准噶尔盆地西北缘石炭系风化壳特征及油气地质意义

梁舒艺，吴孔友，黄 芸，冀冬生，伏小鹏

(1.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580；2.中国石油新疆油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830013)

0 引 言

近年来，准噶尔盆地石炭系火山岩油气藏的勘探取得显著进展，石炭系火山岩储集层大致可分为原生型和风化壳型[1-4]。位于盆地腹部的克拉美丽气田石炭系火山岩储集层多以原生孔隙和裂缝为主，属原生型储层[5]。原生型火山岩储层主控因素研究程度较高[6-9]，风化壳型储层的研究仅局限在新疆北部个别地区[10]，且母岩岩性主要为火山岩。准噶尔盆地西北缘断阶带石炭系储层除火山岩之外还有沉积岩，其有效孔隙发育带及油气显示主要集中在石炭系顶面附近。已认识到该区石炭系风化壳储层对油气富集程度有控制作用，但火山岩和沉积岩的风化壳特征、结构、空间分布规律及对油气局部富集的控制作用等并不明朗。该次研究利用71口石炭系已钻井的钻井、测井、录井及分析化验资料，探讨石炭系风化壳储层特征、风化壳结构、分布规律及油气地质意义。

1 石炭系风化壳形成的地质背景

准噶尔盆地处于哈萨克斯坦古板块、西伯利亚古板块以及塔里木古板块陆缘海的交汇部位。盆地西北缘夹持在西伯利亚板块和伊犁微板块陆缘活动带之间，东邻准噶尔地块，是陆缘活动带的三角地区，属晚古生代的汇聚地带。准噶尔地槽于早石炭世末全面褶皱回返，在地槽褶皱回返过程中伴有强烈的岩浆活动。褶皱带地壳因岩浆岩的侵入和受热而膨胀，导致上升的褶皱带向沉降的盆地进行挤压，产生盆地西北缘弧形构造体系；晚石炭世，盆山结合部开始出现近南北向的褶皱条带，形成近南北向逆冲推覆断裂带，即西北缘断阶带的雏形。

结合地面露头、钻井和地震层序划分对比结果，西北缘断阶带石炭系整体发育海陆过渡相的火山岩、碎屑岩沉积。其中，火山岩以中基性为主，碎屑岩也多以近源快速堆积的砂砾岩为主，原始物性较差。但石炭纪末期的整体抬升遭受剥蚀，不论是火山岩还是碎屑岩，其长期风化淋滤作用均可形成风化壳储层。加之位于构造应力集中区，裂缝发育，对风化壳储层物性的改善更为有利。

2 石炭系风化壳结构及特征

风化壳是指碎屑岩、火山岩经过沉积间断、风化淋滤和蚀变后形成的具有矿物、结构和储层特征差异的似层状的地质体。

2.1 风化壳结构

据地震资料综合解释成果，西北缘断阶带石炭系不整合面特征明显，上覆层缺失二叠系、三叠系，多以侏罗系为主，邻近斜坡部位的局部地区有三叠系的披盖，表明石炭系遭受过长期的剥蚀及风化淋滤作用，风化壳发育。

西北缘断阶带有25口取心井钻遇完整石炭系火山岩、碎屑岩风化壳。而完整的火山岩风化壳一般具有6 层结构，即土壤层、水解带、溶蚀带、崩解Ⅰ带、崩解Ⅱ带和母岩。取心分析化验资料研究和录井、测井资料综合分析认为，西北缘断阶带石炭系火山岩、碎屑岩具有5层结构的风化壳模型，即土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带和母岩。

2.2 风化壳特征

据统计，从上至下土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带分别距离石炭系顶界不整合面的距离为15～50、50～150、150～250、250～450 m，排除因断裂、裂缝垂向沟通导致风化壳厚度增加的影响，西北缘断阶带的风化壳厚度一般为450 m左右。

受风化时间、风化程度和裂缝发育程度等因素控制，风化壳不同结构物性差异较大，土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带的平均孔隙度分别为2.6%、6.4%、15.8%、12.7%。风化壳不同结构层为非储集层—Ⅰ类储集层，溶蚀带储层物性最好，为Ⅰ类储集层；崩解带次之，为Ⅱ—Ⅲ类储集层；土壤层和水解带主要分布于古地貌的低部位和斜坡区，高部位多缺失；土壤层为非储集层，但因分布局限，尚不能形成区域盖层；水解带为Ⅳ类储集层，可见油气显示，但无产能。

另外，风化壳不同结构层中的Ⅰ—Ⅱ类储集层的发育，还受到母岩岩性的影响。母岩为火山熔岩，Ⅰ—Ⅱ类储层多位于崩解带和溶蚀带；若母岩为凝灰岩或沉凝灰岩，受母岩中火山灰物质的影响，Ⅰ—Ⅱ类储层易于形成溶蚀孔，多位于水解带；若母岩为沉积岩，Ⅰ—Ⅱ类储层多位于溶蚀带。

