陳欣，郭玲莉，陶圩，呂春曉，張家軒，李三忠

1. 深海圈層與地球系統(tǒng)教育部前沿科學(xué)中心，海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室，中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100

2. 嶗山實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，青島 266237

近年來，隨著油氣勘探程度的提高，火山巖油氣藏的勘探也不斷取得突破。目前，在全球20 多個國家的336 個盆地或區(qū)塊內(nèi)發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏或油氣顯示[1]。渤海灣盆地火山巖廣泛分布，中生界火山巖以中基性-酸性巖為主，主要發(fā)育在渤海海域、遼河坳陷、黃驊坳陷（圖1a）等，巖性主要為玄武巖、安山巖、粗面巖[2-3]。除渤海灣盆地外，我國在準噶爾、三塘湖、四川、松遼、海拉爾、二連等盆地的多個構(gòu)造區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏，并獲得顯著的油氣探勘成果，火山巖油氣藏已經(jīng)成為我國重要的勘探研究方向[4-9]。

圖1 渤海灣盆地與渤海海域中生界火山巖分布[18, 31]Fig.1 Distribution of the Mesozoic volcanic rocks in Bohai Bay Basin and Bohai Sea area[18, 31]

油氣成藏需要充足的油源供給，渤中凹陷是渤海灣盆地東部重要的富烴中心，中生界火山巖層系與沉積層系交互形成的火山-沉積層序成藏組合，利于形成油氣藏，中生界火山巖分布區(qū)是渤海海域油氣勘探的有利區(qū)帶[10-11]。渤中凹陷自20 世紀70 年代開始勘探至今，24 口鉆遇中生界火山巖探井和評價井中，有10 口井在火山巖測試中獲得油氣流，渤中地區(qū)火山巖具有良好的勘探前景[12]。但研究區(qū)深層潛山地質(zhì)情況復(fù)雜、針對火山巖潛山儲層的相關(guān)研究還局限于宏觀尺度，缺少孔隙微觀表征方面的研究，以至于對火山巖儲層的形成及改造作用認識不清，優(yōu)質(zhì)儲層分布規(guī)律尚不清楚，制約了研究區(qū)火山巖油氣藏勘探的深入開展。

潛山儲層裂縫發(fā)育程度的實驗研究可用于評價儲層優(yōu)劣。龐彥明等[13]和孫先達等[14]利用掃描電鏡、X-CT 掃描和激光共聚焦掃描技術(shù)對松遼盆地北部營城組酸性火山巖儲層微觀結(jié)構(gòu)進行了定量化描述，發(fā)現(xiàn)酸性火山巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)具有孔喉比超大的特征；姜振學(xué)等[15]利用二氧化碳吸附、甲烷吸附、氮氣吸附和高壓壓汞對川東南地區(qū)龍馬溪組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)進行了研究，證實了孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖含氣性具有控制作用；劉翰林[16]使用恒速壓汞、掃描電鏡、鑄體薄片等方法對比分析了隴東地區(qū)不同構(gòu)造段砂巖儲層微觀結(jié)構(gòu)差異，建立了不同儲層類型的成因模式及孔隙演化。陶圩等[17]使用聲發(fā)射檢測技術(shù)研究了渤中凹陷深層多種潛山儲層巖性在壓性環(huán)境及張性環(huán)境下微裂隙發(fā)育特征。聲發(fā)射技術(shù)能夠?qū)崟r、不間斷地反饋巖石樣品在受力狀況下其內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生以及擴展過程，并且能夠?qū)ξ⒘严段恢眠M行準確定位[18-20]。作為一種便捷且經(jīng)濟的實驗技術(shù), 在儲層裂隙發(fā)育特征研究中擁有良好的應(yīng)用前景。

