火山巖儲層儲集空間的構成

摘 要

  中國東部中新代含油氣盆地中發育各種類型的火山巖,在這些火山巖中發現了具有商業價值的油氣藏,該類油氣藏正成為中國中新生代盆地勘探的新領域[1]。儲層預測是火山巖氣藏

  中國東部中新代含油氣盆地中發育各種類型的火山巖,在這些火山巖中發現了具有商業價值的油氣藏,該類油氣藏正成為中國中新生代盆地勘探的新領域[1]。儲層預測是火山巖氣藏勘探的核心問題[2],而儲層預測的關鍵是看儲集空間是否發育。
  火山巖儲集空間類型及其成因機理是開展這項研究的基礎,各專家對火山巖儲集空間類型的分類不盡相同[1,3~6],可歸納為原生孔隙、次生孔隙和裂縫3大類。孔縫組合類型因研究精度不同有細微差別,一般有孔隙型、孔隙-裂縫型、裂縫-孔隙型和裂縫型4大類。火山巖的巖性[7]、巖相[8~11]、噴發環境[12]、構造活動及其成巖作用[13]跟儲集空間的發育密切相關。火山巖孔隙在整個成巖作用過程中是不斷變化的[14]。孔隙喉道對火山巖儲層氣井產能影響非常大[15]。裂縫的發育對火山巖儲層的連通性、滲流性起著重要的作用[16],因此經常被單獨作為研究對象[17]。火山巖儲集空間的研究也不再局限于運用巖心觀察、鑄體薄片、掃描電鏡、黏土礦物X光衍射和壓汞等地質手段,一些地球物理方法(像常規測井資料分析、成像測井和核磁測井)也漸漸被得到廣泛應戶甘。
  筆者基于前人的研究基礎,統計了松遼盆地營城組火山巖中不同孔縫的面孔率,得出了16種巖性12種亞相的主要儲集空間類型,討論了原牛孔隙和次生孔隙的成因,對火山巖氣藏的勘探開發有一定的幫助。
  1分析方法
  本次研究利用面孔率統計的方法。選取的樣品68塊來自松遼盆地盆緣露頭區,99塊來自甕地內徐家圍子斷陷,取樣原則以涵蓋各類巖性和孔縫為標準。具體研究步驟如下:①在CoreDBMS軟件中對巖石照片中的孔隙進行區域分割,若孔隙類型不同,可以多次區域分割,分別統計,最后得到孔隙的而孔率,裂縫面孔率的統計同理;②統計不同巖性孔縫的面孔率的平均值;③計算不同巖性中各孔縫類型的百分含量(圖1);④計算不同巖相中各孔縫類型的百分含量(圖2)。


  2儲層儲集空間類型及其分布特征
  本次儲集空間分類沿用王璞琚等(2007)的分類方法,分為3大類:原生孔隙、次生孔隙和裂縫;亞類根據統計出現的頻率有所調整,分為12亞類:原生氣孔、杏仁體內孔、顆粒/晶粒間孔、基質收縮裂隙、礦物炸裂紋和解理縫隙;晶內溶蝕孔、基質內溶蝕孔、角礫間孔;原生收縮縫隙、充填殘余/構造裂縫、溶蝕構造裂縫、隱爆裂縫。
  統計了167份樣本16種巖性照片中不同孔縫的面孔率,求取每種巖性的孔縫對應面孔率平均值列于表1,并與物性做了對比。


