川西簡(jiǎn)陽地區(qū)二疊紀(jì)火山巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)集性能的影響

羅 冰, 馬 羚, 劉 冉, 楊 帥,李 亞, 李 乾, 周 剛, 王 尉

(1. 中國石油西南油氣田分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041；2. 成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

火山巖蘊(yùn)含豐富的油氣資源，隨著對(duì)探明石油資源的消耗日益增加，火山巖油氣藏表現(xiàn)出巨大的勘探潛力。自20世紀(jì)90年代在四川盆地周公山構(gòu)造發(fā)現(xiàn)小型玄武巖裂縫型氣藏后，四川盆地二疊紀(jì)火山巖儲(chǔ)層的相關(guān)研究長(zhǎng)久以來主要圍繞周公山構(gòu)造開展，短期內(nèi)在盆地內(nèi)其他地區(qū)也未有重大發(fā)現(xiàn)。直到2018年底，簡(jiǎn)陽地區(qū)的YS1井在二疊紀(jì)火山巖中初步落實(shí)天然氣預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)千億立方米[1]，YT1井在二疊紀(jì)火山巖中初步測(cè)試日產(chǎn)氣幾十萬立方米[2]，TF2井也鉆遇火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，近期的重大勘探突破表明川西簡(jiǎn)陽地區(qū)的火山巖具有良好的勘探價(jià)值，因此有必要對(duì)該區(qū)二疊紀(jì)火山巖進(jìn)行系統(tǒng)研究。

相關(guān)研究成果表明，火山巖儲(chǔ)層的發(fā)育一般受到構(gòu)造破裂或巖石溶解的影響[3-8]?；鹕綆r在不同埋藏深度經(jīng)歷了不同類型的成巖作用，它們暴露在地?zé)釄?chǎng)和構(gòu)造活動(dòng)中，導(dǎo)致了孔隙和裂縫的形成，進(jìn)而具備一定的孔隙度和滲透率[5,9-12]。在這一過程中，成巖作用的某些方面與碎屑巖的成巖作用類似，如礦物充填、蝕變交代和溶解作用，它們可以改變孔隙結(jié)構(gòu)，溶解初始礦物或基質(zhì)，也包括次生礦物的沉淀。由于相對(duì)缺乏火山巖儲(chǔ)層成因方面的詳細(xì)研究，對(duì)火山巖孔隙的相關(guān)認(rèn)識(shí)常被簡(jiǎn)化，儲(chǔ)層的形成機(jī)制通常歸因于構(gòu)造裂縫和風(fēng)化作用的控制。實(shí)際上，火山巖的儲(chǔ)集系統(tǒng)由氣孔、微裂縫和裂縫的復(fù)雜框架組成，這是原生和次生過程中相互作用的結(jié)果[13-17]。在任一確定的研究區(qū)域內(nèi)，不同巖相中，每個(gè)控制因素對(duì)不同火山巖最終巖石物性的貢獻(xiàn)程度會(huì)有所不同[18]。

簡(jiǎn)陽地區(qū)位于四川盆地西部，該區(qū)域二疊系中發(fā)育有以孔隙為主的火山碎屑巖型儲(chǔ)層，勘探潛力巨大，因此有必要加強(qiáng)火山巖儲(chǔ)層形成演化過程的研究，有助于明確四川盆地火山巖氣藏的成因機(jī)理和展布情況。目前缺乏對(duì)研究區(qū)二疊紀(jì)火山巖的成巖特征及其對(duì)儲(chǔ)集性能影響的系統(tǒng)分析，缺少相關(guān)的定量研究。據(jù)此，本文綜合火山巖的儲(chǔ)層特征與成巖作用特征，研究成巖作用對(duì)火山巖儲(chǔ)集性能的影響。

