珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山機構對有利儲層的控制作用

王緒誠，陳維濤，何 葉，劉漢卿，王文勇

中海石油(中國)深圳分公司，廣東 深圳 518000

盆地火山巖是油氣儲集的重要巖類之一，勘探歷史悠久[1-4]。我國陸上含油氣盆地火山巖勘探開發(fā)程度較高，對火山巖巖相、火山機構研究較為深入[5-13]。如松遼盆地劃分火山巖相為5相15亞相，準噶爾盆地二疊系、三塘湖盆地二疊系與石炭系火山巖巖相對儲層的控制作用等[5-10]?；鹕綑C構是指一定時間范圍內的、來自于同噴發(fā)源的火山物質，圍繞火山源區(qū)堆積所形成并具有一定形態(tài)和共生組合關系的各種火山作用產物的總和。唐華風等[14]根據火山巖巖石結構、巖石化學成分、地層結構、火山外形等條件，對火山機構進行了詳細劃分。以火山口為中心，火山機構可分為火山口相帶、近火山口相帶與遠火山口相帶，徐家圍子斷陷火山巖勘探證實，火山機構中心部位是深層油氣主要聚集帶[2]。代春萌等[15]指出滴南凸起石炭紀火山機構控制火山儲層及氣藏分布；王立武等[16]通過鉆、測井資料刻畫德惠斷陷火山機構并指出有利儲層發(fā)育位置。

1980年代，珠江口盆地東部第一口合作井在惠西南地區(qū)鉆遇新生代早期火山巖，錄井見到較好的油氣顯示，巖心裂隙中見油斑與油跡，顯示出火山巖良好的油氣勘探前景[17]。受制于水深影響，海域火山巖勘探開發(fā)成本較高，過去三十多年中鉆井數量較少，鮮有火山巖巖相、火山機構相關研究報道。近年來通過對火山巖巖性、巖相分析，推動了火山巖勘探進程。圍繞富生烴的惠州26洼，在惠西南地區(qū)先后探索了惠州21、惠州75及惠州71等火山巖(圖1)。鉆探表明，古新世末巖漿噴發(fā)、冷凝固結于中生代結晶基底之上[18]，經歷短暫表生暴露后，于始新世中期進入陸相裂陷階段，火山巖被斷陷早期沉積物覆蓋、保存下來。與陸上盆地火山巖相比，惠西南地區(qū)火山巖形成時代較新，受后期剝蝕與構造變動改造、破壞程度較弱，火山機構往往保存較好，形成原位火山巖油氣藏。然而目前缺乏對珠江口盆地古新世火山巖儲集空間與火山機構、巖相間關系的探討，對火山巖有利儲層的主控因素研究相對薄弱。本文通過惠西南地區(qū)古新世火山機構特征及成因入手，分析火山機構對優(yōu)質儲層分布的控制作用，以期為研究區(qū)深層火山巖下一步勘探部署提供依據。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷(a)及研究區(qū)位置(b)與基底結構(c)

1 區(qū)域地質概況

2 火山機構特征及形成機理

有利儲層分布規(guī)律是火山巖油氣藏研究的核心?；菸髂系貐^(qū)古新世火山巖與上覆地層沒有明顯沉積間斷，風化淋濾作用不強，因此火山巖有利儲層分布主要受控于原位火山機構類型及內幕優(yōu)勢巖相。前人通過對松遼盆地徐家圍子斷陷火山機構與有利儲層研究認為，火山機構中心部位是深部油氣的有利聚集帶；而火山機構的建立，通常以火山口相帶(火山通道相、爆發(fā)相)為中心，將近火山口的爆發(fā)相與噴溢相、遠火山口的火山沉積相等按平面組合關系圈定并形成火山機構[2]。因此對火山口外形及相帶精確識別，是火山機構刻畫的基礎。本文通過全三維地震資料、測井資料及火山口形態(tài)進行井—震—地貌綜合分析，從而對火山機構進行刻畫。根據現代火山噴發(fā)階段及特征，將惠西南地區(qū)火山口外形分為內凹與穹隆兩種類型，分別代表了早—中期強烈火山噴發(fā)和晚期平靜侵出式火山噴發(fā)，對應形成層狀和穹隆狀兩種類型火山機構。

