三塘湖盆地石炭系火山岩喷发环境及储层特征研究

朱 卡，李兰斌 （中国地质大学 （武汉）构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉430074）

梁 浩 （中石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆 哈密839009）

廖群安 （中国地质大学 （武汉）地球科学学院，湖北 武汉430074）

夏晓燕 （中国地质大学 （武汉）构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉430074）

三塘湖盆地石炭系火山岩喷发环境及储层特征研究

朱 卡，李兰斌 （中国地质大学 （武汉）构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉430074）

梁 浩 （中石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆 哈密839009）

廖群安 （中国地质大学 （武汉）地球科学学院，湖北 武汉430074）

夏晓燕 （中国地质大学 （武汉）构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉430074）

陆上与水下喷发火山岩在岩性、结构构造、蚀变特征、产状、与下伏地层接触关系、孔隙和裂缝发育特点等方面有显著区别。三塘湖盆地石炭系发育卡拉岗组 （C2k）和哈尔加乌组 （C2h）共2套储层，通过对这两个组的火山岩地球化学特征、岩性特征、蚀变特征、岩相类型、结构构造等进行研究，认为C2k以陆上喷发为主，而C2h为水陆过渡的环境，但以水下喷发为主。结合其储集空间的发育情况，综合分析认为陆上喷发环境储集性能优于水下喷发环境。

三塘湖盆地；石炭系；储集空间；陆上喷发火山岩；水下喷发火山岩

近年来，火山岩油气藏已在世界各地相继被发现［1～3］，我国自20世纪70年代以来，先后在渤海湾、准噶尔、塔里木、松辽及苏北盆地等地发现了火山岩油气藏［4～7］。对于火山岩储层的研究也引起了国内诸多学者的关注，近年来，我国学者对火山岩储层的研究取得了丰硕的成果［8～12］，以松辽盆地为例，在火山岩成岩作用、储集空间类型及成因、储层发育控制因素等方面有了很多可贵的认识。

三塘湖盆地位于新疆东北部地区，石炭系火山岩储层主要包括上石炭统的哈尔加乌组 （C2h）和卡拉岗组 （C2k）。研究区自2006年火山岩油气勘探取得重大突破，经过几年的持续勘探开发一体化攻关，不断获得新的发现，显示火山岩油气藏勘探具有良好的前景。笔者在对石炭系火山岩储层的地球化学特征、岩性特征、蚀变特征、岩相类型、结构构造等方面研究的基础上，分析了其喷发堆积环境，结合储集空间的发育特点，探讨了火山岩喷发堆积环境对储层的影响。

1 陆上与水下喷发火山岩区别

根据火山活动的地理环境等，将火山岩分为陆上喷发火山岩和水下喷发火山岩。进一步根据其堆积、保存的环境可进一步细分为陆上喷发水下保存火山岩、陆上喷发陆上保存火山岩、水下喷发水下保存火山岩和水下喷发陆上保存火山岩。该次研究侧重于火山岩堆积、保存时所处的环境对火山岩的影响，将陆上保存的火山岩统一归为陆上喷发火山岩，水下保存的火山岩统一归为水下喷发火山岩。

陆上与水下喷发火山岩喷发或保存时的介质 （水和空气）不同，是二者产生区别的最主要原因，因此火山岩分布范围、岩性组合、岩石颜色、共生岩石及化石组合、结构构造、岩相特征、与下伏地层接触关系等方面存在着差异［13］，表1详细地将二者进行了对比分析。

表1 陆上与水下喷发火山岩特征对比表

除此之外，陆上与水下喷发堆积的爆发相产物——火山碎屑岩，在成层性、粒序性、淬火性、熔结性、火山泥球、节理、胶结物、相变等特征方面均具有差异。

2 三塘湖盆地石炭系火山岩特征及喷发环境分析

三塘湖盆地位于新疆东北部地区，盆地一级构造单元呈现北西向的 “两隆夹一坳”的宏观格局，即由东北冲断隆起带、西南逆冲推覆隆起带和其间所夹的中央坳陷带构成，中央坳陷带从西向东可进一步划分为 “六凹五凸”。石炭系火山岩储层重点层位为上石炭统的C2h和C2k，该次研究针对这两个组的火山岩地球化学特征、岩性特征、蚀变特征、岩相类型、结构构造等方面进行对比分析，研究其火山岩的喷发堆积环境。

2.1 地球化学特征

石炭系火山岩主量元素分析表明，岩石类型上以中基性火山岩为主，岩石系列上主要为碱性系列与钙碱性系列组合。C2h火山岩在岩石类型上以中基性火山岩组合为主，其SiO2含量为46.04%～59.36%，碱 （Na2O＋K2O）含量为3.35%～10.63%；C2k火山岩为一套以中性岩为主的火山岩组合，SiO2含量范围为49.49%～68.00%，但绝大部分火山岩的SiO2含量介于55%～63%之间，火山岩的碱 （Na2O＋K2O）含量为4.89%～8.28%。