1 火山巖儲(chǔ)層特征

巖心、薄片觀察和地球化學(xué)分析的結(jié)果表明，簡(jiǎn)陽地區(qū)發(fā)育的二疊紀(jì)火山巖總體以溢流相的火山熔巖和爆發(fā)相的火山碎屑巖為主(圖1)，巖石屬于鈣堿性-堿性系列，爆發(fā)相的火山碎屑巖在簡(jiǎn)陽地區(qū)分布較廣。其中火山熔巖的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為45.70%～53.14%，屬于基性-中基性巖類，以玄武巖為主?；鹕剿樾紟r多見角礫熔巖、凝灰熔巖和凝灰?guī)r。常見的成巖礦物為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、普通輝石、石英、方解石、赤鐵礦和黏土礦物。此外，也有少量次火山巖相的輝綠玢巖發(fā)育，見于簡(jiǎn)陽地區(qū)的YS1井和YT1井火山巖段下部。

鑄體薄片觀察及孔滲測(cè)試的結(jié)果顯示，火山巖中的原生孔隙以氣孔和火山碎屑間的粒間孔為主，次生孔隙主要為脫?；缀腿芪g孔。研究區(qū)內(nèi)火山巖中裂縫的發(fā)育規(guī)模不大，且裂縫多被后期成巖作用改造充填，對(duì)油氣運(yùn)移的貢獻(xiàn)有限，故研究區(qū)內(nèi)發(fā)育孔隙型儲(chǔ)層。以YT1井為例，發(fā)育的儲(chǔ)集巖性為角礫熔巖和凝灰熔巖。如圖2所示，YT1井柱塞樣物性(19樣次)分析結(jié)果表明，該井火山巖的孔隙度(q)為8.66%～16.48%；滲透率(K)為0.004 6×10-3～0.170 8×10-3μm2[19]。樣品的孔滲相關(guān)性較高，相關(guān)指數(shù)R2值為0.731 3。

2 成巖作用類型

根據(jù)巖心及薄片分析，以對(duì)儲(chǔ)層孔隙度改變程度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以將簡(jiǎn)陽地區(qū)的火山巖成巖作用分為建設(shè)性(圖3)和破壞性(圖4)兩類[20]。

2.1 建設(shè)性成巖作用

爆裂破碎作用：火山噴發(fā)時(shí)因地下深部的高溫高壓巖漿、氣液沖出地面，破碎巖石形成粒間孔隙，或巖漿淬火或斑晶破裂形成炸裂縫的作用。

重結(jié)晶作用：巖漿從析出晶體到全部固結(jié)后，礦物的成分不變但形態(tài)與大小發(fā)生變化，重結(jié)晶形成的礦物晶體之間可形成晶間微孔隙。

冷凝收縮作用：高溫巖漿噴出地表后快速降溫從而冷凝收縮，研究區(qū)發(fā)育的熔巖中均存在一定程度冷凝收縮作用。但該類成巖作用在縱向上的發(fā)育范圍有限，且形成的孔縫后期多被充填，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的貢獻(xiàn)有限[21]。

揮發(fā)逸散作用：富含揮發(fā)分的巖漿噴出地表后，因溫度和壓力快速降低使揮發(fā)分逸出，從而形成原生氣孔。研究區(qū)內(nèi)多見于玄武巖中，此外在碎屑熔巖和熔結(jié)角礫巖中的漿屑里也較為多見，氣孔常沿著熔漿流動(dòng)方向排列。

風(fēng)化淋濾作用：火山巖主要形成于地表環(huán)境，總會(huì)受到風(fēng)化淋濾的影響，風(fēng)化淋濾面可形成于每個(gè)噴發(fā)旋回的間歇期內(nèi)。多數(shù)火山巖的孔隙發(fā)育會(huì)受到礦物的淋濾(溶蝕和氧化)影響，可形成風(fēng)化裂縫和次生溶孔。除破碎巖石外，風(fēng)化淋濾還會(huì)改變火山巖的化學(xué)組分，帶走可溶物質(zhì)，起到擴(kuò)大孔隙及提高滲透率的作用。

構(gòu)造作用：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是研究區(qū)內(nèi)火山巖中裂縫形成的主要成因。構(gòu)造裂縫邊緣平直、延伸長(zhǎng)，常見構(gòu)造裂縫切穿早期礦物和碎屑，可以連通原生氣孔，自身還可作為儲(chǔ)集空間以及熱液、地表水的運(yùn)移通道。

