凝灰質(zhì)儲(chǔ)層研究進(jìn)展綜述及探討

張成林，張鑒，吳建發(fā)，石學(xué)文，趙春妮，于小雅

（1.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610051；2.中國石油川慶鉆探工程公司川西鉆探公司，四川成都610051）

凝灰質(zhì)儲(chǔ)層研究進(jìn)展綜述及探討

張成林1，張鑒1，吳建發(fā)1，石學(xué)文1，趙春妮1，于小雅2

（1.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610051；2.中國石油川慶鉆探工程公司川西鉆探公司，四川成都610051）

近年來，凝灰質(zhì)巖油氣藏勘探取得突破性進(jìn)展，已成為油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域。文中在調(diào)研國內(nèi)外凝灰質(zhì)儲(chǔ)層研究成果基礎(chǔ)上，總結(jié)了凝灰質(zhì)巖的巖石學(xué)特征、物性特征，將凝灰質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫等三大類及若干亞類，其中，次生孔隙是主要儲(chǔ)集空間類型，裂縫發(fā)育能有效提高局部儲(chǔ)層滲流性能；分析了凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的各項(xiàng)成巖作用，其中，壓實(shí)作用、膠結(jié)作用是主要破壞性成巖作用，脫?；饔?、熔結(jié)作用和溶蝕作用是主要建設(shè)性成巖作用；總結(jié)出凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的形成機(jī)理，并對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。

凝灰質(zhì)儲(chǔ)層；儲(chǔ)層特征；形成機(jī)理；儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

火山巖儲(chǔ)層正成為油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域［1-2］。凝灰質(zhì)巖作為火山碎屑巖類中一種重要的巖石類型，在三塘湖、準(zhǔn)噶爾、海拉爾、二連等多個(gè)盆地均有凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育和油氣顯示［3-10］。加強(qiáng)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的研究，對(duì)拓展儲(chǔ)層巖性范圍和油氣藏類型，擴(kuò)大非常規(guī)油氣勘探領(lǐng)域具有重要現(xiàn)實(shí)意義。然而，在過去工作中缺乏對(duì)這類特殊儲(chǔ)層的系統(tǒng)歸納總結(jié)［1-2］。本文在調(diào)研國內(nèi)外凝灰質(zhì)儲(chǔ)層研究成果基礎(chǔ)上，總結(jié)了這類儲(chǔ)層的基本特征和形成機(jī)理，并探討了凝灰質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1　凝灰質(zhì)巖儲(chǔ)層特征

前人研究凝灰質(zhì)儲(chǔ)層特征，主要包括巖石學(xué)特征、儲(chǔ)層物性特征、儲(chǔ)集空間特征和儲(chǔ)層成巖作用等。

1.1巖石學(xué)特征

國際地科聯(lián)對(duì)于火山碎屑巖分類，首先依據(jù)火山物質(zhì)來源和生成方式劃分為火山碎屑熔巖、正?；鹕剿樾紟r和火山-沉積碎屑巖，然后依據(jù)粒級(jí)組分劃分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r等（見表1）［11-12］。

凝灰質(zhì)巖是指主要由火山灰（粒徑＜2 mm）組成的巖石，是火山碎屑巖中分布最廣泛的一種巖石類型。常見的凝灰質(zhì)儲(chǔ)層包括凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r等，其中，又以凝灰?guī)r儲(chǔ)層最為常見［11-13］。

表1　火山碎屑巖分類

1.1.1巖石礦物特征

大量X衍射分析、薄片鑒定表明，凝灰質(zhì)成分多由石英、長石組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)80%以上，而黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于20%［2］。

