火山岩储层储集空间的构成

摘 要

  中国东部中新代含油气盆地中发育各种类型的火山岩,在这些火山岩中发现了具有商业价值的油气藏,该类油气藏正成为中国中新生代盆地勘探的新领域[1]。储层预测是火山岩气藏

  中国东部中新代含油气盆地中发育各种类型的火山岩,在这些火山岩中发现了具有商业价值的油气藏,该类油气藏正成为中国中新生代盆地勘探的新领域[1]。储层预测是火山岩气藏勘探的核心问题[2],而储层预测的关键是看储集空间是否发育。
  火山岩储集空间类型及其成因机理是开展这项研究的基础,各专家对火山岩储集空间类型的分类不尽相同[1,3~6],可归纳为原生孔隙、次生孔隙和裂缝3大类。孔缝组合类型因研究精度不同有细微差别,一般有孔隙型、孔隙-裂缝型、裂缝-孔隙型和裂缝型4大类。火山岩的岩性[7]、岩相[8~11]、喷发环境[12]、构造活动及其成岩作用[13]跟储集空间的发育密切相关。火山岩孔隙在整个成岩作用过程中是不断变化的[14]。孔隙喉道对火山岩储层气井产能影响非常大[15]。裂缝的发育对火山岩储层的连通性、渗流性起着重要的作用[16],因此经常被单独作为研究对象[17]。火山岩储集空间的研究也不再局限于运用岩心观察、铸体薄片、扫描电镜、黏土矿物X光衍射和压汞等地质手段,一些地球物理方法(像常规测井资料分析、成像测井和核磁测井)也渐渐被得到广泛应户甘。
  笔者基于前人的研究基础,统计了松辽盆地营城组火山岩中不同孔缝的面孔率,得出了16种岩性12种亚相的主要储集空间类型,讨论了原牛孔隙和次生孔隙的成因,对火山岩气藏的勘探开发有一定的帮助。
  1分析方法
  本次研究利用面孔率统计的方法。选取的样品68块来自松辽盆地盆缘露头区,99块来自瓮地内徐家围子断陷,取样原则以涵盖各类岩性和孔缝为标准。具体研究步骤如下:①在CoreDBMS软件中对岩石照片中的孔隙进行区域分割,若孔隙类型不同,可以多次区域分割,分别统计,最后得到孔隙的而孔率,裂缝面孔率的统计同理;②统计不同岩性孔缝的面孔率的平均值;③计算不同岩性中各孔缝类型的百分含量(图1);④计算不同岩相中各孔缝类型的百分含量(图2)。


  2储层储集空间类型及其分布特征
  本次储集空间分类沿用王璞琚等(2007)的分类方法,分为3大类:原生孔隙、次生孔隙和裂缝;亚类根据统计出现的频率有所调整,分为12亚类:原生气孔、杏仁体内孔、颗粒/晶粒间孔、基质收缩裂隙、矿物炸裂纹和解理缝隙;晶内溶蚀孔、基质内溶蚀孔、角砾间孔;原生收缩缝隙、充填残余/构造裂缝、溶蚀构造裂缝、隐爆裂缝。
  统计了167份样本16种岩性照片中不同孔缝的面孔率,求取每种岩性的孔缝对应面孔率平均值列于表1,并与物性做了对比。


  2.1各类孔缝在不同岩性的分布特征
  通过表1计算出各类孔缝在同种岩性的百分比,从而对各岩性的主要储集空间有一定的认识。结果显示(图1):气孔类火山熔岩基本以原生孔隙为主,与次生孔隙的比接近7.6:1;裂缝比例小,与孔隙比约为1:6。致密火山熔岩原生孔隙与次生孔隙相差不多,比值约为1.8:1;孔隙与裂缝的比值接近1:2,裂缝相对发育。火山碎屑熔岩原生孔隙略多于次生孔隙,比值约为2.7:1(隐爆角砾岩除外,以次生孔隙为主);孔隙与裂缝比近2:1。火山碎屑岩中次生孔隙较原生孔隙发育,两者比约为1.6:1;孔隙与裂缝比约为1.1:1。沉火山碎屑岩孔隙类型基本是些次生孔隙或裂缝,原生孔隙、次生孔隙和裂缝比为0.3:1:1.1。
  不同岩性面孔率与孔隙度大致成正相关(表1),面孔率大者孔隙度也高。大孔对孔隙度的贡献比较大,因此气孔熔岩一般较致密熔岩的孔隙度大。
  2.2各类孔缝在不同岩相的分布特征
  就整个火山机构相带而言,在横向上火山口-近火山口相带常为构造薄弱带,也是孔缝发育带。如火山通道相发育砾间孔和裂缝,侵出相发育基质收缩裂隙,爆发相和喷溢相发育原生气孔(图2)。该部位相带孔隙度、渗透率一般较好,是油气勘探有利区。距离火山口越远,火山岩组成主要是细粒火山碎屑,储集空间类型相对不发育,再加后期埋深压实作用,储集物性变差。如火山沉积相储集类型主要是次生孔隙和裂缝(图2)。
  在垂向上,由于熔浆喷出地表,顶部挥发分较多,造成原生孔隙分带,喷溢相或爆发相火山岩顶部气孔最发育。所以,爆发相亚相从空落亚相→热碎屑流相(从下→上),原生孔隙比例上升,次生孔隙比例下降,各种构造缝比例下降;喷溢相亚相自下而上(下部亚相→上部亚相),原生孔隙比例上升,次生孔隙裂缝比例下降(图2)。
  3原生孔隙、次生孔隙成因探讨
  岩性不同孔缝发育有差异,原因主要在于岩浆作用和后期成岩作用。不同岩浆作用方式会形成不同的结构构造,火山岩结构构造与储集空间有成因联系(表2),原生孔隙和原生收缩缝隙一般伴随着这些结构构造的发育而保存。火山岩在后期遭受不同成岩作用改造也会对孔缝发育有影响。


