徐家围子营城组火山岩岩性对储集物性的影响

杨艳芳，罗静兰，邵红梅，郭永锋，李 雷

(1.陕西省地质矿产实验研究所，陕西 西安 710054;2.西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;3.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712;4.西安地质矿产勘查开发院，陕西 西安 710100;5.西北有色地质研究院，陕西 西安 710054)

火山岩油气藏广泛分布于全球20多个国家的300多个沉积盆地内。自从19世纪初在墨西哥富贝罗白垩系—古近系的辉长岩中发现火山岩油气藏后，火山岩油气藏引起了世界各地人们的密切关注(张子枢等，1994;姜洪福等，2009)。然而火山岩油气藏具有分布广但规模小、初始产量高但减产迅速、储集空间类型复杂等特点;火山岩本身具有岩性、岩相变化快、储集空间多样、成藏系统复杂等特点。因此，火山岩的岩性、岩相、储集空间类型及组合、成岩作用等研究是火山岩储层研究的重要内容。

松辽盆地位于我国东北部，属于大型中生代、新生代陆相裂谷型含油气盆地，北东向长700 km，南西向宽350 km，面积约26×104km2。盆地内断陷发育，主要断陷包括北安断陷、梅里斯断陷、林甸断陷、绥化断陷、古龙—常家围子断陷、徐家围子断陷、莺山—双城断陷。其中，徐家围子断陷中的火山岩是天然气的重点勘探、开发区域，近年来在莺山—双城断陷火山岩中也发现天然气藏。

1 研究区的岩石类型

1.1 火山岩岩性

本文对火山熔岩的分类采用1989年第28届国际地质大会上国际地科联(简称“IUGS”分类)火成岩分类学分委会推荐的两种火山熔岩分类方案，一种分类是根据熔岩矿物成分的QAPF双三角图解分类，另一种分类是根据火山岩化学成分的 TAS 图解分类(Le Maitre R W，et.al.，2002;常丽华等，2009)。鉴于2002年“IUGS”分类法关于火山碎屑岩分类方案的修补方案中仍未涉及熔结火山碎屑岩和火山碎屑熔岩这两种常见的火山碎屑岩类型，因此本文对火山碎屑岩的分类，选用了孙善平等对火山碎屑岩的分类方案(邱家骧，1985，1996;孙善平等，2001)。

通过对研究区1 000余片普通薄片和铸体薄片的显微镜下观察统计鉴定，结合30块样的火山熔岩全岩化学分析结果(表1)，松辽盆地北部下白垩统营城组火山岩的主要岩石类型包括火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、正常火山碎屑岩类(又可分为熔结火山碎屑岩亚类与普通火山碎屑岩亚类)、火山—沉积碎屑岩类(又可分为沉积火山碎屑岩亚类与火山碎屑沉积岩亚类)等4大类18种岩石类型。

其中，火山熔岩包括了从基性到酸性的主要岩石类型:玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、粗面岩(见图1);火山碎屑岩包括火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩、熔结火山角砾岩、熔结凝灰岩;火山碎屑熔岩包括火山角砾熔岩、火山角砾凝灰熔岩、凝灰熔岩;火山-沉积碎屑岩包括沉火山角砾岩、沉凝灰岩、凝灰质砂砾(或者砂、粉砂、泥)岩。

图1 火山岩的SiO2-Na2 O+K2 O图

1.2 熔岩的化学成分

对研究区27口取心井的30个火山熔岩样品进行了化学全分析实验测试(表1)，依照国际地科联“IUGS”分类方案中的TAS图解法对熔岩进行投点分类(图1)，结果表明，研究区火山熔岩的 SiO2含量分布于46.5% ～83.34%之间，按火成岩大类的SiO2含量划分标准与钙碱性指数划分标准，营城组火山熔岩主要为亚碱性系列熔岩，以酸性的流纹岩和英安岩为主，少量基性的玄武岩与中性的安山岩;此外，还有少量碱性系列的粗面岩与玄武质粗面安山岩。

表1 火山岩主元素分析报告

2 岩性与储集物性

2.1 火山岩的岩性与孔隙类型

通过对取心井进行岩心观察，对1000余片岩石薄片和铸体薄片的显微镜下观察，以及图像孔喉分析测定面孔率和各种类型孔隙含量，统计得出松辽盆地北部营城组火山岩的主要孔隙类型(表2)。

