瓊東南盆地陵南斜坡帶火山巖儲(chǔ)層巖性與蝕變特征

劉 沖， 彭俊峰， 閆琢玉， 張東峰， 鄭 磊， 盧 梅

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 中海油實(shí)驗(yàn)中心，廣東 湛江 524057)

中國(guó)火山巖油氣藏于1957年首次在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣發(fā)現(xiàn)，歷經(jīng)60余年，目前已在準(zhǔn)格爾、塔里木、渤海灣、松遼等地發(fā)現(xiàn)多個(gè)火山巖油氣藏(鄒才能等，2008)。隨著發(fā)現(xiàn)的火山巖油氣藏?cái)?shù)量不斷增加，作為油氣勘探的新領(lǐng)域，火山巖儲(chǔ)層受到越來(lái)越多的關(guān)注，尤其近些年發(fā)現(xiàn)中基性火山巖具有優(yōu)良的油氣儲(chǔ)集性，人們對(duì)中基性火山巖儲(chǔ)層的研究也不斷深入(田曉冬等，2020；苗春欣等，2015；陳奮雄等，2017；劉沖等，2022)。

瓊東南盆地位于海南島東南與西沙隆起區(qū)之間的海域，是南海北部深水區(qū)油氣勘探的主要區(qū)域。近年來(lái)，勘探陸續(xù)發(fā)現(xiàn)6個(gè)大中型氣田，探明油氣儲(chǔ)量規(guī)模約4億噸油當(dāng)量，但其油氣勘探及研究程度仍然較低，尤其缺乏對(duì)火山巖儲(chǔ)層的全面認(rèn)識(shí)和綜合評(píng)價(jià)。

該區(qū)域?qū)儆谏写钊腴_拓的我國(guó)海洋油氣勘探可持續(xù)發(fā)展及海洋油氣資源滾動(dòng)接替的重要戰(zhàn)略選區(qū)(何家雄等，2020)。通過(guò)對(duì)瓊東南盆地火山巖儲(chǔ)集層巖性特征、蝕變特征、儲(chǔ)集空間特征等綜合評(píng)價(jià)，為瓊東南盆地深水區(qū)火山巖油氣藏勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)概況

瓊東南盆地從北向南依次劃分為北部凹陷、中部隆起、中央凹陷、南部隆起4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元,最大水深超過(guò)3 200 m(徐守立等，2019)，盆地可分為裂陷期、熱沉降期和新構(gòu)造期3個(gè)構(gòu)造演化階段(張義娜等，2012)。裂陷期自下至上沉積了始新統(tǒng)、下漸新統(tǒng)崖城組、上漸新統(tǒng)陵水組3套地層。在古新世-始新世時(shí)期，發(fā)生大規(guī)模斷陷作用產(chǎn)生了以NE-SW走向?yàn)橹鞯纳煺箶嗔?同時(shí)，受紅河斷裂左旋走滑影響，凹陷東部發(fā)育了NW-SE走向的走滑斷裂(郭明剛等，2016；張迎朝等，2017)，之后沉積崖城組。本文主要研究區(qū)位于中央凹陷南部陵南低凸起的北部斜坡帶(圖1)，處于斜坡較高部位的崖城組，北部與中央凹陷和陵水優(yōu)質(zhì)氣田相鄰，同時(shí)，崖城組下部的斷裂為油氣提供優(yōu)越的運(yùn)移條件。

圖1 瓊東南盆地陵南斜坡帶構(gòu)造位置

2 火山巖儲(chǔ)集層巖性及蝕變特征

2.1 巖性特征

本區(qū)崖城組巖性以較厚層的溢流相火山巖為主，由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，結(jié)構(gòu)破碎，但也保留了大部分完整的火山巖特征。通過(guò)顯微薄片觀察，該層段火山巖主要為中、基性火山巖。

中性火山巖主要為粗面巖，其長(zhǎng)石礦物形態(tài)呈板條狀、針狀(圖2a,b)，根據(jù)長(zhǎng)石能譜分析(圖2c)，主要組分為含鉀的硅鋁酸鹽礦物，以鉀長(zhǎng)石為主。顯微觀察未見(jiàn)明顯的暗色礦物，但鐵礦化，綠泥石化嚴(yán)重，原生的暗色礦物可能均已蝕變。

基性火山巖為玄武巖，巖石礦物組分主要為斜長(zhǎng)石、綠泥石、方解石、輝石、磁鐵礦等，綠泥石、方解石為次生蝕變礦物(李凱明，2017；付晨晨等，2017；陳奮雄等，2017)。其中斜長(zhǎng)石晶體粗大，呈板條狀，構(gòu)成格架，格架內(nèi)有輝石、綠泥石充填(圖2d,e)，形成間粒結(jié)構(gòu)。根據(jù)能譜分析，斜長(zhǎng)石類型為鈉長(zhǎng)石(圖2f)。