  2.1各類孔縫在不同巖性的分布特征
  通過表1計算出各類孔縫在同種巖性的百分比,從而對各巖性的主要儲集空間有一定的認識。結果顯示(圖1):氣孔類火山熔巖基本以原生孔隙為主,與次生孔隙的比接近7.6:1;裂縫比例小,與孔隙比約為1:6。致密火山熔巖原生孔隙與次生孔隙相差不多,比值約為1.8:1;孔隙與裂縫的比值接近1:2,裂縫相對發育。火山碎屑熔巖原生孔隙略多于次生孔隙,比值約為2.7:1(隱爆角礫巖除外,以次生孔隙為主);孔隙與裂縫比近2:1。火山碎屑巖中次生孔隙較原生孔隙發育,兩者比約為1.6:1;孔隙與裂縫比約為1.1:1。沉火山碎屑巖孔隙類型基本是些次生孔隙或裂縫,原生孔隙、次生孔隙和裂縫比為0.3:1:1.1。
  不同巖性面孔率與孔隙度大致成正相關(表1),面孔率大者孔隙度也高。大孔對孔隙度的貢獻比較大,因此氣孔熔巖一般較致密熔巖的孔隙度大。
  2.2各類孔縫在不同巖相的分布特征
  就整個火山機構相帶而言,在橫向上火山口-近火山口相帶常為構造薄弱帶,也是孔縫發育帶。如火山通道相發育礫間孔和裂縫,侵出相發育基質收縮裂隙,爆發相和噴溢相發育原生氣孔(圖2)。該部位相帶孔隙度、滲透率一般較好,是油氣勘探有利區。距離火山口越遠,火山巖組成主要是細粒火山碎屑,儲集空間類型相對不發育,再加后期埋深壓實作用,儲集物性變差。如火山沉積相儲集類型主要是次生孔隙和裂縫(圖2)。
  在垂向上,由于熔漿噴出地表,頂部揮發分較多,造成原生孔隙分帶,噴溢相或爆發相火山巖頂部氣孔最發育。所以,爆發相亞相從空落亞相→熱碎屑流相(從下→上),原生孔隙比例上升,次生孔隙比例下降,各種構造縫比例下降;噴溢相亞相自下而上(下部亞相→上部亞相),原生孔隙比例上升,次生孔隙裂縫比例下降(圖2)。
  3原生孔隙、次生孔隙成因探討
  巖性不同孔縫發育有差異,原因主要在于巖漿作用和后期成巖作用。不同巖漿作用方式會形成不同的結構構造,火山巖結構構造與儲集空間有成因聯系(表2),原生孔隙和原生收縮縫隙一般伴隨著這些結構構造的發育而保存。火山巖在后期遭受不同成巖作用改造也會對孔縫發育有影響。


  3.1火山巖結構構造與原生孔隙、原生收縮縫隙的形成
  原生孔隙是火山巖儲集空間形成的基礎。研究表明,原生孔隙的發育程度由火山巖的巖性決定[18]。那么巖性又是如何決定孔隙的?筆者在研究過程中發現,一些特殊結構構造發育的火山巖孔縫數量較多,它們是以下結構構造:
  3.1.1氣孔構造
  氣孔構造形成原生氣孔,最常見,在孔縫中的百分比較高(圖1),是一種重要的儲集空間類型[19],易形成好儲層。
  3.1.2石泡構造
  石泡構造形成石泡空腔孔(圖3-b),少見,一旦發育則占孔隙的主要類型。
  3.1.3氣孔杏仁構造
  氣孔杏仁構造形成杏仁體內孔(圖3-c),常見,在孔隙類型中的比例一般(圖1)。
  3.1.4流紋構造
  流紋構造形成流紋理間孔(圖3-a),常見,且特點是氣孔成串珠狀分布,可能發生連通的孔隙,在噴溢相中、上部亞相發育(圖2),如果此后遭受風化淋濾作用,極易形成風化殼(圖3-m),且該類構造的巖石在平面上延伸較長,所以可形成大面積的儲層。
  3.1.5珍珠構造
  珍珠構造形成原生收縮縫隙(圖3-j),少見,基本是玻璃質巖石的主要儲集空間,可能是好儲層。
  3.1.6柱狀節理
  柱狀節理形成原生收縮縫隙(圖3-n),一般在露頭常見,巖心識別難。這種構造在火山口-近火山口附近發育,節理縫一般垂向分布,且延伸跟巖體的厚度相當,不僅可作為儲集空間,而且是一種良好的滲流通道,能形成好儲層。
  3.1.7間粒結構
  間粒結構形成晶粒間孔(圖3-g),少見,發育在中基性巖中,可能占主要孔隙類型。
  3.1.8熔蝕結構
  熔蝕結構形成熔蝕孔(圖3-f),常見,在孔隙類型中的百分比較小,一般可與炸裂紋形成連通,這類巖石一般是好儲層。一些結構構造跟火山巖化學成分相關,如流紋構造、球粒結構發育在酸性巖中,間粒結構發育于中基性巖中。因此,同為致密的火山熔巖,其內部孔縫成因不同造成儲集空間組合比例不同(圖1)。


