准噶尔盆地哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制研究

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.9.39

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (2): 327-342.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.39

准噶尔盆地哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制研究

周健¹^,³(), 林承焰³, 刘惠民², 张奎华², 张关龙¹, 王千军¹, 于洪洲¹, 倪胜利¹, 牛花朋⁴, 焦小芹⁴, 刘姗⁴

1.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 257000
2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司, 山东东营 257000
3.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院, 山东青岛 266580
4.中国石油大学(北京) 地球科学学院, 北京 102249

收稿日期:2023-03-14 修回日期:2023-05-23 出版日期:2024-03-25 发布日期:2024-04-18
作者简介:周健(1984—),男,副研究员,从事非常规油气综合地质研究。Email:zhoujian084.slyt@sinopec.com
基金资助:
中国石化重点项目“准噶尔盆地重点山前带成藏规律及突破方向研究”(P22079);胜利油田分公司科研项目“哈山构造带下二叠统原型盆地恢复及勘探潜力评价”(YKK2213)

Mechanism of reservoir development in the Carboniferous-Permian volcanic rock reservoirs in Hala’alate Mountain area, Junggar Basin

ZHOU Jian¹^,³(), LIN Chengyan³, LIU Huimin², ZHANG Kuihua², ZHANG Guanlong¹, WANG Qianjun¹, YU Hongzhou¹, NI Shengli¹, NIU Huapeng⁴, JIAO Xiaoqin⁴, LIU Shan⁴

1. Research institute of petroleum exploration and development, Sinopec Shengli Oilfield, Dongying 257000, China
2. Sinopec Shengli Oilfield, Dongying 257000, China
3. Earth Science and Technology, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China
4. College of Geosciences,China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China

Received:2023-03-14 Revised:2023-05-23 Online:2024-03-25 Published:2024-04-18

摘要/Abstract

摘要：

哈山地区位于准噶尔盆地西北缘,形成于陆缘岛弧背景之下,其石炭系-二叠系火山岩储层是油气藏勘探的重点领域。为进一步明确哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层的勘探前景,在岩心、薄片鉴定基础上,综合扫描电镜、微米CT、流体包裹体等技术方法,结合储层物性参数、主微量元素分析结果,对该区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制展开系统研究。结果表明:(1)哈山地区火山岩储集空间类型主要为溶蚀孔、粒间孔和溶蚀缝,孔隙直径大且连通性较好,但非均质性较强;(2)火山岩岩相、裂缝、风化淋滤和深部热液流体是影响火山岩储层物性的关键因素——溢流相和爆发相是有利储层发育相带,构造抬升和逆冲推覆使推覆体前翼、断层交汇处储层物性更优质,风化淋滤又进一步改善了储层;(3)基于物性-岩相-储集空间联合分析,将哈山地区火山岩储层划分为3类,其中优质储层主要位于逆冲推覆带的“三角”地带。结论认为,哈山地区石炭系-二叠系火山山岩具备发育大规模优质储层的条件,展现出巨大的油气勘探开发潜力。

关键词: 火山岩, 储集空间, 储集物性, 形成机制, 哈山地区

Abstract:

The Hala’alate Mountain (Hashan) area located in the northwestern margin of the Junggar Basin is associated with an ancient continental margin island arc, where the Carboniferous-Permian (C-P) volcanic rock reservoirs are the main target for oil and gas exploration. To further assess the exploration prospect of the volcanic rock reservoirs we carry out a systematic investigation into the mechanism of reservoir development in Hashan. Core log, thin section, scanning electron microscope, micro CT, fluid inclusion and other techniques are used for the characterization of reservoir rocks, in combination with major and trace element analysis. We find (1) the main pore types in the volcanic rock reservoirs are dissolution pores, intergranular pores and dissolution fractures with large pore-diameter and good connectivity but strong heterogeneity. (2) Volcanic rock facies, fractures, weathering leaching and deep hydrothermal fluid are key factors affecting reservoir quality, where overflow facies and explosive facies are favorable facies belts for reservoir development. Tectonic uplift and thrust napping improve reservoir quality at the front wing of nappes and fault intersections (“Triangle” area), and weathering/leaching contribute to further improvement. (3) Based on the combined analysis of reservoir rock property and lithofacies, the volcanic rock reservoirs are classified into three quality grades. High-quality reservoirs are mainly located in the “Triangle” area of the thrust nappe belt. We conclude that the C-P volcanic rocks in Hashan area has good prospect of forming large-scale, high-quality reservoirs with huge exploration and development potentials.

