松遼盆地南部火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素

趙 靜，白連德

(中國石油吉林油田分公司，吉林 松原 138000)

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松遼盆地南部火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素

趙 靜，白連德

(中國石油吉林油田分公司，吉林 松原 138000)

火山巖作為儲(chǔ)集體，已成為重要勘探領(lǐng)域之一。針對松遼盆地南部火山巖儲(chǔ)集空間類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、物性變化大的特點(diǎn)，從巖性及巖性組合方式、火山機(jī)構(gòu)—巖相分布、儲(chǔ)集空間類型、大型走滑斷裂帶、成巖及表生作用等方面剖析火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主控因素。研究結(jié)果表明，火山碎屑巖與沉積巖互層為最佳巖性組合方式；爆發(fā)相、溢流相上部和中部儲(chǔ)層物性好，為有利相帶；流紋巖、角礫熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r中存在大量原生氣孔，儲(chǔ)層物性最好；大型走滑斷裂帶附近為最有利區(qū)帶；溶蝕作用、揮發(fā)分逸出、風(fēng)化淋濾作用使儲(chǔ)層物性變好?；鹕綆r優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育主控因素的認(rèn)識有益于今后儲(chǔ)層預(yù)測及氣田的有效開發(fā)。

火山巖；優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；主控因素；大型走滑斷裂帶；巖性組合方式；松遼盆地

0 引 言

近年來，松遼盆地南部深層天然氣勘探取得了階段性進(jìn)展，于中部的長嶺斷陷、西部的英臺(tái)斷陷、東部的王府?dāng)嘞?，火山巖氣藏勘探均獲得重大發(fā)現(xiàn)[1-3]。長深1井獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流后，火山巖已成為重要勘探領(lǐng)域之一。然而，在松遼盆地南部深層火山巖的勘探過程中，仍有部分井鉆井未成功，主要原因?yàn)榛鹕綆r儲(chǔ)層規(guī)律性認(rèn)識還不夠清楚[4-6]。針對松遼盆地南部火山巖氣藏儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、物性變化大、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，利用巖心、地震、測井、地質(zhì)等多種技術(shù)手段，總結(jié)勘探生產(chǎn)實(shí)踐，開展松遼盆地南部火山巖儲(chǔ)層主控因素研究，以期指導(dǎo)該區(qū)火山巖氣藏勘探部署。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地南部是古生代褶皺基底上發(fā)展起來的大型陸相盆地，經(jīng)歷了中生代以來斷陷期、坳陷期和反轉(zhuǎn)期的構(gòu)造演化過程[7-8]。松遼盆地南部深層包括西部、中部和東部3個(gè)斷陷帶，共發(fā)育19個(gè)斷陷。

松遼地區(qū)縱向上疊置了3個(gè)中新生代盆地，即火石嶺—營城組時(shí)期的泛東北亞斷陷群，登婁庫組—依安組時(shí)期的松遼大型拗陷盆地、新近紀(jì)以來的伸展構(gòu)造盆地。松遼盆地南部中生界指泉頭組泉二段以下地層，包括白堊系下統(tǒng)泉頭組泉一段、泉二段，登婁庫組、營城組、沙河子組以及侏羅系上統(tǒng)火石嶺組，統(tǒng)稱為松遼盆地南部深層[9-11]。其中斷陷期地層包括營城組、沙河子組和火石嶺組，火山巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在營城組和火石嶺組。

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 主要巖性及分布特征

根據(jù)已鉆井資料，松遼盆地南部深層火山巖巖性整體上分3類，西部英臺(tái)斷陷、長嶺斷陷西部以酸性火山熔巖為主；中部長嶺斷陷東部、王府、德惠、梨樹斷陷以中基性火山熔巖為主；東部榆東、榆西斷陷以酸性火山碎屑熔巖為主。營城組巖性主要為流紋巖，其次為英安巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r；火石嶺組巖性主要為流紋質(zhì)、流紋質(zhì)角礫熔巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖。

2.2 物性特征

統(tǒng)計(jì)松遼盆地南部深層69口井575個(gè)樣品數(shù)據(jù)，火山碎屑巖孔隙度為0.1%～21.4%，平均為8.9%，滲透率為0.001×10-3～8.500×10-3μm2，平均為0.330×10-3μm2；火山熔巖孔隙度為0.2%～22.4%，平均為8.0%，滲透率為0.001×10-3～2.760×10-3μm2，平均為0.130×10-3μm2?；鹕剿樾紟r儲(chǔ)層物性好于火山熔巖。

