三塘湖盆地条山凸起二叠系条湖组火山岩储层特征及主控因素

顾绍富，朱伶俐，于锋，李鹏，宁建国(.新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 84000；.西部钻探工程有限公司三塘湖项目经理部，新疆 哈密 89009;.新疆油田公司新港公司，新疆 克拉玛依 84000)

三塘湖盆地条山凸起二叠系条湖组火山岩储层特征及主控因素

顾绍富1，朱伶俐1，于锋2，李鹏1，宁建国3
(1.新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.西部钻探工程有限公司三塘湖项目经理部，新疆 哈密 839009;3.新疆油田公司新港公司，新疆 克拉玛依 834000)

利用岩心、薄片、测井等资料，综合分析三塘湖盆地条山凸起二叠系条湖组火山岩储层特征及控制因素，研究结果表明：基性玄武岩是本区二叠系条湖组主要的火山岩储集岩类,储层以裂缝-孔隙型为主，储集空间以次生杏仁体溶孔、斑晶溶孔为主，次为残余气孔、基质晶间溶孔、残余构造缝和扩溶缝。储层物性主要受控于火山岩的岩性岩相、溶蚀和矿物充填作用、构造裂缝及古地貌形态4个因素。

三塘湖盆地；二叠系；条湖组；火山岩；储集层

1　工区概况

三塘湖盆地位于新疆东北部，北东与蒙古毗邻，南抵天山东段的白依山，是我国西北边疆重要的叠合型含油气盆地。条山凸起位于三塘湖盆地中央坳陷中部(图1)，是油气运聚的有利区。二叠系条湖组火山岩储层是近年来在该区发现的一个勘探潜力层，该层钻井油气显示活跃，存在100 t/d以上高产油流井，但多为低产油流或干层，储层非均质性强[1,2]。前人对条山凸起二叠系条湖组火山岩储层关注较少，因此对工区二叠系条湖组火山岩储层特征和控制因素进行深入分析可为下一步油气勘探开发提供依据。

2　储层特征

2.1火山岩岩性、岩相特征

三塘湖盆地二叠系发育中-基性火成岩[2,3]。井、震、岩性和薄片资料显示：本区二叠系逆断裂发育，条湖组火山喷发以较为宁静的裂隙式缓慢喷发为主，发育大套具宽阔顶面和缓坡度侧翼的溢流相火山熔岩体,火山喷发间断明显，火山岩体中沉凝灰岩和碎屑岩薄夹层较发育。

图1　工区构造位置Fig.1 Geological location of the study area

通过分析210块二叠系条湖组岩样中的SiO2含量，认为工区二叠系条湖组火山岩以基性玄武岩为主(85%以上),次为玄武安山岩。本次参考国际地科联推荐的火山岩TAS分类方案和火山碎屑岩分类方案，同时考虑岩性分类应用于岩相和储层研究，将工区二叠系条湖组火山岩细分为14小类：杏仁溶孔玄武岩、斑晶溶孔玄武岩、蚀变杏仁状玄武岩、块状致密玄武岩、玄武安山岩、含角砾熔岩、熔结火山角砾岩、火山角砾岩、凝灰熔岩、熔结凝灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩(图2)。其中杏仁溶孔玄武岩、斑晶溶孔玄武岩和火山角砾岩为最有利的储集岩类。

图2　工区二叠系条湖组火山岩储集空间类型Fig.2 Type of reservoir spaces of P2t volcanic rock in study area

2.2火山岩储集空间特征

前人对火山岩成岩过程中储集空间的演化及特征进行过详细分析[4-6]。本区二叠系条湖组火山岩储层主要是具双重孔隙介质的裂缝-孔隙型储层，同时存在少量裂缝型储层。储层的储集空间分为原生孔隙和次生孔隙，以后者为主。原生孔隙主要为半充填-强充填的残余气孔、晶间孔、原生角砾间缝和少量收缩节理缝等。次生孔隙以杏仁体溶孔、斑晶溶孔为主，其次是基质晶间溶孔、晶内溶孔、残余构造缝和扩溶缝(图2)。

