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            松遼盆地長嶺斷陷火山巖儲層特征及有效儲層分布規律
            博燃網● 2015-12-23

            摘 要:火山巖油氣藏是松遼盆地重要的勘探對象,為定量分析火山噴發旋回、巖性、巖相與有效儲層分布的關系,基于該盆地長嶺斷陷66口鉆井地質與測井資料、1495km2三維地震資料、546套實測物性及試氣產能等資料,并在19384m火山巖井段巖性校正的基礎上,劃分出火山噴發旋回和火山巖相及亞相,建立起巖性、巖相、旋回與儲層物性、含油氣情況之間的關系,分析了火山巖儲層特征及有效儲層的分布規律。結果表明:該區共發育310個火山噴發旋回,有效儲層集中發育在火山噴發序列的頂部旋回,其中營城組一段、三段的頂部旋回(旋回三)儲集性能最好;該區主要發育11種火山巖石類型,其中流紋巖、流紋質凝灰巖、流紋質凝灰熔巖和流紋質火山角礫巖為有效儲層的優勢巖性;研究區主要發育4種火山巖相11種亞相,其中噴溢相上部亞相和爆發相熱碎屑流亞相為有效儲層的優勢巖相;火山巖儲層物性條件與其有效儲層發育程度有著顯著的對應關系,儲層物性控制了有效儲層的分布,并且在物性特征中孔隙度較之于滲透率而言,對有效儲層的形成具有更明顯的影響。結論認為,該區深層火山巖勘探具有良好的前景。

            關鍵詞:松遼盆地  長嶺斷陷  火山巖儲集層  有效儲層  噴發旋回  儲層物性  巖性  巖相

            Characteristics of volcanic reservoirs and distribution rules of effective reservoirs in the Changling fault depression,Songliao Basin

            AbstractIn the Songliao Basin,volcanic oil and gas reservoirs are important exploration domainsBased on drilling,loggingand 3D seismic(1495km2)data,546 sets of measured physical properties and gas testing productivity of 66 wells in the Changling fault depression,Songliao Basin,eruptive cycles and sub-lithofacies were distinguished after lithologic correction of 19384m volcanic well interval,so that quantitative analysis was conducted on the relation between the eruptive cycles,lithologies and lithofacies and the distribution of effective reservoirsAfter the relationship was established between lithologieslithofaciescycles and reservoir physical propertiesoil and gas bearing situations,an analysis was conducted on the characteristics of volcanic reservoirs and the distribution rules of effective reservoirsIt is indicated that lo eruptive cycles of 3 sections are totally developed in this area,and the effective reservoirs are mainly distributed at the top cycles of eruptive sequenceswith those of the 1st and 3rd Members of Yingcheng Formations presenting the best reservoir propertiesIn this area,there are mainly 11 types of volcanic rocks,among which rhyolite,rhyolitic tuff,rhyolitic tuffolava and rhyolitic volcanic breccia are the dominant lithologies of effective reservoirsIn the target area are mainly developed 4 volcanic lithofacies(11 sub-lithofacies),among which upper sub lithofacies of effusive facies and thermal clastic sublithofacies of explosion lithofacies are predominant in effective reservoirsThere is an obvious corresponding relationship between the physical properties of volcanic reservoirs and the development degree of effective reservoirsThe distribution of effective reservoirs is controlled by reservoir physical properties,and the formation of effective reservoirs is influenced more by porosity than by permeabilityIt is concluded that deep volcanic gas exploration presents a good prospect in this area

            KeywordsSongliao Basin;Changling fault depression;Volcanic reservoir;Effective reservoir;Eruption cycle;Reservoir physical properties;Lithology;Lithofacies

