田 博，王偉鋒，鄒 娟

(中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

近年來，隨著油氣勘探技術(shù)的發(fā)展和能源需求的日益增長，火山巖油氣藏已成為油氣勘探的新領(lǐng)域。世界各地發(fā)現(xiàn)了一系列的火山巖油氣藏，如日本新瀉盆地吉井-東帕崎氣藏、印度尼西亞Jawa盆地Jatibarang油氣藏、阿根廷帕姆帕-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［1］等，顯示出火山巖油氣藏的巨大經(jīng)濟(jì)潛力。

我國的火山巖油氣藏勘探已經(jīng)歷50余年之久。我國火山巖分布面積廣，火山巖油氣資源量大［7］。在渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、松遼盆地、四川盆地等發(fā)現(xiàn)了一大批火山巖油氣藏(表1)。準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖儲層的研究與開發(fā)，顯示了火山巖油氣藏在我國油氣勘探中具有的極大潛力［1-5］。

我國的火山巖儲層具有分布范圍廣、受埋深壓實(shí)作用影響小、后期改造作用強(qiáng)、不具巖石類型專屬性的特點(diǎn)。另外，火山巖儲層巖性、巖相復(fù)雜，儲層空間展布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，孔、洞、縫發(fā)育，儲滲組合類型多，儲滲能力差異大，開發(fā)評價難度大［7］。正是由于這種特殊性和復(fù)雜性，火山巖儲層的研究還存在諸多問題:例如現(xiàn)在大多數(shù)火山巖儲層研究都是描述性的，如何向預(yù)測性方向轉(zhuǎn)變;如何有效地預(yù)測裂縫的發(fā)育部位與發(fā)育程度;如何界定火山巖儲層的深度界限以及如何解決中國東西部火山巖差異對儲層預(yù)測的影響等。

前人在研究火山巖儲層儲集空間類型及其影響因素時，只是對某一地區(qū)、某一火山巖油氣藏進(jìn)行研究，還沒有形成全面的、綜合的理論。筆者在國內(nèi)外對火山巖儲層儲集空間研究成果的基礎(chǔ)上，綜合地考慮了我國東西部盆地的火山巖儲層資料(特別是準(zhǔn)噶爾盆地和松遼盆地)，對火山巖儲層儲集空間及其影響因素進(jìn)行了分析。

1 儲集空間類型

在火山巖儲層發(fā)育過程中，由于受巖漿性質(zhì)、噴發(fā)活動模式和噴發(fā)環(huán)境等因素的影響，火山巖巖性、巖相類型多變;同時，火山巖儲層往往經(jīng)歷了多期的構(gòu)造作用、成巖作用及風(fēng)化淋濾作用等的改造，使火山巖儲層的儲集空間類型和孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性［8-11］。

1.1 儲集空間成因分類

主要分為原生儲集空間和次生儲集空間兩類(表2)。

表1 國內(nèi)外典型火山巖油氣藏(據(jù)石磊等［6］，2009)Table 1 Representative volcanic reservoirs in China and some foreign countries(after Shi Lei et al.，2009)

表2 火山巖儲集空間類型及成因(據(jù)黃亮，2009)Table 2 Types and genesis of the reservoir spaces of the volcanic reservoirs(after Huang Liang，2009)

原生儲集空間主要是指在巖漿噴發(fā)與冷卻過程中由巖漿揮發(fā)氣體和下覆巖石的蒸汽流所造成的氣孔，以及在巖漿冷卻、冷縮與結(jié)晶過程中形成的裂縫和孔洞;次生儲集空間指火山巖類巖石經(jīng)火山期后的熱液蝕變、地下水的溶蝕、風(fēng)化作用及構(gòu)造應(yīng)力作用等因素改造所形成的儲集空間。原生儲集空間和次生儲集空間又包括原生孔隙、原生裂縫、次生孔隙和次生裂縫(表2)，原生空間是火山巖儲集空間形成的基礎(chǔ)，次生空間是儲集空間的重要組成部分［12］。