本文以中生界安山巖為例，研究渤中凹陷中生界火山巖潛山儲層的裂隙發(fā)育特征，結(jié)合渤中區(qū)域安山巖潛山經(jīng)歷的擠壓和拉張構(gòu)造應(yīng)力場，開展了壓性構(gòu)造環(huán)境和張性構(gòu)造環(huán)境下裂隙發(fā)育程度實驗。使用聲發(fā)射技術(shù)記錄實驗過程中出現(xiàn)的微裂隙，分析不同應(yīng)力條件下微裂隙發(fā)育特征和空間分布規(guī)律，結(jié)合巖石光薄片鑒定，識別微裂隙發(fā)育形態(tài)和規(guī)模；結(jié)合渤中地區(qū)構(gòu)造演化歷史，探討張性和壓性構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境下中生界火山巖微裂隙發(fā)育能力及儲集能力優(yōu)劣。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

渤海灣盆地是華北克拉通東部地塊上的一個中、新生代盆地[21]，位于華北地區(qū)中北部，是我國重要的含油氣盆地。渤海灣盆地在印支期受到華北板塊在南部與華南板塊碰撞、北部與東北地塊群碰撞的控制，燕山期主要被古太平洋板塊向歐亞大陸東緣俯沖作用所約束，喜山期受到太平洋板塊俯沖和印度-歐亞大陸碰撞遠程效應(yīng)的疊加影響[22-23]。燕山中—晚期，尤其是晚侏羅世以后，渤海灣盆地地質(zhì)構(gòu)造最為活躍，受古太平洋板塊俯沖作用影響，渤海灣盆地東部形成了NNE 向的走滑斷裂帶[24]，盆地表現(xiàn)為東部拉張和西部擠壓，同時深部軟流圈巖漿上涌，火山活動在中生代十分強烈，渤海灣盆地也是中國東部巖石圈最薄的地區(qū)[2]。

渤中凹陷位于渤海灣盆地東部海域，其四周主要與凸起相鄰，東、南、西、北依次是渤東低凸起、渤南低凸起、沙田凸起和石臼坨凸起（圖1b），凹陷面積8 634 km2。凹陷呈NE 走向，東北部較窄，向西南部逐漸變寬，是渤海灣盆地的沉積中心，沉積厚度大，生烴物質(zhì)基礎(chǔ)雄厚，是重要的富烴凹陷[25-26]。中生代以來，華南板塊和華北板塊擠壓碰撞，使渤中凹陷局部抬升遭受剝蝕，三疊系幾乎被剝蝕殆盡，僅局部留有余存。侏羅紀以后，太平洋板塊對華北板塊的高角度俯沖，郯廬斷裂帶相應(yīng)發(fā)生大規(guī)模的左旋走滑，同時深部軟流圈大規(guī)模上涌活動，幔源巖漿增生到地殼底部發(fā)生侵入作用，在這兩種機制的聯(lián)合作用下，渤海灣盆地發(fā)生了大規(guī)模的裂陷作用，并伴有大規(guī)模的火山活動，在研究區(qū)形成了巨厚的中生界火山巖地層[27]。

研究區(qū)中生界火山巖的空間展布具有差異性，平面上東部主要呈NE 向展布，沿郯廬斷裂帶發(fā)育，其發(fā)育重點區(qū)為渤東低凸起、渤南低凸起以及石臼坨凸起等，而在渤海中、西部海域分布范圍相對零星（圖1b）。據(jù)渤中凹陷鉆井資料，中生界發(fā)育侏羅系和白堊系火山巖，而缺失下三疊統(tǒng)。 侏羅系自下而上發(fā)育興隆溝組、北票組、海房溝組、髫髻山組和土城子組，海房溝組主要為粗碎屑砂礫巖，局部夾雜煤層，髫髻山組火山巖范圍較小，局部地區(qū)存在中酸性侵入巖體。白堊系自下而上發(fā)育義縣組、九佛堂組、沙海祖、阜新組以及孫家灣組，其中，九佛堂組至孫家灣組以河湖相沉積為主，主要為泥巖，局部夾雜薄層砂巖，火山巖不發(fā)育；義縣組火山巖最為發(fā)育，且發(fā)育基性-中性-酸性的巖漿演化序列，可劃分3 個噴發(fā)旋回（圖2）[28]。旋回一發(fā)育基性-中基性火山巖，巖性以玄武巖、玄武質(zhì)安山巖為主；旋回二發(fā)育安山巖、玄武安山巖和凝灰?guī)r，其中下部為中性肉紅色安山巖和凝灰?guī)r，中部為灰綠色安山巖、安山質(zhì)角礫巖和凝灰?guī)r，上部為灰色英安巖和灰綠色的英安質(zhì)角礫巖；旋回三發(fā)育酸性火山巖，下部以英安巖為主，中部為英安巖和英安質(zhì)角礫巖互層，上部巖性復(fù)雜，巖相呈多樣化，以流紋巖、流紋質(zhì)角礫巖、粗面巖、粗面質(zhì)角礫巖及凝灰?guī)r夾層為主[29-31]。

