凝灰质储层研究进展综述及探讨

张成林，张鉴，吴建发，石学文，赵春妮，于小雅

（1.中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院，四川成都610051；2.中国石油川庆钻探工程公司川西钻探公司，四川成都610051）

凝灰质储层研究进展综述及探讨

张成林1，张鉴1，吴建发1，石学文1，赵春妮1，于小雅2

（1.中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院，四川成都610051；2.中国石油川庆钻探工程公司川西钻探公司，四川成都610051）

近年来，凝灰质岩油气藏勘探取得突破性进展，已成为油气勘探的一个新领域。文中在调研国内外凝灰质储层研究成果基础上，总结了凝灰质岩的岩石学特征、物性特征，将凝灰质储层储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝等三大类及若干亚类，其中，次生孔隙是主要储集空间类型，裂缝发育能有效提高局部储层渗流性能；分析了凝灰质储层的各项成岩作用，其中，压实作用、胶结作用是主要破坏性成岩作用，脱玻化作用、熔结作用和溶蚀作用是主要建设性成岩作用；总结出凝灰质储层的形成机理，并对凝灰质储层的评价标准进行探讨。

凝灰质储层；储层特征；形成机理；储层评价

火山岩储层正成为油气勘探的一个新领域［1-2］。凝灰质岩作为火山碎屑岩类中一种重要的岩石类型，在三塘湖、准噶尔、海拉尔、二连等多个盆地均有凝灰质储层的发育和油气显示［3-10］。加强凝灰质储层的研究，对拓展储层岩性范围和油气藏类型，扩大非常规油气勘探领域具有重要现实意义。然而，在过去工作中缺乏对这类特殊储层的系统归纳总结［1-2］。本文在调研国内外凝灰质储层研究成果基础上，总结了这类储层的基本特征和形成机理，并探讨了凝灰质储层评价标准。

1　凝灰质岩储层特征

前人研究凝灰质储层特征，主要包括岩石学特征、储层物性特征、储集空间特征和储层成岩作用等。

1.1岩石学特征

国际地科联对于火山碎屑岩分类，首先依据火山物质来源和生成方式划分为火山碎屑熔岩、正常火山碎屑岩和火山-沉积碎屑岩，然后依据粒级组分划分为集块岩、火山角砾岩和凝灰岩等（见表1）［11-12］。

凝灰质岩是指主要由火山灰（粒径＜2 mm）组成的岩石，是火山碎屑岩中分布最广泛的一种岩石类型。常见的凝灰质储层包括凝灰岩、沉凝灰岩、熔结凝灰岩等，其中，又以凝灰岩储层最为常见［11-13］。

表1　火山碎屑岩分类

1.1.1岩石矿物特征

大量X衍射分析、薄片鉴定表明，凝灰质成分多由石英、长石组成，其质量分数达80%以上，而黏土矿物质量分数小，其质量分数一般低于20%［2］。

1.1.2岩石学分类

前人对凝灰质储层岩石学分类提出不同分类依据。孙善平等［13］认为，国际地科联的分类方案（见表1）能有效反映火山碎屑岩的熔结、混合沉积等成因类型；朱筱敏等［11］提出，火山碎屑物质按其组成及结晶状况可分为岩屑（颗粒较大）、晶屑（粒径一般不超过2～3 mm）和玻屑（通常粒径在0.01～2.00 mm称为火山灰，玻屑粒径在0.01～0.10 mm）；杨献忠［14］提出，凝灰质岩按岩石化学成分可分为基性、中性和酸性，其中，中酸性凝灰质岩比基性凝灰质岩更易形成脱玻化孔等次生孔隙，且其石英质量分数、弹性模量值更高，从而其储集性能优于基性凝灰质岩。

笔者认为，单一分类依据仅能反映凝灰质岩某一方面的特征。为更好地评价凝灰质储层，可以对凝灰质储层岩石学分类采用复合型命名，即“岩石化学成分-火山碎屑结晶状况-成因类型”，如“酸性玻屑凝灰岩”。

1.2储层物性特征

笔者总结了不同盆地的凝灰质储层物性特征（见表2），发现凝灰质储层普遍呈现低孔、低渗的特点。影响凝灰质储层孔隙度和渗透率的主要地质要素为岩性、后期成岩作用、构造作用等［15］。裂缝发育对孔隙度影响不大，但对增大渗透率有重要意义。

