熊益學，郗愛華，冉啟全，葛玉輝，劉小洪，孫圓輝

（1.西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室；2.中國石油勘探開發(fā)研究院）

滴南凸起區(qū)石炭系火山巖巖性特征及其意義

熊益學1，郗愛華1，冉啟全2，葛玉輝1，劉小洪1，孫圓輝2

（1.西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室；2.中國石油勘探開發(fā)研究院）

通過巖心觀察、薄片鑒定、巖石化學及物性資料分析等，對滴南凸起區(qū)石炭系火山巖巖性特征及其意義進行了研究。結(jié)果表明：滴南凸起區(qū)石炭系火山巖具有基性、中性、酸性火山巖共存，亞堿性及堿性系列并生的特點；基性火山巖以堿性系列為主，主要分布在滴西17井區(qū)；中酸性火山巖可分為堿性和亞堿性系列2部分，前者主要分布在滴西14井區(qū)和滴西18井區(qū)，后者主要分布在滴西17井區(qū)、滴西14井區(qū)和滴西10井區(qū)；平面上，巖性分布具有明顯分帶性，整體呈現(xiàn)自西北向東南方向由基性向酸性依次過渡的特征。巖漿作用方式控制了火山巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及基質(zhì)屬性，進而導致了角礫熔巖物性最優(yōu)，火山凝灰?guī)r的儲集物性最差。

火山巖巖石類型；分布規(guī)律；儲集物性；石炭系；滴南凸起

0 引言

近年來，隨著第一個火山巖油氣藏在美國加利福尼亞州的圣華金盆地被發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)相繼在渤海灣盆地、二連盆地、黃驊坳陷、塔里木盆地、準噶爾盆地、松遼盆地及江蘇油田等地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣儲層［1］。于是，火山巖作為一種重要的油氣儲層已引起眾多國內(nèi)外地質(zhì)學家的高度重視［2-6］。而火山巖巖性是火山巖儲層地質(zhì)學研究的重點，也是儲層描述和儲層預測的基礎。準噶爾盆地石炭系具有豐富的油氣資源，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的克拉瑪依、百口泉、紅山嘴、車排子和石西地區(qū)5個油田以及五彩灣氣田基礎上［5］，2006年在陸梁隆起東南部的滴南凸起區(qū)又發(fā)現(xiàn)了克拉美麗千億方的大氣田，拉開了該區(qū)火山巖氣藏全面勘探開發(fā)的序幕。然而，火山巖巖性組合復雜，后期構(gòu)造和成巖作用多變等因素長期影響著滴南凸起區(qū)石炭系火山巖油氣賦存規(guī)律的研究。為此，通過大量的巖心觀察、巖屑薄片鏡下鑒定和巖石化學分析，對滴南凸起火山巖巖性特征進行了研究，探討了不同巖性對儲集物性的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準噶爾盆地是新疆北部長期發(fā)展形成的大型疊合盆地［7］，總體形態(tài)呈三角形［圖 1（a）］，周邊被古生代褶皺山系所夾持。盆地形成受控于古亞洲洋和周邊造山帶的演化，經(jīng)歷了板塊消減增生、地體拼貼［7-8］、陸陸碰撞和陸內(nèi)裂谷作用［9-10］等多階段不同性質(zhì)的構(gòu)造變革。滴南凸起形成于石炭紀末期，位于準噶爾盆地陸梁隆起東南部，東抵克拉美麗山前，西連石西凸起，南臨東道海子凹陷，北接滴水泉凹陷［圖（1b）］。石炭系自下而上依次劃分為下石炭統(tǒng)塔木崗組（C1t）、滴水泉組（C1d）及上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組（C2b），本次研究主要涉及滴西17井區(qū)、滴西14井區(qū)、滴西18井區(qū)和滴西10井區(qū)，共約200 km2的范圍。

圖1 準噶爾盆地滴南凸起區(qū)域位置及構(gòu)造略圖（據(jù)文獻［11］修改）Fig.1 Regional location and structural map of Dinan uplift in Junggar Basin

2 火山巖巖性特征

2.1 火山巖類型

根據(jù)10口井累計420.5 m長的巖心、1000余塊薄片鑒定結(jié)果，認為滴南凸起火山巖類型多樣，既有火山熔巖，也有火山碎屑巖，其特征各異（表1）。主要包括次火山巖、火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖、火山-沉積碎屑巖等5種類型。

表1 滴南凸起區(qū)石炭系火山巖巖性分類特征Table 1 Lithologic classification of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

