春晖油田石炭系火成岩储层特征及形成机理

2016-12-20林会喜

特种油气藏 2016年5期

关键词：火成岩储集成岩

张萌，林会喜

(1.中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，山东东营 257000；2.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257000)

春晖油田石炭系火成岩储层特征及形成机理

张萌1，林会喜2

(1.中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，山东东营 257000；2.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257000)

综合分析岩心、薄片及地球化学等资料，从火成岩的岩石学特征、储集空间类型及其成岩作用等方面研究了春晖油田火成岩储层特征，探讨了火成岩储层的控制因素及形成机理。结果表明：该区火成岩岩性包括凝灰岩、火山角砾岩、安山岩、玄武岩等，储集空间可分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类11个小类；石炭系火成岩储层主要受构造作用、成岩作用控制，风化淋滤作用对储层影响不明显，因此，断层的发育处和碱性成岩作用垂向序列下部均为储层的有利发育区。此外，该区火成岩储层特征揭示了构造裂缝和“酸性+碱性”溶蚀作用2种储层形成机理。该研究成果对春晖油田火成岩的深入勘探有一定的指导意义。

火成岩；储层特征；形成机理；春晖油田

0 引言

近年来，众多学者针对火成岩储层做了大量研究工作，从火成岩储集空间类型、控制因素及形成机理等方面取得了众多认识[1-9]。然而，准西北缘春晖油田火成岩形成地质背景复杂，且受后期改造作用强烈，造成对火成岩储层特征认识不清。通过对邻区火成岩储层的调研，有利储集空间主要位于古风化壳以及断裂带附近[1-5]。鉴于邻区风化壳附近可作为有利储层的现状，拟通过对研究区火成岩储层特征的研究，进而揭示春晖油田火成岩储层发育的主要控制因素及形成机理。

1 春晖油田基本地质特征

春晖油田位于准噶尔盆地西北缘，区域构造上位于哈德构造带的西段，属于哈拉阿拉特山构造南缘斜坡带，北以达尔布特断裂与和什托洛盖盆地相接，东南与玛湖凹陷相接，西部为扎伊尔山，东部为石西凹陷。前人建立了哈山地区早期逆冲推覆+后期走滑的构造解释模型，自晚古生代至第四纪经历了裂陷伸展盆地、前陆盆地和坳陷盆地多个演化阶段[2-3]，形成了现今“南北分带、上下分层、西强东弱”的大型逆冲推覆构造。

2 火成岩油气储层特征

2.1 储层岩性特征

春晖油田石炭系火成岩样品的全岩化学分析表明(图1)，火成岩中SiO2含量多为44.0%～62.0%，Na2O+K2O含量约为3.5%～9.0%，岩石里特曼指数为1.0%～9.0%，岩性以基性—中性的钙碱性—碱性系列岩石组合类型为特征。结合镜下观察，该区主要发育火山碎屑岩和火山熔岩。其中，火山碎屑岩主要为火山角砾岩和凝灰岩；熔岩类主要包括玄武岩、玄武安山岩和安山岩等。

图1 春晖油田石炭系火成岩TAS图解

2.2 储集空间类型及特征

火成岩作为一类复杂而特殊的油气储层，有针对性地建立火成岩储集空间类型分类体系，对火成岩储层的研究至关重要。

按照火成岩储层的形成原因可将储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类(表1)。其中，原生孔隙又可分为气孔(图2a)、晶间孔、砾(粒)间孔3种类型；次生孔隙分为晶间溶孔(图2b)、砾(粒)间溶孔(图2c)等4种类型；裂缝可以分为炸裂缝(图2d)、构造裂缝(图2e、f)等4种。

3 储层发育控制因素

3.1 构造作用

构造作用对火成岩储层的形成至关重要。研究区火成岩经历了海西—印支阶段、燕山阶段及喜山阶段等多期构造运动，并且位于达尔布特断裂带附近的火山剧烈活动地带。因此，遭受了强烈的挤压破裂作用，形成了大量的构造裂缝，极大地改善了火成岩储集性能。尽管该区后来经历了多期的胶结充填和溶蚀作用的改造，但仍然可以观察到原始构造缝(图2e)。