            1 地質背景

            隨著松遼盆地徐深1井、長深1井的相繼被發現,火山巖儲層及其油氣藏已經成為重要的勘探對象[1]?;鹕綆r儲層具有類型多樣、形成條件復雜等特點,在外部形態、內部結構、物性特征等方面存在明顯差異[2],這給科研生產帶來了很大困難。近年來,由于各斷陷中淺層位、規模大、特征清楚、位置有利的火山巖體基本已鉆探完畢,致使火山巖油氣勘探不斷向深層拓展[3]。而目前松遼盆地火山巖研究主要聚焦在下白堊統營城組,以巖石學[4]、巖相學[5-6]、儲集空間類型及特征[7-8]、成巖作用對成儲成藏的影響[9]、儲層控制因素[10-11]和分布規律[12]等方面的研究為主。而對于深層下白堊統火石嶺組的研究則相對較少[13-14]。2010年松遼盆地南部火石嶺組火山巖勘探取得突破[15]。隨著勘探和研究的深入,把松遼盆地斷陷層作為統一整體,綜合研究營城組和火石嶺組兩套火山巖序列,進一步探討火山噴發旋回、巖性、巖相與有效儲層分布的關系,已經成為重要的理論和實際課題。

            筆者選取松遼盆地南部面積最大、資源量最豐富[16]的長嶺斷陷作為研究靶區,以66 口鉆井(其中21口鉆井鉆遇火石嶺組)(1)的地質與測井資料、三維地震資料、實測物性及試氣產能資料為基礎,以營城組和火石嶺組火山噴發旋回、巖性、巖相、儲層物性特征為研究對象,定量分析火山噴發旋回、巖性、巖相與有效儲層分布的關系,以期通過具有一定普適性規律的總結為該區深層火山巖油氣勘探提供儲層依據。

             

            2 火山地層縱向序列

            松遼盆地具有斷—坳雙層充填結構。其構造盆地充填經歷火石嶺組—營城組的斷陷期、登婁庫組嫩江組的坳陷期、四方臺組依安組的構造反轉期3個演化階段[17]?;鹕綆r在時空上存在復雜的組合關系。厘定火山巖的縱向充填序列和橫向對比關系,是火山巖儲層及其油氣藏研究的基礎。

            斷陷期火山活動具有多中心、多旋回、間歇性噴發等特征[18]。所形成的地層序列在巖性組合、結構構造、縱向噴發序列等方面具有可對比性。筆者首先根據營城組和火石嶺組的巖性序列與組合特征[13,19],采取“組內劃段、段內劃旋回”方案進行單井組—段—旋回劃分。結合前人研究成果,將營城組自下而上分為36旋回,將火石嶺組分為24旋回(其中火石嶺組二段旋回二在王府斷陷等見鉆井揭示[13],長嶺斷陷未見揭示)(2),以此作為單井劃分火山噴發旋回的依據。

             

            在單井組—段—旋回劃分的基礎上,進行井震聯合對比,以揭示火山噴發旋回的空間變化特征。首先,根據單井地層劃分結果,在地震剖面上進行層位標定、追蹤對比。各火山地層界面的地震反射特征見圖2。據此進行斷陷內的火山噴發旋回側向追蹤和井間對比。并利用地震反射界面追蹤反過來對單井地層劃分進行檢驗、調整,兩者反復對比印證,建立研究區的火山地層對比關系。其次,根據井旁地震道追蹤,確定火山旋回的疊置關系。在單井組段旋回劃分及相應的地震界面標定對比結果基礎上,根據連井剖面各旋回疊置序列和橫向對比關系,在地震剖面上根據各旋回不同的地震反射特征確定各旋回的終止特征及充填樣式。

            通過以上方法建立了長嶺斷陷斷陷期火山地層綜合序列,其火山地層特征為:火石嶺組以中基性火山噴發為主,4個噴發旋回自下而上堿質含量逐漸增加,由安山巖與玄武巖互層逐漸變為以粗面巖為主;營城組一段和三段各含3個火山噴發旋回,營一段沉積期是該區的主要火山巖發育期,構成一套完整的從中基性到酸性的火山噴發過程,營三段自下而上構成酸性中基性—酸性的火山噴發成分全韻律,但通常以旋叫二的厚層狀中基性火山巖為特征(2)。

