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三塘湖盆地石炭系火山岩油藏特征及主控因素


三塘湖盆地石炭系火山岩油藏特征及主控因素 摘要:分析了三塘湖盆地石炭系哈尔加乌组(C2h)及卡拉岗组(C2k)油藏特征,认为有效烃源岩、有利岩相带和 断裂带、邻近生油凹陷的古构造以及后期的改造作用,是三塘湖盆地石炭系火山岩油气成藏的主控因素。三塘湖盆 地火山岩储层复杂,油气以纵向运移为主,侧向运移距离有限,有效烃源岩对油气分布具有非常明显的控制作用。 继承性发育的古凸起、古构造,

为多期运聚成藏提供了良好的构造背景。火山活动受深大断裂的控制,断层是油气 运移的主要通道,深部位生成的油气沿断层或裂缝向隆起部位运移聚集成藏。溢流相上部亚相是有利火山岩储集相 带,火山角砾岩储集性能和含油性最好,其次为玄武岩和安山岩。构造运动、风化淋滤产生的微裂缝有效地改善了 储集空间,油气主要赋存于裂缝沟通的火山溶孔中。指出三塘湖盆地马朗凹陷、条湖凹陷、条山凸起、苇北凸起和 南缘冲断带是有利的勘探领域,对该区的石炭系油气勘探具有重要意义。 关键词:石炭系;火山岩;油藏特征;主控因素;三塘湖盆地

0 引言 随着全球油气资源需求量的增加及勘探开发难度的加大,寻找新的油气藏类型显得十分重要。火山岩油气藏的勘探 和开发成为油气储量增长的一个突破口,目前,火山岩油气藏勘探在美 国、古巴、墨西哥、印度尼西亚、日本和我国的松辽、二连、准噶尔等盆地相继取得了成功[1,2] 。近两年来, 位于新疆维吾尔自治区东北部的三塘湖盆地火山岩油气藏的勘探接连获得突破[3] (图 1) ,上石炭统卡拉岗组火山 岩风化壳油气藏的勘探取得重大发现,在马朗凹陷 M17 井卡拉岗组玄武岩、安山岩及 M36 井哈尔加乌组玄武岩储 层中获得高产油气流。 截至目前,已查明优质储量 5000×104t 左右,成为吐哈油田油气储量增长和产能建设的重要领域。分析石炭系油 藏特征及油气成藏机理,对三塘湖盆地下一步火山岩油气藏勘探具有重要指导意义

1 区域构造背景 三塘湖盆地位于西伯利亚板块南部边缘,南以 克拉美丽—麦钦乌拉缝合带与哈萨克斯坦板块及准噶尔盆地东北部紧邻[4,5] 。从泥盆纪开始,形成弧后拉张盆 地, 填充了巨厚的沉积岩和火山岩; 至石炭纪, 是烃源岩发育的重要时期, 发育海相—滨浅海相泥岩—凝灰质泥岩, 该时期研究区火山活动最为活跃,盆地充填了巨厚的火山岩,石炭纪末,区域构造应力变为挤压性质,在近南北向 挤压应力作用下,阿尔泰褶皱山系、考克塞尔盖—大黑山褶皱山系回返,阿尔泰石炭系古盆地回返为褶皱山系;二 叠纪,为板内断陷盆地,大陆内部火山岩发育,沉积了一套碱性玄武岩火山岩系,期间相对稳定时期,早二叠世芦 草沟组沉积了一套以暗色泥岩、灰云岩为主的湖相烃源岩;三叠纪以来,受南北山系持续挤压作用,发育坳陷型沉