圖2 渤海海域中生界地層綜合柱狀圖[11, 29]Fig.2 Comprehensive histogram of the Mesozoic strata in Bohai Sea area[11, 29]

2 實驗方法和數(shù)據(jù)分析

2.1 樣品制備

根據(jù)鉆井資料，安山巖為渤中地區(qū)火山巖油氣藏重要儲層之一，其中石臼坨凸起、渤東低凸起等構(gòu)造的安山巖儲層都有明顯裂縫發(fā)育[2,32]。本文樣品采自于渤中地區(qū)深部中生界安山巖地層延伸至山東魯西地區(qū)的中生界安山巖野外露頭（采樣點坐標：35°42′26.9″N、118°58′47.5″E），魯西地區(qū)與渤中凹陷具有相同的大地構(gòu)造環(huán)境和演化歷史，且兩地安山巖巖石學(xué)特征相似[33-34]，是類比的好材料，采樣位置如圖1a 所示。結(jié)合渤中凹陷構(gòu)造演化過程，安山巖裂隙發(fā)育實驗按加載條件可分為壓性和張性兩類。樣品尺寸及實驗參數(shù)如表1 所示，壓性環(huán)境的安山巖樣品為高80 mm、直徑40 mm 的圓柱樣；張性環(huán)境的安山巖樣品為高30 mm、直徑60 mm的圓盤樣（表1）。

表1 樣品尺寸及實驗參數(shù)Table 1 Sample size and experimental parameters

2.2 實驗加載和數(shù)據(jù)分析

本實驗加載在CTM 微機伺服控制液壓試驗機上開展，使用16 通道聲發(fā)射全波形采集與分析系統(tǒng)記錄實驗過程的聲發(fā)射信號，聲發(fā)射探頭分布位置如圖3 所示。壓性環(huán)境下的裂隙發(fā)育實驗分兩組進行（Exp.1 和Exp.2），以0.1 kN/s 的速度進行載荷加載，Exp.1 對安山巖柱樣進行連續(xù)加載，直至樣品發(fā)生脆性破裂；Exp.2 對安山巖樣品進行分段加載，以Exp.1 安山巖樣品的破壞時峰值應(yīng)力基準，分段加載至峰值應(yīng)力的20%、40%、60%、70%，對比分析不同應(yīng)力階段的裂隙發(fā)育規(guī)模。本文定義0～20%峰值應(yīng)力為低應(yīng)力階段，20%～70%峰值應(yīng)力為中等應(yīng)力階段，大于70%峰值應(yīng)力為高應(yīng)力階段。張性環(huán)境下的裂隙發(fā)育實驗為Exp.3，保持0.02 kN/s 的速度進行載荷加載，直至樣品發(fā)生脆性破裂（表1）。

圖3 實驗樣品尺寸及聲發(fā)射探頭排布a：壓性條件樣品布局，b：張性條件樣品布局。Fig.3 Test sample size and layout of acoustic emission probea: Layout of compressive condition samples, b: layout of tensile condition samples.

