0 引言

西泉地区位于准噶尔盆地东部北三台凸起西斜坡。北三台凸起是近南北向的正向二级构造单元，东为吉木萨尔凹陷，西与阜康凹陷毗邻，在海西褶皱基底之上经历了海西晚期的断陷、印支―燕山中期的盆地统一、燕山晚期―喜山期的抬升收缩等3个构造演化阶段。其中，印支―燕山运动，特别是燕山运动在该区反映较为强烈，形成了较大型的北三台继承性凸起^[1]。

石炭系火山岩储层在准噶尔盆地非常发育，是盆地主要含油层系之一。实践表明，盆地内多口探井在石炭系火山岩储层中获得工业油气流，仅日产原油10 t或天然气5万m³以上的探井就有近140口，这些井主要分布于西北缘的车拐、克百地区，腹部的石西、陆梁地区，准东的滴西、五彩湾、克拉美丽地区，以及东部的北三台、西泉等地区^[2]。前人针对盆地内石炭系火山岩开展了很多研究，如针对西北缘火山岩储层开展的岩性和岩相特征研究^[3-6]、火山岩储层特征研究^[5-10]、火山岩储集空间特征研究^[10-13]等；此外，针对准东克拉美丽地区石炭系火山岩开展的相关研究也有很多。2006年，西泉地区的XQ1井发现了石炭系油层，随后又在XQ3，XQ9，XQ10等井取得了该油层的勘探突破，这4个井区累计提交控制储量4 889万t。近年来，新疆油田加大了对西泉地区滚动勘探的力度，共计部署评价井20口，完钻7口，其中有6口井在石炭系总计获得9层工业油流，5口井（XQ103井等）在石炭系7个层位中获得高产工业油流，从而打开了北三台凸起西斜坡地区石炭系油气勘探的新局面。前人关于石炭系火山岩的研究主要集中在西泉地区以外，研究内容主要包括储层控制因素^[14]、成藏条件^[15]、地球物理响应^[16]、异常压力^[17-18]等多个方面，而西泉地区火山岩勘探开发的历程较短，相关研究成果比较少。本次研究在储层特征分析的基础上对西泉地区石炭系火山岩储层的控制因素进行探讨，并预测火山岩有利储层发育区带，以期为该区火山岩油藏的下一步勘探提供理论依据。

1 岩石学特征

西泉地区石炭系自下而上划分为滴水泉组（C₁d）和巴塔玛依内山组（C₂b，简称巴山组），本次研究层位主要是巴山组。西泉地区石炭系断裂发育，在XQ026井北断裂—B87井北断裂的南北两侧，石炭系的产状、岩相等特征均存在明显差异，以这2条断裂为界限，将研究区划分为南部构造带（南部）和北部构造带（北部）（图 1）。

根据岩心、薄片、测井和录井等资料，西泉地区石炭系主要发育熔岩、火山碎屑熔岩、浅成侵入岩及火山碎屑岩等4类岩浆岩和少量沉积岩。其中，熔岩主要包括溢流相玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩等；火山碎屑熔岩主要包括碎裂化流纹质火山碎屑熔岩、安山质凝灰熔岩、安山质角砾熔岩等；浅成侵入岩主要包括闪长玢岩等；火山碎屑岩主要包括火山角砾岩、凝灰岩、沉凝灰岩等。

根据岩屑录井资料统计结果，南部构造带岩性以安山岩（厚度占比40.67%）、火山角砾岩（厚度占比28.86%）、凝灰岩（厚度占比14.41%）、沉积岩（厚度占比13.24%）等为主；北部构造带岩性以凝灰岩（厚度占比27.74%）、沉积岩（厚度占比25.98%）、安山岩（厚度占比22.48%）、火山角砾岩（厚度占比14.72%）等为主（表 1）。

