二連盆地烏蘭花凹陷安山巖成藏主控因素分析

彭 宇 熊驥禹 謝近平 羅玉財 李晶瑩 黃新亞 尹 崢

1. 長江大學地球物理與石油資源學院, 湖北 武漢 430100;2.成都中石油昆侖能源有限公司, 四川 成都 610041;3.中國石油華北油田分公司勘探事業部, 河北 任丘 062550;4.中國石油華北油田分公司工程技術研究院, 河北 任丘 062550

0 前言

近年來準噶爾盆地、吐魯番盆地、四川盆地的火山巖油氣藏勘探取得重大突破,火山巖油藏作為油氣勘探的新領域和后備接替層系,引起了學者們的廣泛關注,并在火山巖相類型劃分,儲集空間類型,儲層分布特征等方面做了大量工作[1-10],對于成像測井(MCI)在巖相劃分中的研究和應用相對較少。由于二連盆地烏蘭花凹陷火山巖儲層巖性復雜,孔隙類型多且結構復雜,非均質性強,導致在該區勘探過程中部分探井失利,主要原因是對火山巖油氣藏的成藏主控因素的研究認識不清。

本文以安山巖為主的火山熔巖作為研究對象,利用地化、物性、測井、巖心等資料,通過對烴源巖特征、儲集層特征和輸導體系特征等成藏條件進行綜合分析,厘清了該區火山巖油藏成藏特點,綜合構建了安山巖油藏“源內-相控復合巖性油藏”成藏模式,并明確了安山巖源內油藏受阿爾善組成熟烴源巖分布影響,儲集空間的優劣受相帶影響,裂縫的發育程度受構造活動(斷層)的影響,對烏蘭花凹陷火山巖油氣藏勘探開發提供依據,以期指導后期井位的勘探開發部署。

1 區域地質概況

烏蘭花凹陷位于內蒙古二連盆地溫都爾廟隆起上,凹陷呈長垣型,東北方向為長軸,面積約600 km2,下白堊統最大埋深約3 000 m。凹陷整體上可劃分為五個構造單元,自北向南依次為北洼、土牧爾斜坡帶、賽烏蘇斷階帶、紅格爾構造帶、紅井斜坡帶五個構造單元,見圖1。白堊系為凹陷沉積主體,自下而上可劃分為阿爾善組(K1ba)、騰一段(K1bt1)、騰二段(K1bt2)及賽漢塔拉組(K1bs),其中火山巖油氣藏分布在盆地南洼槽的北部和南部邊緣,分布面積約70 km2,總體厚度80～120 m,主要發育在阿爾善組,巖性以安山巖為主。

圖1 烏蘭花凹陷構造單元劃分圖

2 成藏條件分析

2.1 烴源巖特征

阿爾善組烴源巖是烏蘭花凹陷安山巖成藏的主力烴源巖。從表1來看,阿爾善組烴源巖在賽烏蘇斷階帶最為發育,暗色泥巖分布在46.9～362.5 m,占地層厚度27.9%～94.6%,優質烴源巖分布在32.6～136 m,紅井斜坡帶東部暗色泥巖分布在36～158 m,占地層厚度26.3%～95.8%,優質烴源巖分布在29.6～65.5 m,土牧爾斜坡帶暗色泥巖分布在19～89.5 m,占地層厚度21.5%～86.4%,優質烴源巖分布在9～41.4 m,北洼 L 31 井暗色泥巖為80 m,占地層厚度31.4%,優質烴源巖為24 m,紅井斜坡帶南部L 42井暗色泥巖為23.6 m,占地層厚度21.8%,優質烴源巖不發育,由此可見,賽烏蘇構造帶阿爾善組暗色泥巖、優質烴源巖最為發育,其次為土牧爾斜坡帶、紅井斜坡帶東部及北洼,紅井斜坡帶南部L 42井區發育程度最低。

表1 烏蘭花凹陷阿爾善組層位烴源巖厚度對比表

厚度及占比北洼土牧爾斜坡帶賽烏蘇斷階帶紅井斜坡帶L 31井LD 2井L 11 x井L 3井LD 1井L 1井L 5井L 9井L 10井L 4井L 41井L 42井地層/m25522130230352383264168169137165108暗色泥巖/m80.61987.5502983712464553.23615823.6優質源巖/m991541.413657.313131.15229.665.50暗色泥巖占地層/(%)31.686.467.321.784.796.793.326.831.526.395.821.8

