徐家圍子營(yíng)城組火山巖巖性對(duì)儲(chǔ)集物性的影響

楊艷芳，羅靜蘭，邵紅梅，郭永鋒，李 雷

(1.陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所，陜西 西安 710054;2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069;3.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712;4.西安地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，陜西 西安 710100;5.西北有色地質(zhì)研究院，陜西 西安 710054)

火山巖油氣藏廣泛分布于全球20多個(gè)國(guó)家的300多個(gè)沉積盆地內(nèi)。自從19世紀(jì)初在墨西哥富貝羅白堊系—古近系的輝長(zhǎng)巖中發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏后，火山巖油氣藏引起了世界各地人們的密切關(guān)注(張子樞等，1994;姜洪福等，2009)。然而火山巖油氣藏具有分布廣但規(guī)模小、初始產(chǎn)量高但減產(chǎn)迅速、儲(chǔ)集空間類型復(fù)雜等特點(diǎn);火山巖本身具有巖性、巖相變化快、儲(chǔ)集空間多樣、成藏系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，火山巖的巖性、巖相、儲(chǔ)集空間類型及組合、成巖作用等研究是火山巖儲(chǔ)層研究的重要內(nèi)容。

松遼盆地位于我國(guó)東北部，屬于大型中生代、新生代陸相裂谷型含油氣盆地，北東向長(zhǎng)700 km，南西向?qū)?50 km，面積約26×104km2。盆地內(nèi)斷陷發(fā)育，主要斷陷包括北安斷陷、梅里斯斷陷、林甸斷陷、綏化斷陷、古龍—常家圍子斷陷、徐家圍子斷陷、鶯山—雙城斷陷。其中，徐家圍子斷陷中的火山巖是天然氣的重點(diǎn)勘探、開(kāi)發(fā)區(qū)域，近年來(lái)在鶯山—雙城斷陷火山巖中也發(fā)現(xiàn)天然氣藏。

1 研究區(qū)的巖石類型

1.1 火山巖巖性

本文對(duì)火山熔巖的分類采用1989年第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)上國(guó)際地科聯(lián)(簡(jiǎn)稱“IUGS”分類)火成巖分類學(xué)分委會(huì)推薦的兩種火山熔巖分類方案，一種分類是根據(jù)熔巖礦物成分的QAPF雙三角圖解分類，另一種分類是根據(jù)火山巖化學(xué)成分的 TAS 圖解分類(Le Maitre R W，et.al.，2002;常麗華等，2009)。鑒于2002年“IUGS”分類法關(guān)于火山碎屑巖分類方案的修補(bǔ)方案中仍未涉及熔結(jié)火山碎屑巖和火山碎屑熔巖這兩種常見(jiàn)的火山碎屑巖類型，因此本文對(duì)火山碎屑巖的分類，選用了孫善平等對(duì)火山碎屑巖的分類方案(邱家驤，1985，1996;孫善平等，2001)。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)1 000余片普通薄片和鑄體薄片的顯微鏡下觀察統(tǒng)計(jì)鑒定，結(jié)合30塊樣的火山熔巖全巖化學(xué)分析結(jié)果(表1)，松遼盆地北部下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖的主要巖石類型包括火山熔巖類、火山碎屑熔巖類、正?；鹕剿樾紟r類(又可分為熔結(jié)火山碎屑巖亞類與普通火山碎屑巖亞類)、火山—沉積碎屑巖類(又可分為沉積火山碎屑巖亞類與火山碎屑沉積巖亞類)等4大類18種巖石類型。

其中，火山熔巖包括了從基性到酸性的主要巖石類型:玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖、粗面巖(見(jiàn)圖1);火山碎屑巖包括火山集塊巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、熔結(jié)火山角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r;火山碎屑熔巖包括火山角礫熔巖、火山角礫凝灰熔巖、凝灰熔巖;火山-沉積碎屑巖包括沉火山角礫巖、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫(或者砂、粉砂、泥)巖。

圖1 火山巖的SiO2-Na2 O+K2 O圖

1.2 熔巖的化學(xué)成分

對(duì)研究區(qū)27口取心井的30個(gè)火山熔巖樣品進(jìn)行了化學(xué)全分析實(shí)驗(yàn)測(cè)試(表1)，依照國(guó)際地科聯(lián)“IUGS”分類方案中的TAS圖解法對(duì)熔巖進(jìn)行投點(diǎn)分類(圖1)，結(jié)果表明，研究區(qū)火山熔巖的 SiO2含量分布于46.5% ～83.34%之間，按火成巖大類的SiO2含量劃分標(biāo)準(zhǔn)與鈣堿性指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，營(yíng)城組火山熔巖主要為亞堿性系列熔巖，以酸性的流紋巖和英安巖為主，少量基性的玄武巖與中性的安山巖;此外，還有少量堿性系列的粗面巖與玄武質(zhì)粗面安山巖。