2.2 岩性特征及典型岩性

通过对研究区29口取心井镜下鉴定，发现石炭系主要发育中基性火山岩，其中熔岩占43.43%，火山碎屑岩占56.57%，根据其结构、成分还可进一步划分出40种岩石类型。分层系统计表明：C2k正常玄武岩占65%，杏仁状玄武岩占30%，气孔状玄武岩占5%；安山岩类中普通安山岩占60%，杏仁状安山岩占40%。C2h正常玄武岩占74%，杏仁状玄武岩占18%，气孔状玄武岩占7%；C2h安山岩类以普通安山岩为主，占86%，而杏仁状安山岩占14%。

C3k熔岩冷却单元顶底分带明显，常见 “红顶绿底”特征，部分熔岩底部的淬碎熔岩块与红色砂岩混杂，显示为褐红色 （图1（a））；同时杏仁状熔岩较为发育，且气孔大而多 （图1（b））；非熔结结构的火山角砾岩发育，颜色为红褐色 （图1（c））。

C2h发育玻基玄武岩，基质主要由大量深褐色火山玻璃组成 （图2（a））；火山碎屑岩以非熔结结构为主，颜色以灰色为主，但也可见熔结结构火山碎屑岩 （图2（b）、（c））；熔岩杏仁体和火山碎屑岩胶结物中方解石、黄铁矿相对发育 （图2（d）），凝灰质砂砾岩中多见钙质胶结物。

图1 石炭系卡拉岗组典型岩性特征

图2 石炭系哈尔加乌组典型岩性特征

2.3 岩石颜色

整体观察研究区石炭系岩心，C2k以紫红色、褐红色夹少量灰色为主，而下伏C2h火山岩多为灰绿色、棕色、灰色、灰黄色等，颜色整体多表现为杂色。

2.4 蚀变特征

研究区火山岩岩石成分中暗色矿物含量较高，稳定性差，极易蚀变。C2k可见橄榄石氧化环境下的伊丁石化蚀变 （图3（a））；C2h常见长石发生钠长石化 （图3（b））。

图3 石炭系火山岩蚀变特征

2.5 岩相

对研究区取心较为连续的井进行单井岩相划分，各种火山岩相的产物均较发育，爆发相所占比例较少，C2k溢流相的分带情况较为明显，上部杏仁熔岩带发育；C2h的爆发相以凝灰岩为主，且火山沉积相较为发育。

2.6 反映喷发环境的典型标志

2.6.1 C2k

1）共生岩石及化石 火山－沉积过渡岩石多是火山喷发间隙期或远离火山口地带形成，与正常的沉积岩互层。该相构造类型单一，有时层理发育，呈透镜状产出，可见生物化石或植物碎片，牛东9－10井C2k第12次取心1436.7m段沉凝灰岩中就见到了植物叶茎化石 （图4（a））。

2）不整合及风化壳 在C2k常见每一次喷发的停止间期经常存在 “红顶”沉积及风化壳且风化裂缝发育 （图4（b）），同时溶蚀杏仁内常充填渗滤泥或火山灰，常发育示顶底构造［14］（图4（c））。

3）柱状节理 C2k熔岩层中发育垂直流面的柱状节理 （图4（d）），而柱状节理为水上喷发堆积火山岩的典型标志。

2.6.2 C2h

1）共生岩石及化石 C2h同时为研究区重要的烃源岩层，火山沉积岩极为发育，调研该区区域地质概况发现，在三塘湖乡阿克提坎剖面C2h底部发育的凝灰质粉砂岩中含有丰富的海相化石 （图5（a））及茎干化石。

2）充填及胶结物 熔岩杏仁体和火山碎屑岩胶结物中方解石、黄铁矿相对发育 （图2（d）），凝灰质砂砾岩中多见钙质胶结物 （图5（b）），水下喷发堆积火山岩常为此特征。

综合分析研究区火山岩特征，认为三塘湖盆地C2k火山岩喷发堆积环境为陆上 （或陆上浅水）环境；C2h火山岩为水陆过渡的环境，但总体以水下喷发堆积环境为主。

3 储集空间特点

根据对研究区石炭系火山岩储层铸体薄片、普通薄片等资料的观察分析，储集空间按成因可以划分为原生和次生两大类。前者形成于火山岩固化成岩阶段，后者形成于火山岩成岩之后。原生类型中根据孔隙间的形态又可以进一步划分为原生孔隙和原生裂缝［15，16］。原生孔隙有原生气孔、杏仁体内孔、粒间孔和晶间孔；原生裂缝包括收缩缝、自碎缝、泄水缝。次生孔隙包括基质溶蚀孔、斑晶溶蚀孔、杏仁体溶蚀孔；次生裂缝主要是后期各种成因的构造裂缝和半充填缝及风化－溶蚀产生的裂缝。