圖2 火山巖微觀照片與能譜圖

一般從基性到中性巖，再到酸性巖，巖石中的鉀摩爾分?jǐn)?shù)逐漸增高，因而基性巖放射性最弱，自然伽馬最小(王澤華等，2015)。本區(qū)玄武巖的伽馬值為20～40 API，其礦物組分中鉀長(zhǎng)石含量低，主要為鈉長(zhǎng)石組分，因此玄武巖的自然伽馬值極低。粗面巖長(zhǎng)石組分中以鉀長(zhǎng)石為主，自然伽馬值高于玄武巖，為70～100 API(圖3)。

圖3 火山巖測(cè)井解釋圖譜

2.2 火山巖蝕變類型及特征

蝕變作用對(duì)火山巖儲(chǔ)層的影響較大，本區(qū)蝕變類型主要包括綠泥石化、碳酸鹽化、溶蝕作用以及少見(jiàn)的鐵礦化、硅質(zhì)蝕變充填等。

2.2.1 綠泥石化

中、基性火山巖中暗色礦物的Fe、Mg含量高，容易蝕變形成綠泥石。綠泥石主要是由鐵、鎂硅酸鹽礦物直接分解形成。綠泥石化是本研究區(qū)火山巖主要的蝕變特征，蝕變嚴(yán)重處僅剩余少量長(zhǎng)石殘晶(圖2g)。綠泥石呈片狀緊密排列，為高含量鐵鎂的硅鋁酸鹽礦物(圖2h,i)。

研究區(qū)存在較大規(guī)模的裂縫，裂縫為新物質(zhì)的流通提供通道，裂縫附近的綠泥石化增強(qiáng)。當(dāng)火山巖儲(chǔ)層發(fā)生黏土化蝕變，含水量增加，導(dǎo)電性增強(qiáng)，對(duì)電阻率測(cè)井有一定影響，中子測(cè)井值異常高，密度自然降低，聲波時(shí)差增大(王鵬等，2008；朱世發(fā)等，2014；魏翔宇等，2017；王敏等，2018；王建功等，2009)。深度4 200 m處裂縫發(fā)育，綠泥石化嚴(yán)重，電阻率具低值，成像測(cè)井顯示褐色，密度與聲波時(shí)差測(cè)井具低值，而中子測(cè)井顯示高值，隨著與裂縫距離的增大，蝕變強(qiáng)度減弱，測(cè)井顯示呈現(xiàn)相反的特征(圖4)。

圖4 玄武巖蝕變強(qiáng)弱測(cè)井解釋圖

2.2.2 碳酸鹽化

碳酸鹽礦物主要為方解石，其充填氣孔或裂縫，以及交代附近的骨架礦物。通過(guò)鑄體薄片觀察(圖2j,k)，火山巖中杏仁體充填礦物從邊緣向中心分別為綠泥石、方解石，以及方解石脈切割綠泥石脈，表明前期的綠泥石首先占位，后期的方解石充填。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，半數(shù)以上的微觀裂縫為方解石充填，其次為綠泥石，方解石充填為裂縫充填的主要形式。

2.2.3 溶蝕作用

火山巖出露地表會(huì)發(fā)生風(fēng)化淋濾作用，在埋藏過(guò)程中，也會(huì)發(fā)生地層水的溶解作用。本研究區(qū)的溶蝕作用相對(duì)較弱，中、基性火山巖早期普遍發(fā)育綠泥石化，導(dǎo)致滲流能力變差，阻礙了后期溶蝕作用的發(fā)育。裂縫為火山巖提供新的儲(chǔ)集空間的同時(shí)，也為酸性流體運(yùn)移提供滲流通道，臨近未充填裂縫處溶蝕作用增強(qiáng)，溶蝕類型主要為斜長(zhǎng)石的溶解(圖2l)。

3 火山巖儲(chǔ)集空間特征

3.1 孔隙類型

3.1.1 原生孔隙

研究區(qū)火山巖儲(chǔ)層的原生孔隙主要為氣孔，呈圓形、橢圓形，以及不規(guī)則形狀，大小不等，分布不均勻，在巖石中多呈孤立的形式存在(圖5a,b)。其連通性差，多數(shù)為無(wú)效孔隙，但由于裂縫的存在，可切穿孤立的原生氣孔，使其相互連通。但由于后期的蝕變作用，綠泥石、方解石充填大量氣孔，形成杏仁體，只剩余少量的未充填的原生氣孔和未完全充填的殘余原生氣孔。原生孔隙分布比例低于10%，多孤立存在。