原生孔 是成岩过程中气体膨胀溢出而成，条湖组取心井段中的原生气孔较多，呈拉长状椭圆形和不规则圆形，气孔长轴方向多为0.2~6.0 mm，3~ 12个/cm2，气孔具一定的定向性，且纵向分带性明显，多数气孔被浊沸石、绿泥石、硅质和方解石全充填，形成杏仁构造，少数气孔半-强充填，形成一些缩小的残余气孔。原生孔通常具分散性和不连通性，需依靠切穿气孔的构造缝和收缩缝沟通，形成有效孔隙。

溶蚀孔 火山岩经受风化淋滤作用和埋藏溶解作用后,易形成溶蚀孔。原生气孔全充填形成杏仁体，当浊沸石、硅质和方解石等充填物发生溶蚀作用则形成杏仁溶孔；部分具玻基交织结构的玄武岩基质组分(如玻璃质、隐晶质、长石微晶等)发生溶蚀，形成筛孔状晶间溶孔；长石斑晶发生部分溶蚀形成蜂窝状溶孔或斑晶被全部溶蚀，形成铸模孔。溶蚀孔是本区二叠系条湖组火山岩储层中的主要储集空间。

构造缝和溶蚀缝 本区构造活动强烈，岩心常呈碎块状，薄片观察构造缝常切割矿物，沟通孔隙，并常被浊沸石、方解石和硅质等自生矿物半-强充填。溶蚀缝主要沿构造裂缝、矿物节理缝和原有微裂缝基础上发育，构造残余缝和溶蚀缝能连通大量孤立孔隙，有效提高储层储渗能力。

2.3火山岩储层物性特征

图3　工区二叠系条湖组火山岩储层孔渗直方图Fig.3 Porosity and permeability histogram of P2t volcanic reservoir in study area

本区二叠系条湖组火山岩储层属低孔-特低渗型储层，且非均质性较强。据185块岩样的孔渗数据统计，储层孔隙度多为2%~14%，平均8.83%。岩样的渗透率值多为0.003×10-3~58.26×10-3μm2，其中具裂缝岩样主要为1.0×10-3~58.26×10-3μm2，而基质岩样主要为0.01×10-3~1.0×10-3μm2(图3)。物性统计结果表明，具裂缝岩样和基质岩样的孔隙度相差不大，但渗透率相差极大，说明本区构造裂缝能有效提高储层渗透率，但对孔隙度影响较小。

3　主控因素

3.1岩性和岩相对储层的影响

大量研究表明，爆发相火山角砾岩原生储集空间最发育，溢流相的安山岩、玄武岩次之，沉凝灰岩和爆发相的凝灰岩岩性致密[7,8]。原生孔隙发育的火山岩能为后期的溶蚀作用提供溶蚀通道，从而提高储层物性。

爆发相的火山角砾岩固结速度快、热熔程度低，砾间孔、气孔等原生储集空间发育，且岩石孔隙度较高，抗压强度低，发育大量裂缝。本区火山角砾岩不发育，仅在深大断裂交汇区见少量火山角砾岩和角砾熔岩。

溢流相的玄武岩和安山岩，固结速度慢、热熔程度高，抗压强度大，原生气孔较发育，多为孤立无效孔，需靠裂缝沟通才能形成有效储集空间。溢流相控制了原生气孔的发育部位。单期熔岩中，气孔带的发育受熔岩流厚度的控制，厚度小于3 m时，气孔的分布在纵向上呈分散状；大于3 m时，气孔呈聚顶发育模式，少量气孔发育在底部[9,10]。本区二叠系条湖组单期熔岩流厚度多为3~8 m，气孔和杏仁孔主要发育在每期熔岩流上部。

凝灰岩和沉凝灰岩由于颗粒较细，岩性较致密，仅发育各种微孔。工区二叠系条湖组晶屑、玻屑凝灰岩虽在后期成岩过程中发生脱玻化作用和一定的溶蚀作用，基质微孔隙有所增加，但物性整体较差。

3.2溶蚀和矿物充填作用对储层的影响

本区火山岩形成后主要经历了3种成岩作用：风化淋滤作用、埋藏溶解作用和矿物充填作用。表生期的风化淋滤作用是储集岩孔隙发育的前提条件，最终有效孔隙在埋藏溶解期大致定格。