實驗加載完成，將安山巖樣品沿橫截面每隔5 mm 制作一個巖石光薄片，分析巖石受力變形后微裂隙的發(fā)育類型、充填情況以及各應(yīng)力階段內(nèi)微裂隙發(fā)育特征。本文使用的聲發(fā)射定位分析軟件為中國地震局地質(zhì)研究所研發(fā)的“AE007”，聲發(fā)射定位原理基于時差定位法，并通過提高傳感器下限及控制波速范圍實現(xiàn)了平抑波速場不均對定位結(jié)果的誤差[35-36]。定位結(jié)果可直觀反映巖石內(nèi)部聲發(fā)射源位置、裂紋初始位置、巖石損傷狀況和不同加載階段裂隙的發(fā)展程度。

3 微裂隙發(fā)育實驗結(jié)果

3.1 壓性環(huán)境下安山巖微裂隙發(fā)育特征

Exp.1 為安山巖樣品連續(xù)加載至破裂，整個加載過程中均有微裂隙產(chǎn)生，但不同應(yīng)力狀態(tài)下微裂隙發(fā)育的規(guī)模和空間分布差異較大（圖4a），在低應(yīng)力狀態(tài)階段（0～20%峰值應(yīng)力）和高應(yīng)力狀態(tài)階段（＞70%峰值應(yīng)力），樣品所產(chǎn)生的微裂隙比中等應(yīng)力狀態(tài)階段（20%～70%峰值應(yīng)力）更多（表2）。低應(yīng)力狀態(tài)階段，樣品的聲發(fā)射數(shù)量維持在較高水平，較短時間內(nèi)樣品產(chǎn)生了大量微裂隙。微裂隙定位結(jié)果顯示，此階段產(chǎn)生的微裂隙主要集中在樣品中心的局部區(qū)域，另有一些微裂隙零星分布于樣品兩端。在中應(yīng)力狀態(tài)階段，隨著應(yīng)力增加，聲發(fā)射數(shù)量較少，微裂隙規(guī)模很小，主要分布在樣品兩端，說明樣品中部先存裂隙被逐步壓實，沒有形成新的微裂隙。期間出現(xiàn)了一次較為明顯的聲發(fā)射事件叢集，定位結(jié)果顯示微裂隙位于樣品中下部，說明早期形成于樣品中部的微裂隙在中等壓應(yīng)力階段向下擴展。高應(yīng)力狀態(tài)階段，樣品進入塑性變形并最終破裂，聲發(fā)射事件率快速上升，峰值應(yīng)力前聲發(fā)射事件率出現(xiàn)回落幾乎消失，隨后突增至最高，表明樣品內(nèi)部微裂隙貫通形成宏觀裂縫（圖4b）。

表2 實驗結(jié)果統(tǒng)計Table 2 Statistics of experimental results

圖4 壓性環(huán)境下聲發(fā)射事件率及空間分布演化a：Exp.1 聲發(fā)射事件率，b：Exp.1 微裂隙空間分布及演化，c：Exp.2 聲發(fā)射事件率，d：Exp.2 微裂隙空間分布及演化。Fig.4 The acoustic emission event rate and the evolution of spatial distribution in compressive environmenta: Exp.1 acoustic emission event rate, b: Exp.1 spatial distribution and evolution of microcracks, c: Exp.2 acoustic emission event rate, d: Exp.2 spatial distribution and evolution of microcracks.

