琼东南盆地陵南斜坡带火山岩储层岩性与蚀变特征

刘 冲， 彭俊峰， 闫琢玉， 张东峰， 郑 磊， 卢 梅

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 中海油实验中心，广东 湛江 524057)

中国火山岩油气藏于1957年首次在准噶尔盆地西北缘发现，历经60余年，目前已在准格尔、塔里木、渤海湾、松辽等地发现多个火山岩油气藏(邹才能等，2008)。随着发现的火山岩油气藏数量不断增加，作为油气勘探的新领域，火山岩储层受到越来越多的关注，尤其近些年发现中基性火山岩具有优良的油气储集性，人们对中基性火山岩储层的研究也不断深入(田晓冬等，2020；苗春欣等，2015；陈奋雄等，2017；刘冲等，2022)。

琼东南盆地位于海南岛东南与西沙隆起区之间的海域，是南海北部深水区油气勘探的主要区域。近年来，勘探陆续发现6个大中型气田，探明油气储量规模约4亿吨油当量，但其油气勘探及研究程度仍然较低，尤其缺乏对火山岩储层的全面认识和综合评价。

该区域属于尚待深入开拓的我国海洋油气勘探可持续发展及海洋油气资源滚动接替的重要战略选区(何家雄等，2020)。通过对琼东南盆地火山岩储集层岩性特征、蚀变特征、储集空间特征等综合评价，为琼东南盆地深水区火山岩油气藏勘探开发提供技术支撑。

1 地质概况

琼东南盆地从北向南依次划分为北部凹陷、中部隆起、中央凹陷、南部隆起4个一级构造单元,最大水深超过3 200 m(徐守立等，2019)，盆地可分为裂陷期、热沉降期和新构造期3个构造演化阶段(张义娜等，2012)。裂陷期自下至上沉积了始新统、下渐新统崖城组、上渐新统陵水组3套地层。在古新世-始新世时期，发生大规模断陷作用产生了以NE-SW走向为主的伸展断裂,同时，受红河断裂左旋走滑影响，凹陷东部发育了NW-SE走向的走滑断裂(郭明刚等，2016；张迎朝等，2017)，之后沉积崖城组。本文主要研究区位于中央凹陷南部陵南低凸起的北部斜坡带(图1)，处于斜坡较高部位的崖城组，北部与中央凹陷和陵水优质气田相邻，同时，崖城组下部的断裂为油气提供优越的运移条件。

图1 琼东南盆地陵南斜坡带构造位置

2 火山岩储集层岩性及蚀变特征

2.1 岩性特征

本区崖城组岩性以较厚层的溢流相火山岩为主，由于后期构造运动的影响，结构破碎，但也保留了大部分完整的火山岩特征。通过显微薄片观察，该层段火山岩主要为中、基性火山岩。

中性火山岩主要为粗面岩，其长石矿物形态呈板条状、针状(图2a,b)，根据长石能谱分析(图2c)，主要组分为含钾的硅铝酸盐矿物，以钾长石为主。显微观察未见明显的暗色矿物，但铁矿化，绿泥石化严重，原生的暗色矿物可能均已蚀变。

基性火山岩为玄武岩，岩石矿物组分主要为斜长石、绿泥石、方解石、辉石、磁铁矿等，绿泥石、方解石为次生蚀变矿物(李凯明，2017；付晨晨等，2017；陈奋雄等，2017)。其中斜长石晶体粗大，呈板条状，构成格架，格架内有辉石、绿泥石充填(图2d,e)，形成间粒结构。根据能谱分析，斜长石类型为钠长石(图2f)。

图2 火山岩微观照片与能谱图

一般从基性到中性岩，再到酸性岩，岩石中的钾摩尔分数逐渐增高，因而基性岩放射性最弱，自然伽马最小(王泽华等，2015)。本区玄武岩的伽马值为20～40 API，其矿物组分中钾长石含量低，主要为钠长石组分，因此玄武岩的自然伽马值极低。粗面岩长石组分中以钾长石为主，自然伽马值高于玄武岩，为70～100 API(图3)。

图3 火山岩测井解释图谱

2.2 火山岩蚀变类型及特征

蚀变作用对火山岩储层的影响较大，本区蚀变类型主要包括绿泥石化、碳酸盐化、溶蚀作用以及少见的铁矿化、硅质蚀变充填等。

2.2.1 绿泥石化

中、基性火山岩中暗色矿物的Fe、Mg含量高，容易蚀变形成绿泥石。绿泥石主要是由铁、镁硅酸盐矿物直接分解形成。绿泥石化是本研究区火山岩主要的蚀变特征，蚀变严重处仅剩余少量长石残晶(图2g)。绿泥石呈片状紧密排列，为高含量铁镁的硅铝酸盐矿物(图2h,i)。

研究区存在较大规模的裂缝，裂缝为新物质的流通提供通道，裂缝附近的绿泥石化增强。当火山岩储层发生黏土化蚀变，含水量增加，导电性增强，对电阻率测井有一定影响，中子测井值异常高，密度自然降低，声波时差增大(王鹏等，2008；朱世发等，2014；魏翔宇等，2017；王敏等，2018；王建功等，2009)。深度4 200 m处裂缝发育，绿泥石化严重，电阻率具低值，成像测井显示褐色，密度与声波时差测井具低值，而中子测井显示高值，随着与裂缝距离的增大，蚀变强度减弱，测井显示呈现相反的特征(图4)。