2.1 層狀火山機構

層狀火山機構地震剖面特征為內凹狀火山口外形，火山通道頂部為蘑菇狀輪廓，分布較為局限，內部中—低頻、斷續(xù)—雜亂、中—弱振幅反射特征；火山口外為平行—亞平行、中—低頻、中—強振幅連續(xù)反射，代表席狀、層狀、似層狀爆發(fā)相火山碎屑巖或噴溢相火山熔巖層狀展布。H3井鉆遇惠州75火山機構低部位，縱向上巖相為爆發(fā)相—多期噴溢相組合，表層為爆發(fā)相凝灰?guī)r，深部為厚層噴溢相安山巖。測井響應方面，爆發(fā)相中子孔隙中等、密度偏低，曲線幅度變化不大；多期噴溢相表現為縱向韻律性變化，深側向電阻率、中子孔隙、密度周期性升高或降低，與火山噴溢過程中揮發(fā)分不斷向上匯聚形成氣孔帶有關(圖3)。

圖3 珠江口盆地惠西南地區(qū)惠州75層狀火山機構H3井巖性柱狀圖(a)、地震剖面圖(b)、地質剖面圖(c)剖面位置見圖1的A測線。

2.2 穹隆狀火山機構

穹隆狀火山機構地震剖面特征為穹隆狀火山口外形，火山頂內幕見高角度斜層流動構造，中—低頻、斷續(xù)—雜亂弱反射特征，為典型侵出式噴發(fā)形成的巖穹。巖穹以外為平行—亞平行、中—低頻、中等振幅連續(xù)反射，代表席狀、層狀噴溢相火山熔巖展布?；鹕酵ǖ劳獠啃螒B(tài)呈筒狀，內幕反射為雜亂、中—高頻弱振幅反射。研究區(qū)內存在2個穹隆狀火山機構。H1和H2井鉆遇惠州21火山機構頂部，縱向上揭示巖相為大段侵出相或侵出相夾火山通道相，巖性為粗安巖與火山角礫熔巖。侵出相測井響應表現為高密度、低中子，曲線較為平直；火山通道相測井響應密度略低、中子升高，曲線變化幅度不大(圖4)。

圖4 珠江口盆地惠西南地區(qū)惠州21穹隆狀火山機構H1、H2井巖性柱狀圖(a1、a2)、地震剖面圖(b)、地質剖面圖(c)剖面位置見圖1的B測線。

惠州71火山在地震剖面上與惠州21火山機構有較為相似的穹隆狀外形，火山頂部發(fā)育高角度斜層的黏稠熔巖侵出流動構造，火山口邊緣反射較為雜亂，向低部位逐漸過渡為平行—亞平行、連續(xù)性較好、振幅較強的反射特征，代表由侵出相到爆發(fā)相、噴溢相的變化。H4井鉆穿該火山機構，巖性為安山巖、凝灰?guī)r及花崗巖?？v向巖相為侵出相—多期噴溢相—噴溢相夾爆發(fā)相組合，表層為侵出相安山巖，地震反射外部形態(tài)與內幕特征、測井響應及成因機理與惠州21火山機構基本一致。中部為多期噴溢相安山巖層，測井曲線表現為韻律性響應，中子孔隙、密度、聲波時差周期性升高或降低(圖5)。

