渤海灣盆地歧口凹陷中新生代火成巖儲(chǔ)層特征

郭永峰，羅靜蘭，劉化清，李雙文，姚 軍

(1.大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北大學(xué)，陜西 西安 710069; 2.陜西省地勘局西安地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，陜西 西安 710061; 3.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 蘭州 730020)

渤海灣盆地歧口凹陷中新生代火成巖儲(chǔ)層特征

郭永峰1，2，羅靜蘭1，劉化清3，李雙文3，姚 軍3

(1.大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北大學(xué)，陜西 西安 710069; 2.陜西省地勘局西安地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，陜西 西安 710061; 3.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 蘭州 730020)

在巖心觀察基礎(chǔ)上，根據(jù)大量常規(guī)薄片與鑄體薄片的鑒定與統(tǒng)計(jì)，通過(guò)孔隙度與滲透率測(cè)定等手段，對(duì)歧口凹陷中新生代火成巖儲(chǔ)層的巖石類(lèi)型、儲(chǔ)集空間類(lèi)型、物性特征等進(jìn)行了詳細(xì)研究，同時(shí)對(duì)火成巖儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素進(jìn)行了闡述和分析。結(jié)果表明:歧口凹陷中新生代火成巖可分為6大類(lèi)20余種火成巖巖石類(lèi)型;其中，以安山巖和玄武巖類(lèi)物性最好，其次為輝綠巖和凝灰?guī)r，英安巖最差;火成巖儲(chǔ)層的形成與儲(chǔ)集性能的改善主要與構(gòu)造作用、風(fēng)化淋濾作用、溶蝕作用、蝕變作用有關(guān)。

儲(chǔ)層特征;儲(chǔ)集空間類(lèi)型;火成巖;歧口凹陷;渤海灣盆地

引言

歧口凹陷位于天津市以南、黃驊市以北、滄州市以東直至渤海灣海域。構(gòu)造上位于渤海灣盆地黃驊坳陷的中北部［1］。歧口凹陷是黃驊坳陷中最大、最深的凹陷，其石油資源量占黃驊坳陷資源量的62%，氣資源量占 63%，海陸面積為 3 835 km2［2］。按照構(gòu)造單元可分為歧南凹陷、歧北凹陷、歧口主凹陷以及南大港潛山構(gòu)造帶和北大港潛山構(gòu)造帶。區(qū)內(nèi)中新生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，火成巖呈多層系產(chǎn)出、大范圍分布［3］。從空間展布來(lái)看，火成巖分布嚴(yán)格受構(gòu)造斷裂控制，在不同方向斷裂的交匯處或大斷裂的分支處最為發(fā)育，這說(shuō)明大斷裂是巖漿來(lái)源的通道［4］。目前看來(lái)，大多數(shù)火成巖具有較好的儲(chǔ)集能力，并多分布于有效生油范圍的二級(jí)構(gòu)造帶或斜坡帶上，具有良好的供油及圈閉條件，已成為勘探的重要對(duì)象之一［5］。

1 歧口凹陷火成巖巖石類(lèi)型

1.1 火山熔巖類(lèi)

歧口凹陷新生界火山熔巖類(lèi)以玄武巖占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，少量安山巖。與新生界火山熔巖相比，中生界火山熔巖的巖石類(lèi)型較多，包括玄武巖、安山玄武巖、安山巖、英安巖。

玄武巖具有塊狀構(gòu)造或氣孔－杏仁構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為輝石，其次為橄欖石，輝石常發(fā)生綠泥石化，橄欖石多發(fā)生伊丁石化，斜長(zhǎng)石斑晶較少見(jiàn)，基質(zhì)具拉斑玄武結(jié)構(gòu)。

安山巖多為灰紅色、灰綠色或深灰色，塊狀構(gòu)造或氣孔－杏仁構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，可分為中基性輝石安山巖和中性安山巖。輝石安山巖的斑晶主要為斜長(zhǎng)石與輝石，少量角閃石;安山巖的斑晶主要為斜長(zhǎng)石與角閃石，少量黑云母，兩者的基質(zhì)均具交織結(jié)構(gòu)或?；豢椊Y(jié)構(gòu)。

英安巖為塊狀構(gòu)造，具玻基斑狀結(jié)構(gòu)或無(wú)斑隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。斑晶以黑云母和斜長(zhǎng)石斑晶為主，少量角閃石與石英斑晶，基質(zhì)多具霏細(xì)結(jié)構(gòu)，局部可見(jiàn)球粒結(jié)構(gòu)。

