准噶尔盆地车排子凸起区火山岩风化壳油藏油气运聚模式

准噶尔盆地车排子凸起区火山岩风化壳油藏油气运聚模式赵乐强;林会喜;郭瑞超;宫亚军;闵飞琼;马骥【摘要】盆缘凸起火山岩风化壳油藏位于油源之外,油气运聚过程复杂,成藏认识程度低.文章以准噶尔盆地车排子凸起石炭系为例,利用地质与地球化学资料,总结了该区火山岩风化壳油藏油气运聚特征,剖析了油气运聚过程,建立了盆缘凸起风化壳油气运聚模式.研究表明,风化壳结构层与断层决定着凸起内石炭纪火山岩风化壳圈闭的形成与分布;石炭纪火山岩风化壳具有双源侧向供烃特点.该风化壳在晚白垩世—古近纪、新近纪—第四纪经历过2期较大规模油气充注.在油气充注过程中,油气通过"断层-毯砂"、"断层-风化淋滤层"及"断层-毯砂-风化淋滤层"等3种复合输导体系向凸起运移,从而在风化壳圈闭中聚集成藏.由断层-风化淋滤层输导的油气主要分布在靠近凹陷部位;由断层-毯砂、断层-毯砂-风化淋滤层输导的油气相对远离凹陷.车排子凸起石炭纪火山岩风化壳油藏油气运聚模式可概括为:双源侧向供烃,断层、毯砂及风化淋滤层复合输导,2期充注，浮力驱动，风化壳圈闭聚集.％Hydrocarbonmigrationandaccumulationprocessinweatheredvolcanicrocklayerreser-voirs,whicharefarawayfromtheoilsourcerockarea,iscomplexandstillpoorlyunderstood.Inthispaper,basedongeologicalandgeochemicaldata,migrationandaccumulationcharacteristicsofCar-boniferousweatheredvolcaniclayerreservoirintheChepaiziUpliftoftheJunggarBasinwerepresen-ted,andthelong-distancehydrocarbonmigrationandaccumulationpatternwasstudied.TheresultsshowthatthestructuresoftheweatheredlayersandfaultscontrolformationanddistributionoftheCarboniferousweatheredvolcaniclayerreservoirintheChepaiziUplift;thehydrocarbonistranspor-tedandchargedlaterallyfromtwosources.TwomainepisodesofhydrocarbonchargingoccurduringLateCretaceoustoPaleogeneandNeogenetoQuaternary.Drivenbybuoyancy,theoilistransportedtotheupliftzoneandaccumulatesintheweatheredlayerreservoirbythreecompositedtransportingsystemsof"faultandblanketlikesandstonelayer","faultandleachedcrustlayer"and"faultandblanketlikesandstonelayerandleachedcrustlayer".Thehydrocarbonthataccumulatesnearthesagismainlytransportedbythetransportingtypeof"faultandleachedcrustlayer",whiletheonefara-wayfromthesagistransportedbythetransportingtypesof"faultandblanket-likesandstonelayer"and"faultandblanket-likesandstonelayerandleachedcrustlayer".ThehydrocarbonmigrationandaccumulationpatternofCarboniferousweatheredvolcaniclayerreservoirintheChepaiziUpliftcanbesummarizedasfollows:two-sourceandlateraloilsupply,compositedtransportingsystemsoffaultandblanket-likesandstonelayerandleachedcrustlayer,twoepisodesofcharging,buoyancy-driven,weatheringcrusttrapsaccumulation.