火山岩储层形成机制研究综述

黄 亮 彭 军 周 康等

摘要：近年来，随着火山岩油气藏勘探开发的突破性进展，火山岩储层已经成为油气勘探的一个新领域。本文在调研了国内外火山岩储层研究成果的基础上，总结了火山岩储层储集空间类型及成因、储集空间的演化特征以及储层发育的控制因素。火山岩储层是内外因共同作用的结果，内因包括岩性岩相、喷发环境，外因包括构造作用和成岩作用。内因奠定了储层形成与分布的基础和储集空间的发育程度；外因对于储渗性能有明显改造。最后指出了火山岩油气储层成因研究中存在的一些问题，并且针对这些问题提出了今后的研究方向。

关键词：火山岩储层；储集空间；演化特征；控制因素；成岩作用

中图分类号：TEl22.2文献标识码：A

引言

随着能源需求的日益增长，石油与天然气的勘探、开发领域也在不断地扩展，火山岩油气藏作为油气勘探的新领域，已引起了广大石油工作者的关注。近年来，火山岩油气藏已在世界20多个国家300多个盆地或区块中发现。如日本新泻盆地吉井一东帕崎气藏、印度尼西亚Jawa盆地Jatibarang油气藏、阿根廷帕姆帕一帕拉乌卡油气藏、墨西哥富贝罗油气藏等典型的大型火山岩油气藏。我国自20世纪70年代以来，也先后在渤海湾、准噶尔、塔里木、松辽盆地及苏北盆地等地发现了火山岩油气藏。火山岩储层作为勘探开发的目标，对其形成机制进行研究有着重要的理论意义。

1研究现状

近年来，很多学者对火山岩储层形成机制进行了研究。赵海玲等认为火山岩储层具有分布范围广、地质时代长的特征，这和火山岩油气储层不具岩石类型的专属性有关。由于火山岩的骨架较其他岩石坚硬，抗压实能力强，加之火山岩成岩作用多以冷凝固结方式为主，孔隙度受压实埋深影响较小，使得火山岩的孔隙更容易保存下来，当埋深大于一定深度时，火山岩的储集能力往往会大于沉积岩而成为主要储层。

很多学者对不同研究区的火山岩储集空间类型和成因进行了研究。罗静兰等研究了火山岩储集空间的形成和演化特征，对其演化阶段进行了划分。对于火山岩储层发育的控制因素，前人做了大量的研究工作。侯英姿从内外因两方面分别阐述了火山岩储层的控制因素。王璞琚等认为不同岩性、岩相条件从根本上决定了储集空间的发育程度与规模。余淳梅、张艳等研究了火山喷发环境与火山岩储层的关系，张洪等从火山喷发模式的角度研究了火山岩储层形成制。杨双玲等研究了构造运动对火山岩储层的影响。戴亚权等根据火山岩的活动状态将火山岩成岩演化过程划分为前期火山活动阶段和后期火山宁静阶段。高有峰等研究了火山岩成岩作用类型、特征及其对储层的影响，将火山岩成岩作用阶段分为早期和晚期，认为早期成岩作用主要影响原生孔隙的发育，晚期成岩作用主要影响次生孔隙的发育。闫林等对火山岩储层次生溶蚀孔隙的成因进行探讨，赵海玲等对长石的溶蚀机理、溶蚀流体的性质及来源进行研究并提出了火山岩储层形成与演化的模式。

综合看来，火山岩储层形成机制研究主要集中在储集空间类型及成因、储集空间的形成与演化特征、储层发育的控制因素等方面。对于火山岩储层发育控制因素的描述性研究很多，而关于火山岩储层的形成机理、火山岩成岩作用机理的研究则较少或尚需深入研究。总之，关于火山岩储层的形成机制研究尚处于起步阶段，火山岩储层的形成与演化非常复杂，还有待于广大学者进一步深究。

2主要研究进展

2.1储集空间类型及成因

前人对火山岩储层的储集空间分类方案多样，归纳起来有以下4种：①原生孔隙、次生孔隙、裂缝3大类；②原生储集空间、次生储集空间2大类；③孔隙、洞穴、裂缝3大类；④宏观缝洞系统、基块孔缝系统2大类。

