張瑞，查明，曲江秀，張勇

（中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層成巖作用

張瑞，查明，曲江秀，張勇

（中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

通過巖心觀察和鑄體薄片鑒定，研究準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層成巖作用特征及其對儲層儲集性能的影響。結果表明，該區(qū)火山巖儲層成巖作用劃分為原生成巖作用與次生成巖作用2大類，8種成巖作用類型。結合盆地埋藏史、熱史、烴類充注過程，將火山巖成巖作用階段劃分為原生成巖作用階段和次生成巖作用階段，細分成5個期次。不同階段的成巖作用對火山巖儲集性能具有不同的影響：原生成巖作用控制氣孔、冷凝收縮縫等原生儲集空間的發(fā)育；次生成巖作用主要影響次生溶蝕孔隙、構造裂縫、風化裂縫等次生孔縫的發(fā)育。其中，構造作用是形成火山巖有效儲層的重要控制因素，次生溶蝕作用及風化淋濾作用是儲層發(fā)育的有利條件。

火山巖；成巖作用；石炭系；滴西地區(qū)；準噶爾盆地

火山巖儲層成巖作用復雜多樣，眾學者深入研究了特定地區(qū)的火山巖成巖作用特征、成巖演化等［1-4］。新疆北部石炭系多發(fā)育風化殼型火山巖油氣藏［5-7］，火山巖冷凝固結后的風化淋濾作用［8］，埋藏期間火山巖礦物顆粒的溶蝕作用以及構造破碎作用有利于改善儲集性能。關于準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層的研究，前人側重于對巖性巖相及儲集空間特征的探討［9-10］，而成巖期次劃分［11-12］及成巖事件對儲集性能的影響［13-14］的研究相對較少。本文以準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖為例，研究成巖［13-14］作用微觀特征，結合埋藏史、烴類充注史劃分成巖作用階段及成巖期次，探討成巖作用對火山巖儲集性能的影響。

1 地質概況

滴西地區(qū)位于準噶爾盆地陸梁隆起東南部。研究目的層系石炭系為準噶爾盆地基底的上層部分，是海西期形成的一套火山巖建造。研究區(qū)火山巖巖性以熔巖為主，其次為火山碎屑巖，次火山巖分布相對局限。熔巖以玄武巖、安山巖為主，火山碎屑巖以火山角礫巖、凝灰?guī)r為主。研究區(qū)火山巖相劃分為爆發(fā)相、溢流相、火山沉積相和次火山巖相4種巖相。爆發(fā)相在研究區(qū)西部與東部集中分布；次火山巖相僅發(fā)育于本區(qū)中部DX18井周緣井區(qū)，DX20井也有部分層位鉆遇；火山沉積相則在本區(qū)大范圍內展布，尤其以中部最為集中（見圖1）。

圖1 滴西地區(qū)石炭系火山巖巖相展布

2 儲層成巖作用類型與成巖礦物

2.1 原生成巖作用

原生成巖作用是指從火山噴發(fā)到封閉體系下巖漿或火山碎屑物冷凝固結成巖過程發(fā)生的各種作用。

1）揮發(fā)分逸出作用。原生氣孔是揮發(fā)分逸出作用的直接表現(xiàn)形式。滴西地區(qū)原生氣孔多賦存于玄武巖、安山巖中。鏡下識別出2種形態(tài)的氣孔，即橢圓形氣孔孔間連通性差（見圖2a）和長形氣孔孔間呈啞鈴狀、港灣狀連接，部分氣孔喉道被綠泥石堵塞（見圖2b）。

2）冷凝收縮作用?；鹕饺蹘r冷凝固結時，巖石體積收縮，形成弧形、圓形冷凝收縮縫。研究區(qū)珍珠巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖發(fā)育冷凝收縮縫，形態(tài)極不規(guī)則，網格狀展布（見圖2c）。

