火山巖儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題——以準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖為例

董國(guó)棟，張 琴，朱筱敏，鮮本忠，朱世發(fā)，?；ㄅ螅惽嘣?/p>

（中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

火山巖儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題
——以準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖為例

董國(guó)棟，張 琴，朱筱敏，鮮本忠，朱世發(fā)，?；ㄅ螅惽嘣?/p>

（中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

針對(duì)目前火山巖儲(chǔ)層研究中存在的熱點(diǎn)問(wèn)題，以準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖為例進(jìn)行了探討。研究認(rèn)為，火山巖分類(lèi)方案混亂，不同學(xué)者在勘探和開(kāi)發(fā)中采用不同的劃分依據(jù)，亟需統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，找到一種適合中國(guó)火山巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的火山巖分類(lèi)方案。火山巖相方面，火山巖相非均質(zhì)性強(qiáng)，火山爆發(fā)類(lèi)型多，火山巖相及相序復(fù)雜，非同源火山巖疊置現(xiàn)象普遍，但火山巖探井資料有限，這給目前的火山噴發(fā)模式及火山巖相展布規(guī)律研究帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn);火山巖儲(chǔ)層方面，裂縫尤其是微裂縫的發(fā)育特征及成因等研究有待加強(qiáng);火山巖成巖研究更應(yīng)注重地表成巖作用;火山巖儲(chǔ)層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)方面，目前的常規(guī)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足火山巖儲(chǔ)層研究，需要廣泛應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)井新技術(shù)來(lái)研究火山巖儲(chǔ)層特征。

成巖作用;火山巖分類(lèi);火山巖;儲(chǔ)層;準(zhǔn)噶爾盆地

1 火山巖儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀

火山巖作為油氣儲(chǔ)層已經(jīng)引起廣大石油工作者的關(guān)注。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)火山巖儲(chǔ)層進(jìn)行了深入研究［1－6］，目前已經(jīng)在火山巖分類(lèi)［7－9］、火山碎屑巖成因機(jī)理［10］、火山巖相及火山噴發(fā) 模 式［6－7，11］、火 山 巖 儲(chǔ) 層 類(lèi) 型 及 控 制 因素［12－14］和火山巖儲(chǔ)層地球物理響應(yīng)特征［15－17］方面取得了一定進(jìn)展，但是火山巖油氣勘探才剛剛起步，火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究仍有很多問(wèn)題需要探索。

2 火山巖儲(chǔ)層研究中存在的若干問(wèn)題

2.1 火山巖儲(chǔ)層巖石學(xué)分類(lèi)

不同學(xué)者由于認(rèn)識(shí)和研究目的的不同，對(duì)火山巖的分類(lèi)存在差異。目前對(duì)于火山熔巖類(lèi)和火山碎屑沉積巖類(lèi)（沉火山碎屑巖類(lèi)）的劃分已經(jīng)取得了一致認(rèn)識(shí)，而對(duì)火山巖碎屑巖的定義還存在分歧。王德滋［9］、孫善平等［8］、王璞珺［6］將火山碎屑巖按照成巖方式的差異劃分為火山碎屑熔巖和火山碎屑巖，而國(guó)際地科聯(lián)把火山碎屑熔巖和正常火山碎屑巖都?xì)w為火山碎屑巖這一大類(lèi)中［7］。在實(shí)際勘探和開(kāi)發(fā)中，不同學(xué)者根據(jù)各自研究的方便和認(rèn)識(shí)的不同，采用不同的火山巖分類(lèi)方案，這給勘探帶來(lái)了諸多不便。這種問(wèn)題已經(jīng)在渤海灣盆地、二連盆地、海拉爾盆地和蘇北盆地的火山巖勘探中顯得比較突出［6］。