當(dāng)形成火山巖的巖漿噴出地表時，巖漿的高溫與地面溫度形成巨大的溫差，巖漿極易在冷凝、結(jié)晶過程中干縮、脫水等形成收縮裂縫(圖1)，也稱冷凝收縮縫，包括成巖裂縫、晶間收縮縫、晶體內(nèi)微裂縫等。冷凝收縮縫在昌樂地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地中火山巖中十分發(fā)育。冷凝收縮縫常呈弧形、半圓形、圓形分布在氣孔或斑晶周圍，當(dāng)火山巖不均勻收縮時可形成網(wǎng)狀裂縫;在冷凝收縮縫特別發(fā)育的地方，可形成明顯的等溫面(圖2)，等溫面連續(xù)性很好，分布范圍也較廣［13-15］。

1.2 空間形態(tài)

空間形態(tài)可分為孔洞和裂縫兩種，其中孔洞主要包括氣孔、礫間孔、礫內(nèi)孔、晶間孔、晶內(nèi)孔和溶蝕孔等，裂縫主要包括冷凝收縮縫、晶間縫、晶內(nèi)縫、礫間縫、礫內(nèi)縫、風(fēng)化裂縫、成巖裂縫、節(jié)理、微裂縫、溶蝕縫和構(gòu)造縫等(圖1、圖4)。

圖1 惠民凹陷商743井火山巖儲層的冷凝收縮裂縫［15］Fig.1 Chilled contraction fissures of the volcanic reservoirs in the S-743 well in the Huimin depression(after Yang Xinming，2010)

圖2 昌樂縣北巖鎮(zhèn)二姑山火巖巖儲層的等溫面［15］Fig.2 Isothermal surface of the volcanic reservoirs in the Changle region(after Yang Xinming，2010)

火山巖油藏可謂“無縫不成藏”。裂縫的發(fā)育對火山巖儲層具有至關(guān)重要的作用，表現(xiàn)為兩個方面:其一，裂縫的存在為流體的流動提供了額外通道，增強(qiáng)了油氣的滲流能力;其二，裂縫也為油氣儲存提供了附加的儲集空間，增大了油氣的泄油能力和供油面積［19］。

一般來說，裂縫占火山巖儲層總孔隙度的比例一般不超過10%，即90%以上的儲集空間仍來自于孔隙［17］;裂縫不僅連通了其中的各種孔隙，為油氣的運(yùn)移提供了較大、較成熟的通道，而且只有當(dāng)裂縫發(fā)育，孔、洞、縫交織在一起時才能構(gòu)成油氣的儲集空間［2，10］。盡管部分裂縫會被其他物質(zhì)所充填，滲流通道被堵塞，阻礙了其對滲透率的貢獻(xiàn)［19］，但從整體來分析，裂縫在火山巖儲層的發(fā)育中是不可缺少的因素。

圖3 松遼盆地長嶺斷陷火山巖裂縫微觀特征［18］Fig.3 Microscopic examination of the volcanic fissures in the Changling depression，Songliao Basin(after Lu Jianlin et al.，2009)

火山巖在經(jīng)歷了成巖作用、次生作用及多期構(gòu)造應(yīng)力作用后，裂縫主要有成巖收縮縫、風(fēng)化裂縫、構(gòu)造裂縫3種，其分布主要受斷層、構(gòu)造、巖性巖相、風(fēng)化、淋濾等作用控制［30］。一般來說，火山巖裂縫多發(fā)育在斷層帶、局部構(gòu)造帶及風(fēng)化淋濾帶的附近。不同的巖性巖相其裂縫發(fā)育程度也不同:從近火山口相帶到遠(yuǎn)火山相帶裂縫發(fā)育程度依次減弱;不同微相之間的交界面，特別是不同冷凝周期之間的界面，也是一個原生弱面，沿此界面也容易發(fā)育裂縫;氣孔玄武巖裂縫發(fā)育程度最高，火山角礫巖和凝灰?guī)r的裂縫發(fā)育程度次之［10、32］。