脫?；饔茫喝蹪{在過冷卻及黏度增大時(shí)會(huì)快速形成極不穩(wěn)定的玻璃質(zhì)，隨著時(shí)間增長(zhǎng)和溫度、壓力升高時(shí)，玻璃質(zhì)會(huì)自動(dòng)形成穩(wěn)定態(tài)的晶體。脫玻化產(chǎn)物由具備微弱光性向隱晶質(zhì)和雛晶等穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變，再進(jìn)一步可轉(zhuǎn)化為骸晶和礦物微晶。脫?；牡V物體積較先前變小，從而形成脫?；⒖?。

溶蝕作用：研究區(qū)內(nèi)大多數(shù)火山巖產(chǎn)于斷層附近，且火山巖中的高溫礦物常發(fā)生次生蝕變形成穩(wěn)定的含水礦物。由于大氣水沿?cái)鄬颖砻鏉B透，斷層附近的地層水通常呈酸性[22]。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育鈣堿性-堿性系列的玄武巖，對(duì)酸性環(huán)境較為敏感，巖石中的堿性長(zhǎng)石和基質(zhì)常被酸性流體溶蝕。同時(shí)火山巖在深埋過程中，充填早期孔縫的礦物和蝕變礦物容易被地層水和有機(jī)酸等流體溶蝕，因此次生溶孔十分發(fā)育。

2.2 破壞性成巖作用

充填膠結(jié)作用：火山熱液在適宜條件下可以晶出自生礦物，而表生環(huán)境利于蝕變礦物形成，這兩類后期形成的礦物會(huì)充填膠結(jié)早期形成的孔隙和裂縫。充填膠結(jié)作用在本區(qū)廣泛發(fā)育，常見的填隙物包括方解石、石英、鈉長(zhǎng)石、透閃石、綠簾石和綠泥石等礦物以及玄武質(zhì)的熔漿。充填膠結(jié)作用通常見于氣孔、裂縫、晶間孔隙以及角礫間孔中，從孔縫外壁向中心生長(zhǎng)。

交代蝕變作用：研究區(qū)二疊紀(jì)火山巖多數(shù)屬于基性巖類，基性巖漿中鐵鎂質(zhì)含量較高，形成的高鎂鐵礦物穩(wěn)定性差，容易發(fā)生交代蝕變。在巖石薄片中常見到輝石等暗色礦物發(fā)生綠泥石化、黏土化等現(xiàn)象。埋藏狀態(tài)下，溫度、壓力的升高及地層流體活動(dòng)均會(huì)導(dǎo)致交代蝕變作用的發(fā)生，對(duì)早期形成的儲(chǔ)集空間進(jìn)行充填。盡管大部分蝕變礦物較易被溶解，部分在后期可經(jīng)溶蝕作用形成次生溶孔，但再次溶解增加的儲(chǔ)集空間遠(yuǎn)不及蝕變礦物充填孔隙的程度。

熔結(jié)-壓結(jié)作用：熔結(jié)-壓結(jié)作用指在重力或上覆巖層加壓的作用下，火山碎屑物質(zhì)經(jīng)壓實(shí)固結(jié)成巖的過程，一般見于火山碎屑巖中。熔結(jié)-壓結(jié)作用的程度越強(qiáng)，碎屑間孔隙就越少。

3 成巖演化特征

在對(duì)巖石薄片鏡下觀察的基礎(chǔ)上，根據(jù)火山巖的自生礦物及孔隙發(fā)育帶的分布情況(圖5)，可將成巖演化過程劃分為4個(gè)階段(表1)：冷卻固結(jié)成巖階段、巖漿期后熱液作用階段、風(fēng)化淋濾階段和埋藏成巖階段[23]。

