桩海中生界火成岩储层特征及有利区带分析

余卫卫，武群虎，陆友明，刘少斌，杨启浩

(中石化胜利油田分公司，山东 东营 257237)

引 言

埕岛—桩海地区位于山东省东营市河口区东北部极浅海—浅海水域[1]，勘探面积约为 300 km2。构造上属于埕岛、桩西和长堤3个潜山披覆构造带的结合部，为一大型潜山披覆构造为主的前第三系、古近系及新近系多套层系富含油的大型复式油气聚集区。

近年来，随着胜利油田浅海勘探目标地质条件日趋复杂，该区勘探程度较低的中生界火成岩油藏逐步成为油气藏勘探的重要领域之一。但由于火成岩储层形成演化过程中具有岩性、储集空间类型、成因机制复杂以及非均质性强等特点[2-3]，对火成岩储层特征及控制因素等缺乏系统认识，制约了下步勘探。基于该区火成岩的研究成果及最新进展[4-5]，从岩心观察和薄片鉴定入手，系统总结火成岩储层特征和演化规律，深入研究各种因素对储层形成的影响，预测有利火成岩储层区带，以期指明该区下步的油气勘探方向。

1 储层岩性基本特征

表1 埕岛—桩海地区火成岩岩性类别统计

2 储集空间类型

该区中生界火成岩储集空间类型有原生储集空间和次生储集空间2类。其中，原生储集空间可细分为气孔、残余气孔(杏仁内孔)、微孔、炸裂缝4种;次生储集空间包括基质内溶蚀孔洞、晶簇孔和构造缝3种，对油气的运聚具有决定作用。

2.1 原生储集空间

(1)气孔。气孔是指熔浆溢出地表后其内组分挥发所留下的孔隙[6]。岩心可直接观察到原生气孔发育(图1a)，部分孔隙后期受到了充填式溶蚀作用，但大部分孔隙保留了其原生形态。该类气孔在安山岩中最为发育，其次在熔结凝灰岩、火山角砾岩中发育。

图1 桩98井区中生界岩心及显微照片

(2)残余气孔。残余气孔在研究区主要以杏仁内孔结构发育(图1b)，是指气孔未被石英、长石等矿物完全充填而残留下的一部分孔隙[7]。孔隙的孔径依充填程度不同而异，孔径为0.5～1.0 mm，个别达2.0 mm，面孔率为5% ～8%。

(3)微孔。微孔是指火山熔岩基质微晶之间、火山灰或火山尘之间未被充填的孔隙[7]。分为晶间微孔和基质微孔。其中晶间微孔主要发育在流纹岩中;基质微孔主要发育在较细粒火山碎屑物质含量较高的岩石中(凝灰岩、凝灰质火山角砾岩等)，在研究区内普遍发育，孔隙很小，一般小于30 μm(图1c)。

(4)炸裂缝。炸裂缝是指火山喷发爆炸时岩浆携带的碎屑物质受其作用形成的裂缝[8]。该类孔隙的主要特点是在长石和石英内部发育多个方向、弯曲性的短裂缝，在该区各种火成岩中普遍发育此类裂缝(图1d)。

2.2 次生储集体空间

(1)基质内溶蚀孔隙。由火成岩基质中易溶组分被溶蚀而成[9]，在凝灰岩的火山灰中、安山质火山角砾岩的细火山碎屑物中普遍发育(图2a)。在后期的成岩演化过程当中，基质遭到溶蚀后，把这些原生的气孔连接了起来，这些溶蚀孔基本上可形成有效孔隙。

图2 桩98井区中生界岩心及显微照片

(2)晶簇孔。主要发育在安山岩中，在桩98井安山岩段岩性观察中见到裂缝为方解石结晶生长，空间未被完全充填的空洞，直径为1～5 cm，是良好的储集空间类型(图2b)。

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(3)构造缝。是指岩体受构造运动导致应力变化而形成的裂缝[10]。具有多方向性、成组出现、切割深和延伸远等特点，该区发育高角度缝、垂直缝和水平缝3种类型(图2c)。

