马朗凹陷条湖组凝灰岩脱玻化孔影响因素与油气关系

刘书强，姚孟多，冯亚琴，范谭广

(中国石油吐哈油田分公司,新疆 哈密 839009)

0 引 言

近年来，非常规油气勘探开发与地质研究力度不断加大，取得了一系列新成果与新技术，致密油、页岩油气、煤层气等各类非常规油气资源在国家能源结构中所占比例越来越大[1-5]。三塘湖盆地马朗凹陷油气资源丰富，目前，二叠系条湖组凝灰岩致密油藏的发现对油田的油气增储上产具有重要的意义。2013年，芦1井条湖组凝灰岩段压裂后获最高14.9 m3/d的工业油流，开辟了条湖组凝灰岩油藏勘探的新领域，随后，马58H井多级压裂后获得131 m3/d的工业油流，预示着凝灰岩致密油的良好勘探前景。三塘湖盆地目前钻遇条湖组二段的探井共27口，其中有18口见良好油气显示。近年来，试油压裂改造的6口井中有5口获得工业油流，1口低产油流，表明了三塘湖盆地条湖组凝灰岩致密油藏的勘探潜力。条湖组凝灰岩油藏分布于条二段底部，其颗粒细小，直径多小于15 μm，且岩性致密，但该类致密储层却具有较高孔隙度特征，脱玻化孔占有举足轻重的作用。通过对凝灰岩脱玻化孔的影响因素进行讨论，旨在揭示该段储集层成因、分布及含油气关系等，指导下步勘探。

1 凝灰岩性质

根据凝灰岩的结晶程度，可将凝灰岩分为岩屑凝灰岩、晶屑凝灰岩和玻屑凝灰岩[6],研究区以玻屑凝灰岩为主。条湖组凝灰岩的全岩X-射线衍射分析结果表明(表1)，纯凝灰岩中石英含量最高，其次为斜长石，黏土矿物一般很少，大部分几乎不含黏土矿物，个别样品方解石含量较高。全岩分析结果显示，凝灰岩具有非常高的石英含量，表明条湖组凝灰岩的火山灰偏中酸性。

表1 黏土矿物及全岩X射线衍射分析

通过对条湖组22口取心井的246块样品进行肉眼观察、镜下鉴定以及扫描观察，认为条湖组凝灰岩碎屑主要成分为晶屑和玻屑，含有一定量的有机质碎屑，黏土矿物含量很少。扫描电镜观察以及能谱分析结果表明，晶屑主要为石英和长石，且长石类型主要为钠长石，而钠长石是中酸性斜长石的典型代表。在扫描电镜下确定其元素主要为Si、O，其次是Al、Na、K、Mg、Fe，而Si、O、Al、Na、K是构成石英和长石的主要元素。综合分析确定条湖组凝灰岩火山灰的性质为中酸性。

2 条湖组凝灰岩储集层特征

条湖组凝灰岩储集层具有中高孔、特低渗的特点[7]，孔隙度主要分布在5%～25%，并且大部分大于15%，渗透率基本小于1×10-3μm2(图1)。纯玻屑凝灰岩储层的粒间孔在压实过程中已大量损失，现今的高孔隙度主要源于凝灰岩的脱玻化[8-11]，脱玻化作用可以看成是一种重结晶作用，是火山灰内部原本疏松排列的分子、原子重新紧密排列，由玻璃质重新结晶成细小的石英、长石等晶体的过程，也是一个由不稳定组分向稳定组分转化的过程。经过脱玻化过程，凝灰岩颗粒得到紧密排列，产生脱玻化孔隙。由于其形成的微孔隙小、数量较多，总体孔隙度较大。

借助于扫描电镜、偏光显微镜、激光共聚焦显微镜、工业CT等手段分析，认为研究区凝灰岩致密储层的孔隙类型分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类。原生储集空间类型主要是火山灰(玻屑、晶屑、岩屑)粒间孔、晶屑内溶孔。次生储集空间类型主要有脱玻化孔、晶屑溶孔、岩屑溶孔、有机质生烃残留孔、蚀变矿物溶蚀孔、黏土矿物基质孔。裂缝包括充填缝、半充填缝和溶蚀缝。