以準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖儲(chǔ)層研究為例（圖1）。從圖中可以看出，在2 584～2 610 m深度段巖性剖面上是正常的火山碎屑巖（凝灰?guī)r），而在2 654～2 668 m深度段，巖性剖面上是熔結(jié)凝灰?guī)r，即在對(duì)克－夏地區(qū)火山巖儲(chǔ)層研究中我們采用的是王德滋等的分類(lèi)方案。而在原始的錄井資料中，2 654～2 668 m深度段是正常的火山碎屑巖（凝灰?guī)r），即錄井中借鑒了國(guó)際地科聯(lián)的分類(lèi)方案，將空落形成的正常的凝灰?guī)r和熱碎屑流形成的凝灰熔巖都?xì)w為火山碎屑巖類(lèi)中。

筆者認(rèn)為正常火山碎屑巖和火山碎屑熔巖無(wú)論是從形成機(jī)制上還是從成儲(chǔ)機(jī)理上都存在差異，因此王德滋等的火山巖分類(lèi)方案能更好的對(duì)火山巖儲(chǔ)層展開(kāi)研究，應(yīng)該推廣。

2.2 火山巖相研究

2.2.1 火山巖相非均質(zhì)性強(qiáng)

火山巖相非均質(zhì)性強(qiáng)是目前火山巖相研究面臨的一個(gè)重要的問(wèn)題。吳顏雄等對(duì)松遼盆地營(yíng)城組火山巖相量化研究表明，火山巖相平面展布基本都小于2 km，尤其是侵出相，巖相的延伸不到0.5 km［18］;黃玉龍等認(rèn)為中基性火山巖平面展布也很小，玄武巖延伸范圍一般為10～22 km，粗面巖延伸范圍一般為3.1～6.3 km［19］。我們通過(guò)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖相分析總結(jié)得出爆發(fā)相延伸范圍小，一般小于5 km，噴溢相延伸相對(duì)較遠(yuǎn)，最大延伸可達(dá)20 km。

圖1 克－夏地區(qū)481井下二疊統(tǒng)佳木河組火山巖單井柱狀圖Fig.1 Stratigraphic column of the Lower Permian Jiamuhe Formation in well 481 in Ke-Xia area

從圖2中可以看出該區(qū)探井井距一般都大于2 km，而中國(guó)沉積盆地的探井井距也基本都是大于2 km的，顯然目前探井資料根本無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)火山巖相展布情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。因此，需要我們運(yùn)用地震資料，采用井震結(jié)合的方法才能更好的對(duì)火山巖相展布情況進(jìn)行研究。王璞珺等［6］和伍菁華等［20］通過(guò)地震資料分別對(duì)松遼盆地北部和準(zhǔn)噶爾盆地東部火山巖相進(jìn)行識(shí)別，已經(jīng)并取得了良好的應(yīng)用效果。

2.2.2 火山噴發(fā)模式類(lèi)型多且復(fù)雜

根據(jù)火山噴發(fā)的能量來(lái)源將火山爆發(fā)分為蒸氣爆發(fā)和巖漿爆發(fā)［21］。蒸汽爆發(fā)主要是巖漿進(jìn)入含水層、冰層或沉積盆地，在熔漿高溫作用下，水體迅速氣化，壓力升高，將上覆巖層炸碎，其又可以分為潛水爆發(fā)、潛水巖漿爆發(fā)、水下爆發(fā)和濱海爆發(fā);而巖漿爆發(fā)則是巖漿中所含的高溫氣體釋放所引起的爆炸，一般會(huì)伴隨有巖漿噴溢地表，其中包括氣體爆發(fā)和巖漿爆發(fā)。

不同火山爆發(fā)類(lèi)型，其發(fā)育的火山巖相及形成的火山巖相序存在很大的差異，比如蒸氣爆發(fā)中主要發(fā)育爆發(fā)相，而對(duì)于巖漿爆發(fā)可以同時(shí)發(fā)育爆發(fā)相和噴溢相，也可以單獨(dú)發(fā)育噴溢相。對(duì)于一個(gè)沉積盆地中的火山爆發(fā)，不同的地方或同一地方可以發(fā)育不同的火山爆發(fā)類(lèi)型，形成不同的火山巖相，并且不同的火山爆發(fā)類(lèi)型，其相序也不同，可以只發(fā)育爆發(fā)相或只發(fā)育噴溢相（圖3），同樣可以同時(shí)發(fā)育爆發(fā)相和噴溢相（圖1），其組合可以是先爆發(fā)相再?lài)娨缦?，也可以是先噴溢相再爆發(fā)相。因此火山噴發(fā)模式受火山爆發(fā)類(lèi)型的控制，其火山巖相及火山巖相組合是非常復(fù)雜的。