根据铸体薄片和岩心观察，西泉地区石炭系岩性总体以中性安山岩或安山质岩类为主，基性玄武岩含量较少（图 2）。主要岩石特征如下：

（1）安山岩：主要有气孔状安山岩、碎裂化安山岩、杏仁状安山岩和杏仁状玄武安山岩等[图 2（a）~ （c）]。常见斑状交织结构、斑状显微交织结构和碎裂化交织结构，以及杏仁构造、气孔构造等。斑晶主要为斜长石，见少量角闪石和辉石等暗色矿物；基质也以斜长石为主，见少量脱玻绿泥石、磁铁矿、次生绿帘石、玻璃质等。多数安山岩中气孔发育，有些气孔被充填形成杏仁体。斜长石常被蚀变为绢云母和黏土矿物，表面浑浊，多成土灰色、褐灰色；受热液交代作用影响，往往发生碳酸盐化、方柱石化、白云母化、绿泥石化、绿帘石化等蚀变作用。XQ3与XQ091井区，断裂和裂缝发育，岩石后期受应力作用发生碎裂，常被碎粉物质胶结。

（2）玄武岩：以碎裂化玄武岩为主。具斑状结构、间粒结构等，常见块状构造、杏仁构造以及少量气孔构造[图 2（d）]。在压扭性构造应力作用下，被挤压破碎，形成大小不等的碎块，其棱角具圆化，碎块间分布粒化的碎粒和碎粉物质，碎粉物质具绿泥石化。碎块中可见原岩结构，为间粒间隐结构的玄武岩。

（3）火山角砾岩：具有火山角砾结构，以安山质火山角砾岩为主，见少量安山质凝灰火山角砾岩、玄武质火山角砾岩和强浊沸石化火山角砾岩等[图 2（e）]。其中，安山质火山角砾岩岩体由不规则棱角状角砾、凝灰质碎屑及基质等组成，并以不规则棱角状安山岩角砾为主；部分安山质火山角砾岩岩屑有绢云母化、绿泥石化等蚀变现象。安山质火山角砾岩中角砾的平均体积分数约为70%，且角砾的成分变化较大，以安山岩岩屑、凝灰岩岩屑和英安岩岩屑等为主，含少量硅化酸性熔岩；安山质火山角砾岩中凝灰质碎屑的平均体积分数约为17%，以安山岩岩屑和凝灰岩岩屑为主，另有斜长石晶屑、玻屑等；安山质火山角砾岩的基质以火山尘为主，平均体积分数约为16%。

（4）凝灰岩：分布广泛，颜色多样，常呈凝灰结构[图 2（f）]。凝灰岩主要由晶屑、岩屑、火山灰组成。其中，晶屑主要为斜长石晶屑，自形程度高，呈棱角状；岩屑主要为安山质岩屑，呈次棱角状；胶结物主要为火山灰，且已脱玻为霏细状长英质或泥化为蒙脱石等。

2 储层特征

西泉地区火山岩物性变化较大，不同地区、不同岩性均存在较明显的差异。

从孔隙度来看，北部地区英安岩的孔隙度平均值为13.82%，火山角砾岩和凝灰岩孔隙度相近，平均值依次为6.64%与6.53%；南部地区火山角砾岩和凝灰岩的孔隙度均高于北部地区，平均值依次为18.36%与17.70%，南部安山岩的孔隙度平均值为14.67%，也高于北部地区。从渗透率来看，北部地区玄武岩渗透率较高，平均值为0.230 mD，其他几种岩性的渗透平均率值都在0.1 mD以下；南部地区的凝灰岩、火山角砾岩、安山岩的渗透率均较高，平均值依次为0.490 mD，0.255 mD与0.210 mD（表 2）。