（1）次火山巖類。滴南凸起區(qū)石炭系鉆遇的次火山巖為正長斑巖，巖石呈紫灰色、銹灰色，斑狀結(jié)構(gòu)和似斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶主要為卡式雙晶、信封狀雙晶和條紋結(jié)構(gòu)（圖版Ⅰ-1）的正長石（10%～15%）?；|(zhì)主要為微晶—細晶結(jié)構(gòu)的正長石（70%±）、石英（5%～8%）及少量的黑云母和角閃石（不足5%）。其中，斑晶和基質(zhì)正長石表面污濁，普遍發(fā)生高嶺石化蝕變；石英多呈它形細粒狀位于基質(zhì)正長石晶間或呈項鏈狀環(huán)繞斑晶分布；暗色礦物多發(fā)生綠泥石化蝕變，發(fā)育塊狀構(gòu)造。該區(qū)次火山巖類主要分布在滴西18井區(qū)和滴西10井區(qū)，受構(gòu)造破壞可形成碎裂正長斑巖，構(gòu)成較好的油氣儲集空間。

（2）火山熔巖類。滴南凸起區(qū)石炭系火山熔巖比較發(fā)育，主要類型有：①玄武巖。主要分布在滴西17井區(qū)，巖心見于3500 m以下的深度，巖石呈深灰色、黑綠—黑色，斑狀結(jié)構(gòu)或少斑結(jié)構(gòu)。斑晶含量不足10%，主要為斜長石，部分橄欖石?；|(zhì)由輝石、磁鐵礦或隱晶質(zhì)充填于基質(zhì)斜長石格架內(nèi)，構(gòu)成間粒結(jié)構(gòu)或間隱-間粒結(jié)構(gòu)，次要礦物為角閃石和黑云母。發(fā)育氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造和塊狀構(gòu)造，杏仁體常呈橢圓狀、透鏡狀或不規(guī)則狀被綠泥石、綠脫石和方解石等次生礦物充填（圖版Ⅰ-2）。②安山巖。主要分布在滴西17井區(qū)，巖心見于3500 m以上的深度，位于玄武巖之上。巖石呈灰綠色、紫灰色，斑狀結(jié)構(gòu)或少斑結(jié)構(gòu)。斑晶含量不足10%，主要為斜長石，局部發(fā)育正邊結(jié)構(gòu)，少量輝石和角閃石斑晶。基質(zhì)由板條狀微晶斜長石半定向排列，構(gòu)成交織結(jié)構(gòu)或?；豢椊Y(jié)構(gòu)（圖版Ⅰ-3）。主體為塊狀構(gòu)造，局部見杏仁構(gòu)造。③粗面巖。主要分布在滴西18井區(qū)，巖心見于3500 m以上的深度。巖石主要呈暗灰色，風化后呈褐灰—褐紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，局部見多斑結(jié)構(gòu)。斑晶含量約10%，主要為卡式雙晶結(jié)構(gòu)的透長石（圖版Ⅰ-4），少量斜長石?；|(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)或顯微結(jié)晶結(jié)構(gòu)，板條狀微晶鉀長石半定向排列構(gòu)成典型粗面結(jié)構(gòu)。次要礦物為角閃石、石英，角閃石多發(fā)生綠泥石化蝕變。主體為塊狀構(gòu)造。

（3）火山碎屑熔巖類。是火山碎屑巖向熔巖過渡類型，火山碎屑物含量為30%～50%，碎屑間由熔巖膠結(jié)，膠結(jié)成分大多與火山碎屑物相近或相同，熔巖可在碎屑間呈流動構(gòu)造（圖版Ⅰ-5）?；鹕剿樾既蹘r一般分布在近火山口附近，巖心見于滴西14井區(qū)3660～3850 m的深度內(nèi)，主要為粗安質(zhì)角礫熔巖。

