長嶺斷陷火山巖儲層形成及控藏作用

徐宏節，陸建林，于文修，王保華

(1.中國石化 東北油氣分公司， 長春 130062；2.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214151)

長嶺斷陷位于松遼盆地中央斷陷帶中南部，斷陷層系火山巖發育，火山巖由于縫洞及氣孔發育，儲集性能好，是斷陷層的主要儲層，也是主要勘探目的層系。長嶺斷陷中石化探區已有近30口井鉆遇火山巖，各類火山巖均有發育，構成了深層主要儲層。前人研究表明[1-5]，該區火山巖儲層中油氣資源豐富。但目前該地區勘探程度較低，有必要對火山巖儲層的特征進行較系統的闡述和研究探討，以期進一步提高對火山巖儲層的認識。

1 火山巖儲層基本特征

1.1 巖性巖相特征

已鉆遇的火山巖包括火山熔巖、火山碎屑巖、侵入巖(次)和火山沉積巖等。

火山熔巖從基性的玄武巖、中性的安山巖到酸性的流紋巖、英安巖等均有發育。中基性熔巖大都位于鉆遇層位的中下部，酸性熔巖主要位于鉆遇層位的上部。目前勘探獲得突破的主要巖類是位于營城組上部的酸性流紋巖。

火山碎屑巖主要包括凝灰巖和火山角礫巖。本區大部分探井大都見到凝灰巖，最大單井連續鉆遇厚度達475 m(YN1井)，可見噴發強度之大?；鹕浇堑[巖在查干花東部斜坡普遍發育，是高強度中心式火山噴發的典型產物。和流紋巖一樣，位于營城組上部的凝灰巖是目前獲得突破的主要儲層段。

酸性和基性侵入巖類(次火山巖類)在本區均有發育。查干花地區在營城組末期發生大規模的酸性巖漿侵入事件，在營城組底部形成大面積連片分布的侵入巖體(花崗斑巖)，形成底劈構造，對該地區天然氣成藏起到一定的破壞作用。

火山沉積巖主要位于火山機構邊緣較低部位。本區在DB10,DB14等井中見到火山沉積巖；DB10井累計厚度達218 m，主要為沉凝灰巖、沉火山角礫巖。

長嶺斷陷火山巖分為5種相，即爆發相、溢流相、火山沉積相、次火山巖相、火山通道相[6]。

溢流相、爆發相是長嶺斷陷各個噴發旋回的主要組成部分，是長嶺斷陷的主要巖相類型，易形成好的儲層。尤其在YS1,YS101,YS102等井已發現高產氣流。

火山沉積相主要在火山活動間隙階段形成。DB10和DB14井為水攜型噴發—沉積巖。這類巖石易于形成各種溶蝕孔隙，也應是一種潛在的儲集層。

火山通道相位于連接巖漿房和地表的孔道中。主要為火山噴發物混雜堆積，熔結程度高，與周圍巖層大部不直接連通，難以成藏，如腰南1井、DB10井。

1.2 儲集空間特征

火山巖儲集空間類型多樣，按成因分，火山巖儲集空間可分為原生儲集空間和次生儲集空間2大類[7-8]。原生儲集空間是指巖漿熔結、冷凝成巖過程中產生的各種裂縫和孔隙，主要包括氣孔、晶間孔、原生解理縫、粒間孔和收縮縫等；次生儲集空間是指巖漿冷卻后,遭受風化淋濾、溶蝕、構造應力、熱液蝕變等外力作用而形成的儲集空間，主要包括各種構造裂縫、溶蝕孔、縫等。有效火山巖儲層的儲集空間的70%～95%由孔隙構成，30%～5%由裂縫構成。不同類型火山巖的殘留原生孔隙加次生(演化)孔隙構成了多種多樣的油氣儲集層。

流紋巖類主要發育的孔隙類型有氣孔、斑晶內溶孔和杏仁體內孔，其次是斑晶內熔孔、和杏仁體內溶孔。主要發育的裂縫有構造縫和收縮縫，還見有層間縫、風化溶蝕縫。主要孔縫組合類型有氣孔+溶蝕孔+裂縫型、氣孔+裂縫型。