积,但由于南北控制山系在不同时期所产生的影响不同,沉积坳陷主体部位不断变化,现今坳陷主体在南部山前地 区[6,7] 。 总之,三塘湖盆地地区处于西伯利亚板块增生大陆边缘,属于叠合改造盆地,石炭系整体处于弧后拉张盆地边缘, 上覆盆地的沉积充填包括二叠纪陆内断陷盆地及中生界、新生界山间盆地[8,9] 。 2 石炭系油气成藏特征分析 截至目前,已在三塘湖盆地石炭系发现 4 个油藏,分别为牛东油藏、牛圈湖油藏、石板墩 T5 井区块石炭系卡拉岗 组油藏以及牛东、马中石炭系哈尔加乌组油藏,这些油藏主要集中分布在条湖—马朗生油凹陷及其周缘,形成了牛 圈湖和南缘两大油气富集带。由于成藏条件和成藏过程复杂,各个油藏的成藏特征差异较大。 2.1 石炭系哈尔加乌组(C2h)油藏特征 C2h 既是三塘湖盆地重要的烃源岩层,也是重要的储集层,是自生自储自盖式成藏组合的典型层系。钻井揭示中上 部普遍见良好的烃源岩和油气显示。目前 C2h 油藏主要发现于马朗凹陷条山凸起前缘,牛东、M33 和 M36 等区块 多口井已获油流。 2.1.1C2h 油藏构造特征 围绕凹陷周缘主要发育条山凸起、苇北凸起和南缘逆冲带 3 个有利区带,其中条山凸起、苇北凸起是向凹陷倾伏的 大型鼻隆,因被断层切割其上断鼻、断块发育,成为油气运移和聚集的主要场所,此外,火山岩体发育,岩体上部 则是有利的成藏组合。 2.1.2C2h 油藏储集层特征 C2h 储集层岩性主要为溢流相的中基性安山岩、玄武岩[10] ,有利储层段大多发育于上部和下部亚相,主要分布于 与炭质泥岩 (烃源岩)交互的火山岩段。 物性普遍较差, 以低孔、低渗储层为主,平均孔隙度一般小于 10%(表 1) , 局部层段发育一定的中孔、中渗储层,如 M17 和 M36 等井,孔隙度可达 15%以上。C2h 储集层主要形成于水下环 境,大部

分火山岩原生孔隙不发育,气孔、裂缝胶结严重,后期又未发生风化作用,储层的孔隙形成条件非常特殊。分析认 为,煤系地层早期生成的丰富有机酸和有机质成熟产生的有机酸对可溶性硅酸盐(主要是长石等)的溶蚀作用是使 储层物性改善的主要原因。 2.1.3C2h 油藏特征 C2h 油藏以自生自储油藏为主。顶部碎屑岩(以炭质泥岩为主)既是生油层又是盖层,其下的火山岩作为储层,油 气以近源和短距离侧向运聚为特征,微裂缝和孔、渗系统是油气运移的主要通道[11] 。油藏主要受控于火山岩岩 体和溶蚀孔隙发育带(图 2) ,因此,油藏类型为岩性油藏,油藏纵横向变化大,分布规律难以把握。 2.2 石炭系卡拉岗组(C2k)油藏特征(以牛东区块为例) 牛东区块 C2k 是在三塘湖盆地首次发现的裂缝-孔隙型火山岩油藏, 属于典型的火山岩风化壳类型油藏, 火山岩岩性、 岩相控制着储层孔隙、裂缝的发育程度,进而控制储集性及含油气性,目前该区块已处于建产阶段。

2.2.1 岩性特征 该区块卡拉岗组主要发育一套中基性火山岩,夹有火山碎屑岩。其火山岩岩性以灰色、灰白色、褐色、黄褐色安山 岩、玄武岩以及自碎角砾状安山岩为主,火山碎屑岩类以安山质火山角砾岩、凝灰岩及沉凝灰岩为主[12,13] 。 火山岩油藏油层段的岩性主要为杏仁状安山岩、自碎角砾状安山岩,其次为自 碎角砾状玄武岩及杏仁状玄武岩。其杏仁体多为未充填及半充填,或具溶蚀特征(表 2) 。