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年（卷）,期】2018（041）003【总页数】8页(P403-410)【关键词】火山岩风化壳油藏;远离油源;运聚模式;石炭纪火山岩;车排子凸起;准噶尔盆地【作者】赵乐强;林会喜;郭瑞超;宫亚军;闵飞琼;马骥【作者单位】中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257200;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257200;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257200;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257200;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257200;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257200【正文语种】中文【中图分类】P6121研究区概况火山岩风化壳油藏是一类重要的油藏类型［1-2］，长期以来该类油藏的油气运聚规律是石油地质研究的一个热点和难点［3-4］。国内外研究者对其进行了大量研究，取得了许多重要进展，尤其是认识到了火山岩风化壳多发育层状结构，结构层对油气的运聚具有重要影响［5-6］。但盆缘凸起火山岩风化壳油藏一般位于源岩之外，油气运聚过程复杂，目前对这方面的研究和认识程度较低，在一定程度上制约了该类油藏的进一步勘探。准噶尔盆地是中国含油气盆地中火山岩油气藏勘探成果最为丰富的盆地之一。近几年，在准噶尔盆地西缘车排子凸起发现了一些石炭纪火山岩风化壳油藏，其勘探潜力较大。本文通过车排子凸起石炭纪火山岩风化壳油藏油气运聚特征研究，明确了油气运聚过程，建立了运聚模式，以期为该类油藏的勘探实践提供指导。车排子凸起属于准噶尔盆地西部隆起，构造走向大致呈北西—南东向。根据石炭系顶面构造形态，车排子凸起可分东、西2个部分，如图1所示。其中，凸起东部以红车断裂为界，与昌吉凹陷相接；凸起西部以艾卡断裂为界，与四棵树凹陷相邻。凸起地层自下而上依次发育石炭系、中生界侏罗系与白垩系、新生界古近系与新近系。石炭系在整个凸起上均有分布，厚度大于5000m,岩性以安山岩、凝灰岩、火山角砾岩为主，局部夹火山质碎屑岩。中、新生界各套地层依次超覆在石炭系之上，厚400-1400m,岩性主要为砾岩、砂岩、粉砂岩及泥岩。车排子凸起石炭系典型储集层岩芯照片及对应镜下照片如图2所示。图2a~图2c、图2g的岩芯取芯位置分别在949.1、1057.8、1022.1、1205.2m。图1车排子凸起石炭系顶面构造图2车排子凸起石炭系典型储集层岩芯照片及对应镜下照片由于受到长期风化淋滤作用,车排子凸起石炭系顶部普遍发育厚度较大的风化壳。石炭纪火山岩风化壳多具层状结构,自上而下一般由风化黏土层、水解层及淋滤层构成,自身可形成较为完整的储盖组合［6］。目前在凸起上已发现石炭纪火山岩风化壳油藏11个，油藏含油高度一般为100~350m。这些油藏距离生烃凹陷一般10-50km,埋深600~1200m,在凸起东部、西部均有分布。油藏储集层为风化淋滤层，厚度20-80m,岩性主要为火山角砾岩和安山岩，次为玄武岩和英安岩。其中储集空间以风化作用形成的风化裂缝、次生溶孔为主,如斑晶溶孔、基质溶孔、裂缝等,安山岩与玄武岩还有气孔发育,孔隙度一般为10.0%-18.5%,部分溶蚀孔发育区的孔隙度可达20.0%以上，渗透率为(0.1~500.0)x10-3pm2,储集空间类型为孔隙-裂缝型。