凝灰巖中氣孔、裂縫發育，以斷續的片狀構造縫為主兼有細小星點狀晶間縫，有時具溶蝕縫孔洞，形成串珠狀孔隙空間；凝灰質熔巖為小型氣孔、構造裂縫及微溶孔?；鹕浇堑[巖類以構造裂縫和溶蝕擴大的孔、洞、縫構成的多樣化聯合式儲集空間為特征，屬于火山口相的巖性特征。

侵入巖巖石致密，孔隙不發育，局部裂縫可以較發育。

1.3 物性特征

火山巖儲層物性受控于多種因素，控制因素復雜。對長嶺斷陷鉆遇火山巖的取樣分析表明其孔隙度變化較大，所測樣品有效孔隙度最小值0.28%，最大值29.06%，平均5.472%；滲透率變化范圍很大，有的甚至相差幾個數量級，有效滲透率最小值0.001×10-3μm2或未檢出，最大值19.3×10-3μm2，平均0.756×10-3μm2，大部分樣品滲透率值都較小，基本上屬于低孔低滲—特低孔滲儲層。

從火山巖物性關系圖來看(圖1a)，孔隙度和深度沒有明顯的相關性，孔隙度和滲透率不隨深度變化，這是火山巖和碎屑巖儲層最明顯的區別之一。

儲層巖石的孔隙度和滲透率受許多因素制約，兩者之間有一定的關系，但不是簡單的正相關性，存在高孔低滲和低孔高滲現象(圖1b)。主要是由于火山巖儲集空間具有較強的非均質性，原生儲集空間大都孤立、互不連通，大量發育的孔隙如果沒有裂隙的溝通，難以形成有效的儲層。

孔隙度與巖石密度有很好的負相關性(圖1c)；滲透率與巖石密度有一定關系，總體上看隨著巖石密度的增大滲透率有減小的趨勢，但各種裂縫的參與又使兩者之間的相關性變得復雜(圖1d)?？傮w上看，巖石密度越小，對應儲層的物性越好。不同巖性的火山巖孔隙度都可以很發育，但孔隙較發育的火山巖滲透率不一定大，這與火山巖的分布位置和裂縫的發育程度有關。

1.4 孔喉特征

火山巖屬于非顆粒支撐巖石，與顆粒支撐的碎屑巖有本質的不同，其孔喉結構具有明顯的特征。根據部分樣品壓汞數據統計分析，長嶺斷陷營城組火山巖排驅壓力較高，為0.123～45.804 MPa，均值為9.418 MPa；中值壓力較高，介于0.444～105.9 MPa，平均值為43.737 MPa；最大連通半徑較小，為0.016～5.985 μm，均值為0.396 μm；中值半徑較小，為0.005～1.657 μm，平均值為0.105 μm；微觀均質系數大部分小于0.5?？傮w上表現為排驅壓力較大，壓汞曲線中間平緩段較短，曲線向左下方凸出不明顯，孔喉半徑較小，主要喉道可能是溝通孔隙的微裂縫，孔喉的連通性、儲集性及滲流能力較差，非均質性強。

圖1 長嶺斷陷營城組火山巖樣品深度—孔隙度—滲透率—巖石密度關系Fig.1 Relationship between depth, porosity, permeability and density of volcanic rock samples from Yingcheng Formation, Changling Fault Depression

1.5 儲層類型

火山巖儲層是一類特殊儲層，孔隙度差異變化大，大部分孔隙為孤立孔隙或局部連通、微連通孔隙，主要的滲流通道為裂縫，裂縫起到主要的滲流作用，是一類雙重介質儲層，因此，火山巖儲層的測試曲線應該表現為雙孔雙滲特征?？赏ㄟ^試井分析研究儲層類型和滲流特征。

圖2為長嶺斷陷部分井測試滲流特征曲線(數據來自中石化東北分公司和華東分公司測試報告)。從圖2中可以看出，各井雙對數徑向流曲線呈“V”字形(YS1井除外)，儲層均具有典型的雙重孔隙特征。

