孫耀庭, 孫　超, 李　輝, 辛　也, 姜瑞波, 張　悅

(1．中國石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580;2．中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015)

濟(jì)陽拗陷樁西地區(qū)中生界火成巖儲層控制因素

孫耀庭1,2, 孫超2, 李輝2, 辛也2, 姜瑞波2, 張悅2

(1．中國石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580;2．中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015)

[摘要]渤海灣盆地濟(jì)陽拗陷樁西地區(qū)中生界西洼組和蒙陰組發(fā)育火成巖儲層。通過對火成巖儲集空間及儲層控制因素的綜合分析，結(jié)果表明樁西地區(qū)火成巖主要發(fā)育氣孔、基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙和構(gòu)造裂縫3類儲集空間，儲層物性主要受巖性、巖相和成巖作用控制。杏仁孔狀安山巖和火山角礫巖經(jīng)構(gòu)造運動和溶蝕作用改造形成大量連接氣孔和溶孔的構(gòu)造裂縫，具有良好的儲集性能。次生礦物充填及壓實作用顯著降低安山巖儲層物性，導(dǎo)致巖體邊緣及頂部比中部及下部物性好；火成巖溢流相、爆發(fā)相的相變部位巖體厚度較大，易于形成裂縫?；顒訑鄬痈浇?、各噴發(fā)旋回之間形成的不整合面之下的巨厚安山巖發(fā)育區(qū)控制了火成巖有利儲層的發(fā)育。

[關(guān)鍵詞]火成巖；儲集空間；儲層；物性特征；中生界；樁西地區(qū)

隨著常規(guī)油氣的勘探開發(fā)難度不斷加大，以火山巖油氣藏為代表的非常規(guī)油氣藏已經(jīng)成為油氣勘探的新領(lǐng)域。國外火山巖油氣藏研究已有120余年的歷史，目前已在20多個國家300多個盆地或區(qū)塊中發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏。自20世紀(jì)50年代開始，中國在各含油氣盆地也有所發(fā)現(xiàn)[1-3]，東部中生代-新生代盆地火山巖已成為油氣勘探的重要目的層[2]，濟(jì)陽拗陷相繼在惠民、東營、沾化、車鎮(zhèn)等凹陷發(fā)現(xiàn)了火成巖油氣藏?；鹕綆r在油氣勘探中的地位也越來越重要。

國內(nèi)外學(xué)者針對火山巖儲層研究投入了大量精力[4]，對火山巖儲層有了一定的認(rèn)識。但是由于火成巖儲層是一種裂縫-溶蝕孔洞雙孔隙介質(zhì)非均質(zhì)儲層，受到巖性巖相、噴發(fā)環(huán)境、構(gòu)造作用和成巖作用的控制[5]，不具巖石類型的專屬性，與沉積巖儲層有著很大的差異[6]。儲層物性主控因素分析是火山巖儲層研究最為核心的問題[7]。

1分布特征

樁西地區(qū)位于渤海灣盆地濟(jì)陽拗陷與渤中拗陷的交界處的東北部，構(gòu)造上屬于埕島、樁西、長堤等潛山披覆構(gòu)造帶和樁東、埕北及孤北凹陷等構(gòu)造單元的交匯區(qū)域，面積約200 km2(圖1)。