（4）火山碎屑巖類。主要類型有：①火山角礫巖。多呈肉紅色、灰綠色，火山角礫和火山凝灰等組分＞90%。角礫含量＞50%，成分主要為各種類型的熔巖，大小不等，一般呈棱角—尖棱狀，分選性差（圖版Ⅰ-6）?；鹕侥也糠种饕闪剑? mm的巖屑、晶屑、玻屑和火山塵組成，起到膠結(jié)火山角礫的作用。巖心見于滴西17井區(qū)3500 m以上和滴西18井區(qū)4060 m的深度內(nèi)。其中，滴西17井區(qū)主要為玄武質(zhì)火山角礫巖，滴西18井區(qū)主要為粗面質(zhì)火山角礫巖。②火山凝灰?guī)r。多呈灰綠色，粒度為0.05～2 mm的火山碎屑物含量在90%以上。根據(jù)碎屑物類型和相對含量，將巖心觀察到的火山凝灰?guī)r分為晶屑凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r和復屑凝灰?guī)r3種類型。其中，玻屑通常呈炸裂氣泡狀、弧面三角狀、彎鉤狀等不規(guī)則形態(tài)（圖版Ⅰ-7），在一定程度上暗示了該區(qū)火山凝灰?guī)r具有水下快速冷凝的結(jié)晶特點，主要分布在滴西14井區(qū)3682～3701 m和滴西10井區(qū)3036 m深度內(nèi)，其他地區(qū)也有少量分布。③熔結(jié)火山角礫巖。呈灰褐色，具熔結(jié)角礫結(jié)構(gòu)。火山碎屑（粒徑＞2 mm）含量＞90%，角礫成分復雜，主要為凝灰?guī)r巖屑、玄武巖和安山巖熔巖碎屑。角礫之間或者角礫與填隙物之間相互焊結(jié)，大的塑性角礫遇剛性角礫和巖屑有壓彎或扭轉(zhuǎn)等形變特征（圖版Ⅰ-8）。巖心見于滴西17井區(qū)3810 m深度內(nèi)，主要為玄武質(zhì)熔結(jié)角礫巖。④熔結(jié)火山凝灰?guī)r。呈灰綠色，具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)和假流動構(gòu)造，內(nèi)部粒徑＜2 mm的塑性玻屑、塑性巖屑呈拉長狀定向排列，巖心肉眼觀察易與流紋巖相混淆。巖心主要見于滴西14井區(qū)3820 m的深度內(nèi)，主要為晶屑、巖屑熔結(jié)凝灰?guī)r。

（5）火山-沉積碎屑巖類。主要類型有：①沉凝灰?guī)r。呈黑色、黑綠色、肉紅色等雜色，具沉凝灰結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造。火山碎屑含量＞75%，主要由＜2 mm的玻屑、巖屑及晶屑和火山凝灰質(zhì)組成。正常陸源碎屑主要為粉砂質(zhì)或泥質(zhì)成分，可見少量次圓狀石英碎屑（圖版Ⅰ-9）。巖心見于滴西17井區(qū)3600 m以上和滴西18井區(qū)3570 m的深度內(nèi)，一般炭質(zhì)組分較高，下部通常為火山角礫巖，代表火山噴發(fā)的間歇期或低潮期。②沉火山角礫巖。呈灰綠色，具沉凝灰角礫結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造?；鹕剿樾嘉锖浚?5%，粒徑為 2～64 mm的火山角礫含量＞30%，包括＜2 mm的巖屑、晶屑、玻屑等凝灰級碎屑。正常陸源碎屑含量＜25%，主要為少量礫石、砂屑等陸源碎屑。巖心見于滴西18井區(qū)，其中，DX1824井3568.51～3577.24 m與3598.26～3616.85 m之間出現(xiàn)2段與沉凝灰?guī)r呈互層狀產(chǎn)出的沉火山角礫巖，角礫成分復雜，層理發(fā)育，因含陸源碎屑物與火山角礫巖相區(qū)別。③凝灰質(zhì)礫巖、砂巖及泥巖。呈雜色，具凝灰沉積結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造?；鹕剿樾嘉锖繛?0%～50%，主要為火山灰。根據(jù)外來碎屑的粒徑大小將其劃分為礫巖、砂巖及泥巖。

通過對取心段巖性特征（表2）的分析表明：研究區(qū)石炭系火山巖類型復雜，滴西17井區(qū)以基性、中基性火山熔巖類為主，次為火山碎屑巖類；滴西14井區(qū)主要為中性、中酸性火山碎屑巖；滴西18井區(qū)以淺層侵入的次火山巖（正長斑巖）為主，具少量熔巖和火山-沉積碎屑巖；滴西10井區(qū)則主要為酸性火山碎屑巖。

表2 滴南凸起區(qū)石炭系主要取心井火成巖巖性、厚度（m）分布特征Table 2 Lithology thickness（m）distribution of Carboniferous igneous rocks of main coring in Dinan uplift