从表2中可看出，不同的火山岩具有不同的孔隙类型。各种熔岩，有玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩，均以气孔为主要孔隙类型，平均含量分别为 2.8% 、4.0% 、0.4% 、1.8% ，次为溶孔、微裂缝;火山角砾岩、火山角砾熔岩中气孔(角砾中的气孔)含量最高，平均值分别为2.8%、0.9%，次为火山角砾间孔、溶孔、微裂缝;凝灰岩中晶屑粒内溶孔、火山尘溶蚀微孔含量最高，平均为2.1%、0.9%，次为微裂缝、矿物解理缝;含角砾凝灰岩中气孔与裂缝相对含量基本持平，居于主要地主，溶孔次之，含量约2.5%。

同一孔隙类型在不同岩石中发育程度不同，气孔在熔岩中最发育;矿物解理缝发育于凝灰岩中;火山角砾间孔、基质溶孔、长石粒内溶孔发育于火山角砾岩中;收缩缝主要见于流纹岩中;溶蚀微孔发育于凝灰岩和含较多凝灰质的岩石中;微裂缝发育在质地坚硬的熔岩和凝灰岩中。

2.2 火山岩的岩性与面孔率

为了探讨松辽盆地北部徐家围子地区营城组火山岩主要孔隙类型的分布规律，通过铸体薄片的显微镜下鉴定、图像孔喉粒度分析实验，对研究区49口井的岩石面孔率及其孔隙的主要类型的相对含量进行了统计计算，共统计数据110组，统计结果表明，不同岩性的面孔率和孔隙类型不同(表2、图2)。

统计结果显示，松辽盆地北部火山岩以火山角砾岩的物性最佳，其面孔率在0.3% ～10.1%之间，平均8.6%。

熔岩的面孔率普遍较大，这与熔岩的原生气孔和次生孔缝发育有很大关系，原生气孔和各种原生缝隙的发育给后期流体注入提供了通道，促进了溶孔、溶缝的形成。熔岩中以安山岩的面孔率最高(0.1% ～6.2%，平均 4.3%)，其次为玄武岩(0% ～7.3%，平均4.1%)，流纹岩的面孔率变化范围很大，从0.4% ～17.5%，平均为3.5%。火山角砾凝灰岩的面孔率为 0.3% ～7.0%(平均 2.7%)，凝灰岩为 0% ～4.6%(平均 3.8%)。

表2 不同岩性孔隙类型含量统计 %

2.3 火山岩的岩性与储集性能

火山岩的岩性与岩相是影响火山岩储集性能的物质基础。研究区火山岩的总孔隙度与有效孔隙度统计结果(图3)显示，以安山岩的总孔隙度最高，其与有效孔隙度分别为10.0%和5.8%;其次是火山角砾岩、凝灰岩、玄武岩，其平均总孔隙度和有效孔隙度分别为 9.5%和 7.0%、8.7%和4.3%、8.2%和4.2%;流纹岩与英安岩的总孔隙度和有效孔隙度接近，平均分别为 7.9% 和 5.5% 、7.9% 和 5.4%;熔结火山角砾岩的物性较差，其平均总孔隙度和有效孔隙度分别为4.0%和1.7%。虽然流纹岩的总孔隙度不是最高，但是由于岩浆性质的关系，其中的气孔多呈长条形，容易被溶蚀连通，故其有效孔隙度最高。

3 岩性对储层物性的影响

形成火山岩的岩浆性质、火山碎屑、原生矿物组合以及结构构造决定了火山岩的原生孔隙以及岩石特征，因此火山岩的岩性与储集物性有着直接关系。

熔岩(安山岩、玄武岩、流纹岩、英安岩)中广泛发育的气孔;火山角砾岩、熔结火山角砾岩发育的火山角砾间孔;凝灰岩中发育的溶蚀微孔;这些孔隙之间连通性差，储层物性低，但是这些类型的岩石质地坚硬，后期受构造应力影响，极易形成裂缝，各种构造裂缝与溶蚀裂缝不仅是烃类运移的通道，而且有效的将火山岩中的各种孔隙(尤其是气孔、火山角砾间孔)连通，使火山岩的储集性能大大改善，形成良好储层。