盖层为风化黏土层和水解层。其中,风化黏土层厚度0-5m,分布局限；而水解层厚度一般大于15m,分布广泛,裂缝被完全充填,孔隙度小于3.5%,物理性质差,是区域性优质盖层；侧向遮挡层为石炭系内部的断层。2油气运聚特征油气来源车排子凸起周边有昌吉和四棵树2个生烃凹陷。其中，昌吉凹陷位于凸起以东，凹陷内主要发育中二叠系烃源岩；四棵树凹陷位于凸起以南，凹陷内发育下侏罗统烃源岩。2个凹陷均对凸起上的油气具有重要贡献［7-8］。车排子凸起石炭系风化壳内油气与2个凹陷内源岩的地球化学指标对比表明，凸起东部石炭系风化壳内油气主要来源于昌吉凹陷的中二叠统烃源岩，凸起西部的石炭系风化壳内油气主要来源于四棵树凹陷下侏罗统烃源岩，来自2个凹陷的油气分布界线大致与石炭系顶面构造脊线一致。凸起东部石炭系风化壳内原油的w(Pr)/w(Ph)(Pr为姥鲛烷、Ph为植烷)分布范围为0.87-1.01,平均值为0.94;三环萜烷w(C20)、w(C21)、w(C23)呈上升型分布，w(C20)相对偏低，w(C23)相对偏高，w(C23)略大于w(C21);伽马蜡烷含量较低，伽马蜡烷指数平均值为0.26；规则甾烷中w(C27)、w(C28)、w(C29)呈上升型分布，以w(C29)规则甾烷占优势，w(C27)、w(C28)相对较低；原油碳同位素组成6(13C)主要分布在-29.6%。~-29.2%。之间，平均值为-29.6%。，原油地球化学特征与昌吉凹陷钻遇的中二叠统源岩特征具有很好的相似性，典型的如排66、排666等油藏。凸起西部石炭系风化壳内原油的正构烷烃分布完整，碳数分布特征为单峰态前峰型，主峰碳为nC16，奇偶优势不明显，碳优势指数(carbonpreferenceindex,CPI)为1.15，奇偶优势(odd-evenpreference,OEP)为1.05,w(Pr)/w(Ph)值分别为2.25~2.27，几乎不含P-胡萝卜烷；三环萜烷含量较低，C29-降藿烷含量较高，三环萜烷w(C20)、w(C21)、w(C23)呈下降型分布，伽马蜡烷指数为0.17-0.19,w(Ts)高于w(Tm)(Ts为18a(H)-22,29,30三降藿烷、Tm为17a(H)-22,29,30三降藿烷)；孕甾烷、升孕甾烷相对含量较低，规则甾烷中w(C27)、w(C28)、w(C29)值呈“V”形分布；aaa-C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷祁/(aa+p®及C31升藿烷22S/(22S+22R)平均值分别为0.42、0.44、0.58；原油的碳同位素组成S(13C)偏高，为-26.6%。，其原油地球化学特征与四棵树凹陷钻遇的下侏罗统源岩特征基本一致，典型的如排70、苏13等油藏。充注期次根据含烃流体包裹体相关分析能够比较好地确定油气充注期次。车排子凸起石炭系含烃包裹体均一温度分布如图3所示。图3车排子凸起石炭系含烃包裹体均一温度分布从车排子凸起石炭系风化壳含烃流体包裹体特征及测温结果来看，凸起整体上有2期油气充注，2期含烃包裹体均分布在方解石脉、沸石脉及颗粒溶蚀缝内，个体较小，成群状分布，但凸起东部、西部的油气充注期次有一定差别。凸起东部2期油气充注均存在，第1期含烃包裹体呈黄褐色一浅黄色，包裹体均一温度为60~80°C;第2期含烃包裹体呈淡蓝色荧光，包裹体均一温度为110~120°C。结合车排子凸起及邻区的埋藏史与热史分析，确定油气充注时期分别为晚白垩世一古近纪、新近纪一第四纪。凸起西部只有1期油气充注，该期含烃包裹体呈黄褐色—浅黄色，均一温度为60~80C,对应的油气充注时期为新近纪一第四纪。运移动力从车排子凸起钻遇石炭系顶部风化壳的探井测试分析来看，现今石炭系及上覆地层压力系数为0.99~1.05，地温梯度约为2.6C/100m，属于正常温压系统。车排子凸起与昌吉凹陷、四棵树凹陷之间的断裂带处于超压与常压过渡带，地层压力系数为1.10-1.25。含烃包裹体古压力恢复结果表明，油气充注时期车排子凸起石炭系风化壳地层压力系数为0.95~1.01,处于常压系统，油气运移主要受浮力驱动，具有沿古构造高点运移的趋势。输导体系及输导方式断层断层是流体从深部向浅部快速运移的垂向通道。