随着世界范围内油气勘探程度的逐步深入,准噶尔盆地亦进入寻找低幅构造圈闭、地层岩性圈闭和特殊岩性(火山岩和古潜山)圈闭等复杂隐蔽的非常规油气勘探阶段[1-2]。位于准噶尔盆地东部的石炭系火山岩储层已有多口钻井获得工业油流[3],前期勘探和开发阶段以“断块”油藏模式为主导,油气产能始终较差;后来提出了“一体一藏”的油藏模式新认识,产能得到了极大提高[4]。“一体一藏”的核心在于重新认识火山岩储层在纵向和横向上非均质的差异性,通过该模式可划分出多个火山岩岩体和多个岩性段以及多套油层,不同的火山岩岩体和油层在构造、岩性、岩相、孔渗物性、储集空间和含油气性等方面均表现出不同的特点,需采用不同的开发方式来提高试油成功率和试采产能。前人研究表明,火山岩岩体的分布在很大程度上控制了储层的发育程度[5],但盆地东部的火山喷发模式复杂、喷发期次多样,加之断裂及构造活动的影响[6],使得石炭系发育多个火山岩岩体,而这些火山岩岩体规模不同、期次不一、形态各异、相互叠置、彼此交错,为火山岩岩体认识、岩相解释等有效储层预测带来了极大难度。为此,在“一体一藏”油藏模式指导下,充分利用地质、钻井、录井、测井、地震和开发动态等资料,并通过岩心观察、火山岩岩体测井解释、地震解释和属性分析等,分析火山岩岩体在岩性、测井和地震上的特征差异,进而识别出不同的火山岩岩体,以期为有效储层预测提供依据。
1 地质背景石炭纪时期的准噶尔盆地开始从海盆向陆地转化[7],岩浆活动强烈,火山岩极为发育,且主要分布在准噶尔盆地的东部、西北缘、陆东、陆西和莫索湾凸起等区域。本次研究主要讨论的是准噶尔盆地东部石炭系巴塔玛依内山组(C2b)火山岩地层。研究区位于准噶尔盆地东部隆起北三台凸起西泉103井区[图 1(a)],其石炭系构造形态为向北东方向抬升的单斜构造,内部发育多条逆断裂,北部断裂以近东西走向为主,规模较大,南部断裂主要沿北东—南西方向延伸,规模相对较小,受继承性构造运动的影响,地层向东抬升,发育一个近南北走向的古隆起火山机构。隆起西翼石炭系顶部部分地层被剥蚀与上覆二叠系呈不整合接触[图 1(b)];东翼地层东倾,具层状特征,与上覆二叠系梧桐沟组呈角度不整合接触,形成了多套火山岩岩体叠置的地层圈闭[8]。
火山岩是岩浆活动的产物,也兼具沉积作用的特点[9]。火山的喷发模式和喷发期次造成了不同火山岩岩体在岩性、测井和地震上的差异。
西泉103井区火山喷发模式主要分为2类:裂隙式和中心式[8]。西泉3井北断裂为近东西走向的主干逆断层,其断距大,延伸较长,纵向切割石炭系、二叠系和白垩系,为石炭系火山喷发提供了有利通道。地下岩浆沿应力薄弱的断裂带向上喷发,形成裂隙式火山喷发模式。研究区北部和南部存在大型裂隙式火山通道,内部存在小型中心喷发式火山通道。其中,北部火山通道位于西泉3井北断裂北部,由浅至深逐渐变宽,整体呈现“细葫芦”状。
不同火山岩期次之间具有小型间断面[10],根据此间断面在地震上的反射特征,并结合钻井资料,共识别出4期较为完整的火山喷发期次,从早到晚分别为Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期。根据期次内幕在地震反射结构、反射强度和连续性、地震频率等方面的差异,将每期火山喷发序列又划分为早—中火山主喷发期和中—晚火山喷发期。其中,早—中火山主喷发期具有地震反射杂乱、弱振幅、不连续和较高频特征,而中—晚火山喷发期具有地震反射连续性好、强反射和中低频的特征。
3 火山岩岩体划分依据 3.1 岩性识别标志根据火山岩的岩石学特征[11-13],对西泉103井区20口钻井的岩屑录井、成像测井,以及6口钻井的取心和41块岩石薄片等进行综合分析,最终识别出研究区石炭系发育安山岩、角砾安山岩、火山角砾岩、凝灰岩、凝灰质砂岩和炭质泥岩等6种岩性(图 2),前4种岩性在岩心中可见,后2种岩性在岩心中未见,而且它们均是通过建立岩性模型进行测井解释和反演而推断出来的,在外围井中可见。6口取心井的岩性统计结果表明,西泉103井区石炭系岩性以火山角砾岩为主,凝灰岩次之,安山岩和角砾安山岩、凝灰质砂岩和炭质泥岩少见。其中,安山岩致密,一般为灰色、灰白色,具斑状、隐晶结构,部分为气孔—杏仁状构造,斑晶主要为斜长石,少量角闪石,孔隙发育较差,部分发育微裂缝(低角度缝和网状缝),且未被填充;角砾安山岩为含有深灰色、褐色角砾的安山岩,一般为灰色或灰白色,孔隙中等发育,裂缝欠发育;火山角砾岩具有火山角砾结构,块状构造,颜色多为深灰色、褐色、灰白色,角砾砾径一般为3~6 mm,分选差,呈棱角—次棱角状,主要成分为岩屑(安山岩)和晶屑(斜长石),填隙物为凝灰物质,岩石孔隙发育,为基质溶孔和粒内溶孔,面孔率约2%,裂缝欠发育;凝灰岩具凝灰结构,部分为角砾—凝灰结构,颜色多为深灰色、褐色,主要由晶屑、岩屑、玻屑和火山灰组成,其中晶屑主要为斜长石,岩屑主要为安山岩、凝灰岩,孔隙发育差,面孔率低于1%,主要为晶屑内溶孔和基质溶孔。
不同火山岩岩体的岩性在成分、孔隙、流体、填充物及填充程度、裂缝等方面存在差异,致使其电性特征各不相同。具体表现为:不同测井曲线在形态和数值上各不相同;火山岩岩体分界面或岩性变化的地方,测井曲线出现突变,突变幅度具有强弱之分。
3.2.1 岩-电特征西泉103井区石炭系从凝灰岩—火山角砾岩—角砾安山岩—安山岩的岩-电特征整体均表现为对应的声波时差(AC)和中子(CNL)值依次减小、密度(DEN)值和电阻率(Rt)值递增的典型特征(图 2),与AC和CNL不同,自然伽马(GR)值在凝灰岩和火山角砾岩中出现反转,即GR是按照从火山角砾岩—凝灰岩—角砾安山岩—安山岩的顺序递减的。凝灰质砂岩的岩性特征不突出,无固定规律,其自然伽马值最大,声波时差和中子值较小,仅高于安山岩,密度和电阻率值介于火山角砾岩和角砾安山岩之间。总之,自然伽马与电阻率对各类火山岩岩性的响应明显。
3.2.2 岩-电划分火山岩岩体不同的火山喷发期次将产生不同的火山岩岩体,可重复出现相似的岩性组合[3],因此利用纵向上的岩性旋回和测井曲线变化可大致划分出火山岩岩体。准噶尔盆地西北缘石炭系XQD3077井岩性自下而上依次为安山岩、火山角砾岩、安山岩、凝灰岩、火山角砾岩、炭质泥岩、安山岩和火山角砾岩[参见图 1(c)],整体表现为火山角砾岩-安山岩或火山角砾岩-凝灰岩的岩性旋回,一个岩性旋回代表一个火山岩岩体,大致可划出4个火山岩岩体[参见图 1(c)]。通过在全区进行连井对比和火山岩岩体分层,最终识别出6个火山岩岩体,自下而上分别为1~6号火山岩岩体(图 3)。
1号火山岩岩体以安山岩为主,具有低GR和高DEN的特征,主要发育在西泉103井区西北部。2号火山岩岩体纵向上可分为2个岩性段:下部以火山角砾岩为主,具有低DEN和低Rt的特征,整体厚度较大;上部以安山岩为主,具有高DEN和高Rt的特征,厚度较薄。3号火山岩岩体分为3个岩性段:下部主要发育凝灰岩,中部为火山角砾岩,上部为炭质泥岩,GR,Rt和AC曲线分别表现为低-高-低和高-低-高的电性特征,下部岩性段和中部岩性段厚度相当,上部炭质泥岩较薄。4号火山岩岩体以火山角砾岩夹少量安山岩为主要特征,2号、3号和4号火山岩岩体分布范围较广,多数井均有钻遇。5号火山岩岩体下部发育火山角砾岩,上部发育凝灰岩,AC曲线从稳定高值变为锯齿状低值,特征明显。6号火山岩岩体较薄,以安山岩为主。5号和6号火山岩岩体主要发育在研究区的东南部。由上述分析可知,研究区西北部火山岩岩体的地层发生抬升,形成尖灭,并向东南方向倾斜,因此火山岩岩体多集中在东南部区域(图 3)。
3.3 地震响应识别标志 3.3.1 火山岩岩体地震响应识别标志不同火山岩岩体的火山喷发时期和岩性组合不尽相同,火山岩岩体之间存在速度和密度上的差异,造成地震响应的不同,主要表现为:1号、2号和3号火山岩岩体内幕地震反射杂乱、同相轴连续性差、频率低;4号、5号和6号火山岩岩体同相轴连续性好、频率偏高[图 4(a)]。同时,各火山岩岩体之间的分界面可成为较强的反射界面,在地震上表现为一套能量较强、连续性较好的波组反射,横向上可追踪性强[图 4(a)]。
火山岩岩体边界在地震剖面上较为明显,北部被西泉3井北断裂控制。西泉3井北断裂规模大,纵向贯穿切割多套地层,是西泉103井区裂隙式火山喷发的活动通道[图 4(b)]。西泉103井区断层两侧的地层岩性、地震反射特征和产状具有明显差异:南侧以火山角砾岩为主,平行地震反射结构,地层向南倾斜,产状平缓;北侧主要发育靠近火山通道的沉凝灰岩,地震反射杂乱,产状陡峭,倾角较大[图 4(b)]。火山岩岩体的南部和西部遭受强烈的风化剥蚀,与二叠系梧桐沟组(P3wt)呈不整合接触直接覆盖在石炭系巴塔玛依内山组(C2b)火山岩之上,形成岩性尖灭(图 4)。
3.3.3 火山岩岩体纵向分布特征从地震剖面(图 4)上可以看出,火山岩岩体向东南方向倾斜,其边界自下而上逐步向南部和东北部收缩。东倾的C2b火山岩岩体与上覆西倾的P3wt沉积岩地层呈“屋脊”状结构,易形成地层圈闭。火山岩岩体边界遭受剥蚀的地层其厚度变化较快,主体部分地层发育稳定,地震资料反映的火山岩岩体展布特征与岩-电划分结果一致。
4 火山岩岩体划分结果 4.1 划分结果根据准噶尔盆地东部西泉103井区钻井测试结果和岩-电及地震划分依据,对石炭系由深到浅划分出6个火山岩岩体和12个岩性段:1号和3号火山岩岩体各划分出3个岩性段,自上而下分别为11段、12段、13段及31段、32段、33段;2号和5号火山岩岩体各划分出2个岩性段,自上而下分别为21段、22段及51段、52段;4号和6号火山岩岩体分别只含有一套岩性。试油结果显示,2号和3号火山岩岩体分别试油4层,获工业油气流4层,其试油成功率为100%,说明2号和3号火山岩岩体含油率高。此外,2号和3号火山岩岩体的主要岩性是火山角砾岩(也是主要的储层岩性),其残余厚度较大,结合试采结果,认为2号和3号火山岩岩体是西泉103井区的主要火山岩储层岩体(表 1)。
利用火山岩岩体的顶面构造和底面构造进行计算得到2号和3号火山岩岩体的残余厚度平面展布(图 5),从图中可以看出:2号火山岩岩体和3号火山岩岩体呈块状分布,北部均被西泉3井北断层遮挡,西部和南部地层遭受剥蚀,这2个火山岩岩体的南部边界位置相当,但3号火山岩岩体的北部边界比2号火山岩岩体靠南,同时其西部边界比2号火山岩岩体偏东,因此3号火山岩岩体比2号火山岩岩体整体范围要小。此外,二者的平面分布特征差异较大。
2号火山岩岩体[图 5(a)]分布在XQ105—XQ3—XQ113井沿线以东,残余厚度为0~500 m,较大厚度主要发育在XQ112井南部、火山岩岩体西南角。自西向东零星有小面积火山岩岩体呈团状及较大厚度出现,并呈条带状展布,火山岩岩体最大厚度位于XQ115井东部,展布面积较大。尖灭处火山岩岩体厚度最薄,其余范围的厚度相当,平均厚度约为200 m。
3号火山岩岩体[图 5(b)]分布在XQ104—XQ103井沿线以东,残余厚度为0~440 m,较大厚度围绕XQ111—XQ15—XQ115井呈环带状分布在其周围以及火山岩岩体北部靠近西泉3井北断裂附近。最大厚度在火山岩岩体东北角和西泉3井北断裂南部,除去尖灭处厚度较薄外,过XQ8井沿北东方向出现条带状薄火山岩岩体,该条带向南分别在西南和东南处发现次厚火山岩岩体,最大厚度约为300 m。
研究区单个火山岩储层岩体面积广,平均厚度多为200 m,火山岩岩体规模较大。
5 结论(1)通过地震解释和属性分析,证实准噶尔盆地东部西泉103井区西泉3井北断裂是裂隙式火山喷发的主要通道,厘清了火山活动的4个完整喷发期次,不同期次的火山喷发形成不同的火山岩岩体。
(2)不同火山岩岩体的岩性、测井曲线电性和地震响应特征不同,根据这些特征,在西泉103井区共识别出安山岩、角砾安山岩、火山角砾岩、凝灰岩、凝灰质砂岩和炭质泥岩等6种岩性。纵向上表现为火山角砾岩-安山岩或火山角砾岩-凝灰岩的旋回特征,揭示了不同火山岩岩体的相互叠置关系;火山岩岩体之间的分界面和岩性之间的变化面在地震上特征明显,可连续追踪。
(3)综合岩心、测井、地震等特征和钻井信息,将西泉103井区石炭系火山岩储层共划分出6个火山岩岩体和12个岩性段,主要储层为2号和3号火山岩岩体。单个火山岩储层岩体规模较大。火山岩岩体整体向东南倾斜,和上覆沉积岩层组成“屋脊”状结构,在断裂的控制作用下,形成断层-地层圈闭。
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