2.2 火山巖巖石化學特征

對滴南凸起27個取心樣品進行全巖化學分析，并將分析數(shù)據(jù)投影到TAS圖解上（圖2），樣品點全部投落在基性、中性和酸性巖范圍內(nèi)。按照Irvine等（1971）關(guān)于堿性巖和亞堿性巖的劃分方案，樣品包含亞堿性和堿性2個系列。滴西17井區(qū)主要為基性、中基性的堿性巖，以大量出現(xiàn)的玄武巖、粗面玄武巖等熔巖及相應的火山碎屑巖為代表；滴西14井區(qū)主要為中性、中酸性的堿性巖，以大量出現(xiàn)的粗安質(zhì)、粗面質(zhì)火山凝灰?guī)r、火山角礫巖等火山碎屑巖為代表；滴西18井區(qū)主要為中性、中酸性的堿性巖，部分為中性、中酸性的亞堿性巖，與巖心中大量出現(xiàn)的正長斑巖和粗面巖等堿性巖以及亞堿性的安山巖相對應；滴西10井區(qū)主要為中酸性、酸性的亞堿性巖，以英安質(zhì)、流紋質(zhì)火山凝灰?guī)r為代表，與巖心及薄片鑒定結(jié)果相一致。

圖2 滴南凸起石炭系火山巖TAS圖解Fig.2 TAS diagrams of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

2.3 火山巖巖性分布特征

資料顯示，滴南凸起區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山噴發(fā)具有階段性和差異性的特點［12］，火山作用方式以寧靜溢流、強烈爆發(fā)為主，同時伴隨淺層侵入（圖3），這種多期次噴發(fā)機制決定了火山巖巖性復雜（從基性到中性直至酸性均有分布），亞堿性及堿性系列共存的特點。根據(jù)火山巖特有的測井響應和地震波反射結(jié)構(gòu)可準確地識別和預測火山巖的巖性［13-15］。依據(jù)該區(qū)測井、地震資料，結(jié)合火山巖發(fā)育模式對不同類型的火山巖分布進行了預測：滴南凸起區(qū)石炭系火山巖大致分為西北部、中部及東南部3個區(qū)間，每個區(qū)間火山巖大致呈北東向條帶狀分布（圖4）；西北部以玄武巖、安山巖為主，夾雜沉凝灰?guī)r；中部主要為正長斑巖、火山凝灰?guī)r、火山角礫巖和熔結(jié)凝灰?guī)r，粗面巖僅發(fā)育于滴西18井附近；東南部以流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、火山角礫巖呈平面相間產(chǎn)出。整體表現(xiàn)出自西北向東南由基性向酸性依次過渡的特征，巖性空間分布具有明顯的分帶性。

圖3 滴南凸起區(qū)石炭系火山巖發(fā)育模式Fig.3 The formation model of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

圖4 滴南凸起區(qū)石炭系火山巖巖性平面展布特征Fig.4 Lithology distribution of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

3 火山巖巖性對儲集物性的影響

巖性是儲集空間的物質(zhì)載體，后期改造因素對儲集物性影響較大。為了明確不同巖性對儲集物性的影響程度，研究過程中避開了裂縫發(fā)育段，選取未遭受強烈蝕變的樣品進行實測孔隙度統(tǒng)計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①淺層侵入的正長斑巖因斑晶結(jié)晶緩慢，自形程度高，常呈斑狀、似斑狀結(jié)構(gòu)，其孔隙度分布范圍較小，平均值為8.37%（圖5）?？紫督Y(jié)構(gòu)與礦物結(jié)晶程度有關(guān)，在該區(qū)基質(zhì)呈微晶結(jié)構(gòu)的正長斑巖孔隙度（3.9%～4.3%）遠小于顯微晶結(jié)構(gòu)（表3）。②巖漿寧靜溢流形成的玄武巖因揮發(fā)組分的含量及后期氣孔充填程度的差異，導致孔隙度有較大的變化范圍（圖5），且均為少斑結(jié)構(gòu)的玄武巖（表3），發(fā)育氣孔構(gòu)造的玄武巖孔隙度（13.6%～15%）明顯好于氣孔-杏仁狀（10.8%～12.6%）和杏仁狀玄武巖，同時，基質(zhì)結(jié)構(gòu)不同也可能造成儲集物性的差異（表3）（滴西172井3506.83 m與滴西17井3635.39 m）。③在研究區(qū)角礫熔巖中的角礫與熔漿膠結(jié)物成分相似（圖版Ⅰ-5），為同期熔漿在流動過程中，將已固結(jié)的熔巖外殼沖破碎裂并將碎塊包裹而成，其膠結(jié)物具有氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造（表3），平均孔隙度較高（圖5）。④因火山角礫巖的快速堆積，形成了角礫支撐結(jié)構(gòu)，在該區(qū)具有較高的孔隙度（9.78%），后期壓實對儲集空間起破壞作用，是造成其最大孔隙度遠小于玄武巖孔隙度的重要原因。⑤熔結(jié)角礫巖的角礫被塑性玻屑及較小火山碎屑物熔結(jié)，呈現(xiàn)熔結(jié)角礫結(jié)構(gòu)（圖版Ⅰ-8），填隙物成分容易變形，形成的孔隙度相對于角礫熔巖和火山角礫巖均較小。⑥因火山凝灰?guī)r的碎屑粒度細，且被火山灰膠結(jié)，其含有的塑性巖屑及塑性玻屑，在壓實過程中可擠入原始粒間孔而降低孔隙，因此在研究區(qū)孔隙度最小。⑦熔結(jié)凝灰?guī)r多具有小囊狀氣泡，因熔結(jié)作用使其較好地保持了高溫能力，造成其巖漿后期階段冷凝時間較長，使得固相和揮發(fā)相之間充分作用，有利于揮發(fā)氣體釋放而形成孔隙，同時，弱熔結(jié)、中等熔結(jié)結(jié)構(gòu)的熔結(jié)凝灰?guī)r除了具有氣泡作用形成的孔隙外，還殘存相對疏松的粒間孔隙，造成了在該區(qū)具中等熔結(jié)結(jié)構(gòu)的熔結(jié)凝灰?guī)r孔隙度（3.2%～4.3%）大于強熔結(jié)結(jié)構(gòu)的熔結(jié)凝灰?guī)r孔隙度，這與 Sruoga等［16］的認識較為一致。