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素

優(yōu)質(zhì)火山巖儲(chǔ)層是指孔、縫均發(fā)育，并且連通性好的火山巖儲(chǔ)集體。影響優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層形成的因素較多，主要包括巖性及巖性組合方式、火山機(jī)構(gòu)—巖相分布、儲(chǔ)集空間類型、大型走滑斷裂帶和成巖及表生作用等方面。

3.1 巖性及巖性組合方式控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成

松遼盆地南部火山巖巖性類型多，從酸性流紋巖、中性安山巖到基性玄武巖均有發(fā)育，其中以酸性流紋巖儲(chǔ)層物性最好?；鹕綆r巖性組合方式可分為火山碎屑巖與沉積巖互層、火山熔巖與沉積巖互層及多期大套火山熔巖疊置3種。

火山碎屑巖與沉積巖互層。為火山碎屑巖與暗色泥巖互層，形成多個(gè)薄層儲(chǔ)層。火山活動(dòng)較弱，以火山物質(zhì)再次搬運(yùn)沉積為主，具有沉積巖的某些特征。泥巖夾層中儲(chǔ)層發(fā)育，儲(chǔ)地比一般大于20%。形成機(jī)理：火山碎屑巖中火山物質(zhì)含量高，骨架硬度大，抗壓能力明顯好于沉積巖，因此，在埋深較大時(shí)仍能保留一定的原生孔隙。同時(shí)，由于與泥巖互層，有機(jī)酸優(yōu)先進(jìn)入火山碎屑巖，形成溶蝕孔隙，為最佳巖性組合方式(圖1a)。

火山熔巖與沉積巖互層?；鹕饺蹘r為薄層，上下為沉積巖夾持，儲(chǔ)層發(fā)育比例大。多期噴發(fā)，中間夾沉積巖，有效儲(chǔ)層多發(fā)育于每一期火山巖頂部，儲(chǔ)地比一般大于20%。形成機(jī)理：每一期噴發(fā)頂部由于揮發(fā)分溢出，壓力、溫度降低而使原生氣孔發(fā)育。同時(shí)巖漿活動(dòng)后，進(jìn)入火山平靜期，風(fēng)化淋濾等主要發(fā)生于頂部，有機(jī)酸進(jìn)入物性相對好的火山巖，造成了頂部物性好的特征，為較好的巖性組合方式(圖1b)。

圖1 松遼盆地南部火山巖巖性組合方式

多期大套火山熔巖疊置。一般為同一巖漿系列多期疊置形成，儲(chǔ)層主要發(fā)育于頂層。多期連續(xù)噴發(fā)，呈厚層疊置。有效儲(chǔ)層多發(fā)育于火山機(jī)構(gòu)頂部，在某一期次噴發(fā)后，局部可形成薄層儲(chǔ)層，儲(chǔ)地比一般小于20%。形成機(jī)理為：由于揮發(fā)分溢出，壓力、溫度降低，形成原生孔隙，同時(shí)巖漿活動(dòng)后，進(jìn)入火山平靜期，風(fēng)化淋濾等主要發(fā)生于頂部，有機(jī)酸進(jìn)入物性相對較好的火山巖，綜合多種因素造成了頂部物性好的特征，為較差巖性組合方式(圖1c)。

3.2 火山機(jī)構(gòu)—巖相控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的空間分布

一個(gè)完整的火山機(jī)構(gòu)一般包括火山通道相、溢流相、侵出相、爆發(fā)相和火山沉積相。不同相帶儲(chǔ)集空間類型不同，從松遼盆地南部已鉆井資料揭示(表1)，爆發(fā)相物性最好，儲(chǔ)集空間類型以溶蝕孔和裂縫為主。其次為溢流相，上部可見較多高導(dǎo)縫，氣孔和溶蝕孔較發(fā)育。中部較致密，溶蝕孔和氣孔不發(fā)育，局部層段發(fā)育高阻縫，下部微裂縫發(fā)育，可見，溢流相上部和中部儲(chǔ)層較發(fā)育?；鹕綆r噴發(fā)期次影響溢流相優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育，噴發(fā)期次多，不同巖性組合方式多，儲(chǔ)層越發(fā)育。

表1 不同類型火山巖巖相綜合解釋厚度

通過對松遼盆地南部火山巖鉆井綜合解釋結(jié)果與火山巖巖相厚度分析表明，溢流相上部亞相成為好儲(chǔ)層的幾率最高，好儲(chǔ)層可達(dá)46.4%；中部亞相，好儲(chǔ)層為23.9%；下部亞相好儲(chǔ)層僅為7.8%。爆發(fā)相熱碎屑流亞相成為好儲(chǔ)層的幾率最高，可達(dá)21.1%。

