准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏成藏影响因素研究

柳双权，曹元婷，赵光亮，朱军，史基安，张顺存

准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏成藏影响因素研究

柳双权1，2，曹元婷3，赵光亮1，2，朱军4，史基安1，张顺存1

（1．中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州730000；2．中国科学院大学，北京100049；3.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000；4.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌736200）

以准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏为研究对象，利用烃源岩地球化学参数、储层物性和钻井等资料，对其生烃条件、储层特征及演化、油气运移方式和储盖组合进行了系统分析。研究认为：陆东—五彩湾地区主要发育滴水泉组和巴塔玛依内山组共2套烃源岩，有机质成熟度较高；储层物性较好，非均质性较强，不同类型储层物性差别较大；形成英安岩-凝灰岩、火山角砾岩-凝灰岩、玄武岩-泥岩和花岗岩-泥岩等4种储盖组合；油气主要以断裂和不整合面作为运移通道，储集于距石炭系顶面较近的风化壳储层中。

石炭系；火山岩；油气藏；影响因素；准噶尔盆地

0 引言

火山岩油气作为一种重要的非常规油气资源，在国外已有120 a的勘探历史［1］。中国自20世纪70年代以来，随着松辽和准噶尔等盆地大型火山岩油气藏的发现，火山岩已经由油气勘探的禁区变成了目标区，并取得了较大的勘探成果，显示出巨大的勘探潜力。准噶尔盆地石炭系地层中已发现了陆东、五彩湾和克拉美丽等多个火山岩油气田（图1），其油气藏的形成与演化均已成为人们关注的焦点。前人对准噶尔盆地石炭系火山岩油气藏的储层特征［1-4］、岩性岩相［5-6］、地球化学特征［7-11］和火山机构［12］等方面均开展了大量的研究工作，并取得了一批卓有成效的认识与成果。然而，随着石炭系火山岩油气勘探的进一步深入，一些制约火山岩油气勘探的问题开始显现，比如火山岩储层非均质性强、物性变化大、裂缝广泛发育但分布不均匀等，这些均导致对火山岩油气藏成藏机理的解释具有多解性和片面性。笔者以陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏为研究对象，基于取心段烃源岩的地球化学特征、储层岩性和物性及区域断裂的分布特征等资料，对其烃源岩发育、储层特征、区域断裂构造和储盖组合进行综合研究，探讨油气藏形成的条件和影响因素，以期对火山岩油气勘探提供借鉴。

图1 准噶尔盆地陆东—五彩湾地区构造位置及地层柱状图Fig.1Tectonic location and stratigraphic column of Ludong-Wucaiwan area in Junggar Basin

1 地质背景

准噶尔盆地是欧亚板块的组成部分，隶属于其中的哈萨克斯坦古板块，是在中晚石炭世海西期火山岩褶皱基底基础上发育起来的一个多期叠合型盆地，经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅等4期构造运动［13-14］。盆地内发育中上石炭统—第四系地层，其最大厚度为16 000 m，地层南厚北薄，盆地基底向南倾斜［15］。

陆东—五彩湾地区位于准噶尔盆地东北部，石炭纪的演化除了受盆地的主要地质事件控制或影响外，同时也有自己的特点。早石炭世，陆东—五彩湾地区位于准噶尔古陆的东北边缘斜坡区，火山活动微弱，处于沉降期，发育了一套海陆交互的碎屑岩建造；早石炭世末—中石炭世初，准噶尔地体与西伯利亚板块碰撞使得火山喷发与岩浆侵入持续发生，研究区发育了较厚的火山岩，火山喷发间歇期沉积了具有生烃能力的炭质泥岩（含煤层）与暗色泥岩，该套地层构成了该区最好的一套生、储、盖组合；晚石炭世—早二叠世，海水由盆地东北缘逐渐退出，洋盆关闭，随着克拉美丽山进一步向南逆冲，在山前形成具有多个残凹的前陆盆地，其前缘凸起位于滴南凸起一线，残留海主要位于五彩湾—石钱滩一带，该时期的沉积物主要来自克拉美丽山，以残留海相和残凹充填沉积为主［11，16-17］。研究区石炭系从老至新发育的地层有塔木岗组（C1t）、滴水泉组（C1d）、巴塔玛依内山组（C2b）和石钱滩组（C2-3sh）。

2 生烃条件

准噶尔盆地石炭系烃源岩主要分布于准东和盆地腹部地区［18］，其主力烃源岩层为下石炭统滴水泉组和上石炭统巴塔玛依内山组。滴水泉组发育期，研究区洋盆逐渐闭合，形成一套海陆过渡相地层［19］，岩性以灰—深灰色泥岩为主，其次为凝灰岩、粉砂质泥岩和煤层。钻井揭示地层厚度为49～221 m，其中暗色泥岩厚度为49～189 m，平均为66.5 m。该层段20口井75块样品的地球化学分析表明，滴水泉组烃源岩氯仿沥青“A”质量分数为0.01%～1.30%；有机碳（TOC）质量分数为0.17%～26.76%，有机质丰度较高；干酪根镜质体反射率（Ro）为0.56%～1.83%，处于成熟—过成熟阶段；干酪根类型以腐殖型（Ⅲ型）为主（表1）。

