2. 重庆科技大学石油与天然气工程学院
, Ji Baoqiang1
, Chen Jing1
, Liu Yan1
, Peng Jiaqiong1
, Peng Shaoyun1
, Wang Zhenpeng1
, Zeng Lingshuai1
, Lou Tao2
, Xiong Yixue2
2. School of Petroleum Engineering, Chongqing University of Science and Technology
准噶尔盆地石西凸起石炭系大面积发育火山岩，早期在构造带高点钻探的W1井和W2井，在上石炭统火山岩中获得高产油流。1995—1997年，石西地区石炭系巴塔玛依内山组火山岩油藏探明石油地质储量6843×104t；2002年储量复算后的石油地质储量为3838×104t。截至2023年，石西地区揭示石炭系火山岩共完成钻井58口，其中探井与评价井12口、开发井46口，出油井共计53口，已累计产油超400×104t。石西地区石炭系火山岩具备良好的生储盖配置与丰富的油气资源[1]，形成“旁生侧储、断裂和不整合面输导”的新生古储型火山岩“整装”块状油藏[1-2]。随着勘探开发工作不断深入，受断裂构造作用的影响，该“整装”油藏各个断块之间油水界面存在差异，各个断块之间的主力产层段不尽相同，产层之间是否存在隔夹层，亟待开展火山岩地层格架精细划分研究。
相较于沉积岩，因火山喷溢属于短期事件，其内部地层格架划分具有独特性[3]，需要一套新的火山岩地层格架划分体系。前人对火山岩地层系统划分存在差别：三级分类方案以喷发旋回—韵律—层[4]、层序—亚层序—微层序[5]、组（喷发旋回）—层（喷发期次）—小层（冷凝单元）[6]、旋回—期次—岩相[7]为代表；四级分类方案以旋回—组—岩相—层[8]、旋回—亚旋回—岩流组—岩流[9]为代表；五级分类方案以旋回—亚旋回—期次—韵律—层[10]为代表。各种分类方案，对“旋回”的级别较为一致，是火山岩地层最大单位，但是细分之后各种方案彼此有交叉，特别是“期次、层、韵律”的级别存在混淆。因此，应在火山机构、火山作用形式及喷发环境的约束下，综合高品质的地震资料和钻井岩性划分，合理优化地层格架的分类。
石西地区石炭系火山岩内部采用岩类与岩相差异自下而上分为A段、B段、C段[1]，但是以上分段与火山喷发旋回、期次间的关系不明确，特别是A段、B段、C段与邻区滴西地区的巴一段、巴二段及巴三段的对应关系[11]，3段内部是否还可以进一步细分韵律层，以及火山喷发韵律下的火山岩分布范围、岩性岩相的平面展布均未见报道。以上问题制约着纵向勘探开发主力小层的优选、隔夹层展布规律的预测、油水界面性异性的分析，以及剩余油挖潜决策的实施。
本文基于岩心观察与薄片鉴定，明确石西地区石炭系火山岩岩石类型及岩相特征；综合测井及录井资料，开展火山岩地层格架划分和对比，明确火山岩地层格架系统；在韵律层的约束下，开展各个韵律层单元地层发育特征、岩性岩相纵向叠置关系及岩相平面分布特征研究。研究结果有助于明确指明优势相带分布、有效储层与油气富集的层位靶向，将研究工作向重点小层倾斜，指明油气高效开发与措施井实施的方向。
1 区域地质概况准噶尔盆地位处我国新疆北部，是一个由多类型盆地叠合而成的大型复合型含油气盆地，东至青格里底山及克拉美丽山，南抵博格达山和依林黑比尔根山，西达扎伊尔山，北邻德仑山，平面特征呈现出“北窄南宽”的三角形[12]，面积约为13.6×104km2。盆地共分为6个一级构造单元，表现为“三隆两坳一冲断带”：西为西部隆起，南为北天山山前冲断带，东为东部隆起，北为陆梁隆起和乌伦古坳陷，中部为中央坳陷（图 1a）[13]。石西凸起位于陆梁隆起东南部，北接三南凹陷，西至盆1井西凹陷，南邻莫北凸起，东南部与滴南凸起与滴水泉凹陷相接[14-15]；该凸起三面毗邻凹陷，是油气运聚与成藏有利区域。研究区发育多条近北西—南东向断裂，整体形态呈现出W2井北断裂、W6井西断裂及W1井南断裂夹持的三角形垒块，内部被W3井西断裂及小断裂切割成高低起伏的断块（图 1a）。