图1 条二段凝灰岩孔隙度和渗透率分布

裂缝的主要孔隙类型为脱玻化孔，数量非常多，占凝灰岩各类孔隙含量的70%以上[12]。在实测的纯玻屑凝灰岩样品中，孔隙度一般均在15%以上，脱玻化产生的孔隙度约为10%，具有较强的增加孔隙度的能力。

3 脱玻化孔影响因素

研究区的凝灰岩碎屑类型以玻屑为主，而玻屑的主要成分为玻璃质，是一种极不稳定组分，处于热力学不稳定状态，因而火山玻璃总是趋向晶体方向转化，即脱玻化作用。脱玻化的过程包括：玻璃质的重结晶、溶解—沉淀、金属离子的迁移转化等地球化学作用，这一系列的作用过程中也伴随着新矿物的产生和微孔隙的形成。

研究区条湖组凝灰岩脱玻化产物主要是石英和长石晶体。阴极发光条件下，高温石英(温度高于573 ℃)呈蓝紫色，中高温石英(温度为300～573 ℃)呈褐红色，低温石英和长石不发光(温度低于300 ℃)，方解石呈橘红色，长石发光多样。玻屑凝灰岩中的石英主要是低温石英，形成于脱玻化过程中。

结合脱玻化形成机理及该区地质条件，马朗凹陷条湖组凝灰岩脱玻化孔受到以下因素的影响。

(1) 酸性火山玻璃易于脱玻化。从结晶学的角度分析，酸性岩浆中SiO2含量高。与基性岩相比，酸性岩浆熔体中的Si-O四面体含量更高、共用氧角顶数增多、氧的有效静电荷减少，对阳离子的吸引能力下降，这样含有氧的Si-O、Al-O结构更容易从原来的玻璃质中脱离出来，形成石英、长石等矿物[13]。因此，中酸性火山玻璃更容易发生脱玻化。从马56井2 142.5 m条湖组二段岩心样品的铸体薄片和扫描电镜照片可以看出，中酸性凝灰岩脱玻化作用所形成的微晶体多且颗粒较大，更容易产生脱玻化孔，形成有利的储层。

(2) 玻屑含量越高，脱玻化形成的孔隙度越大。由于在火山灰物质组分中，只有玻璃质的成分才能发生脱玻化作用，因此，凝灰岩中玻璃质含量越高，脱玻化潜力越大。在相同的脱玻化程度下，单一质量(体积)的玻璃质向晶体转化的程度相同，其所产生的脱玻化孔隙的量是一定的，如果某一样品中玻璃质含量较高，所产生的脱玻化孔比其他样品更高。因而，在相同的脱玻化程度下，玻屑含量越高，其脱玻化形成的次生孔隙也越多，孔隙度也就越大。镜下观察结果表明，玻屑凝灰岩、凝灰质粉细砂岩、凝灰熔岩的玻屑含量依次递减，因而，在相同脱玻化程度下，形成的脱玻化孔隙也依次减少。该观察结果同实测的凝灰岩孔隙度数据相符，玻屑凝灰岩实测孔隙度一般为14%～23%，凝灰质粉细砂岩孔隙度为10%～13%，而凝灰熔岩孔隙度则非常低，一般小于8%(表2)。

表2 玻屑凝灰岩、凝灰质粉砂岩和凝灰熔岩实测岩心孔隙度

(3) 有机酸含量控制脱玻化速率。脱玻化作用过程中产生许多硅酸盐矿物，粒级细小，在酸性条件下，会与有机酸发生络合反应而溶解，被孔隙流体带走，使整个脱玻化反应的化学平衡向正反应方向移动，促进脱玻化作用的进行。Aradóttir在实验研究中发现[14],以酸碱度作为单一变量的前提下，玄武岩玻璃质在pH<7时，溶解速率会随着pH值的降低迅速增加；当pH>7时，玻璃质溶解速率会随着pH值增加缓慢增加，所以在酸性条件下，有利于脱玻化作用的进行。