但也會出現類似于均質氣藏滲流特征的壓力恢復曲線，如圖2中YS1井壓力恢復曲線，從2006年到2007年的2次測試中均表現為均質氣藏的滲流特征，這和預想的情況不符。因為裂縫的滲流是存在的，所以，曲線表現出這樣的特征。只有一種情況即孔隙滲流的作用很小，遠遠小于裂縫的滲流貢獻，氣藏范圍內主要靠裂縫起滲流作用，所以表現出由裂縫滲流占主導作用的“似均質滲流特征”。

2 火山巖儲層形成特征

依據火山巖儲層形成過程特征，可將火山巖儲層的形成分為2個主要階段：初始成巖階段及成巖后生階段[8]。初始成巖階段指地下巖漿醞釀噴發到噴發至地表冷凝成巖，形成固態火山巖的階段，形成原生孔隙；成巖后生階段則包括巖漿成巖后，在漫長的地表或埋藏過程中所發生一切作用和變化的階段，形成次生孔隙。初始成巖階段主要受控于巖漿冷凝過程的各類火山作用。

圖2 長嶺斷陷部分探井試井解釋雙對數典型曲線Fig.2 Log-log curves of well testing interpretation of wells in Changling Fault Depression

2.1 火山作用

火山作用階段的成巖作用包括氣體逸散作用、熔結作用、晶體溶蝕作用、巖流破裂作用、晶體破碎作用等；產生的儲集空間主要包括氣孔、熔孔、晶間孔、原生解理縫、粒間孔和收縮縫、淬火縫等。其中以揮發分逸散作用和熔結作用為主，主要形成氣孔和粒間孔等原生孔隙。

對于較厚的熔巖層或火山碎屑巖層，由于成巖是跟外界的接觸程度不一樣，氣孔發育程度存在較大的差異性。一般在巖層上部氣孔發育，中部氣孔數量明顯減少，到底部很少有分布。對碎屑巖巖層，不同部位熔結程度不同，粒間孔發育程度不同；熔結程度高時可使孔隙完全消失，低熔結程度使粒間孔發育。對于凝灰巖層其頂面和底面降溫快，熔結程度低，易于形成好的儲層。

原生裂縫是火山作用階段形成的重要儲集空間，主要包括晶體微裂隙、冷凝收縮縫、節理等。冷凝收縮縫是由于溫度變化使巖石體積收縮形成的，能連通氣孔和其它孔隙，共同形成很好的儲集空間系統，在薄片上較普遍。

2.2 成巖后生作用

成巖后生作用過程主要包括溶蝕作用、風化淋濾作用和構造運動等，不同的作用過程對孔隙空間產生不同的影響，這一過程在很大程度上改變了火山巖的儲集特性。

溶蝕作用是決定原生孔隙是否具有儲集性的關鍵因素。由于火山巖中不穩定組分(如長石斑晶、黑云母等)、成巖碳酸鹽等易溶膠結物在火山熱液和生排烴過程中形成的酸液等的作用下，溶蝕形成許多次生晶內與粒間溶孔，加強了孔隙之間的連通性，在一定程度上改善了原生孔隙，使火山巖的物性得到根本的改善。

水上噴發的古火山機構形成之初，大都處于暴露狀態，易遭受風化剝蝕和淋濾作用，形成風化溶蝕孔、縫，從而對火山巖儲集性能有較大的改善作用。特別是位于構造高部位的火山機構，頂部巖層的儲集性能一般較好。腰英臺為古隆起，古構造高度比東側查干花地區高出近300 m，風化程度明顯要高，長期風化剝蝕使腰英臺地區物性明顯好于其它地區，孔隙度可達28%左右，而東側所鉆探井孔隙度基本都小于7%。

流紋巖儲層在成巖演化過程中，流紋質玻璃發生脫?；饔?，形成球狀、放射狀或纖維狀的長英質礦物，在巖石中出現相當數量的微孔隙。脫?；饔眯纬傻奈⒖紫犊烧紟r石孔隙的20%～70%[9]。