冷卻固結(jié)成巖階段中的成巖作用類型有爆裂破碎、結(jié)晶分異、冷凝收縮、脫?；?、揮發(fā)逸散及火山熱液充填作用，形成的孔隙基本上都是原生孔縫。該成巖階段對(duì)爆發(fā)相的普通火山碎屑巖和溢流相頂部的杏仁狀玄武巖影響較大，但實(shí)際中早期形成的原生孔縫總有不同程度的充填。

巖漿期后熱液作用頻繁，多種暗色礦物被高礦化度熱液蝕變交代。研究區(qū)內(nèi)二疊紀(jì)火山巖巖心和薄片中常見輝石和角閃石蝕變?yōu)榫G泥石，伊丁石取代橄欖石以及凝灰?guī)r基質(zhì)被碳酸鹽交代等現(xiàn)象，這些被蝕變交代的暗色礦物部分至今還可見原礦物的假晶。熱液攜帶的綠泥石、沸石等礦物質(zhì)在一定條件下會(huì)結(jié)晶沉淀，填充氣孔形成杏仁體或?qū)αｉg孔、晶間孔和成巖裂縫進(jìn)行充填，導(dǎo)致儲(chǔ)集巖殘余面孔率大幅下降。但大部分熱液蝕變礦物易溶解，也有助于提高后期溶蝕效果。

表1 簡(jiǎn)陽地區(qū)二疊紀(jì)火山巖成巖演化序列Table 1 Diagenetic evolution sequences of Permian volcanic rocks in Jianyang area

火山巖普遍受到一定的風(fēng)化剝蝕，風(fēng)化界面的玄武巖溶蝕孔縫發(fā)育。同時(shí)，淋濾作用產(chǎn)生沸石化和綠泥石化，對(duì)氣孔和裂縫起一定的充填作用。薄片中可見氣孔的溶蝕邊部生長(zhǎng)著一圈黑色泥膜的現(xiàn)象，它指示成巖于地表或近地表的氧化環(huán)境中，為風(fēng)化淋溶成因。所以在這一成巖階段，火山巖的孔隙度會(huì)降低；但由于溶蝕孔縫對(duì)原先孤立的孔隙起到了一定的連通作用。在溶蝕和充填的雙重作用下，火山巖孔隙度降低到10%以下[21]。

火山巖體進(jìn)入埋藏成巖階段后，前期形成的儲(chǔ)集空間大多被充填。長(zhǎng)期埋藏過程中，研究區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成構(gòu)造縫。此時(shí)，在酸性流體作用下玻璃質(zhì)脫?；纬傻匿X硅酸鹽等礦物發(fā)生溶蝕，可產(chǎn)生大量彌散分布的微孔，形成大量的儲(chǔ)集空間。但本階段因地層流體作用會(huì)攜帶礦物質(zhì)與原巖交代，也會(huì)沉淀次生礦物充填孔隙，降低巖石儲(chǔ)集性能。因此，本階段的成巖作用對(duì)火山巖儲(chǔ)層中殘余孔隙度的高低起決定性作用。

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的影響

4.1 建設(shè)性成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

4.1.1 脫?；饔眯纬蓮浬蠲摬；?/p>

玻璃質(zhì)脫?；沟V物體積變小，因而脫?；饔每尚纬纱罅课⒖?圖6)?；曰鹕讲Ａ摬；尚纬尚遍L(zhǎng)石、高價(jià)鐵礦物和次生綠泥石等[23]。研究區(qū)內(nèi)脫?；淄ǔ０l(fā)育在玄武質(zhì)漿屑或火山灰中，發(fā)生脫?；饔玫牟课唬憩F(xiàn)在巖心上即淺色熔漿分布的位置，在碎屑熔巖中更為發(fā)育；在鑄體薄片中呈藍(lán)色連片彌散狀分布，結(jié)合電鏡分析為蜂窩狀分布，是熔巖脫玻化、蝕變后經(jīng)溶蝕改造形成的孔隙。

