引 言

研究表明，准噶尔盆地石炭系火山岩主要分布于西部隆起、陆梁隆起、中央隆起及东部隆起的广大地区，石炭系火山岩预测石油资源量22$\times$10⁸ t，天然气资源量1.2$\times$10⁸ tm^3[1]。近年来，准噶尔盆地滴西—五彩湾地区石炭系发现了克拉美丽大气田、彩南油田等数个亿吨级油气田。这些油气田发育于火山岩中，由多个油气藏组成，不同的油气藏火山岩储层的岩性特征、岩相特征差异很大。前人对滴西—五彩湾地区火山岩储层岩石地球化学、火山岩储层物性特征、主控因素、构造背景等方面进行了研究^[2-21]，但由于该区火山岩岩性岩相复杂，火山岩在剖面及平面的展布规律仍不清楚，有关文献相对较少^[18]。

本文拟通过滴西地区克拉美丽气田典型单井和剖面上火山岩分布特征的研究，对滴西—五彩湾地区石炭系火山岩的平面分布特征进行分析，查明火山岩岩性(岩相)平面分布特征，以期为该区的油气勘探提供借鉴。

1 地质概况

滴西—五彩湾地区位于准噶尔盆地东部，主要由滴北凸起、滴水泉凹陷、滴南凸起、东道海子凹陷、五彩湾凹陷等盆地二级构造单元构成(图 1)，其中滴西地区指包括滴水泉凹陷、滴南凸起在内的研究区中北部，探井往往以滴西、滴字号命名，五彩湾地区指以五彩湾凹陷为主的研究区中南部，探井往往以彩字号命名。图中红色框线所示范围，是滴西地区探井最多的，也是气藏最为发育的区块，其中克拉美丽气田位于滴南凸起中西部，沿滴水泉西断裂自西向东分为4个气藏：滴西17井区、滴西14井区、滴西18井区及滴西10井区气藏^{[16, 21]}。该区石炭系地层从下到上依次划分为南明水组($C_1n$)、滴水泉组($C_1d$)、松喀尔苏组($C_1s$)、巴塔玛依内山组$C_2b$、 双井子组($C_2s$)，其中滴水泉组和上覆巴塔玛依内山组之间、双井子组和上覆地层之间都以角度不整合接触。该区探井钻遇的石炭系火山岩主要是巴塔玛依内山组火山岩(钻揭双井子组的探井很少，可能大多数被剥蚀，钻遇滴水泉组的探井也很少)^{[2, 22]}。从钻遇的火山岩来看，岩石类型非常复杂，主要有玄武岩、安山岩、流纹岩、玄武安山岩、凝灰质角砾岩、安山质角砾岩、花岗斑岩、二长玢岩等。

2 火山岩储层地球物理响应特征

研究区(本文是在对滴西地区精细解剖的基础上，对滴西—五彩湾地区石炭系火山岩的平面分布特征进行的研究，因而后文除特别说明外，研究区仅指滴西地区)21口探井5 706 m石炭系火山岩录井数据的统计(石炭系沉积岩未作统计)表明，火山岩储层主要是凝灰岩(占36%，体积分数，下同)、玄武岩(占12%)、安山岩(占11%)、花岗岩(占10%)、沉凝灰岩(占9%)、火山角砾岩(占8%)等，由于取芯资料相对较少、录井资料对火山岩的识别存在较大的误差，因而火山岩岩性的校正显得非常必要。

本文通过岩芯观察、薄片鉴定、扫描电镜分析，在查明该区主要火山岩的宏观特征、微观特征基础上，结合录井资料、综合测井曲线、FMI(成像测井)资料及前人相关的研究成果^{[12, 23, 24]}，建立了研究区火山岩的岩性识别图版。火山岩钻井岩屑在现场定名难度较大，录井数据往往难以准确反映探井的火山岩岩性，只有结合测井数据进行校正，才能使其更加符合实际。基于上述考虑，本文对不同火山岩的测井曲线特征进行了研究，建立了岩电关系，根据薄片鉴定数据，建立了研究区火山岩岩性识别图版，同时，总结了主要火山岩岩类的地震响应特征，为单井、剖面、平面火山岩岩性岩相的研究打下了基础。

(1) 玄武岩

玄武岩往往呈厚层块状构造，气孔非常发育，晶间孔和溶孔较发育；从FMI图上可以看到，玄武岩微裂隙发育；在测井曲线上，表现为：GR(自然伽马，API)低，DEN(密度，g/cm³)高，AC(声波时差，${\mu _s}/ft$)低(图 2)。

