火山巖儲層形成機制研究綜述

黃 亮 彭 軍 周 康等

摘要：近年來，隨著火山巖油氣藏勘探開發(fā)的突破性進展，火山巖儲層已經(jīng)成為油氣勘探的一個新領域。本文在調(diào)研了國內(nèi)外火山巖儲層研究成果的基礎上，總結(jié)了火山巖儲層儲集空間類型及成因、儲集空間的演化特征以及儲層發(fā)育的控制因素?；鹕綆r儲層是內(nèi)外因共同作用的結(jié)果，內(nèi)因包括巖性巖相、噴發(fā)環(huán)境，外因包括構(gòu)造作用和成巖作用。內(nèi)因奠定了儲層形成與分布的基礎和儲集空間的發(fā)育程度；外因?qū)τ趦B性能有明顯改造。最后指出了火山巖油氣儲層成因研究中存在的一些問題，并且針對這些問題提出了今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：火山巖儲層；儲集空間；演化特征；控制因素；成巖作用

中圖分類號：TEl22.2文獻標識碼：A

引言

隨著能源需求的日益增長，石油與天然氣的勘探、開發(fā)領域也在不斷地擴展，火山巖油氣藏作為油氣勘探的新領域，已引起了廣大石油工作者的關(guān)注。近年來，火山巖油氣藏已在世界20多個國家300多個盆地或區(qū)塊中發(fā)現(xiàn)。如日本新瀉盆地吉井一東帕崎氣藏、印度尼西亞Jawa盆地Jatibarang油氣藏、阿根廷帕姆帕一帕拉烏卡油氣藏、墨西哥富貝羅油氣藏等典型的大型火山巖油氣藏。我國自20世紀70年代以來，也先后在渤海灣、準噶爾、塔里木、松遼盆地及蘇北盆地等地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏。火山巖儲層作為勘探開發(fā)的目標，對其形成機制進行研究有著重要的理論意義。

1研究現(xiàn)狀

近年來，很多學者對火山巖儲層形成機制進行了研究。趙海玲等認為火山巖儲層具有分布范圍廣、地質(zhì)時代長的特征，這和火山巖油氣儲層不具巖石類型的專屬性有關(guān)。由于火山巖的骨架較其他巖石堅硬，抗壓實能力強，加之火山巖成巖作用多以冷凝固結(jié)方式為主，孔隙度受壓實埋深影響較小，使得火山巖的孔隙更容易保存下來，當埋深大于一定深度時，火山巖的儲集能力往往會大于沉積巖而成為主要儲層。

很多學者對不同研究區(qū)的火山巖儲集空間類型和成因進行了研究。羅靜蘭等研究了火山巖儲集空間的形成和演化特征，對其演化階段進行了劃分。對于火山巖儲層發(fā)育的控制因素，前人做了大量的研究工作。侯英姿從內(nèi)外因兩方面分別闡述了火山巖儲層的控制因素。王璞琚等認為不同巖性、巖相條件從根本上決定了儲集空間的發(fā)育程度與規(guī)模。余淳梅、張艷等研究了火山噴發(fā)環(huán)境與火山巖儲層的關(guān)系，張洪等從火山噴發(fā)模式的角度研究了火山巖儲層形成制。楊雙玲等研究了構(gòu)造運動對火山巖儲層的影響。戴亞權(quán)等根據(jù)火山巖的活動狀態(tài)將火山巖成巖演化過程劃分為前期火山活動階段和后期火山寧靜階段。高有峰等研究了火山巖成巖作用類型、特征及其對儲層的影響，將火山巖成巖作用階段分為早期和晚期，認為早期成巖作用主要影響原生孔隙的發(fā)育，晚期成巖作用主要影響次生孔隙的發(fā)育。閆林等對火山巖儲層次生溶蝕孔隙的成因進行探討，趙海玲等對長石的溶蝕機理、溶蝕流體的性質(zhì)及來源進行研究并提出了火山巖儲層形成與演化的模式。

綜合看來，火山巖儲層形成機制研究主要集中在儲集空間類型及成因、儲集空間的形成與演化特征、儲層發(fā)育的控制因素等方面。對于火山巖儲層發(fā)育控制因素的描述性研究很多，而關(guān)于火山巖儲層的形成機理、火山巖成巖作用機理的研究則較少或尚需深入研究?？傊?，關(guān)于火山巖儲層的形成機制研究尚處于起步階段，火山巖儲層的形成與演化非常復雜，還有待于廣大學者進一步深究。