表1 火山巖主元素分析報(bào)告

2 巖性與儲(chǔ)集物性

2.1 火山巖的巖性與孔隙類型

通過(guò)對(duì)取心井進(jìn)行巖心觀察，對(duì)1000余片巖石薄片和鑄體薄片的顯微鏡下觀察，以及圖像孔喉分析測(cè)定面孔率和各種類型孔隙含量，統(tǒng)計(jì)得出松遼盆地北部營(yíng)城組火山巖的主要孔隙類型(表2)。

從表2中可看出，不同的火山巖具有不同的孔隙類型。各種熔巖，有玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖，均以氣孔為主要孔隙類型，平均含量分別為 2.8% 、4.0% 、0.4% 、1.8% ，次為溶孔、微裂縫;火山角礫巖、火山角礫熔巖中氣孔(角礫中的氣孔)含量最高，平均值分別為2.8%、0.9%，次為火山角礫間孔、溶孔、微裂縫;凝灰?guī)r中晶屑粒內(nèi)溶孔、火山塵溶蝕微孔含量最高，平均為2.1%、0.9%，次為微裂縫、礦物解理縫;含角礫凝灰?guī)r中氣孔與裂縫相對(duì)含量基本持平，居于主要地主，溶孔次之，含量約2.5%。

同一孔隙類型在不同巖石中發(fā)育程度不同，氣孔在熔巖中最發(fā)育;礦物解理縫發(fā)育于凝灰?guī)r中;火山角礫間孔、基質(zhì)溶孔、長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔發(fā)育于火山角礫巖中;收縮縫主要見(jiàn)于流紋巖中;溶蝕微孔發(fā)育于凝灰?guī)r和含較多凝灰質(zhì)的巖石中;微裂縫發(fā)育在質(zhì)地堅(jiān)硬的熔巖和凝灰?guī)r中。

2.2 火山巖的巖性與面孔率

為了探討松遼盆地北部徐家圍子地區(qū)營(yíng)城組火山巖主要孔隙類型的分布規(guī)律，通過(guò)鑄體薄片的顯微鏡下鑒定、圖像孔喉粒度分析實(shí)驗(yàn)，對(duì)研究區(qū)49口井的巖石面孔率及其孔隙的主要類型的相對(duì)含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算，共統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)110組，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，不同巖性的面孔率和孔隙類型不同(表2、圖2)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，松遼盆地北部火山巖以火山角礫巖的物性最佳，其面孔率在0.3% ～10.1%之間，平均8.6%。

熔巖的面孔率普遍較大，這與熔巖的原生氣孔和次生孔縫發(fā)育有很大關(guān)系，原生氣孔和各種原生縫隙的發(fā)育給后期流體注入提供了通道，促進(jìn)了溶孔、溶縫的形成。熔巖中以安山巖的面孔率最高(0.1% ～6.2%，平均 4.3%)，其次為玄武巖(0% ～7.3%，平均4.1%)，流紋巖的面孔率變化范圍很大，從0.4% ～17.5%，平均為3.5%?；鹕浇堑[凝灰?guī)r的面孔率為 0.3% ～7.0%(平均 2.7%)，凝灰?guī)r為 0% ～4.6%(平均 3.8%)。

表2 不同巖性孔隙類型含量統(tǒng)計(jì) %

2.3 火山巖的巖性與儲(chǔ)集性能

火山巖的巖性與巖相是影響火山巖儲(chǔ)集性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)火山巖的總孔隙度與有效孔隙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖3)顯示，以安山巖的總孔隙度最高，其與有效孔隙度分別為10.0%和5.8%;其次是火山角礫巖、凝灰?guī)r、玄武巖，其平均總孔隙度和有效孔隙度分別為 9.5%和 7.0%、8.7%和4.3%、8.2%和4.2%;流紋巖與英安巖的總孔隙度和有效孔隙度接近，平均分別為 7.9% 和 5.5% 、7.9% 和 5.4%;熔結(jié)火山角礫巖的物性較差，其平均總孔隙度和有效孔隙度分別為4.0%和1.7%。雖然流紋巖的總孔隙度不是最高，但是由于巖漿性質(zhì)的關(guān)系，其中的氣孔多呈長(zhǎng)條形，容易被溶蝕連通，故其有效孔隙度最高。

3 巖性對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

形成火山巖的巖漿性質(zhì)、火山碎屑、原生礦物組合以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造決定了火山巖的原生孔隙以及巖石特征，因此火山巖的巖性與儲(chǔ)集物性有著直接關(guān)系。

