闵桥地区火山岩油气储层特征及油气成藏规律分析

2015-07-02刘金华葛政俊

石油地质与工程 2015年6期

关键词：储集杏仁火山岩

刘金华，葛政俊

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏扬州 225012)

闵桥地区火山岩油气储层特征及油气成藏规律分析

刘金华，葛政俊

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏扬州 225012)

江苏油田闵桥地区火山岩油藏为典型多期次喷出玄武岩油藏，通过岩心观察和实验分析，认为研究区发育熔岩和火山沉积岩两大类火山岩，火山岩储层发育原生和次生两类储集空间，并具有中-低孔隙度、低渗透率、强非均质性等特点。通过单井和剖面等研究，认为研究区火成岩发育多个期次，每个期次又可划分为4种岩相类型，不同岩相具有不同的孔隙特征。在断层发育、裂缝分布等的分析基础上认为，研究区正断层不仅控制着火山岩的厚度，并且控制了构造裂缝的发育，裂缝的出现沟通了气孔、溶孔等孔隙，形成了火山岩的有效储层，最终来自于深凹的油气通过断层在该处火山岩聚集，在此认识基础上提出了研究区断-缝-孔成藏模式。

苏北盆地；闵桥地区；火山岩；储层特征；岩相；成藏模式

从20世纪80年代以来，国内外专家学者已对火山岩油气储层进行了多方面的研究，主要在火山岩岩相划分、火山岩裂缝预测、火山岩储层地震识别等方面，从火山岩的岩石矿物成分到岩相特征，从原始孔隙到构造形成的裂缝等均进行了细致的描述、识别和预测等的研究。该类研究多以火山岩岩性研究入手，进而对火山岩的岩相进行划分和分析，并在此基础上进行火山岩的油气储层空间类型及分布规律研究，最终揭示火山岩油气藏的控制因素及分布规律[1-5]。该方面的研究虽已取得了一系列的研究成果，但由于火山岩油藏储层非均质性的复杂程度极高，不同地区火山岩在岩石成分、孔隙特征、油藏分布规律等方面均存在较大差异，因而各个地区的火山岩油藏研究方向的侧重点有所不同。本次研究针对多期次喷出玄武岩油气藏开展油气储集空间及富集规律研究，为闵桥地区和相似火山岩油藏的滚动开发提供地质依据和研究方法。

1 区域地质概况

苏北盆地位于江苏省中北部地区，内部划分为4个呈近东西向展布的二级构造单元，由南向北分别为东台坳陷、建湖隆起、盐阜坳陷和滨海隆起。金湖凹陷位于东台坳陷的西部，南为通扬隆起，西北与建湖隆起相连，东与高邮凹陷相望。闵桥地区位于金湖凹陷东南部闵桥背斜构造带上，东南与菱塘桥低凸起相邻，北与氾水次凹相接，西与杨家坝、卞东油田相连，闵桥地区被一系列北东向和近东西向的断层切割成若干个断鼻和断块(图1)[3-7]。

图1 江苏油田闵桥地区位置

金湖凹陷闵桥地区火山岩分布广泛，从白垩系的泰州组至新近系的盐城组发育有多套火山岩。目前已发现火山岩油藏主要分布于阜宁组地层，已在阜宁组构造的中部和北部的多个断块上发现了阜二段和阜一段火山岩油藏，探明含油面积约10 km2，可动用地质储量七百多万吨。本次针对火山岩储层的储集空间和油气成藏规律开展研究，为该区火山岩油气滚动开发提供地质依据[6-8]。

2 火山岩储层岩矿特征

闵桥地区火山岩的岩石类型主要有两大类：熔岩和火山沉积岩，以熔岩为主。熔岩主要为玄武岩类，研究区玄武岩主要为喷出岩，从油气储集空间角度可以分为气孔玄武岩、杏仁状玄武岩、致密玄武岩三类；火山沉积岩主要包括火山角砾岩、凝灰岩等[9-11]。

2.1 火山熔岩

2.1.1 气孔玄武岩

气孔玄武岩是发育于单期次火山喷出岩顶部或底部具有大量气孔构造的玄武岩，是研究区最主要的油气储层之一。这类玄武岩由于多出露于空气中或与水接触，常可见氧化或淋滤等现象，因而单期次火山喷出岩经常出现“红顶”或“绿顶”等现象，这也是判别单期次火山喷出岩顶部的标志之一。气孔玄武岩中的气孔及溶蚀孔洞是本区最重要的一种储层类型[12]。气孔玄武岩中气孔形状和大小差异巨大，多为圆形、椭圆形或不规则形。研究区气孔玄武岩中气孔含量多大于5%，气孔的形态和大小在单期次喷出岩中变化较大，多数气孔径长为0.5 cm左右，其底部常见椭圆状气孔，主要由于喷出岩的自身重力作用形成[13-15]。

