原生韵律型火山岩储层特征及主控因素

黄 芸，梁舒艺，杨迪生，冀冬生，伏小鹏

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830013； 2.中海石油(中国)天津分公司，天津 300452)

0 引 言

近年来，中国的松辽盆地、二连盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地以及南海部分盆地均发现了工业性火山岩油气藏。勘探实践证实，火山岩储层非均质性极强，火山岩储集空间的质量和分布决定着油气藏的规模和开发效益[1-14]。其中，建设性成岩作用改造的风化壳型储层占火山岩储层的主导地位， 距风化壳结构顶面300 m以深被认为是火山岩储层的勘探禁区[15-17]。随着准噶尔盆地石炭系火山岩油气藏勘探研究的深入，除风化壳型火山岩储层之外，一种新型的火山岩储层被发现，即“内幕型”火山岩储层，其成因与火山喷发旋回密切相关，储集物性与火山岩相及岩性有关，纵向上位于风化壳结构带之下但产能效益同样可观。该文提出“原生层状多期韵律式储层”的概念，简称原生韵律型火山岩储层。目前中国文献多涉及火山岩内幕油气藏[11]，有关风化壳之外的火山岩储层特征及成因机理的研究内容少有文献提及。该文结合准噶尔盆地火山岩的勘探实践，从岩石类型、储层特征、空间分布、韵律性特征及成因机理等方面对原生韵律型火山岩储层进行了系统探讨，以期在推动准噶尔盆地火山岩勘探的同时也为其他盆地的火山岩勘探提供借鉴。

1 地质概况

准噶尔盆地是中国西部主要含油气盆地之一，经过近10 a的火山岩勘探，呈现出“西油东气”的石炭系火山岩勘探现状，盆地西北缘为二叠系油源的“新生古储”型的金龙油田，盆地东部为石炭系“自生自储”型的克拉美丽气田，二者均表明石炭系火山岩储层不再局限于风化壳型储层，在风化壳结构之下的石炭系原生韵律型储层呈现出巨大的勘探潜力，纵向上拓展了准噶尔盆地石炭系火山岩勘探深度。

准噶尔盆地石炭世发育海陆交互相与火山岩建造，在盆地周缘石炭系地面露头和盆内覆盖区的多口石炭系探井均可见多期次火山喷发旋回，纵向上呈现中基性—酸性火山岩的岩浆演化序列[18]。盆地东、西部古生界构造演化因洋壳关闭时间有差异，仅东部克拉美丽山前的石炭系年代地层归属较为明确[19]。

2 原生韵律型储层的提出

近年来的勘探实践表明，石炭系顶面风化壳结构之下仍然发育良好火山岩储层，且油气产能与风化壳储层相当。位于盆地东部五彩湾凹陷的CS1井钻揭石炭系厚度近3 000 m，石炭系顶面发育风化改造的风化壳火山岩储层，向下1 100 m仍然发育火山岩储层，孔渗条件甚至优于顶面风化壳型储层；位于盆腹区滴水泉凹陷的LD1井，钻揭石炭系火山岩厚度近2 050 m，依据LD1井连续取心的岩石孔隙度及测井解释孔隙度分析结果，纵向上火山岩孔隙度的分布具有典型的旋回特征，与酸性火山岩表征的岩浆演化序列有一定对应关系。尽管钻至深度超过风化壳结构300 m以下的探井数有限，但统计结果仍表明火山岩储层不再是单一的风化壳型储层。风化壳结构之下孔隙度为10%～15%，且呈现纵向上的多旋回韵律特征(图1)。

图1 孔隙度与石炭系顶界距离关系

火山多期次连续喷发形成纵向厚达百米的溢流相熔岩。在野外露头观察中发现每一期流纹岩的顶部均发育石泡流纹岩，因其石泡特征和裂纹，相比下伏的致密流纹岩孔隙条件好，抗风化能力弱，多表现为负地形；另外可见与多期喷发旋回对应的气孔玄武岩与致密玄武岩的韵律性交互，因抗风化能力的差异，表现为凹凸相间的“搓板状”风化地貌特征。

由此提出原生韵律型火山岩储层的概念：泛指在地质年代中一直处于深埋状态，未遭受长期的地表暴露和风化淋滤，其孔隙发育受火山熔岩喷发旋回期次、应力作用、热液蚀变填充、地层水和有机酸溶蚀控制的火山岩储层。其与风化壳型火山岩储层的区别见表1。

