朱國華，張杰，2，姚根順，李玉文，王鑫，余朝豐

（1中國石油杭州地質研究院；2中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室）

沉火山塵凝灰?guī)r：一種賦存油氣資源的重要巖類
——以新疆北部中二疊統(tǒng)蘆草溝組為例

朱國華1，張杰1，2，姚根順1，李玉文1，王鑫1，余朝豐1

（1中國石油杭州地質研究院；2中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室）

新疆北部中二疊統(tǒng)蘆草溝組的一套重要致密含油巖類一直被誤認為是泥巖、泥晶白云巖、粉砂巖或油頁巖。經過詳細而系統(tǒng)的X衍射研究發(fā)現(xiàn)，在這套所謂"泥巖"的巖石中，以泥晶級別（＜30μm）的火山灰為主要組分，主要礦物成分為長石、石英和自生硅質成分，還有少量方沸石和黃鐵礦，黏土的含量極低（＜5%）或無，屬于火山凝灰?guī)r中最細的一級，可定性為沉火山塵凝灰?guī)r。全巖X衍射分析還表明，隨著蘆草溝組中白云石含量的遞變，沉火山塵凝灰?guī)r呈現(xiàn)向白云巖的漸變序列。沉火山塵凝灰?guī)r在鏡下具有非常好的熒光顯示，TOC含量達2%～20%，有機質具有似層狀和分散狀兩種賦存狀態(tài)。巖石中有幾種重要的儲集空間：泄水通道、泄氣孔、構造縫、硅質巖的碎裂縫、火山灰方沸石化溶孔及藻類(？)溶孔等。與非火山成因類泥巖和頁巖的巖石學特征對比表明，蘆草溝組沉火山塵凝灰?guī)r可成為重要的烴源巖，而沉火山塵凝灰?guī)r生烴過程中，大量的黏土礦物并非是必需的。沉火山塵凝灰?guī)r可以是一種很好的自生自儲巖類。

沉火山塵凝灰?guī)r；烴源巖；油氣成因；油氣儲集；中二疊統(tǒng)；蘆草溝組；新疆北部

1 問題的提出

在新疆準噶爾盆地、吐哈盆地及三塘湖盆地（圖1），對中二疊統(tǒng)蘆草溝組的致密油研究是多年來的研究熱點［1-3］。三塘湖盆地馬朗凹陷二疊系蘆草溝組產油層亦是很好的烴源巖層，TOC為1.38%～11.90%，產油量為0.01～22.20 m3/d，初步估算的蘆草溝組源內儲量規(guī)模為17579.99×104t［4］。

圖1 新疆北部盆地與侵入巖體分布（據文獻［1］修改）

蘆草溝組這套巖類為非常好的烴源巖（表1）［2］，由于粒度極細（＜30 μm，泥晶級別），一直被描述為“灰黑色泥巖、粉細砂巖、白云巖、白云石化巖類和油頁巖”，沉積環(huán)境為陸緣近海湖泊沉積［2，4-5］。

表1 準噶爾盆地中二疊統(tǒng)蘆草溝組烴源巖基本參數(shù)［2］

我們對這套所謂“泥巖”進行了詳細的巖石學研究和X衍射分析（表2），發(fā)現(xiàn)其中黏土礦物含量很低（最高為11%，大多小于5%，平均為2.2%），有的甚至含量太低無法測出。前人對此段巖心多根據其極細的粒級的宏觀特征（圖2a、2b）而定名為泥巖、粉砂質泥巖，卻并未做深入的鑒定和地球化學分析。然而，泥巖中黏土礦物的含量應當大于50%［6］，因此，這套黏土礦物含量很低的巖石并不能被稱為泥巖，同時由于其頁理也不發(fā)育，因此，亦不能稱其為頁巖，它與泥巖、頁巖之間在巖石學特征方面存在著明顯的區(qū)別（圖2c，2d）。

圖2 新疆北部蘆草溝組生油巖（沉火山塵凝灰?guī)r）巖石學特征

2 沉火山塵凝灰?guī)r的定義

本區(qū)及周邊在中二疊世蘆草溝期存在普遍的火山活動［7］，其巖漿成分為安山質（石英含量少，準噶爾盆地東部）和流紋質（石英含量較高，三塘湖盆地）?；鹕轿镔|噴出后，沉積下來而形成的巖石類型，根據火山碎屑含量的不同可以劃分為火山碎屑巖、沉積火山碎屑巖以及火山碎屑沉積巖［8］。其中粒級小于2mm的火山碎屑巖為沉凝灰?guī)r，而最細的火山塵沉積下來則成了沉火山塵凝灰?guī)r（也可簡稱為“沉火山塵巖”）。