由此可见，北部构造带英安岩、火山角砾岩、凝灰岩的储层物性较好，南部构造带火山角砾岩、凝灰岩的储层物性较好。整体上，南部构造带的储层物性明显好于北部构造带。

西泉地区石炭系火山岩的储集空间主要有原生孔隙、次生孔隙、原生裂缝及次生裂缝等4种类型。原生孔隙又包括气孔、晶间孔等，其中，气孔是岩浆喷溢至地表冷凝时，挥发份逸散后留下的空洞，形状以似浑圆状为主，不规则状为辅，部分气孔被绿泥石、沸石、方解石等充填形成杏仁构造，杏仁体内常见溶蚀扩大现象[参见图 2（b），图 3（a）]；晶间孔多为基质中长石晶体及自生黏土矿物伊利石与蒙脱石混层之间的细小孔隙。次生孔隙主要包括基质溶蚀孔和杏仁体溶孔等，其中，基质溶蚀孔是火山岩的基质发生不同程度的溶解而出现的孔洞；杏仁体溶蚀孔是原生气孔被沸石、碳酸盐、绿泥石等后期矿物充填后又经溶蚀而产生的孔隙[图 3（a）]。原生裂缝包括冷凝收缩缝和节理缝等2种裂缝，其中，冷凝收缩缝是岩浆在冷凝、结晶过程中形成的裂缝，主要分布在各期次火山岩的上部；节理缝是火山岩形成时，由于热量的散失，熔浆冷却收缩产生张应力，使岩体破裂而形成的一种裂缝。次生裂缝主要包括溶蚀缝和构造缝等2种裂缝，其中，溶蚀缝多沿原有的裂缝和矿物节理缝发育，裂缝宽度不一，以裂缝的边缘有溶蚀扩大现象为特征；构造裂缝是指火山岩在后期构造演化过程中，受应力改造而形成的规模较大的裂缝，构造裂缝的特点是缝面规则、延伸较远、切割深、具明显的方向性^{[2, 7, 19]}。

西泉地区北部构造运动相对稳定，储集空间以原生气孔和风化淋滤形成的溶蚀孔洞为主，但原生气孔发育程度低，溶蚀孔洞充填程度高，加上裂缝也被严重充填，因此，北部构造带火山岩的储层物性相对较差[图 3（b）~（d）]；南部构造运动相对活跃，加上后期改造作用强烈，因此，南部构造带火山岩储层中原生气孔及裂缝的发育程度都很高，孔隙充填度低，储层物性相对较好，储集空间类型主要为裂缝型、孔隙-裂缝型和孔隙型[图 3（e）~（f），图 3（a）]。

3 储层物性影响因素分析

火山岩形成初期，在岩浆喷溢过程中，由于挥发份逸散而形成大量气孔，岩浆冷凝收缩时产生收缩孔、缝或自碎角砾间孔、缝等多种原生孔隙，但此阶段形成的原生孔隙多呈孤立状态，不能使火山岩成为有效储层。结合西泉地区岩心薄片和实验分析资料的研究结果，认为岩性和岩相、构造运动、风化淋滤作用等是该地区石炭系火山岩储层发育的主要控制因素。

3.1 岩性和岩相

岩性和岩相是影响火山岩储集性能的直接因素，不同的岩性和岩相条件从根本上决定了储集空间的发育程度与规模。

西泉地区石炭系火山岩储层的岩石类型多样。其中，火山角砾岩的颗粒粗大，不仅砾间孔、粒间孔相对发育，而且岩石破碎形成的角砾中还多发育气孔；同时，由于火山角砾岩是由火山喷发时喷出的块状碎屑组成的，颗粒粗大且形状不规则，原生的砾间缝便构成了原始的脆弱面，因此，这些砾间缝很容易被后期的构造应力改造，成为具有一定延伸方向的裂缝，从而沟通各种孔隙形成油气渗滤通道。因此，火山角砾岩的储渗条件最好（参见表 2），是火山岩油藏的主要储集岩。

西泉地区石炭系火山岩岩相类型主要有爆发相、溢流相、次火山岩相及火山沉积相。区内主要探井的试油成果表明，油层、油水同层、含油水层等主要出现在爆发相和溢流相中，说明这2种火山岩岩相的储层物性均较好（表 3）。目前区内已发现的石炭系火山岩油藏大部分集中在这2种相带中，如XQ103井2 246~2 258 m井段为爆发相火山角砾岩，压裂后，3 mm油嘴自喷，日产油27.9 t，XQ2井2 527~2 552 m井段为溢流相安山岩，未压裂，5 mm油嘴自喷，日产油15.88 t，日产气2.458万m³。