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图 1 石西地区区域构造特征与地层综合柱状图 Fig. 1 Regional structural characteristics and comprehensive stratigraphic column in Shixi area （a）准噶尔盆地石西地区构造位置图；（b）地层综合柱状图；（c）石炭系火山岩油气成藏剖面（剖面位置见图 1a） |
区域地质研究表明，准噶尔盆地的形成主要经历两大时期6个演化阶段，一是基底演化时期，包括太古宙—早、中元古代的地体形成阶段、震旦纪—早古生代的地体发展阶段及中—晚海西期的盆地雏形形成阶段；二是盆地演化时期，包括二叠纪前陆盆地阶段、三叠纪—古近纪的陆内坳陷阶段及新近纪—第四纪的再生前陆盆地阶段[16]。晚石炭世，塔里木板块向北迁移，伴随着西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块向南，共同向准噶尔古陆（板）块会聚，致使准噶尔古陆（板）块的南缘、西北缘和东北缘发生强烈造山，盆地内部处于碰撞造山后的伸展阶段，火山活动频繁，为大陆构造背景上的陆内裂谷环境，形成大套钙碱性火山岩建造[17]，造就火山岩基岩隆起。石西凸起形成于晚石炭世末期，是海西期造山运动的产物[17]。石炭纪末期—二叠纪早期，石西凸起一直处于暴露剥蚀状态，缺失下二叠统，且石炭系顶部遭受不同程度剥蚀。晚二叠世—三叠纪，因构造沉降和水体上涨，经历填平补齐沉积作用，该凸起的低部位接受了上二叠统沉积，后期三叠系大面积披覆沉积（图 1b）。
钻井揭示石炭系为火山岩主要分布层系，自下而上发育下石炭统松喀尔苏组（C1s），上石炭统巴塔玛依内山组（C2b），石炭系与上二叠统上乌尔禾组（P2w）不整合接触；松喀尔苏组（C1s）底部为灰绿色玄武岩，顶部为火山喷发停滞期的灰色砂砾岩，据此与上覆巴塔玛依内山组区分开（图 1b）。石炭系巴塔玛依内山组岩性以溢流相的安山岩、流纹岩为主，伴随有爆发相的火山角砾岩、火山凝灰岩。爆发相的岩体规模较小，相带窄；溢流相主要分布在爆发相外围，厚度大、分布较广[1]。研究区含油层段主要分布于巴二段，构造上呈现出中间高（W27井区）、向北向东逐渐降低的特征；油藏整体受构造控制，断块内具有统一的油水界面，断块之间油水界面存在差异（图 1c）。
2 火山岩旋回地层格架建立火山岩旋回地层格架的建立，首先应理清石西地区石炭系岩石学类型、岩性纵向组合变化规律，其次需确定火山喷发的间歇性及岩浆演化方式，最终建立火山岩旋回地层格架。
2.1 岩性岩相特征按照火山作用的方式和成因，经典的火山岩岩相可划分为喷溢相、空落相、火山碎屑流相、涌流相、火山泥流相、崩塌相、侵出相、火山口—火山颈相、次火山岩相、隐爆角砾岩相和火山喷发沉积相，该模式是最全的理想模式[18-21]。但具体区块研究中，需基于火山岩岩石学特征及空间组合方式，依据火山机构、火山喷发类型及作用强度等因素，考虑上述相带间成因关联，综合判定火山岩岩相类型。石西地区石炭系火山岩岩相可分为爆发相和溢流相，以溢流相为主[22]，对应的岩石类型主要为火山熔岩类和火山碎屑岩类两大类，前者主要为安山岩、流纹岩，后者主要包括火山集块岩、火山角砾岩和火山凝灰岩等类型。
2.1.1 溢流相溢流相在研究区广泛分布，按照岩石类型，可分为中基性溢流相、中性溢流相和酸性溢流相3类，按原始孔隙发育程度及形态，可细分为下部、中部、上部及顶部4种亚相[23]。岩石类型以中性安山岩为主，夹中基性玄武安山岩及酸性流纹岩，基性玄武岩零星分布。
安山岩为研究区石炭系主要岩石类型。岩心以灰色为主，多为斑状结构或少斑结构，具有块状构造（图 2a）。斑晶含量不足10%，主要为斜长石和褐色角闪石；基质由隐晶质和安山质及少量暗色矿物形成玻基交织结构（图 2b），局部见气孔状构造。