儲集層孔隙類型還應(yīng)包括節(jié)理縫［15］。昌樂地區(qū)火山噴出巖中節(jié)理構(gòu)造十分發(fā)育，常見的聯(lián)片分布的有豎直狀節(jié)理、放射狀節(jié)理、柱狀節(jié)理等(圖5)。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣石炭系火山巖儲層儲集空間類型［16］Fig.4 Types of the reservoir spaces of the Carboniferous volcanic reservoirs on the northwestern margin of the Junggar Basin(after Li Jun et al，2008)

圖5 昌樂縣桃花山火山通道垂直狀節(jié)理(a)和節(jié)理頂面(b)［15］Fig.5 Vertical joints(a)and apical view of the joints(b)within the volcanic channels in Changle(after Yang Xinmin，2010)

2 儲集空間的影響因素

通常情況下，在火山巖儲層的形成過程中，其儲集空間的發(fā)育主要經(jīng)歷5個演化階段:原生儲集空間形成階段、風(fēng)化淋濾階段、淺埋成巖階段、構(gòu)造斷裂階段和深埋溶蝕階段［1］。每個階段獨(dú)特的演化特征造成火山巖儲集空間類型的多樣性。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(fù)雜的?；鹕綆r形成時雖然有原生孔隙存在，但主要表現(xiàn)為孤立的孔洞，儲集性能較差，儲層的孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不利于油氣的運(yùn)移和聚集成藏［19］。如果后期經(jīng)歷不同程度的成巖作用、風(fēng)化作用和構(gòu)造運(yùn)動等的改造，火山巖儲滲能力將得到改善，有利于形成良好的儲集層［20］。

影響火山巖儲集空間的因素主要包括火山巖的巖性巖相、風(fēng)化淋濾作用、成巖作用、構(gòu)造作用、埋深、巖漿性質(zhì)及巖漿活動類型、火山噴發(fā)環(huán)境和烴堿流體作用等，其中，巖性巖相、構(gòu)造作用、風(fēng)化淋濾及成巖作用在對儲集空間的改造中起著關(guān)鍵作用。

2.1 巖性巖相

對于火山巖儲層而言，巖性巖相決定了原生孔隙類型及孔隙的發(fā)育程度，從而造成不同巖性、不同巖相的火山巖儲集能力存在差異。

不同巖性條件從根本上決定了儲集空間的發(fā)育程度與規(guī)模，無論是原生孔隙還是次生孔隙，無不受巖石類型的影響，巖石類型是影響火山巖儲集儲集空間的直接因素。

不同巖性的火山巖因成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不同，其物理性質(zhì)及化學(xué)成分不同，因此對后期成巖作用和構(gòu)造作用的響應(yīng)明顯不同，裂縫的發(fā)育程度不同。一般來說，火山碎屑巖的粒度較粗，原始孔隙度較大，后期的改造作用形成的裂縫及由溶蝕等作用產(chǎn)生的次生孔隙導(dǎo)致儲層孔隙度的增加，減弱了壓實(shí)固結(jié)作用對孔隙度的影響;火山熔巖由于內(nèi)部較致密，孔隙度較小［24］;不同巖性的火山巖所具有的空間類型也不同，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中巖石顆粒細(xì)，物性差，原生裂縫不發(fā)育，微裂縫和溶蝕縫較發(fā)育(圖6)［1］;中性火山碎屑巖較基性火山碎屑巖的裂縫發(fā)育程度高，粒間溶蝕孔隙發(fā)育。［21-24］根據(jù)前人研究，不同類型火山巖的裂縫發(fā)育程度亦不同，一般來說，流紋巖→安山巖→玄武巖，裂縫的發(fā)育程度依次增高;凝灰?guī)r→火山角礫巖→次火山巖，裂縫的發(fā)育程度也依次增高［15］。

火山巖巖相對其儲集空間類型及物性影響較大，不同火山巖巖相成所形成的巖石類型、巖石結(jié)構(gòu)、孔隙發(fā)育程度及其裂縫形成機(jī)理亦不同［25］。