1.1.2巖石學(xué)分類

前人對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層巖石學(xué)分類提出不同分類依據(jù)。孫善平等［13］認(rèn)為，國際地科聯(lián)的分類方案（見表1）能有效反映火山碎屑巖的熔結(jié)、混合沉積等成因類型；朱筱敏等［11］提出，火山碎屑物質(zhì)按其組成及結(jié)晶狀況可分為巖屑（顆粒較大）、晶屑（粒徑一般不超過2～3 mm）和玻屑（通常粒徑在0.01～2.00 mm稱為火山灰，玻屑粒徑在0.01～0.10 mm）；楊獻(xiàn)忠［14］提出，凝灰質(zhì)巖按巖石化學(xué)成分可分為基性、中性和酸性，其中，中酸性凝灰質(zhì)巖比基性凝灰質(zhì)巖更易形成脫玻化孔等次生孔隙，且其石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)、彈性模量值更高，從而其儲(chǔ)集性能優(yōu)于基性凝灰質(zhì)巖。

筆者認(rèn)為，單一分類依據(jù)僅能反映凝灰質(zhì)巖某一方面的特征。為更好地評(píng)價(jià)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層，可以對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層巖石學(xué)分類采用復(fù)合型命名，即“巖石化學(xué)成分-火山碎屑結(jié)晶狀況-成因類型”，如“酸性玻屑凝灰?guī)r”。

1.2儲(chǔ)層物性特征

筆者總結(jié)了不同盆地的凝灰質(zhì)儲(chǔ)層物性特征（見表2），發(fā)現(xiàn)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層普遍呈現(xiàn)低孔、低滲的特點(diǎn)。影響凝灰質(zhì)儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的主要地質(zhì)要素為巖性、后期成巖作用、構(gòu)造作用等［15］。裂縫發(fā)育對(duì)孔隙度影響不大，但對(duì)增大滲透率有重要意義。

表2　凝灰質(zhì)儲(chǔ)層物性特征及儲(chǔ)集空間類型統(tǒng)計(jì)

1.3儲(chǔ)集空間類型及成因

前人對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的微觀特征和儲(chǔ)集空間進(jìn)行了大量研究［3-10］（見表2）。綜合前人成果，考慮凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的形成和演化機(jī)制，筆者將凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫等三大類。按孔隙成因，將原生孔隙分為3種亞類，次生孔隙分為4種亞類，裂縫分為3種亞類（見表3）。其中，次生孔隙是凝灰質(zhì)儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類型，裂縫發(fā)育可以有效提高局部儲(chǔ)層滲流性能。

1.4儲(chǔ)層成巖作用

火山碎屑巖的成巖作用在熔漿從噴出地表起已開始，可分為表生階段和埋藏階段等2個(gè)成巖階段［16］。凝灰質(zhì)巖成巖作用主要有熔結(jié)作用、壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和脫?；饔谩?/p>

表3　凝灰質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分類

1.4.1熔結(jié)作用

熔結(jié)作用是在地表或淺埋藏條件下完成，以熔結(jié)火山碎屑巖最為發(fā)育［7］。常見2種熔結(jié)方式：一種是熱灰熔結(jié)，即剛從火山內(nèi)部噴出的火山灰在飄落時(shí)仍具有較高溫度，遇到周圍已冷卻的火山碎屑顆粒而冷凝收縮，并與其一同固結(jié)；另一種是漿屑熔結(jié)，主要是塑性的、較大塊的巖漿碎屑，在飄落后跟周圍已冷卻的火山碎屑發(fā)生粘連，部分漿屑甚至可以包裹晶屑，之后一起冷卻固結(jié)［16］。熔結(jié)作用產(chǎn)生的氣孔和冷凝收縮縫可作為火山碎屑巖的儲(chǔ)集空間［7］。

1.4.2壓實(shí)作用

凝灰質(zhì)巖在沉積早期抗壓強(qiáng)度較弱。在壓實(shí)作用下，火山灰顆粒會(huì)進(jìn)一步緊密堆積、定向排列，所保留的原始孔隙會(huì)進(jìn)一步減少。壓實(shí)作用伴隨著凝灰質(zhì)巖成巖作用的始終［3-6］。

1.4.3膠結(jié)作用

凝灰質(zhì)巖普遍發(fā)生膠結(jié)作用，包含硅質(zhì)、碳酸鹽、長石、自生黏土、沸石等膠結(jié)類型。一方面，早期膠結(jié)作用對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層具有支撐保護(hù)作用，同時(shí)也為后期潛在的溶蝕作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)；另一方面，膠結(jié)產(chǎn)物占據(jù)了部分原生孔隙空間，使凝灰質(zhì)儲(chǔ)層更加致密。整體而言，膠結(jié)作用對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層弊大于利［16］。

