松辽盆地北部徐家围子断陷营城组火山岩储层物性特征及孔隙演化

刘世超

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163000）

松辽盆地徐家围子断陷是大庆油田主要的天然气勘探区，经过近几年的勘探开发，发现大量天然气藏，显示了良好的火山岩储层勘探前景[1]。徐家围子断陷深层天然气大多储藏于火山岩中，不同于中浅层的碎屑岩储层，火山岩岩性复杂，物性变化大、储层非均质性严重，且裂隙大量发育，这些因素制约了该地区深层天然勘探效果[2]。因此，加强对徐家围子断陷火山岩储层物性研究，厘清火山岩储层孔隙演化机制，对火山岩储层评价与预测具有重要意义。

1 地质概况

徐家围子地处松辽盆地北部，徐家围子断陷由徐西、徐中2条边界断裂控制形成箕状构造，经历了3个构造演化阶段，营城组沉积时期是断陷的萎缩阶段，此时构造运动以陆内挤压作用为主[3]。

营城组地层是受断陷控制的沉积层，自上而下分为4段，岩性特征为：营一段主要为酸性火山岩，常见流纹岩、灰色、紫红色凝灰岩等；营二段以黑灰色粉砂质泥岩、杂色、灰色砂砾岩为主，可见少量煤层；营三段主要为安山岩、安山质玄武岩等中性火山岩；营四段以灰褐色砂质泥岩、灰白色砂砾岩为主。

2 徐家围子断陷营城组火山岩发育特征

徐家围子断陷发育大量火山岩，既有岩浆上涌侵入地壳薄弱地带形成的侵入岩，也有岩浆上涌喷出地表形成的喷出岩。在地质历史上，徐家围子断陷营城组发生了营一段、营三段2次大规模火山活动，火山活动间歇期地质沉积作用形成了营二段、营四段含火山角砾的三角洲沉积，最终形成的营城组地层营一段、营三段以火山岩为主，营四段以砂砾岩为主[4]。其中，营一段岩性以酸性火山岩为主，如流纹岩、英安岩、流纹质火山碎屑岩等；营三段岩性以中、基性火山岩为主，发育少量的酸性火山岩，常见的火山岩有安山岩、玄武岩、安山质玄武岩、火山碎屑岩等。为了了解徐家围子断陷营城组不同火山岩分布状况，收集了区内56口已完钻井岩性剖面数据，统计了营一段、营三段火山岩类型及各岩性占比情况，具体结果如图1所示，结果表明，流纹岩占比最大，为47%，其次为凝灰岩16%，火山角砾岩占10%左右，剩余火山岩含量均小于10%，含量有多到少依次为玄武岩、安山岩、粗面岩、英安岩、闪长玢岩。

3 营城组火山岩储集空间

松辽盆地徐家围子断陷营城组火山岩储层储集空间主要有：气孔、气孔充填后残余孔、杏仁体内孔、球粒流纹岩脱玻化孔、硅铝酸盐矿物溶蚀孔、火山灰溶蚀孔、碳酸盐溶蚀孔、裂缝及微裂缝等。

图1 营城组火山岩分布情况

（1）火山灰溶蚀孔。营城组地层中发育大量火山岩，火山灰溶蚀孔洞是该储层中重要的储集空间，火山灰溶蚀孔主要发育在流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹质火山角砾岩等岩石中，通常能够形成大量的微小孔隙，由于孔隙大量发育，且孔隙间连通性较好，形成的储层物性较好，特别是当火山灰溶蚀剧烈时，能够形成较大的溶洞，此时形成储层的储集空间大，形成的储层较好。

（2）气孔、气孔充填后残余孔、杏仁体内孔。这类孔隙形成于岩浆喷出地面后快速冷却过程中，由于气体没有及时逸出，被冷却的岩浆包裹后形成气孔，在后期成岩作用过程中，部分气孔会被充填，充填不完全时形成残余孔，充填物在后期流体作用下会发生溶蚀，形成的孔隙即为杏仁体内孔，杏仁体内孔形态不规则、个体差别大、分布不均匀，孔隙边缘常发育石英、钠长石等矿物，这类孔隙常发育在球粒流纹岩或流纹岩中。球粒流纹岩中气孔不发育钠长石、石英等矿物时，能够形成较大的原生孔隙。在熔结凝灰岩中也会发育气孔或残余孔。在集块岩、火山角砾岩中，也会发育气孔及杏仁体内孔。