车排子凸起与2个生烃凹陷之间的红车断裂带、艾卡断裂带均为深大断裂带。这2个断裂带由多条断裂组成，从石炭系断至新近系，分别沟通二叠系、侏罗系源岩。2个大断裂带分别自二叠纪、三叠纪以来长期持续活动，部分断裂最近活动期可至新近纪。2个大断裂带的存在为生烃凹陷内的油气垂向输导提供了有利条件。目前，红车断裂带有多口探井钻遇断层，断层附近油气显示丰富。从油气源对比及含烃包裹体分析看，断层附近的油气与车排子凸起石炭系风化壳中的油气具有同源、同期性，均来自昌吉凹陷二叠系源岩。另外，根据文献［9］的研究，在红车断裂带及其上、下盘方解石胶结物中的Fe-Mg-Mn体系，主断裂带与断裂上盘石炭系中的w(Mn)较高，反映昌吉凹陷深部的含烃流体自下而上，沿红车断裂带垂向运移进入车排子凸起石炭系风化壳，断层发挥着极为重要的垂向输导油气作用。毯砂“毯砂”是指厚度较大、横向分布稳定的砂砾岩或砂岩［10］。车排子凸起在新近系沙湾组底部、侏罗系八道湾组底部发育2套毯砂。前人对新近系沙湾组底部毯砂地质特征及其油气运移作用研究较多［11-14］，而对侏罗系八道湾组底部毯砂关注较少。由于侏罗系八道湾组底部毯砂与石炭系直接接触，对石炭系风化壳油藏油气横向运移有一定贡献，本文对其进行重点研究。车排子凸起侏罗系毯砂过排608—排605井油气运移剖面如图4所示。侏罗系八道湾组底部毯砂厚度为120~200m,横向稳定分布，在红车断裂带、艾卡断裂带处与断层对接。部分地区侏罗系“毯砂”中见到良好油气显示，显示厚度为5~40m，表明油气在其中进行过广泛的运移。颗粒荧光定量(quantitativegrainfluorescence,QGF)分析与油气有效运移通道指数(HydrocarbonsMigrationIndexeffective,HMIe)分析技术为油气运移通道研究提供了很好的技术手段［15-16］。从凸起东部过排605井一排608井东西向剖面分析看，排608井的QGF指数(4.89)和HMIe(0.77)均为最大，充注端的排605井的QGF指数为1.84、HMIe为0.25，指数增大表明油气有沿砂体向凸起区运移的趋势，表明，侏罗系“毯砂”是良好的油气横向运移通道。在石炭系风化壳中风化黏土层、水解层不发育的地区，侏罗系“毯砂”横向与风化淋滤层直接对接，即风化壳开“天窗”，油气可由“毯砂”横向进入石炭系风化壳运聚成藏。例如排70井区，生物标识物、流体包裹体等的分析结果表明,侏罗系“毯砂”中的油气与石炭系风化壳原油具有同源、同期特征，均来自昌吉凹陷二叠系源岩，成藏期为晚白垩世—古近纪。尽管该区现今侏罗系“毯砂”孔隙度只有11.0%~15.0%，物理性质较差，但从古物理性质恢复来看，晚白垩世一古近纪时的侏罗系“毯砂”孔隙度可达25.0%~32.0%,属于中、高孔渗储层，具有很好的油气横向输导性。结合整个凸起东部地区侏罗系“毯砂”中油气来源、充注期次及运移示踪分析可推断，晚白垩世—古近纪时侏罗系“毯砂”起到很好的油气横向输导作用，在侏罗系“毯砂”横向与风化淋滤层直接对接部位进入，在石炭系风化壳聚集成藏。图4车排子凸起侏罗系毯砂过排608—排605井油气运移剖面风化淋滤层近年来，越来越多的研究者开始认识到风化淋滤层不但可以作为良好的储集层，还可作为油气横向运移的良好通道［6,17］。车排子凸起石炭纪火山岩风化壳中的淋滤层厚度大、分布广、渗透性好，多个地区见到丰富油气显示。根据已钻探井风化淋滤层内的油气显示情况、油气来源、成藏期次及含氮化合物变化等方面分析，可大致确定石炭纪火山岩风化壳淋滤层内主要油气运移路径。车排子凸起东部油气运移路径及井位如图5所示，车排子凸起火山岩风化壳油藏剖面如图6所示，火山岩风化壳淋滤层中油气含氮化合物指标变化如图7所示。图5车排子凸起东部油气运移路径及井位图6车排子凸起火山岩风化壳油藏剖面图7车排子凸起火山岩风化壳淋滤层中油气含氮化合物指标变化图5中，凸起东部排663—排60近南北向和排661—排60的北西—南东向路径，成藏期为新近纪，来自昌吉凹陷二叠系源岩的油气在浮力驱动下沿淋滤层向构造高点运移，含氮化合物沿上述路径含量减小显示了横向运移的色层效应，具体含量变化如图7所示。尽管该路径上的风化壳上覆层为厚度较大的侏罗系毯砂，但水解层及黏土层的存在确保了进入淋滤层的油气难以垂向散失，油气能够保持一定范围内的横向运移。