  3.2晚期成巖作用與次生孔隙和裂縫的形成
  晚期成巖作用是指火山巖固結成巖后[20],因構造、熱液、風化淋濾和埋藏等活動的影響發生的各種地質作用。后期構造作用、風化淋濾作用、溶蝕作用和脫玻化等改造作用對次生孔隙的形成起決定作用。
  3.2.1構造作用
  構造作用形成構造裂縫(次生裂縫)。一般火山巖越致密、脆性越強,構造裂縫越容易形成[21],如圖1所示,致密塊狀流紋巖、安山巖、玄武巖,熔結凝灰巖和凝灰巖構造裂縫優于其他巖性。構造裂縫不僅自身可作為儲集空間而且可以充當滲流通道。因此有人稱它是火山巖儲層形成的先決條件[16]。
  3.2.2風化淋濾作用
  風化淋濾作用是次生孔隙形成的主要階段,它是對暴露地表或近地表火山巖的改造,不僅增大了孔隙度而且使滲透率得到了改善,可以形成各種風化殼型儲層。它是影響火山巖儲集性能的一個重要因素。
  3.2.3溶蝕作用
  溶蝕作用形成溶蝕孔隙和溶蝕裂縫。其中,長石是分布最廣泛的易溶礦物[22],火山灰(圖3-h)、其他黏土礦物和碳酸鹽巖礦物的溶蝕也比較常見。溶蝕作用使原生孔、縫向擴大方向發展,增加有效儲集空間。次生孔隙的發育程度主要取決于溶蝕作用的強度[14]。
  3.2.4脫玻化作用
  脫玻化作用使粒間孔隙變大。流紋巖中的球粒結構可以是火山玻璃脫玻化的產物,其結果使球粒間的孔隙增大[23],如圖3-d所示。因此脫玻化作用對儲集空間的影響不可忽視。
  成巖作用不僅使火山巖儲集空間在橫向上有延伸(風化殼),而且在縱向上更有滲流通道的保障(柱狀節理縫和構造縫),另外在巖體內部還有各種微型孔縫,因此,火山巖有條件形成良好的儲集層。
  4結論
  1)氣孔火山熔巖以原生孔隙為主,致密火山熔巖原生孔隙、次生孔隙和裂縫比例相差不多,火山碎屑熔巖原生孔隙略多于次生孔隙和裂縫,火山碎屑巖以次生孔隙為主,沉火山碎屑巖以溶蝕孔隙和溶蝕裂縫為主。
  2)火山通道相孔隙以礫間孔為主,裂縫比較發育;爆發相和噴溢相從底部→頂部,原生孔隙比例上升,次生孔隙比例和構造裂縫比例下降;侵出相以基質原生收縮縫隙為主,火山沉積相儲集類型主要是次生孔隙。
  3)發育氣孔構造、石泡構造、氣孔杏伊構造、流紋構造、珍珠構造、柱狀節理、間粒結構和熔蝕結構的火山巖易形成原生氣孔和裂縫。后期構造作用、風化淋濾作用、溶蝕作用和脫玻化等改造作用促進了次生孔縫的形成。
  致謝:感謝劉萬洙老師給本文的建議,感謝張艷玲和黃玉龍提供了部分照片。
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