HC断裂带石炭系火山岩储层特征及主控因素

时间：2024-07-28

梅梓葛熙刘睿罗梦原

（1.四川煤田地质局一四一队，四川德阳 618000；2.中国石油西南油气田公司采气工程研究院，四川德阳 618000；3.中国石油西南油气田公司川中油气矿，四川遂宁 629000）

0 引言

随着全世界石油天然气勘探力度的加大，油气勘探和开发的难度越来越大，寻找特殊的储层和油气藏类型成了油气勘探的重点。近年来，火山岩油气藏已经成为了油气勘探与开发的一个亮点，而火山岩储层也成为了火山岩油藏研究的热点［1］。HC断裂带位于准噶尔盆地西北缘油气勘探区的西部隆起带，是由一系列走向近南北、倾向为西的逆冲或逆掩断层所构成的断裂带，主要发育断层型油气藏，是西北缘最重要的油气富集带之一［2］。笔者从储集空间、孔隙结构以及物性3个方面研究了HC断裂带石炭系火山岩储层的特征，并从构造作用、岩性岩相、成岩作用以及风化作用4个方面对火山岩储层主控因素进行了探讨。

1 储层基本特征

1.1 储层岩石学特征

火山岩是由火山作用所形成，包括火山熔岩和火山碎屑岩。研究区储层岩石主要以火山碎屑岩为主，达到70%，其次为火山熔岩。

1）根据研究区的钻井揭示，研究区火山熔岩主要由基性玄武岩和中性安山岩所构成。玄武岩颜色为红色及深灰色，结构主要为隐晶质和微晶，构造主要为块状，部分可观察到杏仁状构造，其岩石成分主要为斜长石、橄榄石及辉石。安山岩的颜色主要为绿色及浅灰色，结构为细晶及隐晶质，构造为块状，部分可见杏仁状构造。岩石较为致密，其主要成分为角闪石、橄榄石及斜长石。

2）研究区火山碎屑岩主要是火山角砾岩和凝灰岩类，在研究区较发育，达到了70%。火山角砾岩主要有安山质、玄武质和凝灰质火山角砾岩等。岩石的颜色为深灰色及杂色，其结构为火山角砾结构，构造为块状及斑杂状。其火山角砾形状各异，大小不等，成分主要为安山岩，碎屑中以安山岩块、玄武岩块及流纹岩块最为常见，岩石主要由火山灰胶结而成。凝灰岩主要为安山质、沉安山质和玄武质凝灰岩。安山质、沉安山质凝灰岩颜色为灰色，为凝灰结构，块状构造。火山角砾成分为安山岩，岩屑成分主要为安山岩，其次为玄武岩，由火山尘所胶结。岩石中杏仁体充填物为绿泥石，辉石斑晶部分为方解石所交代，斜长石斑晶颗粒较大。玄武质凝灰岩颜色为褐灰色以及红褐色，亦为凝灰结构，构造为块状构造。岩石由火山角砾、岩屑以及火山灰所构成，角砾以及岩屑成分主要为玄武岩，少部分为安山岩。

1.2 储集空间特征

研究区HC断裂带石炭系火山岩储层的储集空间主要为原生孔隙和次生孔隙两大类，次生孔隙是研究区主要发育的孔隙类型。

1）研究区原生孔隙主要为气孔和晶间孔两种类型。气孔为岩浆中的挥发组分逸出而形成的，研究区的气孔是玄武岩或安山岩中的气体逸出形成的，但此类孔隙在研究区并不发育。晶间孔则为斑晶聚集所形成的孔隙，可在研究区的玄武岩中辉石和基性斜长石、安山岩中角闪石和中性斜长石等斑晶中发现这种孔隙，并且随着结晶程度的增加，此类孔隙发育程度越高（图1）。