圖5 滴南凸起區(qū)石炭系火山巖孔隙度與巖性關(guān)系圖Fig.5 Relationship between porosity and lithology of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

表3 滴南凸起區(qū)石炭系火山巖巖石學特征與物性關(guān)系Table 3 Relationship between petrology and reservoir properties of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

4 結(jié)論

滴南凸起區(qū)石炭系火山作用以寧靜溢流、強烈爆發(fā)為主，同時伴隨淺層侵入。多期次火山噴發(fā)機制決定了該區(qū)火山巖具有基性、中性、酸性共存及亞堿性與堿性系列并生的特點，且在空間分布上具有明顯的分帶性。該區(qū)西北部以堿性和亞堿性玄武巖、安山巖為主，夾雜沉凝灰?guī)r；中部主要為堿性正長斑巖、火山凝灰?guī)r、火山角礫巖和熔結(jié)凝灰?guī)r；東南部以亞堿性流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、火山角礫巖呈平面相間產(chǎn)出，整體表現(xiàn)出自西北向東南由基性向酸性依次過渡的特征。不同巖漿作用方式控制了火山巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及基質(zhì)屬性，從根本上造成了不同巖石類型的物性差異，進而導致了滴南凸起區(qū)角礫熔巖物性最優(yōu)，而火山凝灰?guī)r的儲集物性最差。

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Characteristics and significance of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift

XIONG Yi-xue1， XI Ai-hua1， RAN Qi-quan2， GE Yu-hui1， LIU Xiao-hong1， SUN Yuan-hui2
（1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservior Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Research Institute of Petroleum Exploration&Development， PetroChina， Beijing 100083， China）

Based on core observation,thin section identification,petrochemical analysis and reservoir property data

analysis,the characteristics and significance of Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift were studied.The result shows that the Carboniferous volcanic rocks in Dinan uplift have the characteristics ofcoexistence ofbasic,intermediate and acidic,and intercrescence of subalkaline and alkaline series.Basic volcanic rocks mainly are alkaline series and distributed in Dixi 17 well area.Intermediate-acidic volcanic rocks can be divided intoalkaline and sub-alkaline series,the former mainlydistributed in Dixi 14 and 18 well areas,and the latter mainlydistributed in Dixi 17,14 and 10 well areas.The lithology distribution on the plane has obvious zonation showing the gradual transition from basic rock to acidic rock towards the southeast.Magmatic process controls the volcanic texture,structure and matrixproperties,which led toa gradual deterioration ofphysical properties frombrecciated lava tovolcanic tuff.

volcanicrocktypes； lithologydistribution； reservoirproperties； Carboniferous； Dinanuplift

TE122.2+22

A

2011-06-28；

2011-07-29

國家重點基礎研究發(fā)展計劃“973”項目（編號：2007CB209507）“火山巖氣藏有效儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及滲流規(guī)律”部分成果。

熊益學，1983年生，男，西南石油大學在讀博士研究生，研究方向為儲層地質(zhì)學。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室。E-mail：xiongyixue2002@yahoo.com.cn

郗愛華，博士生導師，礦物巖石礦床學專業(yè)。E-mail：aihuaxi@163.com

1673-8926（2011）06-0062-07

圖版Ⅰ

楊琦）