            3 火山巖儲層特征

            31 巖性特征

            巖性和巖相是火山巖的基本地質屬性,足火山巖儲層刻畫和儲層發育規律研究的基本內容?;陂L嶺斷陷火山巖段巖心觀察77m、鏡下薄片鑒定663個,對66口鉆井鉆遇的19384m斷陷期火山巖井段進行巖性、巖相識別和序列劃分,統計其發育規律。

            松遼盆地深層火山巖按照巖石結構成因可分為火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖4大類,再根據礦物成分、特征結構、火山碎屑粒級及比例可確定具體巖石類型[3]。長嶺斷陷共發育4大類、30種火山巖石類型,其中發育較多并與儲層關系較密切的主要有11種類型(3),分別為:

             

            311火山熔巖類

            流紋巖為斑狀結構,一般斑晶含量不多,主要為石英和堿性長石,常具流紋構造(4-a、4-b);英安巖為斑狀結構,斑晶以石英、斜長石為主,堿性長石斑晶少見,以其較多斜長石斑晶區別流紋巖,又以出現石英斑晶區別安山巖,基質多為霏細結構(4-c、4-d);粗而巖常見斑狀結構,以普遍出現堿性長石斑晶為主要特點(4-e、4-f);安山巖常見斑狀結構,斑晶以斜長石為主,其次為輝石(4-9、4-h);玄武巖為斑狀結構,斑晶多見斜長石、輝石、橄欖石,基質常見間粒結構(4-i、4-j)。

             

            312火山碎屑熔巖類

            流紋質角礫熔巖(4-k)和流紋質凝灰熔巖(4-l、4-m)均為流紋質火山碎屑物被熔漿膠結、冷凝固結形成的巖石,根據火山碎屑物粒徑不同再分為角礫熔巖(碎屑粒徑介于264mm)和凝灰熔巖(碎屑粒徑小于2mm)是介于火山熔巖和火山碎屑巖之間的過渡性巖石,常見流動構造(假流紋構造)。

            313火山碎屑巖類

            火山碎屑巖是火山碎屑堆積物經過壓實固結形成的巖石,常具堆砌結構。流紋質火山角礫巖(4-n)和流紋質凝灰巖(4-o、4-p)是流紋質火山碎屑物壓實固結形成的,根據粒徑(粒徑分級同上)不同分為角礫巖和凝灰巖。安山質火山角礫巖(4-q)則由安山質火山碎屑堆積物壓實固結形成。

            314沉火山碎屑巖類

            沉凝灰巖(4-r)是介于火山碎屑巖和沉積巖之間的巖石類型,受火山作用和沉積改造雙重作用,以具有其他陸源碎屑物為其鑒別特征。

            32 巖相特征

            筆者采用巖性組構一成因分類的515亞相劃分方案[5]。長嶺斷陷火山巖相主要發育411亞相,其中以噴溢相下部亞相、中部亞相及爆發相熱碎屑流亞相為主,合計占巖相總厚度的63.7%。各火山巖相和亞相的分布特征及其與各火山機構—相帶關系見表1。

             

            33 儲層物性特征

            依據試氣及測錄井綜合解釋結果將火山巖儲層劃分為氣層、水層、差氣層和干層,并對450個火山巖樣品的物性數據(孔隙度—滲透率)進行統計分析,結果顯示(5):試氣結果為氣層的樣品其孔隙度全部大于3%,而其滲透率分布范圍則較大,從0.0176.90mD,無明顯下限;將所有樣品進行孔隙度和滲透率相關性分析,得到相關系數r0.62,而單獨對孔隙度大于6%的樣品進行相關分析,得到相關系數r0.78,滲透率隨孔隙度變化趨勢明顯增強,這是因為在孔隙度小于6%時,隨著孔隙度的增加,滲透率的變化不大,部分樣品甚至構成了一個“平臺”,此范圍內樣品孔隙度和滲透率的相關性較差,對整體孔隙度與滲透率的相關性產生了影響。綜合以上特征認為,孔隙度和滲透率的高低對火山巖儲層成藏均有顯著影響,并且孔隙度存在明顯的成藏下限,其對成藏的影響比滲透率更大。