图1 火山岩储集空间类型图

2）研究区的次生孔隙主要为粒内溶孔、粒模孔以及次生裂缝。粒内溶孔是次生孔隙中最发育的孔隙类型，也是研究区火山岩中分布最广泛的一种储集空间类型，此类孔隙是岩石在成岩阶段和成岩后发生的溶解作用形成，常见于研究区的角砾岩、凝灰岩中（图1）。研究区所见的粒模孔大部分为长石铸模孔，其有效性较好，在部分井段的火山碎屑岩中可见。裂缝主要是岩石遭受构造作用、地表水淋滤或地下水溶蚀等改造而形成的裂缝，对于研究区来说最重要的是构造裂缝［3］。

1.3 储层孔隙组合特征

按照火山岩孔隙成因及组合形式，把研究区石炭系储层的孔隙组合类型分为4种类型，即原生孔隙型、次生溶孔型、裂缝型和次生溶孔—裂缝复合型（图2）。

1）原生孔隙：以晶间孔为主，少部分气孔，相互之间连通性较差。

2）次生溶孔型：由岩石的成岩阶段和成岩后的溶解作用形成，是研究区重要的储集空间。

3）裂缝型：裂缝作为油气的储集空间和渗流通道，储层渗透性较好。

4）次生溶孔—裂缝复合型：由微裂缝以及次生溶孔组合而成的孔隙结构，溶洞作为储集空间，微裂缝则为油气渗滤通道。

图2 孔隙结构类型图

1.4 储层物性特征

储层岩石孔隙性和渗透性的好坏常常采用孔隙度和渗透率来定量表征。通过HC断裂带石炭系已钻井的孔渗资料（表1）可以看出，研究区火山岩孔隙性最好的是火山角砾岩和凝灰岩，其次为安山岩及流纹岩，玄武岩的孔隙性最差；安山岩的渗透性最好，其次是火山角砾岩及流纹岩，最差的是玄武岩和凝灰岩。角砾结构使得火山角砾岩的孔隙度及渗透率发育程度都比较高，为“高孔高渗”；基性矿物构成的安山岩，易遭受溶蚀产生次生孔隙，物性较好，为“高孔高渗”；凝灰岩岩石颗粒较细，不易产生渗流通道受到溶蚀作用改造，因此孔隙发育较好而渗流性较差，为“高孔低渗”；而玄武岩致密，不易受到溶蚀作用改造，物性最差，为“低孔低渗”［4］。

2 储层主控因素

2.1 构造作用

首先，构造运动造成多期次、多火山口的火山喷发，形成了大范围分布的火山岩，这为火山岩储层提供了形成的物质基础。其次，HC断裂带经历了多期强烈的构造运动，形成了大量的构造裂缝。镜下和岩心观察发现，研究区火山岩裂缝主要有构造缝、成岩缝以及溶蚀缝。其中构造裂缝可产生于火山岩成岩后的任何地质时期，在火山岩中最为发育，也是最为重要的裂缝类型。在研究区的部分岩心可见宽大直劈裂缝，证实了构造运动使火山岩产生了大量的构造裂缝，在主断裂附近，由于构造应力的大量释放，使火山岩高度破碎，产生了大量的构造缝系统（图3）。

表1 HC断裂带石炭系火山岩物性特征表

图3 火山岩构造裂缝图

由于构造作用能诱发大量构造裂缝的产生，因此该区多期的构造运动使原生的孔隙、裂缝之间相互连通，极大提高了岩石的储集性能和渗透能力，甚至可以使岩石的渗透率提高几个数量级。同时，构造作用产生的构造缝促进了地下流体活动，易溶物质（碳酸盐等）极易被溶解，形成次生储集空间，提高了储层的储集性能［5］。

2.2 岩性岩相

火山岩的岩性和岩相控制着孔隙、裂缝的发育情况，不同的岩性及岩相，其储集空间的种类和发育程度各不相同［6-7］。

不同的岩性，发育的储集空间类型也不相同。根据铸体薄片以及岩心观察资料统计，HC断裂带石炭系火山岩中玄武岩主要发育气孔，裂缝较少；安山岩除了发育气孔外，裂缝也较发育；凝灰岩发育晶间孔、溶孔以及裂缝；火山角砾岩除发育晶间孔、溶孔以及裂缝外，还发育一定量的粒间孔和粒模孔（表2）。