条湖组凝灰岩含有一定量的有机质，在埋藏过程中会产生一定量的有机酸，可以有效促进脱玻化过程的进行。研究发现，凝灰岩孔隙度大小与抽提后TOC的含量有一定的正相关关系，这是由于有机质含量越高，所能生成的有机酸越多，pH值越低，玻璃质的溶解速率越大，越有利于脱玻化作用的进行。

4 脱玻化孔与含油气性关系

马朗凹陷条湖组凝灰岩脱玻化孔受凝灰岩的性质、成分及有机酸影响；高孔储层的主要贡献者是脱玻化孔，同时从该区已钻井分析研究发现孔隙度与含油性呈正相关关系。基于以上认识，可以看出玻屑凝灰岩分布区与储层的含油气性基本吻合(图2)，说明落实玻屑凝灰岩分布区能有效指导勘探潜力评价。由图2可知，凝灰岩致密油藏“甜点”区主要集中在马朗凹陷中北部，是下一步勘探的有利区带。

图2 三塘湖盆地条湖组玻屑凝灰岩与油藏分布

5 结 论

(1) 马朗凹陷条湖组凝灰岩储集层的脱玻化孔受该区凝灰岩性质、玻屑含量及有机酸含量共同影响，形成了独特的中高孔、特低渗储层。

(2) 该区储集层岩性为中酸性凝灰岩，其内部酸性火山玻璃易于脱玻化，形成的微晶体多而且颗粒也比较大；中酸性凝灰岩中玻屑含量较高，脱玻化形成的次生孔隙较多，孔隙度也较大；条湖组凝灰岩含有一定量的有机质，在埋藏过程中可产生一定量的有机酸，发生络合反应而溶解，被孔隙流体带走，使整个脱玻化反应的化学平衡向正反应方向移动，促进脱玻化作用的进行。

(3) 综合凝灰岩厚度、流体含油性、有效孔隙度等参数，结合凝灰岩脱玻化影响因素，认为凝灰岩致密油藏“甜点”区主要集中在马朗凹陷中北部，是下一步勘探的有利区带。

[1] 邹才能，陶士振，侯连华，等.非常规油气地质[M].北京:地质出版社，2011:21-31.

[2] 邹才能，杨智，陶士振，等.纳米油气与源储共生型油气聚集[J].石油勘探与开发，2012，39(1):13-26.

[3] 邹才能，朱如凯，吴松涛，等.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J].石油学报，2012，33(2):173-186.

[4] 贾承造，郑民，张永峰.中国非常规油气资源与勘探开发前景[J].石油勘探与开发，2012，39(2):121-136.

[5] 邱振，邹才能，李建忠，等.非常规油气资源评价进展与未来展望[J].天然气地球科学，2013，24(2):238-246.

[6] 赵澄林，朱筱敏.沉积岩石学[M].北京：石油工业出版社，2001:102-110.

[7] 陈旋，司学强，刘书强，等.马朗凹陷沉凝灰岩致密油储集层特征及主控因素[J].岩性油气藏，2015，22(1)：84-86.

[8] 唐阶廷.哈南油田凝灰岩油藏储层特征[J].石油勘探与开发，1991，5(2)：80-87.

[9] 程日辉，沈艳杰，颜景波，等.海拉尔盆地火山碎屑岩的成岩作用[J].岩石学报，2010，26(6)：47-54.

[10] 邱欣卫，刘池洋，李元昊，等.鄂尔多斯盆地延长组凝灰岩夹层展布特征及其地质意义[J].沉积学报，2009，27(6)：1138-1146.

[11] 赵玉婷，单玄龙，王璞君，等.松辽盆地白垩系营城组火山岩脱玻化作用及其储层意义[J].吉林大学学报(地球科学版)，2007，37(4)：1152-1158.

[12] 赵海玲，黄微，王成，等.火山岩中脱玻化孔及其对储层的贡献[J].石油与天然气地质，2009，30(1)：40-44.

[13] 杨献忠.酸性火山玻璃的脱玻化作用[J].资源调查与环境，1993，14(2)：74-80.

[14] ARADOTTIR E S P.Dynamics of basaltic glass dissolution-capturing microscopic effects in continuum scale models[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2013，121(3)：311-327.