超過15×108t，表明石炭系仍將是盆地西北緣地區今后的重點勘探層系之一[1-5]。前人研究表明，在盆地西北緣火山巖巖性、巖相決定了儲層的發育程度和規模，研究者們對盆地西北緣火山巖巖性巖相進行了劃分，李軍等認為西北緣石炭系火山巖主要由噴發相、噴溢相、次火山相和火山沉積相組成[6-7]，邱子剛等根據火山噴發類型、火山物質搬運方式和定位環境，將火山巖相劃分為爆發相、溢流相、火山通道相、次火山相和噴發-沉積相5類[8-10]。

車排子凸起東翼P66井區石炭系勘探程度較低，研究表明，火山巖巖性、巖相控制儲層的發育，尋找有利的巖性、巖相發育區是開展火山巖儲層預測研究的基礎。由于該地區火山巖儲層巖性復雜多變，目前已在凝灰巖、安山巖、玄武巖、火山角礫巖及花崗巖等巖性中見到油氣顯示，石炭系發育多期多方式火山噴發，后期遭受強烈的改造作用，導致火山巖巖性巖相空間變化快，展布規律研究難度大，制約了有利儲層的預測。因此，開展該區火山巖巖相及分布特征研究，對石炭系火山巖儲層預測及火山巖油藏勘探開發具重要意義。

1 研究區地質概況

車排子凸起屬于西部隆起的次一級構造單元，其東以紅-車斷裂帶為界與沙灣凹陷相接，南為四棵樹凹陷，西面及西北面為扎伊爾山，北與克-夏斷階帶相接(圖1)。凸起平面上呈三角形，主體走向為NW向，為海西晚期形成且繼承性發育的古凸起，主體部分形成于二疊紀。受海西、印支、燕山及喜山等多期構造運動影響，凸起的構造演化分為3個階段：①晚海西至早燕山運動中期，即石炭紀末—侏羅紀凸起強烈隆升階段；②晚燕山運動時期，凸起緩慢沉降階段；③喜山構造運動時期，凸起快速沉降階段。凸起大多數區域缺失二疊系、三疊系和侏羅系。同時，海西晚期以來，凸起區一直為車排子地區構造最高部位，長期處于沙灣和四棵樹兩個生烴凹陷油氣運移指向區，油氣富集程度高。研究區P66井區位于車排子凸起東北部。鉆井揭示，研究區石炭系主要發育火山巖類、侵入巖類和沉積巖類。侵入巖類主要為花崗巖和花崗斑巖；沉積巖類主要為泥巖和凝灰質泥巖、沉凝灰巖；火山巖類主要有凝灰巖、安山巖、玄武巖及火山角礫巖等[11-13]。

圖1 車排子凸起研究區工區位置圖Fig.1 Working area location map of Chepaizi bulge

圖2 四種巖相類型巖心照片與鏡下照片Fig.2 The core images and microscopic photos of Four Lithofacies types

2 火山巖巖相

2.1 火山巖巖相劃分

由于各地區地殼厚度、巖漿來源深度不同，衍生出多種火山巖巖相的劃分方案，結合研究區石炭系火山巖的噴發及搬運特點，可將車排子地區石炭系火山巖巖相分為4類，即爆發相、溢流相、火山通道相和火山沉積相，并將爆發相分為空落亞相和熱碎屑流亞相；溢流相自下而上依次分為板狀熔巖流亞相、自碎熔巖流亞相和角礫熔巖流亞相；火山通道相發育火山頸亞相；火山沉積相分為沉火山碎屑沉積亞相和含火山碎屑沉積亞相。

爆發相形成于整個火山旋回的早期和后期。據野外露頭及鉆井資料分析表明，研究區爆發相發育熱碎屑流亞相和空落亞相。其中熱碎屑流亞相代表性巖石為火山角礫巖、角礫凝灰巖(圖2-a)，角礫成分主要為安山巖，少量玄武巖，火山灰、火山塵及其水解物膠結成巖，棱角-次棱角狀，典型的結構、構造特征為熔結凝灰結構和火山碎屑結構、塊狀構造。空落亞相主要是火山碎屑和火山灰在氣射作用下呈自由落體或拋物線運動降落至地表，經壓實作用固結而成，代表性巖石為凝灰巖、安山質凝灰巖(圖2-b)，火山碎屑物主要為安山巖巖屑，次為長石晶屑，火山塵及其水解物膠結成巖，典型結構、構造特征為凝灰結構、粒序層理。爆發相主要的儲集空間類型為礫內溶蝕孔、礫間孔和裂縫。礫內溶蝕孔主要形成于火山熔巖角礫的長石和角閃石斑晶，受角礫類型和風化作用控制，凝灰巖角礫等不含斑晶的角礫類型往往不發育礫內溶蝕孔。礫間孔主要是角礫間的鈣質膠結物后期遭受淋濾溶解作用形成。裂縫分布于爆發相的各個亞相，由于爆發相巖石的脆性較強，裂縫發育程度也較好，孔隙連通性好，整體而言，爆發相儲集物性較好，儲層孔隙度平均為7.2%，滲透率平均值5.5×10-3μm2，是研究區良好的儲層發育巖相。