2主要研究進展

2.1儲集空間類型及成因

前人對火山巖儲層的儲集空間分類方案多樣，歸納起來有以下4種：①原生孔隙、次生孔隙、裂縫3大類；②原生儲集空間、次生儲集空間2大類；③孔隙、洞穴、裂縫3大類；④宏觀縫洞系統(tǒng)、基塊孔縫系統(tǒng)2大類。

綜合前人研究成果，筆者將火山巖的儲集空間分為原生儲集空間和次生儲集空間，進一步分為原生孔隙、原生裂縫、次生孔隙、次生裂縫4大類13小類(表1)。

各研究區(qū)的儲集空間類型有所差異，表中只列出了具有代表性的13種類型，具體情況應具體分析。

2.2儲集空間的演化特征

研究表明火山巖儲集空間的形成與演化具有階段性，劃分方案如下：

(1)原生儲集孔隙形成階段、淺埋階段或風化剝蝕淋濾階段、后期構(gòu)造斷裂階段、酸性流體改造階段、油氣進入儲層階段。

(2)原生沉積階段、表生沉積階段、埋藏和成巖階段、構(gòu)造作用階段、深層溶蝕作用階段。

(3)原生儲集空間形成階段、風化淋濾階段、淺埋藏及構(gòu)造裂隙發(fā)育階段、深埋藏階段。

由于各個研究區(qū)的火山巖構(gòu)造演化史的不同，其儲集空間的形成和演化也不盡相同，所以劃分方案的差異是在所難免的，綜合前人成果筆者將其劃分如下：

(1)原生儲集空間形成階段。火山物質(zhì)噴溢至地表形成氣孔、冷凝收縮縫和火山角礫間孑L等。

(2)風化淋濾階段。由于表生成巖作用和大氣淡水的淋濾、溶蝕，產(chǎn)生大量溶蝕孔、洞、縫，增加了溶解作用的進行。

(3)淺埋成巖階段?；鹕綆r體淺埋于地下，受到埋藏作用和成巖作用的改造，產(chǎn)生方解石、白云石等礦物充填破壞孔隙。

(4)構(gòu)造斷裂階段。構(gòu)造應力的作用使火山巖體發(fā)育了較大規(guī)模的斷裂作用，由此產(chǎn)生與大規(guī)模斷層相伴生的大量構(gòu)造裂縫，大大提高了巖體的滲透性。

(5)深埋溶蝕階段。地層進入晚成巖階段，在酸性流體作用下，火山巖中的部分物質(zhì)發(fā)生溶解，形成一些深部溶蝕孔、洞、縫，同時一些化學物質(zhì)也可能發(fā)生沉淀充填作用。

2.3儲層發(fā)育的控制因素

研究表明，火山巖儲集空間的形成、發(fā)展、堵塞、再形成等不同階段的演化過程是非常復雜的，受內(nèi)外兩種因素的控制，內(nèi)因主要為火山作用(巖性巖相、噴發(fā)環(huán)境)，外因主要包括構(gòu)造作用、成巖作用等。

2.3.1巖性巖相

不同巖性、巖相條件從根本上決定了儲集空間的發(fā)育程度與規(guī)模?；鹕綆r的巖性決定了原生孔隙的類型，巖性是影響火山巖儲集性能的直接因素，從基性、中性熔巖到酸性熔巖，巖石的粘度、脆性逐漸升高。流紋巖、安山巖的孔縫相對較多，以氣孔為主，火山角礫巖以礫內(nèi)礫間孔為主，而凝灰?guī)r以微裂縫為主。

不同巖相、亞相具有不同的孔隙類型，同巖相的不同亞相儲集層物性可能差別很大，因為各相和各亞相之間巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造存在較大差別，它們控制著原生和次生孔縫的組合與分布?；鹕酵ǖ老鄡臻g主要為孤立的氣孔及火山碎屑間孔；火山爆發(fā)相中火山角礫間孔、氣孔、溶蝕孔洞縫發(fā)育；火山噴溢相熔巖原生氣孔、收縮縫發(fā)育，次生孔隙主要為構(gòu)造裂縫；侵出相中心帶亞相儲集空間主要為裂縫、溶孔、晶間孔等微孔隙。

2.3.2火山噴發(fā)環(huán)境

火山巖在水體深部噴發(fā)，由于深水靜水壓力大，溶解于巖漿中的揮發(fā)分不容易逃逸，難以形成氣孔，故原生氣孔極不發(fā)育，加之水體的共同作用，火山巖發(fā)生明顯的蝕變和充填作用，使本來就少的

