准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩储层成岩作用

张瑞，查明，曲江秀，张勇

（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）

准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩储层成岩作用

张瑞，查明，曲江秀，张勇

（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）

通过岩心观察和铸体薄片鉴定，研究准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩储层成岩作用特征及其对储层储集性能的影响。结果表明，该区火山岩储层成岩作用划分为原生成岩作用与次生成岩作用2大类，8种成岩作用类型。结合盆地埋藏史、热史、烃类充注过程，将火山岩成岩作用阶段划分为原生成岩作用阶段和次生成岩作用阶段，细分成5个期次。不同阶段的成岩作用对火山岩储集性能具有不同的影响：原生成岩作用控制气孔、冷凝收缩缝等原生储集空间的发育；次生成岩作用主要影响次生溶蚀孔隙、构造裂缝、风化裂缝等次生孔缝的发育。其中，构造作用是形成火山岩有效储层的重要控制因素，次生溶蚀作用及风化淋滤作用是储层发育的有利条件。

火山岩；成岩作用；石炭系；滴西地区；准噶尔盆地

火山岩储层成岩作用复杂多样，众学者深入研究了特定地区的火山岩成岩作用特征、成岩演化等［1-4］。新疆北部石炭系多发育风化壳型火山岩油气藏［5-7］，火山岩冷凝固结后的风化淋滤作用［8］，埋藏期间火山岩矿物颗粒的溶蚀作用以及构造破碎作用有利于改善储集性能。关于准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩储层的研究，前人侧重于对岩性岩相及储集空间特征的探讨［9-10］，而成岩期次划分［11-12］及成岩事件对储集性能的影响［13-14］的研究相对较少。本文以准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩为例，研究成岩［13-14］作用微观特征，结合埋藏史、烃类充注史划分成岩作用阶段及成岩期次，探讨成岩作用对火山岩储集性能的影响。

1 地质概况

滴西地区位于准噶尔盆地陆梁隆起东南部。研究目的层系石炭系为准噶尔盆地基底的上层部分，是海西期形成的一套火山岩建造。研究区火山岩岩性以熔岩为主，其次为火山碎屑岩，次火山岩分布相对局限。熔岩以玄武岩、安山岩为主，火山碎屑岩以火山角砾岩、凝灰岩为主。研究区火山岩相划分为爆发相、溢流相、火山沉积相和次火山岩相4种岩相。爆发相在研究区西部与东部集中分布；次火山岩相仅发育于本区中部DX18井周缘井区，DX20井也有部分层位钻遇；火山沉积相则在本区大范围内展布，尤其以中部最为集中（见图1）。

图1 滴西地区石炭系火山岩岩相展布

2 储层成岩作用类型与成岩矿物

2.1 原生成岩作用

原生成岩作用是指从火山喷发到封闭体系下岩浆或火山碎屑物冷凝固结成岩过程发生的各种作用。

1）挥发分逸出作用。原生气孔是挥发分逸出作用的直接表现形式。滴西地区原生气孔多赋存于玄武岩、安山岩中。镜下识别出2种形态的气孔，即椭圆形气孔孔间连通性差（见图2a）和长形气孔孔间呈哑铃状、港湾状连接，部分气孔喉道被绿泥石堵塞（见图2b）。

2）冷凝收缩作用。火山熔岩冷凝固结时，岩石体积收缩，形成弧形、圆形冷凝收缩缝。研究区珍珠岩、凝灰岩、火山角砾岩发育冷凝收缩缝，形态极不规则，网格状展布（见图2c）。

3）岩浆期后热液蚀变作用。包括岩浆期后热液充填与溶蚀2个相互制约的过程。岩浆期后热液充填是玄武岩杏仁体形成的主要原因，而岩浆期后热液溶蚀将杏仁体溶蚀产生杏仁体内孔。期间自生成岩矿物有沸石杏仁体（见图2d）、绿泥石杏仁体（见图2e）、玉髓杏仁体（见图2f）等。

2.2 次生成岩作用

次生成岩作用系火山岩固结成岩后与周围沉积岩一同进入盆地埋藏成岩过程中所经历的各种作用。

1）压实固结作用。火山碎屑岩可发生压实固结作用。随火山碎屑组分埋深增加，火山碎屑岩的压实作用增强，导致晶屑、岩屑破裂。颗粒凹凸接触，角砾边缘具不规则形状（见图2g）。

2）次生溶蚀作用。滴西地区玄武岩、安山岩中长石斑晶等易溶矿物、玄武岩杏仁体（见图2h）及火山碎屑岩中的不稳定组分在次生溶蚀作用下形成溶蚀孔缝。溶蚀孔缝内壁不规则，伴随沸石、绿泥石矿物增生（见图2i）。