3）巖漿期后熱液蝕變作用。包括巖漿期后熱液充填與溶蝕2個相互制約的過程。巖漿期后熱液充填是玄武巖杏仁體形成的主要原因，而巖漿期后熱液溶蝕將杏仁體溶蝕產生杏仁體內孔。期間自生成巖礦物有沸石杏仁體（見圖2d）、綠泥石杏仁體（見圖2e）、玉髓杏仁體（見圖2f）等。

2.2 次生成巖作用

次生成巖作用系火山巖固結成巖后與周圍沉積巖一同進入盆地埋藏成巖過程中所經歷的各種作用。

1）壓實固結作用?；鹕剿樾紟r可發(fā)生壓實固結作用。隨火山碎屑組分埋深增加，火山碎屑巖的壓實作用增強，導致晶屑、巖屑破裂。顆粒凹凸接觸，角礫邊緣具不規(guī)則形狀（見圖2g）。

2）次生溶蝕作用。滴西地區(qū)玄武巖、安山巖中長石斑晶等易溶礦物、玄武巖杏仁體（見圖2h）及火山碎屑巖中的不穩(wěn)定組分在次生溶蝕作用下形成溶蝕孔縫。溶蝕孔縫內壁不規(guī)則，伴隨沸石、綠泥石礦物增生（見圖2i）。

3）次生礦物充填作用。表現(xiàn)為構造裂縫充填、粒間孔隙充填和溶蝕孔隙的再充填，充填礦物常見方解石（見圖2j）、石英（見圖2k）等。

4）風化淋濾作用。準噶爾盆地縱向上發(fā)育多期火山噴發(fā)旋回，每個旋回形成了一套風化淋濾作用面，尤其是石炭紀末期的強烈擠壓抬升作用（見圖3），對早期噴發(fā)至地表的火山巖風化剝蝕和溶解淋濾，形成風化殼。如DX402井3 781～3 796 m火山角礫巖，風化后呈灰綠色，疏松破碎（見圖2l）。該區(qū)火山巖風化裂縫主要發(fā)育在次火山巖體及火山碎屑巖頂部，局部見分叉現(xiàn)象，部分裂縫被泥質充填（見圖2m）。

5）構造作用。巖心上構造裂縫縫面平直，裂縫局部被方解石充填（見圖2j，2o）。鏡下觀察，構造裂縫呈網格狀（見圖2o）展布，具有多期切割的特點。玄武巖等脆性巖石的構造裂縫切過斑晶礦物或杏仁體，火山碎屑巖或熔巖中脆性較弱的部位，裂縫繞過斑晶、巖屑。構造裂縫連通孤立氣孔、溶孔，為次生溶蝕作用（見圖2h，2i）創(chuàng)造了有利條件。

圖2 滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層成巖作用類型圖版

3 成巖作用階段與成巖期次

前已述及，研究區(qū)火山巖成巖作用劃分為原生成巖作用與次生成巖作用2大類。相應地，將成巖作用階段劃分為原生成巖作用階段和次生成巖作用階段。

3.1 原生成巖作用階段

1）冷卻成巖作用期。指巖漿噴出地表直至冷凝固結成巖的過程。發(fā)生于早—中石炭世。該階段的主要成巖作用包括揮發(fā)分逸出作用、冷凝收縮作用（見圖3）。火山熔巖主要形成氣孔與基質中的冷凝收縮縫等原生儲集空間；火山碎屑巖類則主要形成冷凝收縮縫等。

2）巖漿期后熱液作用期。指巖漿結晶作用后期，溶解于巖漿中的揮發(fā)分大量析出，由于壓力與巖漿溫度的降低形成熱水溶液，被巖漿加熱的地層水等氣液流體與火山巖之間的作用階段［15］。在多種熱液流體作用下，火山巖發(fā)生巖漿期后熱液蝕變作用，部分原生氣孔被熱液沉淀物充填，形成杏仁體內孔等儲集空間。