（3）球粒流纹岩脱玻化产生的孔隙。球粒流纹岩基质为球粒结构，斑晶为石英或长石，常为斑状结构，流纹构造或气孔构造。当球粒流纹岩中玻璃质发生脱玻化后，形成石英和长石等矿物，由于石英和长石等矿物密度大于流纹质玻璃，导致体积缩小，从而形成微孔隙，此外，形成的长石在成岩流体作用下会发生溶蚀，形成次生孔隙，溶蚀形成的次生孔隙一般为微孔隙。

（4）硅铝酸盐矿物溶蚀孔。火山岩中发育大量的长石矿物（硅铝酸盐矿物），如长石斑晶、晶屑等，在酸性成岩介质作用下，长石矿物会发生溶解，从而形成溶蚀孔隙，这类孔隙通常沿着解理缝发育，保留了长石矿物的主体，孔隙形态通常不规则，孔隙虽然微小，但发育量大，且连通性较好，能够形成较好的储集空间。

（5）碳酸盐岩溶蚀孔。营城组火山岩中存在部分碳酸盐矿物，如方解石，菱铁矿等，这类碳酸盐矿物通常在火山岩形成后生成，堵塞了早期形成的孔隙，使得储层储集性能降低，晚期在酸性流体作用下，碳酸盐岩矿物发生溶解，提高了储层的储集性能。

（6）裂缝及微裂缝。研究区营城组地层地质历史上构造活动频繁，岩石受到构造应力作用后形成大量纵横交错的裂缝，这些裂缝早期的被成岩矿物充填，晚期的没有被充填，这些裂缝不但具有较大空间，还能连通孤立的孔、洞，使得储层储集性能大大增强。

4 火山岩储层物性特征

4.1 营城组岩性与物性关系

为了系统分析徐家围子断陷营城组储层岩石物性，对营城组常见岩性进行了识别，挑选了流纹岩、球粒流纹岩、气孔流纹岩、角砾岩、角砾熔岩、熔结凝灰岩、凝灰岩、晶屑凝灰岩、含角砾晶屑凝灰岩、集块岩代表性样品，进行孔隙度与渗透率测定，结果如表1所示，不同岩性火山岩物性测量结果如图2、图3所示，流纹岩和熔结凝灰岩的孔隙度、渗透率均高于其它岩性，反映岩石物性较好；凝灰岩和角砾熔岩孔隙度、渗透率均较低，反映物性较差。

表1 营城组火山岩岩石物性

图2 徐家围子断陷营城组火山岩岩性与孔隙度关系

图3 徐家围子断陷营城组火山岩岩性与渗透率关系

4.2 营城组火山岩孔隙度、渗透率平面变化特征

（1）升平地区。通过对升平地区已钻井营城组地层岩性孔隙度数据进行分析，升平地区火山岩孔隙度介于0.1%～24.3%之间，孔隙度集中分布在4%～14%之间，如图4所示，同时分别统计了流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹质火山角砾岩等孔隙度分布情况，结果表明，流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹质火山角砾岩孔隙度大多小于10%，流纹岩孔隙度大于10%。

统计了升平地区火山岩渗透率分布情况，如图5所示，渗透率介于（0.01～52.8）×10-3μm之间，主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之间，且渗透率大小与孔隙度大小有一定的对应关系，即孔隙度大的岩石渗透率也较大。同时分析了流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹质火山角砾岩代表性岩性的渗透率分布情况，结果表明，流纹岩、流纹质火山角砾岩渗透率大于1×10-3μm。

图4 升平地区火山岩孔隙度分布情况

图5 升平地区火山岩渗透率分布情况

由以上对比分析，升平地区营城组流纹岩孔隙度与渗透率均较好。

（2）兴城地区。统计了兴城地区已钻井营城组地层火山岩孔隙度分布情况，如图6所示，孔隙度分布在0.3%～19.2%之间，集中在2%～11%之间，同时，分别统计了流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹质火山角砾岩等孔隙度分布情况，其中，流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩孔隙度大于10%，其它火山岩孔隙度小于10%。

