閔橋地區(qū)火山巖油氣儲層特征及油氣成藏規(guī)律分析

劉金華，葛政俊

(中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225012)

閔橋地區(qū)火山巖油氣儲層特征及油氣成藏規(guī)律分析

劉金華，葛政俊

(中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225012)

江蘇油田閔橋地區(qū)火山巖油藏為典型多期次噴出玄武巖油藏，通過巖心觀察和實驗分析，認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育熔巖和火山沉積巖兩大類火山巖，火山巖儲層發(fā)育原生和次生兩類儲集空間，并具有中-低孔隙度、低滲透率、強(qiáng)非均質(zhì)性等特點。通過單井和剖面等研究，認(rèn)為研究區(qū)火成巖發(fā)育多個期次，每個期次又可劃分為4種巖相類型，不同巖相具有不同的孔隙特征。在斷層發(fā)育、裂縫分布等的分析基礎(chǔ)上認(rèn)為，研究區(qū)正斷層不僅控制著火山巖的厚度，并且控制了構(gòu)造裂縫的發(fā)育，裂縫的出現(xiàn)溝通了氣孔、溶孔等孔隙，形成了火山巖的有效儲層，最終來自于深凹的油氣通過斷層在該處火山巖聚集，在此認(rèn)識基礎(chǔ)上提出了研究區(qū)斷-縫-孔成藏模式。

蘇北盆地；閔橋地區(qū)；火山巖；儲層特征；巖相；成藏模式

從20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外專家學(xué)者已對火山巖油氣儲層進(jìn)行了多方面的研究，主要在火山巖巖相劃分、火山巖裂縫預(yù)測、火山巖儲層地震識別等方面，從火山巖的巖石礦物成分到巖相特征，從原始孔隙到構(gòu)造形成的裂縫等均進(jìn)行了細(xì)致的描述、識別和預(yù)測等的研究。該類研究多以火山巖巖性研究入手，進(jìn)而對火山巖的巖相進(jìn)行劃分和分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行火山巖的油氣儲層空間類型及分布規(guī)律研究，最終揭示火山巖油氣藏的控制因素及分布規(guī)律[1-5]。該方面的研究雖已取得了一系列的研究成果，但由于火山巖油藏儲層非均質(zhì)性的復(fù)雜程度極高，不同地區(qū)火山巖在巖石成分、孔隙特征、油藏分布規(guī)律等方面均存在較大差異，因而各個地區(qū)的火山巖油藏研究方向的側(cè)重點有所不同。本次研究針對多期次噴出玄武巖油氣藏開展油氣儲集空間及富集規(guī)律研究，為閔橋地區(qū)和相似火山巖油藏的滾動開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)和研究方法。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇北盆地位于江蘇省中北部地區(qū)，內(nèi)部劃分為4個呈近東西向展布的二級構(gòu)造單元，由南向北分別為東臺坳陷、建湖隆起、鹽阜坳陷和濱海隆起。金湖凹陷位于東臺坳陷的西部，南為通揚(yáng)隆起，西北與建湖隆起相連，東與高郵凹陷相望。閔橋地區(qū)位于金湖凹陷東南部閔橋背斜構(gòu)造帶上，東南與菱塘橋低凸起相鄰，北與氾水次凹相接，西與楊家壩、卞東油田相連，閔橋地區(qū)被一系列北東向和近東西向的斷層切割成若干個斷鼻和斷塊(圖1)[3-7]。

圖1 江蘇油田閔橋地區(qū)位置

金湖凹陷閔橋地區(qū)火山巖分布廣泛，從白堊系的泰州組至新近系的鹽城組發(fā)育有多套火山巖。目前已發(fā)現(xiàn)火山巖油藏主要分布于阜寧組地層，已在阜寧組構(gòu)造的中部和北部的多個斷塊上發(fā)現(xiàn)了阜二段和阜一段火山巖油藏，探明含油面積約10 km2，可動用地質(zhì)儲量七百多萬噸。本次針對火山巖儲層的儲集空間和油氣成藏規(guī)律開展研究，為該區(qū)火山巖油氣滾動開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)[6-8]。

