長嶺斷陷火山巖成巖作用與孔隙演化特征

陳 亮

（中國石化股份有限公司勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000）

長嶺斷陷營城組火山巖發(fā)育?；鹕綆r作為儲層，從形成到最終定型，孔隙都處于相對動態(tài)的演化之中。不同火山巖原生、次生孔隙及其形成機理均有所差異?；鹕綆r儲層孔隙演化主要是指后生成巖作用對原生孔隙及部分早先形成的次生孔隙進行改造的結(jié)果，本文著重于長嶺斷陷營城組火山巖在成巖作用下的孔隙演化特征的分析。

1 不同類型火山巖孔隙演化特征

長嶺斷陷營城組主要發(fā)育流紋巖、凝灰?guī)r和玄武巖。以下根據(jù)具體實例說明這幾類火山巖的孔隙特征。

1.1 流紋巖

圖1為腰深6井的流紋斑巖，后期孔隙演化特征為：成巖形成的原始“杏仁”狀氣孔被成巖期含有玻璃質(zhì)及基質(zhì)包體的圓粒狀及雙錐狀石英充填（左圖），現(xiàn)有孔隙主要是粒間、晶間微孔隙、顆粒及方解石膠結(jié)物的溶蝕孔隙和構(gòu)造裂縫（右圖）。

圖2為腰深102井含氣層段流紋巖，圖中最明顯的孔隙變化特征是原始冷凝縫已被膠（凝）結(jié)堵塞、后期裂隙已被石英膠結(jié)（左圖），現(xiàn)有孔隙主要為基質(zhì)溶蝕微孔隙，部分長石斑晶被溶蝕（右圖）。

圖3為腰平4井扉細流紋巖，主要孔隙演化特征為原始裂縫被充填；后期成巖溶孔、溶縫發(fā)育；在溶孔中形成晚期晶形較好的石英及鈉長石。

圖1 流紋斑巖，YS6井（4164m）

圖2 流紋巖，YS102井（3772.3m）

圖3 扉細流紋巖，腰平4井（3829m）

1.2 凝灰?guī)r

圖4為腰深3井流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，孔隙演化特征：原生斑晶裂隙被硅化、泥化充填、成巖后期產(chǎn)生裂縫（部分壓溶縫）、流體沿孔隙溶蝕，增加了空間，晚期硅化及碳酸鹽化又使部分孔隙充填?，F(xiàn)有孔隙主要為粒間微孔隙、晶屑及基質(zhì)溶蝕孔隙，溶孔溶縫中可見短柱狀、板狀鈉長石、石英及假六方板狀礦物（綠泥石）充填。

圖5為腰深102井流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，原生裂縫及孔隙被成巖作用石英充填（左圖中孔壁為櫛殼狀晶體環(huán)繞的部位）而大大減少，晚期構(gòu)造裂縫發(fā)育使孔隙改善（中圖）。鉀長石斑晶多發(fā)生溶蝕，溶孔中見片狀礦物伊利石充填?，F(xiàn)有孔隙主要為斑晶溶孔、基質(zhì)溶孔、交錯的構(gòu)造縫（右圖）。

圖4 流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，YS3井（3530m）

圖5 流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，YS10井（3657m）

1.3 玄武巖

圖6為雙1井杏仁狀玄武巖，從圖6中可以看出，原始杏仁孔已被充填并蝕變成綠泥石，早期的裂縫也被碳酸鹽礦物膠結(jié)，僅見少量晶間和粒內(nèi)溶蝕孔隙。

圖6 杏仁狀玄武巖，雙1井（2407m）

2 不同成巖作用階段孔隙演化特征

2.1 表生作用階段

主要是指火山巖熔（凝）結(jié)成巖后暴露地表至淺埋階段前所發(fā)生的成巖作用。大氣淡水的淋濾、溶蝕，產(chǎn)生溶蝕孔、洞、縫；同時外來物質(zhì)也可能發(fā)生沉淀或膠結(jié)，使原始孔隙減少。