閆林等［22］和張志強(qiáng)等［23］通過(guò)井震結(jié)合分別對(duì)松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區(qū)營(yíng)城組一段和古龍斷陷營(yíng)城組一段火山噴發(fā)模式進(jìn)行過(guò)詳細(xì)研究。研究揭示了工區(qū)的火山噴發(fā)方式，建立了研究區(qū)的火山噴發(fā)模式，對(duì)火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。所以，綜合地質(zhì)、地震資料，明確某一地區(qū)火山噴發(fā)模式必將對(duì)火山巖氣藏的勘探開(kāi)發(fā)起到積極的作用。

圖2 克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)鉆遇火山巖的探井分布Fig.2 Locations of exploratory wells encountering the Lower Permian volcanic rocks in Ke-Xia area

圖3 克－夏地區(qū)克202井下二疊統(tǒng)風(fēng)城組風(fēng)二段火山巖單井柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of volcanic rocks in the 2ndmember of the Lower Permian Fengcheng Formation in well Ke-202 in Ke-Xia area

2.2.3 非同源火山巖相疊置

吳顏雄等認(rèn)為在野外露頭和盆地內(nèi)，非同源火山巖相之間的疊置是非常普遍的［18］。火山巖的同源是指火山噴發(fā)物源于同一火山噴口區(qū)，而火山巖相是指同源火山物質(zhì)及其疊置關(guān)系［6］。非同源火山巖相疊置是盆地火山巖相研究中需要特別注意的問(wèn)題，并且對(duì)于我們目前同源火山巖相模型不適用于這種情況。

以準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)567井下二疊統(tǒng)佳木河組火山巖為例（圖4）。從巖性剖面中可以看出，在深度2 170 m以下至少有300 m以上的凝灰?guī)r段。對(duì)于凝灰?guī)r主要發(fā)育在爆發(fā)相中，而吳顏雄等研究表明無(wú)論是空落亞相、熱基浪亞相還是熱碎屑流亞相，其沉積厚度一般為幾十米［18］，形成幾百米厚的凝灰?guī)r的情況比較少見(jiàn)，因此對(duì)于發(fā)育的300多米的凝灰?guī)r極有可能是多個(gè)火山口爆發(fā)疊置引起的，而不同火山口噴發(fā)形成的凝灰?guī)r儲(chǔ)層也存在一定差異。

綜合考慮非同源火山物質(zhì)的疊置，并建立相關(guān)的巖相模型，對(duì)火山巖相展布研究及有利儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)具有重要意義。目前非同源火山巖相研究的主要方法有:宏觀上通過(guò)火山巖體的分布和構(gòu)造關(guān)系;微觀標(biāo)志主要是火山巖巖性和相序的差異，包括其地球化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合和巖性序列組合等方面的差異［18］。

2.3 火山巖儲(chǔ)層研究

2.3.1 火山巖儲(chǔ)層微裂縫研究

微裂縫對(duì)火山巖儲(chǔ)層的重要性已經(jīng)引起許多學(xué)者的關(guān)注，微裂縫的特征及成因研究也取得了一定進(jìn)展［24－26］。目前對(duì)于構(gòu)造縫可以通過(guò)巖心、測(cè)井和地震等方法綜合對(duì)其進(jìn)行研究，但對(duì)于微裂縫寬度多小于0.1 mm，只能在薄片下才能觀測(cè)到，這也使得我們忽略了微裂縫對(duì)儲(chǔ)層的改造作用。