3.2 次生成巖作用階段

1）表生成巖作用期。滴西地區(qū)石炭系火山巖冷凝固結成巖后，二疊紀之前一直處于剝蝕淋濾狀態(tài)。大氣水或地下淡水對出露地表或近地表的火山巖體溶蝕淋濾，形成風化裂縫。

2）淺埋藏成巖作用期。從二疊紀晚期持續(xù)到白堊紀早期，火山巖埋藏較淺，埋深小于3 000 m。三疊紀、侏羅紀之交以及侏羅紀、白堊紀之交的2期構造擠壓使火山巖顯著發(fā)育構造裂縫。淺埋藏期間的成巖作用有壓實固結作用、次生溶蝕作用、次生充填作用、2期構造作用（見圖3），并伴隨第1期烴類充注（200～155 Ma）［13］過程。

3）深埋藏成巖作用期。該階段自白堊紀早期延續(xù)至今，火山巖埋深增加，深度大于3 000 m。無機酸性流體、烴源巖排烴與烴類充注期間產生的有機酸性流體、與構造活動相關的深部熱液流體等，對火山巖進一步改造，次生溶蝕與次生充填作用顯著。期間次生溶蝕孔隙大量發(fā)育，淺埋藏期發(fā)育的溶蝕孔隙進一步溶蝕擴大并與構造裂縫連通。深埋藏成巖期伴隨第2期烴類充注（145～85 Ma）［13］過程。

4 成巖作用對火山巖儲集性能的影響

4.1 原生成巖作用

原生成巖作用控制了氣孔、冷凝收縮縫等原生孔縫的發(fā)育。原生儲集空間主要在DX17井附近的溢流相及DX404井周緣的爆發(fā)相中賦存。從根本上講，原生儲集空間的發(fā)育受巖相類型的制約：熔漿流動形成溢流相熔巖，揮發(fā)分逸出，直接導致氣孔等原生孔隙形成；爆發(fā)相成巖組分隨火山強烈爆發(fā)冷凝固結，易發(fā)育冷凝收縮縫等原生裂縫；次火山巖相及火山沉積相中原生孔隙的發(fā)育程度較弱。

以研究區(qū)最典型的原生成巖作用——揮發(fā)分逸出作用為例：巖漿噴出地表后，壓力驟降，導致?lián)]發(fā)分出溶、膨脹、逃逸，從而形成各種形態(tài)的氣孔。氣孔主要在滴西地區(qū)溢流相玄武巖和安山巖體頂部集中發(fā)育，儲集性能很好，孔隙度可達20%。原生氣孔的發(fā)育在提供原生孔隙的同時，也為后期次生溶蝕作用提供了必要的條件［14］。

圖3 滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層成巖演化模式

4.2 次生成巖作用

次生成巖作用主要控制次生溶蝕孔隙、構造裂縫、風化裂縫等次生孔縫的發(fā)育。次生孔縫在DX17，DX18，DX102井周緣溢流相、爆發(fā)相、次火山巖相中均良好展布。次生儲集空間的形成及儲集性能的改造主要受控于構造作用、次生溶蝕作用和風化淋濾作用。

1）構造作用是影響火山巖儲層儲集性能的主要控制因素。構造裂縫既可以作為有效儲集空間也可以作為滲流通道，對其他孔隙、裂縫具有導通作用。而孔隙和裂縫的分布與連通性，直接決定了火山巖的儲集層物性［16］；因此，構造裂縫的滲流作用、導通其他儲集空間的能力，對火山巖成為有效儲層至關重要。另外，構造作用產生的斷裂，控制了火山巖儲層平面分布，斷裂與風化后的火山巖體共存，對儲層改造具有疊加性和互補性。在距不整合面相同深度的條件下，部分儲層明顯受斷裂影響表現(xiàn)出較高滲流效果［14］。