2.1.2 杏仁状玄武岩

杏仁状玄武岩是气孔玄武岩中的气孔全部或大部被方解石、绿泥石等充填所形成的。杏仁状玄武岩同样分布于单期次喷出岩的顶部和底部，杏仁的大小和形状由喷出岩气孔的形态决定。在单期次喷出岩的顶部，玄武岩由于风化、淋滤等作用，在岩体顶部形成节理或裂缝，与杏仁状构造的形成原理相同，方解石、绿泥石等在节理或裂缝中充填，形成脉状物，此类脉状充填物也是杏仁状玄武岩识别标志之一。

2.1.3 致密玄武岩

致密玄武岩是喷出的熔岩在冷却过程中，温度下降相对平稳，没有大量的气孔发育，各种矿物结晶程度较高所形成的致密岩石。致密玄武岩在没有后期构造运动的强烈改造的情况下，很难作为油气储层。研究区致密玄武岩颜色以黑色、深灰色为主，其次为灰色、紫红色；颜色差异的形成原因与气孔、杏仁状玄武岩相同，也是由于风化或者氧化的程度不同所造成。该类玄武岩常分布于单期岩流单元的中部或中下部，多发育垂直于熔岩流表面的柱状节理。

2.2 火山沉积岩

火山沉积岩是火山爆发过程中喷发的一些碎屑物质沉积形成的一类岩石，多与少量正常的碎屑沉积物相伴生，例如石英颗粒等。基于火山碎屑物质的不同，研究区火山沉积岩分为三种：火山角砾岩、凝灰岩和凝灰质鲕状泥岩，其中以第一种岩性为主，后两种比较少见。

研究区火山角砾岩主要由多孔的熔渣状玄武岩角砾(72%)、泥岩碎屑(18%)、胶结物(8%)和石英颗粒(2%)等组成，胶结物的成分主要为泥质(5%)、绿泥石-蒙脱石(2%)和方沸石(1%)。火山角砾岩砾石粒径差异性大，从2～10 cm均有发育，砾石多为次棱状或次圆状。胶结物镜下观察发现，方沸石晶体为柱粒状分布，绿泥石-蒙脱石多为球粒状扇形集合体分布。火山角砾岩也是研究区的主要油气储层之一，储集空间主要为砾间孔。

3 火山岩储层储集特征

火山岩的储集层特征复杂，定量描述难度大。因而本次研究针对火山岩储层的储集空间特征和物性特征开展研究，从定量方面分析储层物性特征。

3.1 火山岩储层储集空间特征分析

火山岩储层的储集空间类型多而复杂，已有研究成果存在多种分类方法。本次研究选取常用的成因分类法，将闵桥地区火山岩储层的储集空间类型划分为两类：原生储集空间和次生储集空间。

3.1.1 原生储集空间

原生储集空间生成于火山岩喷发和形成过程中，又可分为原生孔隙和原生节理两类，前者包括气孔、粒间孔和晶间孔等，后者以柱状和层状节理为主。

气孔：是火山喷出岩浆在快速冷却过程中，挥发组分在岩石中保存形成的。研究区火山岩中气孔发育广泛，部分气孔在成岩过程中容易被充填，形成杏仁状构造，但部分杏仁状构造后期又被溶蚀，因而出现半充填或者溶蚀气孔。气孔形态不规则，一般以近圆状、椭圆状为主，大小变化大。

粒间孔：火山喷发碎屑颗粒沉积后保留下的孔隙，主要发育于火山碎屑岩中。粒间孔很少被后来物质所充填，多与孔、缝相连，含油性好。

晶间孔：是火山碎屑岩发育的自生矿物晶体之间发育的孔隙，该类孔隙完全在成岩过程中形成，多分布于胶结物中，如石英胶结物中的晶间孔。这一类孔隙发育很少，而且其可作为油气储集的有效空间也非常有限。

原生节理：是熔岩冷却过程中，差异性收缩而产生的。原生节理多分布于单期次喷发岩流的中、下部以及火山口的顶部，喷出岩的顶部虽然冷却速度快，但是由于气孔等的调节作用，应力释放相对彻底，原生节理发育较少。由于节理在后期成岩过程中一般为其它物质所充填，含油性差。

3.1.2 次生储集空间

次生储集空间是在火山岩成岩之后形成的各种孔、缝、洞等储集空间，是风化、溶蚀以及构造应力等作用所产生的。次生储集空间也可分为次生溶蚀孔、次生节理两类，前者如溶蚀孔缝洞、晶体溶缝等；后者包括构造节理及风化裂缝等。

次生溶蚀孔：是火山岩在后期成岩过程中被溶蚀形成的各种孔、缝、洞等。该类孔隙主要分布于单期次岩流的上部和火山碎屑岩之中，主要是该岩相中存在大量原生孔缝，更利于流体的流动，因而更易形成次生溶蚀孔。次生溶蚀孔多呈未充填-半充填状，含油性好。