3 储层物性特征

不同类型火成岩的储层物性差异较大，安山岩、火山角砾岩储层物性较好，玄武岩储层物性较差。通过对研究区的324个孔隙度、260个渗透率的火成岩岩心测试数据统计分析，该区火成岩储层孔隙度主要为1% ～10%，渗透率为0.1×10-3～10.0×10-3μm2，属于中低孔、低渗、特低渗储层。储层的孔隙度与渗透率相关性差，表明储层具有较强的非均质性，连通性较差。因此，区内火成岩油藏储层属于裂缝性储层，能形成网状裂缝发育区的构造部位是油气运移、聚集的有利区。

4 储层成因机理和控制因素

4.1 储集空间的形成和演化

火成岩储集空间的形成复杂多样，在原生储集空间形成后，在地表风化溶蚀、埋藏构造断裂、深部流体溶蚀等作用下，极大改善储层的渗流及储集空间，其过程分为以下4个阶段。

(1)原生储集空间形成阶段。该阶段该区火山岩浆喷出地表，冷凝收缩后主要形成带有大量气孔和收缩缝的安山岩、玄武质安山岩储层，该类原生的气孔、收缩缝等储集空间主要发育在熔岩上部。

(2)岩体地表风化溶蚀阶段。由于火成岩岩体长期出露地表，遭受阳光暴晒、水体冲刷、淋滤、溶蚀等多种物理—化学风化作用，使得岩体破裂，其中大量的易溶矿物被带走，形成具有大量溶蚀孔、洞、缝的良好储集空间[11]。从镜下也可观察到裂缝附近具有一定程度的溶蚀作用。

(3)岩体埋藏构造断裂阶段。从该区多口井岩心及薄片观察中发现，较大的构造裂缝中常混有原岩的角砾，反映了岩体遭受埋藏后，发生较大规模构造活动，受构造应力的作用，火山岩岩体发生较大规模的断裂和破碎，产生了大量的构造裂缝，有效连通了原生孔隙，成为主要渗流通道和储集空间。

(4)岩体深部流体溶蚀阶段。地层进入晚成岩阶段，该区烃源岩以沙河街组暗色泥岩为主，有机质进入成熟阶段，在生成油气过程中也产生了大量富含有机酸的流体，受烃源岩排烃压力作用，这些酸性流体随油气沿层间、断层及裂缝等油气输导通道，渗流到烃源岩下伏中生界火成岩体中，岩体遭受酸性流体溶蚀后，进一步改善了前3个阶段形成的原生气孔、风化溶蚀孔洞、构造缝等储集空间，同时形成大量新的溶蚀缝和溶解孔洞。

特别要指出的是，在火成岩储集空间形成的4个阶段中，热液蚀变作用自始至终存在于每个阶段。从该区岩心及薄片观察可以看出，火成岩岩样的裂缝或溶蚀孔、洞中充填有大量的碳酸盐岩或方解石矿物，这些热液蚀变作用的产物，对储集空间起了很大的破坏作用。

4.2 储层控制因素分析

(1)岩相是控制储集性能的关键因素。火成岩相对储集层的储集性能具有明显的控制作用，研究区主要有爆发相、溢流相、火山通道相和火山沉积相。不同火成岩相带，由于其喷发环境不同，储集性能也不一样[12]。如安山岩体顶部相、边缘相均好于岩体下部及中央相。从整个统计的物性数据分析可以看出，火成岩主力储层集中在爆发相和溢流相之中，其中以爆发相物性特征最好，老21、老24井均钻遇了较厚的安山岩，获工业油气流的岩层段均位于溢流相和爆发相的相变部位，其孔隙度为5% ～10%。

(2)构造作用和溶蚀作用有效改善了储层。研究区经历了燕山、喜山多期构造运动，构造演化极其复杂[13]。火成岩受到断裂区带构造应力作用，断裂或破碎形成了大量构造裂缝，从该区火成岩岩心观察到的高角度裂缝、镜下观察到的裂纹均属于构造缝(图2c)。由于构造裂缝为水溶液提供了良好的通道，使得溶蚀孔洞随着裂缝的发育而产生，连通了原生储集空间的气孔及各种孔、洞、缝，有效地改善了储集性能。