圖5 珠江口盆地惠西南地區(qū)惠州71穹隆狀火山機構H4井巖性柱狀圖(a)、地震剖面圖(b)、地質剖面圖(c)剖面位置見圖1的C測線。

3 火山機構內幕巖性、巖相特征

研究區(qū)鉆遇火山巖形成年代介于57.5～59.2 Ma[18]之間，為古新世火山噴發(fā)的產物。目前，對于惠西南地區(qū)火山巖巖性主要通過巖石化學成分TAS圖解分類命名、巖心觀察與薄片鏡下鑒定綜合判斷。根據前人研究成果，研究區(qū)火山巖全巖主元素主要為中性安山巖、粗安巖等堿性系列，具有高Sr、低MgO、貧Yb等埃達克質巖石特征[18]。同時，結合惠西南地區(qū)火山巖鉆井(圖1)所取巖心、井壁心等實物資料進行觀察與顯微鏡下薄片鑒定，火山巖主要可分為火山熔巖與火山碎屑巖2大類。其中，火山熔巖為巖漿冷凝固結所形成，包含粗安巖及安山巖，研究區(qū)內多口井鉆遇，厚度較大；火山碎屑巖類是具有火山碎屑結構或被熔漿膠結形成熔結碎屑結構的火山巖，以凝灰?guī)r分布范圍最廣，厚度變化較大。

火山巖巖相是一定環(huán)境下火山活動產物特征的總稱[24-25]，深入研究不同類型火山機構內幕有利巖相是識別有利火山巖儲層的基礎。本文采用對松遼盆地酸性火山巖研究總結的5相15亞相分類方案[5]，將惠西南地區(qū)古新世火山巖分為火山通道相、侵出相、爆發(fā)相及噴溢相。

3.1 火山通道相

H1井鉆遇惠州21粗安質角礫熔巖，火山碎屑主要為粗安巖巖屑，粒徑2～64 mm，被熔巖所膠結，而火山熔巖含量變化較大(10%～90%之間)；巖心可見典型角礫熔巖結構、堆砌構造(圖6a)。

3.2 侵出相

惠州21、惠州71火山機構頂部均發(fā)育侵出相，其中H1、H2井鉆遇惠州21粗安巖，是介于安山巖與粗面巖之間的中性熔巖，其斜長石與堿性長石含量幾乎相等，斑晶以斜長石為主，基質由斜長石、透長石、單斜輝石等組成，常見粗面結構與交織結構，塊狀或杏仁構造(圖6b-c)。H4井鉆遇惠州71火山侵出相灰色安山巖，斑狀結構，斑晶以斜長石、輝石為主，斜長石斑晶自形發(fā)育聚片雙晶與環(huán)帶結構，基質為安山結構(圖6d)。

3.3 爆發(fā)相

惠州71火山底部、惠州75火山表層均有爆發(fā)相安山質凝灰?guī)r發(fā)育，巖石中一半以上的火山碎屑物粒徑小于2 mm，具凝灰結構。碎屑物中晶屑成分主要為斜長石，不含石英。同時根據火山碎屑物種類，可定名為安山質晶屑、玻屑凝灰?guī)r(圖6e)。

3.4 噴溢相

噴溢相是研究區(qū)分布最廣、鉆遇進尺最多的巖相，巖性均為安山巖。其中H3井鉆遇惠州75火山低部位，巖石色調較為復雜，含灰色、灰綠色、褐紅色與紫紅色，斑狀結構，斑晶以斜長石、輝石為主，斜長石斑晶常具環(huán)帶結構，基質為交織結構、安山結構，局部可見杏仁體(圖6f-i)。

圖6 珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山巖巖性、巖相特征

4 有利儲層特征及分布

4.1 儲集空間類型

根據薄片統計，惠西南地區(qū)火山巖儲層儲集空間分為原生儲集空間與次生儲集空間兩種類型，按結構與形成機理[26-28]可進一步劃分為五種亞類。其中原生儲集空間包括粒間孔隙、斑晶炸裂縫等，主要分布于火山口附近的火山通道相、爆發(fā)相以及近火山口的爆發(fā)相、噴溢相中；次生孔縫包括斑晶溶蝕孔、基質溶蝕孔、構造縫等，與裂陷期構造活動密切相關。