1.2 火山碎屑熔巖類(lèi)

研究區(qū)少量火山角礫熔巖主要分布在新生界，為玄武質(zhì)火山角礫熔巖，其主要特征是氣孔－杏仁玄武巖角礫被玄武質(zhì)熔巖膠結(jié)。

1.3 火山碎屑巖類(lèi)

研究區(qū)火山碎屑巖主要分布于新生界，巖石類(lèi)型以火山凝灰?guī)r為主，少量火山角礫巖。

火山角礫巖以新生界的玄武質(zhì)火山角礫巖為代表，其特征是玄武巖的角礫被凝灰質(zhì)膠結(jié)，其分布局限;火山凝灰?guī)r類(lèi)型主要為火山塵凝灰?guī)r、少量三屑凝灰?guī)r與熔結(jié)玻屑凝灰?guī)r?；鹕綁m凝灰?guī)r呈淺灰色、灰白色、黃綠色，致密塊狀構(gòu)造，具火山塵凝灰結(jié)構(gòu)，主要由火山塵組成，含少量(3% ～5%)陸源碎屑，火山塵已重結(jié)晶為伊利石、蒙脫石等黏土礦物;三屑凝灰?guī)r以玻屑和巖屑為主，可見(jiàn)少量石英和長(zhǎng)石晶屑;熔結(jié)玻屑凝灰?guī)r具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，主要由玻屑(40%)與火山塵組成，少量長(zhǎng)石晶屑與硅質(zhì)巖巖屑，以玻屑呈明顯的定向性為典型特征。

1.4 沉積火山碎屑巖類(lèi)

沉積火山碎屑巖主要分布在歧口凹陷的新生界地層中，巖石類(lèi)型包括沉火山角礫巖和沉凝灰?guī)r。

沉火山角礫巖具有沉火山角礫結(jié)構(gòu)，粒徑為2～15 mm，火山碎屑 (60%～80%)包括火山凝灰?guī)r (30%～45%)、安山巖與玄武巖 (5%～10%)，石英晶屑為3%～5%，長(zhǎng)石晶屑為2%～ 3%;陸源碎屑 (20% ～40%)以石英為主(12%～15%)，其次為長(zhǎng)石(5%～7%)，少量粉砂質(zhì)泥巖 (2%～3%)、泥灰?guī)r巖屑 (1%～4%)，石英巖與硅質(zhì)巖巖屑為2%～3%。填隙物為火山塵與泥質(zhì)物。

沉凝灰?guī)r具有沉凝灰結(jié)構(gòu)，粒徑為0.1～1.2 mm，以凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖巖屑為主，少量石英與長(zhǎng)石晶屑。陸源碎屑主要為泥巖、粉砂巖以及石英和長(zhǎng)石，填隙物主要為火山塵與泥質(zhì)物。

1.5 火山碎屑沉積巖類(lèi)

研究區(qū)新生界火山碎屑沉積巖主要分布在新生界地層中，包括凝灰質(zhì)含礫砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)泥巖等。

1.6 淺成侵入巖類(lèi)

研究區(qū)發(fā)育的該類(lèi)巖石為輝綠巖，塊狀構(gòu)造，輝綠結(jié)構(gòu)，部分輝綠巖蝕變強(qiáng)烈，以長(zhǎng)石發(fā)生強(qiáng)烈的絹云母化，輝石顆粒以及基質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的綠泥石化為特征。

2 火成巖儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型

通過(guò)巖心和鑄體薄片觀察，歧口凹陷火成巖的儲(chǔ)集空間類(lèi)型包括原生孔隙與次生孔隙2大類(lèi)(表1)。

表1 歧口凹陷中新生界火成巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型和特征

其中，原生孔隙主要包括氣孔(圖1a)與殘余 氣孔、火山角礫間孔和原生縫隙。原生縫隙是礦物或巖石由于本身的性質(zhì)或在冷凝結(jié)晶過(guò)程中由于體積變化形成的各種縫隙，包括礦物的收縮縫(圖1b)、解理縫、脹裂縫，巖石的節(jié)理縫等;次生孔隙包括各種溶蝕孔與縫(圖1c)、構(gòu)造裂縫(圖1d)。

圖1 歧口凹陷火成巖孔隙類(lèi)型

3 火成巖儲(chǔ)層的物性特征

根據(jù)17口井各類(lèi)火成巖的130個(gè)實(shí)測(cè)孔隙度與滲透率值的統(tǒng)計(jì)顯示，歧口凹陷火成巖的物性可分為5類(lèi)。