2 火山巖儲層巖礦特征

閔橋地區(qū)火山巖的巖石類型主要有兩大類：熔巖和火山沉積巖，以熔巖為主。熔巖主要為玄武巖類，研究區(qū)玄武巖主要為噴出巖，從油氣儲集空間角度可以分為氣孔玄武巖、杏仁狀玄武巖、致密玄武巖三類；火山沉積巖主要包括火山角礫巖、凝灰?guī)r等[9-11]。

2.1 火山熔巖

2.1.1 氣孔玄武巖

氣孔玄武巖是發(fā)育于單期次火山噴出巖頂部或底部具有大量氣孔構(gòu)造的玄武巖，是研究區(qū)最主要的油氣儲層之一。這類玄武巖由于多出露于空氣中或與水接觸，?？梢娧趸蛄転V等現(xiàn)象，因而單期次火山噴出巖經(jīng)常出現(xiàn)“紅頂”或“綠頂”等現(xiàn)象，這也是判別單期次火山噴出巖頂部的標(biāo)志之一。氣孔玄武巖中的氣孔及溶蝕孔洞是本區(qū)最重要的一種儲層類型[12]。氣孔玄武巖中氣孔形狀和大小差異巨大，多為圓形、橢圓形或不規(guī)則形。研究區(qū)氣孔玄武巖中氣孔含量多大于5%，氣孔的形態(tài)和大小在單期次噴出巖中變化較大，多數(shù)氣孔徑長為0.5 cm左右，其底部常見橢圓狀氣孔，主要由于噴出巖的自身重力作用形成[13-15]。

2.1.2 杏仁狀玄武巖

杏仁狀玄武巖是氣孔玄武巖中的氣孔全部或大部被方解石、綠泥石等充填所形成的。杏仁狀玄武巖同樣分布于單期次噴出巖的頂部和底部，杏仁的大小和形狀由噴出巖氣孔的形態(tài)決定。在單期次噴出巖的頂部，玄武巖由于風(fēng)化、淋濾等作用，在巖體頂部形成節(jié)理或裂縫，與杏仁狀構(gòu)造的形成原理相同，方解石、綠泥石等在節(jié)理或裂縫中充填，形成脈狀物，此類脈狀充填物也是杏仁狀玄武巖識別標(biāo)志之一。

2.1.3 致密玄武巖

致密玄武巖是噴出的熔巖在冷卻過程中，溫度下降相對平穩(wěn)，沒有大量的氣孔發(fā)育，各種礦物結(jié)晶程度較高所形成的致密巖石。致密玄武巖在沒有后期構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈改造的情況下，很難作為油氣儲層。研究區(qū)致密玄武巖顏色以黑色、深灰色為主，其次為灰色、紫紅色；顏色差異的形成原因與氣孔、杏仁狀玄武巖相同，也是由于風(fēng)化或者氧化的程度不同所造成。該類玄武巖常分布于單期巖流單元的中部或中下部，多發(fā)育垂直于熔巖流表面的柱狀節(jié)理。

2.2 火山沉積巖

火山沉積巖是火山爆發(fā)過程中噴發(fā)的一些碎屑物質(zhì)沉積形成的一類巖石，多與少量正常的碎屑沉積物相伴生，例如石英顆粒等。基于火山碎屑物質(zhì)的不同，研究區(qū)火山沉積巖分為三種：火山角礫巖、凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)鮞狀泥巖，其中以第一種巖性為主，后兩種比較少見。