進(jìn)入中生代以來，印度和太平洋板塊分別沿東北向和北西向斜向俯沖于歐亞大陸之下，加之東部郯廬斷裂帶的多期活動，渤海灣盆地自中生代以來發(fā)生了多期巖漿活動[8]。樁西地區(qū)火成巖主要發(fā)育于西洼組(K1x)和蒙陰組(K1m)。西洼組上段火成巖由西向東逐漸減薄，厚度0～470 m(圖2-A)，平均厚度85 m，占地層厚度的45.4%；西洼組下段火成巖厚度0～238 m(圖2-B)，平均厚度92 m，占地層厚度的50%。蒙陰組厚度為100～550 m，其中最厚的區(qū)域為老23井-樁古29井一線附近，厚度達(dá)500 m以上；最薄的井區(qū)位于老292井區(qū)附近，最小厚度僅100 m。蒙陰組上段火成巖厚度0～322 m(圖2-C)，平均厚度76 m，占地層厚度的41.4%。蒙陰組下段火成巖厚度0～257 m(圖2-D)，平均厚度47 m，占地層厚度的27.7%。平面上，火成巖主要分布于樁西地區(qū)西部和北部，沿樁古29逆掩推覆帶和樁古35擠壓褶皺帶一線。受構(gòu)造控制，火成巖厚度分布具有從西向東、由北向南減薄的特點。最厚的位于樁古29井、樁古30井、新樁102井-老24井一線，沿斷裂發(fā)育帶呈條帶狀分布(圖2)。

圖1　樁西地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1　Structural location of the Zhuangxi area

圖2　樁西地區(qū)中生界火成巖分布特征Fig.2　Distribution of Mesozoic igneous rocks in the Zhuangxi area

2巖石類型

巖性是火成巖儲層主要控制因素，樁西地區(qū)火成巖以中性火成巖為主，其次為基性火成巖。中性火成巖有侵入巖類的閃長玢巖，熔巖類的安山巖、玄武質(zhì)安山巖、玄武巖，碎屑巖類的玄武安山質(zhì)角礫巖等；鉆遇的基性火成巖有侵入巖類的煌斑巖和熔巖類的橄欖質(zhì)玄武巖、玄武巖、安山質(zhì)玄武巖和碎屑巖類的凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r。

2.1火山熔巖

2.1.1安山巖、玄武質(zhì)安山巖

安山巖是本區(qū)最為發(fā)育的巖石類型，呈灰色、灰綠色和紫灰色等顏色。此種巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為輝石、角閃石和斜長石、黑云母，為中性噴出巖?；|(zhì)為微晶斜長石和玻璃質(zhì)，具交織結(jié)構(gòu)或霏細(xì)結(jié)構(gòu)，以斑狀交織結(jié)構(gòu)為主。杏仁和氣孔構(gòu)造比較發(fā)育。安山巖氣孔和杏仁狀構(gòu)造比較發(fā)育，常見裂縫，但被方解石、石英等充填(圖3-A)。

2.1.2玄武巖、安山質(zhì)玄武巖

玄武巖為基性噴出巖，雜色，基質(zhì)為填間結(jié)構(gòu)，微晶斜長石間為輝石和玻璃質(zhì)，輝石已白云石化，玻璃質(zhì)已黏土化。主要礦物為基性斜長石及輝石，次生礦物為綠泥石、黃鐵礦等。整體上屬于塊狀構(gòu)造，并常具氣孔、杏仁狀構(gòu)造(圖3-B)。杏仁體的大小約為1 mm，成分為白云石、方解石、沸石、玉髓等。

2.2火山碎屑巖

樁西地區(qū)中生界火山碎屑巖是火山強烈爆發(fā)期形成的產(chǎn)物，常與玄武巖相伴生。根據(jù)粒度與結(jié)構(gòu)，樁西地區(qū)中生界火山碎屑巖可以分為火山角礫巖和凝灰?guī)r2種。

2.2.1火山角礫巖

火山角礫巖具火山角礫結(jié)構(gòu)，是由火山作用形成的角礫被壓緊膠結(jié)而成，粒度較粗(粒徑一般為2～5 mm，最大可達(dá)64 mm)、粒級差異較大。主要由火山角礫、火山灰等組成，常具火山角礫結(jié)構(gòu)。碎屑成分以巖屑(安山巖、玄武巖)、長石為主，長石和巖屑部分絹云母化、黏土化和方解石化(圖3-C)。

2.2.2凝灰?guī)r

凝灰?guī)r多為安山質(zhì)巖屑凝灰?guī)r，具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，略見層理構(gòu)造，沿層理充填有碳酸鹽等(圖3-D)。火山碎屑粒徑為細(xì)-中砂級，最大粒徑1.8 mm，分選差，蝕變較強，成分幾乎全為安山巖屑，顆粒輪廓不夠清晰，但結(jié)構(gòu)較均勻。