(1)Ⅰ類(lèi)?？紫抖却笥?5%，滲透率大于1× 10－3m2，巖性主要安山巖，少量為玄武巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r和蝕變輝綠巖。熔巖發(fā)育大量氣孔、溶蝕擴(kuò)大氣孔和杏仁體溶孔，并有裂縫及溶蝕縫將其連通;火山角礫巖、凝灰?guī)r與輝綠巖的裂縫與次生溶孔較發(fā)育，屬于該區(qū)物性最好的火成巖儲(chǔ)集巖。

(2)Ⅱ類(lèi)?？紫抖却笥?5%，滲透率為0.1× 10－3～1.0×10－3μm2，或孔隙度為5% ～15%，滲透率大于1.0×10－3μm2，巖性以玄武巖為主，其次是安山巖、凝灰?guī)r和蝕變輝綠巖，熔巖的原生氣孔較發(fā)育，有少量裂縫、次生溶孔及溶蝕縫，物性較好。

(3)Ⅲ類(lèi)?？紫抖却笥?5%，但滲透率小于0.1×10－3μm2，巖性主要為安山巖與蝕變輝綠巖，少量為玄武巖及英安巖。其中以蝕變輝綠巖的滲透率相對(duì)較高，普遍發(fā)育裂縫，巖石蝕變較強(qiáng)，次生溶孔較發(fā)育;安山巖的氣孔較發(fā)育，但彼此之間的連通性較差，部分發(fā)育少量基質(zhì)次生溶孔，為較差儲(chǔ)層。

(4)Ⅳ類(lèi)?？紫抖葹?%～15%，滲透率小于1×10－3μm2，主要為弱蝕變輝綠巖及玄武巖，少量凝灰?guī)r。其中玄武巖氣孔較發(fā)育，故孔隙度較高，但由于巖石蝕變和后期改造作用較弱，故其滲透率低，為差儲(chǔ)層。

(5)Ⅴ類(lèi)。孔隙度小于5%，滲透率多小于0.1×10－3μm2，主要為未蝕變的輝綠巖，包括少量玄武巖，玄武巖發(fā)育少量氣孔，但彼此孤立，為無(wú)效孔隙，故為非儲(chǔ)層。

4 儲(chǔ)集性能的影響因素

4.1 巖性和巖相

巖性和巖相是影響火成巖儲(chǔ)集性能的最基本因素，溢流相頂部的熔巖在形成時(shí)就發(fā)育有大量原生氣孔;爆發(fā)相的火山角礫巖、凝灰?guī)r和火山沉積相的沉凝灰?guī)r在形成時(shí)也能夠發(fā)育原生粒間孔;淺成侵入相的輝綠巖，原生孔隙幾乎不發(fā)育。

4.2 不整合面的風(fēng)化淋濾作用

歧口凹陷的構(gòu)造格架和沉積充填序列受盆地裂陷構(gòu)造演化和幕式過(guò)程的控制而呈階段性演化［6］。中生代是黃驊坳陷盆地發(fā)育階段，受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，早白堊世后黃驊坳陷整體抬升，形成了中生界與新生界地層之間的區(qū)域性不整合面［7］。新生代是黃驊坳陷的主要形成階段，包括了早第三紀(jì)的裂陷盆地演化、晚第三紀(jì)的坳陷盆地演化2個(gè)階段［8］。在此期間發(fā)生的多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分別在孔店組底部、孔店組頂部、沙河街組頂部、東營(yíng)組頂部、沙三段底部、沙二段底部形成幾個(gè)大的不整合面。這些區(qū)域不整合面附近的火成巖在表生作用的影響下，易發(fā)生破碎、溶蝕等作用，形成裂縫、溶孔等儲(chǔ)集空間。研究區(qū)物性較好的火成巖發(fā)育區(qū)域多數(shù)都受到分化淋濾作用的影響。

