滴南凸起区石炭系火山岩岩性特征及其意义

熊益学，郗爱华，冉启全，葛玉辉，刘小洪，孙圆辉

（1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室；2.中国石油勘探开发研究院）

滴南凸起区石炭系火山岩岩性特征及其意义

熊益学1，郗爱华1，冉启全2，葛玉辉1，刘小洪1，孙圆辉2

（1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室；2.中国石油勘探开发研究院）

通过岩心观察、薄片鉴定、岩石化学及物性资料分析等，对滴南凸起区石炭系火山岩岩性特征及其意义进行了研究。结果表明：滴南凸起区石炭系火山岩具有基性、中性、酸性火山岩共存，亚碱性及碱性系列并生的特点；基性火山岩以碱性系列为主，主要分布在滴西17井区；中酸性火山岩可分为碱性和亚碱性系列2部分，前者主要分布在滴西14井区和滴西18井区，后者主要分布在滴西17井区、滴西14井区和滴西10井区；平面上，岩性分布具有明显分带性，整体呈现自西北向东南方向由基性向酸性依次过渡的特征。岩浆作用方式控制了火山岩结构、构造及基质属性，进而导致了角砾熔岩物性最优，火山凝灰岩的储集物性最差。

火山岩岩石类型；分布规律；储集物性；石炭系；滴南凸起

0 引言

近年来，随着第一个火山岩油气藏在美国加利福尼亚州的圣华金盆地被发现，国内相继在渤海湾盆地、二连盆地、黄骅坳陷、塔里木盆地、准噶尔盆地、松辽盆地及江苏油田等地发现了火山岩油气储层［1］。于是，火山岩作为一种重要的油气储层已引起众多国内外地质学家的高度重视［2-6］。而火山岩岩性是火山岩储层地质学研究的重点，也是储层描述和储层预测的基础。准噶尔盆地石炭系具有丰富的油气资源，在已经发现的克拉玛依、百口泉、红山嘴、车排子和石西地区5个油田以及五彩湾气田基础上［5］，2006年在陆梁隆起东南部的滴南凸起区又发现了克拉美丽千亿方的大气田，拉开了该区火山岩气藏全面勘探开发的序幕。然而，火山岩岩性组合复杂，后期构造和成岩作用多变等因素长期影响着滴南凸起区石炭系火山岩油气赋存规律的研究。为此，通过大量的岩心观察、岩屑薄片镜下鉴定和岩石化学分析，对滴南凸起火山岩岩性特征进行了研究，探讨了不同岩性对储集物性的影响。

1 区域地质概况

准噶尔盆地是新疆北部长期发展形成的大型叠合盆地［7］，总体形态呈三角形［图 1（a）］，周边被古生代褶皱山系所夹持。盆地形成受控于古亚洲洋和周边造山带的演化，经历了板块消减增生、地体拼贴［7-8］、陆陆碰撞和陆内裂谷作用［9-10］等多阶段不同性质的构造变革。滴南凸起形成于石炭纪末期，位于准噶尔盆地陆梁隆起东南部，东抵克拉美丽山前，西连石西凸起，南临东道海子凹陷，北接滴水泉凹陷［图（1b）］。石炭系自下而上依次划分为下石炭统塔木岗组（C1t）、滴水泉组（C1d）及上石炭统巴塔玛依内山组（C2b），本次研究主要涉及滴西17井区、滴西14井区、滴西18井区和滴西10井区，共约200 km2的范围。

图1 准噶尔盆地滴南凸起区域位置及构造略图（据文献［11］修改）Fig.1 Regional location and structural map of Dinan uplift in Junggar Basin

2 火山岩岩性特征

2.1 火山岩类型

根据10口井累计420.5 m长的岩心、1000余块薄片鉴定结果，认为滴南凸起火山岩类型多样，既有火山熔岩，也有火山碎屑岩，其特征各异（表1）。主要包括次火山岩、火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩、火山-沉积碎屑岩等5种类型。

表1 滴南凸起区石炭系火山岩岩性分类特征Table 1 Lithologic classification of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

（1）次火山岩类。滴南凸起区石炭系钻遇的次火山岩为正长斑岩，岩石呈紫灰色、锈灰色，斑状结构和似斑状结构。斑晶主要为卡式双晶、信封状双晶和条纹结构（图版Ⅰ-1）的正长石（10%～15%）。基质主要为微晶—细晶结构的正长石（70%±）、石英（5%～8%）及少量的黑云母和角闪石（不足5%）。其中，斑晶和基质正长石表面污浊，普遍发生高岭石化蚀变；石英多呈它形细粒状位于基质正长石晶间或呈项链状环绕斑晶分布；暗色矿物多发生绿泥石化蚀变，发育块状构造。该区次火山岩类主要分布在滴西18井区和滴西10井区，受构造破坏可形成碎裂正长斑岩，构成较好的油气储集空间。