2.3 风化壳识别标志

西北缘断阶带石炭系风化壳的识别标志除石炭系顶界与上覆层呈不整合接触关系这一宏观标志以外，还包括岩心(岩屑)、测井曲线、岩石薄片等识别标志。在岩心和录井岩屑中，石炭系顶部多见褐色、黄色及杂色泥岩，反映表生环境中受氧化作用影响，岩石会发生氧化破碎分解为黏土，是识别风化壳的典型标志之一。测井曲线表现为风化壳顶部自然伽马值偏高、密度和电阻率值偏低的特征，淋滤溶蚀过程中，风化后的黏土可随大气淡水渗入较大孔隙内再沉淀，在岩石薄片中可见气孔下部充填渗滤泥的示底构造，这也是指征风化壳的典型标志之一。

3 石炭系风化壳储层类型及特征

基于25口取心井的薄片鉴定资料，结合地面露头、岩心和实验室化验资料及FMI成像测井资料分析，将石炭系风化壳有效储集空间类型划分为溶孔型、孔-缝型、裂缝型3类。

溶孔型储集空间即溶蚀孔隙型，是石炭系顶面风化壳储层的主要储集空间，包括粒间溶蚀孔(图1a、c)、半充填溶蚀缝(图1b)、剩余粒间孔、粒内晶间孔等。粒间溶蚀孔是颗粒间可溶物质溶蚀后形成的孔隙，一般连通性较好；剩余粒间孔是指填隙物充填之后残余孔隙空间，连通性稍差。

图1 储集空间类型

孔-缝型储集空间中的溶蚀孔-缝是风化壳中最发育的储集和渗流空间，溶蚀孔和裂缝的连通性好。裂缝型储集空间主要包括收缩缝、节理缝和构造缝，其中，收缩缝是指在岩浆冷却过程中由于温度下降的速率不一致而使岩体收缩形成的张裂缝，常连通气孔形成火山岩特有的孔-缝型储集空间(图1d)；节理缝和构造缝的发育程度与断裂活动的强弱有关，多见于断裂带附近，按产状可分为水平缝、斜交缝、网状缝、直劈缝等。西北缘断阶带石炭系储层各种裂缝均有发育，以斜交缝和网状缝为主，且常与其他储集空间类型伴生发育，除了可以使原来孤立存在的孔隙互相连通，形成有效流体渗流的主要空间外，还可以为岩石形成各种次生孔隙创造条件。

4 石炭系风化壳油气地质意义

西北缘断阶带石炭系油气成藏具有整带含油、局部富集特征。油气局部富集受到风化壳储层、构造高部位、上倾方向有效遮挡及上覆层系的岩性和厚度等多因素控制。其中，风化壳储层优劣及空间分布规模是油气成藏的首要控制因素。

石炭系风化壳储层的优劣不受母岩岩性控制，砂砾岩、火山岩、凝灰岩等均可成为高效油层；其优劣受风化淋滤时间控制，未风化前，只有火山角砾岩的孔隙度大于有效孔隙度下限，可成为有效储层；长时间风化后，安山岩、玄武岩、砂砾岩、凝灰岩均能在风化壳的不同结构层内形成有效储层；各种岩性岩相的火山岩风化后的物性均好于同时代、同类岩性岩相的原状火山岩物性。

依据风化壳成因可知，遭受表生环境的风化淋蚀，古地貌高部位和斜坡区为强剥蚀、强风化淋蚀区，低洼部位风化壳不发育。构造应力集中区(断裂发育区)的风化壳储层的平面分布和纵向延伸规模会更大。统计71口井的物性资料，建立了石炭系风化壳孔隙度与风化壳顶面埋深关系(图2)。由图2可知，在断裂不发育区，风化体厚度为450 m，取心已证实的CF3井砂砾岩孔隙度最大为20%；近断裂区构造应力集中，裂缝发育，同时，受地表水沿断裂和裂缝下渗淋滤影响，Ⅰ—Ⅱ类储层发育处距风化壳顶面的距离会更大，位于断裂带附近的C30井距石炭系顶面近600 m ，仍获工业油流，日产油为4.34 t/d。

图2 西北缘断阶带石炭系风化壳储层

5 结 论

(1) 西北缘断阶带完整的5层风化壳结构中，有效储集层主要发育于溶蚀带和崩解带。

(2) 母岩岩性不同，其风化壳储集层物性存在差别，但各类岩性经淋滤溶蚀后均能形成有效储集层。

(3) 石炭系风化壳有效储集空间类型划分为溶孔型、孔-缝型、裂缝型3类。其中，孔-缝型储集空间的溶蚀孔-缝是风化壳中最发育的储集和渗流空间。

(4) 风化壳储层优劣及空间分布规模是油气成藏的首要控制因素。风化壳储层物性和风化壳厚度受风化淋滤时间和断裂发育程度控制，风化壳厚度在断裂不发育区一般为450 m，在断裂发育区的风化壳厚度可大于600 m。

(5) 西北缘断阶带石炭系油气局部富集的控制因素主要为油气运移上倾方向的有效封挡、风化壳储层物性的优劣和保存条件三方面，其中，风化壳储层物性的优劣决定油藏的“多少”，保存条件决定油藏的“稠稀”。

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