兴城地区火山岩渗透率分布情况如图7所示，经统计火山岩渗透率变化介于（0.001～21）×10-3μm2之间，集中分布在（0.01～1）×10-3μm2，此外，按不同岩性，分别统计了流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹质火山角砾岩代表性岩性的渗透率分布情况，结果表明，渗透率大于11×10-3μm2的火山岩主要有流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、集块岩和流纹质凝灰岩等。

综合分析兴城地区火山岩孔隙度和渗透率情况，流纹岩、流纹质凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩孔隙度和渗透率均较好。

5 孔隙演化

图6 兴城地区火山岩孔隙度分布情况

图7 兴城地区火山岩渗透率分布情况

徐家围子断陷营城组火山岩早期形成后含有大量气孔、裂隙等空间，火山岩在后期沉积作用下被覆盖，其中的气孔、裂隙等是很好的通道，使得火山岩在埋藏气孔下发生溶蚀作用[5]。

（1）火山熔岩孔隙演化。徐家围子断陷营城组沉积时期火山活动频繁，高温岩浆喷出地表后由于温度、压力降低，发生了冷凝收缩、重力分异、脱玻化等物理化学作用，形成的火山岩发育大量气孔、脱玻化孔隙和裂缝等，此外由于徐家围子断陷在营城组沉积时期发生挤压作用，火山岩体发生形变，发育大量的剪切裂隙。

（2）火山碎屑岩孔隙演化。火山碎屑岩为火山作用下各种堆积物压实固结形成的岩石，岩性介于火山熔岩和沉积岩，在地表暴露时受到表生成岩作用影响，在埋藏条件下易发生溶蚀作用。营城组火山碎屑岩形成初期，发育大量气孔和砾间孔，后在表生沉积作用下，火山碎屑岩在上覆地层压力作用下，原生孔隙大量消失，火山岩孔隙度降低。随着火山岩埋藏加深，地层中流体溶蚀火山碎屑岩中的粘土矿物，形成次生孔隙，对储层储集空间有一定的改善作用。

6 结论

(1)徐家围子断陷营城组不同火山岩分布状况研究表明，流纹岩占比最大达47%，其次为凝灰岩16%，火山角砾岩占10%左右，剩余火山岩含量均小于10%。

(2)徐家围子断陷营城组火山岩储层中流纹岩和熔结凝灰岩的孔隙度、渗透率均高于其它岩性，反映岩石物性较好；凝灰岩和角砾熔岩孔隙度、渗透率均较低，反映物性较差。平面上，升平地区火山岩孔隙度主要分布在4%～14%之间，渗透率主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之间，流纹岩孔隙度与渗透率均较好；兴城地区火山岩孔隙度主要分布在2%～11%之间，渗透率主要分布在（0.01～1）×10-3μm2之间，流纹岩、流纹质凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩孔隙度和渗透率均较好。

(3)营城组火山熔岩形成早期发育大量气孔、脱玻化孔隙和裂缝等，发生挤压作用，火山岩体发生形变，发育大量的剪切裂隙。营城组火山碎屑岩形成初期，发育大量气孔和砾间孔，后期在压实作用下孔隙度遭到破坏，在埋藏条件下发生溶蚀作用形成次生孔隙，对储层储集空间有一定的改善作用。

[1]王成，马明侠，张民志，等.松辽盆地北部深层天然气储层特征[J].天然气工业，2006(6):25-28.

[2]刘万洙,王璞珺,门广田,等.松辽盆地北部深层火山岩储层特征[J].石油与天然气地质,2003,24(1):28-31.

[3]刘学锋，钟广法，王正允，等.松辽盆地北部徐家围子断陷构造格局及其成因[J].西安石油大学学报:自然科学版，2006，21(6):6-10.

[4]刘为付，朱筱敏.松辽盆地徐家围子断陷营城组火山岩储集空间演化[J].石油实验地质，2005，27(1):44-49.

[5]高有峰,刘万洙,纪学雁,等.松辽盆地营城组火山岩成岩作用类型、特征及其对储层物性的影响[J].吉林大学学报:地球科学版,2007，37(6):1251-1258.