松遼盆地北部徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖儲(chǔ)層物性特征及孔隙演化

劉世超

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163000）

松遼盆地徐家圍子斷陷是大慶油田主要的天然氣勘探區(qū)，經(jīng)過(guò)近幾年的勘探開發(fā)，發(fā)現(xiàn)大量天然氣藏，顯示了良好的火山巖儲(chǔ)層勘探前景[1]。徐家圍子斷陷深層天然氣大多儲(chǔ)藏于火山巖中，不同于中淺層的碎屑巖儲(chǔ)層，火山巖巖性復(fù)雜，物性變化大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，且裂隙大量發(fā)育，這些因素制約了該地區(qū)深層天然勘探效果[2]。因此，加強(qiáng)對(duì)徐家圍子斷陷火山巖儲(chǔ)層物性研究，厘清火山巖儲(chǔ)層孔隙演化機(jī)制，對(duì)火山巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

徐家圍子地處松遼盆地北部，徐家圍子斷陷由徐西、徐中2條邊界斷裂控制形成箕狀構(gòu)造，經(jīng)歷了3個(gè)構(gòu)造演化階段，營(yíng)城組沉積時(shí)期是斷陷的萎縮階段，此時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以陸內(nèi)擠壓作用為主[3]。

營(yíng)城組地層是受斷陷控制的沉積層，自上而下分為4段，巖性特征為：營(yíng)一段主要為酸性火山巖，常見(jiàn)流紋巖、灰色、紫紅色凝灰?guī)r等；營(yíng)二段以黑灰色粉砂質(zhì)泥巖、雜色、灰色砂礫巖為主，可見(jiàn)少量煤層；營(yíng)三段主要為安山巖、安山質(zhì)玄武巖等中性火山巖；營(yíng)四段以灰褐色砂質(zhì)泥巖、灰白色砂礫巖為主。

2 徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖發(fā)育特征

徐家圍子斷陷發(fā)育大量火山巖，既有巖漿上涌侵入地殼薄弱地帶形成的侵入巖，也有巖漿上涌噴出地表形成的噴出巖。在地質(zhì)歷史上，徐家圍子斷陷營(yíng)城組發(fā)生了營(yíng)一段、營(yíng)三段2次大規(guī)?；鹕交顒?dòng)，火山活動(dòng)間歇期地質(zhì)沉積作用形成了營(yíng)二段、營(yíng)四段含火山角礫的三角洲沉積，最終形成的營(yíng)城組地層營(yíng)一段、營(yíng)三段以火山巖為主，營(yíng)四段以砂礫巖為主[4]。其中，營(yíng)一段巖性以酸性火山巖為主，如流紋巖、英安巖、流紋質(zhì)火山碎屑巖等；營(yíng)三段巖性以中、基性火山巖為主，發(fā)育少量的酸性火山巖，常見(jiàn)的火山巖有安山巖、玄武巖、安山質(zhì)玄武巖、火山碎屑巖等。為了了解徐家圍子斷陷營(yíng)城組不同火山巖分布狀況，收集了區(qū)內(nèi)56口已完鉆井巖性剖面數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了營(yíng)一段、營(yíng)三段火山巖類型及各巖性占比情況，具體結(jié)果如圖1所示，結(jié)果表明，流紋巖占比最大，為47%，其次為凝灰?guī)r16%，火山角礫巖占10%左右，剩余火山巖含量均小于10%，含量有多到少依次為玄武巖、安山巖、粗面巖、英安巖、閃長(zhǎng)玢巖。

3 營(yíng)城組火山巖儲(chǔ)集空間

松遼盆地徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要有：氣孔、氣孔充填后殘余孔、杏仁體內(nèi)孔、球粒流紋巖脫?；?、硅鋁酸鹽礦物溶蝕孔、火山灰溶蝕孔、碳酸鹽溶蝕孔、裂縫及微裂縫等。

圖1 營(yíng)城組火山巖分布情況

（1）火山灰溶蝕孔。營(yíng)城組地層中發(fā)育大量火山巖，火山灰溶蝕孔洞是該儲(chǔ)層中重要的儲(chǔ)集空間，火山灰溶蝕孔主要發(fā)育在流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖等巖石中，通常能夠形成大量的微小孔隙，由于孔隙大量發(fā)育，且孔隙間連通性較好，形成的儲(chǔ)層物性較好，特別是當(dāng)火山灰溶蝕劇烈時(shí)，能夠形成較大的溶洞，此時(shí)形成儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間大，形成的儲(chǔ)層較好。