综合前人研究成果，笔者将火山岩的储集空间分为原生储集空间和次生储集空间，进一步分为原生孔隙、原生裂缝、次生孔隙、次生裂缝4大类13小类(表1)。

各研究区的储集空间类型有所差异，表中只列出了具有代表性的13种类型，具体情况应具体分析。

2.2储集空间的演化特征

研究表明火山岩储集空间的形成与演化具有阶段性，划分方案如下：

(1)原生储集孔隙形成阶段、浅埋阶段或风化剥蚀淋滤阶段、后期构造断裂阶段、酸性流体改造阶段、油气进入储层阶段。

(2)原生沉积阶段、表生沉积阶段、埋藏和成岩阶段、构造作用阶段、深层溶蚀作用阶段。

(3)原生储集空间形成阶段、风化淋滤阶段、浅埋藏及构造裂隙发育阶段、深埋藏阶段。

由于各个研究区的火山岩构造演化史的不同，其储集空间的形成和演化也不尽相同，所以划分方案的差异是在所难免的，综合前人成果笔者将其划分如下：

(1)原生储集空间形成阶段。火山物质喷溢至地表形成气孔、冷凝收缩缝和火山角砾间孑L等。

(2)风化淋滤阶段。由于表生成岩作用和大气淡水的淋滤、溶蚀，产生大量溶蚀孔、洞、缝，增加了溶解作用的进行。

(3)浅埋成岩阶段。火山岩体浅埋于地下，受到埋藏作用和成岩作用的改造，产生方解石、白云石等矿物充填破坏孔隙。

(4)构造断裂阶段。构造应力的作用使火山岩体发育了较大规模的断裂作用，由此产生与大规模断层相伴生的大量构造裂缝，大大提高了岩体的渗透性。

(5)深埋溶蚀阶段。地层进入晚成岩阶段，在酸性流体作用下，火山岩中的部分物质发生溶解，形成一些深部溶蚀孔、洞、缝，同时一些化学物质也可能发生沉淀充填作用。

2.3储层发育的控制因素

研究表明，火山岩储集空间的形成、发展、堵塞、再形成等不同阶段的演化过程是非常复杂的，受内外两种因素的控制，内因主要为火山作用(岩性岩相、喷发环境)，外因主要包括构造作用、成岩作用等。

2.3.1岩性岩相

不同岩性、岩相条件从根本上决定了储集空间的发育程度与规模。火山岩的岩性决定了原生孔隙的类型，岩性是影响火山岩储集性能的直接因素，从基性、中性熔岩到酸性熔岩，岩石的粘度、脆性逐渐升高。流纹岩、安山岩的孔缝相对较多，以气孔为主，火山角砾岩以砾内砾间孔为主，而凝灰岩以微裂缝为主。

不同岩相、亚相具有不同的孔隙类型，同岩相的不同亚相储集层物性可能差别很大，因为各相和各亚相之间岩石结构和构造存在较大差别，它们控制着原生和次生孔缝的组合与分布。火山通道相储集空间主要为孤立的气孔及火山碎屑间孔；火山爆发相中火山角砾间孔、气孔、溶蚀孔洞缝发育；火山喷溢相熔岩原生气孔、收缩缝发育，次生孔隙主要为构造裂缝；侵出相中心带亚相储集空间主要为裂缝、溶孔、晶间孔等微孔隙。

2.3.2火山喷发环境

火山岩在水体深部喷发，由于深水静水压力大，溶解于岩浆中的挥发分不容易逃逸，难以形成气孔，故原生气孔极不发育，加之水体的共同作用，火山岩发生明显的蚀变和充填作用，使本来就少的

原生孔隙减少，杏仁体内溶蚀孔和炸裂缝、岩球岩枕间孔和粒间孔、基质和斑晶蚀变孔缝、后期构造缝是主要储集空间；在浅水环境或陆上喷发的，特别是喷发时遇大气降水，一方面溶解于熔浆中的挥发分可以大量逃逸形成原生气孔，另一方面由于炽热岩浆突遇水体产生淬火作用形成大量原生微裂隙并将原生气孔很好地连通起来，构成良好的原生储集空间，主要储集空间为原生孔隙和冷凝收缩节理缝、次生溶蚀孔、矿物解理缝和构造裂缝。

火山喷发模式可划分为夏威夷式、斯特朗博利式、武耳卡诺式、培雷式、布里尼式和卡特迈式6种类型。从总体上看，玄武岩以夏威夷式喷发为主，较为温和而贫气沿斜坡流动汇聚于洼陷处；粗面岩以斯特朗博利式和武耳卡诺式为主，较为猛烈携带大量挥发性气体便于将粗面岩冲到构造高部位，充分结晶且易于风化淋滤产生裂缝。

2.3.3构造作用

构造作用对储层的控制作用主要表现在以下3点：①构造运动引发多期次、多火山口火山喷发，使火山岩大面积分布，成为形成火山岩储层的基础；②构造运动使得火山岩岩体处于地表或近地表环境，经历各种风化淋滤作用，使岩石中原生孔缝进一步溶蚀扩大，孔缝间的连通性进一步提高，从而形成优质储层；③构造运动使得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，同时也是地下水和有机酸的重要通道，对溶解作用的发生起了重要作用，是形成次生溶蚀孔隙，改善储层储渗能力的关键。多次的构造运动导致了裂缝的多期性，常常可以见到早期裂缝被晚期裂缝所切割。火山岩裂缝的多期性，为油气的运移及储集提供了良好的条件。

2.3.4成岩作用

成岩作用控制着火山岩储层原生孔隙的保存和次生孔隙的发育与分布。成岩作用对火山岩储集性能的影响主要表现在两方面：一方面加剧了火山岩原生孔隙的次生充填，降低了储渗性能；另一方面也加剧了溶蚀孔、缝的形成，改善了储集性能。