3.2 构造运动

构造运动对改善储层物性具有重要作用。西泉地区构造运动活跃，区内形成了大量的断裂和裂隙，明显提升了火山岩储层的物性[参见图 1，图 3（b），图 3（f）]。

构造运动对火山岩储层物性的改善及油藏的形成所起作用主要表现在3个方面：① 构造运动使非常致密的火山岩形成大量裂缝，这些裂缝不但使孤立的原生气孔得以连通，而且还增大了火山岩的储集空间；同时也为地下水和有机酸提供了通道，促进了溶解作用的发生。因此，构造运动是形成次生溶蚀孔隙、改善储层渗流能力的关键。② 构造运动形成的古隆起海拔较高，遭受风化淋滤改造作用较强，因此，火山岩的储集物性得到了极大的改善，孔隙度和渗透性均较好。③ 构造运动形成的古隆起往往位于生烃坳陷的边缘，这种生烃坳陷和古隆起相间分布的构造格局有利于火山岩油藏的形成。

3.3 风化淋滤作用

风化淋滤也对改善火山岩的储层物性具有积极作用。研究表明，优质火山岩储层往往分布于风化壳的发育范围之内，随着储层距离风化壳顶面距离的增加，风化淋滤作用越来越弱，裂缝的充填作用越来越强，储层物性变得越来越差^[20-21]。

根据统计结果，北部构造带火山岩储层主要分布在距石炭系顶面之下105 m的深度范围内，与风化淋滤带的发育深度一致；南部构造带火山岩储层主要分布在距石炭系顶面之下250 m的深度范围内，与风化淋滤带的发育深度相同[图 4（a）]。试油成果显示，北部构造带发育的火山岩油藏主要分布在距离石炭系顶面之下50 m的深度范围内，南部构造带发育的火山岩油藏主要分布在距离石炭系顶面之下150 m的深度范围内[图 4（b）]。这些统计数据说明风化淋滤作用随着距离顶面深度的增加而减弱，南部构造带遭受的风化淋滤作用强于北部构造带。

4 火山岩有利储层预测

受继承性古隆起、岩性岩相、裂缝发育程度、风化淋滤作用等因素的影响，西泉地区石炭系火山岩储层空间非均质性强，储层含油气性的横向差异大。

4.1 继承性古隆起识别

作为北三台凸起的一部分，西泉地区的构造形成与演化受博格达造山带隆升产生的压陷—挠曲作用的控制。北三台区内的石炭系火山岩地层从晚石炭世开始遭受来自博格达造山带的碰撞挤压，不过这次碰撞的造山作用较弱^{[1, 15]}，对北三台凸起的形成影响不大；早二叠世晚期，博格达造山带受天山晚期运动的影响，挤压隆升，北三台凸起初具规模，西泉断裂也初见雏形^{[1, 15]}；中二叠世，西泉断裂持续活动，对沉积起到重要的控制作用；三叠纪末，印支运动在北三台区内表现强烈，西泉断裂重新活动；此后，燕山Ⅱ幕运动作为北三台区内最强烈的一次构造挤压运动，又使得西泉断裂再度活动^{[1, 15]}。长期的构造运动致使处于北三台凸起斜坡带的西泉地区石炭系形成了隆坳相间的构造格局。同时，石炭系沿B87井北断裂—XQ026井北断裂分为南北2个构造带，北部构造带又以XQ1井为界分为东西2个部分，XQ1井以东地区由窄幅的风化残丘和沟谷组成，XQ1井以西地区风化残丘和沟谷不明显，这些风化残丘是有利的储层发育区；南部构造带形成了3个鼻状凸起：XQ2井鼻凸、XQ3井鼻凸和XQ8井鼻凸，这些鼻状凸起也是有利的储层发育区（参见图 1）。

4.2 岩性岩相预测

火山岩岩性十分复杂，单一技术预测存在很大的多解性，采用多种资料多种方法综合识别火山岩岩性，可有效降低火山岩岩性预测的多解性^[22]。本次研究以钻井和地震资料的深化运用为主线，引入三维地层模型和岩性模型作为约束，有效降低了岩相预测的多解性，具体步骤如下：首先，根据火山机构地貌特征定性判断火山机构发育位置，利用测井曲线交会图识别岩性；然后，通过PaleoScan软件建立三维地层模型，依据岩-电关系，建立敏感参数模型；最后，运用地震正演总结关键岩相的地震响应特征，结合波组-岩性组合关系，总结火山岩的地震相特征，选取最佳平面属性。在上述步骤约束下，完成岩相平面图预测（图 5）。