2.3火山沉積巖類

火山沉積巖物質(zhì)組成來源于火山碎屑和陸源碎屑，是火山作用疊加沉積作用的產(chǎn)物?；鹕剿樾贾饕刹Ａз|(zhì)組成，是由高溫巖漿噴入湖水后立即淬火崩解而成?；鹕剿樾贾邪l(fā)育密集的氣孔，氣孔直徑約0.01 mm，氣孔內(nèi)充填鐵白云石、鐵方解石和沸石。老30井3 560.5～3 563.5 m深度發(fā)育有安山質(zhì)火山角礫巖，火山角礫巖中火山碎屑的面積分?jǐn)?shù)>50%，火山碎屑為玄武質(zhì)巖屑，陸緣碎屑為長石、石英，次棱角狀。填隙物為火山塵、綠泥石和少量黏土礦物，具火山角礫結(jié)構(gòu)(圖3-E)。樁98井2 235～2 290 m深度發(fā)育有凝灰質(zhì)粉砂巖，其中火山碎屑的面積分?jǐn)?shù)占10%～20%，為凝灰質(zhì)巖屑，沉積物為大量泥質(zhì)和粉砂，具沉凝灰結(jié)構(gòu)(圖3-F)。

2.4巖石類型分布特征

從縱向分布來看，樁西地區(qū)火成巖主要分布在中生界西洼組，其中安山質(zhì)及玄武質(zhì)巖類均有發(fā)育；蒙陰組時期安山質(zhì)巖類發(fā)育較少，主要發(fā)育玄武巖。平面上，火成巖發(fā)育區(qū)域在研究區(qū)北部相對集中，南部地區(qū)火成巖相對不發(fā)育。

3儲集空間類型

火成巖儲集空間類型相較碎屑巖豐富多樣，幾何學(xué)上可分為孔隙和裂縫兩大類[9-11]，按成因可以劃分為形成于火山巖固化成巖階段的原生儲集空間和形成于火山巖成巖作用階段的次生儲集空間[12-14]。

3.1原生儲集空間

3.1.1原生氣孔

原生氣孔是火山巖漿在溢出地表后，火山巖漿在冷凝收縮過程中其內(nèi)部的揮發(fā)組分逃逸所留下的孔隙，在樁西地區(qū)中生界鉆遇的安山巖中原生氣孔較為發(fā)育(圖4-A)，在火山角礫巖中也有發(fā)育。空間上這類孔隙主要發(fā)育在溢流相的頂部，較厚的安山巖層中部不發(fā)育。

3.1.2殘余氣孔(杏仁體內(nèi)孔)

原生氣孔在形成后經(jīng)常被其他次生礦物(如石英、長石等)不同程度地充填，這種充填往往不完全，會殘留一部分孔隙，稱為殘余氣孔。這類孔隙的面孔率一般為5%～8%；孔徑一般僅0.5～1 mm，個別達(dá)2 mm(圖4-B)，其發(fā)育的巖石類型和分布相帶位置與原生氣孔相似。

3.1.3微孔

微孔包括火山熔巖的晶間微孔和火山碎屑巖的火山灰之間的基質(zhì)內(nèi)微孔[15]。樁西地區(qū)中生界火成巖主要發(fā)育基質(zhì)內(nèi)微孔，此類孔隙是巖石形成時發(fā)育的；孔隙很小，一般為<30 μm的孔隙(圖4-C)。

3.2次生孔隙

次生孔隙主要包括基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙、晶間溶孔和晶簇孔，其中基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔是樁西地區(qū)中生界火山巖最發(fā)育的溶蝕孔隙。