（2）火山熔岩类。滴南凸起区石炭系火山熔岩比较发育，主要类型有：①玄武岩。主要分布在滴西17井区，岩心见于3500 m以下的深度，岩石呈深灰色、黑绿—黑色，斑状结构或少斑结构。斑晶含量不足10%，主要为斜长石，部分橄榄石。基质由辉石、磁铁矿或隐晶质充填于基质斜长石格架内，构成间粒结构或间隐-间粒结构，次要矿物为角闪石和黑云母。发育气孔构造、杏仁构造和块状构造，杏仁体常呈椭圆状、透镜状或不规则状被绿泥石、绿脱石和方解石等次生矿物充填（图版Ⅰ-2）。②安山岩。主要分布在滴西17井区，岩心见于3500 m以上的深度，位于玄武岩之上。岩石呈灰绿色、紫灰色，斑状结构或少斑结构。斑晶含量不足10%，主要为斜长石，局部发育正边结构，少量辉石和角闪石斑晶。基质由板条状微晶斜长石半定向排列，构成交织结构或玻基交织结构（图版Ⅰ-3）。主体为块状构造，局部见杏仁构造。③粗面岩。主要分布在滴西18井区，岩心见于3500 m以上的深度。岩石主要呈暗灰色，风化后呈褐灰—褐红色，斑状结构，局部见多斑结构。斑晶含量约10%，主要为卡式双晶结构的透长石（图版Ⅰ-4），少量斜长石。基质为隐晶质结构或显微结晶结构，板条状微晶钾长石半定向排列构成典型粗面结构。次要矿物为角闪石、石英，角闪石多发生绿泥石化蚀变。主体为块状构造。

（3）火山碎屑熔岩类。是火山碎屑岩向熔岩过渡类型，火山碎屑物含量为30%～50%，碎屑间由熔岩胶结，胶结成分大多与火山碎屑物相近或相同，熔岩可在碎屑间呈流动构造（图版Ⅰ-5）。火山碎屑熔岩一般分布在近火山口附近，岩心见于滴西14井区3660～3850 m的深度内，主要为粗安质角砾熔岩。

（4）火山碎屑岩类。主要类型有：①火山角砾岩。多呈肉红色、灰绿色，火山角砾和火山凝灰等组分＞90%。角砾含量＞50%，成分主要为各种类型的熔岩，大小不等，一般呈棱角—尖棱状，分选性差（图版Ⅰ-6）。火山凝灰部分主要由粒径＜2 mm的岩屑、晶屑、玻屑和火山尘组成，起到胶结火山角砾的作用。岩心见于滴西17井区3500 m以上和滴西18井区4060 m的深度内。其中，滴西17井区主要为玄武质火山角砾岩，滴西18井区主要为粗面质火山角砾岩。②火山凝灰岩。多呈灰绿色，粒度为0.05～2 mm的火山碎屑物含量在90%以上。根据碎屑物类型和相对含量，将岩心观察到的火山凝灰岩分为晶屑凝灰岩、玻屑凝灰岩和复屑凝灰岩3种类型。其中，玻屑通常呈炸裂气泡状、弧面三角状、弯钩状等不规则形态（图版Ⅰ-7），在一定程度上暗示了该区火山凝灰岩具有水下快速冷凝的结晶特点，主要分布在滴西14井区3682～3701 m和滴西10井区3036 m深度内，其他地区也有少量分布。③熔结火山角砾岩。呈灰褐色，具熔结角砾结构。火山碎屑（粒径＞2 mm）含量＞90%，角砾成分复杂，主要为凝灰岩岩屑、玄武岩和安山岩熔岩碎屑。角砾之间或者角砾与填隙物之间相互焊结，大的塑性角砾遇刚性角砾和岩屑有压弯或扭转等形变特征（图版Ⅰ-8）。岩心见于滴西17井区3810 m深度内，主要为玄武质熔结角砾岩。④熔结火山凝灰岩。呈灰绿色，具熔结凝灰结构和假流动构造，内部粒径＜2 mm的塑性玻屑、塑性岩屑呈拉长状定向排列，岩心肉眼观察易与流纹岩相混淆。岩心主要见于滴西14井区3820 m的深度内，主要为晶屑、岩屑熔结凝灰岩。