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图 2 石西地区石炭系巴三段火山岩宏微观特征图 Fig. 2 Macro and micro characteristics of volcanic rocks in the third member of the Carboniferous Batamayineishan Formation in Shixi area （a）W5井，4501.1~4502.01m，斑状安山岩，块状构造；（b）W2井，4604.00m，角闪安山岩，气孔状构造，暗色矿物褐色角闪石，基质为安山质结构（玻基交织结构），铸体薄片；（c）W4井，4822.17~4822.31m，斑状玄武安山岩，气孔杏仁构造；（d）W9井，灰色流纹岩，4478.10m，流纹构造；（e）W9井，4479.91m，流纹岩，隐晶质结构，未见明显结晶，铸体薄片；（f）W5井，4484.25m，灰色安山质火山角砾岩，可见火山角砾，砾间充填火山凝灰质；（g）W3井，4681.87m，火山角砾岩，角砾成分为安山质岩屑，铸体薄片；（h）W13井，4337m，灰色—灰绿色火山凝灰岩，纹层状构造，凝灰质结构，绿泥石化；（i）W13井，4336.17m，火山凝灰岩，凝灰质结构，铸体薄片 |
玄武安山岩主要分布在W4井区。岩心以灰绿色为主，具有斑状结构，斑晶主要为斜长石，发育气孔杏仁状构造，部分气孔被充填（图 2c）。
流纹岩发育于巴塔玛依内山组上部，主要分布在W2、W9井区。岩心颜色以灰色为主，可见流纹构造；镜下可见隐晶质结构，未见明显结晶，可见溶蚀孔发育（图 2d、e）。
2.1.2 爆发相依据喷发强度及火山产物的产状与类型，爆发相自下而上划分为空落、热基浪、热碎屑流、溅落4种亚相[11]。相较于溢流相，研究区的爆发相分布相对局限，且可识别出热碎屑流亚相和空落亚相。爆发相以火山碎屑岩类为主，主要包括火山集块岩、火山角砾岩及火山凝灰岩，其中以火山角砾岩为主，火山凝灰岩次之，火山集块岩较少。
火山角砾岩在研究区广泛分布。宏观可见岩心为灰色，火山角砾以暗褐色、浅灰色、深灰色为主，呈棱角状—次棱角状，角砾最小粒径约为0.5cm，最大粒径约为4cm，角砾间充填小一个数量级的火山凝灰质（图 2f）。镜下特征可见火山角砾结构，角砾成分主要为安山质岩屑，部分角砾可见明显蚀变脱色反应，可见方解石交代（图 2g）。火山角砾岩常被理解为火山喷发碎屑物就地沉积或经过一定距离搬运沉积而形成，如若角砾间被岩浆热液包裹，出现明显的熔结现象，表现出灼热碎屑—浆屑混合物，即表现为热碎屑流亚相。
空落亚相则是固态火山碎屑和塑性喷出物直接降落至地表，岩性以火山凝灰岩和凝灰质角砾岩、集块岩为主。火山凝灰岩的岩心颜色以灰色、灰绿色较为常见，粒度为0.05~2mm的火山碎屑物含量在90%以上。部分含火山角砾，粒径为0.1~0.8cm，具绿泥石化，可见流纹状构造，发育凝灰质结构（图 2h）。镜下特征可见岩屑主要为英安质，裂缝被岩屑充填（图 2i）。火山集块岩主要分布在W8井区，岩性呈现灰色，夹火山角砾岩，角砾呈棱角状—次棱角状，角砾最小粒径约为2mm，最大粒径约为3cm，基质以分选较差的火山灰为主。
综上所述，相较于邻区滴西地区的岩石类型[23]，石西地区石炭系火山岩岩相和岩石类型相对单一，以溢流相火山熔岩和爆发相火山碎屑岩为主，缺少火山喷发沉积相，表明该区火山作用以溢流和喷发作用为主。
2.2 地层划分与对比因缺少火山—沉积岩（高GR段）且火山岩成分存在富K矿物差异，利用GR、DEN、RT及CNL曲线形态差异进行横向对比的方法会出现多解性。本次在录井、岩心及薄片鉴定等资料综合判定钻井岩性的基础上，以W4井作为标准井，对研究区57口测井曲线开展异常值校正、一致性校正及曲线标准化处理，最终优选GR与CNL曲线、DEN与CNL曲线开展地层对比（图 3、图 4）。引入GR、DEN与CNL的正负差异，开展石炭系内部各韵律层的划分；正差异是指同一道内限定的值域范围内GR或DEN在CNL的右边；而负差异则表示同一道内限定的值域范围内GR或DEN在CNL的左侧。石炭系与上覆地层的差异表现为DEN与CNL存在较大的正差异，即同一道内限定的值域范围内DEN在CNL的右边，且正差异具有很好的开度，揭示该标准可很好地识别石炭系顶界（图 3、图 4）。