一般而言，巖相不同（如爆發(fā)相與溢流相）所產(chǎn)生的結(jié)果是不同的。對熔結(jié)形成的火山巖，風化、淋濾特別是滲流作用只發(fā)生在上部表層（如長時間的風化淋濾、外來物質(zhì)對表層裂隙的充填）及原生孔隙發(fā)育的部位（如溢流相的上亞層可能發(fā)生橫向順層滲流，對巖石產(chǎn)生溶解或沉淀）。爆發(fā)相如凝灰?guī)r，雖基質(zhì)顆粒細小、致密，但在滲流階段，地表水可能會對整個巖層有影響，但總體不會發(fā)生大的溶蝕作用。圖7為腰深101井熔結(jié)凝灰?guī)r，原始孔縫中充填了巖屑和晶屑，可能是風化淋濾階段產(chǎn)物或成巖作用的產(chǎn)物。由于表生作用所發(fā)生的風化淋濾現(xiàn)象在后期成巖階段常被改造（溶解、膠結(jié)或重結(jié)晶等），一般情況難以識別，鏡下特征也不明顯。

圖7 熔結(jié)凝灰?guī)r，YS101井（3707m）原生孔縫中填巖屑、晶屑

2.2 淺埋成巖作用階段

火山巖體淺埋于地下，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。淺埋階段爆發(fā)相首先要凝結(jié)成巖。對熔結(jié)類火山巖而言，淺埋的壓實作用并不明顯。但流體的活動對孔隙空間有較大的影響，主要表現(xiàn)在孔隙的溶解和膠結(jié)。

圖8為腰深102井流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，原始氣孔壁上的鐵質(zhì)物可能為早期流體溶解、富集并凝結(jié)的產(chǎn)物；孔隙壁櫛殼狀石英膠結(jié)物應為早中期成巖作用產(chǎn)物。原始孔隙在早期成巖階段受到了溶解和部分充填，相當部分的晶屑、巖屑冷凝收縮縫已被膠結(jié)而不具孔滲性。

圖8 流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，YS102井

2.3 構(gòu)造作用階段

構(gòu)造應力的作用使火山巖體發(fā)生斷裂、破碎，使部分原生孔隙形態(tài)大小發(fā)生改變，同時產(chǎn)生大量構(gòu)造裂縫，提高了巖體的滲透性，可使不同部位的孔隙連通；同時為流體運移產(chǎn)生了更為有利的通道?？傮w而言，構(gòu)造作用對儲層的孔滲性更為有利。如圖9所示，構(gòu)造裂隙使原生孔隙擴大并相互連通（左上）。

圖9 流紋質(zhì)火山角礫巖，YS101井

2.4 深埋成巖作用階段

隨著上覆巖層的加載，溫度增高，壓力加大，部分構(gòu)造薄弱帶的巖石將被壓實、壓溶，使孔隙減少；而深部熱液及酸性流體作用，又會使火山巖中部分物質(zhì)發(fā)生溶解，形成一些深部溶蝕孔、洞、縫；同時，另一些物質(zhì)也可能發(fā)生沉淀充填作用。

如圖5左圖中的壓溶現(xiàn)象、圖2左圖中裂隙被石英充填等現(xiàn)象，使原生及次生孔隙減少；圖3中的溶蝕現(xiàn)象，形成溶孔、溶縫，從而增加了儲層空間。

3 成巖后生作用對孔隙演化的影響

雖然火山巖儲集空間形成、演化非常復雜，但成巖作用造成的孔隙演化結(jié)果只有2個：充填和溶解?？紫侗怀涮睿档土藘B性能；溶蝕孔、縫的形成，改善了儲集性能。

長嶺斷陷火山巖儲層孔隙演化所受到的成巖作用主要有：充填作用、脫?；饔?、交代作用、機械壓實壓溶作用、膠結(jié)作用和溶解作用。其中充填作用、機械壓實、壓溶作用、交代作用和膠結(jié)作用一般會使火山巖儲層的孔隙減少，降低儲層的孔滲性；而脫?；饔?、特別是溶解作用會產(chǎn)生新的次生孔隙，增加儲層的孔滲性。