1.4.4溶蝕作用

溶蝕作用與儲(chǔ)層巖性有關(guān)，同時(shí)也受流體性質(zhì)、溫度和壓力等條件的影響［16］。凝灰質(zhì)巖中的玻屑和晶屑及早期膠結(jié)作用產(chǎn)生的碳酸鹽，在酸性流體作用下會(huì)發(fā)生不同程度的溶解，促進(jìn)儲(chǔ)層孔隙度的增大，產(chǎn)生的次生孔隙可作為凝灰質(zhì)巖儲(chǔ)層的重要儲(chǔ)集空間。

1.4.5脫?；饔?/p>

火山玻璃是一種極不穩(wěn)定組分，總是趨向晶體方向轉(zhuǎn)化，即脫?；饔?。火山玻璃發(fā)生脫?；饔眯纬墒ⅰ㈤L石等新礦物時(shí)體積縮小，從而形成微孔隙，是一種增孔作用。凝灰質(zhì)巖中火山碎屑物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，玻璃質(zhì)的脫?；饔檬悄屹|(zhì)儲(chǔ)層最重要的成巖作用［16］。趙海玲等［17］對(duì)玻璃質(zhì)脫?；螽a(chǎn)生的脫玻化孔進(jìn)行理論計(jì)算，認(rèn)為凝灰?guī)r中脫玻化孔占總孔隙度的70%，在熔結(jié)凝灰?guī)r中約有30%孔隙是脫?；住?/p>

綜合前人研究成果［17-20］，筆者認(rèn)為：壓實(shí)作用、膠結(jié)作用是凝灰質(zhì)儲(chǔ)層主要的破壞性成巖作用，可使儲(chǔ)層孔隙度減小，形成致密儲(chǔ)層；脫?；饔谩⑷劢Y(jié)作用、溶蝕作用是凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的主要建設(shè)性成巖作用，可使其孔隙度增加（見表4）。

表4　凝灰質(zhì)儲(chǔ)層常見成巖作用類型

2　凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的形成機(jī)理

凝灰物質(zhì)進(jìn)入湖盆沉積成巖，可通過火山灰直接從空中降落到湖盆——“空降型”，也可通過流水搬運(yùn)、經(jīng)再沉積作用進(jìn)入湖盆——“混合沉積型”［11-12］?；鹕交医?jīng)固結(jié)壓實(shí)和水化學(xué)沉淀膠結(jié)等可以形成凝灰質(zhì)巖，其火山碎屑物的質(zhì)量大于正常沉積物，巖石粒度較細(xì)［11-12］。

距離火山噴發(fā)中心的遠(yuǎn)近控制了凝灰質(zhì)巖的巖相分布，而不同的凝灰質(zhì)巖巖相帶由于巖石類型及礦物組合的差異，其儲(chǔ)集性能有較大差別。李思辰等［21］指出，馬朗凹陷哈爾加烏組距離火山口由近到遠(yuǎn)依次發(fā)育噴溢相火山巖、火山角礫巖、巖屑玻屑凝灰?guī)r、晶屑玻屑凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r和碳質(zhì)泥巖，凝灰質(zhì)儲(chǔ)層物性及含油性逐漸變好（見圖1）；陳永波等［8］指出，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣夏72井區(qū)鉆遇的風(fēng)城組熔結(jié)凝灰?guī)r，呈現(xiàn)距火山口距離變大依次發(fā)育充填氣孔、半充填氣孔、氣孔的特征，且依次獲得失利、低產(chǎn)油流、高產(chǎn)工業(yè)油流的勘探成果。

綜合前人研究成果，筆者認(rèn)為，火山噴發(fā)中心控制了凝灰質(zhì)巖巖相分布，從而決定了凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的物性、儲(chǔ)集空間類型、含油性等特征。