原生孔隙減少，杏仁體內(nèi)溶蝕孔和炸裂縫、巖球巖枕間孔和粒間孔、基質(zhì)和斑晶蝕變孔縫、后期構(gòu)造縫是主要儲集空間；在淺水環(huán)境或陸上噴發(fā)的，特別是噴發(fā)時遇大氣降水，一方面溶解于熔漿中的揮發(fā)分可以大量逃逸形成原生氣孔，另一方面由于熾熱巖漿突遇水體產(chǎn)生淬火作用形成大量原生微裂隙并將原生氣孔很好地連通起來，構(gòu)成良好的原生儲集空間，主要儲集空間為原生孔隙和冷凝收縮節(jié)理縫、次生溶蝕孔、礦物解理縫和構(gòu)造裂縫。

火山噴發(fā)模式可劃分為夏威夷式、斯特朗博利式、武耳卡諾式、培雷式、布里尼式和卡特邁式6種類型。從總體上看，玄武巖以夏威夷式噴發(fā)為主，較為溫和而貧氣沿斜坡流動匯聚于洼陷處；粗面巖以斯特朗博利式和武耳卡諾式為主，較為猛烈攜帶大量揮發(fā)性氣體便于將粗面巖沖到構(gòu)造高部位，充分結(jié)晶且易于風化淋濾產(chǎn)生裂縫。

2.3.3構(gòu)造作用

構(gòu)造作用對儲層的控制作用主要表現(xiàn)在以下3點：①構(gòu)造運動引發(fā)多期次、多火山口火山噴發(fā)，使火山巖大面積分布，成為形成火山巖儲層的基礎；②構(gòu)造運動使得火山巖巖體處于地表或近地表環(huán)境，經(jīng)歷各種風化淋濾作用，使巖石中原生孔縫進一步溶蝕擴大，孔縫間的連通性進一步提高，從而形成優(yōu)質(zhì)儲層；③構(gòu)造運動使得非常致密的火山巖形成大量裂縫，這些裂縫不但使孤立的原生氣孔得以連通，而且還增大了火山巖的儲集空間，同時也是地下水和有機酸的重要通道，對溶解作用的發(fā)生起了重要作用，是形成次生溶蝕孔隙，改善儲層儲滲能力的關(guān)鍵。多次的構(gòu)造運動導致了裂縫的多期性，常?？梢砸姷皆缙诹芽p被晚期裂縫所切割。火山巖裂縫的多期性，為油氣的運移及儲集提供了良好的條件。

2.3.4成巖作用

成巖作用控制著火山巖儲層原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育與分布。成巖作用對火山巖儲集性能的影響主要表現(xiàn)在兩方面：一方面加劇了火山巖原生孔隙的次生充填，降低了儲滲性能；另一方面也加劇了溶蝕孔、縫的形成，改善了儲集性能。

火山巖成巖作用階段分為早期和晚期，早期成巖作用主要影響原生孔隙的發(fā)育，晚期成巖作用影響次生孔隙的發(fā)育。起破壞作用的成巖作用主要有熱液沉淀結(jié)晶、壓實膠結(jié)、充填、壓實壓溶、熔結(jié)等；起建設作用的成巖作用主要有冷凝收縮、脫?；?、揮發(fā)分的逸散、溶蝕、構(gòu)造、風化淋濾等。

風化淋濾作用主要表現(xiàn)在：①在大套火山巖段內(nèi)和頂部發(fā)育風化殼或火山沉積巖；②在風化殼下部火山巖中發(fā)育風化裂縫；③風化過程中伴隨淋濾溶蝕作用改造儲集空間。溶蝕作用包括有機質(zhì)成烴過程中生成有機酸的溶蝕作用、無機酸的溶蝕作用以及與長石的鈉長石化相伴隨的熱液流體對礦物的溶蝕作用。流體活動對火山巖儲集性的改造具有雙重作用：一方面新礦物的膠結(jié)和充填使得儲集性能下降；另一方面，蝕變和溶解作用又可使孔隙度增加?；鹕綆r儲層溶蝕孔隙的成因：內(nèi)因是火山巖中易溶組分的種類和含量；外因包括溶解液、溶解通道、溫度、壓力及保存條件。