（2）氣孔、氣孔充填后殘余孔、杏仁體內(nèi)孔。這類孔隙形成于巖漿噴出地面后快速冷卻過(guò)程中，由于氣體沒(méi)有及時(shí)逸出，被冷卻的巖漿包裹后形成氣孔，在后期成巖作用過(guò)程中，部分氣孔會(huì)被充填，充填不完全時(shí)形成殘余孔，充填物在后期流體作用下會(huì)發(fā)生溶蝕，形成的孔隙即為杏仁體內(nèi)孔，杏仁體內(nèi)孔形態(tài)不規(guī)則、個(gè)體差別大、分布不均勻，孔隙邊緣常發(fā)育石英、鈉長(zhǎng)石等礦物，這類孔隙常發(fā)育在球粒流紋巖或流紋巖中。球粒流紋巖中氣孔不發(fā)育鈉長(zhǎng)石、石英等礦物時(shí)，能夠形成較大的原生孔隙。在熔結(jié)凝灰?guī)r中也會(huì)發(fā)育氣孔或殘余孔。在集塊巖、火山角礫巖中，也會(huì)發(fā)育氣孔及杏仁體內(nèi)孔。

（3）球粒流紋巖脫?；a(chǎn)生的孔隙。球粒流紋巖基質(zhì)為球粒結(jié)構(gòu)，斑晶為石英或長(zhǎng)石，常為斑狀結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造或氣孔構(gòu)造。當(dāng)球粒流紋巖中玻璃質(zhì)發(fā)生脫?；?，形成石英和長(zhǎng)石等礦物，由于石英和長(zhǎng)石等礦物密度大于流紋質(zhì)玻璃，導(dǎo)致體積縮小，從而形成微孔隙，此外，形成的長(zhǎng)石在成巖流體作用下會(huì)發(fā)生溶蝕，形成次生孔隙，溶蝕形成的次生孔隙一般為微孔隙。

（4）硅鋁酸鹽礦物溶蝕孔。火山巖中發(fā)育大量的長(zhǎng)石礦物（硅鋁酸鹽礦物），如長(zhǎng)石斑晶、晶屑等，在酸性成巖介質(zhì)作用下，長(zhǎng)石礦物會(huì)發(fā)生溶解，從而形成溶蝕孔隙，這類孔隙通常沿著解理縫發(fā)育，保留了長(zhǎng)石礦物的主體，孔隙形態(tài)通常不規(guī)則，孔隙雖然微小，但發(fā)育量大，且連通性較好，能夠形成較好的儲(chǔ)集空間。

（5）碳酸鹽巖溶蝕孔。營(yíng)城組火山巖中存在部分碳酸鹽礦物，如方解石，菱鐵礦等，這類碳酸鹽礦物通常在火山巖形成后生成，堵塞了早期形成的孔隙，使得儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能降低，晚期在酸性流體作用下，碳酸鹽巖礦物發(fā)生溶解，提高了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

（6）裂縫及微裂縫。研究區(qū)營(yíng)城組地層地質(zhì)歷史上構(gòu)造活動(dòng)頻繁，巖石受到構(gòu)造應(yīng)力作用后形成大量縱橫交錯(cuò)的裂縫，這些裂縫早期的被成巖礦物充填，晚期的沒(méi)有被充填，這些裂縫不但具有較大空間，還能連通孤立的孔、洞，使得儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能大大增強(qiáng)。

4 火山巖儲(chǔ)層物性特征

4.1 營(yíng)城組巖性與物性關(guān)系

為了系統(tǒng)分析徐家圍子斷陷營(yíng)城組儲(chǔ)層巖石物性，對(duì)營(yíng)城組常見(jiàn)巖性進(jìn)行了識(shí)別，挑選了流紋巖、球粒流紋巖、氣孔流紋巖、角礫巖、角礫熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、含角礫晶屑凝灰?guī)r、集塊巖代表性樣品，進(jìn)行孔隙度與滲透率測(cè)定，結(jié)果如表1所示，不同巖性火山巖物性測(cè)量結(jié)果如圖2、圖3所示，流紋巖和熔結(jié)凝灰?guī)r的孔隙度、滲透率均高于其它巖性，反映巖石物性較好；凝灰?guī)r和角礫熔巖孔隙度、滲透率均較低，反映物性較差。

表1 營(yíng)城組火山巖巖石物性

圖2 徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖巖性與孔隙度關(guān)系

圖3 徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖巖性與滲透率關(guān)系

4.2 營(yíng)城組火山巖孔隙度、滲透率平面變化特征

（1）升平地區(qū)。通過(guò)對(duì)升平地區(qū)已鉆井營(yíng)城組地層巖性孔隙度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，升平地區(qū)火山巖孔隙度介于0.1%～24.3%之間，孔隙度集中分布在4%～14%之間，如圖4所示，同時(shí)分別統(tǒng)計(jì)了流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖等孔隙度分布情況，結(jié)果表明，流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖孔隙度大多小于10%，流紋巖孔隙度大于10%。