巴塔玛依内山组发育期，准噶尔洋已经闭合［20］，准噶尔微陆块和克拉美丽岛弧带发生碰撞，五彩湾凹陷为碰撞带前缘的前陆盆地，形成一套陆相地层［19］，钻井揭示烃源岩厚度为7～249 m，岩性以暗色泥岩和凝灰岩为主，其次为炭质泥岩和煤层。该层段85块样品的地球化学分析表明，巴塔玛依内山组烃源岩氯仿沥青“A”质量分数为0.01%～1.27%，TOC质量分数为0.03%～41.20%，有机质丰度较高，Ro为0.61%～2.00%，处于成熟—过成熟阶段；干酪根类型以Ⅲ型为主，部分井可见Ⅱ2型干酪根（参见表1）。

相对而言，巴塔玛依内山组烃源岩在分布范围、厚度、TOC和Ro等方面均优于滴水泉组，但是二者均具有较强的生烃能力，具有形成大型油气田的条件。

表1 准噶尔盆地陆东—王彩湾地区石炭系烃源岩地球化学分析Table 1Geochemical analysis of Carboniferous hydrocarbon source rocks in Ludong-Wucaiwan area of Junggar Basin

3 火山岩储层特征

3.1岩性与物性特征

陆东—五彩湾地区钻遇石炭系火山岩的井约60口，其中34口具有油气显示。录井数据分析、岩心观察和薄片鉴定表明：含油气层段火山岩岩性较为复杂，主要为安山岩（占30.76%）、凝灰岩（占26.01%）和火山角砾岩（占19.24%），其次为玄武岩（占10.09%）、流纹岩（占5.23%）、花岗岩（占3.13%）与沉凝灰岩（占5.01%）等。其中玄武岩与安山岩原生气孔和次生溶蚀孔均发育，火山角砾岩原生粒间孔和次生溶蚀孔均发育。含油气层段火山岩样品的孔隙度统计结果表明：火山角砾岩储集物性最好，平均孔隙度为15%，最大孔隙度为23%；玄武岩与安山岩次之，平均孔隙度约为12.4%；流纹岩数量相对较少，平均孔隙度接近10%（图2）。相对而言，侵入岩类（花岗岩）由于缺乏原生孔隙，后期构造断裂是其形成储集空间的主要因素，其物性较差，孔隙度为6%～8%。

图2 准噶尔盆地滴西地区火山岩储层物性特征Fig.2Porosity and permeability characteristics of volcanic rocks in Dixi area of Junggar Basin

火山岩储层非均质性较强，孔隙度与渗透率相关性差，其中基性—中性火山岩（玄武岩与安山岩等）孔渗相关性最差（R2=0.125），酸性火山岩（流纹岩等）孔渗相关性稍好（R2=0.179）。相对而言，火山碎屑岩具有较好的孔渗相关性（R2=0.231），表现为具有良好的储集性能，大部分样品孔隙度>6%，渗透率>0.5 mD。

3.2 风化壳对储层的影响

陆东—五彩湾地区的火山岩经地表流体作用后才有较大的几率成为优质储层［21］。前人研究［22］表明，地表流体对火山岩储层储集空间的演化十分重要。研究区石炭系顶面主要为一个构造不整合面［23］，位于古地形高部位的火山岩暴露时间长、面积大、大气淡水淋滤时间长、遭受的各种物理和化学风化作用强烈，使原本致密的岩石易溶组分被溶蚀，导致次生孔隙大量发育，形成了独特的石炭系火山岩风化壳优质储层。对准噶尔盆地西北缘和陆东—五彩湾地区38口井的含油气层深度的分析（图3）表明，油气层段主要分布于距石炭系风化壳顶面200 m之内，占油气层总数的82.9%，距风化壳顶面越近，风化淋滤作用越强，次生孔隙越发育，越容易形成物性较好的火山岩储层。

图3 准噶尔盆地陆东—五彩湾地区火山岩油气藏距石炭系顶面距离与油气产量关系Fig.3Relation between petroleum production and depth of volcanic reservoir from the top of Carboniferous in Ludong-Wucaiwan area of Junggar Basin

4 输导体系

输导体系对火山岩油气藏成藏尤为重要。作为油气运移的通道，输导体系是由连接烃源岩与储集层的各种运移通道所组成的输导网络。通过对准噶尔盆地陆东—五彩湾地区构造解释和地层展布分析，认为研究区的油气输导体系主要包括断裂和不整合面，控制了垂向和侧向2种油气运移方式。