Exp.2 為安山巖樣品分段加載實驗，安山巖樣品在各加載階段產(chǎn)生的微裂隙如圖4c 和圖4d，微裂隙主要產(chǎn)生于低應(yīng)力狀態(tài)階段，其微裂隙數(shù)量占比為90%。低應(yīng)力狀態(tài)階段，樣品內(nèi)部形成了一定規(guī)模的微裂隙，聲發(fā)射事件率較高。該階段微裂隙主要分布在兩端，中部為微裂隙空白區(qū)域。說明樣品上下部的先存裂隙相對發(fā)育，先存裂隙在較低應(yīng)力狀態(tài)下再活化并擴展。隨著應(yīng)力加載，安山巖樣品在中等應(yīng)力狀態(tài)階段僅產(chǎn)生了少量微裂隙，聲發(fā)射事件率較低。根據(jù)微裂隙定位結(jié)果，該階段產(chǎn)生的微裂隙主要出現(xiàn)在樣品的上部和下部（圖4d）。

3.2 張性環(huán)境下安山巖微裂隙發(fā)育特征

Exp.3 為安山巖樣品的張性環(huán)境微裂隙發(fā)育實驗，在低應(yīng)力狀態(tài)階段持續(xù)有微裂隙形成，但整體聲發(fā)射事件率不高（圖5a），該階段產(chǎn)生的微裂隙規(guī)模除了小規(guī)模出現(xiàn)在樣品下部外，絕大多數(shù)集中于臨近加載端的樣品上部。隨著應(yīng)力的增加，在中應(yīng)力狀態(tài)階段樣品內(nèi)部微裂隙持續(xù)產(chǎn)生，并形成明顯的聲發(fā)射集中區(qū)（圖5b）。說明樣品上半部分微裂隙開始穩(wěn)定地擴展匯聚。在高應(yīng)力狀態(tài)階段，聲發(fā)射事件率水平隨應(yīng)力增大而逐漸上升，這個階段樣品產(chǎn)生了大量微裂隙。該階段樣品產(chǎn)生的微裂隙主要位于中上部，此時樣品上部的裂隙進入非穩(wěn)定擴展階段，開始向下延伸，最終與樣品下部裂隙貫通形成主破裂面。

圖5 張性環(huán)境下聲發(fā)射事件率及空間分布演化a：Exp.3 聲發(fā)射事件率，b：Exp.3 微裂隙空間分布及演化。Fig.5 Acoustic emission event rate and evolution of spatial distribution in tensional environmenta: Exp.3 acoustic emission event rate, b: Exp.3 spatial distribution and evolution of microcracks.

不同的應(yīng)力環(huán)境下，安山巖微裂隙發(fā)育特征有所不同。壓性環(huán)境中，安山巖在低應(yīng)力狀態(tài)下就有較大規(guī)模微裂隙產(chǎn)生，而隨著應(yīng)力升高，微裂隙發(fā)育規(guī)模擴大的幅度很?。欢鴱埿原h(huán)境下，安山巖在高應(yīng)力狀態(tài)階段微裂隙最為發(fā)育，在其余階段也有多次的聲發(fā)射脈沖，規(guī)模不大。

3.3 微裂隙發(fā)育形態(tài)

通過實驗后巖石光薄片顯微分析，安山巖樣品內(nèi)部多具有斑狀、交織結(jié)構(gòu)，偶見玻晶交織結(jié)構(gòu)，其中斑晶為中性斜長石、角閃石，偶見輝石，與渤中凹陷深層安山巖對比，其礦物組合、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征相似[33-34]。此外，構(gòu)造縫、溶蝕孔和溶蝕縫非常發(fā)育（圖6-8）。圖6 和圖7 分別為分段加載實驗Exp.2中z=15 mm 處和z=10 mm 處的巖石光薄片的顯微分析，聲發(fā)射定位處的微裂隙較多，如圖6b 和7b 中圓點所示。圖8 為Exp.1 中z=70 mm 處的巖石光薄片的顯微分析。從發(fā)育形態(tài)看，構(gòu)造縫較為平直，延伸較長（圖6f），可見切穿長石、切割溶蝕縫（圖6d，圖7e），先存構(gòu)造縫存在被溶蝕填充的現(xiàn)象（圖7f）；溶蝕縫多呈不規(guī)則脈狀，縫寬不一致，內(nèi)邊緣較平滑，部分也被填充物填充不能作為有效儲層空間（圖7c）；長石中發(fā)育了大量溶蝕孔（圖7d）；一部分原生氣孔被充填為杏仁（圖6d，圖8f）。