3）次生矿物充填作用。表现为构造裂缝充填、粒间孔隙充填和溶蚀孔隙的再充填，充填矿物常见方解石（见图2j）、石英（见图2k）等。

4）风化淋滤作用。准噶尔盆地纵向上发育多期火山喷发旋回，每个旋回形成了一套风化淋滤作用面，尤其是石炭纪末期的强烈挤压抬升作用（见图3），对早期喷发至地表的火山岩风化剥蚀和溶解淋滤，形成风化壳。如DX402井3 781～3 796 m火山角砾岩，风化后呈灰绿色，疏松破碎（见图2l）。该区火山岩风化裂缝主要发育在次火山岩体及火山碎屑岩顶部，局部见分叉现象，部分裂缝被泥质充填（见图2m）。

5）构造作用。岩心上构造裂缝缝面平直，裂缝局部被方解石充填（见图2j，2o）。镜下观察，构造裂缝呈网格状（见图2o）展布，具有多期切割的特点。玄武岩等脆性岩石的构造裂缝切过斑晶矿物或杏仁体，火山碎屑岩或熔岩中脆性较弱的部位，裂缝绕过斑晶、岩屑。构造裂缝连通孤立气孔、溶孔，为次生溶蚀作用（见图2h，2i）创造了有利条件。

图2 滴西地区石炭系火山岩储层成岩作用类型图版

3 成岩作用阶段与成岩期次

前已述及，研究区火山岩成岩作用划分为原生成岩作用与次生成岩作用2大类。相应地，将成岩作用阶段划分为原生成岩作用阶段和次生成岩作用阶段。

3.1 原生成岩作用阶段

1）冷却成岩作用期。指岩浆喷出地表直至冷凝固结成岩的过程。发生于早—中石炭世。该阶段的主要成岩作用包括挥发分逸出作用、冷凝收缩作用（见图3）。火山熔岩主要形成气孔与基质中的冷凝收缩缝等原生储集空间；火山碎屑岩类则主要形成冷凝收缩缝等。

2）岩浆期后热液作用期。指岩浆结晶作用后期，溶解于岩浆中的挥发分大量析出，由于压力与岩浆温度的降低形成热水溶液，被岩浆加热的地层水等气液流体与火山岩之间的作用阶段［15］。在多种热液流体作用下，火山岩发生岩浆期后热液蚀变作用，部分原生气孔被热液沉淀物充填，形成杏仁体内孔等储集空间。

3.2 次生成岩作用阶段

1）表生成岩作用期。滴西地区石炭系火山岩冷凝固结成岩后，二叠纪之前一直处于剥蚀淋滤状态。大气水或地下淡水对出露地表或近地表的火山岩体溶蚀淋滤，形成风化裂缝。

2）浅埋藏成岩作用期。从二叠纪晚期持续到白垩纪早期，火山岩埋藏较浅，埋深小于3 000 m。三叠纪、侏罗纪之交以及侏罗纪、白垩纪之交的2期构造挤压使火山岩显著发育构造裂缝。浅埋藏期间的成岩作用有压实固结作用、次生溶蚀作用、次生充填作用、2期构造作用（见图3），并伴随第1期烃类充注（200～155 Ma）［13］过程。

3）深埋藏成岩作用期。该阶段自白垩纪早期延续至今，火山岩埋深增加，深度大于3 000 m。无机酸性流体、烃源岩排烃与烃类充注期间产生的有机酸性流体、与构造活动相关的深部热液流体等，对火山岩进一步改造，次生溶蚀与次生充填作用显著。期间次生溶蚀孔隙大量发育，浅埋藏期发育的溶蚀孔隙进一步溶蚀扩大并与构造裂缝连通。深埋藏成岩期伴随第2期烃类充注（145～85 Ma）［13］过程。

4 成岩作用对火山岩储集性能的影响

4.1 原生成岩作用

原生成岩作用控制了气孔、冷凝收缩缝等原生孔缝的发育。原生储集空间主要在DX17井附近的溢流相及DX404井周缘的爆发相中赋存。从根本上讲，原生储集空间的发育受岩相类型的制约：熔浆流动形成溢流相熔岩，挥发分逸出，直接导致气孔等原生孔隙形成；爆发相成岩组分随火山强烈爆发冷凝固结，易发育冷凝收缩缝等原生裂缝；次火山岩相及火山沉积相中原生孔隙的发育程度较弱。

以研究区最典型的原生成岩作用——挥发分逸出作用为例：岩浆喷出地表后，压力骤降，导致挥发分出溶、膨胀、逃逸，从而形成各种形态的气孔。气孔主要在滴西地区溢流相玄武岩和安山岩体顶部集中发育，储集性能很好，孔隙度可达20%。原生气孔的发育在提供原生孔隙的同时，也为后期次生溶蚀作用提供了必要的条件［14］。

图3 滴西地区石炭系火山岩储层成岩演化模式

4.2 次生成岩作用

次生成岩作用主要控制次生溶蚀孔隙、构造裂缝、风化裂缝等次生孔缝的发育。次生孔缝在DX17，DX18，DX102井周缘溢流相、爆发相、次火山岩相中均良好展布。次生储集空间的形成及储集性能的改造主要受控于构造作用、次生溶蚀作用和风化淋滤作用。