4.1断裂体系

火山喷发自始至终都伴随着断裂活动，研究区火山岩体通常沿基底断裂发育带分布［24］，如滴南凸起上火山岩体主要沿滴水泉北断裂和滴水泉断裂呈“串珠状”分布，火山口常位于东西向与北东向基底断裂交会处，因此，早期的基底断裂控制了火山岩储层的平面分布。

断裂控制着油气的垂向运移。油气沿断裂向上运移遇到顶部封隔层后，在断裂两边形成油气藏，在油藏压力超过上部遮挡层封盖压力之前依次在下部圈闭中成藏［25］。研究区大型断裂分布广泛，垂向与横向断距均较大，沟通了油源与储层，使油气沿断裂进入到有利的储集体中，形成了构造背景下的油气成藏。

在火山喷发期或后期，断裂发育使脆性火山岩在构造应力作用下产生裂缝，成为了储层内部流体的输导体系，增加了火山岩储层的渗流能力。晚石炭世准东地区经历了强烈的褶皱隆起构造运动，使上石炭统火山岩体整体抬升，构造应力局部集中发育区产生断裂，主断裂伴生次级断裂，次级断裂伴生裂缝［1，26］，对改善储层物性和形成断层圈闭均起到了重要作用。因此，断裂系统的发育不仅对沟通烃源岩与储层间意义重大，而且对油气的聚集成藏具有重要作用（图4）。

图4 准噶尔盆地五彩湾地区油气成藏示意图①构造背景上的岩性成藏；②火山岩内幕相控藏；③火山岩地层成藏Fig.4Sketch map of hydrocarbon accumulation in Wucaiwan area of Junggar Basin

4.2不整合体系

不整合面代表着区域性的沉积间断或剥蚀事件，其下伏地层由于遭受风化剥蚀和溶蚀淋滤，容易形成具有较高孔隙度和渗透率的古风化壳、古岩溶带或淋滤带，对油气横向运移非常有利［27］。此外不整合面的分布具有区域性和稳定性的特点，它能够横向连接相互独立的砂体构成有效的运移通道，是油气长距离侧向运移的重要通道［28］。同时，遭受风化淋滤作用的岩石储集性能加强，可作为油气成藏的重要储集体［29］。

研究区石炭系地层岩性以火山岩为主，储层之间自身横向连通性较差，油气横向运移的通道相对不发育，在这种情况下，不整合面就成为油气横向运移的主要通道。研究区彩27井和彩深1井石炭系巴塔玛依内山组上段均见到油气显示，其油气均来源于滴水泉组烃源岩，在没有断裂沟通的情况下，不整合面成为油气长距离运移的唯一可能性通道（图4）。彩27井和彩深1井油藏类型均为不整合面遮挡地层油气藏，说明不整合面对油气的聚集起到了重要作用。

5 储盖组合

据陆东—五彩湾地区地震资料解释和测井与试油数据分析表明，同一生烃凹陷中，有利的火山岩储层和必要的遮挡条件均是火山岩成藏的关键。通过对已发现油气藏的储集层和盖层的分析，相对有利的储盖组合可以分为以下4种类型。

5.1 英安岩-凝灰岩组合

英安岩-凝灰岩组合以滴西10井和彩25井为代表，储层主要为上石炭统的英安岩，非均质性较强，物性差，储集空间由溶孔、晶间孔和裂缝组成。盖层为石炭系凝灰岩，厚度为10～50 m，平均为23.86 m［图5（a）］。

图5 准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏储盖组合综合特征Fig.5Reservoir-caprock assemblage characteristics of volcanic reservoir in Ludong-Wucaiwan area of Junggar Basin

5.2火山角砾岩-凝灰岩组合

火山角砾岩-凝灰岩组合以滴西14井为代表，储层主要为上石炭统的火山角砾岩，物性较好，非均质性中等，储集空间由粒间孔及微裂缝所组成。盖层为石炭系凝灰岩，厚度为22～181 m，平均为69.2 m。盖层厚度从滴西到五彩湾地区呈现出由厚变薄的趋势［参见图5（b）］。

5.3 玄武岩-泥岩组合

玄武岩-泥岩组合以滴西17井为代表，储层主要为上石炭统的玄武岩，物性中等，但渗透率低，非均质性较强，储集空间由气孔、溶孔和裂缝组成。盖层为二叠系泥岩，平均厚度>80 m，是一套封盖性较好的局部盖层，在五彩湾地区，泥岩厚度最大为153 m，显示出较好的油气封盖性能［参见图5（c）］。