熔巖(安山巖、玄武巖、流紋巖、英安巖)中廣泛發(fā)育的氣孔;火山角礫巖、熔結(jié)火山角礫巖發(fā)育的火山角礫間孔;凝灰?guī)r中發(fā)育的溶蝕微孔;這些孔隙之間連通性差，儲(chǔ)層物性低，但是這些類型的巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，后期受構(gòu)造應(yīng)力影響，極易形成裂縫，各種構(gòu)造裂縫與溶蝕裂縫不僅是烴類運(yùn)移的通道，而且有效的將火山巖中的各種孔隙(尤其是氣孔、火山角礫間孔)連通，使火山巖的儲(chǔ)集性能大大改善，形成良好儲(chǔ)層。

圖2 不同巖性面孔率含量(%)柱狀圖

火山熔巖和含熔巖角礫的火山碎屑巖中的部分氣孔中或氣孔壁上常常生長(zhǎng)石英、方解石、綠泥石、葡萄石等礦物，形成杏仁體或者殘余氣孔，這些次生礦物充填堵塞了一部分儲(chǔ)集空間，降低了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性。但是氣孔中充填的次生礦物大部分為易溶礦物，這些礦物為后期發(fā)生大規(guī)模的次生溶蝕作用提供了被溶蝕的物質(zhì)基礎(chǔ)，為改善火山巖，特別是氣孔、微裂縫等原生孔隙發(fā)育的火山熔巖的儲(chǔ)集性能奠定了良好基礎(chǔ)。在火山巖次生孔隙形成機(jī)制中，熱液溶蝕作用與風(fēng)化剝蝕淋濾作用是形成次生孔隙的主要成巖作用。

含凝灰質(zhì)的各種巖石，在火山巖成巖后由后期的脫玻化作用和粘土礦物重結(jié)晶作用、溶蝕作用形成的一些微孔隙也是研究區(qū)天然氣的重要儲(chǔ)集空間之一，這種類型的孔隙雖然孔徑小，但是分布面積大，加之與次生溶蝕作用產(chǎn)生的長(zhǎng)石溶孔、構(gòu)造裂縫等結(jié)合在一起，使得孔隙間連通性好，所以儲(chǔ)層物性較好。當(dāng)火山角礫巖、含角礫凝灰?guī)r以及凝灰?guī)r等火山碎屑巖中的火山灰被強(qiáng)烈溶蝕時(shí)，可形成大的溶洞，這時(shí)儲(chǔ)層物性也能得到很好的改善，成為好儲(chǔ)層。

圖3 不同巖性火山巖總孔隙與有效孔隙含量(%)

火山巖中不同巖石類型對(duì)應(yīng)的面孔率和總孔隙度、有效孔隙度含量不一致，表明了火山巖中儲(chǔ)集空間分布的不均一性特征。這也是火山巖儲(chǔ)層產(chǎn)量不穩(wěn)定的一個(gè)直接影響因素。這種不均勻性可能是由于巖漿侵入或噴發(fā)時(shí)的特定的流動(dòng)特征和物理特征造成。

4 結(jié)語(yǔ)

1)松遼盆地北部下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖的主要巖石類型包括火山熔巖類、火山碎屑熔巖類、正?；鹕剿樾紟r類(包括熔結(jié)火山碎屑巖亞類與普通火山碎屑巖亞類)、火山—沉積碎屑巖類(包括沉積火山碎屑巖亞類與火山碎屑沉積巖亞類)等4大類18種巖石類型。

2)各種熔巖(安山巖、玄武巖、流紋巖、英安巖)，均以氣孔為主要孔隙類型，次為溶孔、微裂縫、熔蝕裂縫;火山角礫巖、集塊巖、熔結(jié)火山角礫巖主要發(fā)育火山角礫間孔、火山角礫間溶孔;凝灰?guī)r發(fā)育溶蝕微孔、微裂縫、礦物解理縫。

3)研究區(qū)安山巖的總孔隙度最高，其次是火山角礫巖、玄武巖、英安巖、流紋巖、凝灰?guī)r，熔結(jié)火山角礫巖最低;流紋巖和火山角礫巖有效孔隙度最高，其次為玄武巖、安山巖、英安巖、凝灰?guī)r，熔結(jié)火山角礫巖最低。

4)形成火山巖的巖漿性質(zhì)、火山碎屑、原生礦物組合以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造決定了火山巖的原生孔隙以及巖石特征，這些特征對(duì)巖石后期成巖演化過(guò)程中裂縫、溶縫、溶孔的形成有著直接關(guān)系，各種溶蝕裂縫、溶蝕孔隙大大改善了儲(chǔ)層物性。

[1]張子樞，吳邦輝.1994.國(guó)內(nèi)外火山巖油氣藏研究現(xiàn)狀及勘探技術(shù)調(diào)研(J).天然氣勘探與開(kāi)發(fā).16(1):1-26.

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