中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖風化殼油藏成藏特征

夏近杰，羅煥宏，朱伶俐，盧紅剛

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

火山巖油藏作為一種特殊類型的油氣藏，已逐漸成為重要的油氣勘探領域和新的油氣勘探目標，是油氣儲量和產量的重要增長點[1]。目前準噶爾盆地發現的火山巖油藏主要為長期噴發形成的“古潛山”、厚層斷塊類型的油藏，已經形成了一套較為成熟的勘探理論及方法[2-4]。而對于短期噴發的薄層火山巖由于成藏條件苛刻，受古地貌影響較大，目前發現較少，研究相對不夠深入。

準噶爾盆地西北緣中拐凸起東斜坡風城組發育一套斜坡背景下遭受風化剝蝕而殘留的薄層火山巖地層，該地層20世紀90年代已發現克80火山巖油藏，隨后以構造-地層油藏模式向高部位鉆井，試油均為水層，該地層內部出現“油水倒置”現象，油藏評價一時陷入瓶頸。截至目前，克80油藏單井累計產量最高已達5×104t，展示出該類薄層火山巖油藏也具有較大的評價、開發價值。因此，該類油藏如何成藏、如何有效評價是一個值得研究的課題。

1 層序成因背景

準噶爾盆地大規模火山活動期為石炭紀、二疊紀早期，經長期火山噴發后形成了大套厚層火山巖地層。中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層位于風城組地層頂部，風城組地層沉積末期，西北部地層抬升，沿高部位斷裂發生了短暫的火山噴發，在風城組頂部形成一套薄而廣的火山巖溢流層，該地層因裸露于地表遭受風化剝蝕，發育風化殼，為改造型火山巖地層。后期地層沉降湖水上升，沉積了夏子街組水進體系地層，層序上火山巖與上覆地層不整合接觸，呈“透鏡狀”夾持在2套沉積巖地層之間(圖1)。由于噴發時間較短，其厚度較薄，目前鉆遇最薄的地層僅有8 m，最厚的地層僅有38 m。

2 構造特征

中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層整體為一東南傾的單斜構造，地層傾角為7～10 °，構造高部位地層剝蝕尖滅，低部位地層巖性尖滅。區內斷裂發育，主要為近東西向走滑斷裂，斷裂延伸遠，活動時間長，為區域性的大斷裂，有效溝通油源，是斜坡區的油源斷裂。

圖1 中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層層序結構示意圖

3 巖相及巖體特征

巖相是巖漿作用產物形成環境、條件的概括，是在一定環境、條件下巖漿作用產物特征的總和[5]。發育于中拐凸起東斜坡風城組的薄層火山巖地層由于噴發時間較短，地層薄、巖相單一，同時后期遭受過風化剝蝕，導致火山口、火山內幕機構及火山巖體識別較困難。巖石薄片分析顯示，巖性主要為玄武巖、安山巖，巖相主要為噴出相溢流亞相。電性特征上，自然伽馬曲線整體表現為低值，是火山巖區別于上下圍巖的典型標志，火山巖內部電阻率曲線存在較大差異，位于高部位的井表現為低電阻率的電性特征，與圍巖電阻率值相近，而位于低部位的井表現為高電阻率的電性特征，與圍巖電阻率值差別較大，火山巖內部存在巖體分異特征[6]。利用自然伽馬及電阻率約束地震波阻抗反演，刻畫了火山巖范圍及火山巖巖體[7-9]，識別出2個相互疊置的火山巖體，1號巖體位于斜坡高部位，2號巖體位于斜坡低部位、環凹陷呈條帶狀分布。

4 風化殼特征

4.1 風化殼識別標志

火山巖風化殼是指火山巖風化后形成的具有礦物和儲層特征結構差異的聯合體[9]，中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層位于不整合面之下，遭受風化剝蝕，發育風化殼。巖心及微觀照片觀察發現，發育風化黏土層、裂縫黏土充填(圖2a)，自碎縫中氧化鐵襯邊(圖2b)，溶蝕孔洞、火山巖粒內孔隙綠泥石化(圖2c)，碳酸鹽巖化、方解石化(圖2d)等標志現象，發育火山巖風化殼[10]。

圖2 中拐凸起東斜坡二疊系風城組火山巖風化殼巖心及微觀薄片

4.2 風化殼結構劃分

根據風化程度、礦物含量變化等特征，一般一個完整的風化殼可以劃分為土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶和母巖[11]。利用宏觀巖心、微觀薄片、典型電性特征對風化殼結構進行了綜合識別劃分，共識別出土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖4種結構，其綜合特征表現如下。

