克百地区二叠系火山岩储层特征及其控制因素分析

袁晓光，李维锋，董宏，王涛，张宝露，李胜

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430100；2.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；3.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；4.中国石油克拉玛依红山油田有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000；5.长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100）

近年来，火山岩油气藏作为一类特殊油气藏已经引起人们重视。国内学者近年来已在渤海湾盆地[1]、松辽盆地[2-3]、准噶尔盆地车排子地区[4]、三塘湖盆地[5]、塔里木盆地跃南地区[6]、二连盆地[7]等地区开展火山岩储层及油气成藏等方面的研究工作。克百地区二叠系发育厚度巨大的火山岩，近年来发现其具有良好的油气显示[8-9]，说明该地区具有好的勘探前景。然而，该火山岩储层岩性复杂、储集空间类型及发育程度受诸多因素共同影响，表现出很强的非均质性。目前，关于研究区二叠系火山岩储层的研究很少，仅见前人对二叠系佳木河组进行过一定描述[8]。本文拟在前人部分研究的基础上，结合最新岩心资料、物性资料及大量薄片观察，对整个二叠系火山岩的储层特征开展深入研究，并查明影响其物性的控制因素，指出有利勘探目标，为后续的火山岩油藏评价、开发提供新的地质信息。

1 地质概况

研究区位于准噶尔盆地西北部，构造上位于克拉玛依—百口泉断裂带上，其西依扎伊尔山，东临玛湖凹陷（见图1）。地层自下而上发育有石炭系、二叠系—第四系，十分完整，其中，二叠系与三叠系及石炭系均以不整合接触。二叠系内部自下而上分为佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）及上乌尔禾组（P3w）。海西早、中期运动，造成二叠系各组之间均发育不同规模的不整合面[10]。二叠系地层中火山岩与碎屑岩交互分布，其中，火山岩主要分布在佳木河组和风城组。

2 火山岩储层特征

2.1 岩石学特征

克百地区二叠系岩性主要为玄武岩、安山岩、流纹岩及火山角砾岩、凝灰岩，以凝灰岩和玄武岩居多，安山岩次之。流纹岩仅分布在佳木河组上亚组（P1j3）中，而其他岩性在佳木河组及风城组中普遍发育。

图1 研究区构造位置

玄武岩呈斑状结构，基质具有间粒、间隐结构，常发育气孔，但大多数气孔被沸石及绿泥石等充填呈杏仁状（见图2a）。安山岩主要由斜长石构成，亦呈斑状结构，基质具有交织及玻基交织结构，气孔较发育，常被矿物部分充填（见图2b）。流纹岩呈斑状结构，基质具隐晶结构，常具流纹构造。火山角砾岩常呈灰色、褐色，基质主要为火山灰及少量长石晶屑等。凝灰岩呈紫红色（见图2c），见基质溶蚀及钠长石化现象。

图2 克百地区二叠系火山岩储层岩心及镜下孔隙结构特征

2.2 储集空间类型

克百地区二叠系火山岩孔隙包含原生孔、缝及次生孔、缝。其中，原生孔隙包含原生气孔、残余气孔及晶间孔；原生裂缝包含冷凝收缩缝等；次生孔隙主要是溶蚀孔隙，包含晶间溶孔、粒内溶孔、基质溶孔、斑晶溶孔及填隙物溶蚀孔；次生裂缝包含构造裂缝等。其中，火山角砾岩以晶间溶孔、粒内溶孔为主，构造微裂缝及剩余气孔次之（见图2d）；凝灰岩以基质溶孔为主，粒内溶孔及晶间溶孔次之（见图2e）；安山岩以半充填剩余气孔为主（见图2b、图2f），冷凝收缩缝及基质溶孔次之（见图2f、图2g）；玄武岩孔隙发育程度低，以斑晶溶孔和基质溶孔为主，原生气孔基本被完全充填（见图 2a）。

2.3 孔隙结构特征

根据大量样品孔喉测试结果（见表1），发现各类火山岩的孔隙结构均具有“分选差、孔喉半径小、歪度较细”的特点。相比较而言，火山角砾岩和安山岩的孔隙结构稍好一些。

表1 克百地区二叠系火山岩孔隙结构参数（均值）统计

2.4 储集物性特征

依据不同层位、不同岩性开展火山岩储集物性分析（见表2），可见总体属于低孔、低—特低渗储层，非均质性强。从层位上看，物性无明显变化规律，说明其基本不受埋深及压实作用的影响；从岩性上看，不同岩性的火山岩，储集物性存在明显差异，其中，火山角砾岩和凝灰岩储集物性相对较好，是最有利的储集层，玄武岩除了在佳木河组下亚组中物性较好以外，在其余层位均属最差。此外，孔隙度与渗透率的相关性较差，这是由于火山岩中发育裂缝的缘故。