2）火山巖儲層儲集性能的改善與風化淋濾作用密切相關。滴西地區(qū)石炭系頂部由于長期風化淋濾而發(fā)育不整合面?；鹕綆r儲層有效孔隙度和滲透率與石炭系不整合面距離的關系表明，不整合面附近孔隙度和滲透率較高，隨著與不整合面距離的增大，孔隙度和滲透率均變小 （見圖4）。特別是位于風化剝蝕面之下400 m之內的火山巖物性普遍較好，明顯高于距離不整合面較遠的火山巖。因此，滴西地區(qū)石炭系火山巖儲集性能的改善與風化淋濾作用密切相關。

3）次生溶蝕作用有效改善火山巖儲層儲集性能。研究區(qū)火山巖在距石炭系不整合面600～750 m深度再次出現(xiàn)有效孔隙度和滲透率的增加（見圖4），這與埋藏成巖期次生溶蝕作用相關。次生溶蝕作用產生的溶蝕孔隙是地層中無機酸性流體、有機酸性流體［13，17］、堿性流體［18］以及與構造活動相關的深部熱液流體［15］與火山巖易溶組分相互作用的結果。堿與酸的多期作用是次生孔隙形成和保存的重要條件之一［18］。如DX10井3 024～3 048 m地層水pH值為4.8，檢測到有機酸的存在［17］。再者，火成巖發(fā)育區(qū)呈堿性的深部熱液對火山巖的不穩(wěn)定組分進行溶蝕［15，17］。如DX182井3 382.26 m的NaHCO3型地層水pH值為10.05，該段溶蝕裂縫顯著發(fā)育［17］。

圖4 有效孔隙度、滲透率與距石炭系不整合面距離的關系

5 結論

1）滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層成巖作用分為原生成巖作用與次生成巖作用2大類。原生成巖作用包括揮發(fā)分逸出作用、冷凝收縮作用、巖漿期后熱液蝕變作用；次生成巖作用主要有壓實固結作用、次生溶蝕作用、次生充填作用、風化淋濾作用及構造作用。

2）火山巖儲層成巖作用階段劃分為原生成巖作用階段和次生成巖作用階段。前者包括冷卻成巖作用期和巖漿期后熱液作用期；后者細分為表生成巖作用期、淺埋藏成巖作用期以及深埋藏成巖作用期。

3）不同階段的成巖作用對火山巖儲集性能具有不同的影響：原生成巖作用控制了氣孔、冷凝收縮縫等原生孔縫的發(fā)育，原生儲集空間的發(fā)育受巖相類型的制約。次生成巖作用主要控制次生溶蝕孔隙、構造裂縫、風化裂縫等次生孔縫的發(fā)育。次生儲集空間的形成主要受控于構造作用、次生溶蝕作用和風化淋濾作用。

［1］陳歡慶，胡永樂，趙應成，等.火山巖儲層地質研究進展［J］.斷塊油氣田，2012，19（1）：75-79.

［2］Luo J L，Sadoon M，Liang Z G，et al.Controls on the quality of Archean metamorphic and Jurassic volcanic reservoir rocks from the Xinglongtai buried hill，western depression of Liaohe Basin，China［J］.AAPG Bulletin，2005，89（10）：1319-1346.

［3］Sruoga P，Rubinstein N.Processescontrolling porosity and permeability in volcanic reservoirs from the Austral and Neuquén basins，Argentina［J］.AAPG Bulletin，2007，91（1）：115-129.

［4］王璞珺，馮志強，劉萬洙，等.盆地火山巖：巖性，巖相，儲層，氣藏，勘探［M］.北京：科學出版社，2008：15-158.

［5］王君，朱如凱，郭宏莉，等.火山巖風化殼儲層發(fā)育模式：以三塘湖盆地馬朗凹陷石炭系火山巖為例［J］.巖石學報，2010，26（1）：217-226.

［6］鄒才能，侯連華，陶士振，等.新疆北部石炭系大型火山巖風化體結構與地層油氣成藏機制［J］.中國科學：地球科學，2011，41（11）：1613-1626.

［7］侯連華，羅霞，王京紅，等.火山巖風化殼及油氣地質意義：以新疆北部石炭系火山巖風化殼為例［J］.石油勘探與開發(fā)，2013，40（3）：257-265.