  3.1火山岩结构构造与原生孔隙、原生收缩缝隙的形成
  原生孔隙是火山岩储集空间形成的基础。研究表明,原生孔隙的发育程度由火山岩的岩性决定[18]。那么岩性又是如何决定孔隙的?笔者在研究过程中发现,一些特殊结构构造发育的火山岩孔缝数量较多,它们是以下结构构造:
  3.1.1气孔构造
  气孔构造形成原生气孔,最常见,在孔缝中的百分比较高(图1),是一种重要的储集空间类型[19],易形成好储层。
  3.1.2石泡构造
  石泡构造形成石泡空腔孔(图3-b),少见,一旦发育则占孔隙的主要类型。
  3.1.3气孔杏仁构造
  气孔杏仁构造形成杏仁体内孔(图3-c),常见,在孔隙类型中的比例一般(图1)。
  3.1.4流纹构造
  流纹构造形成流纹理间孔(图3-a),常见,且特点是气孔成串珠状分布,可能发生连通的孔隙,在喷溢相中、上部亚相发育(图2),如果此后遭受风化淋滤作用,极易形成风化壳(图3-m),且该类构造的岩石在平面上延伸较长,所以可形成大面积的储层。
  3.1.5珍珠构造
  珍珠构造形成原生收缩缝隙(图3-j),少见,基本是玻璃质岩石的主要储集空间,可能是好储层。
  3.1.6柱状节理
  柱状节理形成原生收缩缝隙(图3-n),一般在露头常见,岩心识别难。这种构造在火山口-近火山口附近发育,节理缝一般垂向分布,且延伸跟岩体的厚度相当,不仅可作为储集空间,而且是一种良好的渗流通道,能形成好储层。
  3.1.7间粒结构
  间粒结构形成晶粒间孔(图3-g),少见,发育在中基性岩中,可能占主要孔隙类型。
  3.1.8熔蚀结构
  熔蚀结构形成熔蚀孔(图3-f),常见,在孔隙类型中的百分比较小,一般可与炸裂纹形成连通,这类岩石一般是好储层。一些结构构造跟火山岩化学成分相关,如流纹构造、球粒结构发育在酸性岩中,间粒结构发育于中基性岩中。因此,同为致密的火山熔岩,其内部孔缝成因不同造成储集空间组合比例不同(图1)。


  3.2晚期成岩作用与次生孔隙和裂缝的形成
  晚期成岩作用是指火山岩固结成岩后[20],因构造、热液、风化淋滤和埋藏等活动的影响发生的各种地质作用。后期构造作用、风化淋滤作用、溶蚀作用和脱玻化等改造作用对次生孔隙的形成起决定作用。
  3.2.1构造作用
  构造作用形成构造裂缝(次生裂缝)。一般火山岩越致密、脆性越强,构造裂缝越容易形成[21],如图1所示,致密块状流纹岩、安山岩、玄武岩,熔结凝灰岩和凝灰岩构造裂缝优于其他岩性。构造裂缝不仅自身可作为储集空间而且可以充当渗流通道。因此有人称它是火山岩储层形成的先决条件[16]。
  3.2.2风化淋滤作用
  风化淋滤作用是次生孔隙形成的主要阶段,它是对暴露地表或近地表火山岩的改造,不仅增大了孔隙度而且使渗透率得到了改善,可以形成各种风化壳型储层。它是影响火山岩储集性能的一个重要因素。
  3.2.3溶蚀作用
  溶蚀作用形成溶蚀孔隙和溶蚀裂缝。其中,长石是分布最广泛的易溶矿物[22],火山灰(图3-h)、其他黏土矿物和碳酸盐岩矿物的溶蚀也比较常见。溶蚀作用使原生孔、缝向扩大方向发展,增加有效储集空间。次生孔隙的发育程度主要取决于溶蚀作用的强度[14]。
  3.2.4脱玻化作用
  脱玻化作用使粒间孔隙变大。流纹岩中的球粒结构可以是火山玻璃脱玻化的产物,其结果使球粒间的孔隙增大[23],如图3-d所示。因此脱玻化作用对储集空间的影响不可忽视。
  成岩作用不仅使火山岩储集空间在横向上有延伸(风化壳),而且在纵向上更有渗流通道的保障(柱状节理缝和构造缝),另外在岩体内部还有各种微型孔缝,因此,火山岩有条件形成良好的储集层。
  4结论
  1)气孔火山熔岩以原生孔隙为主,致密火山熔岩原生孔隙、次生孔隙和裂缝比例相差不多,火山碎屑熔岩原生孔隙略多于次生孔隙和裂缝,火山碎屑岩以次生孔隙为主,沉火山碎屑岩以溶蚀孔隙和溶蚀裂缝为主。
  2)火山通道相孔隙以砾间孔为主,裂缝比较发育;爆发相和喷溢相从底部→顶部,原生孔隙比例上升,次生孔隙比例和构造裂缝比例下降;侵出相以基质原生收缩缝隙为主,火山沉积相储集类型主要是次生孔隙。
  3)发育气孔构造、石泡构造、气孔杏伊构造、流纹构造、珍珠构造、柱状节理、间粒结构和熔蚀结构的火山岩易形成原生气孔和裂缝。后期构造作用、风化淋滤作用、溶蚀作用和脱玻化等改造作用促进了次生孔缝的形成。
  致谢:感谢刘万洙老师给本文的建议,感谢张艳玲和黄玉龙提供了部分照片。
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