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图 3 石西地区过W35井—W2井北东向石炭系地层格架对比图（剖面位置见图 1a） Fig. 3 NE direction stratigraphic framework correlation section of the Carboniferous cross wells W35-W2 in Shixi area (section location is in Fig. 1a) |
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图 4 石西地区过W10井—W39井南西向石炭系地层格架对比图（剖面位置见图 1a） Fig. 4 SW direction stratigraphic framework correlation section of the Carboniferous cross wells W10-W39 in Shixi area (section location is in Fig. 1a) |
曲线交会法对比发现，自上而下各韵律层的GR与CNL差异交替出现：C1-2、B2-2、B1-2、A1-2韵律层表现出GR与CNL的正差异，纵向厚度相对较大，以火山溢流作用为主，主要形成中性溢流相和中酸性溢流相的岩石类型；C1-1、B2-1、B1-1、A1-1韵律层表现出GR与CNL的负差异，纵向厚度相对小，以火山爆发作用为主，主要形成爆发相的岩石类型。
第一旋回（C2b1）在研究区钻井未揭示，仅少数井钻至第二旋回中上部，第三旋回在研究区稳定分布，均有钻遇，钻遇地层厚度为20~200m，包含2个期次（B2、C1）、4个韵律层（B2-1、B2-2、C1-1、C1-2）。
图 3中各井钻遇层位主要为第三旋回，其中W2井钻遇地层最齐全，钻遇至第二旋回，B2期次与C1期次均有钻遇。B2-2韵律层在剖面中呈现西厚东薄特征，厚度为20~150m；C1-1韵律层分布较为稳定，厚度约为10m，证明该时期火山喷发作用在全区较为稳定；C1-2韵律层呈现出中部缺失特征，推测该时期受构造活动影响较大，导致中部地层直接尖灭。
图 4中各井钻遇至第三旋回，B2期次和C1期次均有发育。B2-2韵律层稳定分布，厚度为40~80m；由北至南C1-2与C1-1韵律层逐渐尖灭，推测该时期火山喷发作用受断裂影响，构造活动剧烈。
2.3 地层格架系统建立火山—沉积岩指示火山喷发作用的间断期，常被作为划分火山旋回期次、开展地层对比的重要证据。与石西地区相毗邻的滴西地区采用岩性组合、测井曲线突变与地震反射特征，以火山—沉积岩作为标志，将巴塔玛依内山组划分为3个旋回6个期次[11]。然而，石西地区巴塔玛依内山组厚度为42~389m，内部的火山—沉积岩的间断标志较少，依据火山喷发能量由强减弱的特点，将爆发相作为旋回和期次的底界，溢流相作为顶界，结合岩浆由基性向酸性演化规律及区域XY2井、XY3井和W4井的火山熔岩类的锆石测年数据[21]，利用地震资料，按照“等时对比、分级控制、便于应用”的对比原则，建立石西地区及周缘火山岩的地层格架（图 5），将火山旋回与地层系统内部“段”对应，火山期次对应地层系统内部“亚段”，韵律层即为地层系统内部“层”。
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图 5 石西地区及周缘石炭系火山岩地层格架系统 Fig. 5 Stratigraphic framework system of the Carboniferous volcanic rocks in Shixi and peripheral areas |