2.2.2 储集空间及物性 根据岩心、岩石薄片及铸体薄片的观察研究,该区储集空间分为原生和次生两大类[14] :原生储集空间包括原生 孔隙和原生裂缝,其中原生孔隙有原生气孔、残余气孔、杏仁体内孔(图版Ⅰ-1) 、收缩孔(图版Ⅰ-2) 、杏仁体内 晶间孔(图版Ⅰ-3) ,原生裂缝有冷凝收缩缝(图版Ⅰ-4) 、收缩节理;次生储集空间包括次生孔隙和次生裂缝,次 生孔隙有斑晶溶蚀孔、基质溶蚀孔(图版Ⅰ-5) 、杏仁体溶蚀孔(图版 Ⅰ-6)以及各类长石溶孔形成的孔隙(图版Ⅰ-7) , 次生裂缝有自碎缝(图版Ⅰ-8) 、构造裂缝(图版Ⅰ9) 、风化裂缝、粒边缝等。 牛东 C2k 火山岩储层物性较差,岩心分析孔隙度最大为 25.1%,最小为 0.7%,平均为 9.16%;渗透率最大为 46.9× 10-3μ m2,平均为 0.41×10-3μ m2,受岩性、岩相影响明显。从岩性看,安山岩最好,其孔隙度为 2.7%~24.4%, 平均孔隙度为 9.03%,渗透率为(0.05~46.9)×10-3μ m2,有效储层平均孔隙度为 10.51%, 平均渗透率为 2.97×10-3μ m2; 玄武岩次之, 其孔隙度为 0.7%~25.1%, 平均孔隙度为 7.7%, 渗透率为 (0.05~ 19.7)×10-3μ m2,有效储层平均孔隙度为 10%,平均渗透率为 1.7×10-3μ m2;凝灰岩最差,其孔隙度为 3.4%~ 18.3%,平均孔隙度为 11.7%,渗透率为(0.05~2.28)×10-3μ m2。从岩相看,溢流相顶部气孔(杏仁)安山岩和 玄武岩较好,源于冷凝收缩形成大量收缩孔及风化淋滤和溶蚀作用改造。

2.2.3 油藏特征 C2k 油藏以自生自储油藏或下生上储油藏为 主,属于典型的风化壳类型油藏,岩性、岩相以及后期改造作用控制了储层的储集性能,进而控制了含油气性及产 能。根据对该区块 20 多口井的研究,结合区域构造背景、沉积相、风化壳质量、火山岩与烃源岩的配置关系,认 为三塘湖盆地牛东区块上石炭统卡拉岗组火山岩风化壳模式如图 3 所示。

3 石炭系油气成藏主控因素 三塘湖盆地石炭系油气分布规律主要受控于 烃源岩、储集岩与盖层的配置条件、构造条件、运移条件等[15] 。 3.1 有效烃源岩 勘探表明,三塘湖盆地上石炭统烃源岩主要分 布于中央坳陷带南部及南缘冲断带。该盆地火山岩储层十分复杂,盆地内油气运移主要以纵向运移为主[16] ,侧 向运移距离有限(据目前勘探结果,侧向运移距离 10~15km) ,生烃中心(有效烃源岩)对油气分布具有非常明显 的控制作用。 3.2 古凸起、古构造 火山岩储集层横向变化大,油气就近聚集[17] , 油气富集带位于有利生烃区附近。邻近石炭系有效烃源岩分布区的中央坳陷带南部、南缘冲断带继承性发育的古凸 起、古构造,为油气多期运聚成藏提供了良好的构造背景。同时,南缘冲断带断鼻、断块圈闭非常发育,是油气富 集的重要领域,它不仅控制了油气运聚的方向,而且构造位置的高低对油气分布也起到了控制作用。 3.3 断裂带、剥蚀带和有利岩相带联合控藏马朗凹陷石炭系火山岩体多分布在断裂附近, 火山活动受深大断裂的控制,主要以多火山口的裂 隙式喷发为主。 火山岩淋滤溶蚀及沟通离不开断层和裂缝, 而燕山中期断裂活动则是下生上储油气运聚的必要条件。 油气运移的通道主要为断层、渗透性岩层和不整合面。三塘湖盆地火山岩较为致密,油气运移通道主要为断层和裂 缝,深部位生成的油气沿断层或裂缝向隆起部位运移聚集成藏。溢流相上部亚相是有利火山岩储集相带,火山角砾 岩储集 性能和含油性最好,其次为玄武岩和安山岩。油气的富集与火山岩储层的优劣密切相关,油气主要赋存于裂缝沟通 的火山溶孔中。 3.4 风化淋滤作用 该地区储层经历了 2 期风化淋滤作用:一是在