             

            根據以上各類儲層的物性特征,結合前人關于松遼盆地火山巖的勘探開發經驗[20],將3%/6%作為孔隙度分級劃分的節點,將0.1mD1mD作為滲透率分級劃分的節點,對長嶺斷陷火山巖儲層孔隙度和滲透率進行分級,劃分為低孔(孔隙度小于3)、中孔(孔隙度介于3%~6)、高孔(孔隙度大于6)及低滲(滲透率小于0.1mD)、中滲(滲透率介于0.11.0mD)、高滲(滲透率大于1mD)。按照此分級方法,該區火山巖孔隙度大于3%的樣本數占到71.3%,為高—中孔隙度儲層;滲透率介于0.011.00mD之間的樣本,占到總樣本數的87.6%,為中—低滲透率儲層。

            4 有效儲層分布規律

            火山巖有效儲層指能夠儲集和滲流流體(氣體和水),并在現有工藝技術和經濟條件下能夠開采出具有工業價值產液量的儲集層被稱為有效儲層[21]。本文中有效儲層包括以火山巖為宿主巖的氣層、差氣層和水層?;鹕綆r能否成為有效儲層,其物性特征是一個重要的影響因素。

            41 有效儲層分布與火山噴發旋回的關系

            火山巖體常由多期火山噴發形成,不同期火山巖接觸關系復雜、特征迥異,其儲層物性特征和有效儲層分布情況也有所不同。根據實測物性數據、油氣綜合解釋成果、試氣資料,對營城組三段、營城組一段、火石嶺組二段各火山噴發旋回儲層物性和有效儲層的分布情況進行統計分析,結果顯示:營城組三段旋回三、營城組三段旋回二、營城組一段旋回三高—中孔滲樣品所占比例大,物性條件整體較好(6-a);綜合考慮有效儲層的比例及厚度,營城組三段旋回三、營城組一段旋回三中有效儲層比例高、發育厚度大,火石嶺組二段旋回五有效儲層比例高、旋回一有效儲層厚度大(6-b)。

             

            對于火山巖儲層噴發旋回/巖性/巖相分類評價,筆者主要是根據兩方面的標準:①儲層物性好壞;②儲層產能的好壞(根據測、錄井綜合解釋成果、產能資料綜合評價有效儲層的厚度及比例)。筆者認為:一類噴發旋回/巖性/巖相表現為,物性好、產能好,物性好、產能其次,物性其次、產能好這3種類型;二類噴發旋回/巖性/巖相表現為,物性差、產能好,物性其次、產能其次;三類噴發旋回/巖性/巖相表現為,物性好、產能差,物性其次、產能差,物性差、產能其次,物性差、產能差。

            綜合以上分析,各旋回的儲層物性條件的好壞與其有效儲層發育程度的高低存在很好的對應關系,并且各火山巖段頂部旋回有效儲層比例高、厚度大,為形成有效儲層的優勢旋回。

            42 有效儲層分布與巖性的關系

            由于火山巖具有較強的非均質性,不同巖性的火山巖具有不同的密度、成分、結構、構造等屬性,這導致不同巖性的火山巖具有不同的物性特征。根據實測物性數據、油氣綜合解釋成果、試氣資料,對長嶺斷陷主要發育的11種火山巖的儲層物性和有效儲層的分布情況進行統計分析,結果顯示:物性條件較好的巖性為流紋巖、安山質火山角礫巖,其次為玄武巖、安山巖、沉凝灰巖、流紋質凝灰熔巖、流紋質火山角礫巖、流紋質凝灰巖、流紋質角礫熔巖,較差的為英安巖和粗面巖(7-a);根據有效儲層比例及發育厚度綜合分析,有效儲層主要分布在流紋巖、流紋質凝灰熔巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖中,其次為流紋質角礫熔巖、粗面巖、安山巖、安山質火山角礫巖、玄武巖,有效儲層較少發育在沉凝灰巖和英安巖中(7-b)。