石西地区巴塔玛依内山组火山岩自下而上划分为3个旋回（C2b1、C2b2、C2b3），上部第二—第三旋回细分为4个期次8个韵律层，自A1期次向上至C1期次，火山岩类呈现出中基型岩—中性岩—中酸性岩依次过渡，表现出岩浆演化与火山活动强烈频繁交替的作用过程。
巴一段（C2b1），第一火山旋回，上部岩性以灰色玄武岩为主，下部为灰绿色凝灰岩，结合周缘XY2井、YT1井及地震资料，显示出该层分布稳定，能够与滴西地区对应，但研究区井未钻揭该层位，因此未开展该旋回火山期次和韵律层的细分。
巴二段（C2b2），第二火山旋回，底部岩性为浅灰绿色火山角砾岩，顶部以浅灰绿色英安岩为主，研究区以W1井、W2井、W4井为代表，最大钻揭厚度仅80m（未钻穿）。相比于滴西地区，研究区仅仅发育一个火山期次A1，其中A1-1韵律层为爆发相，A1-2韵律层为中基性溢流相。
巴三段（C2b3），第三火山旋回，岩性以浅灰绿色安山岩为主，中部夹火山角砾岩，顶部残留紫红色流纹岩，研究区绝大多数井完钻于该层。相较于滴西地区，研究区巴三段更为复杂，残余厚度为120~330m，为了探索巴三段内部火山喷发特点，便于开发单元的靶区优选，采用旋回—期次—韵律—岩相四级分层方案，将巴三段内部细分为3个火山期次（B1、B2、C1）、6个韵律层。
B1期次以中基性岩为主，其内部B1-1韵律层岩性为爆发相的火山角砾岩、玄武质角砾岩及角砾岩；B1-2韵律层岩性为溢流相的安山岩。
B2期次以中性岩为主，其内部B2-1韵律层岩性为爆发相的火山角砾岩、玄武质角砾岩及凝灰岩；B2-2韵律层为溢流相的安山岩。B1、B2期次大范围分布于W5井区。
C1期次包含C1-1韵律层和C1-2韵律层，以中酸性岩为主。C1-1韵律层为爆发相的英安质角砾岩与火山角砾岩；C1-2韵律层为中酸性溢流相的英安岩、流纹岩及安山岩。C1期次主要分布于W8井区，C1-2韵律层火山岩在研究区零星展布。
3 火山岩相展布综合火山岩地层格架划分成果，利用钻录井地质、测井与地震等资料，开展石西地区石炭系巴塔玛依内山组火山岩岩相分布特征及评价。
3.1 岩相精细识别以录井、岩心及薄片鉴定等资料为依据，在曲线标准化的基础上，选取自然伽马（GR）、深侧向电阻率（RT），建立典型井的火山岩岩相类型及测井响应特征识别图版（图 6）。
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图 6 石西地区石炭系火山岩岩相测井响应特征图 Fig. 6 Logging response characteristics of the Carboniferous volcanic lithofacies in Shixi area |
溢流相在研究区广泛分布，按照岩石类型，可分为中基性溢流相、中性溢流相和酸性溢流相3类。根据GR值和曲线形态能够有效区分岩石类型：中基性溢流相GR值为50API左右，曲线呈低值箱形，岩性对应玄武岩夹安山岩；中性溢流相GR值偏大，为90~140API，曲线呈漏斗形与指形组合方式，对应岩性为安山岩；中酸性溢流相GR值居中，为60~120API，曲线呈指形，对应岩性为流纹岩与英安岩。研究区溢流相的RT、RXO及RI曲线形态较为一致，且大小较为一致，表明孔隙发育程度有限，判别为中部及中下部亚相的特征。据此，后期研究中采用岩类组合方式区分研究区溢流相类型。
研究区可识别出热碎屑流亚相和空落亚相，前者主要表现出灼热碎屑—浆屑混合物，岩性以角砾熔岩与火山碎屑岩组合，GR曲线因角砾间熔融组分的差异具有不同的特征，若以中基性组分为主，GR值范围较大，为50~120API，且形态呈现出钟形特点，RT、RXO及RI形态较为一致，但三者明显出现分离，可能与角砾之间的残存孔隙相关；空落亚相GR曲线因富含凝灰质常呈现高值，为100~180API，且形态呈现出漏斗形和指形组合方式，RT、RXO及RI形态较为一致，但RT值明显低于RXO与RI，可能与火山凝灰岩的绿泥石化和脱玻化作用形成的孔隙相关。纵向上爆发相分布的厚度较小，考虑到地震预测的精度未能有效将其区分开，后期研究中采用爆发相开展研究。