3.2.1基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙

據(jù)巖心、鑄體薄片觀察，基質(zhì)內(nèi)溶孔普遍發(fā)育，見于安山角礫巖的細(xì)火山碎屑物、凝灰?guī)r的火山灰中(圖4-D,E)。在火山巖成巖演化過程中，基質(zhì)內(nèi)的長英質(zhì)往往遭到溶蝕形成基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙，這些溶蝕孔隙可以將一些孤立的原生氣孔連接起來，會大幅度提高火山巖的有效孔隙度和滲透率。

3.2.2晶簇殘余孔

火山巖裂縫經(jīng)常會被方解石晶簇逐漸充填，但是這種充填往往不完全，會殘留部分孔隙，這種孔隙稱作晶簇殘余孔。如樁98 井在2 959.3～2 994.65 m深度安山巖段裂縫中可見到方解石晶簇生長，殘留部分孔洞，直徑為1～5 cm，這種晶簇殘余孔是很好的儲集空間類型(圖4-F,G)。

3.3裂縫

按類型分為原生裂縫和次生裂縫，根據(jù)裂縫角度的大小可分為高角度縫和低角度縫，根據(jù)應(yīng)力成因可分為張性縫和剪切縫等。巖心觀察表明不同巖性的裂縫發(fā)育程度存在較大差異，凝灰?guī)r中裂縫最為發(fā)育，熔巖類(安山巖、玄武巖)次之，沉積巖類較少發(fā)育。

3.3.1炸裂縫

火山在噴發(fā)爆炸時巖漿會攜帶大量的碎屑物質(zhì)，這些碎屑物質(zhì)受到高溫巖漿作用形成的裂縫稱為炸裂縫[16]。樁西地區(qū)儲層中，炸裂縫是最為常見的一種原生裂縫，其區(qū)別于構(gòu)造裂縫的特點主要是在長石和石英的晶屑內(nèi)部發(fā)育，其對儲層滲透率的貢獻(xiàn)不大(圖4-H)。

3.3.2構(gòu)造裂縫

火成巖在噴發(fā)或侵入巖層冷凝成巖以后遭受后期構(gòu)造運動，造成構(gòu)造應(yīng)力場改變，為適應(yīng)這種變化而形成的次生裂縫稱作構(gòu)造裂縫[17]。構(gòu)造裂縫常沿構(gòu)造主應(yīng)力方向成組出現(xiàn)，延伸距離較遠(yuǎn)、切割較深。構(gòu)造裂縫雖然本身對儲層的孔隙度貢獻(xiàn)不大，但可將其他本來孤立的孔隙連接起來成為滲流通道，因此，可以明顯改善火成巖的儲集性能[18](圖4-I,J)。

火成巖儲層不僅孔隙類型復(fù)雜，其孔隙結(jié)構(gòu)與碎屑巖儲層相比也具有特殊性[19]。樁西地區(qū)中生界火成巖儲集空間類型多樣，孔隙幾何形態(tài)多不規(guī)則。裂隙的發(fā)育為多期次，有高角度裂縫，也有低角度裂縫和水平縫；有開啟縫，也有閉合縫；空間分布上有直交縫和斜交縫；密集稀疏不等，形態(tài)各異。

4儲層物性特征及控制因素

4.1儲層物性特征

巖心分析成果表明，樁西地區(qū)中生界火成巖儲層孔隙度(q)為0%～20%，其中孔隙度為1%～10%的占60%；滲透率(K)為(0～100)×10-3μm2，其中<10×10-3μm2的占85%以上：說明優(yōu)質(zhì)儲層非常匱乏(圖5-A,B)。此外，火成巖儲層孔隙度與滲透率之間沒有相關(guān)性(圖5-C)，不能單純根據(jù)孔隙度大小來評價儲層，只有氣孔和裂縫有效配置形成網(wǎng)狀裂縫發(fā)育帶的火成巖才可能形成優(yōu)質(zhì)儲層。

4.2火成巖儲層影響因素

研究表明火成巖儲層的儲集性能主要受到火山巖巖性、巖相以及成巖作用等多因素的控制，具體表現(xiàn)為以下幾個方面。

4.2.1巖性是控制儲集性能的基礎(chǔ)

