春晖油田石炭系火成岩储层特征及形成机理

张 萌，林会喜

(1.中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，山东 东营 257000；2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)



春晖油田石炭系火成岩储层特征及形成机理

张 萌1，林会喜2

(1.中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，山东 东营 257000；2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

综合分析岩心、薄片及地球化学等资料，从火成岩的岩石学特征、储集空间类型及其成岩作用等方面研究了春晖油田火成岩储层特征，探讨了火成岩储层的控制因素及形成机理。结果表明：该区火成岩岩性包括凝灰岩、火山角砾岩、安山岩、玄武岩等，储集空间可分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类11个小类；石炭系火成岩储层主要受构造作用、成岩作用控制，风化淋滤作用对储层影响不明显，因此，断层的发育处和碱性成岩作用垂向序列下部均为储层的有利发育区。此外，该区火成岩储层特征揭示了构造裂缝和“酸性+碱性”溶蚀作用2种储层形成机理。该研究成果对春晖油田火成岩的深入勘探有一定的指导意义。

火成岩；储层特征；形成机理；春晖油田

0 引 言

近年来，众多学者针对火成岩储层做了大量研究工作，从火成岩储集空间类型、控制因素及形成机理等方面取得了众多认识[1-9]。然而，准西北缘春晖油田火成岩形成地质背景复杂，且受后期改造作用强烈，造成对火成岩储层特征认识不清。通过对邻区火成岩储层的调研，有利储集空间主要位于古风化壳以及断裂带附近[1-5]。鉴于邻区风化壳附近可作为有利储层的现状，拟通过对研究区火成岩储层特征的研究，进而揭示春晖油田火成岩储层发育的主要控制因素及形成机理。

1 春晖油田基本地质特征

春晖油田位于准噶尔盆地西北缘，区域构造上位于哈德构造带的西段，属于哈拉阿拉特山构造南缘斜坡带，北以达尔布特断裂与和什托洛盖盆地相接，东南与玛湖凹陷相接，西部为扎伊尔山，东部为石西凹陷。前人建立了哈山地区早期逆冲推覆+后期走滑的构造解释模型，自晚古生代至第四纪经历了裂陷伸展盆地、前陆盆地和坳陷盆地多个演化阶段[2-3]，形成了现今“南北分带、上下分层、西强东弱”的大型逆冲推覆构造。

2 火成岩油气储层特征

2.1 储层岩性特征

春晖油田石炭系火成岩样品的全岩化学分析表明(图1)，火成岩中SiO2含量多为44.0%～62.0%，Na2O+K2O含量约为3.5%～9.0%，岩石里特曼指数为1.0%～9.0%，岩性以基性—中性的钙碱性—碱性系列岩石组合类型为特征。结合镜下观察，该区主要发育火山碎屑岩和火山熔岩。其中，火山碎屑岩主要为火山角砾岩和凝灰岩；熔岩类主要包括玄武岩、玄武安山岩和安山岩等。

图1 春晖油田石炭系火成岩TAS图解

2.2 储集空间类型及特征

火成岩作为一类复杂而特殊的油气储层，有针对性地建立火成岩储集空间类型分类体系，对火成岩储层的研究至关重要。

按照火成岩储层的形成原因可将储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类(表1)。其中，原生孔隙又可分为气孔(图2a)、晶间孔、砾(粒)间孔3种类型；次生孔隙分为晶间溶孔(图2b)、砾(粒)间溶孔(图2c)等4种类型；裂缝可以分为炸裂缝(图2d)、构造裂缝(图2e、f)等4种。

3 储层发育控制因素

3.1 构造作用

构造作用对火成岩储层的形成至关重要。研究区火成岩经历了海西—印支阶段、燕山阶段及喜山阶段等多期构造运动，并且位于达尔布特断裂带附近的火山剧烈活动地带。因此，遭受了强烈的挤压破裂作用，形成了大量的构造裂缝，极大地改善了火成岩储集性能。尽管该区后来经历了多期的胶结充填和溶蚀作用的改造，但仍然可以观察到原始构造缝(图2e)。

表1 春晖油田储集空间类型及特征

3.2 风化淋滤作用

风化淋滤作用不仅可以使岩石破碎，也可以使岩石的化学成分发生显著变化，既能增加孔隙度，又能提升连通性。但是从该区的钻井情况看，仅在深大断裂附近的裂缝发育段有良好油气显示，而与距风化壳远近关系不大。究其原因，可能是该区火成岩在形成风化壳后，又经历了多期逆冲推覆运动，风化壳顶部松散的风化岩石被剥蚀，只剩下半风化岩石以及未风化母岩，破坏了风化淋滤作用所形成的孔缝。