风化淋滤作用 二叠系条湖组火成岩为多期次喷出-侵入的火成岩组合，每次火山喷发间断期，火山岩处于地表或近地表环境，会经受各种风化淋滤作用。另一个重要的风化淋滤作用发生在二叠系和三叠系之间的不整合面附近，二叠系条湖组顶部火山岩长期暴露地表，在大气淡水和地表淡水等流体作用下，风化壳附近各种风化、淋滤作用较强[11]。原生气孔、基质晶间孔和裂缝发育区是有利的溶蚀区。玄武岩中的碱性斜长石、辉石、微晶斜长石基质等易发生选择性溶蚀，形成晶内溶孔和微晶基质溶孔。本区二叠系条湖组火山岩储层的物性和埋藏深度之间无明显关系，但和条湖组顶部不整面的距离关系明显。本区52口井二叠系条湖组火山岩储层共168个，其中159个位于距条湖组顶部不整合面30~250 m以内，另外9个距离超过400 m，分析认为主要是受益于附近大断层影响。

埋藏溶解作用 首先，来自上地幔软流层的富碱热液通过深大断裂沟通至上部地层[12,13]。在碱性流体作用下，矿物成分迁移导致的沉淀物充填大部分孔隙，形成浊沸石、菱铁矿发育带，同时部分玻璃质或硅质被溶蚀，形成溶孔。其次，二叠系芦草沟组巨厚烃源岩在热演化过程中产生大量有机酸且释放CO2等组分，融入成岩作用产生的水中，形成酸性流体，对浊沸石、碱性斜长石、方解石等进行选择性溶蚀。这种碱性流体和有机酸性流体溶解营力的双重作用是工区深层次生孔隙形成的主要原因。工区二叠系条湖组火山岩储层中浊沸石和浊沸石铸模孔广泛发育，间接说明该区存在这种碱性、酸性流体的双重作用。

矿物的充填作用 该作用普遍存在于表生岩溶期和埋藏溶解期，绿泥石、方解石充填对孔隙破坏作用较大。通常早期充填的浊沸石和部分方解石能被后期酸性溶液溶蚀，从而形成有效储集空间。

3.3构造裂缝对储层的影响

三塘湖盆地是一个长期发展的压性盆地，晚古生带和中、新生带出现过多次挤压[2,14]。本区二叠系条湖组逆断层发育，断层长度多为1~10 km。岩心和薄片资料表明，二叠系条湖组构造裂缝类型有水平缝、低角度缝、高角度缝和网状微缝，其中高角度缝和网状缝较发育。

构造缝是储层发育的关键。一方面，在气孔发育带形成裂缝，可有效连通孤立、无效孔，在表生期和埋藏溶解期，裂缝发育的高渗带是发生溶蚀作用的优势区；另一方面，二叠系火成岩经构造运动和溶解作用形成孔、洞、缝之后，易被浊沸石、方解石、石英等自生矿物充填，如果油气及时侵位，油气的存在可在一定程度上抑制自生矿物的形成，对储集空间起保护作用[15]。深大断裂是沟通二叠系油源的重要通道，因此，断裂带附近储集空间易因油气侵位而得到保存。取心资料和测井解释结果表明，大断裂带附近300 m之内，构造微裂缝和网状溶蚀缝发育，在火山岩岩性一致的情况下，断裂带附近的储层物性和含油气性远好于其他区域。

3.4古地貌形态对储层的影响

火山岩风化壳型储层自上而下风化淋滤作用逐渐减弱，具体可划分为5个带：最终分解产物带、水解带、淋滤带、崩解带和未风化带，其中淋滤带、崩解带具较好的储集能力[16]。本区二叠系条湖组火山岩储层属于风化壳型储层，多发育在距条湖组顶界不整合面之下250 m内及大断裂附近[11]。研究表明，本区三叠系沉积前的古地貌形态对于表生期的风化淋滤作用具一定控制作用。

晚二叠世末和三叠纪末期，三塘湖盆地构造活动剧烈，部分地区缺失二叠系和三叠系，侏罗纪是盆地再次大面积下沉的沉积期[17,18]。井、震资料表明，西山窑组煤层全区稳定分布，且部分区域直接覆盖于条湖组之上，可作为标志层。据正反印模原理，先用西山窑组煤层作为标志层初步编绘出二叠系顶界古地貌图，并用恢复压实系数的三叠系厚度及地震剖面上三叠系的削蚀、尖灭、上超等特征对古地貌图进行校正。结果表明，本区地形高低落差大，地形坡度高达20°，主要发育剥蚀区、斜坡区、低洼区3类古地貌单元(图4)。地层厚度较大的剥蚀区和岩溶缓坡区是储层发育有利区。