图4 反映石炭系卡拉岗组喷发堆积环境的典型标志

图5 反映石炭系哈尔加乌组喷发堆积环境的典型标志

3.1 C2k储集空间特点

石炭系C2k不同储集空间类型中气孔、半充填杏仁孔和裂缝、斑晶溶孔、收缩缝的平均面孔率分别为0.56%、0.195%、0.016%、0.018%。气孔、半充填杏仁孔最发育，基质溶孔和粒间孔不发育，平均面孔率仅为0.005%和0.008%。分岩性统计，杏仁状玄武岩和杏仁状安山岩面孔率最大，平均面孔率分别为1.6%和1.4%；自碎角砾熔岩次之，平均面孔率为0.4%；不含杏仁构造的玄武岩和安山岩、凝灰岩、火山角砾岩最差，面孔率均小于0.3%。

3.2 C2h储集空间特点

石炭系C2h不同储集空间类型中气孔、半充填杏仁孔和裂缝、粒内溶孔、收缩缝的平均面孔率分别为0.46%、0.16%、0.13%、0.1%。气孔、半充填杏仁孔最发育，基质溶孔和斑晶溶孔不发育，平均面孔率仅为0.03%和0.02%。分岩性统计，杏仁状玄武岩和杏仁状安山岩面孔率最发育，平均面孔率分别为1.22%和0.8%；火山角砾岩、不含杏仁构造的玄武岩和安山岩次之，平均面孔率分别为0.5%、0.33%和0.53%；凝灰岩最差，面孔率仅为0.3%。

对比发现，C2k含有杏仁构造的熔岩储集性能优于C2h，而不含杏仁构造的熔岩C2h储集性能优于C2k；火山角砾岩储集性能C2h优于C2k。

结合其喷发堆积环境分析，C2k为陆上喷发堆积环境，熔岩在成岩过程中因上覆静水压力小，气孔大且在整个熔岩层中十分发育，顶底气孔带厚度大，而C2h主要为水下喷发堆积环境，由于静水压力造成气孔小而少，且充填程度较严重，后期陆上环境风化溶蚀强烈，共同造成了C2k含有杏仁构造的熔岩储集性能优于C2h；而水下喷发熔岩致密，构造裂缝发育，淬火作用形成裂缝发育，这些可能是C2h不含杏仁构造的熔岩储集性能优于C2k的原因；C2k火山角砾岩以熔结结构为主，岩石较为致密，而C2h火山角砾岩以非熔结结构为主，因此C2h火山角砾岩储集性能优于C2k。

4 结 论

1）陆上与水下喷发堆积的火山岩在分布范围、岩性组合、岩石颜色、化石组合、结构构造、岩相特征、与下伏地层接触关系等方面存在着区别，同时导致储层的储集空间类型和性能也有显著的差异。

2）三塘湖盆地C2k火山岩喷发堆积环境为陆上 （或陆上浅水）环境；而C2h火山岩为一种水陆过渡的环境，但总体以水下喷发堆积环境为主。

3）陆上喷发环境原生气孔较为发育，后期溶蚀改造较为强烈，而水下喷发火山岩裂缝性储集空间较为发育，但总体比较认为陆上喷发环境储集性能可能优于水下喷发环境。

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The Eruption Environment and Reservoir Characteristics of Carboniferous Volcanic Rocks in Sangtanghu Basin

ZHU Ka，LI Lan－bin，LIANG Hao，LIAO Qun－an，XIA Xiao－yan（First Author's Address：Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources（China University of Geosciences），Ministry of Education，Wuhan430074，Hubei，China）

The subaerial and subaqueous volcanic rock eruption was significant different in lithology，texture and structure，erosive property，occurence，contact with underlying strata，pore and fissure development etc.Two sets of volcanic reservoirs in Kalagang Formation and Ha'erjiawu Formation were developed during Carboniferous System in Santanghu Basin.By studying the characters of volcanic geochemistry，lithology，erosion，lithofacies types and structure etc，it is considered that the environment of the volcanic rocks of Kalagang Formation is subaerial eruption.It is water－land transition eruption，but main environment is subaqueous.In consideration of its reservoir space development，the integral analysis shows that the properties of volcano rock reservoir which is erupted in subaerial is better than that of subaqueous.

Sangtanghu Basin；Carboniferous；reservoir space；subaerial volcanic rocks；subaqueous volcanic rocks

TE122.2

A

1000－9752 （2012）03－0049－06

2011－11－10

朱卡 （1986－），男，2010年中国地质大学 （武汉）毕业，硕士生，现主要从事储层地质学及地震地质综合解释方面的学习和研究工作。

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