（5）火山-沉积碎屑岩类。主要类型有：①沉凝灰岩。呈黑色、黑绿色、肉红色等杂色，具沉凝灰结构，层理构造。火山碎屑含量＞75%，主要由＜2 mm的玻屑、岩屑及晶屑和火山凝灰质组成。正常陆源碎屑主要为粉砂质或泥质成分，可见少量次圆状石英碎屑（图版Ⅰ-9）。岩心见于滴西17井区3600 m以上和滴西18井区3570 m的深度内，一般炭质组分较高，下部通常为火山角砾岩，代表火山喷发的间歇期或低潮期。②沉火山角砾岩。呈灰绿色，具沉凝灰角砾结构，层理构造。火山碎屑物含量＞75%，粒径为 2～64 mm的火山角砾含量＞30%，包括＜2 mm的岩屑、晶屑、玻屑等凝灰级碎屑。正常陆源碎屑含量＜25%，主要为少量砾石、砂屑等陆源碎屑。岩心见于滴西18井区，其中，DX1824井3568.51～3577.24 m与3598.26～3616.85 m之间出现2段与沉凝灰岩呈互层状产出的沉火山角砾岩，角砾成分复杂，层理发育，因含陆源碎屑物与火山角砾岩相区别。③凝灰质砾岩、砂岩及泥岩。呈杂色，具凝灰沉积结构，层理构造。火山碎屑物含量为10%～50%，主要为火山灰。根据外来碎屑的粒径大小将其划分为砾岩、砂岩及泥岩。

通过对取心段岩性特征（表2）的分析表明：研究区石炭系火山岩类型复杂，滴西17井区以基性、中基性火山熔岩类为主，次为火山碎屑岩类；滴西14井区主要为中性、中酸性火山碎屑岩；滴西18井区以浅层侵入的次火山岩（正长斑岩）为主，具少量熔岩和火山-沉积碎屑岩；滴西10井区则主要为酸性火山碎屑岩。

表2 滴南凸起区石炭系主要取心井火成岩岩性、厚度（m）分布特征Table 2 Lithology thickness（m）distribution of Carboniferous igneous rocks of main coring in Dinan uplift

2.2 火山岩岩石化学特征

对滴南凸起27个取心样品进行全岩化学分析，并将分析数据投影到TAS图解上（图2），样品点全部投落在基性、中性和酸性岩范围内。按照Irvine等（1971）关于碱性岩和亚碱性岩的划分方案，样品包含亚碱性和碱性2个系列。滴西17井区主要为基性、中基性的碱性岩，以大量出现的玄武岩、粗面玄武岩等熔岩及相应的火山碎屑岩为代表；滴西14井区主要为中性、中酸性的碱性岩，以大量出现的粗安质、粗面质火山凝灰岩、火山角砾岩等火山碎屑岩为代表；滴西18井区主要为中性、中酸性的碱性岩，部分为中性、中酸性的亚碱性岩，与岩心中大量出现的正长斑岩和粗面岩等碱性岩以及亚碱性的安山岩相对应；滴西10井区主要为中酸性、酸性的亚碱性岩，以英安质、流纹质火山凝灰岩为代表，与岩心及薄片鉴定结果相一致。

图2 滴南凸起石炭系火山岩TAS图解Fig.2 TAS diagrams of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

2.3 火山岩岩性分布特征

资料显示，滴南凸起区巴塔玛依内山组火山喷发具有阶段性和差异性的特点［12］，火山作用方式以宁静溢流、强烈爆发为主，同时伴随浅层侵入（图3），这种多期次喷发机制决定了火山岩岩性复杂（从基性到中性直至酸性均有分布），亚碱性及碱性系列共存的特点。根据火山岩特有的测井响应和地震波反射结构可准确地识别和预测火山岩的岩性［13-15］。依据该区测井、地震资料，结合火山岩发育模式对不同类型的火山岩分布进行了预测：滴南凸起区石炭系火山岩大致分为西北部、中部及东南部3个区间，每个区间火山岩大致呈北东向条带状分布（图4）；西北部以玄武岩、安山岩为主，夹杂沉凝灰岩；中部主要为正长斑岩、火山凝灰岩、火山角砾岩和熔结凝灰岩，粗面岩仅发育于滴西18井附近；东南部以流纹岩、熔结凝灰岩、火山角砾岩呈平面相间产出。整体表现出自西北向东南由基性向酸性依次过渡的特征，岩性空间分布具有明显的分带性。