沉火山塵凝灰?guī)r在本區(qū)中二疊世蘆草溝期的沉

積是非常普遍的，這套被稱為“泥巖”的巖石實應為沉火山塵凝灰?guī)r。

表2 三塘湖盆地蘆1井蘆草溝組含沉火山塵凝灰?guī)r段巖石全巖X衍射成分表

基于此，我們提出了“沉火山塵凝灰?guī)r”的定義（簡稱為沉火山塵巖），以火山塵（鏡下難以辨認個體形態(tài)，粒徑小于1/32mm［6，8］）為主要成分的一類沉積火山碎屑巖，屬于沉凝灰?guī)r中粒度最細的一級。沉火山塵凝灰?guī)r的主要礦物成分為長石、石英和自生礦物，含有少量黃鐵礦（2%～3%），其它為有機質，黏土礦物含量極低（大多小于5%）或不含。

沉火山塵凝灰?guī)r與泥巖、頁巖從礦物成分上的區(qū)別主要在于黏土礦物的含量，這可以通過全巖X衍射（如表2）測得，也可以通過薄片觀察估算得出。關于鏡下黏土礦物的識別方法，前人曾有過報道［9］，此處不再贅述。

在剖面上，局部層段沉火山塵凝灰?guī)r具有與泥巖類似的紋層狀結構（圖2b），紋層的厚度多為毫米級，局部含有微米級的沉火山塵凝灰質泥巖—泥巖薄層（圖2e，2f）。

由于火山塵粒度細，在火山噴發(fā)后，火山塵可以飄到幾千千米以外［6］。沉火山塵凝灰?guī)r的分布范圍可以很廣泛，它也可以與沉積地區(qū)的其他類型巖石互層而成為過渡巖類，或者與其他沉積巖礦物共同沉積而成為沉火山塵凝灰質沉積巖。

沉火山塵凝灰?guī)r與泥巖（泥質巖）、頁巖一樣，均可以成為非常重要的烴源巖，它們的異同點見表3。

表3 泥巖（泥質巖）、頁巖和沉火山塵凝灰?guī)r巖石學特征對比表

在有的地區(qū)，沉火山塵凝灰?guī)r中可以含有含量不等的白云石。全巖X衍射分析結果表明，本區(qū)蘆草溝組的白云石含量從3%～92%不等（表2），呈白云巖與沉火山塵凝灰?guī)r漸變的變化序列，依白云石的量（從少到多）可以稱為含白云質沉火山塵凝灰?guī)r、白云質沉火山塵凝灰?guī)r、沉火山塵凝灰質白云巖、含沉火山塵白云巖、泥晶白云巖等。

關于白云巖的成因，柳益群等［10］認為，這套白云巖為地幔熱液噴流型原生白云巖。這與本區(qū)巖漿活動密切相關，但由于火山口數(shù)量的有限以及影響范圍的有限，橫向和縱向普遍發(fā)育的大套白云巖不應該僅僅是由熱液噴流所形成，故而大多數(shù)研究者認為這套白云巖主要為湖相沉積的產物［11］，筆者基本認同這種觀點，關于這一白云巖的成因，進一步的認識還需要做更多的工作來證實。

在本區(qū)，沉火山塵凝灰?guī)r段普遍存在著硅質巖薄層，局部自生硅質成分富集，可稱為硅質巖（如表2，樣品深度3080.86～3080.99m，石英+自生硅質成分含量達89%）。這些硅質巖的成因還有待進一步研究。硅質巖薄層雖然含量不到2%，但它卻成了非常重要的油氣儲集巖，這在后文中將進行詳細敘述。

3 沉火山塵凝灰?guī)r中有機質的賦存狀態(tài)

在前人的研究中，凝灰質巖、沉凝灰?guī)r曾被作為生油巖進行過比較詳細的研究。

周中毅等［12］對于準噶爾盆地中二疊統(tǒng)凝灰質巖產烴能力進行了詳細的有機地球化學研究，認為它是一種新型的生油巖。

王鵬等［13］曾對沉凝灰?guī)r作為一種新型烴源巖進行了詳細的研究，但沉凝灰?guī)r所涵蓋的范圍很廣，它包括了沉火山塵凝灰?guī)r，文中并未對沉火山塵凝灰?guī)r的巖石學特征進行詳細的研究。