原生儲集空間指巖漿冷卻、固結成巖過程中形成的原生孔縫。原生孔為凝灰?guī)r霏細結構(圖7a-b)形成的粒間孔隙，原生縫為斑晶炸裂縫(圖7c)，以及噴溢相上部相帶原生氣孔帶被后期熱液填充形成的杏仁體(圖7d)。

在次生成巖作用下，固結成巖的火山巖經歷裂陷期斷層及深部熱液活動而發(fā)生改造作用，原生儲集空間被溶蝕擴大形成新的儲集空間或充填閉合，主要包括溶蝕縫(圖7c)、基質溶蝕孔(圖7e)、斑晶與杏仁體溶蝕孔(圖7f)。以溶蝕作用為成因的次生儲集空間基質孔隙發(fā)育較好，壁心實測孔隙度為6.7%～16.3%。

4.2 有利儲層分布及控制因素

分析認為，古新世末火山巖經歷短暫表生暴露后，于始新世中期被陸相裂陷沉積物覆蓋并保存，其形成時代新、受后期構造變動弱的特點決定了火山機構保存較好。因此，有利儲層分布則顯著受控于原位火山機構特征，表現為“噴發(fā)方式控制火山機構類型、火山機構控制優(yōu)相展布、優(yōu)相控制有利儲層分布”這一遞進式關系。

4.2.1 噴發(fā)方式控制火山機構類型

惠西南地區(qū)火山機構類型主要與噴發(fā)時期和方式有關。層狀火山機構形成于火山噴發(fā)早—中期，火山強烈噴發(fā)導致巖漿內壓力下降，巖漿房虧空，火山口附近巖層發(fā)生破裂坍塌，形成塌陷狀火山口地貌；地震反射特征為內凹形，代表破火山口形成后巖漿活動隨即停止所形成的地貌特征；爆發(fā)、噴溢而出的火山巖成層分布于火山口外緣，形成層狀火山機構。穹隆狀火山機構為火山噴發(fā)末期巖漿侵出作用形成，當火山活動早—中期強烈噴發(fā)導致氣液揮發(fā)分快速逸散殆盡，至噴發(fā)末期熔漿黏度變大、流動性差，破火山口形成后，高黏熔漿沿火山通道裂隙緩慢向上擠出地表，形成一套氣孔帶不發(fā)育的致密火山巖層及流動構造?；鹕娇陧敳勘桓唣r漿擠出侵占，與下部的火山通道及早期圍巖一道構成穹隆狀火山機構。

4.2.2 火山機構控制優(yōu)相展布

前人研究表明，火山巖儲層非均質性極強，火山機構中心部位，即火山口附近是油氣資源有利聚集帶[2]，主要表現為火山口、近火山口部位儲層物性要好于遠火山口部位[29]?；鹕綆r優(yōu)質相帶常以火山口為中心形成。距離火山口較近的火山口相帶與近火山口相帶在巖石厚度、巖相組合、內部結構、原生儲集空間類型等方面具有先天優(yōu)勢，后期易于受到強烈改造，通常儲層物性最好，可作為火山機構勘探的有利相帶。