Key words: volcanic rock, reservoir porosity, reservoir physical property, formation mechanism, Hasan district

中图分类号:

周健, 林承焰, 刘惠民, 张奎华, 张关龙, 王千军, 于洪洲, 倪胜利, 牛花朋, 焦小芹, 刘姗. 准噶尔盆地哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制研究[J]. 地学前缘, 2024, 31(2): 327-342.

ZHOU Jian, LIN Chengyan, LIU Huimin, ZHANG Kuihua, ZHANG Guanlong, WANG Qianjun, YU Hongzhou, NI Shengli, NIU Huapeng, JIAO Xiaoqin, LIU Shan. Mechanism of reservoir development in the Carboniferous-Permian volcanic rock reservoirs in Hala’alate Mountain area, Junggar Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(2): 327-342.

图/表 18

图1 哈山地区工区位置图

Fig.1 Tectonic sketch map of Hashan area and distribution of exploration drilling sites

图2 哈山地区火山岩矿物组成特征图 a—伊丁玄武岩,HQ6,141.7 m, (+);b—安山岩,HS2,149.96 m, (+);c—流纹岩,HS101,3134 m, (-);d—玄武安山质火山角砾岩,HS11,2 498.6 m, (-);e—英安质晶屑凝灰岩,HS3,4 136.49 m, (+);f—熔结凝灰岩,HQ3,2 687.58 m, (-); g—沉凝灰岩,HS1,2 099.2 m, (-);h—沉凝灰岩,HS1,2 099.2 m, (+)。Pl—斜长石; Aug—辉石,Ol—橄榄石; Mag—磁铁矿; Kfs—钾长石; Cal—方解石;Qtz—石英。

Fig.2 Mineral composition and microstructural characteristics of volcanic rocks from Hashan area

图3 哈山地区火山岩分类图 a—火山岩TAS判别图;b—Zr/TiO2-Nb/Y判别图。

Fig.3 Classification diagrams for volcanic rocks from Hashan area

图4 哈山地区火山岩岩相序列地层连井图

Fig.4 Well-correlation profile identifying four volcanic cycles

图5 哈山地区火山岩构造环境判别图 a—石炭系中基性火山岩TiO2-Zr构造环境图解;b—石炭系中酸性火山岩Rb-Y+Nb构造环境图解;c—二叠系中基性火山岩TiO2-Zr构造环境图解;d—二叠系中酸性火山岩Rb-Y+Nb构造环境图解。MORB—大洋中脊;WPB—板内玄武岩;VAG—岛弧;S-COLG—同碰撞;WPG—板内花岗岩;ORG—洋脊。

Fig.5 Tectonic discrimination diagrams for rock samples

表1 哈山地区火山岩储集空间类型与特征表

Table 1 Pore types and associated pore origins and rock facies in studied rocks

类型			成因	主要岩性
孔隙	原生孔隙	气孔	岩浆喷出过程中携带的挥发分膨胀产生的孔隙	安山岩、玄武岩、流纹质凝灰岩和流纹质熔结凝灰岩
		晶间孔	全晶质或半晶质矿物晶体格架间的孔隙	安山岩、玄武岩
		粒间孔	火山碎屑颗粒间经压实后残余的孔隙	火山角砾岩、晶屑凝灰岩
	次生孔隙	脱玻化孔	玻璃质脱玻化向晶质矿物转变过程中产生的孔隙	玄武岩、安山岩
		斑晶溶孔	斑晶受流体作用溶蚀产生的孔隙	安山岩、玄武岩
		基质溶孔	基质脱玻化或黏土化、微晶长石被溶蚀形成的孔隙	安山岩、玄武岩和英安岩
		粒内溶孔	成岩演化后期,火山碎屑颗粒内由于流体进入而遭受溶蚀形成的孔隙	火山角砾岩、岩屑凝灰岩
		粒间溶孔	成岩演化后期,火山碎屑颗粒间由于流体进入而遭受溶蚀形成的孔隙	火山角砾岩、晶屑岩屑凝灰岩
裂缝	原生裂缝	冷凝收缩缝	岩浆从地下深处喷出地表冷凝、结晶过程中形成的收缩裂缝	玄武岩、安山岩和熔结凝灰岩
	原生裂缝	斑晶炸裂缝	斑晶受岩浆的爆炸作用形成的裂缝	安山岩
	次生裂缝	构造缝	火山岩受构造应力后形成的一系列缝隙	安山岩、玄武岩和火山角砾岩
	次生裂缝	溶蚀缝	受地层流体溶蚀产生的一系列裂缝, 多为原有裂缝遭受溶蚀扩展	火山角砾岩、凝灰岩和安山岩