溢流相形成于整個火山旋回的中期，是熔漿在其后續噴出物推動作用和自身重力作用的共同作用下，沿著地表流動的過程中或者在某處停滯后，熔漿逐漸冷凝、固結所形成的。研究區溢流相自上而下可進一步分為自碎熔巖流亞相、板狀熔巖流亞相和角礫熔巖流亞相，其中，自碎熔巖流亞相位于溢流相上部，常發育氣孔-杏仁構造，代表性巖石為玄武巖、角礫熔巖(圖2-c)。板狀熔巖流亞相火山巖結晶緩慢，結晶較好，典型結構、構造特征為全晶質結構、塊狀構造，其原生孔隙和構造裂隙均發育，形成的火山巖中的孔隙分布較均勻，代表性巖石為玄武巖和玄武安山巖(圖2-d)。角礫熔巖流為碎屑物質早于或同時于熔巖噴發，碎屑被巖漿膠結，具角礫熔結結構，代表性巖石為角礫熔巖(圖2-e)。溢流相儲層主要發育安山巖、玄武巖、同生角礫熔巖、角礫熔巖等，儲集空間類型有原生氣孔、杏仁孔、溶蝕孔及收縮縫等，孔滲性較好，平均孔隙度為7.8%。滲透率平均為6.8×10-3μm2，儲層物性好，是區內重要的儲層發育巖相。

火山通道相位于整個火山機構下部或近中心位置，是巖漿向上運移到達地表過程中滯流和回填在火山管道中的火山巖類組合，具典型的堆砌結構。研究區火山通道相主要發育火山頸亞相，該亞相是由于巖漿內壓力下降，后期熔漿不能噴出地表，在火山通道中冷凝固結而成，其代表巖性為火山集塊巖、角礫巖(圖2-d)。火山角礫成分為安山巖及其它火成巖、火山塵及其水解物膠結成巖，分選差，具火山角礫狀結構。火山頸亞相集塊巖及火山角礫巖長石含量豐富，長石作為主要的成儲礦物，易發生溶蝕改造，產生的儲集空間可有效改善儲層物性，儲集空間類型與爆發相類似，因此，該亞相儲層儲集物性也較好，平均孔隙度7.9%，平均滲透率6.5×10-3μm2，也是有利的火山巖相。

火山沉積相 出現在火山旋回的各個時期，巖石類型屬火山巖和沉積巖之間的過渡類型，且幾乎全部形成于水下。巖石的碎屑成分中含大量火山巖破碎之后形成的巖屑。研究區內的火山沉積相可分為沉火山碎屑沉積亞相和含火山碎屑沉積亞相。其中，沉火山碎屑沉積亞相一般遠離火山口區，是火山碎屑直接空落入水中后沉積而成，代表性巖石為沉凝灰巖(圖2-g)，典型結構、構造特征為沉積凝灰結構、塊狀構造，含火山碎屑沉積亞相位于火山口附近的低洼含水帶，由沉積作用形成，典型結構、構造特征為碎屑結構、塊狀構造，代表巖石為凝灰質泥巖/砂巖(圖2-h)。研究區火山沉積相巖石較致密，儲集物性較差，基本無法作為有效儲層。

2.2 火山巖巖相分析

在明確了研究區火山巖巖相分類方案之后，對區內鉆井資料和巖心資料進行了單井相分析。結果表明，區內溢流相(60%)明顯多于爆發相(29%)，從多到少依次為溢流相板狀熔巖流亞相、溢流相自碎熔巖流亞相、爆發相空落亞相、沉火山碎屑沉積亞相、溢流相角礫熔巖流亞相、熱碎屑流亞相、火山頸亞相。如P60井發育爆發相遠火山口亞相和火山沉積相；P66井發育溢流相下部亞相和爆發相近火山口亞相；P67井為沉積巖和含火山碎屑沉積亞相。