表2 HC断裂带石炭系各类火山岩发育储集空间类型表

研究区主要发育溢流相、喷发相和火山沉积相3种岩相，各种岩相都是火山喷发时不同岩性及其物理化学条件的综合反映，不同的相带也存在很大的差异，对储层有着很大的影响。一般来说，研究区储层物性最好的岩相是喷发相，其次是溢流相，最差的是火山沉积相（图4）。

图4 研究区石炭系火山岩油藏剖面图

2.3 成岩作用

成岩作用影响着原生孔隙保存情况以及次生孔隙发育程度和分布范围。成岩作用从改造储层储集性的角度可以分为两大类，一类是使储层孔隙度降低，另一类是使储层孔隙度升高。

降低孔隙度的主要成岩作用有压实、压溶、熔结、熔浆胶结、充填等成岩作用。对于各种火山岩类型，成岩作用影响的程度也不相同。火山碎屑岩主要是受到压实及压溶作用影响，大大降低其储集性能，可在岩心和薄片中发现缝合线状接触。压实及压溶作用对于火山熔岩的影响较小，因为熔岩冷却凝固后，其原生孔隙基本很难受到压实、压溶作用的改造。

使储层孔隙度升高的成岩作用有冷凝（却）收缩作用、挥发组分的逸散、溶解、风化等成岩作用。其中溶解作用是导致火山岩发育大量溶蚀孔缝的重要原因，大量溶蚀孔缝的产生，也是火山岩成为良好储层的重要因素。由于火山碎屑岩中溶解成分的种类以及数量比火山熔岩多，并且其渗流能力强于火山熔岩，因此火山碎屑岩的溶解作用强于火山熔岩，也能够形成更多溶蚀孔隙，更易成为良好储层。

2.4 风化作用

含基性矿物的火山岩风化速度较快，在地面水以及空气的双重作用下易遭受化学溶蚀分解，形成黏土；而含酸性矿物（石英等）的火山岩在地面条件下较为稳定，以机械破碎形式的风化作用为主，化学溶蚀、分解的化学风化作用较少。HC断裂带石炭系的火山岩为基性、中基性的火山熔岩（玄武岩、安山岩）、火山碎屑岩。石炭系火山岩在形成之后，经历了二叠纪、三叠纪等长时期的地面裸露，经历了足够的风化溶蚀、分解作用，易溶成分被地下水带离原地，在岩石中留下溶蚀孔隙，提供了油气的储集空间。另外，研究区为一个断裂带，其断层和裂缝均很发育，因此，风化溶蚀作用也较强烈，所形成的溶蚀孔、缝是油气储集的主要空间和渗滤通道［8］。

处于风化壳表层以下的淋滤、崩解带，在风化、构造联合作用下，火山岩变得破碎，裂缝发育程度高，孔渗较好，火山岩的储集性能得到极大提高，为油气聚集提供了有利条件。根据统计研究区各井的含油气性，远离风化壳距离在300 m以内的石炭系储层含油性最好；距离风化壳太远则裂缝发育欠佳，储层储集性较差；远离风化壳600 m以上的石炭系火山岩基本不发育储层。在HC断裂带，油层几乎都在石炭系顶以下300 m范围内，这也说明风化壳带是非常有利的勘探目标带（图5）。

总的来说，HC断裂带火山岩储层的发育情况主要受构造作用、岩性岩相、成岩作用、风化作用的综合控制。构造作用造成火山的喷发，为石炭系火山岩储层的形成提供了物质基础，并且多期的构造运动对火山岩进行改造，产生大量的构造裂缝，提高了储层的储集性能；岩性和岩相影响了火山岩原生孔隙的发育程度和分布范围；成岩作用控制了原生孔隙的保存以及次生孔隙的形成；风化作用改善了火山岩储层的储集性能，提供了油气的储集空间以及渗流通道。

在综合分析了以上4种主控因素的基础上，认为主控因素中影响程度最大的是岩性岩相和构造作用，这是火山岩储层形成的基础，其次为风化作用，影响最小的是成岩作用。

图5 HC断裂带石炭系油层垂向分布图