表1 风化壳型火山岩储层与原生韵律型火山岩储层的特征

3 原生韵律型储层特征

3.1 岩性岩相特征

准噶尔盆地石炭世发育海陆交互相与火山岩建造，因火山活动频繁，喷发期次多，纵向上表现为由中基性至酸性的多旋回岩浆演化序列，奠定了原生韵律型火山岩储层的物质基础。准噶尔盆地原生韵律型火山储层岩相以火山溢流相为主，火山通道相、火山爆发相次之。对应的原生韵律型火山岩储层类型除火山溢流相各期次喷发旋回顶部的中基性气孔状熔岩外，还包括溢流相的岩泡流纹岩和自碎角砾熔岩、火山通道相的隐爆角砾岩、浅成侵入相等。

溢流相：岩泡流纹岩、球粒流纹岩和珍珠岩均为一期火山活动岩浆演化末期的酸性火山熔岩类。酸性火山熔岩由于SiO2含量较高,且含有大量的挥发组分, 在喷发至地表的过程中, 由于这些挥发组分的逃逸, 产生大量气孔, 冷凝作用形成大量的收缩缝, 而脱玻化作用也产生大量放射状微孔, 属原生孔隙相对发育的火山岩类(图2a)。

火山通道相和浅成侵入相：当富含挥发组分的岩浆沿火山通道或其他裂隙上升至浅处冷凝结晶过程中，因靠近地表，温度下降较快，气孔逸出，保留大量的气孔，形成与喷出地表熔岩类似的气孔但结晶粒度要好于熔岩(图2b)；当顶部聚集大量富含挥发组分的热液，温度、压力不断升高的热液内部压力超过围岩的突破压力时即发生隐蔽爆破，炸碎岩体及围岩而成岩，表现为角砾成分单一，裂而不散，角砾间的勾边填充物与角砾间的硬度差异是形成网状粒缘裂缝的基础(图2c)。

图2 原生韵律型火山岩储层岩石类型

另外在盆地西北缘X72井钻遇了一种气孔极其发育的流纹质熔结(角砾) 凝灰岩，发育大量气孔，气孔分布于流纹质、霏细岩化的团块和浆屑中，与其特殊的成因背景有关[20-22](图2d)。

3.2 储集空间特征

通过岩心观察、岩石薄片与铸体薄片鉴定、扫描电镜分析、成像测井(FMI)等资料综合分析，按成因将准噶尔盆地石炭系原生韵律型火山岩储层储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝3类。原生孔隙形成的时间截止于火山岩固结成岩阶段；次生孔隙形成于火山岩成岩之后，与不稳定矿物蚀变和深埋藏有机质热演化的排酸作用相关；裂缝由火山爆发炸裂作用、冷凝收缩作用和断裂活动作用形成。该分类方案与风化壳型储层的储集空间分类方案相似，但风化壳型储层的原生孔隙不同程度地经历了多次填充与溶蚀，次生孔隙的形成与地表大气水淋滤溶蚀密切相关，以风化淋滤作用为主导；原生韵律型储层次生孔隙的形成受控于非地表大气水的溶蚀作用，即埋藏成岩阶段的溶蚀作用，不发育风化壳顶部的黏土层，次生孔隙内无再沉积的示底构造和氧化产物，即此溶蚀作用“不见天”。

原生孔隙按成因可分为原生气孔、残余气孔和晶间孔3种类型。原生气孔主要发育在每期喷发旋回溢流相熔岩的顶、底部，以顶部居多，但在特殊的成因环境下(温度、压力和挥发组分含量的变化)，在浅成侵入岩和火山碎屑岩中也可发育大量原生气孔(图2b、d)。

次生孔隙主要为粒内溶孔、基质溶孔和斑晶溶孔。粒内溶孔多集中在不稳定的暗色矿物中，常见安山玄武岩中辉石颗粒晶形完整，蚀变自边缘和解理缝开始，后期溶孔也多发育在这些蚀变区(图3a)；基质溶孔多见于酸性火山熔岩(图3b)和凝灰岩中(图3c)；斑晶溶孔多见于长石斑晶发育的浅成侵入岩中，尤以碱性长石斑晶为代表，长石晶形保留，溶蚀孔发育(图3d)。

图3 原生韵律型火山岩储层孔隙类型

除火山岩成岩过程中的冷凝收缩缝、隐爆角砾岩和碎斑岩(图3e)等原生的裂缝外，后期应力作用也可形成大量裂缝。原生孔隙多为孤立状，常依靠裂缝的沟通作用即孔-缝组合才形成优质储集空间(图3f)。岩心观察和地层微电阻率扫描成像(FMI)测井解释成果表明，火山岩中直劈缝、低角度斜交缝、网状缝较发育(图4)，其中低角度斜交缝和网状缝最为常见。