［8］侯連華，鄒才能，劉磊，等.新疆北部石炭系火山巖風化殼油氣地質條件［J］.石油學報，2012，33（4）：533-540.

［9］熊益學，郗愛華，冉啟全，等.準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖儲集空間特征及其分布［J］.高校地質學報，2012，18（1）：164-173.

［10］王洛，李江海，師永民，等.準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖儲集空間及主控因素分析［J］.地學前緣，2014，21（1）：1-11.

［11］李小燕，王琪，史基安，等.準噶爾盆地陸西地區(qū)石炭系火山巖儲層發(fā)育主控因素分析［J］.天然氣地球科學，2010，21（3）：449-457.

［12］李偉，何生，譚開俊，等.準噶爾盆地西北緣火山巖儲層特征及成巖演化特征［J］.天然氣地球科學，2010，21（6）：909-915.

［13］羅靜蘭，侯連華，蔣宜勤，等.陸東地區(qū)火成巖形成時代與構造背景及火山巖儲層成因［J］.石油學報，2012，33（3）：351-360.

［14］張生銀，柳雙權，張順存，等.準噶爾盆地陸東地區(qū)火山巖風化體儲層特征及控制因素［J］.天然氣地球科學，2013，24（6）：1140-1150.

［15］羅靜蘭，邵紅梅，楊艷芳，等.松遼盆地深層火山巖儲層的埋藏-烴類充注-成巖時空演化過程［J］.地學前緣，2013，20（5）：175-187.

［16］陳元勇，王振奇，邢成智，等.準噶爾盆地車排子地區(qū)火山巖儲集層特征［J］.斷塊油氣田，2009，16（5）：23-26.

［17］王京紅，鄒才能，靳久強，等.火成巖儲集層裂縫特征及成縫控制因素［J］.石油勘探與開發(fā)，2011，38（6）：708-715.

［18］柳成志，于海山.火山巖儲層中的烴堿流體作用及其地質意義［J］.斷塊油氣田，2010，17（1）：5-9.

（編輯 趙旭亞）

Diagenesis of Carboniferous volcanic reservoir in Dixi Area of Junggar Basin

Zhang Rui,Zha Ming,Qu Jiangxiu,Zhang Yong
(College of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)

Based on the core observation and casting thin section identification,the diagenesis characteristics of Carboniferous volcanic reservoir in Dixi Area were studied.The results show that the diagenesis of volcanic reservoir in this area is divided into primary diagenesis and secondary diagenesis and are subdivided into eight diagenesis types.According to the burial history,thermal history and hydrocarbon filling process,the diagenetic phases of volcanic reservoir are divided into primary diagenetic phase and secondary diagenetic phase and are subdivided into five diagenetic stages.The diagenesis in different stages has various effects on the physical properties of volcanic reservoir.The primary diagenesis controls the development of vesicular pores and cooling contracted fractures and the secondary diagenesis influences the development of secondary pores such as secondary erosion pores, tectonic fractures and weathering fractures.In which,the tectonism is the most prominent controlling factor of effective volcanic reservoir,and the secondary erosion and the weathering leaching effects are the favorable conditions of reservoir development.

volcanicrock;diagenesis;Carboniferous;DixiArea;JunggarBasin

國家科技重大專項課題“重點盆地地層油氣藏成藏機理與分布規(guī)律”（2011ZX05001-001-006）

TE122.2+22

：A

10.6056/dkyqt201501007

2014-10-19；改回日期：2014-12-15。

張瑞，男，1990年生，在讀碩士研究生，研究方向為油氣成藏機理。E-mail：zhangsdkd@163.com。

張瑞，查明，曲江秀，等.準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火山巖儲層成巖作用［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：31-35.

Zhang Rui，Zha Ming，Qu Jiangxiu，et al.Diagenesis of Carboniferous volcanic reservoir in Dixi Area of Junggar Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：31-35.