(2) 玄武安山岩

玄武安山岩呈厚层块状构造，气孔发育，晶间孔较发育；FMI显示微裂隙较发育；在测井曲线上表现为：GR较低，DEN较高，AC较低。

(3) 安山岩

安山岩常呈厚层块状构造，气孔较发育，溶孔较发育；FMI显示微裂隙较发育；在测井曲线上表现为：GR较低，DEN较高，AC较低。

(4) 流纹岩

流纹岩常具有流纹结构，块状构造，气孔不太发育，但溶孔发育；FMI显示微裂隙较发育；在测井曲线上表现为：GR较高，DEN较低，AC中等。

(5) 花岗斑岩

花岗岩常呈斑状结构，块状构造，气孔不发育，晶间孔发育；FMI显示微裂隙较发育；在测井曲线上表现为：GR较高，DEN较低，AC中等(图 3)。

(6) 二长玢岩

二长玢岩呈斑状结构，块状构造，气孔不发育，晶间孔较发育；FMI显示微裂隙较发育；在测井曲线上表现为：GR中等，DEN中等，AC中等。

(7) 凝灰质角砾岩

凝灰质角砾岩为厚层块状构造，气孔较少，晶间孔罕见，砾间缝、溶孔及溶蚀缝较常见；FMI图像上也可以见到溶蚀裂缝；在测井曲线上表现为：GR中等，DEN较低，AC中等。

(8) 安山质角砾岩

安山质角砾岩常呈厚层块状构造，气孔较少，晶间孔罕见，砾间缝和成岩缝较发育，粒间溶孔及溶蚀缝常见；FMI图像上可见到溶蚀裂缝；在测井曲线上表现为：GR偏低，DEN中等，AC偏高。

在对研究区火山岩的测井响应特征研究的基础上，结合单井钻遇的火山岩特征及其与地震特征的对应关系，总结出研究区不同火山岩相主要的地震反射特征如图 4所示。其中，爆发相火山岩(主要是火山角砾岩、凝灰岩)为丘状外形，杂乱反射，中—弱振幅；溢流相火山岩(主要是玄武岩、安山岩)为亚平行层状、连续反射，中—强振幅；侵出相火山岩(以花岗斑岩为主)为规则透镜状反射外形；火山—沉积相为层状外形，连续反射，中—强振幅(图 4)。

3 典型单井火山岩分布特征

滴西地区石炭系火山岩中，基性、中性、酸性火山岩均有发育，可以划分为5个火山岩相：火山通道相(分为火山颈亚相、次火山岩亚相、隐爆角砾岩亚相)、爆发相(分为空落亚相、热基浪亚相、热碎屑流亚相)、溢流相(分为下部亚相、中部亚相、上部亚相)、侵出相(分为内带亚相、中带亚相、外带亚相)、火山—沉积相(分为含外碎屑火山沉积亚相、再搬运火山沉积亚相)^[25]。

本文通过上述火山岩岩性识别图版的研究，校正了录井资料，在此基础上，编制了滴西17井、滴西14井、滴西18井、滴西10井、滴西20井5口典型单井的火山岩岩性岩相柱状图，对各单井纵向上火山岩的分布特征进行了分析。结果显示：滴西地区不同井区石炭系气藏的含气层储层岩性不同：滴西17井区以玄武岩和安山岩为主；滴西14井区以火山角砾岩和凝灰岩为主；滴西18井区以花岗斑岩为主；滴西10井区以流纹岩和英安岩为主^[14]。篇幅所限，在此仅对滴西14井进行讨论。

滴西14井位于滴西地区西部，钻揭石炭系412 m，石炭系岩性主要为凝灰岩(爆发相)、火山角砾岩(爆发相)及安山岩(溢流相)(图 5)。从钻揭石炭系的岩性看，该井从下到上，依次主要发育安山岩、凝灰质角砾岩、安山岩、凝灰质角砾岩、凝灰岩，表现为溢流相和爆发相互层的特征。具体来说，3 832 3 982 m 为灰色、深灰色及杂色安山岩，仅顶部发育12 m厚的薄层红褐色玄武岩；3 788 3 832 m为深灰色凝灰质角砾岩，顶部发育14 m厚的深灰色凝灰岩；3 740 3 788 m为绿灰色安山岩；3 668 3 740 m为红褐色凝灰质角砾岩；3 569 3 668 m为红褐色凝灰岩，上部夹有10 m厚的灰色安山岩，顶部为24 m厚的灰色凝灰岩。含油气层系位于上部凝灰岩和火山角砾岩中，其中，在3 652 3 674 m试油获得油6.42 t/d，气91 430 m³/d，试油结论为油气同层(图 5)。