图6 哈山地区火山岩储集空间特征图 a—残余气孔, HQ6, 176 m; b—冷凝收缩缝, HQ6, 135.4 m; c—钠长石晶间孔, HS3, 622.2 m;d—高角度构造缝, HS3, 621.6 m; e—晶内(间)溶孔, HQ101, 1 740.4 m; f—长石内斑晶溶孔, HS1, 110.73 m; g—溶蚀缝, HQ6, 176 m; h—基质溶孔, HQ6, 135.4 m;i—脱玻化孔, HQ6, 176 m;j—方解石晶内溶孔, HQ101, 1 740.4 m。

Fig.6 Microstructural characteristics of different pore types in studied rocks

图7 哈山地区火山岩储层孔隙度与渗透率关系图

Fig.7 Plot of porosity vs. permeability for rock samples

表2 哈山地区火山岩储层物性表

Table 2 Porosity and permeability in rock samples from wells

图8 流纹质熔结凝灰岩微米CT三维重构结果特征图 a—岩心孔隙连通性图;b—孔隙体积分数与半径分布特征图;c—吼道面积分数与半径分布特征图。

Fig.8 Micron-CT analysis of rhyolitic ignimbrite

图9 哈山地区火山岩相与储层物性关系图 a—石炭系火山岩相与孔隙度关系图;b—石炭系火山岩相与渗透率关系图;c—二叠系火山岩相与孔隙度关系图;d—二叠系火山岩相与渗透率关系图。

Fig.9 Relation between lithofacies and reservoir rock properties

图10 哈山地区火山岩相分布模式图

Fig.10 A conceptual model of lithofacies distribution

图11 哈山地区断层与深部热液运移图

Fig.11 Model of fault propagation and thermal fluids migration in Hashan area

图12 哈山地区火山岩CIA风化指数与埋深关系图

Fig.12 Relation between CIA and burial depth

图13 哈山地区风化淋滤作用下发育的孔隙:(a)溶蚀作用, HQ101, 1 740 m;(b)绿泥石晶间孔, HQ3, 1 213.45 m

Fig.13 Pore development under weathering/leaching

图14 哈山地区裂缝内方解石盐水流体包裹体温度区间图

Fig.14 Histograms showing the distribution of homogenization temperatures of fluid inclusions in calcite within fractures

表3 哈山地区火山岩储层评价标准表

Table 3 Classification of volcanic rock reservoirs by reservoir quality criteria

储层类型	孔隙度/%	渗透率/mD	岩相	储集空间组合	裂缝密度/(条·m^-1)
优质储层	5~10	>1	爆发相热碎屑流亚相、溢流相上部	溶蚀孔、溶蚀缝、基质溶孔、原生气孔	>5
中等储层	3~<5	0.1~1	爆发相空落亚相、溢流相上部	粒内(间)孔、次生(蚀变)溶蚀孔	3~5
差储层	<3	<0.1	溢流相中部、沉火山岩相	构造缝、冷凝收缩缝、基质溶孔	<3

图15 哈山地区风化壳型火山岩储层发育模式图

Fig.15 Model of volcanic rock reservoir with weathering layers

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Mechanism of reservoir development in the Carboniferous-Permian volcanic rock reservoirs in Hala’alate Mountain area, Junggar Basin

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