圖6 Exp.2 樣品高度為15 mm 微裂隙分布及發(fā)育特征a：Exp.2 樣品微裂隙空間分布，b：z=15mm 巖石薄片及微裂隙投影分布，c：溶蝕縫，d：構(gòu)造縫切穿長石，e：杏仁體，f：構(gòu)造縫。Fig.6 Exp.2 distribution and development of microcracks in sample height of 15mma: Spatial distribution of microcracks in Exp.2 sample, b: z=15 mm rock slice and microcracks projection distribution, c: corrosion joint, d: structural joints cut through feldspar, e: amygdala, f: structural joint.

圖7 Exp.2 樣品高度為10 mm 微裂隙分布及發(fā)育特征a：Exp.2 樣品微裂隙空間分布，b：z=10 mm 巖石薄片微裂隙投影分布，c：溶蝕縫，d：溶蝕孔，e：構(gòu)造縫（切割溶蝕縫），f：構(gòu)造縫（部分被溶蝕填充）。Fig.7 Exp.2 distribution and development characteristics of microcracks with a sample height of 10mma: Spatial distribution of microcracks in Exp.2 sample, b: projection distribution of microcracks in z=10 mm rock slice, c: corrosion joint, d: corrosion hole,e: structural fracture (cutting corrosion fracture), f: structural fracture (partially filled by corrosion).

圖8 Exp.1 樣品高度為70 mm 微裂隙分布及發(fā)育特征a：Exp.1 樣品微裂隙空間分布，b：z=70mm 巖石薄片及微裂隙投影分布，c：構(gòu)造縫（裂縫邊緣裂縫），d：構(gòu)造縫（裂縫內(nèi)裂縫），e：溶蝕縫，f：杏仁體。Fig.8 Exp.1 distribution and development of microcracks with a sample height of 70 mma: Spatial distribution of acoustic emission of Exp.1 sample, b: projection distribution of rock slice and acoustic emission at z=70 mm, c: structural crack (crack edge crack), d: structural fractures (fractures within fractures), e: corrosion joint, f: amygdala.

壓性環(huán)境下，聲發(fā)射定位的微裂隙分布位置與安山巖先存裂隙比較吻合，表明實驗中安山巖產(chǎn)生的微裂隙主要來源于先存構(gòu)造縫、溶蝕縫和溶蝕孔的“再活化”。這些“再活化”的裂縫分為“邊緣型裂縫”（圖8c）和“縫內(nèi)型裂縫”（圖8d），新產(chǎn)生的構(gòu)造縫形成于先存裂隙周圍或內(nèi)部。在一定的構(gòu)造應(yīng)力下，裂縫優(yōu)先發(fā)育在“較弱”的低強度區(qū)域，如先存的裂縫。疊加不同應(yīng)力階段的聲發(fā)射定位（圖6-7），在中、高應(yīng)力階段所產(chǎn)生的微裂隙分布于在低應(yīng)力階段產(chǎn)生的微裂隙區(qū)域內(nèi)，且位置更加集中，表明安山巖在高應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生的微裂隙是對低應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生的微裂隙的進一步加寬和擴展。張性環(huán)境下聲發(fā)射定位和安山巖裂縫的相對位置一致，主斷裂與聲發(fā)射定位比較吻合；在主斷裂兩側(cè)還產(chǎn)生了多條次斷裂（圖9）。

圖9 Exp.3 樣品高度為10 mm 微裂隙分布及微裂隙發(fā)育特征a：Exp.3 樣品微裂隙空間分布，b：z=10 mm 巖石薄片及微裂隙投影分布，c-f：主破裂帶。Fig.9 Exp.3 distribution and development of microcracks with a sample height of 10 mma: Spatial distribution of microcracks in Exp.3 sample, b: z=10 mm rock slice and microcracks projection distribution, c-f: main fracture zone.