根據井—震—地貌綜合分析識別惠西南地區(qū)不同類型火山機構，有利相帶為火山口與近火山口的火山通道相、爆發(fā)相與噴溢相。

火山口相帶的核心為火山通道相，是由于巖漿房壓力降低導致殘余巖漿無法噴出地表，堆積在火山通道內冷凝固結而形成的巖相。其中火山噴發(fā)早—中期，火山口坍塌、火山角礫原地塌陷堆砌，形成堆砌結構，火山角礫雖然未發(fā)生搬運磨圓，棱角分明，但可作為優(yōu)質儲層，儲層物性較好(圖6a)?；鹕娇凇⒔鹕娇诓课换鹕綇娏冶l(fā)形成的火山集塊、火山角礫、火山灰等火山碎屑聚集成爆發(fā)相。其中凝灰?guī)r含有大量不穩(wěn)定玻璃質，在埋藏過程中由于溫壓改變而轉化為穩(wěn)定的晶質，發(fā)生脫?；饔眯纬肾毥Y構，生成大量細微原生粒間或晶間孔隙[30](圖7a)。一般而言，火山噴發(fā)早—中期熔漿因富含揮發(fā)分而流動性較好，若地貌較為平坦，則可形成面積較廣的層狀、席狀噴溢相火山熔巖。其可分為下部、中部及上部亞相，各亞相特征明顯；下部亞相具有淬碎特征，上部亞相由于揮發(fā)分向上逸散而形成氣孔帶，又被后期熱液活動充填為杏仁體。因此，對于研究區(qū)噴溢相而言，相鄰兩期的上部、下部亞相頂底直接接觸，形成原生淬碎縫、原生氣孔上下疊置帶，測井曲線與噴發(fā)期次保持同韻律性響應，是較為有利的儲集空間，縱向上多期疊置、平面上層狀展布。根據以上分析，雖然火山機構類型不同，但火山口、近火山口相帶始終是火山噴發(fā)中心部位，原生孔縫發(fā)育較好。

圖7 珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山巖儲集空間類型

本區(qū)穹隆狀火山機構以侵出巖相為典型特征，由高黏度熔漿通過火山通道或火山口旁側裂隙向外緩慢擠出形成。由于侵出作用冷卻—固結—成巖過程比強烈噴發(fā)時間長，礦物結晶好、顆粒較粗，巖石均勻致密，孔縫發(fā)育及含油氣性差(圖8)。

圖8 珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山巖相分布

4.2.3 優(yōu)相控制有利儲層分布

火山機構內幕由火山口相帶、近火山口相帶及遠火山口相帶組成，有利儲層主要分布于前2個相帶內的火山通道相、爆發(fā)相和噴溢相。巖漿噴發(fā)過程中，由于溫壓條件急劇變化，產生氣孔、炸裂縫、玻璃質向晶質轉化的脫?；饔茫纬啥喾N類型原生儲集空間，原生孔縫組合關系較好。值得注意的是，研究區(qū)火山噴發(fā)時代與古近紀裂陷期較為接近(間隔約10 Ma)，火山機構被裂陷期斷裂活動及熱液流體影響，原生孔縫被激活、改造，連通性增強，同時伴隨強烈溶蝕作用，產生各類新的溶蝕孔縫，包括斑晶、基質等溶蝕成孔及各類溶蝕縫；各類原生、次生孔縫受構造活動影響而形成油氣輸導網絡，儲集物性進一步改善，形成規(guī)?？住p型儲集空間。

5 結論

(1)新生代早期初始裂陷作用伴隨強烈火山噴發(fā)與巖漿活動，形成珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世厚層中性火山熔巖與火山碎屑巖。根據火山噴發(fā)方式的差異，研究區(qū)發(fā)育塌陷狀、穹隆狀兩類火山口地貌，代表火山噴發(fā)早—中期形成的層狀火山機構及噴發(fā)末期的穹隆狀火山機構。

(2)借助三維地震、測井、鉆井等資料進行井—震—地貌綜合分析認為，火山機構內幕中心部位，即火山口及近火山口為優(yōu)勢巖相(火山通道相、爆發(fā)相和噴溢相)展布有利部位。穹隆狀火山機構頂部為噴發(fā)末期高黏度熔漿擠出地表形成的侵出相巖體，經緩慢固結成巖，礦物結晶較好，但原生孔縫不發(fā)育，巖石致密，物性較差。

(3)根據有利巖相展布特征，確定有利儲層分布及儲集空間類型。巖相控制原生孔縫發(fā)育及富集程度，裂陷期斷層及熱液活動對其激活、改造、連通，形成規(guī)?？住p型火山巖油氣儲集層。