彭 宇 熊骥禹 谢近平 罗玉财 李晶莹 黄新亚 尹 峥

1. 长江大学地球物理与石油资源学院, 湖北 武汉 430100;2.成都中石油昆仑能源有限公司, 四川 成都 610041;3.中国石油华北油田分公司勘探事业部, 河北 任丘 062550;4.中国石油华北油田分公司工程技术研究院, 河北 任丘 062550

0 前言

近年来准噶尔盆地、吐鲁番盆地、四川盆地的火山岩油气藏勘探取得重大突破,火山岩油藏作为油气勘探的新领域和后备接替层系,引起了学者们的广泛关注,并在火山岩相类型划分,储集空间类型,储层分布特征等方面做了大量工作[1-10],对于成像测井(MCI)在岩相划分中的研究和应用相对较少。由于二连盆地乌兰花凹陷火山岩储层岩性复杂,孔隙类型多且结构复杂,非均质性强,导致在该区勘探过程中部分探井失利,主要原因是对火山岩油气藏的成藏主控因素的研究认识不清。

本文以安山岩为主的火山熔岩作为研究对象,利用地化、物性、测井、岩心等资料,通过对烃源岩特征、储集层特征和输导体系特征等成藏条件进行综合分析,厘清了该区火山岩油藏成藏特点,综合构建了安山岩油藏“源内-相控复合岩性油藏”成藏模式,并明确了安山岩源内油藏受阿尔善组成熟烃源岩分布影响,储集空间的优劣受相带影响,裂缝的发育程度受构造活动(断层)的影响,对乌兰花凹陷火山岩油气藏勘探开发提供依据,以期指导后期井位的勘探开发部署。

1 区域地质概况

乌兰花凹陷位于内蒙古二连盆地温都尔庙隆起上,凹陷呈长垣型,东北方向为长轴,面积约600 km2,下白垩统最大埋深约3 000 m。凹陷整体上可划分为五个构造单元,自北向南依次为北洼、土牧尔斜坡带、赛乌苏断阶带、红格尔构造带、红井斜坡带五个构造单元,见图1。白垩系为凹陷沉积主体,自下而上可划分为阿尔善组(K1ba)、腾一段(K1bt1)、腾二段(K1bt2)及赛汉塔拉组(K1bs),其中火山岩油气藏分布在盆地南洼槽的北部和南部边缘,分布面积约70 km2,总体厚度80～120 m,主要发育在阿尔善组,岩性以安山岩为主。

图1 乌兰花凹陷构造单元划分图

2 成藏条件分析

2.1 烃源岩特征

阿尔善组烃源岩是乌兰花凹陷安山岩成藏的主力烃源岩。从表1来看,阿尔善组烃源岩在赛乌苏断阶带最为发育,暗色泥岩分布在46.9～362.5 m,占地层厚度27.9%～94.6%,优质烃源岩分布在32.6～136 m,红井斜坡带东部暗色泥岩分布在36～158 m,占地层厚度26.3%～95.8%,优质烃源岩分布在29.6～65.5 m,土牧尔斜坡带暗色泥岩分布在19～89.5 m,占地层厚度21.5%～86.4%,优质烃源岩分布在9～41.4 m,北洼 L 31 井暗色泥岩为80 m,占地层厚度31.4%,优质烃源岩为24 m,红井斜坡带南部L 42井暗色泥岩为23.6 m,占地层厚度21.8%,优质烃源岩不发育,由此可见,赛乌苏构造带阿尔善组暗色泥岩、优质烃源岩最为发育,其次为土牧尔斜坡带、红井斜坡带东部及北洼,红井斜坡带南部L 42井区发育程度最低。

表1 乌兰花凹陷阿尔善组层位烃源岩厚度对比表

厚度及占比北洼土牧尔斜坡带赛乌苏断阶带红井斜坡带L 31井LD 2井L 11 x井L 3井LD 1井L 1井L 5井L 9井L 10井L 4井L 41井L 42井地层/m25522130230352383264168169137165108暗色泥岩/m80.61987.5502983712464553.23615823.6优质源岩/m991541.413657.313131.15229.665.50暗色泥岩占地层/(%)31.686.467.321.784.796.793.326.831.526.395.821.8