從火成巖巖性特征來看，樁西地區(qū)中生界玄武巖物性較差；安山巖、火山角礫巖孔滲條件相對較好，具備成藏條件，是該區(qū)的主要儲層類型。樁西地區(qū)杏仁孔狀安山巖和火山角礫巖經(jīng)后期構(gòu)造運動和溶蝕作用改造形成大量連接氣孔和溶孔的構(gòu)造裂縫，形成良好的儲集空間和油氣運移通道。

4.2.2巖相是控制儲集性能的關(guān)鍵因素

對鉆遇火成巖的鉆井孔隙度數(shù)據(jù)與巖相類型的相關(guān)性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，樁西地區(qū)中生界火成巖優(yōu)質(zhì)儲層集中在爆發(fā)相和溢流相之中，其中以爆發(fā)相物性最好(圖6)，獲工業(yè)油氣流的探井試油層段均位于溢流相和爆發(fā)相的相變部位。

4.2.3構(gòu)造應(yīng)力作用與溶蝕作用極好地改造了儲層

構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)地下流體活動頻繁，溶蝕、溶解作用強烈，易形成各種溶蝕孔、洞、縫。樁西地區(qū)中生界火成巖形成后經(jīng)歷了喜馬拉雅期多次構(gòu)造運動，強烈的構(gòu)造作用可以誘發(fā)大量構(gòu)造裂縫，形成了大量的構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫不僅提高了火山巖儲層的儲集性能，而且連通了大量原來孤立存在的各種孔、洞、縫，使巖石的滲透性能大幅度提高[20]。火山巖油流井主要分布在西部斷裂帶附近的構(gòu)造高部位，是構(gòu)造裂縫最為發(fā)育的地區(qū)。

圖5　樁西地區(qū)中生界火成巖物性特征Fig.5　The physical characteristics of the Mesozoic igneous rocks from the Zhuangxi area

圖6　不同火山巖巖相儲層孔隙度對比特征Fig.6　Comparison of the reservoir porosities of different volcanic facies

4.2.4次生礦物充填與壓實作用破壞儲層儲集性能

通過巖心和鏡下觀察發(fā)現(xiàn)樁西地區(qū)中生界火成巖中很多構(gòu)造裂縫被次生碳酸鹽等礦物充填，安山巖中豐富的原生孔、洞和晶間孔隙通常被次生礦物充填或半充填(圖7)，從而降低了巖石的儲集性能。安山巖具有黏度大、短期快速堆積等特點，壓實作用對安山巖儲層物性具有顯著影響，如果2期安山巖噴溢間隔時間較短，第一期安山巖未完全凝固時即遭遇第二期噴溢的覆蓋而遭受壓實，就造成第一期噴溢安山巖儲集性能變差，這也是優(yōu)質(zhì)儲層通常位于晚期安山巖的原因。

圖7　火成巖次生礦物充填特征Fig.7　The secondary minerals filling characteristics in the ingeous rocks(A)安山巖中方解石充填，樁98井，深度2 982.3 m; (B)安山巖中綠泥石充填晶間孔隙，老30井，深度3 414.5 m

4.2.5噴發(fā)間斷面控制火成巖有利儲層的發(fā)育

火成巖各噴發(fā)期次之間存在較長時間的沉積間斷，在每期火山巖表面均存在一個沉積暴露面。沉積暴露面的存在導(dǎo)致地表酸性水向暴露面之下的儲層中滲流，從而使得沉積暴露面附近儲層中不穩(wěn)定礦物溶解形成大量的次生孔隙[21]。每期噴發(fā)旋回上部發(fā)育氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造，具備良好的氣孔-裂縫型儲層潛力；加之火山巖遭受長期風(fēng)化淋濾，不整合面之下發(fā)育大量的溶蝕孔隙和裂縫。統(tǒng)計中生界火山巖儲層物性與其至不整合面距離的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，不整合對火成巖的影響深度約為200 m(圖8)。由于頂部部分孔隙遭受風(fēng)化黏土充填等因素影響，造成距頂部100 m內(nèi)儲層物性較差；而在不整合面以下100～200 m距離內(nèi)孔隙度和滲透率明顯增加，形成較為良好的儲層發(fā)育帶。