3.3 充填作用

岩心薄片观察表明，春晖油田火成岩储集空间中的胶结充填物主要包括石英、绿泥石、碳酸盐岩及沸石类矿物，并且这些矿物按照一定的垂向序列发育[9-10]。从上至下发育石英充填、绿泥石充填或胶结带、沸石与绿泥石混合带、沸石与碳酸盐岩混合带、沸石充填或胶结带。在埋藏较浅的近地表阶段，风化淋滤作用使得岩石发生机械破碎和化学溶蚀，产生次生孔缝。进入埋藏较深的阶段后，矿物成分在碱性流体的作用下迁移形成“上硅下碱”的垂向沉淀物充填序列，阻塞大部分孔隙。浊沸石层段与石英充填层段交互出现，并且总是分布于石英充填层段之下，反映了火成岩储层“下交上排”的形成机理。各充填阶段具有如下特点。

(1) 石英充填带(图2g)。在酸性环境中稳定，很难发生溶解，可作为有效盖层。

(2) 绿泥石充填或胶结带(图2h)。火成岩中的铁镁质矿物极易蚀变，形成了富含铁镁离子的流体，为绿泥石的发育提供了物质基础。

(3) 沸石与绿泥石混合带(图2i)。沸石常和绿泥石伴生，但充填次序因成岩阶段不同而有所差异。在成岩早期绿泥石早于沸石，呈衬边状发育；而成岩后期，绿泥石则晚于沸石[9-10]。

(4) 沸石与碳酸盐岩混合带(图2j)。沸石和碳酸盐岩类都是碱性成岩作用形成的，为成岩晚期交代物、充填物。

(5) 沸石充填或胶结带(图2k)。沸石主要以杏仁体形式产出，稳定在碱性环境中[9]。一旦后期有机质在热演化过程中产生的有机酸使pH值下降时，就会形成溶蚀孔隙。

3.4 溶蚀作用

通过薄片鉴定分析，研究区存在钠长石化、浊沸石化和SiO2溶解典型的碱交代作用标志等。一般情况下SiO2在酸性水溶液中很难溶解，但在碱性介质中可以溶解。从研究区薄片中发现了“碱性+酸性”叠加溶蚀型火成岩储层形成机理，碱性成岩作用生成的沸石、绿泥石等充填物在后期的有机酸溶蚀下极易形成次生孔隙。

4 储层形成机理

4.1 构造裂缝储层形成机理

构造裂缝是火成岩储层形成的必要条件。火成岩储层一般呈条带状分布在深大断裂附近，构造运动使得本身非常致密的火成岩形成了大量裂缝，这些裂缝不仅连通了原本孤立的原生孔隙，而且还能作为储集空间，增大储层孔隙度。同时深大断裂也为地壳深处的烃碱流体和酸性流体提供通道，对溶蚀作用的发生起了重要作用，是形成次生溶蚀孔隙、改善储层渗流能力的关键。

4.2 “酸性+碱性”叠加溶蚀储层形成机理

4.2.1 “先碱后酸”储层形成机理

春晖油田石炭系的火成岩岩石化学成分主要为钙碱性和碱性，火成岩在地表或近地表地带阶段，遭受风化淋滤，矿物随之发生溶解，析出大量的碱金属离子，形成了碱性、富钙的流体环境。碱性成岩作用形成的沸石、绿泥石、方解石等在碱性环境下较为稳定，直至有机质逐渐成熟，pH值降低，位于碱性成岩作用垂向序列下部的充填物极易溶蚀形成次生孔隙。通过本区薄片观察发现，蚀变矿物普遍可见溶蚀现象(图2l)，表明了碱交代在先，有机酸溶蚀在后的“先碱后酸”储层形成机理。

4.2.2 “上硅下碱”储层形成机理

“上硅下碱”是春晖油田火成岩储层形成的另一个重要机理。碱交代作用一方面引起物质的进入和流失，破坏岩石原本结构，对储层的形成起建设性作用；另一方面，随着含碱量的逐步降低，析出SiO2晶体，沉淀形成次生石英，从而降低了储层物性。因此，“上硅”为盖层，“下碱”为储层，二者形成良好的储盖体系。

5 结 论

(1) 准西北缘春晖油田石炭系发育大套以中、基性岩为主的火成岩，储集空间多种多样，可分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类11个小类。

(2) 火成岩储层的形成主要受构造作用、成岩作用的影响，后来多期的逆冲推覆构造使得风化淋滤作用对火成岩储层的影响不显著。因此，断层的发育处和碱性成岩作用垂向序列下部均为储层的有利发育区。

(3) 研究区火成岩储层特征表明了2种成储机理：即构造裂缝储层形成机理与以“上硅下碱”和“先碱后酸”为主的“碱性+酸性”叠加溶蚀储层形成机理。在其共同作用下形成了研究区以裂缝为主、次生孔隙为辅的孔隙—裂缝型储层。

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编辑 林树龙

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.012

20160404；改回日期：20160721

中国石油化工股份有限公司重大科技攻关课题“新疆北部石炭系成烃成藏与勘探方向”(P12035)

张萌(1987-)，男，助理工程师，2011年毕业于河北理工大学资源勘查工程专业，2014年毕业于中国石油大学(华东)矿产普查与勘探专业，获硕士学位，现主要从事油气勘探开发研究工作。

TE122.2

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1006-6535(2016)05-0052-04