3.3 儲(chǔ)集空間類型控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力

統(tǒng)計(jì)松遼盆地南部火山巖鑄體薄片，火山碎屑巖(151個(gè)樣品)中，溶蝕孔為33.1%，微裂縫為22.5%，晶間微孔為17.2%，粒間孔和基質(zhì)微孔各為12.6%；火山熔巖(210個(gè)樣品)中，溶蝕孔為55.2%，微裂縫為21.4%，晶間微孔為8.6%?；鹕剿樾紟r和火山熔巖都以溶蝕孔和微裂縫為主，溶蝕孔在火山熔巖中的比例大。

流紋巖、角礫熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r(長嶺)中可見原生氣孔(圖2a)，物性最好，通常發(fā)育在溢流相上部和下部?；鹕浇堑[巖(英臺(tái))中發(fā)育粒間孔(圖2b)，孔隙連通性較好，物性較好?；|(zhì)內(nèi)溶孔(德惠和英臺(tái))在火山巖儲(chǔ)層中發(fā)育比較普遍，常見于流紋巖的玻璃基質(zhì)、火山角礫熔巖及其火山碎屑物、凝灰?guī)r中(圖2c)。后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可將這些溶蝕孔溝通，形成有效儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)層物性較好。

圖2 松遼盆地南部火山巖儲(chǔ)集層孔隙類型

炸裂縫(圖2d)是火山噴發(fā)爆炸時(shí)形成，常發(fā)育在長石和石英晶屑內(nèi)(王府)，對儲(chǔ)層滲透率改造作用不大，一般為無效縫。構(gòu)造縫(英臺(tái)、德惠)一般為后期構(gòu)造應(yīng)力作用，將孔隙連通起來，成為儲(chǔ)層的滲流通道，改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能(圖2e)，也有一部分孔隙被碳酸鹽巖、硅質(zhì)等充填(圖2f)，使儲(chǔ)層物性變差。

3.4 大型走滑斷裂帶改造控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有效性

大型走滑斷裂帶的長期活動(dòng)有利于深部火山巖儲(chǔ)層裂縫和溶蝕作用的發(fā)生，對儲(chǔ)層物性具有改善作用。德惠斷陷農(nóng)安萬金塔走滑斷裂帶附近有4口氣井(圖3)。

D17井：2 229～2 231 m，儲(chǔ)層巖性為英安巖，溶蝕孔不發(fā)育，裂縫發(fā)育。井點(diǎn)位于構(gòu)造高點(diǎn)，地層水不活躍導(dǎo)致儲(chǔ)層溶蝕孔不發(fā)育；井點(diǎn)位于斷裂帶附近，斷層的長期活動(dòng)對儲(chǔ)層裂隙發(fā)育有促進(jìn)作用。試氣為5.000 0×104m3/d。

D16井：2 150～2 328 m，儲(chǔ)層巖性為凝灰?guī)r，溶蝕孔發(fā)育，微裂隙不發(fā)育。井點(diǎn)距斷裂帶930 m，斷裂帶附近地層水活躍導(dǎo)致儲(chǔ)層溶蝕孔發(fā)育；井點(diǎn)與斷裂帶之間發(fā)育層間斷層，使走滑應(yīng)力提前釋放，導(dǎo)致井點(diǎn)儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育。試氣為0.140 0×104m3/d。

D11井：2 136～2 530 m，儲(chǔ)層巖性為安山質(zhì)玄武巖和長石砂巖，溶蝕孔較發(fā)育，微裂隙不發(fā)育。井點(diǎn)距斷裂帶1 715～1 285 m，斷裂帶附近地層水活躍導(dǎo)致儲(chǔ)層溶蝕孔較發(fā)育；井點(diǎn)與斷裂帶之間發(fā)育層間斷層，使走滑應(yīng)力提前釋放，導(dǎo)致井點(diǎn)火山巖儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育。試氣為0.135 0×104m3/d，水為4.8 t/d。

D18井：3 027～3 103 m，儲(chǔ)層巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，溶蝕孔較發(fā)育，微裂隙不發(fā)育。井點(diǎn)距斷裂帶2 875 m，井點(diǎn)距斷裂帶稍遠(yuǎn)，地層水不活躍導(dǎo)致儲(chǔ)層溶蝕孔不發(fā)育，走滑應(yīng)力減弱導(dǎo)致井點(diǎn)儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育。試氣為0.098 5×104m3/d，水為9.1 t/d。