4 討論

4.1 渤海灣盆地火山巖裂縫特征

山東省魯西地區(qū)北部緊鄰渤海灣盆地，位于郯廬斷裂帶以西，與渤中凹陷具有相同的大地構(gòu)造環(huán)境和演化歷史[37-38]，可用于野外對比，來分析渤海灣盆地深部潛山構(gòu)造儲層的發(fā)育情況。據(jù)魯西地區(qū)30 多個野外露頭觀察研究，主要發(fā)育火山熔巖和火山碎屑巖兩大類。火山熔巖含有安山巖，普遍發(fā)育氣孔構(gòu)造；火山碎屑巖主要為安山質(zhì)碎屑巖和凝灰質(zhì)碎屑巖，表層構(gòu)造縫和內(nèi)部裂縫均比較發(fā)育。該區(qū)火山巖地層不僅受到多期強烈構(gòu)造作用的疊加改造，更經(jīng)歷長時間的風化作用影響，大尺度上發(fā)育斷層，甚至多期斷層（圖10a、b），小尺度上發(fā)育構(gòu)造裂縫、風化裂縫（圖10c、d）。

圖10 魯西地區(qū)火山巖裂縫發(fā)育特征a：斷層；b：兩期斷層(左行為早期，右行為晚期)；c：構(gòu)造裂縫；d：風化裂縫。Fig.10 Development of typical fractures in volcanic rocks in western Shandong Provincea: Fault; b: two-stage fault (early left behavior and late right behavior); c: structural cracks; d: weathering cracks.

渤中凹陷火山巖儲層成因類型多，物性差異大，有效儲層形成機理與分布規(guī)律制約著深層勘探的進一步發(fā)展。為此，眾多學(xué)者針對渤中部地區(qū)中生界火山巖儲層特征及主控因素進行了大量研究。研究者通過巖芯和巖石薄片分析，將火山巖儲層儲集空間類型按成因劃分為裂縫、原生孔隙和次生孔隙三大類，其中主要的儲集空間以次生孔隙與裂縫為主[2,39]。渤中地區(qū)中生界火山巖地層遭受了多期旋回的構(gòu)造作用，長期暴露于地表，受到強烈的風化淋濾作用，形成了規(guī)模大且復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)。構(gòu)造縫主要為高角度裂縫、直立縫和斜交縫，切割形態(tài)平直且延伸較遠，充填程度一般為半充填或全充填（圖11b）；溶蝕縫常與溶蝕孔和構(gòu)造縫交錯相連，縫面呈不規(guī)則長條狀，多為未充填或半充填狀（圖11a）。 從野外勘查結(jié)果和鉆井巖石光薄片分析，渤海灣盆地發(fā)育的中生界火山巖裂隙較為發(fā)育，與實驗結(jié)果一致，具備形成優(yōu)質(zhì)儲層的能力。

圖11 渤中凹陷中生界火山巖裂縫發(fā)育特征火山角礫巖，渤中凹陷西南部，4218 m，正交光，×25。Fig.11 Fracture development of the Mesozoic volcanic rocks in Bozhong SagVolcanic breccia in 4218m in the southwest of Bozhong Sag, orthogonal light, ×25.

4.2 構(gòu)造運動對火山巖儲層的影響

渤中凹陷構(gòu)造演化過程及構(gòu)造格局對于研究火山巖儲層優(yōu)劣有著關(guān)鍵作用。渤中凹陷中生界火山巖潛山經(jīng)歷了中生代燕山期及新生代喜山期構(gòu)造運動。燕山期，華北板塊受到太平洋板塊俯沖作用，郯廬斷裂經(jīng)歷了左旋走滑斷裂作用，渤中凹陷處于左旋壓扭的構(gòu)造應(yīng)力場中[40-41]（圖12）。太平洋板塊的俯沖作用為火山巖潛山儲層形成初始斷裂提供了必要的動力條件。通過實驗分析，火山巖在低壓應(yīng)力時期即可在先存的裂縫周圍形成大量微裂隙，隨著壓應(yīng)力的不斷增大，大量擠壓裂隙產(chǎn)生并形成大規(guī)模斷裂系統(tǒng)，斷裂帶貫穿始終。然而，薄片和巖芯資料表明，先存裂隙部分已被溶蝕充填，不能作為有效的儲集空間。即使部分先存裂隙被充填，也有利于在后期構(gòu)造作用下裂縫的重新活化。