我們對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖和火山熔巖類(lèi)孔隙類(lèi)型進(jìn)行了分析（圖5）。研究表明火山巖中微裂縫對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)大，占到所有孔隙的26.73%，尤其是在火山熔巖中，微裂縫的貢獻(xiàn)占到了43.8%。

圖4 克－夏地區(qū)567井下二疊統(tǒng)佳木河組單井柱狀圖Fig.4 Stratigraphic column of the Lower Permian Jiamuhe Formation in well 567 in Ke-Xia area

圖5 克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖與火山熔巖孔隙類(lèi)型Fig.5 Porosity types of the Lower Permian volcanic rocks and volcanic lava in Ke-Xia area

對(duì)于微裂縫不僅可以作為儲(chǔ)集空間，更重要的是可以起到連通孔隙的作用，這在熔漿膠結(jié)的火山巖中顯得更為重要。國(guó)內(nèi)外對(duì)于火山巖微裂縫研究還很少，王擁軍等認(rèn)為識(shí)別微裂縫最好的方法是鑄體薄片，以此為觀察基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用全直徑巖心、壓汞曲線(xiàn)及測(cè)井資料可以較好地對(duì)微裂縫進(jìn)行研究［24］。

2.3.2 火山巖儲(chǔ)層成巖作用研究

前人已經(jīng)對(duì)火山巖的成巖作用進(jìn)行過(guò)大量研究［27－30］。與碎屑巖相比，火山巖的成巖作用具有其特殊性，即熔漿從噴出地表即已經(jīng)開(kāi)始成巖。趙澄林等［31］對(duì)二連盆地阿北地區(qū)火山熔巖進(jìn)行研究，將該區(qū)火山巖成巖劃分為冷凝成巖階段、熱液作用階段、表生作用階段（表生早期和表生晚期）、埋藏階段（埋藏早期、埋藏中期、埋藏后期）4個(gè)階段［31］，其中前3個(gè)階段主要是在地表進(jìn)行的。

研究成巖作用的目的是為了研究?jī)?chǔ)層的成因及演化機(jī)理。但是受傳統(tǒng)沉積巖成巖作用研究的影響，許多學(xué)者忽略了火山巖地表成巖作用研究。對(duì)于火山（碎屑）熔巖類(lèi)在冷凝成巖階段、熱液作用階段和表生作用階段3個(gè)地表成巖階段過(guò)程中不僅可以形成氣孔和冷凝收縮縫，還會(huì)產(chǎn)生礦物、基質(zhì)等的溶蝕作用及礦物的破裂作用［32－34］，形成 火 山 熔 巖 的 主 要 儲(chǔ) 集 空 間 （ 圖5b）;而對(duì)于火山碎屑巖而言，在表生作用階段中一些不穩(wěn)定的晶屑、玻屑和礦物顆粒等會(huì)發(fā)生地表的溶蝕，產(chǎn)生一些溶蝕孔，從而對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能起到很好的改善作用。我們對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)火山碎屑巖類(lèi)孔隙類(lèi)型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（圖6），統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示溶孔對(duì)火山碎屑巖儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)達(dá)50%以上，也很好的說(shuō)明了表生成巖作用的重要性。

圖6 克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山碎屑巖類(lèi)孔隙類(lèi)型（樣品23塊）Fig.6 Porosity types of the Lower Permian pyroclastic rocks in Ke-Xia area

總之，應(yīng)加強(qiáng)火山巖地表成巖作用研究，或者說(shuō)火山巖噴發(fā)的表層巖石（火山期次頂部）往往更能成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。因此，尋找火山巖的這一快速冷凝和淋濾帶也為尋找有利儲(chǔ)層提供了一種研究思路。

2.4 火山巖儲(chǔ)層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)火山巖儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征做了大量的工作［15－17］。通過(guò)火山巖的測(cè)井響應(yīng)特征可以對(duì)鉆孔中沒(méi)有取心的井段進(jìn)行巖性識(shí)別和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。一般盆地內(nèi)火山巖發(fā)育于盆地?cái)嘞菰缙?，埋藏較深，取心成本高，因此火山巖儲(chǔ)層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)研究就顯得尤為重要。