充填作用主要與后生成巖作用階段發(fā)生的熱液活動和地下水活動有關，在營城組火山巖中較為常見，主要表現(xiàn)為氣孔充填、裂縫充填、粒間孔充填和溶蝕孔的再充填。如圖7所示，圖7中原杏仁狀孔隙被石英晶屑充填，孔隙減少。

脫?；饔檬腔鹕讲ＡщS時間和溫度、壓力的變化，逐漸轉(zhuǎn)化為雛晶或微晶的作用?；鹕讲Ａг诔蓭r作用過程中可以轉(zhuǎn)化為蒙脫石、蛋白石和沸石類礦物。如圖10所示，為腰深3井凝灰?guī)r鑄體薄片，巖片由晶屑、火山塵等組成，火山塵均已脫玻化，呈扉細結(jié)構(gòu)。脫?；饔每梢援a(chǎn)生少量晶間和粒間孔。

圖10 凝灰?guī)r，腰深3井（3532m）

交代作用主要是由后生成巖作用階段地層水或地下熱液對火山巖作用產(chǎn)生的，其作用類型有方解石交代原生顆粒及基質(zhì)、綠泥石交代長石、濁沸石交代基質(zhì)等現(xiàn)象。圖11為腰深3井晶屑凝灰?guī)r，其中部分長石斑晶被碳酸鹽礦物所交代；圖12可見孔隙中的長石被綠泥石交代（熱液蝕變）。

圖11 流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，腰深3井（3530m）

圖12 巖屑、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，雙1井

機械壓實壓溶作用在后生成巖作用階段普遍存在，常使原先孔隙減少，巖石致密。但一般而言，壓實作用對火山熔巖的影響并不明顯，而在火山碎屑巖中表現(xiàn)強烈。圖4（左圖）中為壓溶產(chǎn)生的壓溶縫。

膠結(jié)作用發(fā)生在晚期成巖作用階段埋藏作用期，膠結(jié)作用可以使孔隙減少，儲層物性變差。起膠結(jié)作用的物質(zhì)主要為伊利石、綠泥石、方解石和石英。一般而言，孔隙中碳酸鹽礦物的膠結(jié)意味著流體酸度降低，溶解于流體中的碳酸鹽析出結(jié)晶；而孔隙中自生石英的形成，往往是酸性流體作用的結(jié)果。圖2（左圖）、圖8中可見溶孔、裂縫中成巖作用期石英的膠結(jié)、充填；圖13則為成巖晚期，孔隙中碳酸鹽膠結(jié)、充填現(xiàn)象。

圖13 成巖晚期孔隙中碳酸鹽膠結(jié)、充填現(xiàn)象雙1井，2407.19m），玄武巖，上：薄片，下：陰極發(fā)光

溶解作用可以產(chǎn)生大量的次生孔隙，在營城組火山熔巖和火山碎屑巖中均見有溶解作用形成的次生孔隙（圖3及圖14）。由于巖石中大量溶蝕孔隙的存在，大大改善了儲層的孔滲性，為長嶺斷陷營城組氣藏的形成提供了有利的儲集條件。腰深101井在3765～3793m流紋巖段發(fā)現(xiàn)的高產(chǎn)氣藏，主要可能與相應儲層中好的溶蝕孔隙發(fā)育有關（圖4）。

圖14 凝灰?guī)r中溶蝕孔隙，YS101井（3760m）

4 結(jié)論

長嶺斷陷營城組主要發(fā)育流紋巖、凝灰?guī)r和玄武巖，其儲集空間形成、演化非常復雜，通過對成巖作用及成巖后生作用分析，長嶺斷陷營城組火山巖儲層孔隙類型主要為：殘留的原生孔隙、成巖后期溶蝕孔隙及部分晶間、粒間孔，其中以溶蝕孔隙為主。

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