图3 滴南凸起区石炭系火山岩发育模式Fig.3 The formation model of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

图4 滴南凸起区石炭系火山岩岩性平面展布特征Fig.4 Lithology distribution of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

3 火山岩岩性对储集物性的影响

岩性是储集空间的物质载体，后期改造因素对储集物性影响较大。为了明确不同岩性对储集物性的影响程度，研究过程中避开了裂缝发育段，选取未遭受强烈蚀变的样品进行实测孔隙度统计，结果发现：①浅层侵入的正长斑岩因斑晶结晶缓慢，自形程度高，常呈斑状、似斑状结构，其孔隙度分布范围较小，平均值为8.37%（图5）。孔隙结构与矿物结晶程度有关，在该区基质呈微晶结构的正长斑岩孔隙度（3.9%～4.3%）远小于显微晶结构（表3）。②岩浆宁静溢流形成的玄武岩因挥发组分的含量及后期气孔充填程度的差异，导致孔隙度有较大的变化范围（图5），且均为少斑结构的玄武岩（表3），发育气孔构造的玄武岩孔隙度（13.6%～15%）明显好于气孔-杏仁状（10.8%～12.6%）和杏仁状玄武岩，同时，基质结构不同也可能造成储集物性的差异（表3）（滴西172井3506.83 m与滴西17井3635.39 m）。③在研究区角砾熔岩中的角砾与熔浆胶结物成分相似（图版Ⅰ-5），为同期熔浆在流动过程中，将已固结的熔岩外壳冲破碎裂并将碎块包裹而成，其胶结物具有气孔构造和杏仁构造（表3），平均孔隙度较高（图5）。④因火山角砾岩的快速堆积，形成了角砾支撑结构，在该区具有较高的孔隙度（9.78%），后期压实对储集空间起破坏作用，是造成其最大孔隙度远小于玄武岩孔隙度的重要原因。⑤熔结角砾岩的角砾被塑性玻屑及较小火山碎屑物熔结，呈现熔结角砾结构（图版Ⅰ-8），填隙物成分容易变形，形成的孔隙度相对于角砾熔岩和火山角砾岩均较小。⑥因火山凝灰岩的碎屑粒度细，且被火山灰胶结，其含有的塑性岩屑及塑性玻屑，在压实过程中可挤入原始粒间孔而降低孔隙，因此在研究区孔隙度最小。⑦熔结凝灰岩多具有小囊状气泡，因熔结作用使其较好地保持了高温能力，造成其岩浆后期阶段冷凝时间较长，使得固相和挥发相之间充分作用，有利于挥发气体释放而形成孔隙，同时，弱熔结、中等熔结结构的熔结凝灰岩除了具有气泡作用形成的孔隙外，还残存相对疏松的粒间孔隙，造成了在该区具中等熔结结构的熔结凝灰岩孔隙度（3.2%～4.3%）大于强熔结结构的熔结凝灰岩孔隙度，这与 Sruoga等［16］的认识较为一致。

图5 滴南凸起区石炭系火山岩孔隙度与岩性关系图Fig.5 Relationship between porosity and lithology of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

表3 滴南凸起区石炭系火山岩岩石学特征与物性关系Table 3 Relationship between petrology and reservoir properties of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

4 结论

滴南凸起区石炭系火山作用以宁静溢流、强烈爆发为主，同时伴随浅层侵入。多期次火山喷发机制决定了该区火山岩具有基性、中性、酸性共存及亚碱性与碱性系列并生的特点，且在空间分布上具有明显的分带性。该区西北部以碱性和亚碱性玄武岩、安山岩为主，夹杂沉凝灰岩；中部主要为碱性正长斑岩、火山凝灰岩、火山角砾岩和熔结凝灰岩；东南部以亚碱性流纹岩、熔结凝灰岩、火山角砾岩呈平面相间产出，整体表现出自西北向东南由基性向酸性依次过渡的特征。不同岩浆作用方式控制了火山岩结构、构造及基质属性，从根本上造成了不同岩石类型的物性差异，进而导致了滴南凸起区角砾熔岩物性最优，而火山凝灰岩的储集物性最差。

［1］罗静兰，邵红梅，张成立.火山岩油气藏研究方法与勘探技术综述［J］.石油学报，2003，24（1）：31-38.

［2］朱如凯，毛治国，郭宏莉，等.火山岩油气储层地质学——思考与建议［J］.岩性油气藏，2010，22（2）：7-13.