研究區(qū)火山角礫巖主要由多孔的熔渣狀玄武巖角礫(72%)、泥巖碎屑(18%)、膠結(jié)物(8%)和石英顆粒(2%)等組成，膠結(jié)物的成分主要為泥質(zhì)(5%)、綠泥石-蒙脫石(2%)和方沸石(1%)?；鹕浇堑[巖礫石粒徑差異性大，從2～10 cm均有發(fā)育，礫石多為次棱狀或次圓狀。膠結(jié)物鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，方沸石晶體為柱粒狀分布，綠泥石-蒙脫石多為球粒狀扇形集合體分布。火山角礫巖也是研究區(qū)的主要油氣儲層之一，儲集空間主要為礫間孔。

3 火山巖儲層儲集特征

火山巖的儲集層特征復(fù)雜，定量描述難度大。因而本次研究針對火山巖儲層的儲集空間特征和物性特征開展研究，從定量方面分析儲層物性特征。

3.1 火山巖儲層儲集空間特征分析

火山巖儲層的儲集空間類型多而復(fù)雜，已有研究成果存在多種分類方法。本次研究選取常用的成因分類法，將閔橋地區(qū)火山巖儲層的儲集空間類型劃分為兩類：原生儲集空間和次生儲集空間。

3.1.1 原生儲集空間

原生儲集空間生成于火山巖噴發(fā)和形成過程中，又可分為原生孔隙和原生節(jié)理兩類，前者包括氣孔、粒間孔和晶間孔等，后者以柱狀和層狀節(jié)理為主。

氣孔：是火山噴出巖漿在快速冷卻過程中，揮發(fā)組分在巖石中保存形成的。研究區(qū)火山巖中氣孔發(fā)育廣泛，部分氣孔在成巖過程中容易被充填，形成杏仁狀構(gòu)造，但部分杏仁狀構(gòu)造后期又被溶蝕，因而出現(xiàn)半充填或者溶蝕氣孔。氣孔形態(tài)不規(guī)則，一般以近圓狀、橢圓狀為主，大小變化大。

粒間孔：火山噴發(fā)碎屑顆粒沉積后保留下的孔隙，主要發(fā)育于火山碎屑巖中。粒間孔很少被后來物質(zhì)所充填，多與孔、縫相連，含油性好。

晶間孔：是火山碎屑巖發(fā)育的自生礦物晶體之間發(fā)育的孔隙，該類孔隙完全在成巖過程中形成，多分布于膠結(jié)物中，如石英膠結(jié)物中的晶間孔。這一類孔隙發(fā)育很少，而且其可作為油氣儲集的有效空間也非常有限。

原生節(jié)理：是熔巖冷卻過程中，差異性收縮而產(chǎn)生的。原生節(jié)理多分布于單期次噴發(fā)巖流的中、下部以及火山口的頂部，噴出巖的頂部雖然冷卻速度快，但是由于氣孔等的調(diào)節(jié)作用，應(yīng)力釋放相對徹底，原生節(jié)理發(fā)育較少。由于節(jié)理在后期成巖過程中一般為其它物質(zhì)所充填，含油性差。

3.1.2 次生儲集空間

次生儲集空間是在火山巖成巖之后形成的各種孔、縫、洞等儲集空間，是風(fēng)化、溶蝕以及構(gòu)造應(yīng)力等作用所產(chǎn)生的。次生儲集空間也可分為次生溶蝕孔、次生節(jié)理兩類，前者如溶蝕孔縫洞、晶體溶縫等；后者包括構(gòu)造節(jié)理及風(fēng)化裂縫等。

次生溶蝕孔：是火山巖在后期成巖過程中被溶蝕形成的各種孔、縫、洞等。該類孔隙主要分布于單期次巖流的上部和火山碎屑巖之中，主要是該巖相中存在大量原生孔縫，更利于流體的流動，因而更易形成次生溶蝕孔。次生溶蝕孔多呈未充填-半充填狀，含油性好。