在其他關于火山碎屑巖生油性的研究中，沉火山塵凝灰?guī)r從未被提及。

馮喬等［5］則認為，這是一套所謂“泥巖”的主力烴源巖，他們肯定了其作為烴源巖的重要性及意義，但并未對其巖性進行深入的研究。

作為一種賦存致密油氣的巖類，沉火山塵凝灰?guī)r對于油氣的賦存很少被提及。我們對新疆準噶爾盆地東部地區(qū)和三塘湖盆地這種含油氣性非常好的新型烴源巖——火山凝灰?guī)r中最細的沉火山塵凝灰?guī)r中有機質的賦存狀態(tài)進行了詳細研究，發(fā)現(xiàn)其有著非常好的熒光顯示，其有機質賦存狀態(tài)主要有以下兩種（圖3）：1)似層狀，厚度約幾十微米（圖3a巖心右側455標簽處和圖3f的暗色紋層）；2)分散狀，與沉火山塵凝灰?guī)r、泥晶鐵白云石、硅質等伴生，具有很高的TOC值，其生成的油氣可直接充注于孔洞內（圖3a巖心中部及左側），熒光顯示非常好。

沉火山塵凝灰?guī)r所夾的薄層硅質巖內也具有非常好的油氣富集現(xiàn)象（圖3c，3d），有些為疑似藻類，呈分散狀分布。

圖3 沉火山塵凝灰?guī)r油氣顯示特征

4 儲集空間類型

沉火山塵凝灰?guī)r作為一種自生自儲油氣的巖類，其儲集空間類型主要有如下幾種。

泄水通道在成巖期，由壓實和流體排出不平衡以及生烴作用產生的異常高的孔隙流體壓力作用，油氣、水等流體沿著與層理平行/近平行或斜交的方向運移而形成（圖3b白色箭頭所指）。泄水通道包括泄水孔、泄水縫等，梁世君等［4］將其描述為排烴縫似乎不太全面。這些泄水通道雖然部分被細粒沉積物充填，殘余空間仍然可以成為主要的儲滲空間。如圖3a中黑色石油斑塊沿泄水通道分布，圖3b的泄水通道被方解石部分充填而降低了其儲集空間的有效性。裂縫對于泄水通道的作用在于不僅連通了本來一個個較為孤立的泄水通道，而且溝通了油氣，使泄水通道成為有效的油氣儲集空間［14］。

泄氣孔烴源巖中有機質向干酪根轉化，進而向烴類轉化的過程中會排出大量二氧化碳、烴類等氣體，這些氣體外泄后，在沉積物中會形成很多泄氣孔（如圖3b紅色箭頭所指的白色斑點，圖3e和3f紅色箭頭所指），雖然在成巖作用過程中，這些氣孔不同程度地被充填（圖4f），其未被充填的殘余孔（圖4f紅色箭頭所指）也是一種很好的儲集空間。

硅質巖碎裂縫、構造縫沉火山塵凝灰?guī)r中一種非常重要的儲集空間為脆性的硅質巖受壓碎裂形成的碎裂縫（圖4a—4d），硅質碎裂縫中的硅質角礫內孔隙也富含油氣（圖4b）。此外，硅質巖中的非晶質礦物為蛋白石（SiO2·nH2O），其中含5%～10%的水，在成巖過程中，蛋白石發(fā)生脫水而形成一種中間產物——隱晶質石英的集合體玉髓，最后轉化為石英。蛋白石轉化為石英的這個過程在國外文獻中早有記載［15］。在脫水過程中也產生了一些儲集空間。筆者對含硅質的樣品進行熒光觀察發(fā)現(xiàn)，硅質本身無熒光顯示，而硅質周圍的一圈礦物熒光顯示很強，含油性特別好（圖3c，3d），這對于以往認為的硅質巖由于太致密而不能成為很好的油氣儲集空間而言是一種新的發(fā)現(xiàn)。

方沸石化后的溶孔火山塵在沉積后發(fā)生方沸石化，而方沸石在成巖過程中易溶蝕，從而形成溶孔（圖4e）。

藻類(?)形成的孔目前對于藻類這種低等生物類型，我們尚無法確定，但這類物質產生了豐富的有機質（圖3c，圖3d），它對油氣的富集及與油氣密切的關系應當引起足夠的重視。