剥蚀区 发育在构造高部位，该区断裂发育且遭受较严重的剥蚀作用，条湖组较薄。火山岩储层只存在最终分解产物带、水解带和较薄的风化淋滤带，最终分解产物带和水解带总厚度为30~40 m。水解带蚀变作用强烈，包括泥化、绿泥石化、碳酸盐化、沸石化等作用。风化淋滤带主要经历风化淋滤、构造破碎和热液蚀变3种成岩作用，相比较斜坡区和低洼区，剥蚀区内风化淋滤带遭受的这3种成岩作用最为强烈，储层溶蚀孔、洞、缝均发育。当剥蚀区内火山岩地层厚度大于50 m时，即存在一定厚度的淋滤带，则通常发育优质储层段。马208井和马801井分别位于工区西部和东部凸起的剥蚀区内，条湖组储层厚度分别为550 m和45 m，条湖组顶部岩性为厚层玄武岩夹少量凝灰岩。马208井储层平均孔隙度16.3%，有效储层59.8 m，而马801井由于地层厚度太薄，玄武岩泥化现象严重，基本不存在风化淋滤带，无有效储层段。

斜坡区 是位于剥蚀区和低洼区的中间过渡部分，分为缓坡区和陡坡区(以坡度10°为界)，斜坡区通常垂向上完整发育风化壳储层的5个带，但缓坡区和陡坡区火山岩储层物性差别较大。缓坡区通常位于构造较高部位，在大量发育的网状微缝和开启断层引导下，地表水很容易顺裂隙渗透到地下，使地下水产生压力差而发生流动，从而发生垂向渗流作用和水平潜流作用，尤其是水平潜流的侧向溶蚀作用明显[19]，使缓坡区发育大面积淋滤带和崩解带，火山岩储层物性较好。陡坡区，受坡度影响，地表水径流速度快，快速渗入到地势低洼部位，同时水平潜流的侧向溶蚀作用也不明显。该区的岩溶作用弱，火山岩储集性能有限。如陡坡区的马202井，虽然发育厚层的溢流相熔岩，但溶蚀作用不强烈，储层孔隙度小于5%，物性差。

图4　条山凸起XX区块二叠系条湖组顶界古地貌平面图Fig.4 Palaeogeomorphic plan of the top of P2t in XX block, Tiaoshan uplift

低洼区 是高部位水流的汇集区，来自斜坡区携带溶蚀物质的水流，径流至低洼区内，溶液的溶蚀能力较弱，且没有泄水区，溶蚀的物质不能带走，从而溶蚀孔洞被绿泥石、方解石、硅质等强烈充填，该地貌单元基本不发育火山岩储层。

4　结论

(1)本区二叠系条湖组火山岩以溢流相的玄武岩为主，杏仁溶孔玄武岩和斑晶溶孔玄武岩是主要储集岩类；

(2)火山岩储层是低孔-特低渗的裂缝-孔隙型储层，储集空间以次生的杏仁体溶孔、斑晶溶蚀孔为主，次为基质晶间溶孔和扩溶缝；

(3)风化淋滤作用是储层孔隙发育的前提条件，后期的埋藏溶解作用和矿物充填作用是孔隙形成的关键；

(4)构造缝有效提高储层渗透能力，且断裂带附近岩溶作用强烈，储层物性远好于其他区域；

(5)风化剥蚀区和位于构造较高部位的岩溶缓坡区是储层发育的有利区。

[1]陈旋，李杰，梁浩，等.三塘湖盆地条湖组沉凝灰岩致密油藏成藏特征[J].新疆石油地质，2014，35(4)：386-390.

[2]张津海.三塘湖盆地马朗凹陷火山岩油气藏形成条件综合研究[D]，西北大学，2012.

[3]刘蓓蓓，柳成志，于海山，等.新疆马朗凹陷石炭系火山岩储层特征及成因机制分析[J].科学技术与工程，2011，11(16)：3615-3621.

[4]操应长，姜在兴，邱隆伟.山东惠民凹陷商741块火成岩油藏储集空间类型及形成机理探讨[J].岩石学报,1999，15(1)：129-136.