3 火山岩储层物性控制因素分析

3.1 岩性或岩相类型

研究表明（见表2）：火山岩孔隙度与岩性关系密切，火山角砾岩和凝灰岩的物性明显较好，安山岩次之。岩性不仅决定原生储集空间类型及分布特征，而且控制了次生储集空间的发育[11]，而火山岩岩性主要取决于岩相类型[12-13]。

表2 克百地区二叠系火山岩储集物性分析

火山爆发相（包括火山角砾岩及凝灰岩）固结速度快，热熔程度低[14]。其中，火山角砾岩发育少量原生气孔，在溶蚀作用下亦形成大量粒内溶孔（见图2d）、晶间溶孔，增大了储集空间，此外，由于抗压程度较低，形成较多构造裂缝（见图2d），增大孔隙连通性；凝灰岩虽较致密，原生孔隙基本不发育，但由于抗溶蚀能力很低，导致晶屑、浆屑溶蚀孔隙及火山灰基质溶蚀孔隙（见图2e）大量发育，亦具有较好储集性能。火山溢流相（包括安山岩、玄武岩及流纹岩）固结速度慢，热熔程度高[14]，其中，安山岩常发育半充填气孔（见图 2b、图2f）及冷凝收缩缝，还发育大量次生溶蚀孔隙（见图2g）；玄武岩虽发育气孔，但常被浊沸石、方解石等矿物基本充填，呈杏仁状（见图2a），有效储集空间大大减少，且由于抗压强度大，裂缝几乎不发育，导致其物性较差。

3.2 溶蚀作用

溶蚀作用产生大量的次生孔隙，大大改善火山岩的储集性能。溶蚀孔隙边缘黑色氧化铁泥质膜 （见图3a），是在（近）地表氧化环境下风化淋滤的结果；地下酸性流体亦可产生溶蚀作用，薄片中可见溶孔及裂缝中被沥青充填现象（见图3b）。凝灰岩溶蚀作用较强，表现为基质溶蚀（见图2e）以及晶屑、浆屑溶蚀；火山角砾岩为岩屑（见图3c）和长石晶屑溶蚀。此外，沿构造裂缝亦可发生溶蚀作用，形成溶蚀裂缝（见图2g）。

3.3 矿物充填作用

新组分的沉淀析出，充填原生气孔及次生溶蚀孔、缝，对火山岩储集物性具有强烈的破坏作用。常见绿泥石充填原生气孔、溶蚀气孔（见图3d），浊沸石、片沸石充填气孔（见图2a、图2b）、溶蚀气孔，方解石充填裂缝（见图3e），硅质充填溶蚀孔隙（见图3d）等现象。玄武岩发育原生气孔及溶蚀孔隙，但后期被矿物大量充填（见图2a、图3d），孔隙度大大减小，这正是导致玄武岩成为物性最差储层的根本原因。

3.4 构造作用

构造作用可通过产生构造裂缝和不整合面来控制火山岩的物性。二叠系火山岩在形成后，经历了多期强烈的构造运动，包括海西运动、印支运动及燕山运动，产生了大量的构造裂缝（见图3f），这些裂缝可形成良好储集空间及油气运移通道，同时，也可以促使地层水及有机酸的活动，促进溶蚀孔、缝的发育（见图2g）；早二叠世末的海西早期运动，应力状态表现为近南北向挤压、叠加左旋扭动[10]，使得风城组与夏子街组之间呈“削蚀上超不整合”接触，此外，在早二叠世初期，由于西准噶尔褶皱带持续隆升，并向准噶尔地块冲断推覆，克百断裂活动十分强烈，伴随多期火山活动，导致佳木河组内部各段之间亦形成不同规模、不同类型的不整合面[15]，这有利于火山岩在近地表条件下遭受风化淋滤，形成溶蚀孔隙（见图2f），从而改善储集物性。

可见，二叠系地层中各不整合面以下短距离内的火山角砾岩及凝灰岩储层是未来研究区火山岩油气勘探的首选目标。

图3 克百地区二叠系火山岩储层镜下孔隙特征

4 结论

1）克百地区二叠系火山岩储层岩性为安山岩、玄武岩、流纹岩、火山角砾岩及凝灰岩；储集空间类型以次生孔隙为主，属于低孔、低—特低渗储层，非均质性强。

2）储层物性控制因素主要有岩性或岩相类型、溶蚀作用、矿物充填作用、构造作用。二叠系地层中各不整合面以下短距离内的火山角砾岩及凝灰岩储层应是研究区火山岩油气勘探的首选目标。

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