火山岩成岩作用阶段分为早期和晚期，早期成岩作用主要影响原生孔隙的发育，晚期成岩作用影响次生孔隙的发育。起破坏作用的成岩作用主要有热液沉淀结晶、压实胶结、充填、压实压溶、熔结等；起建设作用的成岩作用主要有冷凝收缩、脱玻化、挥发分的逸散、溶蚀、构造、风化淋滤等。

风化淋滤作用主要表现在：①在大套火山岩段内和顶部发育风化壳或火山沉积岩；②在风化壳下部火山岩中发育风化裂缝；③风化过程中伴随淋滤溶蚀作用改造储集空间。溶蚀作用包括有机质成烃过程中生成有机酸的溶蚀作用、无机酸的溶蚀作用以及与长石的钠长石化相伴随的热液流体对矿物的溶蚀作用。流体活动对火山岩储集性的改造具有双重作用：一方面新矿物的胶结和充填使得储集性能下降；另一方面，蚀变和溶解作用又可使孔隙度增加。火山岩储层溶蚀孔隙的成因：内因是火山岩中易溶组分的种类和含量；外因包括溶解液、溶解通道、温度、压力及保存条件。

综合研究表明：火山喷发环境及岩性岩相奠定了储层形成与分布的基础，并决定了储集空间的发育程度与规模；构造作用大大地改善了储层的储渗性能；成岩作用在进一步改善储层储渗能力的同时，对各类原生、次生孔隙亦有一定程度的破坏作用(图1)。

3问题探讨

3.1岩性、岩相分类和命名问题

火山岩岩性、岩相分类和命名的规范化是目前火山岩研究面临的首要问题。导致分类不统一的主要原因体现在以下几个方面：①区域性方案众多给跨区域对比造成困难；②在环境相与岩相之间没有严格的区分，常见的近火山口相、中距火山口相和远火山口相分类方案更接近于环境的定义；③基础地质与石油地质研究存在尺度差异，基础地质通常从单一岩浆机构出发建立岩相概念，如爆发相、溢流相、侵出相等，三者代表同一岩浆旋回不同阶段的产物，在垂向上可以叠置；而石油地质关于岩相划分倾向于采用与环境对应的、地震可识别的分类方案，如“火山通道一火山集块岩相、火山熔岩相、沉凝灰岩相”三分方案。

3.2储层演化机理

火山岩储层形成演化机理的研究是储层研究的核心问题。已有研究表明，火山岩储层的孔隙结构一般都十分复杂，多为低孔低渗双重介质储层，存在裂缝及其不同组合的孔隙类型，物性变化大，非均质性强，评价难度大。加之火山岩的成岩作用又不同于常见沉积岩成岩作用，它有其特殊性。研究的现状是关于火山岩储层的控制因素研究较多，而研究其形成机理则较少或研究尚须进一步深入。火山岩储层形成与演化的阶段划分以及各个阶段的演化特征还有待进一步探究。

3.3成岩作用机理

火山岩成岩作用的类型多样，它们对储层发育的影响不同，各种成岩作用的作用机理还有待深入研究。目前的现状是成岩作用的类型、成岩作用的影响研究较多，具体到某种成岩作用是如何影响储层的发育，通过什么方式、以怎样的形式改造储层结构与构造，各种成岩作用改造储层的前提是什么、需要满足什么条件，这些问题都需要人们进行更加深入的探索。

4发展趋势

针对上述火山岩储层成因研究中存在的问题，今后应重点加强以下方面的研究。

(1)火山岩岩石学研究。加强火山岩岩石学的研究，有助于从根本上解决火山岩岩性、岩相分类的问题，正确确定火山岩的岩石类型、火山岩相及火山岩的岩石学特征是火山岩储层研究的基础，也是火山岩储层储集空间类型、发育规律及其形成机制研究的前提。火山岩相对于揭示火山岩时空展布规律和不同岩性组合之间的成因联系也有重要意义。火山岩岩相的划分应该具有储层意义，要考虑到成岩方式和物质的搬运机制。

(2)火山岩储层的微观特征研究。加强火山岩储层微观特征研究，对火山岩储层微观孔隙裂缝的形态、结构、类型等进行精细化研究，有助于研究火山岩储层物性特征，为火山岩储层的分类评价服务，同时了解火山岩储层的微观结构也有助于火山岩各种成岩作用机理的研究。

(3)火山岩储层演化机理研究。加强火山岩储层形成与演化机理的研究，合理划分火山岩储层的形成与演化阶段，研究各个演化阶段的特征以及它们之间的联系，有助于进一步认识火山岩储层的特殊性，从理论上解决火山岩储层的成因问题，为进一步的火山岩储层预测及其评价提供理论依据。

今后，火山岩储层成因研究将趋向于宏观与微观并重。宏观上加强火山岩喷发环境、火山岩相及其特征的研究，揭示火山岩时空展布规律和火山岩储层发育规律，为储层预测服务；微观上加强火山岩储层微观孔隙特征、储层物性特征的研究，分析火山岩储层的形成演化机理，为储层预测提供理论依据。