次生节理：是火成岩在后期应力作用下形成的节理或裂缝，包括构造节理和构造裂缝，在研究区以构造裂缝为主。构造裂缝是构造节理在应力作用下发生明显位移形成的，其延续了构造节理的发育形态和发育规模，但是在裂缝两边的岩石发生了明显的位移，构造裂缝一般比构造节理的开度要大。从岩心中可见到高角度的雁列式张裂缝和低角度的微裂缝。

3.2 火山岩储层物性特征

研究区火山岩的常规物性表现以中-低孔隙度、低渗透率为特点。通过大量实验数据统计表明，研究区中-低孔隙度、低渗透率储层占49.8%，中孔隙度、低渗透率储层占25.8%，中孔、中渗储层占22.3%，高孔、高渗储层非常少见。

通过全直径孔隙度、渗透率实验结果与同一岩样常规孔隙度、渗透率实验结果对比分析，显示出物性变化的规律性较差，并且单向渗透率值与径向渗透率值也存在差异，说明研究区玄武岩储层的非均质性极强。另外，对研究区6块岩样加压到10 MPa 后有效孔隙度增加甚微，说明玄武岩的超微孔隙很少。

对闵桥地区常规物性分析资料、全直径物性分析资料等的分析结果显示，不同岩石类型的火山岩物性存在较大差异(表1)。通过实验数据统计分析，本区火山岩储集空间与其岩石类型关系密切，不同岩石类型的玄武岩储层物性差异巨大，其中孔隙度以致密块状玄武岩、杏仁状玄武岩最小，原生孔渗性较好的分布于火山喷发期次的顶部，以火山角砾岩储层最好，气孔-杏仁状玄武岩次之。次生孔渗性较好的分布于构造断层两侧和背斜顶端附近。

表1 闵桥地区火山岩常规物性资料统计

4 火山岩发育模式

火山岩属于火山喷发后的产物，包括各类火山角砾岩、凝灰岩、熔岩等多种类型，成分极为复杂，在其内部形成的孔隙也错综复杂。然而，除构造裂缝具有叠加性外，其它的孔、洞、缝均服从于岩相类型和岩相带控制，具有一定的组合规律。基于上述理论，将本区单期次玄武岩储集层划分为4种岩相类型，它们具有相应的孔、洞、缝发育特征[16-18]。

一次熔岩溢流形成一个冷却单元称为单期次岩流单元，几次熔岩连续溢流、由薄而小的岩流叠置构成复合(冷却)岩流单元，一期岩流单元的顶、上、中、底部由于冷却条件的差异，岩石的结构、构造及相关物理性质具有明显差异(图2)。基于这种差异性，将一个岩流单元划分出顶部自碎角砾岩、上部气孔-杏仁状玄武岩、中部致密玄武岩和下部扁平气孔-杏仁状玄武岩4种基本岩相类型。

图2 闵桥地区火山岩岩相喷发模式示意

闵桥地区火成岩发育多个期次，每个期次又划分为4种岩相类型，每个期次的顶部自碎角砾岩、上部气孔-杏仁状玄武岩和下部扁平气孔-杏仁状玄武岩均具有一定的储集空间，但是火山岩储集空间多数是独立的不连通的孔、洞，需要裂缝或者小断层等进行沟通，才能形成有效的储层。因而断层附近或者背斜顶部位置成为有效储层的发育区。在阜宁组沉积期，沉积泥岩地层厚，是良好的盖层。因而闵桥地区火山岩油藏的储集空间是由气孔、溶蚀孔洞、裂缝、小断层等组成的网络空间。

5 火山岩油藏成藏模式

闵桥地区切割阜宁组的断层均为生长正断层，阜宁期，断层活动一方面控制着火山岩的厚度，并对火山岩岩相有一定的控制作用；另一方面影响着构造裂缝的发育和延伸方向；并且断层还是沟通油源的主要通道。因而研究区断层是火山岩油藏的最主要控制因素。

火山岩内部的气孔等孔隙需要裂缝的沟通才能形成有效储层，而裂缝的发育受区域伸展构造应力场的控制，同时也与断块掀斜旋转的不均衡作用所派生的局部伸展构造应力场有关。总之，裂缝发育与断层存在密切关系，并且由于应力的控制作用，断层附近发育的构造裂缝与断层方向一致。研究区火山岩断鼻圈闭处的断层发生弧形弯曲，其西段为北西向，东段为北东向，正是断层走向的变化在其附近形成了北东向和北西向的构造裂缝，该类裂缝的广泛发育，沟通了气孔、溶孔等孔隙，形成了该区火山岩的有效储层，从而使来自于深凹的油气通过断层在该处火山岩聚集，形成火山岩油藏，该模式总结为断-缝-孔成藏模式(图3)。