[5]王仁冲，徐怀民，邵雨，等.准格尔盆地陆东地区石炭系火山岩储层特征[J].石油学报,2008，29(3)：350-355.

[6]林潼，焦贵浩，孙平，等.三塘湖盆地石炭系火山岩储层特征及其影响因素分析[J].天然气地球科学，2009,20(4)513-517.

[7]张震，徐国盛，袁海锋,等.准噶尔盆地哈山地区石炭系火山岩储层特征及控制因素[J].东北石油大学学报，2013，37(2)：39-45.

[8]伊万顺，贾春明.准噶尔盆地车排子凸起石炭系火山岩储层特征及控制因素[J].新疆地质，2009,27(1)：49-52.

[9]Sahagian D L,Prou ssevitch A A.Analysis of Vesicular Basalts and Lava Emplacement Processes forApplication as a Paleobarom eter/Paleoaltimeter[J].The Journal of Geology,2002.

[10]林潼,焦贵浩,孙平,等.三塘湖盆地石炭系火山岩储层特征及其影响因素分析[J].天然气地球科学，2009，20(4)：513-517.

[11]胡前泽，王玲利，任忠跃，等.三塘湖盆地条湖组火山岩油藏主控因素探讨[J].新疆地质，2012，30(1)：58-61.

[12]杜乐天，欧光习.盆地形成及成矿与地幔流体间的成因联系[J].地学前缘,2007，14(2):215-224.

[13]杜乐天，王文广.碱性地幔流体与富碱热液成矿[J].矿床地质，2009，28(5)：599-610.

[14]尤继元.三塘湖中二叠世沉积相及沉积环境研究[D].西北大学，2011.

[15]熊琦华，吴胜和，魏新善.三塘湖盆地二叠系火成岩储集特征及储层发育的控制因素[J].石油实验地质，1998，20(2)：129-134.

[16]王君，朱如凯，郭宏莉，等.火山岩风化壳储层发育模式——以三塘湖盆地马朗凹陷石炭系火山岩为例[J].岩石学报，2010,26(1)：217-226.

[17]胡望水，张或周，邹华跃，等.新疆三塘湖盆地构造演化与油气系统[J].西南石油学院学报，1997，19(2):14-20.

[18]赵泽辉，郭召杰，张臣，等.新疆东部三塘湖盆地构造演化及其石油地质意义[J].北京大学学报，2003，39(2):219-227.

[19]顾绍富，吴燕，雷卞军，等.靖边气田南部Mu1-4储层控制因素研究[J].新疆地质，2010,28(3)：298-302.

Reservoir Characteristic Description and theMain Control Factors Analysisof Permian Volcanic Reservoir in Tiaoshan Uplilt, Santanghu Basin

Gu Shaofu1,Zhu Lingli1,Yu Feng2,Li Peng1,Ning Jianguo3
(1.Research Insitution of Exploration and Development,Xinjiang Oil Field Company,Karamay,Xinjiang,834000,China; 2.Xibu Drilling Engineering Company Limited,Santanghu Project Department,Hami,Xinjiang,839009,China;3.Xing Gang Oilfield Operation company,Xinjiang Oil Field Company,Karamay,Xinjiang,834000,China)

This paper deals with reservoir characteristics of volcanic rock reservoir and the main affecting factors of reservoir physical property in P2t of Tiaoshan uplilt,Santanghu basin,based on observing of drilling cores and rock thin section andlogging.The results indicate that basalt are main reservoir rock types,fraetured-pore reservoir are the reservoir type, the types of pores include mainly amygdala solution pores、dissolution Pores in inset,and then residual air Pores、in-tercrystal pores in matrix、residual seam、Karst seam.Physical properties of the reservoirs are mainly controlled by Volcanic rock lithology and lithofacies,dissolution and mineral filling,Structural fractures and paleogeomorphy.

Santanghu basin;Permian;Tiaohu formation;Volcanic rock;Reservoirs

1000-8845(2016)03-394-05

P588.14

A

项目资助:国家科技重大专项《准噶尔盆地岩性地层油气藏分布规律与目标评价》(2016ZX05001005)资助

2015-10-20;

2015-11-16;作者E-mail:gshf6@petrochina.com.cn

顾绍富（1979-），男，硕士，工程师，2009毕业于西南石油大学资源与环境学院，主要从事沉积学和储层地质学研究