為了評(píng)價(jià)脫?；讓?duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)，從簡(jiǎn)陽地區(qū)YT1井中挑選了11件大量發(fā)育脫?；椎哪胰蹘r樣品為例進(jìn)行定量計(jì)算。參考馮子輝等[23]提出的用質(zhì)量平衡方法計(jì)算脫玻化形成的孔隙體積。

a.對(duì)凝灰熔巖樣品進(jìn)行CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算，結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)礦物分子中石英(Q)、鈣長(zhǎng)石(An)、鈉長(zhǎng)石(Ab)、鉀長(zhǎng)石(Or)、紫蘇輝石(Hy)、橄欖石(Ol)、鈦鐵礦(Il)和磁鐵礦(Mt)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之和平均為96.22%，最高為98.03%，最低為92.15%。因此為了計(jì)算方便，可以忽略其他礦物的影響。同時(shí)結(jié)合薄片鏡下觀察，統(tǒng)計(jì)斑晶或晶屑、巖屑中礦物的平均含量。從標(biāo)準(zhǔn)礦物含量中減去鏡下統(tǒng)計(jì)的斑晶或晶屑、巖屑中觀察到的礦物含量，就得到火山巖脫?；蟮V物的含量(表2)。

b.根據(jù)脫?；螽a(chǎn)生的礦物含量和標(biāo)準(zhǔn)情況下各物質(zhì)的密度，計(jì)算出火山巖脫?；笤黾拥目紫犊臻g。假設(shè)單個(gè)火山巖樣品的總質(zhì)量為100 g，礦物密度(ρ)選用：石英(Q)密度2.65 g/cm3，鈉長(zhǎng)石(Ab)密度2.61 g/cm3，鉀長(zhǎng)石(Or)密度2.56 g/cm3，鈣長(zhǎng)石(An)密度2.75 g/cm3，紫蘇輝石(Hy)密度 3.3 g/cm3，橄欖石(Ol)密度3.2 g/cm3，鈦鐵礦(Il)密度4.72 g/cm3，磁鐵礦(Mt)密度4.9 g/cm3，基性玻璃質(zhì)密度2.757 g/cm3 [24]。巖性密度測(cè)井結(jié)果表明，選用樣品的平均密度為2.66 g/cm3，因此100 g凝灰?guī)r的體積為37.59 cm3。根據(jù)公式

Vm=mm/ρm

(1)

式中：Vm為礦物體積；mm為脫?；蟮V物質(zhì)量；ρm為密度。

wg=w1-(w2-w3)

(2)

式中：wg為玻璃質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w1為Q+An+Ab+Or+Hy+Ol+Il+Mt的CIPW質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w2為Q+An+Ab+Or+Hy+Ol+Il+Mt的CIPW質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w3為Q+An+Ab+Or+Hy+Ol+Il+Mt脫?；蟮腃IPW質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

計(jì)算后可得出火山巖樣品脫?；筢尫诺目紫?表3)。結(jié)果表明：100 g凝灰熔巖經(jīng)過脫?；饔煤?，能產(chǎn)生的孔隙體積為0.46～1.51 cm3，證明脫?；^程起到增加儲(chǔ)集空間的作用。100 g火山巖最大的增孔體積達(dá)1.51 cm3，占總體積的4%，顯示脫?；饔脤?duì)儲(chǔ)集空間的增加做出了重要貢獻(xiàn)。

表2 凝灰熔巖脫玻化后產(chǎn)生的礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w/%)Table 2 Content of quartz and feldspar resulted from de-vitrification of tufflava

表3 凝灰熔巖脫?；筢尫诺目紫禩able 3 Pores formation resulted from de-vitrification of tufflava

脫?；鬃鳛檠芯繀^(qū)內(nèi)火山巖儲(chǔ)層中重要的儲(chǔ)集空間類型，雖然孔徑小，但聚集分布、互相連通且發(fā)育數(shù)量較多，與脫?；L(zhǎng)石溶孔組合后是具備高儲(chǔ)集性能的孔隙組合類型[19]。