目前，準(zhǔn)噶爾盆地克－夏地區(qū)測(cè)井資料主要以常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)如 SP、GR、AC、Rt等為主（圖 1，圖3，圖4），但由于研究區(qū)火山巖類(lèi)型多，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜、儲(chǔ)集空間多樣化（表1），所以目前的常規(guī)儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足勘探的需求。

針對(duì)上述問(wèn)題應(yīng)該引進(jìn)一些先進(jìn)的測(cè)井新技術(shù)，結(jié)合常規(guī)測(cè)井方法對(duì)火山巖儲(chǔ)層進(jìn)行綜合研究。如目前火山巖巖性、火山巖相識(shí)別的FMI成像測(cè)井技術(shù)［17，35］，綜合常規(guī)測(cè)井進(jìn)行精確巖性識(shí)別的ECS元素俘獲測(cè)井技術(shù)［36］，以及針對(duì)火山巖儲(chǔ)層流體定性識(shí)別的核磁共振測(cè)井技術(shù)［37］，這三種新的測(cè)井技術(shù)已經(jīng)在松遼盆地深層火山巖勘探中顯示了良好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究雖取得了一些進(jìn)展，但尚存在下面急需解決的問(wèn)題:

1）火山巖分類(lèi)方案混亂，亟需學(xué)者統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，找到一種適合于中國(guó)火山巖油氣勘探和開(kāi)發(fā)的火山巖分類(lèi)方案。

2）火山巖相非均質(zhì)性強(qiáng)，火山爆發(fā)類(lèi)型多，火山巖相及相序復(fù)雜，并且非同源火山巖疊置現(xiàn)象普遍，因此火山噴發(fā)模式及火山巖相展布規(guī)律研究也異常困難。

3）火山巖儲(chǔ)層中裂縫尤其是微裂縫研究薄弱，而火山巖成巖研究應(yīng)注重地表成巖作用。

4）由于火山巖類(lèi)型多，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，儲(chǔ)集空間多樣化，常規(guī)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足火山巖儲(chǔ)層研究需求，需要我們引進(jìn)一些先進(jìn)的測(cè)井新技術(shù)如FMI成像測(cè)井、ESC元素俘獲測(cè)井技術(shù)、核磁共振測(cè)井技術(shù)等來(lái)更好的服務(wù)于火山巖油氣勘探。

表1 克－夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖類(lèi)型Table 1 Volcanic rock types of the Lower Permian in Ke-Xia area

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Current status and problems of volcanic reservoir study:an example from the Lower Permian volcanic rocks in Ke-Xia area of Junggar Basin

Dong Guodong，Zhang Qin，Zhu Xiaomin，Xian Benzhong，Zhu Shifa，Niu Huapeng and Chen Qingyun

（State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

Taking the Lower Permian volcanic rocks of Ke-Xia area in Junggar Basin as an example，this paper discussed the problems of volcanic reservoir research.As there is still no commonly accepted classification scheme of volcanic rocks，different classification criteria were adopted in exploration and development of volcanic reservoirs.Thus it is urgent to find a suitable classification scheme of volcanics for exploration and development of volcanic reservoirs in China.There are many big challenges in the study on the volcanic eruption patterns and facies distribution due to strong volcanic facies heterogeneity，variable eruption types，complex volcanic facies and facies sequence，common overlapping of volcanic rocks of different origins，as well as limited drilling data of volcanic reservoirs.The characteristics and genesis of fractures especially micro-fractures in volcanic reservoirs are still poorly understood.To solve these problems，more attentions should be paid to surface diagenesis of volcniac rocks and advanced logging techniques should be applied to research on volcanic reservoirs.

diagenesis，volcanic classification，volcanics，reservoir，Junggar Basin

TE122.2

A

0253－9985（2012）04－0511－09

2012－05－04;

2012－06－15。

董國(guó)棟（1986—），男，碩士研究生，沉積學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。

（編輯 張亞雄）