(1) 土壤層+水解帶：位于風化殼最上部， 在不整合面以下，是在物理、生物、化學風化作用改造下形成的細粒殘積物；頂部為氧化色泥巖，厚度較薄，下部以泥巖和火山巖細小顆粒為主；測井曲線上表現為自然伽馬值高于正常泥巖， 電阻率由低變高[12](圖3a)， 其厚度較薄， 風化黏土層在上覆沉積物壓實成巖作用下巖性一般較致密， 是一套良好的封蓋層。

(2) 淋蝕帶：巖石半破碎，氣孔杏仁構造和裂縫發育，風化淋濾、構造碎裂和熱液蝕變作用強，完整性為較差—較完整；微觀薄片見強烈的蝕變作用，杏仁構造體見方解石化、綠泥石化、碳酸鹽巖化；測井曲線上表現為自然伽馬低值，井徑曲線多出現擴徑現象，電阻率較高，深淺電阻率出現幅度差，物性最好(圖3a—c)。

(3) 崩解帶：以火山巖碎塊為主， 塊體較大， 見少量氣孔，微裂縫較發育， 裂縫和氣孔被充填或半充填；微觀薄片見微裂縫被充填，測井曲線上表現為自然伽馬低值，由于裂縫發育，風化淋濾水多靜止于該層，攜帶的泥質及放射性物質沉淀在裂縫中，自然伽馬呈“刺峰狀”，電阻率較低，物性較好(圖3a、d、e)。

(4) 母巖：母巖中火山巖塊體完整，孔縫不發育，物性差(圖3a、f、g)。

圖3 中拐凸起東斜坡風城組火山巖風化殼結構劃分

4.3 風化殼結構組合特征及形成機理

以往對原生型厚層火山巖風化殼的研究和勘探主要集中于土壤層中次生礦產的分布、火山巖風化殼對儲層控制作用，而對于火山巖風化殼結構組合及分布規律的研究較少。位于斜坡區的薄層火山巖地層受古斜坡地貌下坡折帶影響，不同位置風化程度不一，斜坡高部、斜坡中部位于基準面之上，為碎屑物供給區，風化的同時遭受剝蝕；斜坡低部位于基準面之下，為碎屑物堆積區，風化的同時接受高部位滾落的碎屑物堆積。這種風化剝蝕差異導致不同位置存在不同的風化殼結構組合，中拐凸起東斜坡12口井風化殼結構劃分結果顯示：斜坡高部風化剝蝕作用強烈，火山巖已經全部剝蝕殆盡；斜坡中部剝蝕變弱，殘留了一部分火山巖地層，風化殼結構頂部缺失土壤層+水解帶，部分地形較高的地方風化殼結構缺失母巖，位于斜坡中上部的白257、克88、瑪湖7等4口井發育該類結構組合；斜坡低部位地勢較平坦，地層風化的同時剝蝕程度較低，風化體結構完整，形成了一個土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖完整的結構組合，位于斜坡低部位的克80、克81、克202等8口井發育該類結構組合。

5 成藏控制因素及模式

5.1 層序界面控制宏觀油氣成藏

中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層與上覆地層不整合接觸，呈“透鏡狀”夾持在2套沉積巖地層之間(圖1)，高部位剝蝕尖滅，低部位巖性尖滅。受不整合面和巖性界面控制，發育清晰的頂底板，具備形成圈閉的有利條件，同時發育大型走滑斷裂，有效溝通油源，具備發育大型地層-巖性油藏的大背景。

5.2 風化殼結構控制儲、蓋分布

原生型火山巖地層儲層物性主要取決于巖相及巖性[13-14]，以往火山巖油氣勘探中認為巖相是有利儲層的主要控制因素， 其研究主要集中于巖相與有利儲層的關系，認為爆發相火山角礫巖和溢流相流紋巖儲層物性較好，其他巖相和巖性一般不能形成有效儲層，其儲、蓋分布主要受控于不同火山噴發期次引起的火山內幕機構變化[15-16]。薄層風化殼火山巖地層巖性、巖相單一，屬于改造型火山巖，其物性變化受風化作用控制更大，儲、蓋分布受風化差異引起的風化殼結構變化控制。不同風化殼結構物性差異較大，巖相、巖性相同的條件下，火山巖風化殼中溶蝕帶物性最好，以中孔粗喉為主，溶蝕孔、洞和微裂縫發育，具孔隙-裂縫雙重介質，崩解帶儲層物性次之，以細孔中喉為主，溶蝕孔和微裂縫較發育，可形成有效儲層，該區試油結果也證實溶蝕帶、崩解帶是油氣產出的主力層段，易形成高產油氣層；母巖一般不能形成有效儲層；土壤層+水解帶物性差，經上覆地層壓實可以作為蓋層。不同的風化殼結構組合形成不同的儲蓋特征，一個完整的風化殼結構可以形成一個有效的儲蓋組合，根據中拐凸起東斜坡薄層火山巖風化體結構組合特征，斜坡中部形成的淋蝕帶、崩解帶、母巖結構組合由于缺失土壤層+水解帶，蓋層條件變差，不能形成有效儲蓋組合；而位于斜坡低部位的土壤層+水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖結構組合儲蓋發育，為一個有效的儲蓋組合。該類結構組合主要分布于斜坡古坡折帶以下，環克811—瑪湖16—瑪湖1井一帶下傾方向分布。