4.1.2 風(fēng)化淋濾帶走易溶組分形成溶蝕孔

火山巖于地表環(huán)境形成，后期因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)才埋入地下，因此大多數(shù)火山巖會(huì)受到風(fēng)化淋濾作用影響。淋濾作用破碎巖石的同時(shí)也造成礦物的氧化、水化、碳酸鹽化等現(xiàn)象(圖7-A、B)，可帶走巖石中的易溶物質(zhì)，增大孔隙，提升滲透性(圖7-C)。X射線衍射全巖分析中，簡(jiǎn)陽地區(qū)YT1井的黏土礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)36%，較高的黏土礦物含量指示巖石受到了風(fēng)化淋濾作用的影響。

以簡(jiǎn)陽地區(qū)的YT1井為例，選取深度為5 645.5～5 872 m的21個(gè)碎屑熔巖地化樣品，計(jì)算風(fēng)化作用參數(shù)(化學(xué)蝕變指數(shù)CIA、風(fēng)化物質(zhì)指數(shù) PI、淋溶系數(shù) Lc和殘積系數(shù)Rc)，其CIA指數(shù)為42.681～63.684，Rc指數(shù)為0.702～1.491，Lc值為2.246～5.129，PI指數(shù)為65.267～72.484，各種風(fēng)化指數(shù)的變化趨勢(shì)如圖8所示?？梢钥闯鰳悠返母鞣N風(fēng)化指標(biāo)的變化趨勢(shì)相似，與同深度的測(cè)井孔隙度比對(duì)，孔隙度變化也表現(xiàn)出與風(fēng)化作用參數(shù)相近的曲線形態(tài)。圖8中巖性相同時(shí)化學(xué)風(fēng)化程度越高，對(duì)應(yīng)的孔隙度也越高，說明風(fēng)化淋濾影響火山巖儲(chǔ)層的物性。

4.1.3 長(zhǎng)石溶蝕作用形成次生溶孔

研究區(qū)內(nèi)溶蝕作用發(fā)育范圍廣泛，在玄武巖中次生孔隙的形成都與溶蝕作用有關(guān)。長(zhǎng)石在火山巖中十分發(fā)育，理論上火山巖中溶蝕最多的礦物是長(zhǎng)石[25]。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中形成次生孔隙的主要作用就是長(zhǎng)石的選擇性溶蝕，被溶蝕的長(zhǎng)石斑晶及微晶類型以鈉長(zhǎng)石為主(圖9)。

依據(jù)溶蝕作用過程經(jīng)歷的化學(xué)反應(yīng)方程式，可以理論上定量推算出長(zhǎng)石溶蝕后增加的儲(chǔ)集空間體積。根據(jù)趙海玲等[26]和張善文[27]的鈉長(zhǎng)石溶蝕作用方程式

2NaAlSi3O8+2H++H2O=Al2Si2O5(OH)4+

4SiO2+2Na+

(3)

2NaAlSi3O8+2CO2+3H2O=Al2Si2O5(OH)4

+2NaHCO3+4SiO2

(4)

可以看出，2 mol鈉長(zhǎng)石溶蝕后將形成1 mol高嶺石和4 mol石英。2 mol鈉長(zhǎng)石的相對(duì)分子質(zhì)量為524.448，即反應(yīng)前鈉長(zhǎng)石質(zhì)量為524.448 g，因鈉長(zhǎng)石密度為2.61 g/cm3[24]，溶蝕前鈉長(zhǎng)石原始體積為200.94 cm3。

溶蝕反應(yīng)后，形成1 mol的高嶺石和4 mol的石英，由于1 mol高嶺石體積為100.06～96.69 cm3，而4 mol石英體積為90.69 cm3。所以，理論上2 mol鈉長(zhǎng)石溶蝕后可形成的最小次生儲(chǔ)集空間為10.19 cm3，最大次生儲(chǔ)集空間為13.56 cm3。即理論上2 mol、200.94 cm3的鈉長(zhǎng)石溶蝕后可形成的次生儲(chǔ)集空間為10.19～13.56 cm3，形成的平均次生孔隙空間為11.875 cm3。