图4 玄武岩蚀变强弱测井解释图

2.2.2 碳酸盐化

碳酸盐矿物主要为方解石，其充填气孔或裂缝，以及交代附近的骨架矿物。通过铸体薄片观察(图2j,k)，火山岩中杏仁体充填矿物从边缘向中心分别为绿泥石、方解石，以及方解石脉切割绿泥石脉，表明前期的绿泥石首先占位，后期的方解石充填。通过统计，半数以上的微观裂缝为方解石充填，其次为绿泥石，方解石充填为裂缝充填的主要形式。

2.2.3 溶蚀作用

火山岩出露地表会发生风化淋滤作用，在埋藏过程中，也会发生地层水的溶解作用。本研究区的溶蚀作用相对较弱，中、基性火山岩早期普遍发育绿泥石化，导致渗流能力变差，阻碍了后期溶蚀作用的发育。裂缝为火山岩提供新的储集空间的同时，也为酸性流体运移提供渗流通道，临近未充填裂缝处溶蚀作用增强，溶蚀类型主要为斜长石的溶解(图2l)。

3 火山岩储集空间特征

3.1 孔隙类型

3.1.1 原生孔隙

研究区火山岩储层的原生孔隙主要为气孔，呈圆形、椭圆形，以及不规则形状，大小不等，分布不均匀，在岩石中多呈孤立的形式存在(图5a,b)。其连通性差，多数为无效孔隙，但由于裂缝的存在，可切穿孤立的原生气孔，使其相互连通。但由于后期的蚀变作用，绿泥石、方解石充填大量气孔，形成杏仁体，只剩余少量的未充填的原生气孔和未完全充填的残余原生气孔。原生孔隙分布比例低于10%，多孤立存在。

图5 火山岩储层孔隙类型照片

3.1.2 次生溶孔

火山岩中次生溶蚀孔隙的存在不但可以提高孔隙度，还可以使孤立的原生气孔连通。研究区火山岩的次生孔隙主要包括绿泥石微孔，长石溶孔。经过计算，绿泥石微孔约占比60%，长石溶孔约占比25%。火山岩储层绿泥石化严重，叶片状绿泥石堆积形成大量孔径细小的绿泥石微孔,铸体薄片下难以识别(图5c,d)。由于黏土质点较小，堆积形成的孔隙结构复杂，孔隙本身也是喉道，这些孔隙像毛细管一样分布在绿泥石化火山岩中。

长石在酸性流体的作用下易溶蚀，形成网状、点状的长石溶孔(图5e)。斜长石绿泥石化后，在后期的地层流体的作用下绿泥石被带走或溶蚀，形成长石溶孔，薄片照片中可见长石溶孔内残余的绿泥石(图5f)。长石溶孔可提高一定的孔隙空间。研究区的孔隙类型主要为次生溶孔，由于铸体薄片难以识别绿泥石微孔，薄片鉴定面孔率主要为次生长石溶蚀孔，从溶蚀面孔率与裂缝面孔率在纵向上的分布关系可见(图6)，未充填裂缝发育处溶蚀面孔率增大，溶蚀作用增强。

图6 裂缝面孔率和溶蚀面孔率纵向分布图

3.1.3 裂缝

本区裂缝发育，但在蚀变过程中大量裂缝被充填。通过统计，未充填裂缝数量仅占所有微观裂缝数量中的20%，且裂缝宽度窄，主要为20～25 μm，对于面孔率的提高影响较小，但对渗透率的提高起到一定作用。

3.2 储集层物性特征

从孔渗关系看，火山岩的孔隙度与渗透率的相关性极差(图7)，相关系数R2仅为0.297 5，孔隙度主要分布在15%～25%之间，以中孔为主，但渗透率主要集中在0.1×10-3～1.0×10-3μm2，表现出明显的孔高渗低的特征。主要原因是火山岩大面积蚀变，中、基性火山岩蚀变形成绿泥石，占据原生或早期溶蚀形成的次生孔隙，形成大量细小的绿泥石微孔。绿泥石微孔成为蚀变火山岩的主要储集空间类型，占比60%以上。大量的微孔隙使火山岩具中孔物性特征，但绿泥石微孔隙就像普遍分布的毛细管一样，渗流能力极差。另外，长石的溶蚀主要以构造运动形成的裂缝作为物质交换的流通条件，裂缝发育处溶蚀作用增强，长石溶蚀量增加，导致孔隙分布不均匀，也是本研究区火山岩孔高渗低物性特征的另一因素。

图7 火山岩孔渗关系图

4 结论

(1)陵南斜坡带崖城组岩性主要为玄武岩与粗面岩。玄武岩主要骨架矿物为钠长石，粗面岩的骨架矿物为钾长石。

(2)粗面岩具有较玄武岩高的测井伽马值，而玄武岩具有极低的测井伽马值。强蚀变的火山岩层段具低电阻率、低密度、高中子、高声波时差的测井特征。

(3)本区火山岩蚀变类型主要为绿泥石化，碳酸盐化，溶蚀作用。绿泥石化形成绿泥石微孔，碳酸盐化充填孔隙及裂缝，溶蚀作用形成长石溶孔，溶蚀分布不均匀，裂缝处溶蚀作用增强。

(4)孔隙类型主要为绿泥石微孔，其次为长石溶孔、原生气孔等,孔隙结构复杂，绿泥石微孔似毛细管分布在火山岩储层中。

(5)绿泥石微孔、长石溶蚀作用的不均匀，使火山岩具孔高渗低的物性特征。