从该井发育的火山岩岩性及岩相可以推断，该井距离火山口较近，火山岩的发育环境经历了由水下到水上再到水下的过程：钻遇的石炭系中，下部的溢流相安山岩以灰色、深灰色为主，表明其主要发育于水下环境；此后的爆发相凝灰质角砾岩和凝灰岩也以深灰色为主，说明发育环境仍属于水下；中部的溢流相安山岩为绿灰色，表明其发育环境仍属于水下，但水体变浅；上部的爆发相凝灰质角砾岩、凝灰岩为红褐色，显示其发育环境属于水上；顶部的爆发相凝灰岩为灰色，说明其发育环境属于水下。

4 火山岩空间特征

在单井火山岩岩相研究的基础上，结合测井、录井、地震资料，划分了研究区南北向3条(滴西173井— 滴401井—滴西17井—滴402井、滴西8井—滴西181井—滴西182井— 滴西18井、滴西25井—滴101井—滴102井—滴西10井连井剖面)、近东西向3条(由于近东西向剖面太长，故分成了3条，包括滴西5井—滴西17井—滴西14井、滴西14井—滴西182井—滴西20井、滴西20井— 滴102井—滴西21 井连井剖面)连井剖面的火山岩岩性岩相，在横向及纵向上对研究区火山岩的分布进行分析，剖面位置如图 6所示(图中，蓝色线为近南北向剖面位置，绿色线为近东西向剖面位置，红色线为图 10连井剖面位置)。从这些剖面中火山岩的分布情况来看，研究区火山岩无论在纵向上还是在横向上，岩性都非常复杂、变化非常大。如滴西14井—滴西182井— 滴西20井连井剖面上，火山岩以火山角砾岩、凝灰岩、安山岩为主，另外还有大量砂岩；纵向上，滴西14井以安山岩、火山角砾岩互层为主，顶部为凝灰岩；滴西182井中下部发育火山角砾岩，中上部为火山角砾岩夹花岗岩、二长岩，顶部发育薄层凝灰岩；滴西20井下部为安山岩、玄武岩、砂岩互层，中部为砂岩，上部为凝灰岩、安山岩，还见有少量花岗岩、火山角砾岩。本文选取两条剖面进行分析。

(1) 滴西173井—滴401井—滴西17井—滴402井}连井剖面特征

滴西173井—滴401井—滴西17井—滴402井石炭系连井剖面如图 7所示，该剖面上，石炭系火山岩以凝灰岩、安山岩、玄武岩、沉凝灰岩为主。沿剖面从北向南，各个井发育的岩性不尽相同。滴西173井中下部发育沉凝灰岩，中上部发育玄武岩、安山岩夹薄层沉凝灰岩，该井未钻遇的深部主要应该发育凝灰岩、安山岩；滴401井下部为凝灰岩夹薄层安山岩、火山角砾岩及砂岩，中部为凝灰岩夹安山岩，上部主要为沉凝灰岩，见薄层安山岩、凝灰岩；滴西17井下部主要为霏细岩，中部发育凝灰岩，上部发育玄武岩；滴402井下部发育玄武岩，中部为凝灰岩、火山角砾岩、泥岩互层，上部为玄武岩、砂岩、泥岩互层。该剖面的火山岩纵向分布特征显示了该区域复杂的火山岩岩性及频繁的爆发相和溢流相互层的特征，总体上表现为下部爆发相较发育，期间夹有溢流相，上部溢流相发育，期间夹有火山—沉积相及沉积相。

(2) 滴西20井—滴102井—滴西21井连井剖面特征

图 8为滴西20井—滴102井—滴西21井石炭系连井剖面图，该剖面上，石炭系火山岩以凝灰岩、流纹岩、霏细岩、花岗岩、安山岩为主，另外还发育砂岩。剖面西端的滴西20井下部为安山岩、玄武岩、砂岩互层，中部为砂岩，上部为凝灰岩、安山岩，还见有少量花岗岩、火山角砾岩；剖面中间的滴102}井下部为凝灰岩夹霏细岩，上部为凝灰岩夹流纹岩，该井未钻遇的深部还应该发育砂岩；剖面东段滴西21井下部为霏细岩、花岗岩，上部为玄武岩夹花岗岩(图 8)。与图 7所示剖面相似，该剖面也显示了该区复杂的岩性及爆发相和溢流相频繁互层的特征，总体上下部发育溢流相及沉积相，上部发育溢流相及爆发相，夹有薄层的侵入相火山岩。