不同的巖相、亞相具有不同的孔隙空間類型，同巖相的不同亞相儲集層物性可能差別很大(表3、表4)，因?yàn)楦飨嗪透鱽喯鄮r石的結(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［26］。一般來說，火山口和近火山口相帶中火山巖層厚度大，風(fēng)化淋濾作用時間相對較長，構(gòu)造裂縫較發(fā)育，儲層的孔隙性和滲透性都較高;遠(yuǎn)離火山口儲層厚度變薄，物性變差。不同火山巖相的儲集空間也有差異，火山通道相儲集空間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，主要儲集空間包括礫間孔、粒間孔和少量氣孔等;火山噴溢相熔巖原生氣孔和收縮縫發(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［1、28］。

表3 遼河?xùn)|部凹陷火山巖儲層分類評價表［27］Table 3 Evaluation of the volcanic reservoirs in eastern Liaohe Basin(after Xu Hao et al.，2010)

表4 惠民凹陷商741沙一段火山巖不同亞相儲層孔滲特征［28］Table 4 Porosity and permeability ofthe volcanic reservoirs from different subfacies in the Huimin depression(after Wang Mingjian et al.，2010)

2.2 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用對火山巖儲層儲集空間的影響是多方面的。首先，構(gòu)造運(yùn)動可引發(fā)多期次、多火山口的火山噴發(fā)，使火山巖大面積分布，是火山巖儲層形成的基礎(chǔ)。據(jù)不完全統(tǒng)計，火山巖多沿深大斷裂展布，一般在共軛斷裂、次級斷裂交叉處發(fā)育;其次，構(gòu)造運(yùn)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(fēng)化淋濾作用，使巖石中原生孔縫進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大，孔縫間的連通性進(jìn)一步提高，從而提高火山巖儲層的孔隙性，形成優(yōu)質(zhì)儲層;另外，構(gòu)造運(yùn)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(jī)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［1、36-37］;最后，構(gòu)造作用可以促使斷層的形成，使深部的地下水和酸性流體通過斷層通道上涌，并通過裂縫接觸和作用于火山巖，對其產(chǎn)生溶蝕作用，產(chǎn)生大量的次生孔隙并且擴(kuò)大原生孔隙，從而提高了火山巖的儲集性能(圖7)。多期次的構(gòu)造運(yùn)動可導(dǎo)致裂縫的多期性，常?？梢砸姷皆缙诹芽p被晚期裂縫所切割［1］。

2.3 成巖作用

圖7 構(gòu)造作用對火山巖儲層的影響Fig.7 The effects of structural processes on the volcanic reservoirs

在火山巖儲集空間發(fā)育的過程中，成巖作用對其影響主要體現(xiàn)在對儲層原生孔隙的破壞和促進(jìn)次生孔隙的發(fā)育與分布上。一方面導(dǎo)致火山巖儲層中原生孔隙的次生充填，降低了儲滲性能;另一方面也導(dǎo)致溶蝕孔、縫的形成，改善了儲集性能［31］。例如，流紋巖和粗面巖富Na2O、K2O，其易于淋濾溶蝕，形成次生孔隙;而安山巖、玄武巖富Al2O3、FeO、MgO、CaO，易于蝕變沉淀，以致孔隙被充填。

火山巖成巖作用分為早期和晚期兩個階段，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(shí)膠結(jié)、充填、壓實(shí)壓溶、熔結(jié)等;起建設(shè)作用的成巖作用主要有冷凝收縮、脫玻化、揮發(fā)份的逸散、溶蝕、蝕變交代等［19、34］。其中，溶蝕作用是影響火山巖儲層形成的比較關(guān)鍵的成巖作用，在火山巖儲層中溶蝕孔特別發(fā)育(圖8)，溶蝕孔隙的成因有兩個因素: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［1］。