表2　凝灰质储层物性特征及储集空间类型统计

1.3储集空间类型及成因

前人对凝灰质储层的微观特征和储集空间进行了大量研究［3-10］（见表2）。综合前人成果，考虑凝灰质储层的形成和演化机制，笔者将凝灰质储层的储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝等三大类。按孔隙成因，将原生孔隙分为3种亚类，次生孔隙分为4种亚类，裂缝分为3种亚类（见表3）。其中，次生孔隙是凝灰质储层主要储集空间类型，裂缝发育可以有效提高局部储层渗流性能。

1.4储层成岩作用

火山碎屑岩的成岩作用在熔浆从喷出地表起已开始，可分为表生阶段和埋藏阶段等2个成岩阶段［16］。凝灰质岩成岩作用主要有熔结作用、压实作用、胶结作用、溶蚀作用和脱玻化作用。

表3　凝灰质储层储集空间分类

1.4.1熔结作用

熔结作用是在地表或浅埋藏条件下完成，以熔结火山碎屑岩最为发育［7］。常见2种熔结方式：一种是热灰熔结，即刚从火山内部喷出的火山灰在飘落时仍具有较高温度，遇到周围已冷却的火山碎屑颗粒而冷凝收缩，并与其一同固结；另一种是浆屑熔结，主要是塑性的、较大块的岩浆碎屑，在飘落后跟周围已冷却的火山碎屑发生粘连，部分浆屑甚至可以包裹晶屑，之后一起冷却固结［16］。熔结作用产生的气孔和冷凝收缩缝可作为火山碎屑岩的储集空间［7］。

1.4.2压实作用

凝灰质岩在沉积早期抗压强度较弱。在压实作用下，火山灰颗粒会进一步紧密堆积、定向排列，所保留的原始孔隙会进一步减少。压实作用伴随着凝灰质岩成岩作用的始终［3-6］。

1.4.3胶结作用

凝灰质岩普遍发生胶结作用，包含硅质、碳酸盐、长石、自生黏土、沸石等胶结类型。一方面，早期胶结作用对凝灰质储层具有支撑保护作用，同时也为后期潜在的溶蚀作用提供物质基础；另一方面，胶结产物占据了部分原生孔隙空间，使凝灰质储层更加致密。整体而言，胶结作用对凝灰质储层弊大于利［16］。

1.4.4溶蚀作用

溶蚀作用与储层岩性有关，同时也受流体性质、温度和压力等条件的影响［16］。凝灰质岩中的玻屑和晶屑及早期胶结作用产生的碳酸盐，在酸性流体作用下会发生不同程度的溶解，促进储层孔隙度的增大，产生的次生孔隙可作为凝灰质岩储层的重要储集空间。

1.4.5脱玻化作用

火山玻璃是一种极不稳定组分，总是趋向晶体方向转化，即脱玻化作用。火山玻璃发生脱玻化作用形成石英、长石等新矿物时体积缩小，从而形成微孔隙，是一种增孔作用。凝灰质岩中火山碎屑物质质量分数较高，玻璃质的脱玻化作用是凝灰质储层最重要的成岩作用［16］。赵海玲等［17］对玻璃质脱玻化后产生的脱玻化孔进行理论计算，认为凝灰岩中脱玻化孔占总孔隙度的70%，在熔结凝灰岩中约有30%孔隙是脱玻化孔。

综合前人研究成果［17-20］，笔者认为：压实作用、胶结作用是凝灰质储层主要的破坏性成岩作用，可使储层孔隙度减小，形成致密储层；脱玻化作用、熔结作用、溶蚀作用是凝灰质储层的主要建设性成岩作用，可使其孔隙度增加（见表4）。

表4　凝灰质储层常见成岩作用类型

2　凝灰质储层的形成机理

凝灰物质进入湖盆沉积成岩，可通过火山灰直接从空中降落到湖盆——“空降型”，也可通过流水搬运、经再沉积作用进入湖盆——“混合沉积型”［11-12］。火山灰经固结压实和水化学沉淀胶结等可以形成凝灰质岩，其火山碎屑物的质量大于正常沉积物，岩石粒度较细［11-12］。