次生節(jié)理：是火成巖在后期應(yīng)力作用下形成的節(jié)理或裂縫，包括構(gòu)造節(jié)理和構(gòu)造裂縫，在研究區(qū)以構(gòu)造裂縫為主。構(gòu)造裂縫是構(gòu)造節(jié)理在應(yīng)力作用下發(fā)生明顯位移形成的，其延續(xù)了構(gòu)造節(jié)理的發(fā)育形態(tài)和發(fā)育規(guī)模，但是在裂縫兩邊的巖石發(fā)生了明顯的位移，構(gòu)造裂縫一般比構(gòu)造節(jié)理的開度要大。從巖心中可見到高角度的雁列式張裂縫和低角度的微裂縫。

3.2 火山巖儲層物性特征

研究區(qū)火山巖的常規(guī)物性表現(xiàn)以中-低孔隙度、低滲透率為特點。通過大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，研究區(qū)中-低孔隙度、低滲透率儲層占49.8%，中孔隙度、低滲透率儲層占25.8%，中孔、中滲儲層占22.3%，高孔、高滲儲層非常少見。

通過全直徑孔隙度、滲透率實驗結(jié)果與同一巖樣常規(guī)孔隙度、滲透率實驗結(jié)果對比分析，顯示出物性變化的規(guī)律性較差，并且單向滲透率值與徑向滲透率值也存在差異，說明研究區(qū)玄武巖儲層的非均質(zhì)性極強(qiáng)。另外，對研究區(qū)6塊巖樣加壓到10 MPa 后有效孔隙度增加甚微，說明玄武巖的超微孔隙很少。

對閔橋地區(qū)常規(guī)物性分析資料、全直徑物性分析資料等的分析結(jié)果顯示，不同巖石類型的火山巖物性存在較大差異(表1)。通過實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，本區(qū)火山巖儲集空間與其巖石類型關(guān)系密切，不同巖石類型的玄武巖儲層物性差異巨大，其中孔隙度以致密塊狀玄武巖、杏仁狀玄武巖最小，原生孔滲性較好的分布于火山噴發(fā)期次的頂部，以火山角礫巖儲層最好，氣孔-杏仁狀玄武巖次之。次生孔滲性較好的分布于構(gòu)造斷層兩側(cè)和背斜頂端附近。

表1 閔橋地區(qū)火山巖常規(guī)物性資料統(tǒng)計

4 火山巖發(fā)育模式

火山巖屬于火山噴發(fā)后的產(chǎn)物，包括各類火山角礫巖、凝灰?guī)r、熔巖等多種類型，成分極為復(fù)雜，在其內(nèi)部形成的孔隙也錯綜復(fù)雜。然而，除構(gòu)造裂縫具有疊加性外，其它的孔、洞、縫均服從于巖相類型和巖相帶控制，具有一定的組合規(guī)律?；谏鲜隼碚?，將本區(qū)單期次玄武巖儲集層劃分為4種巖相類型，它們具有相應(yīng)的孔、洞、縫發(fā)育特征[16-18]。

一次熔巖溢流形成一個冷卻單元稱為單期次巖流單元，幾次熔巖連續(xù)溢流、由薄而小的巖流疊置構(gòu)成復(fù)合(冷卻)巖流單元，一期巖流單元的頂、上、中、底部由于冷卻條件的差異，巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及相關(guān)物理性質(zhì)具有明顯差異(圖2)?；谶@種差異性，將一個巖流單元劃分出頂部自碎角礫巖、上部氣孔-杏仁狀玄武巖、中部致密玄武巖和下部扁平氣孔-杏仁狀玄武巖4種基本巖相類型。

圖2 閔橋地區(qū)火山巖巖相噴發(fā)模式示意

閔橋地區(qū)火成巖發(fā)育多個期次，每個期次又劃分為4種巖相類型，每個期次的頂部自碎角礫巖、上部氣孔-杏仁狀玄武巖和下部扁平氣孔-杏仁狀玄武巖均具有一定的儲集空間，但是火山巖儲集空間多數(shù)是獨立的不連通的孔、洞，需要裂縫或者小斷層等進(jìn)行溝通，才能形成有效的儲層。因而斷層附近或者背斜頂部位置成為有效儲層的發(fā)育區(qū)。在阜寧組沉積期，沉積泥巖地層厚，是良好的蓋層。因而閔橋地區(qū)火山巖油藏的儲集空間是由氣孔、溶蝕孔洞、裂縫、小斷層等組成的網(wǎng)絡(luò)空間。