對比分析結(jié)果表明：儲(chǔ)層距斷裂帶由遠(yuǎn)到近，裂縫和溶蝕發(fā)育程度由低變高。斷裂帶附近地層水活躍使儲(chǔ)層被溶蝕的可能性大，導(dǎo)致次生溶蝕孔發(fā)育，改善儲(chǔ)層物性；斷層的長期活動(dòng)對儲(chǔ)層裂隙發(fā)育有促進(jìn)作用，儲(chǔ)層距斷裂帶由遠(yuǎn)到近，裂縫發(fā)育程度由低變高。

圖3 德惠斷陷大型走滑斷裂帶對儲(chǔ)層影響對比

3.5 成巖及表生作用決定優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育程度

松遼盆地南部深層火山巖成巖作用主要有壓實(shí)、膠結(jié)、交代、溶蝕和重結(jié)晶作用?；鹕綆r成巖作用方式與儲(chǔ)層物性密切相關(guān)。成巖表生作用主要表現(xiàn)為揮發(fā)分逸散、冷凝收縮、溶蝕溶解、碎裂作用、風(fēng)化淋濾作用等后期改造作用。

溶蝕作用在長嶺地區(qū)是一種常見的成巖作用，可見晶屑內(nèi)溶蝕、基質(zhì)溶蝕，主要發(fā)生在晶屑凝灰?guī)r、火山角礫巖和凝灰熔巖。溶蝕作用是形成次生孔隙最重要的成巖作用。溶蝕作用可將氣孔溶蝕擴(kuò)大，并將基質(zhì)溶蝕形成連片的孔隙。溶蝕作用形成的次生孔隙有利于儲(chǔ)層作為油氣的儲(chǔ)集空間。

在長嶺地區(qū)還可見球粒流紋巖發(fā)生晶體重新結(jié)晶現(xiàn)象，氣孔隨流紋構(gòu)造發(fā)育，氣孔均被硅質(zhì)充填，蝕變強(qiáng)烈，具有硅化、碳酸鹽巖化、綠泥石化。揮發(fā)分逸出主要見于熔巖層頂部，氣孔拉長方向?yàn)閹r流流動(dòng)方向，流紋巖巖心可見流紋狀氣孔，揮發(fā)分逸出作用主要產(chǎn)生原生孔隙，是重要的油氣儲(chǔ)集空間。冷凝收縮作用發(fā)生在早成巖階段，火山熔巖冷凝固結(jié)時(shí)可產(chǎn)生冷凝收縮縫，冷凝收縮縫可增加儲(chǔ)集空間，提高儲(chǔ)集性能。風(fēng)化淋濾作用是成巖表生作用一種重要類型，對儲(chǔ)層物性具有重要改善作用。

4 結(jié) 論

(1) 不同火山巖巖性組合方式的物性不同，按儲(chǔ)層物性好壞，依次為火山碎屑巖與沉積巖互層、火山熔巖與沉積巖互層、多期大套火山熔巖疊置。爆發(fā)相儲(chǔ)集空間類型以溶蝕孔和裂縫為主，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布相帶，其次為溢流相上部和中部儲(chǔ)層。不同儲(chǔ)集空間類型儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力相差較大，流紋巖、角礫熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r中的原生氣孔，儲(chǔ)層物性最好，其次為基質(zhì)內(nèi)溶孔等次生孔隙，被碳酸鹽巖、硅質(zhì)等充填孔隙和裂縫的儲(chǔ)層物性最差。

(2) 大型走滑斷裂帶的長期活動(dòng)有利于深部火山巖儲(chǔ)層裂縫和溶蝕作用的發(fā)生，對儲(chǔ)層物性具有改善作用，大型走滑斷裂帶附近為火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層最有利區(qū)帶。后期成巖及表生作用對儲(chǔ)層也有一定的控制作用，壓實(shí)作用、火山熱液膠結(jié)產(chǎn)生的充填作用使儲(chǔ)集空間變小，而溶蝕作用、揮發(fā)分逸出、風(fēng)化淋濾作用使儲(chǔ)層物性變好。

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編輯 張 雁

20151016；改回日期：20160320

國家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“大型特大型巖性地層油氣田/區(qū)形成與分布規(guī)律”(2011ZX05001-002)

趙靜(1975-)，女，高級工程師，1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，2008年畢業(yè)于該校油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事石油地質(zhì)綜合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.012

TE121.1

A

1006-6535(2016)03-0052-05