2.2 储集特征

2.2.1 储层物性特征

如图2～3和表2所示,研究区阿尔善组安山岩储层孔隙度为3%～22%,均值为8%,主要分布在3%～12%之间,孔隙度≤12%的岩心值占总岩心点数的77%;渗透率分布区间为0.001×10-3～28×10-3μm2,均值为0.02×10-3μm2,分布在0.001×10-3～0.5×10-3μm2之间,渗透率≤0.5×10-3μm2的岩心实验样品占总岩心点数的97%。综上分析可知,整体属于中低孔,特低渗储层,物性较差。

图2 乌兰花凹陷阿尔善组安山岩储层孔隙度直方图

图3 乌兰花凹陷阿尔善组安山岩储层渗透率直方图

表2 阿尔善组安山岩储层孔渗特点

物性参数分布区间平均值主要分布范围孔隙度/(%)3～228.303～12渗透率/10-3 μm20.001～280.020.001～0.5

2.2.2 储集空间类型

乌兰花凹陷安山岩储层的储集空间[11-14]分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三种类型。研究区原生孔隙形状多样,呈椭圆形、多边形和不规则状。如图4-a)、b)所示,研究区安山岩段气孔、杏仁体发育较好,分布不均,形态不规则,气孔直径一般2～3 mm。如图4-c)、d)所示,本地区次生孔隙主要包括杏仁体和基质内溶蚀孔,粒间溶孔等,基质内溶孔发育较多。如图4-e)、f)所示,研究区主要发育斜交缝和高角度缝,伴随有钻井诱导缝。在致密脆性岩石中呈平直、中高角度的构造缝形状不规则,有些微裂缝常被方解石、绿泥石和硅质等矿物充填。

2.3 储盖组合

安山岩呈旋回性喷发,在喷发间歇期,顶部遭受化淋滤等地质作用,能够形成储集空间,在测井曲线上表现为高幅值背景下的相对低电阻,下一期喷发时将上一期形成的储集空间覆盖保存。

乌兰花凹陷阿尔善组上部泥岩可以认为是区域性盖层,泥岩累计厚最大可达300 m,单层厚度最大超过100 m。通过区域地质、地震以及钻探资料研究认为乌兰花凹陷存在腾一段下生上储、阿尔善组自生自储和古生界中生古储的三套生储盖组合。

3 成藏模式分析

根据以上成藏条件的分析,综合构建了乌兰花凹陷安山岩油藏“源内-相控复合岩性油藏”成藏模式,见图5。安山岩经火山通道喷发,由于火山岩浆中存在大量的气体,与空气接触后迅速冷凝,形成气孔状、杏仁状安山岩,其余形成块状致密型安山岩。火山的间断喷发形成多期安山岩,同时随着湖盆的沉降作用,安山岩被阿尔善组有效烃源岩包裹在其中,形成源内油藏;后期经过构造运动形成裂缝,裂缝不仅起到作为储集空间的作用,也起到沟通气孔作用,最终形成复合岩性油气藏。

4 主控因素分析

4.1 优质烃源岩的发育

阿尔善组暗色泥岩直接覆盖于安山岩地层之上,覆盖面积约300 km2,覆盖厚度最大300 m,占地层厚度的40%～80%,是安山岩层系的主要油源。同时,安山岩的异常热效应加速有机质演化,对烃源岩起到了加热作用,扩大了有效烃源岩体积。阿尔善组烃源岩既可以作为盖层又可以作为烃源岩,是构建自生自储油藏的基础。

a)气孔,气孔安山岩L 45 x井1 705.7 m

b)气孔,气孔杏仁体安山岩L 9井1 964.2 m

c)港湾形溶蚀孔,安山岩L 9井2 126.33 m

d)粒间溶孔,安山质角砾岩L 9井1 963.58 m

e)L 42井1 704.30 m高角度构造缝

f)L 45 x井1 966.9 m微裂缝

图5 乌兰花凹陷安山岩油藏成藏模式图

4.2 沉积相控制储层发育

4.2.1 研究区沉积相发育

国内外学者对火山岩沉积相分类及其特征进行了系统表述[15-21]。研究区阿尔善组主要钻遇喷溢相和爆发相。爆发相形成于火山作用的早期,电阻率曲线表现为中低值、锯齿状,以凝灰岩和安山岩为主。溢流相形成于火山喷发早-中期,电阻率曲线表现为箱型和钟型,中高值,以安山岩为主。