从上述火山岩剖面特征的分析可以看出，该区火山岩在纵向及横向上的分布非常复杂，为了进一步研究，本文在东西向地震长剖面上，根据地震反射特征及上述连井剖面特征，对火山岩在纵向上的分布进行识别。从图 9所示滴西5井—滴西17井—滴西14井—滴西18井—滴西20井—滴西10井—滴102}井—滴101井—滴西21井地震剖面上可以看到，该剖面西部滴西5井一带主要发育中基性玄武岩和安山岩；滴西17井一带主要发育酸性流纹岩、霏细岩及凝灰岩；滴西18井一带主要发育酸性的花岗岩；滴西20井一带主要发育中基性玄武岩、安山岩，夹有沉积岩；滴西10井一带主要发育酸性花岗岩、流纹岩；滴西21井一带下部发育酸性流纹岩，上部发育基性玄武岩。

结合地震剖面上火山岩的分布特征及单井火山岩相、剖面火山岩岩性分布，绘制了图 10所示滴西24井—滴西5井—滴西171井—滴西17井—滴401井—滴西14井—滴西18井—滴西181井—滴西20井—滴西10井—滴102井—滴101井—滴西21井东西向连井剖面火山岩岩性(岩相)图。

该剖面较系统地显示了研究区东西方向上火山岩的纵向分布特征。研究区西部主要发育凝灰岩、火山角砾岩、安山岩；中部主要发育凝灰岩、安山岩、花岗岩、玄武岩；东部主要发育凝灰岩、安山岩、玄武岩、流纹岩、火山角砾岩；在中东部，未钻遇的深部，还应发育砂砾岩、泥岩等沉积岩。

在上述研究的基础上，编制了滴西—五彩湾地区石炭系顶面火山岩岩性(岩相)平面分布图(图 11)。综合研究区火山岩的单井岩相特征、剖面岩性岩相特征及平面岩性(岩相)分布特征，认为，滴西—五彩湾地区石炭系(主要是上石炭统)火山岩储层岩石类型多样，除了基性火山岩、中性火山岩、酸性火山岩外，还发育有火山岩角砾岩、酸性侵入岩。

从图 11可以看到，凝灰岩在研究区(滴西—五彩湾地区，下同)大面积分布，范围非常广，是最主要的岩石类型；其次是砂泥岩及凝灰质砂泥岩，在研究区北部，主要呈北西西—南东东向条带状分布，在研究区中南部分布广于北部，主要呈近东西向条带状分布；中性火山岩在研究区北部分布范围较广，主要呈条带状分布于凝灰质砂泥岩附近，在研究区南部主要呈团块状分布；基性火山岩分布范围较小，呈团块状分布于研究区北部及南部，中部较少；火山角砾岩主要分布于研究区西北部及中部地区，呈团块状；酸性火山岩和酸性侵入岩分布范围有限，前者主要分布于研究区中部滴西21井、滴5井一带，后者主要分布于滴西18井一带。

综上所述，滴西—五彩湾地区石炭系顶面以基性的玄武岩、中性的安山岩、火山角砾岩、凝灰岩分布最广；其中滴西17井区主要以基性火山岩为主、滴西18井区主要以酸性的侵入岩为主、滴西14井区和滴西10井区主要以火山岩角砾岩为主。然而总体上，该区石炭系火山岩喷发期次具有基性与酸性火山岩交替、多期喷发的特点，其中夹有多层火山角砾岩和凝灰岩，并有酸性侵入岩(花岗斑岩)分布；晚石炭统火山岩与火山碎屑岩及沉积岩(砂岩、粉砂岩和泥岩等)交互沉积，没有明显的火山岩的喷发序列或喷发旋回特征。