5.3 巖體與蓋層匹配關系控制油氣聚集

中拐凸起東斜坡薄層火山巖地層成藏條件較厚層塊狀、“古潛山”類火山巖油藏更為苛刻。層序上，其上部的不整合面為一個三級層序界面，單一的斜坡背景導致其不具備收斂性，同時，上覆地層為一套水進體系沉積地層，底部多為砂礫等沉積物，蓋層條件較差，難以形成簡單的不整合面遮擋的大型地層油藏。因此，其頂部的土壤層及地層內部的非均質性、巖體的分異是重要的油氣保存條件，成藏受層序界面、上部土壤蓋層、巖體共同控制，其中，上部土壤蓋層、巖體的匹配關系是油氣成藏的關鍵。根據蓋層分布特征及巖體刻畫結果，低部位與蓋層匹配的巖體利于成藏，鉆井及試油結果證實高部位缺失土壤層蓋層的巖體試油為水層(白257、克88井)，而低部位土壤層蓋層匹配的巖體試油為油層(克202、克80等井)，這也是該類地層出現“油水倒置”的原因。

5.4 成藏模式

準噶爾盆地石炭紀、二疊紀早期為火山活動的活躍期，發育大量火山巖油藏，已發現了克拉美麗、五彩灣、克拉瑪依、車排子和石西等30個油氣田。早期的火山巖油藏研究主要是在構造高部位、斷裂帶尋找有利火山巖性和巖相帶，多為“古潛山”、厚層斷塊類型油藏。中拐凸起東斜坡風城組經短期噴發、裸露風化而形成的薄層風化殼火山巖地層地質條件特殊，目前石炭系及佳木禾組火山巖已經形成的諸多厚層火山巖成藏機制及模式并不能完全適用于該類火山巖地層[17-18]。該類地層成藏不但受區域構造、層序界面控制，還受內部風化殼結構及火山巖巖體控制。發育于斜坡低部位的與蓋層匹配良好的巖體利于成藏，該有利成藏帶受斜坡背景下坡折帶控制，平行斜坡走向環凹陷呈帶狀展布。在凹陷區，其下伏的沉積巖地層發育區域烴源巖，油氣沿不整合面、走滑斷裂進入該套火山巖地層中，在低部位與完整結構組合配置良好的巖體中聚集成藏，形成源邊-不整合-薄層風化殼成藏模式(圖4)。

圖4 中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖油氣成藏模式

圖5 中拐凸起東斜坡薄層火山巖風化殼油藏評價成果

6 油藏評價與實踐

中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖風化殼油藏的油氣成藏并不是簡單的地層巖性油藏模式，而是受區域構造、層序界面、內部風化殼結構、火山巖巖體共同控制的復雜風化殼油藏。其油氣最有利聚集區位于斜坡低部位，油藏評價部署應平行斜坡走向部井(圖5)。利用該認識指導藏評價，突破該地層“油水倒置”的瓶頸，在斜坡中低部沿凹陷橫向部署井位取得重要突破，完鉆的克204井試油獲高產油流，證實了薄層火山巖風化殼油藏成藏模式及油氣聚集規律，擴寬了油氣勘探領域。

7 結 論

(1) 中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層為短期噴發、遭受風化剝蝕而殘留的一套層狀火山巖地層，厚度較薄，巖性、巖相單一，發育風化殼。

(2) 中拐凸起東斜坡風城組薄層火山巖地層識別出4種風化殼結構，風化殼結構組合受古地貌影響存在差異，斜坡低部位發育完整結構組合，為一個有效的儲蓋組合。

(3) 油氣成藏受區域構造、層序界面、內部風化殼結構組合、火山巖巖體共同控制，為源邊-不整合-薄層風化殼成藏模式，有利成藏區位于構造中低部，沿斜坡走向環凹陷呈帶狀分布。