綜合研究表明：火山噴發(fā)環(huán)境及巖性巖相奠定了儲層形成與分布的基礎，并決定了儲集空間的發(fā)育程度與規(guī)模；構(gòu)造作用大大地改善了儲層的儲滲性能；成巖作用在進一步改善儲層儲滲能力的同時，對各類原生、次生孔隙亦有一定程度的破壞作用(圖1)。

3問題探討

3.1巖性、巖相分類和命名問題

火山巖巖性、巖相分類和命名的規(guī)范化是目前火山巖研究面臨的首要問題。導致分類不統(tǒng)一的主要原因體現(xiàn)在以下幾個方面：①區(qū)域性方案眾多給跨區(qū)域?qū)Ρ仍斐衫щy；②在環(huán)境相與巖相之間沒有嚴格的區(qū)分，常見的近火山口相、中距火山口相和遠火山口相分類方案更接近于環(huán)境的定義；③基礎地質(zhì)與石油地質(zhì)研究存在尺度差異，基礎地質(zhì)通常從單一巖漿機構(gòu)出發(fā)建立巖相概念，如爆發(fā)相、溢流相、侵出相等，三者代表同一巖漿旋回不同階段的產(chǎn)物，在垂向上可以疊置；而石油地質(zhì)關(guān)于巖相劃分傾向于采用與環(huán)境對應的、地震可識別的分類方案，如“火山通道一火山集塊巖相、火山熔巖相、沉凝灰?guī)r相”三分方案。

3.2儲層演化機理

火山巖儲層形成演化機理的研究是儲層研究的核心問題。已有研究表明，火山巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)一般都十分復雜，多為低孔低滲雙重介質(zhì)儲層，存在裂縫及其不同組合的孔隙類型，物性變化大，非均質(zhì)性強，評價難度大。加之火山巖的成巖作用又不同于常見沉積巖成巖作用，它有其特殊性。研究的現(xiàn)狀是關(guān)于火山巖儲層的控制因素研究較多，而研究其形成機理則較少或研究尚須進一步深入?；鹕綆r儲層形成與演化的階段劃分以及各個階段的演化特征還有待進一步探究。

3.3成巖作用機理

火山巖成巖作用的類型多樣，它們對儲層發(fā)育的影響不同，各種成巖作用的作用機理還有待深入研究。目前的現(xiàn)狀是成巖作用的類型、成巖作用的影響研究較多，具體到某種成巖作用是如何影響儲層的發(fā)育，通過什么方式、以怎樣的形式改造儲層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，各種成巖作用改造儲層的前提是什么、需要滿足什么條件，這些問題都需要人們進行更加深入的探索。

4發(fā)展趨勢

針對上述火山巖儲層成因研究中存在的問題，今后應重點加強以下方面的研究。

(1)火山巖巖石學研究。加強火山巖巖石學的研究，有助于從根本上解決火山巖巖性、巖相分類的問題，正確確定火山巖的巖石類型、火山巖相及火山巖的巖石學特征是火山巖儲層研究的基礎，也是火山巖儲層儲集空間類型、發(fā)育規(guī)律及其形成機制研究的前提?；鹕綆r相對于揭示火山巖時空展布規(guī)律和不同巖性組合之間的成因聯(lián)系也有重要意義?；鹕綆r巖相的劃分應該具有儲層意義，要考慮到成巖方式和物質(zhì)的搬運機制。

(2)火山巖儲層的微觀特征研究。加強火山巖儲層微觀特征研究，對火山巖儲層微觀孔隙裂縫的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、類型等進行精細化研究，有助于研究火山巖儲層物性特征，為火山巖儲層的分類評價服務，同時了解火山巖儲層的微觀結(jié)構(gòu)也有助于火山巖各種成巖作用機理的研究。

(3)火山巖儲層演化機理研究。加強火山巖儲層形成與演化機理的研究，合理劃分火山巖儲層的形成與演化階段，研究各個演化階段的特征以及它們之間的聯(lián)系，有助于進一步認識火山巖儲層的特殊性，從理論上解決火山巖儲層的成因問題，為進一步的火山巖儲層預測及其評價提供理論依據(jù)。

今后，火山巖儲層成因研究將趨向于宏觀與微觀并重。宏觀上加強火山巖噴發(fā)環(huán)境、火山巖相及其特征的研究，揭示火山巖時空展布規(guī)律和火山巖儲層發(fā)育規(guī)律，為儲層預測服務；微觀上加強火山巖儲層微觀孔隙特征、儲層物性特征的研究，分析火山巖儲層的形成演化機理，為儲層預測提供理論依據(jù)。