喷溢相可分为近火山喷溢亚相、中部喷溢亚相及边缘喷溢亚相：

1)近火山喷溢亚相见图6-a)。原生孔隙不发育,构造裂缝较发育,主要岩类为含同生角砾的安山岩。MCI图像显示斑状结构、角砾结构。见亮白色角砾结构,裂缝呈正旋曲线。

2)中部喷溢亚相见图6-b)。原生孔隙和构造裂缝的发育程度都较好。气孔发育,主要为含气孔-气孔状熔岩。MCI图像显示斑状结构,分布亮黄色或暗色直径较小的气孔。

a)近火山喷溢亚相测井响应特征

b)中部喷溢亚相测井响应特征

c)边缘喷溢亚相测井响应特征

d)热基浪亚相测井响应特征

e)热碎屑流亚相测井响应特征图6 喷溢相、爆发相测井特征模式

3)边缘喷溢亚相见图6-c)。原生气孔、孔间裂缝发育,主要岩类为气孔状熔岩,其特点是气孔沿流动方向定向拉长。MCI图像显示暗色斑点的气孔构造,孔间可见一条近平直的低角度裂缝。

爆发相主要发育两种亚相,热碎屑流亚相和热基浪亚相：

1)热基浪亚相见图6-d)。热基浪亚相内部层理发育,自然伽马呈微齿状-平滑曲线,声波曲线,电阻率和补偿中子呈低值,密度中子呈中高值。MCI图像上清晰地看到暗色块状模式的层理。

2)热碎屑流亚相见图6-e)。热碎屑流亚相主要岩性为棱角—次棱角状火山碎屑岩。测井曲线特征表现为声波曲线,补偿中子曲线和密度中子曲线为低值。MCI图像常具有熔结凝灰结构、火山碎屑结构,表现为杂色背景下高阻亮色浆屑压扁拉长的特征。

4.2.2 沉积相与有效储层发育

从图7有效储层亚相的厚度比例可以看出,沉积相是控制安山岩储层发育的重要因素。中部及边缘喷溢亚相和热碎屑流亚相在有效安山岩储层中占很大的比例,中部喷溢亚相占到了28.4%,边缘热碎屑流亚相占到了20.6%,热碎屑流亚相也占很大的比例。中部喷溢亚相内部原生孔隙和构造裂缝较发育,而热碎屑流亚相发育粒间孔、砾内孔,可形成良好的储集空间。因此,沉积相对有效储层的发育具有明显的控制作用

图7 有效储层亚相的厚度比例

4.3 断层控制安山岩展布并沟通油源

乌兰花凹陷构造演化经历了断陷期、断陷扩张期和断陷萎缩期三个阶段,发育一系列NE、EW、NW和SN向弧形展布正断层。按断裂的规模划分为三级,Ⅰ级断裂包括东部陡带断层和南部红井断层,控制凹陷的形成、构造的演化以及烃源岩的分布;Ⅱ级断裂主要分布在南洼槽—中央凸起带,控制安山岩的发育和分布,沟通油源并控制着油气运移和油藏分布;Ⅲ级断层属于晚期断裂,控制局部构造的形态和分布,对构造进行复杂化,见图8。

图8 乌兰花凹陷赛乌苏断阶带油气运移模式图

5 结论

1)综合应用该区现有钻井、地化、物性等资料,对乌兰花凹陷安山岩成藏条件进行分析,明确认为研究区阿尔善组烃源岩为主力烃源岩,储层以中低孔,特低渗储层为主,物性较差,储集空间类型主要为原生孔隙,次生孔隙和裂缝,从而对安山岩的成藏研究奠定了基础。

2)根据火山喷发期次以及裂缝发育程度划分了两种沉积相,喷溢相和爆发相。其中喷溢相又细分为三个沉积亚相,分别为近火山喷溢亚相、中部喷溢亚相、边缘喷溢亚相;爆发相细分为两个沉积亚相,分别为热基浪亚相和热碎屑流亚相。明确了喷溢相中部喷溢亚相储层有利发育相带。

3)构建了安山岩油藏“源内-相控复合岩性油藏”成藏模式,明确了优质烃源岩的分布,沉积相控制储层发育以及断层对构造的控制和沟通油源作用为成藏的主控因素。