             

            綜合以上分析,將該區火山巖儲層的巖性分為以下3類:流紋巖、流紋質凝灰熔巖、安山質火山角礫巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖為有利的儲集巖類;②其次為安山巖、玄武巖、流紋質角礫熔巖;③沉凝灰巖、粗面巖、英安巖較難形成有效儲層。

            43 有效儲層分布與巖相的關系

            不同的火山巖相,其物性特征具有很大差別,根據實測物性數據、油氣綜合解釋成果、試氣資料,對長嶺斷陷發育的火山巖相的儲層物性和有效儲層的分布情況進行統計分析,結果顯示:物性較好的巖相為上部亞相(Ⅲ3)、中部亞相(Ⅲ2)、火山頸亞相(Ⅰ1),其次為熱碎屑流亞相(Ⅱ3)、空落亞相(Ⅱ1)、含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相(V1);物性較差的巖相為下部亞相(Ⅲ1)、熱基浪亞相(Ⅱ2)、隱爆角礫巖亞相(Ⅰ3)(8-a);有效儲層主要分布在熱碎屑流亞相、上部亞相、下部亞相中,其次為中部亞相、空落亞相、熱基浪亞相,隱爆角礫巖亞相、含外碎屑火山沉積巖亞相、火山頸亞相則很少分布(8-b)。

             

            綜合以上分析,將該區巖相分為3類:上部亞相、熱碎屑流亞相、中部亞相為成為有效儲層的優勢巖相;②其次為下部亞相、空落亞相;③而熱基浪亞相、火山頸亞相、含外碎屑火山沉積巖亞相、隱爆角礫巖亞相則很難成為有效儲層。

            5 結論

            1)有效儲層與噴發旋回。長嶺斷陷共發育310個火山噴發旋回,在火山噴發旋回中儲層物性與有效儲層的分布具有較好的對應關系,其中營城組三段和營城組一段的頂部旋回(旋回三)儲層物性好,有效儲層比例高、厚度大,為形成有效儲層的優勢旋回。

            2)有效儲層與巖性。長嶺斷陷共發育30種火山巖石類型,儲層條件相對較好的有11種,在火山巖石類型中儲層物性與有效儲層的對應關系不明顯,綜合認為流紋巖、流紋質凝灰熔巖、安山質火山角礫巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖為該區有利的儲集巖類。

            3)有效儲層與巖相。長嶺斷陷火山巖相共發育411亞相,在火山巖相中儲層物性與有效儲層的分布存在較好的對應關系,上部亞相、熱碎屑流亞相、中部亞相儲層物性好,有效儲層比例高、厚度大,為形成有效儲層的優勢巖相。

            4)有效儲層與孔隙度和滲透率?;鹕綆r儲層物性的好壞與其有效儲層發育程度的高低存在較好的對應關系,并且孔隙度對有效儲層形成的影響相比滲透率更大,長嶺斷陷火山巖整體上為高—中孔隙度、中—低滲透率儲層,孔隙度條件較好,這表明深層火山巖勘探具有良好的前景。

            5)火山巖有效儲層勘探方向。根據有效儲層的發育規律,該區勘探方向應首選流紋質復合火山機構,在火山穹窿及其附近重點刻畫大型風化殼型火山地層界面,營一段和營三段頂部旋回應作為重點勘探目標層段。

             

            參考文獻

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            本文作者:王璞珺  陳崇陽  張英  高有峰  瞿雪姣  衣健

            作者單位:吉林大學地球科學學院

              中國石油大慶鉆探工程公司地質錄井一公司

              吉林大學占生物學與地層學研究中心

             

             

             

             

             

             

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