在成巖后生作用過程也存在較強的破壞作用，如重結晶和晶體充填作用。當溫壓條件發生變化，孔洞中的礦物質發生重結晶作用，從熱液中析出，形成長石和石英晶體，這些晶體生長在孔洞和縫之中，占據了一定的孔隙空間，降低了儲集空間。

2.3 構造作用

剛性的火山巖地層極易在各種外力的作用下破裂，特別是受長期構造運動影響，形成多期的、不同規模、不同層次的裂縫，甚至是規模性的斷裂[10-11]。由于裂縫連通了孤立的原生氣孔，從而使氣孔變為有效孔隙，使儲集性能大大改善。各種類型的裂縫在本區各類火山巖中廣泛存在，極大地增加了儲層的滲透性。但早期的裂縫大都被充填，晚期的開啟性裂縫起到主要滲流和儲集作用。

3 火山巖儲層分布特征及控藏作用

3.1 火山機構分布特征及對儲層的控制作用

利用地震和鉆井資料對火山巖地層進行了噴發旋回和期次的劃分，不同旋回火山噴發特點有差異，既有爆發式噴發、溢流式噴發，也有混合式噴發。整個營城期從早期到中晚期火山爆發次數和爆發強度增加，火山活動有逐漸加強的特點，但中期有火山活動間隙階段。在營城末期形成了以厚層的凝灰巖和流紋巖為主的火山巖地層；不同地區火山噴發旋回和期次有較大差異，形成復雜的火山巖地層組合。

在旋回劃分的基礎上對火山機構分布進行了研究，結合野外地質考察、火山地質研究和詳細的地震剖面分析，編制了火山機構分布圖。這些火山活動形成的大小不等的多個火山機構，橫向并列，相互疊置，結構復雜，形成巨厚的連片分布的火山巖地層。

火山機構確定了有效儲層在其中的空間分布范圍，火山機構中的火山活動旋回(期次)和其控制的各類火山巖相決定了其中火山巖儲層的分布。

在以上研究的基礎上，結合裂縫發育程度、儲層形成機理和火山巖相的研究，綜合確定了研究區的有利儲層分布(圖3)。

3.2 儲層分布特點及控藏作用

長嶺斷陷營城組火山巖平面上厚度和物性變化均很大。一般在火山口附近物性好，孔隙和裂縫均較發育；而向火山體邊緣地區，厚度和物性均較差。

在縱向上，每一個旋回(4級)或期次的溢流相的上部微相和爆發相的上部和下部微相均是非常有利的勘探層位，不同相帶之間的不整合面為有利儲層發育部位。

圖3 長嶺斷陷腰英臺—查干花地區有利儲層分布示意Fig.3 Distribution of favorable reservoirs in Yaoyingtai-Chaganhua region, Changling Fault Depression

風化淋濾作用對長期暴露的火山機構具有非常強的改造作用，處于古構造高點的火山機構頂部的火山巖地層是有利的儲層發育帶，如腰英臺構造。

火山儲層非均質性強，溝通火山巖儲層和烴源的裂縫的發育非常重要，沒有這類裂縫儲層可能是無效儲層。因此，與斷裂具有良好組合關系的火山巖圈閉在油氣運移充注和裂縫發育程度上具有明顯的優勢。

4 結論及建議

1)長嶺斷陷火石嶺組和營城組各類火山巖發育，分布面積廣、厚度大，有利于形成有效的火山巖儲層，不同性質的斷裂控制了不同的火山噴發類型和不同性質火山巖的分布。

2)火山巖儲層不受埋深限制，在深斷陷具有良好儲集能力，高孔低滲、低孔高滲特色明顯；儲集空間類型以氣孔、溶蝕孔隙及與裂縫的組合為主，裂縫的存在改善了儲層的滲流能力；儲層類型以雙孔雙滲為主，少數具有似均質滲流等特征。

3)火山巖優質儲層的形成受多重因素控制，有利相帶是火山巖儲層發育的基礎，構造運動是儲層形成的關鍵，風化淋濾及溶解作用是優質儲層形成的重要條件。

4)發育在斷裂帶附近構造高部位的火山機構成藏條件較為有利。

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