综上所述，中酸性溢流相以流纹岩和英安岩为主，电测曲线显示中等自然伽马、低电阻率特征；中性溢流相以安山岩为主，电测曲线表现为高自然伽马、中等电阻率特征；中基性溢流相主要为玄武岩夹安山岩，电测特征表现为低自然伽马、高电阻率特征；爆发相热碎屑流亚相为角砾熔岩夹火山角砾岩，电测特征表现为中—高自然伽马、低电阻率特征；爆发相空落亚相以火山凝灰岩夹火山角砾岩为主，电测特征为高自然伽马、低电阻率特征。
3.2 岩相纵向分布特征W1井作为石西地区石炭系火山岩油藏的发现井，可将其作为火山岩相划分的标准井。W1井钻至第二旋回，揭示了A1期次的A1-2韵律层，以及第三旋回的B1、B2期次，因处于石炭系古地貌高部位，C期次剥蚀殆尽。自下而上细分为中性溢流相中—下部亚相、爆发相热碎屑流亚相、中性溢流相中部亚相、爆发相热碎屑流亚相、中性溢流相中部亚相。纵向上爆发相与溢流相自下而上相互叠置，每个韵律层曲线特征变化明显，表现为火山活动为爆发作用与溢流作用交替进行。爆发作用形成火山角砾岩、玄武质角砾岩，角砾岩厚度较为均匀，为10~20m；溢流作用形成安山岩，安山岩厚度较大，厚度为10~230m（图 7）。
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图 7 W1井石炭系火山岩岩相综合柱状图 Fig. 7 Comprehensive column of the Carboniferous volcanic lithofacies in Well W1 |
W1井仅揭示A1期次上部的A1-2韵律层，主要为中性溢流相安山岩；B1期次呈现出爆发相和中性溢流相组合方式，形成安山岩、火山角砾岩及玄武质角砾岩叠置，其中B1-1韵律层为爆发相热碎屑流亚相，岩性以角砾熔岩夹火山角砾岩为主，B1-2韵律层中性溢流相厚度较A1-2韵律层减小，揭示该期次火山活动小幅度减弱，形成溢流相厚度稍有减少；B2期次火山活动剧烈，形成B2-2韵律层中性溢流相最厚，厚度可达230m，但B2-1韵律层爆发相厚度相比B1-1韵律层略有增加，揭示该期次火山作用变强，且以溢流作用为主。
整体上，该井揭示出石炭系火山岩岩性和岩相呈现韵律性叠置变化，揭示出火山作用自A1期次至B2期次由弱变强的演化过程。
4 不同火山岩相分布预测 4.1 方法选取本次利用54口钻井的井数据和原始地震数据协同进行随机反演技术处理，首先确定敏感曲线参数，其次开展敏感参数的反演预测，最后采用融合技术开展火山岩厚度、延伸方向及尖灭位置等空间几何形态预测。
根据研究区测井曲线资料，建立多个曲线属性及岩性模型，最终确定了自然伽马（GR）与补偿中子（CNL）作为敏感参数（图 8）。该GR与CNL交会法能区分爆发相（GR值为36~92API，CNL值为16%~34%）、中基性溢流相（GR值为36~92API，CNL值为6%~16%）、中性溢流相（GR值为92~ 147API，CNL值为6%~30%）及中酸性溢流相（GR值为147~196API，CNL值为6%~20%），据此开展火山岩岩相的地震预测方法。
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图 8 敏感性参数优选图 Fig. 8 Optimal selection of sensitivity parameters |
以W4井为标准井，采用上述敏感曲线（GR与CNL）开展岩相地震随机模拟，并提取反演结果（图 9a、b）。CNL模拟结果显示（图 9a），整体上溢流相大面积发育，爆发相呈薄层弱连续散布于溢流相内部，与火山以溢流作用为主的特征较为一致，剖面中W4井点处模拟的岩相与实钻岩相的韵律特征较为一致，但是爆发相呈现薄层状特征，与实钻结果匹配度一般。相比而言，GR模拟的结果显示爆发相更为连续，且代表溢流相的冷色调出现了颜色分异，考虑与岩石类型的有关，整体上，爆发相连续性较好，与溢流相呈现出互层的特征，剖面中W4井点处模拟的岩相与实钻岩相的韵律特征较为一致，爆发相呈现连续特征，与实钻结果匹配度稍高，但剖面的非井控区域爆发相厚度太大，可能与火山以溢流作用为主的观点稍有偏差（图 9b）。因此，采用GR和CNL敏感参数的单独反演结果各有特点，尽管都能反馈火山作用以溢流与爆发频繁交替的过程，但是针对爆发相的分布稍有差异，CNL反演中爆发相太薄，但GR反演厚度过大。
