长岭断陷火山岩成岩作用与孔隙演化特征

陈 亮

（中国石化股份有限公司胜利油田分公司西部新区研究中心，山东东营 257000）

长岭断陷营城组火山岩发育。火山岩作为储层，从形成到最终定型，孔隙都处于相对动态的演化之中。不同火山岩原生、次生孔隙及其形成机理均有所差异。火山岩储层孔隙演化主要是指后生成岩作用对原生孔隙及部分早先形成的次生孔隙进行改造的结果，本文着重于长岭断陷营城组火山岩在成岩作用下的孔隙演化特征的分析。

1 不同类型火山岩孔隙演化特征

长岭断陷营城组主要发育流纹岩、凝灰岩和玄武岩。以下根据具体实例说明这几类火山岩的孔隙特征。

1.1 流纹岩

图1为腰深6井的流纹斑岩，后期孔隙演化特征为：成岩形成的原始“杏仁”状气孔被成岩期含有玻璃质及基质包体的圆粒状及双锥状石英充填（左图），现有孔隙主要是粒间、晶间微孔隙、颗粒及方解石胶结物的溶蚀孔隙和构造裂缝（右图）。

图2为腰深102井含气层段流纹岩，图中最明显的孔隙变化特征是原始冷凝缝已被胶（凝）结堵塞、后期裂隙已被石英胶结（左图），现有孔隙主要为基质溶蚀微孔隙，部分长石斑晶被溶蚀（右图）。

图3为腰平4井扉细流纹岩，主要孔隙演化特征为原始裂缝被充填；后期成岩溶孔、溶缝发育；在溶孔中形成晚期晶形较好的石英及钠长石。

图1 流纹斑岩，YS6井（4164m）

图2 流纹岩，YS102井（3772.3m）

图3 扉细流纹岩，腰平4井（3829m）

1.2 凝灰岩

图4为腰深3井流纹质晶屑凝灰岩，孔隙演化特征：原生斑晶裂隙被硅化、泥化充填、成岩后期产生裂缝（部分压溶缝）、流体沿孔隙溶蚀，增加了空间，晚期硅化及碳酸盐化又使部分孔隙充填。现有孔隙主要为粒间微孔隙、晶屑及基质溶蚀孔隙，溶孔溶缝中可见短柱状、板状钠长石、石英及假六方板状矿物（绿泥石）充填。

图5为腰深102井流纹质熔结凝灰岩，原生裂缝及孔隙被成岩作用石英充填（左图中孔壁为栉壳状晶体环绕的部位）而大大减少，晚期构造裂缝发育使孔隙改善（中图）。钾长石斑晶多发生溶蚀，溶孔中见片状矿物伊利石充填。现有孔隙主要为斑晶溶孔、基质溶孔、交错的构造缝（右图）。

图4 流纹质晶屑凝灰岩，YS3井（3530m）

图5 流纹质熔结凝灰岩，YS10井（3657m）

1.3 玄武岩

图6为双1井杏仁状玄武岩，从图6中可以看出，原始杏仁孔已被充填并蚀变成绿泥石，早期的裂缝也被碳酸盐矿物胶结，仅见少量晶间和粒内溶蚀孔隙。

图6 杏仁状玄武岩，双1井（2407m）

2 不同成岩作用阶段孔隙演化特征

2.1 表生作用阶段

主要是指火山岩熔（凝）结成岩后暴露地表至浅埋阶段前所发生的成岩作用。大气淡水的淋滤、溶蚀，产生溶蚀孔、洞、缝；同时外来物质也可能发生沉淀或胶结，使原始孔隙减少。

一般而言，岩相不同（如爆发相与溢流相）所产生的结果是不同的。对熔结形成的火山岩，风化、淋滤特别是渗流作用只发生在上部表层（如长时间的风化淋滤、外来物质对表层裂隙的充填）及原生孔隙发育的部位（如溢流相的上亚层可能发生横向顺层渗流，对岩石产生溶解或沉淀）。爆发相如凝灰岩，虽基质颗粒细小、致密，但在渗流阶段，地表水可能会对整个岩层有影响，但总体不会发生大的溶蚀作用。图7为腰深101井熔结凝灰岩，原始孔缝中充填了岩屑和晶屑，可能是风化淋滤阶段产物或成岩作用的产物。由于表生作用所发生的风化淋滤现象在后期成岩阶段常被改造（溶解、胶结或重结晶等），一般情况难以识别，镜下特征也不明显。

图7 熔结凝灰岩，YS101井（3707m）原生孔缝中填岩屑、晶屑

2.2 浅埋成岩作用阶段

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。浅埋阶段爆发相首先要凝结成岩。对熔结类火山岩而言，浅埋的压实作用并不明显。但流体的活动对孔隙空间有较大的影响，主要表现在孔隙的溶解和胶结。

图8为腰深102井流纹质熔结凝灰岩，原始气孔壁上的铁质物可能为早期流体溶解、富集并凝结的产物；孔隙壁栉壳状石英胶结物应为早中期成岩作用产物。原始孔隙在早期成岩阶段受到了溶解和部分充填，相当部分的晶屑、岩屑冷凝收缩缝已被胶结而不具孔渗性。