圖12 渤中凹陷深層潛山儲層各時期構(gòu)造應(yīng)力與裂縫發(fā)育關(guān)系[47]Fig.12 Relationship between tectonic stress and fracture development of deep buried hill reservoir in Bozhong Sag at different stages[47]

由于印度板塊與華北板塊的碰撞，新生代渤中凹陷處于喜山期南北向伸展構(gòu)造應(yīng)力場[42-43]。在北南向伸展作用下，斷層重新活動為伸展斷層，形成一系列北東向正斷層[44]。喜山期構(gòu)造作用不足以形成新的大尺度裂縫。然而，該構(gòu)造作用階段對先存裂隙的“再活化”至關(guān)重要，這一時期是有效裂縫形成的關(guān)鍵時期。前期擠壓形成了大規(guī)模的斷裂系統(tǒng)，在喜山期構(gòu)造作用下重新被激活[45-46]。

綜上，渤中凹陷中生界火山巖自中生代以來遭受了強烈壓扭作用，同時經(jīng)歷了多期深部巖漿-熱液作用和火山活動，在火山巖地層內(nèi)部廣泛發(fā)育構(gòu)造縫、溶蝕孔和溶蝕縫。后期又受喜山期伸展改造作用，內(nèi)部溶蝕孔、縫及構(gòu)造縫也得到了進一步的改造擴展，渤中凹陷烴源層產(chǎn)生油氣物質(zhì)隨大型斷裂及不整合面進入火山巖巖層，儲油氣潛山逐漸形成，運儲能力得以提升，具備成為優(yōu)質(zhì)儲層的基本條件。此外，構(gòu)造作用和風化作用對火山巖潛山儲層的影響是相互關(guān)聯(lián)的。構(gòu)造應(yīng)力不僅影響裂縫類型和密度，還控制著風化程度。裂縫越發(fā)育內(nèi)部裂縫更容易受到強烈溶蝕擴展，導(dǎo)致形成更厚的風化殼和裂縫周圍更寬的風化帶，這對油氣儲運空間的形成至關(guān)重要。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)野外觀察和實驗對比分析，渤中凹陷安山巖儲層內(nèi)部廣泛發(fā)育裂隙，其主要類型為構(gòu)造縫、溶蝕孔和溶蝕縫。

（2）安山巖在張性和壓性環(huán)境下均具備微裂隙發(fā)育能力，但不同的應(yīng)力環(huán)境下微裂隙發(fā)育特征有所不同。在壓性環(huán)境下，安山巖在低應(yīng)力狀態(tài)階段就有較大規(guī)模微裂隙產(chǎn)生，而張性環(huán)境下安山巖在高應(yīng)力狀態(tài)階段微裂隙最為發(fā)育，其原因可能是安山巖本身含有大量先存構(gòu)造縫、溶蝕縫和溶蝕孔，受較小的應(yīng)力后“再活化”產(chǎn)生微裂隙。

（3）渤中凹陷中生界安山巖儲層經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動的疊加改造，尤其是喜山期對先存裂隙的“再活化”至關(guān)重要，前期擠壓形成了大規(guī)模的斷裂系統(tǒng)，在喜山期構(gòu)造作用下重新被激活，是有效裂縫形成的關(guān)鍵時期。

致謝：在實驗和數(shù)據(jù)處理過程中受到了中國地震局地質(zhì)研究所劉培洵副研究員、郭彥雙副研究員和齊文博副研究員的指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝!