于洪洲

（中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營257015）

近年來，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣火山巖儲層作為主 要勘探目的層，取得了一系列重大油氣突破，先后發(fā)現(xiàn)克拉瑪依、白堿灘、烏爾禾、百口泉和紅山嘴等油田［1-2］。哈山地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣哈-德構(gòu)造帶西段，屬于哈山山前沖斷帶的一部分，主要經(jīng)歷了6個構(gòu)造演化階段，其中以中—晚二疊紀(jì)的強(qiáng)烈逆沖推覆和三疊紀(jì)的沖斷疊加變形最為強(qiáng)烈，形成了該區(qū)石炭系火山巖的強(qiáng)烈逆沖推覆改造疊加［3-5］，也有效改善了火山巖的儲集物性，成為研究區(qū)重要的含油氣層系。哈山1、哈淺6等多口探井在石炭系火山巖推覆體中鉆遇油氣顯示并獲得工業(yè)油流，展現(xiàn)出良好的勘探前景［6］。鉆探效果及前人研究成果［7-10］表明，火山巖優(yōu)勢儲層是控制油氣富集程度的關(guān)鍵因素之一。不同于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)的火山巖，哈山地區(qū)石炭系火山巖遭受了多期逆沖推覆改造疊加［11］，其原始的火山機(jī)構(gòu)遭受破壞，火山巖的巖性和巖相序列更為復(fù)雜，優(yōu)勢儲層發(fā)育及分布是制約火山巖勘探部署的關(guān)鍵問題。

前人對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣石炭系火山巖儲層、裂縫發(fā)育特征及控制因素等方面做了大量研究工作［6-7］，主要側(cè)重于巖性、構(gòu)造、風(fēng)化淋濾、成巖作用等對火山巖儲層控制作用的定性評價(jià)，但對復(fù)雜構(gòu)造帶火山巖巖性的識別、各種因素對儲層影響的范圍、優(yōu)勢儲層成因模式等方面的研究卻甚少。為此，筆者根據(jù)野外露頭觀測、鉆井巖心觀察、巖石薄片、鑄體薄片、元素分析等結(jié)果并輔助成像測井解釋成果，重點(diǎn)剖析哈山復(fù)雜構(gòu)造帶火山巖的巖性識別、儲層特征及控制因素，探討優(yōu)勢儲層發(fā)育及分布模式，以期為研究區(qū)有利儲層預(yù)測及目標(biāo)優(yōu)選提供依據(jù)。

圖1 哈山地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置及火山巖分布Fig.1 Regional tectonic location and volcanic rocks distribution of Hashan area

1 火山巖分布及巖性特征

1.1 火山巖分布特征

哈山地區(qū)及周緣火山巖主要發(fā)育于上石炭統(tǒng)哈拉阿拉特山組，形成于陸緣島弧或與殘留洋盆有關(guān)的島弧背景［7］。受石炭紀(jì)以來多期構(gòu)造運(yùn)動的改造疊加，研究區(qū)發(fā)育多期次逆沖推覆構(gòu)造，使得其火山巖縱向上多期疊置、平面上疊合連片（圖1）。綜合三維地震、重力、電法等資料分析火山巖分布特征，結(jié)果表明，研究區(qū)火山巖主要分布于哈山中西部哈淺3至夏12井區(qū)，勘探面積為780 km2，厚度為1 450～5 000 m，埋深為2 000～6 000 m。

1.2 巖性特征

1.2.1 測井響應(yīng)特征

與常規(guī)碎屑巖不同的是火山巖的成因及巖性較為復(fù)雜［12］，因此需在火山巖巖心描述、露頭觀察、薄片鑒定的基礎(chǔ)上，確定火山巖的巖石類型。由哈山地區(qū)石炭系10口取心井198 m巖心觀察、12個露頭剖面觀測和35塊樣品薄片鑒定及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，研究區(qū)火山巖按成因可以分為火山熔巖和火山碎屑巖2大類，其中火山熔巖類主要有玄武巖、安山巖和玄武安山巖3種巖性，火山碎屑巖類包括火山角礫巖和凝灰?guī)r2種巖性。

準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖測井資料顯示，不同巖性的火山巖測井響應(yīng)特征具有較大差異（表1）。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，研究區(qū)玄武巖具有高密度、高電阻率、低自然伽馬、低聲波時差和中等中子孔隙度，表現(xiàn)為“兩高兩低加一中”特征；在成像測井圖像上，多呈塊狀構(gòu)造，部分呈層狀構(gòu)造。安山巖具有中高密度、高電阻率、中等自然伽馬、中低聲波時差和中低中子孔隙度，表現(xiàn)為“一高四中”特征；在成像測井圖像上，表現(xiàn)為高阻塊狀特征。玄武安山巖的常規(guī)和成像測井響應(yīng)特征與安山巖較為相似?；鹕浇堑[巖具有中低密度、中高電阻率、中高中子孔隙度、中高聲波時差的特征；在成像測井圖像上，火山角礫一般呈高阻亮色，分布于礫間的為低阻暗色充填物。凝灰?guī)r具有高聲波時差、中高電阻率、中低密度和中低中子孔隙度，自然伽馬隨著成分由基性至酸性的變化呈逐漸增加的特征；在成像測井圖像上，表現(xiàn)為多條較淺、斷續(xù)、亮色條帶或黃色斑狀特征，巖石晶屑呈亮色斑點(diǎn)。

表1 哈山地區(qū)火山巖測井響應(yīng)特征Table1 Logging response characteristics of volcanic rocks in Hashan area

圖2 哈山地區(qū)火山巖巖性識別圖版Fig.2 Lithologic identification of volcanic rocks in Hashan area

1.2.2 巖性識別

火山巖巖性識別是儲層研究的基礎(chǔ)，鉆井取心及分析化驗(yàn)資料僅可以對局部層段的巖性進(jìn)行精細(xì)刻畫，但對于厚度更大的非取心段巖性的識別則顯得更為重要。針對研究區(qū)構(gòu)造改造作用強(qiáng)、巖性復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，采用交匯圖版法將地質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)化為定量的測井?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)而建立巖性識別圖版，并開展火山巖巖性的綜合判別。

相對于火山巖，沉積巖具有高中子孔隙度、低電阻率的測井響應(yīng)特征；以補(bǔ)償中子測井為橫坐標(biāo)，電阻率為縱坐標(biāo)，建立火山巖與沉積巖巖性識別圖版（圖2a），可以很好的區(qū)分沉積巖和火山巖。

對火山巖化學(xué)成分反映最為敏感的測井曲線為自然伽馬和密度，電阻率次之。以自然伽馬為橫坐標(biāo)，密度為縱坐標(biāo)，建立火山碎屑巖與火山熔巖的巖性識別圖版（圖2b），可以看出火山熔巖發(fā)育區(qū)位于下斜線以下，火山碎屑巖發(fā)育區(qū)位于上斜線以上，過渡巖性發(fā)育區(qū)位于兩條斜線之間。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：從基性到酸性火山巖，放射性增強(qiáng)，密度降低。總體上，火山熔巖的放射性要高于火山碎屑巖，其密度也具有較高的特征。

火山巖從熔巖向碎屑巖的過渡，造成熔巖區(qū)與碎屑巖區(qū)有一定重疊，玄武巖、安山巖及玄武安山巖也有一定的重疊區(qū)域，特別是安山巖與玄武安山巖的重疊區(qū)域較多。針對以上巖性重疊區(qū)，采用M-N交匯圖消除孔隙度對測井值的影響，可以較好的區(qū)分玄武安山巖和安山巖（圖2c）。在GR-DEN交匯圖上，安山質(zhì)凝灰?guī)r與安山質(zhì)火山角礫巖的重疊區(qū)域較大，根據(jù)凝灰?guī)r電阻率明顯低于火山角礫巖、平均密度也稍低于火山角礫巖的差異性，結(jié)合logRt-DEN交匯圖可以較好的區(qū)分安山質(zhì)凝灰?guī)r和安山質(zhì)火山角礫巖［13］（圖2d）。

研究區(qū)火山巖巖性識別與統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，火山熔巖類的玄武巖和安山巖所占比例較高（54.9%），火山碎屑巖類的火山角礫巖、凝灰?guī)r所占比例中等（44.7%），沉凝灰?guī)r及流紋巖等巖性的含量則較少（0.4%）。在平面上，哈山1、哈山3等井區(qū)主要發(fā)育火山熔巖，哈淺3、哈淺6等井區(qū)主要發(fā)育火山碎屑巖。

圖3 哈山地區(qū)火山巖主要儲集空間類型Fig.3 Main storage types of volcanic rocks in Hashan area

2 儲集特征

2.1 儲集空間類型

儲集空間類型及發(fā)育程度是影響火山巖儲集性能的重要因素［14-16］，火山巖噴發(fā)及后期的改造是形成多類型儲集空間的基礎(chǔ)。巖心觀察、鑄體薄片及掃描電鏡分析結(jié)果表明，研究區(qū)火山巖儲集空間包括孔隙和裂縫2大類共16種類型。

研究區(qū)火山熔巖類的玄武巖、安山巖等發(fā)育的原生孔隙以原生氣孔為主，次生孔隙以斑晶溶孔、杏仁溶孔、基質(zhì)溶孔、粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔為主；火山碎屑巖類孔隙類型主要有粒間孔和粒間溶孔，其次為粒內(nèi)溶孔、晶內(nèi)溶孔和基質(zhì)內(nèi)溶孔等（圖3）。

哈山地區(qū)多期逆沖推覆構(gòu)造活動強(qiáng)烈，構(gòu)造縫是其主要的裂縫類型［6-7］。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，研究區(qū)火山巖儲集空間以構(gòu)造縫和溶蝕縫等次生裂縫為主，溶蝕孔次之，原生孔縫相對較少，也進(jìn)一步反映出該區(qū)火山巖儲層遭受較強(qiáng)的后期構(gòu)造及溶蝕改造作用。

2.2 物性特征

由哈山地區(qū)相鄰地區(qū)、相同層位的火山巖物性特征分析結(jié)果可知，其儲集物性與巖性密切相關(guān)［7，14-15］。從研究區(qū)不同巖性火山巖的孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，火山碎屑巖類的火山角礫巖、凝灰?guī)r的孔隙度和滲透率相對較高，孔隙度為9.4%～24.3%，平均為14.5%，滲透率為5.2～52.8 mD，平均為27.1 mD；火山熔巖類的安山巖的孔隙度和滲透率次之，孔隙度為2.3%～14.1%，平均為6.2%，滲透率為0.1～62.3 mD，平均為8.4 mD；玄武巖的孔隙度平均為3.6%，滲透率平均為0.2 mD；而沉凝灰?guī)r的儲集物性最差。由此看來，研究區(qū)火山角礫巖、凝灰?guī)r、安山巖的儲集物性最好。

3 儲層發(fā)育影響因素

3.1 巖性和巖相

火山巖的形成背景及噴發(fā)方式?jīng)Q定其火山機(jī)構(gòu)類型、巖性組合及早期成巖作用類型等方面存在較大差異，進(jìn)而也導(dǎo)致火山巖的后期抗風(fēng)化溶蝕能力和造縫能力的差異［17］，即火山巖的巖性和巖相控制了儲層原生儲集空間類型及后期可能改造的程度。由研究區(qū)數(shù)百米巖心及礦物含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，石炭系島弧不同部位對應(yīng)的巖性組合、造縫潛力、溶蝕程度等控制了優(yōu)勢儲層的發(fā)育（圖4）。島弧中心部位及近端的巖性組合以爆發(fā)相和溢流相互層為主，巖性以安山巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r為主，脆性礦物和不穩(wěn)定礦物含量高，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度小，更易被溶蝕，儲層更發(fā)育；而遠(yuǎn)端巖性組合主要以沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖夾薄層凝灰?guī)r為主，抗壓強(qiáng)度大，不易被溶蝕，儲層發(fā)育程度低。

由此來看，巖性和巖相控制了優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的潛力，以島弧中心及近端成儲條件最為優(yōu)越，裂谷遠(yuǎn)端儲層發(fā)育程度較差或不發(fā)育儲層。

圖4 哈山地區(qū)石炭系島弧建造火山巖成儲條件綜合評價(jià)Fig.4 Comprehensive evaluation of volcanic reservoir formation in Carboniferous island arc in Hashan area

3.2 風(fēng)化淋濾作用

風(fēng)化淋濾和溶蝕作用主要發(fā)生于不整合面、火山噴發(fā)旋回和噴發(fā)期次界面。不整合面經(jīng)過長期的風(fēng)化淋濾剝蝕，通常形成風(fēng)化殼型儲層［17］；噴發(fā)旋回和噴發(fā)期次的間歇期存在一定時間的暴露，發(fā)生風(fēng)化淋濾作用以及深層酸性流體的溶蝕作用，對儲層具有一定的改善作用，且往往發(fā)育在巖體單個旋回或期次的頂部，為油氣的主要儲集層段［18-21］。

哈山地區(qū)在石炭紀(jì)末發(fā)生較強(qiáng)的剝蝕，這也為火山巖儲層的進(jìn)一步改造提供了有利條件。通過研究區(qū)15口井500余組物性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以定量評價(jià)風(fēng)化淋濾和溶蝕作用對儲層的改造程度和優(yōu)勢儲層的發(fā)育厚度。從孔隙度與距風(fēng)化殼頂界面深度關(guān)系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，隨著距風(fēng)化殼頂界面深度的增大，風(fēng)化淋濾和溶蝕作用對儲層的改造程度降低，孔隙度也逐漸降低。風(fēng)化殼對儲層物性的影響深度一般小于210 m，其中距風(fēng)化殼頂界面0～60 m，儲層物性最好，孔隙度最高達(dá)25%，平均為19%。從孔隙度與噴發(fā)旋回、噴發(fā)期次界面深度關(guān)系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，噴發(fā)旋回界面對儲層的影響深度小于150 m，噴發(fā)期次界面對火山巖儲層的影響小于73 m。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，每期噴發(fā)旋回界面之下均發(fā)育較好的淋濾改造型儲層，厚度約為40 m；孔隙度一般為10%～20%，平均為14.5%；滲透率為0.2～59 mD，平均為14.4 mD。從含油性來看，噴發(fā)旋回界面之下的儲層含油性整體較好，一般為油跡、油斑顯示，也反映出火山噴發(fā)間歇期的風(fēng)化淋濾作用對火山巖儲層物性具有改善作用。

3.3 構(gòu)造作用

由于多期擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用，在火山巖中形成不同規(guī)模的斷裂和裂隙，這些裂隙在改善儲層滲濾性能的同時，還有效地增大了儲層的儲集空間［6，22-23］。哈山地區(qū)發(fā)育構(gòu)造縫、溶蝕縫和風(fēng)化縫3種類型，以構(gòu)造縫對儲層的改造作用最大。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)主要發(fā)育近WE，NEE—SWW及NNE—SSE向3組構(gòu)造縫，以70°～90°的高角度裂縫為主，裂縫間距主要為2～5 cm，長度主要為3～5 m。裂縫充填物包括方解石、黃鐵礦、硅質(zhì)、綠泥石、有機(jī)質(zhì)（瀝青、油跡）等，其中構(gòu)造縫的充填度最低，以未充填縫（占所有裂縫的比例為55%）、局部充填-半充填縫（占所有裂縫的比例為31%）發(fā)育為主，油氣顯示主要為富含油、油斑和熒光級別；其次為全充填縫（占所有裂縫的比例為14%），僅局部見熒光顯示。由此來看，裂縫的發(fā)育不僅可以改善火山巖的儲集性能，也與油氣顯示程度具有密切的相關(guān)性，表現(xiàn)出無縫不成藏的特征；因此，裂縫有利發(fā)育帶是油氣富集成藏的關(guān)鍵要素之一。

圖5 哈山地區(qū)火山巖儲層成因模式Fig.5 Genetic model of volcanic reservoir in Hashan area

4 儲層成因模式

受火山巖形成環(huán)境、構(gòu)造背景和后期改造作用的影響，研究區(qū)火山巖儲層在不同構(gòu)造位置受巖性和巖相、構(gòu)造作用、風(fēng)化淋濾作用的影響具有較大的差異，進(jìn)而造成不同構(gòu)造單元的儲層成因及發(fā)育特征也存在差異。根據(jù)這些差異特征可以將哈山地區(qū)火山巖劃分為巖相-斷裂型和巖相-褶皺型2種儲層成因模式。

4.1 巖相-斷裂型

該成因模式儲層的發(fā)育主要受斷裂和風(fēng)化淋濾作用控制，儲集空間類型以構(gòu)造縫、溶蝕孔縫為主，儲層呈蜂窩狀分布，有利儲層主要發(fā)育于推覆體前端（圖5a）。例如哈淺6井區(qū)推覆體的火山巖儲層主要發(fā)育于火山角礫巖、凝灰?guī)r和安山巖中，推覆體前端上部的儲集空間類型以原生孔縫、構(gòu)造縫、溶蝕孔為主，孔隙度一般為7.4%～18.6%，平均為13.1%，滲透率為2～52.8 mD，平均為24.2 mD，儲層物性較好；噴發(fā)旋回和噴發(fā)期次界面控制的儲層分布范圍分別為80和40 m，斷裂控制的儲層分布范圍約為2 km。推覆體前端下部的儲集空間類型以原生孔縫、構(gòu)造縫為主，孔隙度一般為4.2%～16%，平均為8.1%，滲透率為0.2～41.2 mD，平均為5.7 mD，儲層物性較好。推覆體后翼以原生孔縫為主，孔隙度一般為1.3%～4.9%，平均為3.1%，滲透率為0.01～0.09 mD，平均為0.05 mD，儲層物性相對較差。

4.2 巖相-褶皺型

該成因模式儲層的發(fā)育主要受巖性和巖相、褶皺作用的控制，儲集空間類型以原生孔和溶蝕孔為主，有利儲層呈透鏡狀分布，主要發(fā)育于推覆體前翼和核部（圖5b）。例如哈深2井區(qū)推覆體，其火山巖儲層主要發(fā)育于火山角礫巖、安山巖和流紋巖中，推覆體前端的儲集空間類型以原生孔縫、構(gòu)造縫、溶蝕孔為主，孔隙度一般為0.1%～7.8%，平均為3.6%，滲透率為0.1～1.3 mD，平均為0.6 mD；噴發(fā)旋回和噴發(fā)期次界面控制的有利儲層范圍分別為100和60 m，裂縫主要發(fā)育于中等-強(qiáng)曲率區(qū)域。推覆體核部的儲集空間類型以原生孔縫、構(gòu)造縫和溶蝕孔為主，孔隙度一般為2.2%～11.4%，平均為5.6%，滲透率為0.004～6.7 mD，平均為0.9 mD，儲層物性較好；噴發(fā)旋回和噴發(fā)期次界面控制的儲層分布范圍分別為100和60 m，裂縫主要發(fā)育在較強(qiáng)曲率區(qū)域。推覆體后翼以原生孔縫和溶蝕孔為主，孔隙度一般小于5%，滲透率一般小于0.2 mD，儲層物性相對較差。

總體而言，受巖性和巖相、后期改造作用的共同控制，在哈山地區(qū)石炭系火山巖推覆體前翼、核部的中上部，裂縫和溶蝕孔發(fā)育程度高，為儲層發(fā)育有利區(qū)，是尋找有效儲層的首選目標(biāo)；而推覆體后翼多屬于低孔低滲透儲層，是勘探的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

5 結(jié)論

準(zhǔn)西北緣哈山地區(qū)石炭系火山巖主要發(fā)育于島弧環(huán)境，由火山熔巖類的玄武巖、安山巖、玄武安山巖和火山碎屑巖類的火山角礫巖、凝灰?guī)r2大類5種巖性組成?；鹕綆r的巖性和巖相是影響火山巖儲層發(fā)育的內(nèi)在因素，以島弧中心及近端成儲條件最為優(yōu)越；風(fēng)化淋濾和構(gòu)造作用是外在因素，風(fēng)化淋濾作用主要發(fā)生于風(fēng)化殼、火山噴發(fā)旋回和期次界面之下，定量評價(jià)其對儲層物性影響的深度分別達(dá)210，150和73 m。受原始建造和后期改造的共同作用，將研究區(qū)石炭系火山巖儲層劃分為巖相-斷裂型和巖相-褶皺型2種成因模式；在推覆體前翼和核部、斷裂交匯處風(fēng)化殼、噴發(fā)旋回與期次界面的火山角礫巖、凝灰?guī)r、安山巖發(fā)育區(qū)為火山巖優(yōu)勢儲層分布區(qū)，是油氣勘探的有利區(qū)帶。