1）构造作用是影响火山岩储层储集性能的主要控制因素。构造裂缝既可以作为有效储集空间也可以作为渗流通道，对其他孔隙、裂缝具有导通作用。而孔隙和裂缝的分布与连通性，直接决定了火山岩的储集层物性［16］；因此，构造裂缝的渗流作用、导通其他储集空间的能力，对火山岩成为有效储层至关重要。另外，构造作用产生的断裂，控制了火山岩储层平面分布，断裂与风化后的火山岩体共存，对储层改造具有叠加性和互补性。在距不整合面相同深度的条件下，部分储层明显受断裂影响表现出较高渗流效果［14］。

2）火山岩储层储集性能的改善与风化淋滤作用密切相关。滴西地区石炭系顶部由于长期风化淋滤而发育不整合面。火山岩储层有效孔隙度和渗透率与石炭系不整合面距离的关系表明，不整合面附近孔隙度和渗透率较高，随着与不整合面距离的增大，孔隙度和渗透率均变小 （见图4）。特别是位于风化剥蚀面之下400 m之内的火山岩物性普遍较好，明显高于距离不整合面较远的火山岩。因此，滴西地区石炭系火山岩储集性能的改善与风化淋滤作用密切相关。

3）次生溶蚀作用有效改善火山岩储层储集性能。研究区火山岩在距石炭系不整合面600～750 m深度再次出现有效孔隙度和渗透率的增加（见图4），这与埋藏成岩期次生溶蚀作用相关。次生溶蚀作用产生的溶蚀孔隙是地层中无机酸性流体、有机酸性流体［13，17］、碱性流体［18］以及与构造活动相关的深部热液流体［15］与火山岩易溶组分相互作用的结果。碱与酸的多期作用是次生孔隙形成和保存的重要条件之一［18］。如DX10井3 024～3 048 m地层水pH值为4.8，检测到有机酸的存在［17］。再者，火成岩发育区呈碱性的深部热液对火山岩的不稳定组分进行溶蚀［15，17］。如DX182井3 382.26 m的NaHCO3型地层水pH值为10.05，该段溶蚀裂缝显著发育［17］。

图4 有效孔隙度、渗透率与距石炭系不整合面距离的关系

5 结论

1）滴西地区石炭系火山岩储层成岩作用分为原生成岩作用与次生成岩作用2大类。原生成岩作用包括挥发分逸出作用、冷凝收缩作用、岩浆期后热液蚀变作用；次生成岩作用主要有压实固结作用、次生溶蚀作用、次生充填作用、风化淋滤作用及构造作用。

2）火山岩储层成岩作用阶段划分为原生成岩作用阶段和次生成岩作用阶段。前者包括冷却成岩作用期和岩浆期后热液作用期；后者细分为表生成岩作用期、浅埋藏成岩作用期以及深埋藏成岩作用期。

3）不同阶段的成岩作用对火山岩储集性能具有不同的影响：原生成岩作用控制了气孔、冷凝收缩缝等原生孔缝的发育，原生储集空间的发育受岩相类型的制约。次生成岩作用主要控制次生溶蚀孔隙、构造裂缝、风化裂缝等次生孔缝的发育。次生储集空间的形成主要受控于构造作用、次生溶蚀作用和风化淋滤作用。

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（编辑 赵旭亚）

Diagenesis of Carboniferous volcanic reservoir in Dixi Area of Junggar Basin

Zhang Rui,Zha Ming,Qu Jiangxiu,Zhang Yong
(College of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)

Based on the core observation and casting thin section identification,the diagenesis characteristics of Carboniferous volcanic reservoir in Dixi Area were studied.The results show that the diagenesis of volcanic reservoir in this area is divided into primary diagenesis and secondary diagenesis and are subdivided into eight diagenesis types.According to the burial history,thermal history and hydrocarbon filling process,the diagenetic phases of volcanic reservoir are divided into primary diagenetic phase and secondary diagenetic phase and are subdivided into five diagenetic stages.The diagenesis in different stages has various effects on the physical properties of volcanic reservoir.The primary diagenesis controls the development of vesicular pores and cooling contracted fractures and the secondary diagenesis influences the development of secondary pores such as secondary erosion pores, tectonic fractures and weathering fractures.In which,the tectonism is the most prominent controlling factor of effective volcanic reservoir,and the secondary erosion and the weathering leaching effects are the favorable conditions of reservoir development.

volcanicrock;diagenesis;Carboniferous;DixiArea;JunggarBasin

国家科技重大专项课题“重点盆地地层油气藏成藏机理与分布规律”（2011ZX05001-001-006）

TE122.2+22

：A

10.6056/dkyqt201501007

2014-10-19；改回日期：2014-12-15。

张瑞，男，1990年生，在读硕士研究生，研究方向为油气成藏机理。E-mail：zhangsdkd@163.com。

张瑞，查明，曲江秀，等.准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩储层成岩作用［J］.断块油气田，2015，22（1）：31-35.

Zhang Rui，Zha Ming，Qu Jiangxiu，et al.Diagenesis of Carboniferous volcanic reservoir in Dixi Area of Junggar Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：31-35.