2.2 儲集特征

2.2.1 儲層物性特征

如圖2～3和表2所示,研究區阿爾善組安山巖儲層孔隙度為3%～22%,均值為8%,主要分布在3%～12%之間,孔隙度≤12%的巖心值占總巖心點數的77%;滲透率分布區間為0.001×10-3～28×10-3μm2,均值為0.02×10-3μm2,分布在0.001×10-3～0.5×10-3μm2之間,滲透率≤0.5×10-3μm2的巖心實驗樣品占總巖心點數的97%。綜上分析可知,整體屬于中低孔,特低滲儲層,物性較差。

圖2 烏蘭花凹陷阿爾善組安山巖儲層孔隙度直方圖

圖3 烏蘭花凹陷阿爾善組安山巖儲層滲透率直方圖

表2 阿爾善組安山巖儲層孔滲特點

物性參數分布區間平均值主要分布范圍孔隙度/(%)3～228.303～12滲透率/10-3 μm20.001～280.020.001～0.5

2.2.2 儲集空間類型

烏蘭花凹陷安山巖儲層的儲集空間[11-14]分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三種類型。研究區原生孔隙形狀多樣,呈橢圓形、多邊形和不規則狀。如圖4-a)、b)所示,研究區安山巖段氣孔、杏仁體發育較好,分布不均,形態不規則,氣孔直徑一般2～3 mm。如圖4-c)、d)所示,本地區次生孔隙主要包括杏仁體和基質內溶蝕孔,粒間溶孔等,基質內溶孔發育較多。如圖4-e)、f)所示,研究區主要發育斜交縫和高角度縫,伴隨有鉆井誘導縫。在致密脆性巖石中呈平直、中高角度的構造縫形狀不規則,有些微裂縫常被方解石、綠泥石和硅質等礦物充填。

2.3 儲蓋組合

安山巖呈旋回性噴發,在噴發間歇期,頂部遭受化淋濾等地質作用,能夠形成儲集空間,在測井曲線上表現為高幅值背景下的相對低電阻,下一期噴發時將上一期形成的儲集空間覆蓋保存。

烏蘭花凹陷阿爾善組上部泥巖可以認為是區域性蓋層,泥巖累計厚最大可達300 m,單層厚度最大超過100 m。通過區域地質、地震以及鉆探資料研究認為烏蘭花凹陷存在騰一段下生上儲、阿爾善組自生自儲和古生界中生古儲的三套生儲蓋組合。

3 成藏模式分析

根據以上成藏條件的分析,綜合構建了烏蘭花凹陷安山巖油藏“源內-相控復合巖性油藏”成藏模式,見圖5。安山巖經火山通道噴發,由于火山巖漿中存在大量的氣體,與空氣接觸后迅速冷凝,形成氣孔狀、杏仁狀安山巖,其余形成塊狀致密型安山巖?；鹕降拈g斷噴發形成多期安山巖,同時隨著湖盆的沉降作用,安山巖被阿爾善組有效烴源巖包裹在其中,形成源內油藏;后期經過構造運動形成裂縫,裂縫不僅起到作為儲集空間的作用,也起到溝通氣孔作用,最終形成復合巖性油氣藏。

4 主控因素分析

4.1 優質烴源巖的發育

阿爾善組暗色泥巖直接覆蓋于安山巖地層之上,覆蓋面積約300 km2,覆蓋厚度最大300 m,占地層厚度的40%～80%,是安山巖層系的主要油源。同時,安山巖的異常熱效應加速有機質演化,對烴源巖起到了加熱作用,擴大了有效烴源巖體積。阿爾善組烴源巖既可以作為蓋層又可以作為烴源巖,是構建自生自儲油藏的基礎。

a)氣孔,氣孔安山巖L 45 x井1 705.7 m

b)氣孔,氣孔杏仁體安山巖L 9井1 964.2 m

c)港灣形溶蝕孔,安山巖L 9井2 126.33 m

d)粒間溶孔,安山質角礫巖L 9井1 963.58 m

e)L 42井1 704.30 m高角度構造縫

f)L 45 x井1 966.9 m微裂縫

圖5 烏蘭花凹陷安山巖油藏成藏模式圖

4.2 沉積相控制儲層發育

4.2.1 研究區沉積相發育

國內外學者對火山巖沉積相分類及其特征進行了系統表述[15-21]。研究區阿爾善組主要鉆遇噴溢相和爆發相。爆發相形成于火山作用的早期,電阻率曲線表現為中低值、鋸齒狀,以凝灰巖和安山巖為主。溢流相形成于火山噴發早-中期,電阻率曲線表現為箱型和鐘型,中高值,以安山巖為主。