图8 流纹质晶屑凝灰岩，YS102井

2.3 构造作用阶段

构造应力的作用使火山岩体发生断裂、破碎，使部分原生孔隙形态大小发生改变，同时产生大量构造裂缝，提高了岩体的渗透性，可使不同部位的孔隙连通；同时为流体运移产生了更为有利的通道。总体而言，构造作用对储层的孔渗性更为有利。如图9所示，构造裂隙使原生孔隙扩大并相互连通（左上）。

图9 流纹质火山角砾岩，YS101井

2.4 深埋成岩作用阶段

随着上覆岩层的加载，温度增高，压力加大，部分构造薄弱带的岩石将被压实、压溶，使孔隙减少；而深部热液及酸性流体作用，又会使火山岩中部分物质发生溶解，形成一些深部溶蚀孔、洞、缝；同时，另一些物质也可能发生沉淀充填作用。

如图5左图中的压溶现象、图2左图中裂隙被石英充填等现象，使原生及次生孔隙减少；图3中的溶蚀现象，形成溶孔、溶缝，从而增加了储层空间。

3 成岩后生作用对孔隙演化的影响

虽然火山岩储集空间形成、演化非常复杂，但成岩作用造成的孔隙演化结果只有2个：充填和溶解。孔隙被充填，降低了储渗性能；溶蚀孔、缝的形成，改善了储集性能。

长岭断陷火山岩储层孔隙演化所受到的成岩作用主要有：充填作用、脱玻化作用、交代作用、机械压实压溶作用、胶结作用和溶解作用。其中充填作用、机械压实、压溶作用、交代作用和胶结作用一般会使火山岩储层的孔隙减少，降低储层的孔渗性；而脱玻化作用、特别是溶解作用会产生新的次生孔隙，增加储层的孔渗性。

充填作用主要与后生成岩作用阶段发生的热液活动和地下水活动有关，在营城组火山岩中较为常见，主要表现为气孔充填、裂缝充填、粒间孔充填和溶蚀孔的再充填。如图7所示，图7中原杏仁状孔隙被石英晶屑充填，孔隙减少。

脱玻化作用是火山玻璃随时间和温度、压力的变化，逐渐转化为雏晶或微晶的作用。火山玻璃在成岩作用过程中可以转化为蒙脱石、蛋白石和沸石类矿物。如图10所示，为腰深3井凝灰岩铸体薄片，岩片由晶屑、火山尘等组成，火山尘均已脱玻化，呈扉细结构。脱玻化作用可以产生少量晶间和粒间孔。

图10 凝灰岩，腰深3井（3532m）

交代作用主要是由后生成岩作用阶段地层水或地下热液对火山岩作用产生的，其作用类型有方解石交代原生颗粒及基质、绿泥石交代长石、浊沸石交代基质等现象。图11为腰深3井晶屑凝灰岩，其中部分长石斑晶被碳酸盐矿物所交代；图12可见孔隙中的长石被绿泥石交代（热液蚀变）。

图11 流纹质晶屑凝灰岩，腰深3井（3530m）

图12 岩屑、晶屑熔结凝灰岩，双1井

机械压实压溶作用在后生成岩作用阶段普遍存在，常使原先孔隙减少，岩石致密。但一般而言，压实作用对火山熔岩的影响并不明显，而在火山碎屑岩中表现强烈。图4（左图）中为压溶产生的压溶缝。

胶结作用发生在晚期成岩作用阶段埋藏作用期，胶结作用可以使孔隙减少，储层物性变差。起胶结作用的物质主要为伊利石、绿泥石、方解石和石英。一般而言，孔隙中碳酸盐矿物的胶结意味着流体酸度降低，溶解于流体中的碳酸盐析出结晶；而孔隙中自生石英的形成，往往是酸性流体作用的结果。图2（左图）、图8中可见溶孔、裂缝中成岩作用期石英的胶结、充填；图13则为成岩晚期，孔隙中碳酸盐胶结、充填现象。

图13 成岩晚期孔隙中碳酸盐胶结、充填现象双1井，2407.19m），玄武岩，上：薄片，下：阴极发光

溶解作用可以产生大量的次生孔隙，在营城组火山熔岩和火山碎屑岩中均见有溶解作用形成的次生孔隙（图3及图14）。由于岩石中大量溶蚀孔隙的存在，大大改善了储层的孔渗性，为长岭断陷营城组气藏的形成提供了有利的储集条件。腰深101井在3765～3793m流纹岩段发现的高产气藏，主要可能与相应储层中好的溶蚀孔隙发育有关（图4）。

图14 凝灰岩中溶蚀孔隙，YS101井（3760m）

4 结论

长岭断陷营城组主要发育流纹岩、凝灰岩和玄武岩，其储集空间形成、演化非常复杂，通过对成岩作用及成岩后生作用分析，长岭断陷营城组火山岩储层孔隙类型主要为：残留的原生孔隙、成岩后期溶蚀孔隙及部分晶间、粒间孔，其中以溶蚀孔隙为主。

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