2.4 風(fēng)化淋濾作用

在中國東、西部已發(fā)現(xiàn)的火山巖儲層中，西部火山巖風(fēng)化殼儲層較多，受風(fēng)化淋濾作用明顯，其主控因素是不整合面;而東部火山巖儲層主要受控于斷裂和巖相，風(fēng)化淋濾作用改造較弱。目前，在火山巖儲層研究中，在風(fēng)化殼或不整合面中已發(fā)現(xiàn)了規(guī)模較大的火山巖油氣藏，比如在準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地均發(fā)現(xiàn)了這種良好的風(fēng)化殼型儲集層。準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)育上石炭統(tǒng)火山巖風(fēng)化殼油氣藏組合，三塘湖盆地的馬17井及馬19井中具有風(fēng)化殼油氣顯示。風(fēng)化殼儲層中，物性和儲集條件總體都較好，如在滴西17井中，風(fēng)化殼儲層的孔隙度可達(dá)15% ～28%，滲透性較好［40-41］。

一般來說，火山巖風(fēng)化殼垂向上可分A、B、C、D 4個帶［39］。A帶為風(fēng)化殼之上的沉積蓋層;B帶為風(fēng)化殼上帶，該帶的孔隙度分布特征是，隨深度增加，孔隙度逐漸增大至最大值;C帶為風(fēng)化殼下帶，該帶孔隙度隨深度增加而逐漸減小至最小值;D帶為致密火成巖帶。有效的儲集空間發(fā)育于B帶和C帶。

影響風(fēng)化殼儲層發(fā)育的因素較多，主要為巖性、巖相、間斷時間、斷裂及距不整合面的距離等。一般來說，在風(fēng)化殼儲層中，中酸性火山巖的孔隙度要比基性火山巖高?？诐B性也與巖石類型有關(guān)，如在遼東灣JZ20-2構(gòu)造，火山巖風(fēng)化殼儲層中的主要儲集巖是安山質(zhì)自碎屑角礫熔巖和安山質(zhì)火山角礫巖;在滴南凸起的火山巖儲層中，距不整合面小于350m之內(nèi)存在兩個孔隙發(fā)育帶，其一在不整合面附近，其二距不整合面200～350m，最大孔隙度可達(dá)25%［40-41］。

2.5其它影響因素

火山巖儲層儲集空間還受埋深、巖漿性質(zhì)、火山噴發(fā)環(huán)境、烴堿流體作用、構(gòu)造作用的影響。

一般來說，火山巖一旦形成后都具有較強(qiáng)的剛性，上覆地層對其影響不大。因此，深部地層中的火山巖仍然可能形成良好儲集層［19］。就巖漿的性質(zhì)而言，酸性火山巖的儲集物性要優(yōu)于中性巖，基性火山巖相對較差［35］?；鹕綆r在淺水或陸上環(huán)境中噴發(fā)時，由于揮發(fā)份易于逃逸，所以形成大量的原生孔隙;當(dāng)火山巖在深水環(huán)境中噴發(fā)時，揮發(fā)份不易逃逸，不利于原生孔隙的形成［1］。烴堿流體作用主要表現(xiàn)在地層深部的烴堿流體主要沿深大斷裂上涌，通過堿交代作用和溶解作用，廣泛作用于火山巖儲層，從而有益于次生孔隙和次生孔隙帶的形成［37］。

3 結(jié)論

(1)原生儲集空間常常表現(xiàn)為孤立的孔洞，是火山巖儲層儲集空間形成的基礎(chǔ)，次生儲集空間是儲集空間的主要組成部分，裂縫連通了各種孔隙，使原生儲集空間成為有效的儲集空間;節(jié)理縫也是重要的儲集空間類型。

(2)影響火山巖儲集空間發(fā)育的因素有多種:巖性巖相是火山巖儲層形成與分布的基礎(chǔ)，決定了儲集空間的發(fā)育程度與規(guī)模;構(gòu)造作用、風(fēng)化淋濾作用是次生孔縫產(chǎn)生的重要條件;成巖作用在進(jìn)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。其它因素包括埋深、巖漿性質(zhì)、火山噴發(fā)環(huán)境、烴堿流體作用等。

圖8 松遼盆地長嶺斷陷火山巖溶蝕孔［18］Fig.8 Solution openings in the volcanic rocks from the Changling depression，Songliao Basin(Lu Jianlin et al.，2009)

(3)火山巖儲層在我國東、西部存在明顯的差異，其主要由于風(fēng)化淋濾作用的差異所導(dǎo)致。

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