5.4 花岗岩-泥岩组合

花岗岩-泥岩组合以滴西18井为代表，储层主要为上石炭统的花岗岩，物性较差，非均质性中等，储集空间由溶孔和裂缝组成。盖层为二叠系泥岩，虽然分布范围比较局限，但是由于该套泥岩厚度较大，平均厚度>100 m，可作为下部成藏的封盖性极好的局部盖层［参见图5（d）］。与上述3种储盖组合相比，该类储盖组合分布较少，多见于断裂发育强烈的地带。

6 火山岩成藏演化分析

石炭纪形成期间，准噶尔盆地作为独立的增生楔盆地，克拉美丽洋俯冲下的火山作用强烈，爆发相的火山角砾岩在地表构成高点，凝灰岩与沉凝灰岩均广泛发育，滴西地区东部发育溢流相酸性岩（流纹岩和英安岩）、西部以中基性玄武岩和安山岩为主，而侵入相花岗斑岩与花岗岩均沿构造薄弱带发育。陆东—五彩湾地区广泛发育滴水泉组和巴塔玛依内山组海陆过渡相泥岩，为石炭系烃源岩的发育提供了必要条件。之后克拉美丽洋闭合，研究区火山作用逐渐减弱并最终进入火山间歇期，区域内经历了强烈的挤压抬升作用，巴塔玛依内山组火山岩露出海面接受风化淋滤，发育为区域性火山岩风化壳；期间伴随着广泛的断裂活动，有效改善了火山岩内部的渗流输导体系。二叠系泥岩和石炭系凝灰岩均覆盖于火山岩储层之上，为火山岩风化壳储层提供了必要的盖层保存条件（图6）。总之，研究区石炭系火山岩成藏演化经历了火山岩形成、风化淋滤、埋藏构造、泥岩盖层形成和油气充注聚集成藏等阶段。

图6 准噶尔盆地滴西地区火山岩油气藏发育模式Fig.6The development pattern of volcanic reservoir in Dixi area of Junggar Basin

7 结论

（1）准噶尔盆地陆东—五彩湾地区主要发育滴水泉组和巴塔玛依内山组共2套烃源岩，TOC和Ro均较高，具有较强的生烃能力；储层岩性变化较大，玄武岩、安山岩与流纹岩均较发育，储层物性均较好，非均质性均较强；断裂和不整合面均是油气运移的主要输导体系，沟通了油源与储层，形成了多套含油气层系，控制了油气的垂向和侧向运移。

（2）陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏主要包括4种类型的储盖组合：英安岩-凝灰岩组合、火山角砾岩-凝灰岩组合、玄武岩-泥岩组合和花岗岩-泥岩组合。

（3）陆东—五彩湾地区油气成藏经历了火山岩形成、风化淋滤、埋藏构造、泥岩盖层形成和油气充注聚集成藏等阶段。油气主要储集于距石炭系顶面较近的风化壳储层中。

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（本文编辑：李在光）

Influencing factors of Carboniferous volcanic reservoir in Ludong-Wucaiwan area,Junggar Basin

LIU Shuangquan1，2，CAO Yuanting3，ZHAO Guangliang1，2，ZHU Jun4，SHI Ji’an1，ZHANG Shuncun1
（1.Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China；4.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736200，Gansu，China）

By use of the geochemical parameters of hydrocarbon source rocks,reservoir properties and drilling data,this paper analyzed the hydrocarbon generation conditions,reservoir characteristics and evolution,hydrocarbon migration pattern and reservoir-caprock assemblage of Carboniferous volcanic reservoir in Ludong-Wucaiwan area.The result shows that there mainly developed two sets of hydrocarbon source rocks within the Dishuiquan Formation and Batamayineishan Formation in Ludong-Wucaiwan area,and the rocks have high organic matter maturity.The reservoirs possess the characteristic of good properties,strong heterogeneity and a greater physical properties difference between different types of reservoir.Faults and unconformity surfaces are the main hydrocarbon migration channel.As the oil and gas enter into the reservoir along these channels,they formed four reservoir-caprock assemblages∶dacitetuff, volcanic breccias-tuff,basalt-mudstone and granite-mudstone.Oil and gas reservoirs mainly enrich in the weathering crustreservoir which is close to the top of the Carboniferous.

Carboniferous；volcanic rock；reservoir；influencingfactors；Junggar Basin

TE122.3

：A

1673-8926（2014）05-0023-07

2014-01-23；

2014-03-24

国家重大科技专项“准噶尔盆地深层火山岩储集体形成演化与分布预测”（编号：2011ZX05008-003-40）资助

柳双权（1989-），男，中国科学院大学在读硕士研究生，研究方向为油气储层地质学。地址：（730000）甘肃省兰州市东岗西路382号中国科学院兰州地质研究所。E-mail：cdut524@gmail.com

史基安（1958-），男，研究员，博士生导师，主要从事储层沉积学及石油天然气地质学研究。E-mail：jashi@lzb.ac.cn。