圖5 火山巖儲(chǔ)層孔隙類型照片

3.1.2 次生溶孔

火山巖中次生溶蝕孔隙的存在不但可以提高孔隙度，還可以使孤立的原生氣孔連通。研究區(qū)火山巖的次生孔隙主要包括綠泥石微孔，長(zhǎng)石溶孔。經(jīng)過(guò)計(jì)算，綠泥石微孔約占比60%，長(zhǎng)石溶孔約占比25%。火山巖儲(chǔ)層綠泥石化嚴(yán)重，葉片狀綠泥石堆積形成大量孔徑細(xì)小的綠泥石微孔,鑄體薄片下難以識(shí)別(圖5c,d)。由于黏土質(zhì)點(diǎn)較小，堆積形成的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙本身也是喉道，這些孔隙像毛細(xì)管一樣分布在綠泥石化火山巖中。

長(zhǎng)石在酸性流體的作用下易溶蝕，形成網(wǎng)狀、點(diǎn)狀的長(zhǎng)石溶孔(圖5e)。斜長(zhǎng)石綠泥石化后，在后期的地層流體的作用下綠泥石被帶走或溶蝕，形成長(zhǎng)石溶孔，薄片照片中可見(jiàn)長(zhǎng)石溶孔內(nèi)殘余的綠泥石(圖5f)。長(zhǎng)石溶孔可提高一定的孔隙空間。研究區(qū)的孔隙類型主要為次生溶孔，由于鑄體薄片難以識(shí)別綠泥石微孔，薄片鑒定面孔率主要為次生長(zhǎng)石溶蝕孔，從溶蝕面孔率與裂縫面孔率在縱向上的分布關(guān)系可見(jiàn)(圖6)，未充填裂縫發(fā)育處溶蝕面孔率增大，溶蝕作用增強(qiáng)。

圖6 裂縫面孔率和溶蝕面孔率縱向分布圖

3.1.3 裂縫

本區(qū)裂縫發(fā)育，但在蝕變過(guò)程中大量裂縫被充填。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，未充填裂縫數(shù)量?jī)H占所有微觀裂縫數(shù)量中的20%，且裂縫寬度窄，主要為20～25 μm，對(duì)于面孔率的提高影響較小，但對(duì)滲透率的提高起到一定作用。

3.2 儲(chǔ)集層物性特征

從孔滲關(guān)系看，火山巖的孔隙度與滲透率的相關(guān)性極差(圖7)，相關(guān)系數(shù)R2僅為0.297 5，孔隙度主要分布在15%～25%之間，以中孔為主，但滲透率主要集中在0.1×10-3～1.0×10-3μm2，表現(xiàn)出明顯的孔高滲低的特征。主要原因是火山巖大面積蝕變，中、基性火山巖蝕變形成綠泥石，占據(jù)原生或早期溶蝕形成的次生孔隙，形成大量細(xì)小的綠泥石微孔。綠泥石微孔成為蝕變火山巖的主要儲(chǔ)集空間類型，占比60%以上。大量的微孔隙使火山巖具中孔物性特征，但綠泥石微孔隙就像普遍分布的毛細(xì)管一樣，滲流能力極差。另外，長(zhǎng)石的溶蝕主要以構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的裂縫作為物質(zhì)交換的流通條件，裂縫發(fā)育處溶蝕作用增強(qiáng)，長(zhǎng)石溶蝕量增加，導(dǎo)致孔隙分布不均勻，也是本研究區(qū)火山巖孔高滲低物性特征的另一因素。

圖7 火山巖孔滲關(guān)系圖

4 結(jié)論

(1)陵南斜坡帶崖城組巖性主要為玄武巖與粗面巖。玄武巖主要骨架礦物為鈉長(zhǎng)石，粗面巖的骨架礦物為鉀長(zhǎng)石。

(2)粗面巖具有較玄武巖高的測(cè)井伽馬值，而玄武巖具有極低的測(cè)井伽馬值。強(qiáng)蝕變的火山巖層段具低電阻率、低密度、高中子、高聲波時(shí)差的測(cè)井特征。

(3)本區(qū)火山巖蝕變類型主要為綠泥石化，碳酸鹽化，溶蝕作用。綠泥石化形成綠泥石微孔，碳酸鹽化充填孔隙及裂縫，溶蝕作用形成長(zhǎng)石溶孔，溶蝕分布不均勻，裂縫處溶蝕作用增強(qiáng)。

(4)孔隙類型主要為綠泥石微孔，其次為長(zhǎng)石溶孔、原生氣孔等,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綠泥石微孔似毛細(xì)管分布在火山巖儲(chǔ)層中。

(5)綠泥石微孔、長(zhǎng)石溶蝕作用的不均勻，使火山巖具孔高滲低的物性特征。