納米孔沉火山塵凝灰?guī)r面孔率雖然低，但研究表明沉火山塵凝灰?guī)r中具有大量的納米級微孔，這對于提升沉火山塵凝灰?guī)r的物性無疑具有意義。

圖4 沉火山塵凝灰?guī)r儲集空間特征

5 地質意義與展望

（1）黏土礦物在生油過程中的重要作用已經被許多地質學家進行了深入的研究［16］。陸琦等［17］研究了廣西百色盆地干酪根與黏土礦物的關系后，認為黏土礦物是有機質向烴類轉化的載體和催化劑。在黏土礦物含量高的泥巖和頁巖中，這種作用是毋庸置疑的，但新疆北部中二疊統(tǒng)蘆草溝組沉火山塵凝灰?guī)r中黏土礦物極低（大多<5%）或無；按照黏土礦物催化生油理論，如此低含量的黏土礦物在本區(qū)似乎不足以產生生油作用，但這里仍獲中低產油流。本區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組沉火山塵凝灰?guī)r有機質豐度高、類型好，是盆地主力烴源巖；其豐富的油氣顯示表明，在沒有或少有黏土參與的條件下，經過長期的有機質演化，仍然可以成功地生烴。這對于油氣生成研究具有一定的啟迪意義，關于沉火山塵凝灰?guī)r中油氣具體生成過程的研究，還有待進一步的工作證實。

（2）以往被認為是泥巖的沉火山塵凝灰?guī)r一直不被認為是好的烴源巖和儲集巖，通過本區(qū)蘆草溝組的研究發(fā)現(xiàn)，沉火山塵凝灰?guī)r是賦存油氣資源的重要巖類，這對于今后擴大勘探領域具有重要的意義。

感謝中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院唐勇所長、常秋生主任對本項研究的大力支持。

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編輯：張躍平,金順愛

Sedimentary Volcanic Dust Tuff,An Important Kind of Rock Storing Hydrocarbon Resources:Disscusion on the Lithology of Middle Permian Lucaogou Oil-bearing Rocks in the North of Xinjiang

Zhu Guohua,Zhang Jie,Yao Genshun,Li Yuwen,Wang Xin,Yu Chaofeng

There is a set of dense oil-bearing rock in Middle Permian Lucaogou Formation in the north of Xinjiang Province and the rock has been ever regarded as mudstone,dolomicrite,siltstone or oil shale.Attributing to the systematic analysis of X-ray,it is known that the rock called"mudstone"can be defined as the sedimentary volcanic dust tuff(SVD tuff),in which volcanic dust(＜30μm in grain diameter)is dominant in composition and the minerals commonly are feldspar, quatz and authigenic silicon and a small mount of analcime and pyrite with a littl(＜5%)or no clay.The X-ray analysis also shows that the SVD tuff presents a change gradually to dolostone with changing content of dolomite in Lucaogou Formation. The SVD tuff displays good fluorescent reflection in microscope.TheTOCis ranged from 2%to 20%in and the organic materials are present in laminaroid and scattered occurrences.This tuff is of many types of significant reservoir spaces,such as water-drainage channels,gas-drainage pores,structural fractures,silicalite fissures,volcanic ash-analcitized solution pores, algae(?)solution pores,and other pores.Through petrologic correlation of the Lucaogou tuff with nonvolcanic mudstone and shale,it is shows that this tuff can be an important source rock.Not a great abundance of clay minerals are necessary during hydrocarbon generation in the SVD dust tuff,which does not accord with the clay-catalyzing theory.This SVD tuff may be a good owner-source and owner-reservoir rock.

Middle Permian;Lucaogou Fm;Sedimentary volcanic dust tuff;Source rock;Hydrocarbon origin;Hydrocarbon reservoir

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2014.01.001

1672-9854(2014)-01-0001-07

2013-02-23；改回日期：2013-10-09

本文受國家科技重大專項《海相碳酸鹽巖沉積與有效儲層大型化發(fā)育機理與分布研究》（編號：2011ZX05004-002）資助朱國華：1931年生，教授級高級工程師，長期從事沉積儲層研究。通訊地址：310023浙江省杭州市西溪路920號

Zhu Guohua：male,Research Professor.Add:PetroChina Hangzhou Institute of Geology,920 Xixi Rd.,Hangzhou, Zhejiang,310023,China