連井相分析是在研究區內不同井之間建立連井線，據巖心資料、錄井資料等畫出連井巖相剖面，更準確地觀察與研究車排子地區石炭系火山巖巖相的方法。本次研究共完成區內“四橫三縱”7條連井相剖面分析。

從一條過P668-P667-P666-P661井連井剖面來看，溢流相和爆發相極發育，該剖面上不見火山沉積相。剖面顯示P668井、P667井與P666井、P661井的火山巖巖層來自兩個火山口的火山爆發活動。說明研究區內至少存在兩個在石炭系頻繁爆發的古火山口，且各火山口的爆發具多期次特點。

P668井鉆遇溢流相板狀熔巖流亞相，兩種亞相交替出現，是多期次火山噴發的結果，P666井發育的巖相較多，以溢流相為主，溢流相上部亞相、中部亞相和下部亞相交替出現，中間夾有爆發相近火山口亞相，表明了頻繁的火山活動。

3 火山巖相測井相特征

依據自然伽馬(GR)、自然電位(SP)、電阻率(RT)、聲波時差(AC)、密度(DEN)，結合鉆井資料建立各火山巖相的測井相圖(圖3)。自然伽馬值對火山巖元素含量(尤其是K，U，Th)反映敏感，主要用來定巖性大類。電阻率、聲波時差變化主要反映巖石孔隙、裂縫，間接反映巖石致密程度，且AC、DEN曲線的齒化程度決定巖石結構。巖石密度由骨架密度和孔隙中流體密度共同決定，不同巖性火山巖成巖作用存在差異，骨架密度差別較大。經研究，將不同亞相的測井相特征總結如下：

熱碎屑流亞相RT為齒化鐘型的低值，數值小于100，AC表現為“周波跳躍”現象，齒化規律性不強，SP較平直，數值較大，基本在70以上，GR測井表現為中低幅齒化的中低GR值，DEN也表現為齒化鐘型，偶爾的強齒化代表了不同碎屑流界面，如P674。

空落亞相RT表現為弱齒化中高值，AC弱齒化特征明顯，變化幅度小，SP為中等齒化特征，數值中等，DEN齒化特征明顯，縱向穩定性強，厚度大，GR測井表現為齒化箱型的高GR值，如P61井。

圖3 車排子凸起各類火山巖相亞相測井相特征圖Fig.3 Log features map of each volcanic subfacies in Chepaizi bulge

圖4 石炭系地震相反射特征圖Fig.4 Reflection characteristics of seismic facies in Carboniferous

自碎熔巖流亞相RT為中等齒化的低值，DEN、AC存在明顯的規律性齒化，齒化嚴重段代表自碎熔巖段，而無齒化段代表穩定熔巖流段，SP基本無齒化，GR為弱齒化的低值特征，如P666井。

板狀熔巖流亞相RT為弱齒化的高值，DEN表現為齒化鐘型，AC相對平直，無明顯齒化，極少數出現尖齒化，代表氣孔，或溢流界面，GR為齒化箱型的低值，SP較平直，如P668井。

角礫熔巖流亞相RT，DEN，AC存在齒化，齒化間夾平穩，規律性較好，齒化區代表角礫含量多，平穩區角礫含量低或不含角礫，GR表現為中等齒化的低值，SP具尖齒化特征，如P664井。

沉火山碎屑沉積亞相DEN、AC較平滑，齒化弱，且DEN表現為高值，AC為低值，GR為強齒化的高值，RT齒化特征明顯，但基本無變化規律，SP齒化特征明顯，但變化幅度不大，為高值，如P60井。

含火山碎屑沉積亞相DEN，AC齒化較明顯，規律性較好，RT為齒化鐘型的高值特征，GR表現為強齒化特征，SP為齒化箱型特征，數值中等，代表陸源碎屑物質增多，如P624井。