复合输导体系及输导方式从已发现油藏成藏剖析来看，石炭系风化壳油藏的油气输导是通过断层、毯砂、风化淋滤层组成的复合输导体系来完成的，具体可分为断层-毯砂型、断层-风化淋滤层型、断层-毯砂-风化淋滤层型等3种复合输导体系。断层-毯砂型复合输导体系是指断层为油气垂向运移通道、毯砂为油气横向运移通道的输导体系。断层向下沟通源岩，向上沟通石炭系风化壳顶部侏罗系毯砂。来自凹陷源岩的油气沿断层垂向运移，遇到侏罗系毯砂进行横向运移，在石炭系风化壳风化黏土层与水解层不发育的地区，油气由毯砂侧向直接进入风化淋滤层聚集成藏，如排701、排70块等。断层-风化淋滤层型复合输导体系是指断层为油气垂向运移通道、风化淋滤层为油气横向运移通道的输导体系。断层向下沟通源岩，向上直接沟通石炭系风化壳淋滤层。来自凹陷源岩的油气沿断层垂向运移，遇到石炭系风化壳淋滤层进行横向运移，当受到石炭系内断层侧向遮挡时则聚集成藏，如排66块。断层-毯砂-风化淋滤层型复合输导体系是指断层为油气垂向运移通道、毯砂与风化淋滤层联合为油气横向运移通道的输导体系。断层向下沟通源岩，向上沟通侏罗系毯砂，而毯砂又侧向连接石炭系风化淋滤层，形成横向接力运移通道。其油气输导方式与断层-毯砂型不同之处，在于油气由毯砂侧向进入风化淋滤层后，还要在风化淋滤层内进行一段距离的横向运移，直至遇到侧向遮挡聚集成藏，如苏13、苏1-5块。从统计来看，凸起已发现的11个油藏中，有2个油藏为断层-毯砂输导，主要分布在相对远离凹陷的部位；7个油藏为断层-风化淋滤层输导，2个油藏为断层-毯砂-风化淋滤层输导，均分布在相对靠近凹陷的部位。3油气运聚过程及模式通过已发现油气藏特征、油气来源、成藏期次、运移-输导体系及输导方式分析，恢复了车排子凸起石炭纪火山岩风化壳油藏油气运聚过程，建立了油气运聚模式，如图8所示。图8车排子石炭纪火山岩风化壳油藏油气运聚模式晚白垩世—古近纪，为第1期大规模油气运聚期，凸起以昌吉凹陷中二叠统烃源岩供烃为主。该时期红车断层活动明显，侏罗系底部毯砂物理性质好，油气经断层垂向运移进入毯砂，受浮力驱动沿毯砂发生趋向高部位的横向运移，在毯砂与风化淋滤层直接对接处，油气横向运移进入风化淋滤层。当侧向有断层遮挡时，油气则聚集成藏；当侧向没有遮挡时，油气在风化淋滤层内继续横向运移，直至遇到圈闭聚集成藏。该时期的油藏一般相对远离凹陷。新近纪—第四纪，为第2期大规模油气运聚期，凸起具有双向供源特点。车排子凸起东部仍以昌吉凹陷中二叠统烃源岩供烃为主，该时期红车断层活动减弱，侏罗系底部毯砂物理性质变差，油气经由断层垂向运移进入上盘石炭系风化淋滤层，在浮力驱动下沿风化淋滤层横向运移，当侧向有断层遮挡时，油气聚集成藏。凸起西部以四棵树凹陷侏罗系烃源岩供烃为主，该时期艾卡断层活动明显，但侏罗系毯砂物理性质横向变化大。在侏罗系毯砂物理性质好的地区，油气经由断层进入毯砂进行横向运移，进入风化壳圈闭聚集成藏；在侏罗系毯砂物理性质差的地区，油气经由断层进入石炭系风化淋滤层进行横向运移，直至遇到圈闭聚集成藏。由于石炭系内部断层多且对油气的侧向遮挡作用明显，仅通过断层-风化淋滤层输导而成的油藏一般相对靠近凹陷，而由毯砂参与输导的油气藏相对远离凹陷。车排子凸起石炭纪火山岩风化壳油藏油气运聚模式可概括为：双源侧向供烃，断层毯砂及风化淋滤层复合输导，2期充注，浮力驱动，风化壳圈闭聚集。4结论车排子凸起石炭纪火山岩风化壳圈闭储集层为风化淋滤层，盖层为水解层或风化黏土层，侧向遮挡层为石炭系内部的断层，风化壳结构层与断层决定着圈闭的形成与分布。车排子凸起石炭纪火山岩风化壳具有双源侧向供烃特点，在晚白垩世—古近纪、新近纪—第四纪分别发生2期较大规模油气充注。在浮力驱动下，油气通过“断层-毯砂”、“断层-风化淋滤层”及“断层-毯砂-风化淋滤层”等3种复合输导体系向凸起运移，在风化壳圈闭中聚集成藏。不同类型输导体系控制着不同的油气分布范围，其中，由断层-风化淋滤层输导的油气藏主要靠近凹陷，由断层-毯砂、断层-毯砂-风化淋滤层等输导的油气藏多远离凹陷。[参考文献]姜洪福，师永民,张玉广，等•全球火山岩油气资源前景分析J].资源与产业,2009,11(3):20-22.王洛，李江海』帀永民，等•全球火山岩油气藏研究的历程与展望J].中国地质,201