由上可知，鈉長(zhǎng)石原始體積∶溶蝕孔隙空間=200.94∶11.875≈67∶4。根據(jù)鏡下觀察，鈉長(zhǎng)石在薄片中所占比例一般在20%～40%之間。由研究區(qū)內(nèi)火山巖鉆井的巖性密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得出，火山巖的密度約為2.85 g/cm3，因此理論上100 g火山巖中鈉長(zhǎng)石溶蝕形成的儲(chǔ)集空間為0.419～0.838 cm3，占巖石總體積的1.19%～2.39%。

根據(jù)上述長(zhǎng)石溶蝕反應(yīng)方程可以看出，只要成巖環(huán)境中存在H+和H2O，火山巖中的長(zhǎng)石就可發(fā)生溶蝕，形成高嶺石(圖9-C)。此外，鈉長(zhǎng)石溶蝕還可產(chǎn)生石英。

4.2 破壞性成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

4.2.1 交代蝕變作用

研究區(qū)內(nèi)二疊紀(jì)火山巖儲(chǔ)層中綠泥石化現(xiàn)象普遍，通常由長(zhǎng)石、暗色礦物、高嶺石、玻璃質(zhì)等蝕變而成。綠泥石常充填或部分充填氣孔，或直接交代火山碎屑。綠泥石化使基質(zhì)和長(zhǎng)石溶蝕，擴(kuò)大微裂縫，但新生綠泥石的充填作用也會(huì)降低孔隙度。成巖過程中有流體參與，蝕變后的綠泥石也易被流體溶蝕(圖10-A)。

研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)石溶蝕后形成高嶺石，但在實(shí)際的巖心和薄片觀察中，高嶺石含量較低，綠泥石化多見(圖9-C和圖10-B)。由于綠泥石常由黏土礦物蝕變形成，因此以高嶺石綠泥石化為例，討論綠泥石蝕變的過程?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式參考張善文[27]的綠泥石化反應(yīng)方程式

3Al2Si2O5(OH)4+4Mg2++4Fe2++9H2O=

Fe4Mg4Al6Si6O20(OH)16+14H+

(5)

可以看出，3 mol高嶺石經(jīng)蝕變作用可形成1 mol綠泥石，3 mol高嶺石的相對(duì)分子質(zhì)量為774.477，所以3 mol高嶺石質(zhì)量為774.477 g，高嶺石密度為2.58～2.67 g/cm3 [24]，3 mol高嶺石體積為290.07～300.18 cm3，平均體積為295.125 cm3。

由(5)式可知，蝕變形成的1 mol綠泥石的相對(duì)分子質(zhì)量為1 243.108，而1 mol綠泥石的質(zhì)量為1 243.108 g，因?yàn)榫G泥石密度為2.6～3.4 g/cm3[24]，所以3 mol高嶺石蝕變形成的綠泥石體積為365.62～478.12 cm3，平均體積為421.87 cm3。蝕變后的礦物體積為反應(yīng)前高嶺石原始體積的1.43倍左右。

在埋藏階段，黏土礦物與碳酸鹽礦物反應(yīng)可生成大量有機(jī)成因的CO2[28]。表現(xiàn)為高嶺石消失，綠泥石形成，同時(shí)可見白云石和石英溶蝕。其反應(yīng)表達(dá)式為

5CaMg(CO3)2+Al2Si2O5(OH)4+SiO2+2H2O

=5CaCO3+5CO2+Mg5Al2Si3O10(OH)8[27]

(6)

根據(jù)(6)式可知，5 mol白云石、1 mol高嶺石和1 mol石英與水反應(yīng)可形成1 mol綠泥石和5 mol方解石，其中5 mol白云石的相對(duì)分子質(zhì)量為922.005，白云石質(zhì)量為922.005 g。由于白云石的密度為2.86～2.93 g/cm3，所以蝕變前白云石體積為314.677～322.379 cm3，白云石平均體積為318.528 cm3。由于1 mol高嶺石體積為96.69～100.06 cm3，而1 mol石英體積為22.674 cm3，所以蝕變反應(yīng)(6)發(fā)生之前反應(yīng)礦物的原始總體積為437.041～445.113 cm3，平均體積為441.077 cm3。