(3)压实作用及充填作用降低了储集性能[14]。压实作用较为明显地降低了安山岩储层物性，由于熔岩喷出后，黏度较大、流动性差，使得早期喷溢后快速堆积未完全凝固成岩的安山岩，受到后期喷溢岩石重力压实作用，导致安山岩体中心相及岩体下部物性较边缘相及顶部相变差。宏观上从岩心观察常见次生碳酸盐、方解石、石英等矿物充填安山岩储层溶蚀孔、洞及构造缝(图3a);而微观上从镜下薄片观察到火成岩晶间孔隙内充填绢云母、绿泥石等矿物(图3b)，均不同程度地降低了储层储集性能。

5 有利储集区带分析

5.1 有利相带和不利相带边缘部位控制有利储层发育区

通过勾绘研究区火成岩岩相和厚度图可知(图4)，有利相带控制有利储层发育区，不利相带的边缘部位是有利储层发育区。如在老21井区火成岩溢流相、爆发相的相变部位，由于岩体通常厚度较大，且性脆，易于形成裂缝，仍能成为好储层;在桩98井区火成岩溢流相、爆发相的相变部位，虽周围火成岩发育面积较小，厚度相对较薄，但同样处于断裂带边缘部位，也能成为好的储层。从中生界安山质及火山角砾岩的分布中可以看出，处于北区的老21井区和南区的桩98井区因发育良好的火成岩储层成为油气聚集有利部位。

图3 桩98井区中生界显微照片

5.2 构造活跃区是火成岩有利储层发育区

强烈的构造作用诱发了大量规模不等断裂和裂缝的产生，进而促进了地下流体活动，使表层水、有机酸及深部热液对构造活跃区的火成岩进行溶蚀改造，易溶物质被溶解带走，形成各种溶蚀孔、洞、缝，成为火成岩发育区的优质储集空间类型[14-18]。因而，该区火成岩出油井主要分布在西部断裂带附近的构造高部位。

图4 中生界安山质火山角砾岩等厚图

5.3 各期火成岩喷发间断形成的不整合面控制有利储层发育区

各期火成岩喷发间断形成的不整合面对储层的发育有着重要的控制作用，从中生界孔隙度和渗透率距不整合面顶交会图分析来看，研究区中生界火成岩各期次之间，形成的不整合面以下0～100 m和距顶大于200 m储层物性明显变差，距不整合面以下100～200 m是储层物性良好发育带，其孔隙度、渗透率明显增加(图5)。

图5 中生界火成岩储层物性与不整合面关系图

5.4 单层厚度比较大的火成岩为有利储层

从该区火成岩的试油成果统计来看，区内玄武岩层多为薄层，原生孔隙较少，缺少形成次生储集空间的条件;而安山岩形成单层厚度大，一般几十到几百米，其顶部原生气孔较发育，受风化剥蚀、构造断裂及深部流体溶蚀等作用，那些可能被碳酸盐等矿物充填的孔洞内，充填物再次被溶蚀，甚至可在安山岩顶部形成几十米厚的良好储层段。

6 结论

(1)埕岛—桩海地区中生界火成岩类型可分为熔岩、浅成侵入岩、火山碎屑岩3大类10种，以中性火成岩为主，其次为基性、凝灰岩及浅成侵入岩。

(2)火成岩的储集空间类型复杂多样，按照形成阶段分为原生与次生储层集体空间2类，可进一步细分为7种，次生储集空间为研究区中生界火成岩的主要储集空间。其中，安山岩、火山角砾岩物性较好，玄武岩储层物性较差，整体上属于中低孔、低渗、特低渗储层。

(3)火成岩储集空间的形成和演化可分为原生储集孔隙形成阶段、风化溶蚀阶段、埋藏构造断裂阶段和烃源岩有机质成熟4个阶段，这4个阶段都对火成岩储集空间的形成起积极的作用，而贯穿这4个阶段始终的热液蚀变作用又对储集空间起了很大的破坏作用。

(4)火成岩的储集性能受岩相、构造、溶蚀、次生矿物充填及压实作用等综合影响，其有利储集区带主要发育在有利相带和不利相带边缘控制区、构造活跃区、不整合面附近以及单层厚度比较大区域，这些区域均为油气成藏有利区块。

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