噴溢相可分為近火山噴溢亞相、中部噴溢亞相及邊緣噴溢亞相：

1)近火山噴溢亞相見圖6-a)。原生孔隙不發育,構造裂縫較發育,主要巖類為含同生角礫的安山巖。MCI圖像顯示斑狀結構、角礫結構。見亮白色角礫結構,裂縫呈正旋曲線。

2)中部噴溢亞相見圖6-b)。原生孔隙和構造裂縫的發育程度都較好。氣孔發育,主要為含氣孔-氣孔狀熔巖。MCI圖像顯示斑狀結構,分布亮黃色或暗色直徑較小的氣孔。

a)近火山噴溢亞相測井響應特征

b)中部噴溢亞相測井響應特征

c)邊緣噴溢亞相測井響應特征

d)熱基浪亞相測井響應特征

e)熱碎屑流亞相測井響應特征圖6 噴溢相、爆發相測井特征模式

3)邊緣噴溢亞相見圖6-c)。原生氣孔、孔間裂縫發育,主要巖類為氣孔狀熔巖,其特點是氣孔沿流動方向定向拉長。MCI圖像顯示暗色斑點的氣孔構造,孔間可見一條近平直的低角度裂縫。

爆發相主要發育兩種亞相,熱碎屑流亞相和熱基浪亞相：

1)熱基浪亞相見圖6-d)。熱基浪亞相內部層理發育,自然伽馬呈微齒狀-平滑曲線,聲波曲線,電阻率和補償中子呈低值,密度中子呈中高值。MCI圖像上清晰地看到暗色塊狀模式的層理。

2)熱碎屑流亞相見圖6-e)。熱碎屑流亞相主要巖性為棱角—次棱角狀火山碎屑巖。測井曲線特征表現為聲波曲線,補償中子曲線和密度中子曲線為低值。MCI圖像常具有熔結凝灰結構、火山碎屑結構,表現為雜色背景下高阻亮色漿屑壓扁拉長的特征。

4.2.2 沉積相與有效儲層發育

從圖7有效儲層亞相的厚度比例可以看出,沉積相是控制安山巖儲層發育的重要因素。中部及邊緣噴溢亞相和熱碎屑流亞相在有效安山巖儲層中占很大的比例,中部噴溢亞相占到了28.4%,邊緣熱碎屑流亞相占到了20.6%,熱碎屑流亞相也占很大的比例。中部噴溢亞相內部原生孔隙和構造裂縫較發育,而熱碎屑流亞相發育粒間孔、礫內孔,可形成良好的儲集空間。因此,沉積相對有效儲層的發育具有明顯的控制作用

圖7 有效儲層亞相的厚度比例

4.3 斷層控制安山巖展布并溝通油源

烏蘭花凹陷構造演化經歷了斷陷期、斷陷擴張期和斷陷萎縮期三個階段,發育一系列NE、EW、NW和SN向弧形展布正斷層。按斷裂的規模劃分為三級,Ⅰ級斷裂包括東部陡帶斷層和南部紅井斷層,控制凹陷的形成、構造的演化以及烴源巖的分布;Ⅱ級斷裂主要分布在南洼槽—中央凸起帶,控制安山巖的發育和分布,溝通油源并控制著油氣運移和油藏分布;Ⅲ級斷層屬于晚期斷裂,控制局部構造的形態和分布,對構造進行復雜化,見圖8。

圖8 烏蘭花凹陷賽烏蘇斷階帶油氣運移模式圖

5 結論

1)綜合應用該區現有鉆井、地化、物性等資料,對烏蘭花凹陷安山巖成藏條件進行分析,明確認為研究區阿爾善組烴源巖為主力烴源巖,儲層以中低孔,特低滲儲層為主,物性較差,儲集空間類型主要為原生孔隙,次生孔隙和裂縫,從而對安山巖的成藏研究奠定了基礎。

2)根據火山噴發期次以及裂縫發育程度劃分了兩種沉積相,噴溢相和爆發相。其中噴溢相又細分為三個沉積亞相,分別為近火山噴溢亞相、中部噴溢亞相、邊緣噴溢亞相;爆發相細分為兩個沉積亞相,分別為熱基浪亞相和熱碎屑流亞相。明確了噴溢相中部噴溢亞相儲層有利發育相帶。

3)構建了安山巖油藏“源內-相控復合巖性油藏”成藏模式,明確了優質烴源巖的分布,沉積相控制儲層發育以及斷層對構造的控制和溝通油源作用為成藏的主控因素。