5 火山巖油藏成藏模式

閔橋地區(qū)切割阜寧組的斷層均為生長正斷層，阜寧期，斷層活動一方面控制著火山巖的厚度，并對火山巖巖相有一定的控制作用；另一方面影響著構(gòu)造裂縫的發(fā)育和延伸方向；并且斷層還是溝通油源的主要通道。因而研究區(qū)斷層是火山巖油藏的最主要控制因素。

火山巖內(nèi)部的氣孔等孔隙需要裂縫的溝通才能形成有效儲層，而裂縫的發(fā)育受區(qū)域伸展構(gòu)造應(yīng)力場的控制，同時也與斷塊掀斜旋轉(zhuǎn)的不均衡作用所派生的局部伸展構(gòu)造應(yīng)力場有關(guān)?？傊?，裂縫發(fā)育與斷層存在密切關(guān)系，并且由于應(yīng)力的控制作用，斷層附近發(fā)育的構(gòu)造裂縫與斷層方向一致。研究區(qū)火山巖斷鼻圈閉處的斷層發(fā)生弧形彎曲，其西段為北西向，東段為北東向，正是斷層走向的變化在其附近形成了北東向和北西向的構(gòu)造裂縫，該類裂縫的廣泛發(fā)育，溝通了氣孔、溶孔等孔隙，形成了該區(qū)火山巖的有效儲層，從而使來自于深凹的油氣通過斷層在該處火山巖聚集，形成火山巖油藏，該模式總結(jié)為斷-縫-孔成藏模式(圖3)。

圖3 閔橋地區(qū)油氣藏成藏模式示意

6 結(jié)論

(1)閔橋地區(qū)發(fā)育熔巖和火山沉積巖兩大類火山巖，其中熔巖主要包括氣孔玄武巖、杏仁狀玄武巖、致密玄武巖等；火山沉積巖包括火山碎屑巖、凝灰?guī)r等。氣孔玄武巖和火山角礫巖是研究區(qū)主要的油氣儲層。

(2)研究區(qū)火山巖儲層發(fā)育原生和次生兩類儲集空間，并具有中-低孔隙度、低滲透率、強(qiáng)非均質(zhì)性等特點。從儲層孔滲性分析，火山角礫巖儲層最好，氣孔-杏仁狀玄武巖次之，致密塊狀玄武巖、杏仁狀玄武巖最差。

(3)研究區(qū)火成巖發(fā)育多個期次，每個期次又可劃分為4種巖相類型，分別為頂部自碎角礫巖、上部氣孔-杏仁狀玄武巖、中部致密玄武巖和下部扁平氣孔-杏仁狀玄武巖巖相，不同巖相具有不同的孔隙特征。

(4)提出了閔橋地區(qū)火山巖油藏斷-縫-孔成藏模式。研究區(qū)正斷層不僅控制著火山巖的厚度，并且控制了構(gòu)造裂縫的特征，裂縫溝通氣孔、溶孔等孔隙，形成火山巖的有效儲層，從而使來自于深凹的油氣通過斷層在該處火山巖聚集，形成火山巖油藏。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)06-0044-05

2015-08-10

劉金華，高級工程師，博士，1981年生，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，2011年博士后出站后于江蘇油田勘探開發(fā)研究院，從事石油與天然氣地質(zhì)研究。

中國石化江蘇油田科技攻關(guān)項目“閔橋地區(qū)成藏規(guī)律再認(rèn)識及滾動目標(biāo)研究”(JS14016)部分研究成果。

TE112.23

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