各火山喷发休眠期,火山活动处于宁静状态,在火山岩表面沉积了薄层沉积岩,沉积作用带来的淡水对火山岩产生 淋滤作用;二是古生界地层沉积后,区域性地层抬升使得古生界火山岩长期暴露地表遭受风化林滤,并形成了中生 界与古生界地层的区域性不整合[18] 。剖面上,好储层分布在不整合面、火山岩与正常碎屑岩分界面附近;平面 上,好储层分布于上覆地层剥蚀带或大断裂的附近。 裂缝是三塘湖盆地油气藏形成最重要的控制因素,构造运动、风化淋滤产生的微裂缝有效地改善了储集空间。从已 有的牛东、T5 井区块油气藏来看,裂缝性油气藏既可以发育于背斜部位,也可以发育于斜坡部位,而向斜部位的裂 缝还没有钻井揭示。 所以, 无论是从烃源岩角度, 还是储层角度, 裂缝对于石炭系火山岩油气藏的形成都至关重要。 4 结束语 综上所述,有效烃源岩、有利的岩相带和断裂 带、邻近生油凹陷的古构造以及后期的改造作用,是三塘湖盆地石炭系火山岩构造-岩性油气藏成藏的主控因素。在 条湖凹陷和马朗凹陷部署钻探 T16, T11,M33,M36 等探井,其中 T16 井和 M36 井在哈 尔加乌组获得油流,T11 井和 M33 井在卡拉岗组见到了良好的油气显示,M33 井获得油流;在牛东区块针对卡拉岗 组油气藏部署多口开发井,均已获得油流。 下一步应围绕生烃凹陷,在马朗凹陷、条湖凹陷、条山凸起、苇北凸起和南缘冲断带寻找有利的岩相、储集层发育 段,以扩展火山岩油气藏多层系勘探领域。 参考文献: [1]蔡国钢,张坤,刘立,等.辽河盆地东部凹陷中部火山岩储层特征研究[J].海洋石油,2003,23(2) :32-37. [2]陈元春,吴昌志,武毅,等.辽河盆地黄沙坨火山岩油藏开发实践[J].新疆石油地质,2006,27(1) :71-75. [3]何国貌,张峰,王文霞.三塘湖盆地火山岩油气藏特征及有利成藏条件[J].吐哈油气,2004,9(4) :309-311. [4]黄汲清.中国大地构造特征的研究[M].北京:地质出版社, 1984:40-121. [5]王鸿祯.中国及邻区构造古地理及生物地理[M].武汉:中国地质大学出版社,1990:32-77. [6]肖序常.新疆北部及邻区大地构造[M].北京:地质出版社,1992: 6-121. [7]康玉柱.中国新疆地区油气地质特征及资源评价[M].乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社,2001:12-53. [8] 袁明生, 张映红, 韩宝福, 等.三塘湖盆地火山岩地球化学特征及晚古生代大地构造环境 [J] .石油勘探与开发, 2002,29(6) : 32-34. [9]周鼎武,柳益群,邢秀娟,等.新疆吐哈、三塘湖盆地二叠纪玄武岩形成古构造环境恢复及区域构造背景示踪 [J].中国科学 D 辑:地球科学,2006,36(2) :143-153. [10] 张艳, 舒萍, 王璞珺, 等.陆上与水下喷发火山岩的区别及其对储层的影响 [J] .吉林大学学报 (地球科学版) , 2007,37(6) : 1259-1264. [11]曹宝军,刘德华.浅析火山岩油气藏分布与勘探、开发特征[J].特种油气藏,2004,11(1) :18-20. [12]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) :449456. [13]王璞珺,吴河勇,庞颜明,等.松辽盆地火山岩相:相序、相模式与储层物性的定量关系[J] .吉林大学学报 (地球科学版) ,2006, 36(5) :805-812. [14]熊琦华,吴胜和,魏新善,等.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. [15]刘俊田,靳振甲,李在光,等.小草湖地区岩性油气藏主控因素分析及油气勘探方向[J].岩性油气藏,2007, 19 (3) 44-47. 16] : [ 文玲.靖安油田延长组低孔低渗储层的扫描电镜研究 [J] .电子显微学报, 2003, (4) 352-357. 22 : [17]

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