圖1　馬朗凹陷哈爾加烏組凝灰質(zhì)儲(chǔ)層沉積模式

3　凝灰質(zhì)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探討

筆者將凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)概括為四大方面，即巖石學(xué)特征、物性特征、儲(chǔ)集空間類型、成巖作用。

巖石學(xué)特征包含巖石化學(xué)成分、火山碎屑結(jié)晶狀況、成因類型等3個(gè)方面。就巖石化學(xué)成分而言，中酸性優(yōu)于基性；火山碎屑結(jié)晶狀況而言，玻屑、晶屑優(yōu)于巖屑；就成因類型而言，凝灰?guī)r最優(yōu)，熔結(jié)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r等次之。對(duì)于物性特征，主要考慮孔隙度、滲透率等物性參數(shù)；對(duì)于儲(chǔ)集空間，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括次生孔隙（脫?；椎龋?、原生孔隙（氣孔等）、裂縫等發(fā)育程度；對(duì)于成巖作用，建設(shè)性成巖作用（脫玻化作用、熔結(jié)作用、溶蝕作用）、破壞性成巖作用（壓實(shí)作用、膠結(jié)作用）發(fā)育程度是主要評(píng)價(jià)要素。

4　結(jié)論

1）對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層巖石學(xué)分類，建議采用“巖石化學(xué)成分-火山碎屑結(jié)晶狀況-成因類型”的復(fù)合型命名方式。將凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫等三大類，其中，次生孔隙是凝灰質(zhì)儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類型，裂縫發(fā)育能有效提高局部儲(chǔ)層滲流性能。

2）總結(jié)了凝灰質(zhì)巖主要成巖作用的特征，指出壓實(shí)作用、膠結(jié)作用是破壞性成巖作用，脫?；饔?、熔結(jié)作用和溶蝕作用是建設(shè)性成巖作用?；鹕絿姲l(fā)中心控制了凝灰質(zhì)巖巖相分布，從而決定凝灰質(zhì)儲(chǔ)層的物性、儲(chǔ)集空間類型、含油性等特征。結(jié)合凝灰質(zhì)巖的巖石學(xué)特征、物性特征、儲(chǔ)集空間、成巖作用等特征，對(duì)凝灰質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。

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（編輯趙旭亞）

Summary and discussion on tuffaceous reservoir research progress

ZHANG Chenglin1，ZHANG Jian1，WU Jianfa1，SHI Xuewen1，ZHAO Chunni1，YU Xiaoya2
（1.Research Institute of Exploration and Development，Southwest Oil and Gas Field Company，PetroChina，Chengdu 610051，China；2.Chuanxi Drilling Company of Chuanqing Drilling Engineering Co.Ltd.，CNPC，Chengdu 610051，China）

With the breakthrough of tuffaceous petroleum reservoir exploration recently，tuffaceous reservoir has become a new research field.Based on the domestic and overseas research results of tuffaceous reservoir，petrology feature and physical property of tuffaceous rocks are summarized；reservoir space of tuffaceous reservoir are divided into three types，including primary pore，secondary pore and fissure，of which secondary pores are main reservoir space，and fissure development can improve vadose property；diagenesis of tuffaceous reservoir is also analyzed，among which compaction and cementation are destructive diagenesis，while devitrification，welding and dissolution are constructive diagenesis；formation mechanism of tuffaceous reservoir is summarized，and the evaluation criterion is discussed.

tuffaceous reservoir；reservoir characteristics；formation mechanism；reservoir evaluation

國家科技重大專項(xiàng)課題“頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)——南方海相頁巖氣開采試驗(yàn)”（2012ZX05018-006）

TE122.2+22

A

10.6056/dkyqt201605001

2016-02-08；改回日期：2016-06-15。

張成林，男，1990年生，助理工程師，碩士，從事油氣藏形成與分布的研究工作。E-mail：zclcup@163.com。

引用格式：張成林，張鑒，吳建發(fā)，等.凝灰質(zhì)儲(chǔ)層研究進(jìn)展綜述及探討［J］.斷塊油氣田，2016，23（5）：545-548.

ZHANG Chenglin，ZHANG Jian，WU Jianfa，et al.Summary and discussion on tuffaceous reservoir research progress［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（5）：545-548.