图4 FMI测井及裂缝解释成果

3.3 物性特征

准噶尔盆地石炭系火山岩岩性复杂，爆发相的火山碎屑岩、溢流相的熔岩及火山通道相的浅成侵入岩均可成为原生韵律型火山岩储层中的有效储层。现有的分析化验资料表明，孔隙度最大为27.59%，最小为0.61%；渗透率总体上较低，大多小于1.00 mD，多为0.01 mD。236个样品中，渗透率最大为89.05 mD，最小为0.00 mD。物性特征以中—较高孔隙度、低—中等渗透性、强非均质性为主。平均孔隙度由高到低依次为自碎角砾熔岩、气孔熔岩、杏仁状安山岩、流纹质火山角砾岩、球粒流纹岩、流纹质凝灰岩、英安岩、辉绿岩；平均渗透率由高到低依次为流纹质火山角砾岩、杏仁状熔岩、气孔熔岩、自碎角砾熔岩、球粒流纹岩、流纹质凝灰岩、英安岩、辉绿岩。

4 主控因素

4.1 岩浆演化喷发旋回

每期火山喷发喷溢出的熔岩流在地表流动过程中，由于冷凝固结作用，使熔浆中挥发组分从熔岩流的顶部和底部溢出。在每期溢流相熔岩层(厚度为5～25 m)顶部和底部发育一定数量的原生气孔、晶间孔及冷凝收缩缝，储层条件较好，其中间部位为孔隙不发育的致密熔岩，储层条件较差；另外受喷发强度和岩浆流动速度影响，在每期溢流相熔岩层的顶部还会发育孔隙条件较好的自碎角砾熔岩。多期喷溢相的纵向叠置导致孔隙度呈现韵律性的旋回特征。LD1井发育火山岩多期喷发旋回，选取了距石炭系顶面近500 m的中酸性熔岩井段4 100.00～4 300.00 m，其岩心实测和测井解释孔隙度均呈现韵律性特征(图5)。

图5 火山岩孔隙度韵律性特征及某期溢流相熔岩层的孔隙发育

4.2 蚀变及溶蚀作用

石炭系火山岩以中基性熔岩为主，其暗色矿物含量较高，Fe、Mg含量高的矿物稳定性差，极易蚀变。这种蚀变作用虽然会使矿物体积膨胀阻塞孔隙，但也为后期埋藏成岩阶段的溶蚀作用创造了条件；另外在远离风化壳的石炭系内部，有机质在热演化过程中生成大量的有机酸和碳酸，促使孔隙水和层间水的pH值大幅度下降，导致在碱性孔隙水中比较稳定的沸石矿物发生溶蚀形成沸石溶蚀孔，大量碱性长石斑晶和富长石的基质因介质环境由碱性变酸性而发生斑晶、基质溶蚀孔。溶蚀孔隙的形成也优先发育于喷发旋回对应的气孔熔岩中，与早期形成的原生气孔共同构成韵律性的孔隙发育特征。

5 结 论

(1) 原生韵律型火山岩储层是指在地质年代中一直处于深埋状态，未遭受地表暴露和风化淋滤，在经历后生成岩作用阶段的埋藏压实、热液蚀变填充、地层水和有机酸溶蚀等作用后，大部分原生孔隙仍得以保留且有别于风化壳型储层的一类火山岩储层。其分布具有大面积、大跨度、纵向分布不受埋深控制的特点。

(2) 准噶尔盆地石炭系原生韵律型火山岩储层对应的火山岩岩相以火山溢流相为主，火山通道相、火山爆发相次之。对应的火山岩岩石类型除各期次喷发旋回顶部的中基性气孔状熔岩外，还有岩泡流纹岩、流纹质角砾凝灰岩、自碎角砾熔岩和隐爆角砾岩等特殊岩类。

(3) 准噶尔盆地石炭系原生韵律型火山岩储层的储集空间以原生孔隙、次生孔隙和裂缝为主。原生孔隙主要为原生气孔、残余气孔和晶间孔3种类型；次生孔隙常见有粒内溶孔、基质溶孔和斑晶溶孔；裂缝则以低角度斜交缝和网状缝最为常见。

(4) 准噶尔盆地石炭系原生韵律型火山岩储层的主控因素主要为火山多旋回喷发期次和深埋藏阶段的蚀变、溶蚀作用。