4.2.6單層厚度比較大的火成巖更為有利

火成巖的單層厚度對儲集性能具有較大影響，單層厚度較大的火成巖(厚度>10 m)在頂部發(fā)育氣孔帶，為礦物充填及后期的溶蝕提供了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。而薄層火成巖不僅原生孔隙較少，而且次生孔隙也不發(fā)育，通常難以形成有效儲層。樁西地區(qū)中生界火成巖中玄武巖多為薄層狀發(fā)育，難以形成豐富的次生儲集空間；而每期安山巖通常厚度在幾十米以上，頂部發(fā)育氣孔帶，為次生儲集空間發(fā)育提供了基礎(chǔ)，通常可形成十幾米以上的有利儲層。

圖8　火成巖儲層物性與不整合關(guān)系Fig.8　Relationship of reservoir properties and unconformity in igneous rocks

5結(jié) 論

a.樁西地區(qū)火成巖主要發(fā)育氣孔、基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙和構(gòu)造裂縫3類儲集空間，儲層物性主要受巖性、巖相和成巖作用的控制。次生礦物充填及壓實作用顯著降低了安山巖儲層物性，導(dǎo)致安山巖體邊緣及頂部較巖體中心及下部物性要好。杏仁孔狀安山巖和火山角礫巖經(jīng)構(gòu)造運動和溶蝕作用改造形成大量連接氣孔和溶孔的構(gòu)造裂縫，具有良好的儲集性能和滲透性能。

b.火山溢流相、爆發(fā)相的相變部位巖體厚度較大，易于形成構(gòu)造裂縫，構(gòu)造作用活躍區(qū)、各噴發(fā)旋回間和巨厚安山巖發(fā)育區(qū)也是火成巖有利儲層發(fā)育區(qū)。

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Controlling factors of Mesozoic igneous rock reservoirs in Zhuangxi area, Jiyang depression, Shandong, China

SUN Yao-ting1,2, SUN Chao2, LI Hui2, XIN Ye2, JIANG Rui-bo2, ZHANG Yue2

1.SchoolofGeosciencesinChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China;2.Geo-ScienceResearchInstitute,ShengliOilfieldCompanyofSINOPEC,Dongying257015,China

Abstract:The Mesozoic igneous rocks reservoirs develop in Xiwa Formation and Mengyin Formation of the Zhuangxi area. This paper analyzes the igneous rock reservoir spaces and the controlling factors of the reservoirs. The results show that there mainly develop three types of reservoir spaces in the igneous rocks. They are the pores, the dissolution pores within matrix and the structure cracks. The reservoir physical properties are controlled by lithology, petrographical facies and diagenesis. Almond hole-shape andesite and volcanic breccia are transformed by tectonic movement and dissolution to form a large number of structural cracks connecting pores and dissolved pores, and have good reservoir properties. The secondary minerals filling leads to the deterioration of the physical properties of the almond hole-shape basalt and significantly reduces the reservoir properties of the andesite, leading the top and edge parts of the andesite rock mass to have better physical properties than the low and middle parts of it. In the phase change positions of the igneous rock overflow phase and the outbreak phase, the thickness of the rock body is large and easy to form rock fractures. The thick andesite development zone under the surface of unconformity formed near the active faults and between eruption cycles controls the development of the igneous rock favorable reservoirs.

Key words:igneous rock; reservoir space; reservoir; physical property; Mesozoic; Zhuangxi

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.03.01

[文章編號]1671-9727(2016)03-0257-09

[收稿日期]2014-09-16。

[基金項目]國家科技重大專項(2011ZX05006-003)。

[分類號]TE122.222

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[第一作者] 孫耀庭(1978-)，男，高級工程師，研究方向：沉積學(xué)及儲層地質(zhì)學(xué), E-mail:syt1979@sina.com。