4.3 裂缝预测

西泉地区多口钻遇石炭系的井都进行了地层微电阻率扫描成像测井（FMI测井），FMI测井能够成功地识别出井眼内的裂缝系统，并能对裂缝型油藏进行精细描述，计算出裂缝的位置、形状、产状和密度等参数。统计显示，沿着B87井北断裂— XQ026井北断裂构造带，直劈裂缝、斜交缝、网状缝等都很发育，且沿该断裂带往南及往北方向，斜交缝、网状缝发育。此外，统计还显示，爆发相火山角砾岩、溢流相安山岩、玄武岩、英安岩等岩石类型中的裂缝发育，凝灰岩、凝灰质砂砾岩等岩石类型中的裂缝不发育。

相干体切片中也包含了断层、微断裂等信息，可以直观地显示微断裂的相对发育程度。通常根据相干体切片中断裂的密集度和断裂间方位角的变化情况，分析火山岩裂缝的发育程度，进而推测火山岩储层的发育区带。

在西泉地区石炭系地震AFE（automatic fault extract）相干属性分析基础上，结合岩心裂缝观察结果，完成了西泉地区石炭系裂缝分布平面预测（图 6）。从图 6可以看出，南部构造带的裂缝发育程度高，北部构造带的裂缝发育程度低，裂缝预测结果与地质认识基本吻合。裂缝发育区储层物性普遍较好，是有利储层发育区。

综上所述，西泉地区石炭系火山岩有利储层可以划分为3类：位于构造高点，岩性岩相有利，裂缝发育程度高，孔隙度高于15%，渗透率高于0.2 mD的储层划分为Ⅰ类储层；位于构造高点或次高点，岩性岩相有利，孔隙度大多为10%~15%，渗透率为0.05~0.20 mD的储层划分为Ⅱ类储层；位于构造低部位，孔隙度小于10%，渗透率低于0.05 mD的储层划分为Ⅲ类储层。

4.4 有利储层预测

结合构造发育位置、岩性岩相分布特征及裂缝预测结果，对西泉地区石炭系有利储层进行了预测（图 7）。从图 7可以看出，南部构造带有利储层主要分布于构造高点、裂缝发育区（参见图 6），岩性以火山角砾岩、凝灰岩等喷出岩为主（参见图 5），Ⅰ类有利储层主要分布于XQ5井—XQ9井一带、XQ3井—XQ103井—XQ104井一带、XQ106井及其南侧一带、B703井南一带及XQ4井—XQ104井一带，Ⅰ类有利储层的外围为Ⅱ类有利储层发育区；相比之下，北部构造带有利储层发育范围较小，主要受控于构造高点，岩性以安山岩等溢流相火山岩为主（参见图 5），Ⅰ类有利储层主要分布于XQ1井周围、XQ011井以西一带、XQ014井南—XQ019井西一带及XQ020井南—XQ019井东一带，Ⅱ类有利储层同样分布于Ⅰ类有利储层的外围（图 7）。

5 结论

（1）准噶尔盆地西泉地区石炭系岩石类型复杂，南部构造带岩性以安山岩、火山角砾岩、凝灰岩等为主，北部构造带岩性以凝灰岩、沉积岩、安山岩等为主。不同岩石类型的物性不同，总体上，南部构造带的储层物性明显好于北部构造带。

（2）影响西泉地区石炭系火山岩储层物性的因素主要有3个：① 岩性和岩相是形成优质储层的基础和核心；② 构造运动是形成优质储层的关键；③ 风化淋滤作用是形成优质储层的重要保障。

（3）西泉地区南部构造带石炭系火山岩有利储层主要分布于构造高点及裂缝发育区，岩性主要以火山角砾岩、凝灰岩等喷出岩为主；北部构造带石炭系火山岩有利储层发育主要受控于构造高点，岩性以安山岩等溢流相火山岩为主。