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图 9 石西地区过W4井石炭系火山岩相地震反演剖面图 Fig. 9 Seismic inversion profile of the Carboniferous volcanic lithofacies in Shixi area |
因此，在上述单敏感曲线反演后，尝试采用融合技术处理后的反演数据体开展火山岩岩相的预测（图 9c）。相较于单敏感曲线，CNL与GR融合反演成果中W4井点处模拟的岩相与实钻岩相的韵律特征相一致，剖面上呈现出溢流相大面积连续分布，爆发相成团块状散布在其内部，且分布厚度较为协调。
4.2 横向分布采用上述技术流程，选取过W52井—W19井多口井的连井岩相反演剖面（图 10）：整体上溢流相大面积发育，爆发相呈团块状弱连续散布于溢流相内部，与火山溢流作用为主的特征较为一致；针对溢流相，中性溢流相的安山岩大面积分布，贯穿了整个第三旋回，仅仅在第三旋回顶部的C1-2韵律层内残留少量的中酸性溢流相（英安岩和流纹岩），第二旋回以中基性溢流相（玄武岩和安山岩），第一旋回研究区均未钻揭，但在研究区东南部区域底部反演出一套基性溢流相（玄武岩）。
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图 10 石西地区过W52井—W19井石炭系火山岩相地震反演剖面图 Fig. 10 Seismic inversion profile of the Carboniferous volcanic lithofacies cross wells W52-W19 in Shixi area |
综合以上认识，开展B1-1、B1-2、B2-1、B2-2、C1-1、C1-2韵律层格架下的火山岩岩相的平面分布预测（图 11）。
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图 11 石西地区石炭系各韵律层的火山岩厚度及岩相平面展布特征图 Fig. 11 Volcanic rock thickness and plane lithofacies distribution characteristics of various rhythmic layers in the Carboniferous in Shixi area |
B1-1韵律层沿断层呈南北向展布，韵律层厚度表现为较低值，高值区主要分布于西部与东部，厚度最高值位于W15井区，为50m（图 11a），整体上以爆发相为主，中性溢流相主要分布在W13井区、W1井区西南侧，基性溢流相分布在W2井区，溢流相呈现团块状零星分布在爆发相内部。
B1-2韵律层以中性溢流相为主，整体沿断层呈南北向分布，高值区位于北部与南部，W5井区溢流相厚度最大为80m（图 11b），中酸性溢流相零星分布在W2井区与W8井区，呈近北东向展布；爆发相分布在W5井区，呈北东向展布，局部呈零星团块状分布在W22井区及W27井区南部。
B2-1韵律层厚度呈北西向展布，整体呈现低值，东部W15井区厚度增大，最大可达90m（图 11c）；爆发相大面积发育，中性溢流相主要分布在W2井区、W5井区及W28井区的西南侧，呈现零星团块状分布在爆发相内部。
B2-2韵律层火山岩厚度呈现东西向展布，高值区主要分布于西部W6井区与南部W7井区，最大值为260m（图 11d）；以中性溢流相大面积分布，中酸性溢流相在W9井区呈北东向展布；爆发相沿W3井南断裂向南呈指状分布在W5—W8—W2井区范围内。