4.3 蝕變作用

形成于高溫高壓環(huán)境的火成巖礦物往往發(fā)生次生蝕變，一般而言，基性的輝綠巖與玄武巖最易發(fā)生蝕變，中性的安山巖次之，酸性巖最不易發(fā)生蝕變。不同的巖性一般發(fā)生不同的蝕變類(lèi)型?；詭r易發(fā)生伊丁石化、蛇紋石化、綠泥石化、纖閃石化、鈉黝簾石化;中性巖易發(fā)生綠泥石化、鈉黝簾石化、沸石化、硅化、絹云母化、碳酸鹽化;酸性巖易發(fā)生石英巖化、硅化、高嶺土化、鈉長(zhǎng)石化?；鸪蓭r的蝕變一方面使礦物體積膨脹而堵塞孔隙，另一方面使得巖石的密度減小，致密性變差，從而為后期流體的溶蝕作用創(chuàng)造了條件。研究區(qū)多數(shù)玄武巖、安山巖以及部分輝綠巖均發(fā)生了不同程度的蝕變。

4.4 構(gòu)造作用

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得許多致密的火山巖產(chǎn)生了裂縫，構(gòu)造裂縫是改善火成巖物性的有效途徑，火成巖中的構(gòu)造裂縫不僅使孤立的原生氣孔得以連通，而且也充當(dāng)了一部分儲(chǔ)集空間，同時(shí)也是油氣運(yùn)移的主要通道。歧口凹陷中新生代主要經(jīng)歷了印支、燕山、喜馬拉雅等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了大量的斷層和裂縫，為火山巖的儲(chǔ)層發(fā)育提供了重要的條件。

4.5 次生礦物充填作用

充填作用主要與后生成巖作用階段發(fā)生的熱液活動(dòng)和地下水活動(dòng)有關(guān)［9］。歧口凹陷火成巖中可見(jiàn)各種次生礦物充填微裂隙和原生氣孔，常見(jiàn)的次生礦物主要有綠泥石、方解石和硅質(zhì)，不同的次生礦物或同一種次生礦物都表現(xiàn)出了多期次充填的特點(diǎn)，如研究區(qū)氣孔中充填的綠泥石可分為櫛殼狀綠泥石、細(xì)纖維狀綠泥石和較粗纖維狀綠泥石3期，方解石可分為泥晶方解石和亮晶方解石2期。這種多期次、多類(lèi)型的充填作用會(huì)使火成巖的孔隙度和滲透率明顯降低。

4.6 溶蝕作用

火成巖進(jìn)入深埋階段發(fā)生的次生溶蝕作用是形成次生孔隙的主要時(shí)期［10］。歧口凹陷中新生界火成巖具備發(fā)生次生溶蝕作用的因素:①火成巖以中基性巖為主，主要的造巖礦物為輝石、斜長(zhǎng)石和角閃石，穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易被酸性地下水溶解而形成次生孔隙，而石英、鉀長(zhǎng)石的含量相對(duì)較少;②歧口凹陷中新生界經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)生過(guò)大規(guī)模的構(gòu)造擠壓和拉伸作用，形成了大量的構(gòu)造裂縫和微裂縫，為酸性溶液提供了運(yùn)移、溶蝕的通道，并擴(kuò)大了溶蝕的空間;③歧口凹陷中新生界，發(fā)育了包括沙三段、沙二段、沙一段及東營(yíng)組4套生油層系，其生油巖的演化程度大都達(dá)到了中—高演化階段，可以產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，為次生溶蝕作用提供了基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

(1)歧口凹陷新生界火成巖以玄武質(zhì)熔巖占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次是輝綠巖，少量火山碎屑巖、火山碎屑熔巖、沉火山碎屑巖。中生界以中性安山巖、粗面安山巖為主，少量沉積火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖。

(2)研究區(qū)中新生界火成巖原生孔隙主要為氣孔和殘余氣孔，次生孔隙主要為斑晶溶孔、基質(zhì)溶孔和構(gòu)造裂縫。

(3)研究區(qū)各巖石類(lèi)型其儲(chǔ)集性能差別較大，非均質(zhì)性強(qiáng)?？傮w上來(lái)說(shuō)，安山巖和玄武巖物性最好，其次為輝綠巖和凝灰?guī)r，英安巖物性最差。

(4)構(gòu)造作用、風(fēng)化淋濾作用、溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層的改善作用非常明顯，充填作用主要對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育起破壞作用。蝕變作用一方面會(huì)堵塞孔隙破壞儲(chǔ)層，另一方面為后期流體的溶蝕作用創(chuàng)造了條件。

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編輯 黃華彪

TE122.2

A

1006－6535(2012)04－0033－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.009

20111130;改回日期:20120108

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“北疆、松遼盆地南部火山巖儲(chǔ)層成巖作用與有利儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)”(2011ZX05001－002－008)

郭永峰(1987－)，男，2009年畢業(yè)于西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為該校巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事火山巖油氣藏研究工作。