距离火山喷发中心的远近控制了凝灰质岩的岩相分布，而不同的凝灰质岩岩相带由于岩石类型及矿物组合的差异，其储集性能有较大差别。李思辰等［21］指出，马朗凹陷哈尔加乌组距离火山口由近到远依次发育喷溢相火山岩、火山角砾岩、岩屑玻屑凝灰岩、晶屑玻屑凝灰岩、玻屑凝灰岩和碳质泥岩，凝灰质储层物性及含油性逐渐变好（见图1）；陈永波等［8］指出，准噶尔盆地西北缘夏72井区钻遇的风城组熔结凝灰岩，呈现距火山口距离变大依次发育充填气孔、半充填气孔、气孔的特征，且依次获得失利、低产油流、高产工业油流的勘探成果。

综合前人研究成果，笔者认为，火山喷发中心控制了凝灰质岩岩相分布，从而决定了凝灰质储层的物性、储集空间类型、含油性等特征。

图1　马朗凹陷哈尔加乌组凝灰质储层沉积模式

3　凝灰质岩储层评价标准探讨

笔者将凝灰质储层的评价标准概括为四大方面，即岩石学特征、物性特征、储集空间类型、成岩作用。

岩石学特征包含岩石化学成分、火山碎屑结晶状况、成因类型等3个方面。就岩石化学成分而言，中酸性优于基性；火山碎屑结晶状况而言，玻屑、晶屑优于岩屑；就成因类型而言，凝灰岩最优，熔结凝灰岩、沉凝灰岩等次之。对于物性特征，主要考虑孔隙度、渗透率等物性参数；对于储集空间，评价指标包括次生孔隙（脱玻化孔等）、原生孔隙（气孔等）、裂缝等发育程度；对于成岩作用，建设性成岩作用（脱玻化作用、熔结作用、溶蚀作用）、破坏性成岩作用（压实作用、胶结作用）发育程度是主要评价要素。

4　结论

1）对凝灰质储层岩石学分类，建议采用“岩石化学成分-火山碎屑结晶状况-成因类型”的复合型命名方式。将凝灰质储层的储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝等三大类，其中，次生孔隙是凝灰质储层主要储集空间类型，裂缝发育能有效提高局部储层渗流性能。

2）总结了凝灰质岩主要成岩作用的特征，指出压实作用、胶结作用是破坏性成岩作用，脱玻化作用、熔结作用和溶蚀作用是建设性成岩作用。火山喷发中心控制了凝灰质岩岩相分布，从而决定凝灰质储层的物性、储集空间类型、含油性等特征。结合凝灰质岩的岩石学特征、物性特征、储集空间、成岩作用等特征，对凝灰质储层评价标准进行探讨。

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（编辑赵旭亚）

Summary and discussion on tuffaceous reservoir research progress

ZHANG Chenglin1，ZHANG Jian1，WU Jianfa1，SHI Xuewen1，ZHAO Chunni1，YU Xiaoya2
（1.Research Institute of Exploration and Development，Southwest Oil and Gas Field Company，PetroChina，Chengdu 610051，China；2.Chuanxi Drilling Company of Chuanqing Drilling Engineering Co.Ltd.，CNPC，Chengdu 610051，China）

With the breakthrough of tuffaceous petroleum reservoir exploration recently，tuffaceous reservoir has become a new research field.Based on the domestic and overseas research results of tuffaceous reservoir，petrology feature and physical property of tuffaceous rocks are summarized；reservoir space of tuffaceous reservoir are divided into three types，including primary pore，secondary pore and fissure，of which secondary pores are main reservoir space，and fissure development can improve vadose property；diagenesis of tuffaceous reservoir is also analyzed，among which compaction and cementation are destructive diagenesis，while devitrification，welding and dissolution are constructive diagenesis；formation mechanism of tuffaceous reservoir is summarized，and the evaluation criterion is discussed.

tuffaceous reservoir；reservoir characteristics；formation mechanism；reservoir evaluation

国家科技重大专项课题“页岩气勘探开发关键技术——南方海相页岩气开采试验”（2012ZX05018-006）

TE122.2+22

A

10.6056/dkyqt201605001

2016-02-08；改回日期：2016-06-15。

张成林，男，1990年生，助理工程师，硕士，从事油气藏形成与分布的研究工作。E-mail：zclcup@163.com。

引用格式：张成林，张鉴，吴建发，等.凝灰质储层研究进展综述及探讨［J］.断块油气田，2016，23（5）：545-548.

ZHANG Chenglin，ZHANG Jian，WU Jianfa，et al.Summary and discussion on tuffaceous reservoir research progress［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（5）：545-548.