綠泥石化后，生成1 mol的綠泥石體積為365.62～478.12 cm3，平均體積為421.87 cm3。同時(shí)生成5 mol方解石，5 mol方解石的質(zhì)量為500.44 g，方解石的密度為2.715 g/cm3，5 mol方解石的體積為184.324 cm3。蝕變礦物體積總和為549.944～662.444 cm3，平均體積為606.194 cm3。

經(jīng)過(6)式這一蝕變反應(yīng)后，蝕變后礦物的體積為蝕變前礦物體積的1.37倍。因此綠泥石化后礦物體積增長(zhǎng)，減少了孔隙空間，綠泥石化這一過程對(duì)儲(chǔ)集空間的發(fā)育起抑制作用。

4.2.2 充填膠結(jié)作用

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)流體活動(dòng)導(dǎo)致的充填膠結(jié)作用在研究區(qū)內(nèi)普遍存在，主要表現(xiàn)為2種方式：一種是在原生孔隙中充填(圖11-A)，另一種是在次生孔隙中沉淀并充填、交代形成次生礦物。大多數(shù)樣品中被次生充填的孔隙多于殘余有效的孔隙，由此可見，該類作用是阻礙火山巖孔隙發(fā)育的重要因素。實(shí)際中，礦物充填常表現(xiàn)出分期性，可能出現(xiàn)多次充填的結(jié)果。例如，YT1井可見含斑晶杏仁角礫熔巖中的杏仁體被多期充填(圖11-B)，杏仁體核部充填綠泥石，邊部充填方解石，最外層發(fā)育一圈泥化邊，這一現(xiàn)象由多期次的成分和溫度不同的流體活動(dòng)造成?？偠灾?，充填膠結(jié)作用在火山巖中普遍發(fā)育，固結(jié)成巖之后均可發(fā)生，是研究區(qū)內(nèi)最大的減孔因素。

5 結(jié) 論

a.川西簡(jiǎn)陽地區(qū)二疊紀(jì)火山巖的儲(chǔ)集空間組合由粒間孔、脫?；缀腿芪g孔構(gòu)成。火山巖儲(chǔ)層中發(fā)育爆裂破碎、結(jié)晶分異、冷凝收縮、揮發(fā)逸散、風(fēng)化淋濾、構(gòu)造、脫?；?、溶蝕、充填膠結(jié)、交代蝕變及熔結(jié)-壓結(jié)等11類成巖作用。火山巖成巖演化歷經(jīng)了冷卻固結(jié)成巖階段、巖漿期后熱液作用階段、風(fēng)化淋濾階段和埋藏成巖階段。

b. 脫?；饔?、風(fēng)化淋濾作用和長(zhǎng)石溶蝕作用是火山巖儲(chǔ)集空間形成的主要影響因素。用質(zhì)量平衡法算出脫?；饔脼榛鹕綆r最大增加15.1 cm3/kg的儲(chǔ)集空間，最大增孔體積占巖石總體積的4%。同一巖石孔隙度與各種風(fēng)化作用的參數(shù)同趨勢(shì)變化，表明火山碎屑巖風(fēng)化程度越高，物性越好。長(zhǎng)石溶蝕作用的對(duì)象主要為鈉長(zhǎng)石，計(jì)算得出火山巖中鈉長(zhǎng)石溶蝕形成的次生溶蝕空間占巖石總體積的1.19%～2.39%。

c.研究區(qū)內(nèi)綠泥石化普遍發(fā)育，計(jì)算高嶺石綠泥石化過程的體積變化，結(jié)果顯示綠泥石化后的礦物體積大于蝕變前的體積，證明綠泥石化減少了孔隙空間。同時(shí)，鏡下及野外剖面觀察發(fā)現(xiàn)次生充填膠結(jié)作用在研究區(qū)內(nèi)普遍存在，綠泥石化和充填膠結(jié)作用是區(qū)內(nèi)最重要的減孔因素。