图2 不同岩性面孔率含量(%)柱状图

火山熔岩和含熔岩角砾的火山碎屑岩中的部分气孔中或气孔壁上常常生长石英、方解石、绿泥石、葡萄石等矿物，形成杏仁体或者残余气孔，这些次生矿物充填堵塞了一部分储集空间，降低了储层的储集物性。但是气孔中充填的次生矿物大部分为易溶矿物，这些矿物为后期发生大规模的次生溶蚀作用提供了被溶蚀的物质基础，为改善火山岩，特别是气孔、微裂缝等原生孔隙发育的火山熔岩的储集性能奠定了良好基础。在火山岩次生孔隙形成机制中，热液溶蚀作用与风化剥蚀淋滤作用是形成次生孔隙的主要成岩作用。

含凝灰质的各种岩石，在火山岩成岩后由后期的脱玻化作用和粘土矿物重结晶作用、溶蚀作用形成的一些微孔隙也是研究区天然气的重要储集空间之一，这种类型的孔隙虽然孔径小，但是分布面积大，加之与次生溶蚀作用产生的长石溶孔、构造裂缝等结合在一起，使得孔隙间连通性好，所以储层物性较好。当火山角砾岩、含角砾凝灰岩以及凝灰岩等火山碎屑岩中的火山灰被强烈溶蚀时，可形成大的溶洞，这时储层物性也能得到很好的改善，成为好储层。

图3 不同岩性火山岩总孔隙与有效孔隙含量(%)

火山岩中不同岩石类型对应的面孔率和总孔隙度、有效孔隙度含量不一致，表明了火山岩中储集空间分布的不均一性特征。这也是火山岩储层产量不稳定的一个直接影响因素。这种不均匀性可能是由于岩浆侵入或喷发时的特定的流动特征和物理特征造成。

4 结语

1)松辽盆地北部下白垩统营城组火山岩的主要岩石类型包括火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、正常火山碎屑岩类(包括熔结火山碎屑岩亚类与普通火山碎屑岩亚类)、火山—沉积碎屑岩类(包括沉积火山碎屑岩亚类与火山碎屑沉积岩亚类)等4大类18种岩石类型。

2)各种熔岩(安山岩、玄武岩、流纹岩、英安岩)，均以气孔为主要孔隙类型，次为溶孔、微裂缝、熔蚀裂缝;火山角砾岩、集块岩、熔结火山角砾岩主要发育火山角砾间孔、火山角砾间溶孔;凝灰岩发育溶蚀微孔、微裂缝、矿物解理缝。

3)研究区安山岩的总孔隙度最高，其次是火山角砾岩、玄武岩、英安岩、流纹岩、凝灰岩，熔结火山角砾岩最低;流纹岩和火山角砾岩有效孔隙度最高，其次为玄武岩、安山岩、英安岩、凝灰岩，熔结火山角砾岩最低。

4)形成火山岩的岩浆性质、火山碎屑、原生矿物组合以及结构构造决定了火山岩的原生孔隙以及岩石特征，这些特征对岩石后期成岩演化过程中裂缝、溶缝、溶孔的形成有着直接关系，各种溶蚀裂缝、溶蚀孔隙大大改善了储层物性。

[1]张子枢，吴邦辉.1994.国内外火山岩油气藏研究现状及勘探技术调研(J).天然气勘探与开发.16(1):1-26.

[2]姜洪福，师永民，张玉广，等.2009.全球火山岩油气资源前景分析(J).资源与产业.11(3):20-22.

[3]Le Maitre R w.2002.Igneous rocks a classification and glossary(Recommendations of the IUGS subcommission on the systematics of igneous rocks)(M)，Cambridge University press:37～53.

[4]常丽华，曹林，高福红著.2009.火成岩鉴定手册[M].北京:地质出版社:95-111.

[5]邱家骧.1985.岩浆岩岩石学[M].北京:地质出版社.40～47.

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[7]孙善平，刘永顺，钟蓉，等.2001.火山碎屑岩分类评述及火山沉积学研究展望(J).岩石矿物学杂志.20(3):313-317.