4 火山巖相地震相特征

石炭系火山巖地震反射特征表明，不同火山巖巖性、巖相組合的振幅、頻率、連續性等地震屬性存在差異，地震相特征也各不相同，對于不同類別的巖相類型，地震振幅上有一定的規律。根據研究區目前石炭系所有鉆井的精確標定，結合前面的測井相研究，除去石炭系頂部火山巖與上覆地層間的強振幅外，車排子地區石炭系淺層存在3種類型的地震相特征：①斜層狀反射。該反射在地震上具明顯的斜層發射(圖4-a)，測井相特征表明，RT為齒化鐘型低值或弱齒化高值，AC齒化規律較好，SP較平直，數值較大，GR為齒化箱型或中等齒化的低值。代表爆發相熱碎屑流亞相和溢流相，以安山巖、火山角礫巖和玄武巖為主，如P667井，鉆遇的巖性主要為溢流相安山巖；②空白+斜層狀反射。該反射在地震上呈上部為空白反射，下部為斜層狀反射特征(圖4-b)，RT表現為弱齒化中高值，AC弱齒化特征明顯，變化幅度小，SP為中等齒化特征，DEN齒化特征明顯，GR為高值，代表爆發相空落亞相，巖性以凝灰巖為主，如P665井，鉆遇的主要為凝灰巖；③雜亂反射。在地震上表現為雜亂反射特征，為火山沉積相，以沉積巖類(凝灰質泥巖、凝灰質砂巖、泥巖等)為主，如P67井，鉆遇巖性為大套凝灰質泥巖及凝灰質砂巖(圖4-c)。在明確了石炭系不同類型火山巖的地震反射特征之后，對研究區地震相進行了預測分析。

在開展地震相預測中，根據研究區內主要目的層段深度，選取時窗范圍為距石炭系頂面20～180 ms進行巖相預測，得到了研究區石炭系地震相平面展布圖(圖5)。由圖5可見，研究區斜層狀反射主要分布在P66-P666-P667-P668井區及P682-P63井區，呈NS向條帶狀分布，空白+斜層狀反射分布在P62-CQ15井區及P61-P665-P671井區，分布較局限，呈透鏡狀展布，雜亂反射主要分布在P67井區、P669-P686井區及研究區西部。

5 火山巖巖相展布規律

最終，根據研究區地震相平面展布特征，以測井相為約束，結合研究區磁力異常圖，預測了區內石炭系頂部巖性巖相的分布(圖6)。從圖中可見，研究區內具3個明顯的火山口，分別位于P62-P63井之間、P666井區及P668井區，爆發相、溢流相和火山沉積相均有發育，其中，爆發相發育熱碎屑流亞相和空落亞相，熱碎屑流亞相孤立分布于P66-P666井區、P662-P668井區及P682北地區，主要巖性為火山角礫巖，具較好的儲集性能；空落亞相分布范圍較大，呈條帶狀分布于溢流相周圍，代表巖性為凝灰巖，儲集物性整體要比熱碎屑流亞相和溢流相差；溢流相在研究區呈NS向條帶狀展布，分布范圍廣，主要巖性為安山巖、玄武巖及玄武安山巖，儲集物性較好，為有利儲層發育區，其各亞相儲集物性稍有差異，其中，溢流相角礫熔巖流亞相物性最好，次為自碎熔巖流亞相。爆發相與溢流相是研究區內重要的儲層發育巖相。火山沉積相主要分布于研究區西北部、P67-P669-P686一帶，主要巖性為沉凝灰巖、凝灰質泥巖，基本不發育儲層。根據研究區火山巖相分布規律，基本明確了研究區勘探有利方向和區帶。

圖5 P66區塊石炭系頂部地震相預測圖Fig.5 Seismic facies prediction map of the top Carboniferous in P66 block

圖6 P66區塊石炭系火山巖巖性巖相展布圖Fig.6 Lithologic facies layout of Carboniferous volcanic rocks in P66 block

6 結論

(1)準噶爾盆地車排子凸起石炭系主要發育火山巖、侵入巖類和沉積巖類。侵入巖類主要為花崗巖和花崗斑巖；沉積巖類主要為泥巖和粉/細砂巖，其中泥巖類以凝灰質泥巖為主，另有少量純泥巖和碳質泥巖；火山巖類主要有凝灰巖、安山巖、玄武巖及火山角礫巖。

(2)根據巖性特征、結構構造、火山噴發方式及火山物質的搬運方式，將車排子凸起火山巖巖相劃分為爆發相、溢流相、火山通道相和火山沉積相。

(3)結合單井相、連井相、測井相及地震相分析，預測了P66井區石炭系火成巖有利相帶分布：研究區內具3個明顯的火山口，分別位于P62-P63井之間、P666井區及P668井區。爆發相與溢流相儲層物性較好，是有利的儲層發育巖相，在區內主要分布于研究區中東部，呈NS向展布，是有利勘探區。

筆者在單井巖性識別的基礎上，根據火山巖巖性、結構構造及測井特征，對研究區石炭系火山巖相進行分類，并通過單井相、連井相分析對比，結合測井相、地震相預測，最終明確了研究區火山巖巖性巖相的平面分布特征，明確了下一步勘探方向。