統(tǒng)計(jì)了升平地區(qū)火山巖滲透率分布情況，如圖5所示，滲透率介于（0.01～52.8）×10-3μm之間，主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之間，且滲透率大小與孔隙度大小有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即孔隙度大的巖石滲透率也較大。同時(shí)分析了流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖代表性巖性的滲透率分布情況，結(jié)果表明，流紋巖、流紋質(zhì)火山角礫巖滲透率大于1×10-3μm。

圖4 升平地區(qū)火山巖孔隙度分布情況

圖5 升平地區(qū)火山巖滲透率分布情況

由以上對(duì)比分析，升平地區(qū)營(yíng)城組流紋巖孔隙度與滲透率均較好。

（2）興城地區(qū)。統(tǒng)計(jì)了興城地區(qū)已鉆井營(yíng)城組地層火山巖孔隙度分布情況，如圖6所示，孔隙度分布在0.3%～19.2%之間，集中在2%～11%之間，同時(shí)，分別統(tǒng)計(jì)了流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖等孔隙度分布情況，其中，流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r孔隙度大于10%，其它火山巖孔隙度小于10%。

興城地區(qū)火山巖滲透率分布情況如圖7所示，經(jīng)統(tǒng)計(jì)火山巖滲透率變化介于（0.001～21）×10-3μm2之間，集中分布在（0.01～1）×10-3μm2，此外，按不同巖性，分別統(tǒng)計(jì)了流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖代表性巖性的滲透率分布情況，結(jié)果表明，滲透率大于11×10-3μm2的火山巖主要有流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、集塊巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r等。

綜合分析興城地區(qū)火山巖孔隙度和滲透率情況，流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r孔隙度和滲透率均較好。

5 孔隙演化

圖6 興城地區(qū)火山巖孔隙度分布情況

圖7 興城地區(qū)火山巖滲透率分布情況

徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖早期形成后含有大量氣孔、裂隙等空間，火山巖在后期沉積作用下被覆蓋，其中的氣孔、裂隙等是很好的通道，使得火山巖在埋藏氣孔下發(fā)生溶蝕作用[5]。

（1）火山熔巖孔隙演化。徐家圍子斷陷營(yíng)城組沉積時(shí)期火山活動(dòng)頻繁，高溫巖漿噴出地表后由于溫度、壓力降低，發(fā)生了冷凝收縮、重力分異、脫?；任锢砘瘜W(xué)作用，形成的火山巖發(fā)育大量氣孔、脫玻化孔隙和裂縫等，此外由于徐家圍子斷陷在營(yíng)城組沉積時(shí)期發(fā)生擠壓作用，火山巖體發(fā)生形變，發(fā)育大量的剪切裂隙。

（2）火山碎屑巖孔隙演化?；鹕剿樾紟r為火山作用下各種堆積物壓實(shí)固結(jié)形成的巖石，巖性介于火山熔巖和沉積巖，在地表暴露時(shí)受到表生成巖作用影響，在埋藏條件下易發(fā)生溶蝕作用。營(yíng)城組火山碎屑巖形成初期，發(fā)育大量氣孔和礫間孔，后在表生沉積作用下，火山碎屑巖在上覆地層壓力作用下，原生孔隙大量消失，火山巖孔隙度降低。隨著火山巖埋藏加深，地層中流體溶蝕火山碎屑巖中的粘土礦物，形成次生孔隙，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間有一定的改善作用。

6 結(jié)論

(1)徐家圍子斷陷營(yíng)城組不同火山巖分布狀況研究表明，流紋巖占比最大達(dá)47%，其次為凝灰?guī)r16%，火山角礫巖占10%左右，剩余火山巖含量均小于10%。

(2)徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖儲(chǔ)層中流紋巖和熔結(jié)凝灰?guī)r的孔隙度、滲透率均高于其它巖性，反映巖石物性較好；凝灰?guī)r和角礫熔巖孔隙度、滲透率均較低，反映物性較差。平面上，升平地區(qū)火山巖孔隙度主要分布在4%～14%之間，滲透率主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之間，流紋巖孔隙度與滲透率均較好；興城地區(qū)火山巖孔隙度主要分布在2%～11%之間，滲透率主要分布在（0.01～1）×10-3μm2之間，流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r孔隙度和滲透率均較好。

(3)營(yíng)城組火山熔巖形成早期發(fā)育大量氣孔、脫?；紫逗土芽p等，發(fā)生擠壓作用，火山巖體發(fā)生形變，發(fā)育大量的剪切裂隙。營(yíng)城組火山碎屑巖形成初期，發(fā)育大量氣孔和礫間孔，后期在壓實(shí)作用下孔隙度遭到破壞，在埋藏條件下發(fā)生溶蝕作用形成次生孔隙，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間有一定的改善作用。

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