在上述研究的基础上，建立了图 12所示滴西—五彩湾地区石炭系火山岩的喷发模式，该区火山岩储层成藏演化具有多期喷发、晚期抬升风化特征。石炭纪期间，准噶尔地区经历了多岛洋不断闭合，多岛弧不断碰撞历史，陆梁地区作为独立的增生楔盆地表现为克拉美丽洋俯冲下火山作用。维宪期—谢尔普霍夫期，陆梁地区进入火山活动间歇期，研究区广泛发育滴水泉($C_1d$)组海陆过渡相泥岩，为石炭系烃源岩发育提供必要条件，期间火山口区仍然继承性发育火山碎屑岩和凝灰岩(图 12a)；巴什基尔期，陆梁地区再次进入火山喷发期，爆发相火山角砾岩构成高点沉积，而凝灰岩(或沉凝灰岩)则在残余水体中广泛发育，滴西地区东部发育溢流相酸性火山岩(如流纹岩、英安岩)、西部则以中基性玄武岩、安山岩为主(图 12b)；莫斯科期，陆梁地区经历火山作用活跃期，持续多期次火山活动使爆发相火山角砾岩与溢流相火山熔岩沿火山机构高点向低处发育，而侵入相花岗斑岩/花岗岩沿构造薄弱带发育(图 12c)；卡西莫夫期，晚石炭世卡西莫夫期，研究区火山作用逐渐减弱并最终停滞，区域内经历了强烈挤压抬升，巴山组($C_2b$)火山岩露出海平面接受风化淋滤，发育为区域性火山岩风化壳，期间伴随广泛断裂活动，有效改善了火山岩内部渗流疏导体系(图 12d)；二叠纪区域性泥岩不整合覆盖于石炭系火山岩之上，为火山岩风化壳储层提供了良好的盖层。

5 火山岩含油气性分析

滴西—五彩湾地区石炭系火山岩储层岩石类型复杂，不同岩石类型的储层物性、含油气性不同。从前人的研究来看，火山岩储层中，主要以爆发相的火山岩角砾岩、凝灰岩的物性条件为最好，溢流相的玄武岩、安山岩较好，而中酸性的花岗岩等物性往往较差^[25]。研究区不同火山岩储层的物性也存在较大的差别。如五彩湾地区848个孔隙度实测数据统计显示：326个火山角砾岩样品的孔隙度最小值、最大值、平均值分别是0.20%、30.8%、9.42%，61个凝灰岩样品的孔隙度最小值、最大值、平均值分别是1.72%、20.61%、8.63%，24个凝灰质角砾岩样品的孔隙度最小值、最大值、平均值分别是5.09%、9.91%、8.05%，而177个安山岩样品的孔隙度最小值、最大值、平均值分别是0.03%、19.01%、7.48%，126个玄武岩样品的孔隙度最小值、最大值、平均值分别是0.18%、30.54%、5.23%，为所有样品中孔隙度最低的。从含油气性来看，滴西地区4个气藏的主要储层类型各不相同，滴西14井区以爆发相为主，滴西17井区和地区10井区以溢流相为主，滴西18井区以侵出相为主，这种不同火山岩相的储层在该区的成藏除了与火山岩岩性有关外，还与构造作用、风化淋滤作用等成岩作用关系密切^[2]，研究表明，同样的成岩作用条件下，爆发相、溢流相的火山岩更易形成优质储层，因而爆发相、溢流相发育的凸起地带属于有利储层发育区 。

6 结论

（1） 滴西—五彩湾地区石炭系火山岩储层岩石类型复杂，主要有基性玄武岩、中性安山岩、酸性流纹岩和花岗岩，还有大量爆发相凝灰岩和火山角砾岩等，它们在单井、剖面、平面上的分布规律也很复杂。

（2） 滴西—五彩湾地区石炭系火山岩在单井上主要表现为爆发相的凝灰岩、火山角砾岩与溢流相的安山岩、玄武岩、流纹岩互层的特点，不同探井中二者所占比重不同；研究区中部东西向剖面显示：剖面西部主要发育凝灰岩、火山角砾岩、安山岩；中部主要发育凝灰岩、安山岩、花岗岩、玄武岩；东部主要发育凝灰岩、安山岩、玄武岩、流纹岩、火山角砾岩；在中东部，未钻遇的深部，还发育砂砾岩、泥岩等沉积岩。

（3） 滴西—五彩湾地区石炭系火山岩岩性岩相平面分布特征研究表明：研究区北部主要发育凝灰岩及砂泥岩，期间夹有条带状中性火山岩、基性火山岩及少量火山角砾岩；中部主要发育凝灰岩、中性火山岩、凝灰质砂泥岩，夹有团块状酸性侵入岩、酸性火山岩、火山角砾岩；南部主要发育砂泥岩、凝灰岩，夹有条带状凝灰质砂泥岩、基性火山岩、团块状中性火山岩及少量火山角砾岩。优良储层往往发育于爆发相、溢流相发育的凸起地带。