据此，研究区B1期次溢流相整体优于爆发相，火山活动以溢流作用为主；B2期次爆发作用减弱导致爆发相分布减小，溢流相分布范围更广，岩相厚度更大，揭示溢流作用增强，B2期次溢流作用为主要火山活动。
C1-1韵律层火山岩主要分布于研究区北部与西部，呈北西向展布，火山岩在W17井区最为发育，厚度最大为70m，局部出现地层缺失区（图 11e）；该韵律层大面分布爆发相，中性溢流相主要分布在W2井区、W36井区及W57井区，中酸性溢流相分布在W9井区、W8井区与W11井区，整体呈现团块状，近北东—东西向展布。
C1-2韵律层因石炭系暴露剥蚀，地层大面积缺失，残余厚度最大区分布于W2井区，最大为90m（图 11f）。火山岩残存范围内，爆发相主要分布在W3井南断裂向南的W2井区、W1井南断裂以北的W27井区；中性溢流相围绕爆发相周缘大面积，主要分布在W17—W16—W10井区和W35—W28—W29井区，熔浆沿断裂向构造中心部位溢流形成，最终在W52井区出现中酸性溢流相。
综上所述，B2-2溢流相厚度最大，分布最广；从B1期次到B2期次，直至C1期次，火山溢流作用由弱变强再变弱，爆发作用较为稳定，揭示火山作用呈现出韵律性。各个韵律层均呈现靠近断裂部位火山岩厚度相对较大，由断裂向构造内部逐渐减薄的特点；纵向厚度揭示溢流相展布优于爆发相，推断火山活动以裂隙式溢流作用方式为主（图 11）。
依据石西地区石炭系1068个物性分析资料，统计发现，爆发相热碎屑流亚相火山角砾岩与角砾熔岩的孔隙度、渗透率分别为13.1%与2.9mD；中性溢流相安山岩的孔隙度为11.5%，渗透率为0.8mD；中酸性溢流相、基性溢流相及空落亚相的火山凝灰岩物性较为一致，孔隙度分别为8.7%、8.4%及8.2%，渗透率分别为0.11mD、0.35mD及0.2mD；揭示出优势储集岩相为爆发相和中性溢流相。综合各韵律层的优势岩相厚度及平面分布范围（图 11），预测B2-1、B2-2韵律层为纵向最优储层发育目的层。结合油气藏剖面（图 1c），认为油藏整体呈现底水块状，但受断层影响导致油水界面存在差异，油气主要分布在B2-2韵律层中上部，因此勘探开发和增产措施井的实施主要针对该韵律层。
5 结论与认识开展石西地区石炭系火山岩地层系统梳理及韵律层下岩相分布特征研究，能明确优势储层所处的小层及岩相，对纵向锁定勘探开发主力小层、平面圈定优质储层岩相范围、提供油藏高效开发与措施井实施的地质依据具有重要意义。
（1）石西地区石炭系火山岩主要为火山熔岩类与火山碎屑岩类，结合前人划分方案及综合各类因素，研究区内火山岩岩相划分为溢流相与爆发相，溢流相主要包括下部、中部、上部3类亚相，爆发相主要包括热碎屑流亚相、空落亚相2类亚相。
（2）按照等时对比原则，采用旋回—期次—韵律—岩相四级划分方案，对石西地区石炭系火山岩地层结构进行更加精细的识别与划分，建立石西地区石炭系火山岩地层对比图，引入GR、DEN与CNL的正负差异，精细识别石炭系顶界，并在内部识别出两个旋回4个期次8个韵律层，结合邻区建立石炭系火山岩地层格架系统，改变了以往石西地区石炭系火山岩地层简单划分的传统方案。
（3）建立典型火山岩岩相的测井响应图版，开展已钻井火山岩岩相识别；纵向上爆发相与溢流相自下而上相互叠置，证实爆发作用与溢流作用交替进行，溢流相发育厚度优于爆发相；横向上溢流相连续分布，爆发相呈透镜状弱连续散布于溢流相内部。
（4）采用敏感曲线（GR与CNL）岩相地震随机模拟，经过融合处理，明确B1、B2期次溢流相平面分布广于爆发相，火山活动主要为溢流作用；C1期次溢流作用减弱，爆发作用增强，以爆发相为主；各韵律层均呈现靠近断裂部位火山岩厚度较大、由断裂向构造内部逐渐减薄的特点。物性分析资料揭示爆发相和中性溢流相为优势储集岩相，锁定B2-2韵律层中上部为主攻产油段。
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