表1 春晖油田储集空间类型及特征

3.2 风化淋滤作用

风化淋滤作用不仅可以使岩石破碎，也可以使岩石的化学成分发生显著变化，既能增加孔隙度，又能提升连通性。但是从该区的钻井情况看，仅在深大断裂附近的裂缝发育段有良好油气显示，而与距风化壳远近关系不大。究其原因，可能是该区火成岩在形成风化壳后，又经历了多期逆冲推覆运动，风化壳顶部松散的风化岩石被剥蚀，只剩下半风化岩石以及未风化母岩，破坏了风化淋滤作用所形成的孔缝。

3.3 充填作用

岩心薄片观察表明，春晖油田火成岩储集空间中的胶结充填物主要包括石英、绿泥石、碳酸盐岩及沸石类矿物，并且这些矿物按照一定的垂向序列发育[9-10]。从上至下发育石英充填、绿泥石充填或胶结带、沸石与绿泥石混合带、沸石与碳酸盐岩混合带、沸石充填或胶结带。在埋藏较浅的近地表阶段，风化淋滤作用使得岩石发生机械破碎和化学溶蚀，产生次生孔缝。进入埋藏较深的阶段后，矿物成分在碱性流体的作用下迁移形成“上硅下碱”的垂向沉淀物充填序列，阻塞大部分孔隙。浊沸石层段与石英充填层段交互出现，并且总是分布于石英充填层段之下，反映了火成岩储层“下交上排”的形成机理。各充填阶段具有如下特点。

(1) 石英充填带(图2g)。在酸性环境中稳定，很难发生溶解，可作为有效盖层。

(2) 绿泥石充填或胶结带(图2h)。火成岩中的铁镁质矿物极易蚀变，形成了富含铁镁离子的流体，为绿泥石的发育提供了物质基础。

(3) 沸石与绿泥石混合带(图2i)。沸石常和绿泥石伴生，但充填次序因成岩阶段不同而有所差异。在成岩早期绿泥石早于沸石，呈衬边状发育；而成岩后期，绿泥石则晚于沸石[9-10]。

(4) 沸石与碳酸盐岩混合带(图2j)。沸石和碳酸盐岩类都是碱性成岩作用形成的，为成岩晚期交代物、充填物。

(5) 沸石充填或胶结带(图2k)。沸石主要以杏仁体形式产出，稳定在碱性环境中[9]。一旦后期有机质在热演化过程中产生的有机酸使pH值下降时，就会形成溶蚀孔隙。

3.4 溶蚀作用

通过薄片鉴定分析，研究区存在钠长石化、浊沸石化和SiO2溶解典型的碱交代作用标志等。一般情况下SiO2在酸性水溶液中很难溶解，但在碱性介质中可以溶解。从研究区薄片中发现了“碱性+酸性”叠加溶蚀型火成岩储层形成机理，碱性成岩作用生成的沸石、绿泥石等充填物在后期的有机酸溶蚀下极易形成次生孔隙。

4 储层形成机理

4.1 构造裂缝储层形成机理

构造裂缝是火成岩储层形成的必要条件。火成岩储层一般呈条带状分布在深大断裂附近，构造运动使得本身非常致密的火成岩形成了大量裂缝，这些裂缝不仅连通了原本孤立的原生孔隙，而且还能作为储集空间，增大储层孔隙度。同时深大断裂也为地壳深处的烃碱流体和酸性流体提供通道，对溶蚀作用的发生起了重要作用，是形成次生溶蚀孔隙、改善储层渗流能力的关键。

4.2 “酸性+碱性”叠加溶蚀储层形成机理

4.2.1 “先碱后酸”储层形成机理

春晖油田石炭系的火成岩岩石化学成分主要为钙碱性和碱性，火成岩在地表或近地表地带阶段，遭受风化淋滤，矿物随之发生溶解，析出大量的碱金属离子，形成了碱性、富钙的流体环境。碱性成岩作用形成的沸石、绿泥石、方解石等在碱性环境下较为稳定，直至有机质逐渐成熟，pH值降低，位于碱性成岩作用垂向序列下部的充填物极易溶蚀形成次生孔隙。通过本区薄片观察发现，蚀变矿物普遍可见溶蚀现象(图2l)，表明了碱交代在先，有机酸溶蚀在后的“先碱后酸”储层形成机理。

4.2.2 “上硅下碱”储层形成机理

“上硅下碱”是春晖油田火成岩储层形成的另一个重要机理。碱交代作用一方面引起物质的进入和流失，破坏岩石原本结构，对储层的形成起建设性作用；另一方面，随着含碱量的逐步降低，析出SiO2晶体，沉淀形成次生石英，从而降低了储层物性。因此，“上硅”为盖层，“下碱”为储层，二者形成良好的储盖体系。