［3］王璞珺，迟元林，刘万洙，等.松辽盆地火山岩相：类型、特征和储层意义［J］.吉林大学学报：地球科学版，2003，33（4）：449-456.

［4］吴昌志，顾连兴，任作伟，等.中国东部中、新生代含油气盆地火山岩油气藏成藏机制［J］.地质学报，2005，79（4）：522-530.

［5］潘建国，郝芳，谭开俊，等.准噶尔盆地红车断裂带古生界火山岩油气藏特征及成藏规律［J］.岩性油气藏，2007，19（2）：53-56.

［6］Rohrman M.Prospectivity of volcanic basins：Trap delineation and acreage de-risking ［J］.AAPG Bulletin，2007，91（6）：915-939.

［7］陈发景，汪新文，王新伟.准噶尔盆地的类型和构造演化［J］.地学前缘，2005，12（3）：77-89.

［8］李锦轶，何国琦，徐新，等.新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨［J］.地质学报，2006，80（1）：148-168.

［9］肖文交，韩春明，袁超，等.新疆北部石炭纪—二叠纪独特的构造-成矿作用：对古亚洲洋构造域南部大地构造演化的制约［J］.岩石学报，2006，22（5）：1062-1076.

［10］龙晓平，孙敏，袁超，等.东准噶尔石炭系火山岩的形成机制及其对准噶尔洋盆闭合时限的制约［J］.岩石学报，2006，22（1）：31-40.

［11］吴小奇，刘德良，魏国齐，等.准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩地球化学特征及其构造背景［J］.岩石学报，2009，25（1）：55-66.

［12］谭佳奕，吴润江，张元元，等.东准噶尔卡拉麦里地区巴塔玛依内山组火山岩特征和年代确定［J］.岩石学报，2009，25（3）：539-546.

［13］许多年，蒋春玲，潘建国，等.Epos3.0地震解释系统在准噶尔盆地车排子地区火山岩油气勘探中的应用［J］.岩性油气藏，2009，21（1）：112-115.

［14］许多年，潘建国，陈永波，等.地震储层学在准噶尔盆地火山岩油气勘探中的应用——以乌夏地区为例［J］.岩性油气藏，2010，22（3）：5-8.

［15］刘俊田，张代生，黄卫东，等.三塘湖盆地马朗凹陷火山岩岩性测井识别技术及应用［J］.岩性油气藏，2009，21（4）：87-91.

［16］Sruoga P，Rubinstein N.Processes controlling porosity and permeability in volcanic reservoirs from the Austral and Neuquén basins，Argentina［J］.AAPG Bulletin，2007，91（1）：115-129.

Characteristics and significance of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

XIONG Yi-xue1， XI Ai-hua1， RAN Qi-quan2， GE Yu-hui1， LIU Xiao-hong1， SUN Yuan-hui2
（1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservior Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Research Institute of Petroleum Exploration&Development， PetroChina， Beijing 100083， China）

Based on core observation,thin section identification,petrochemical analysis and reservoir property data

analysis,the characteristics and significance of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift were studied.The result shows that the Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift have the characteristics ofcoexistence ofbasic,intermediate and acidic,and intercrescence of subalkaline and alkaline series.Basic volcanic rocks mainly are alkaline series and distributed in Dixi 17 well area.Intermediate-acidic volcanic rocks can be divided intoalkaline and sub-alkaline series,the former mainlydistributed in Dixi 14 and 18 well areas,and the latter mainlydistributed in Dixi 17,14 and 10 well areas.The lithology distribution on the plane has obvious zonation showing the gradual transition from basic rock to acidic rock towards the southeast.Magmatic process controls the volcanic texture,structure and matrixproperties,which led toa gradual deterioration ofphysical properties frombrecciated lava tovolcanic tuff.

volcanicrocktypes； lithologydistribution； reservoirproperties； Carboniferous； Dinanuplift

TE122.2+22

A

2011-06-28；

2011-07-29

国家重点基础研究发展计划“973”项目（编号：2007CB209507）“火山岩气藏有效储层内部结构特征及渗流规律”部分成果。

熊益学，1983年生，男，西南石油大学在读博士研究生，研究方向为储层地质学。地址：（610500）四川省成都市新都区西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室。E-mail：xiongyixue2002@yahoo.com.cn

郗爱华，博士生导师，矿物岩石矿床学专业。E-mail：aihuaxi@163.com

1673-8926（2011）06-0062-07

图版Ⅰ

杨琦）