德惠断陷营城组火山岩储层特征及主控因素_杨晶.pdf

第43卷 第3期2023 年6月投稿网址：http：/辽宁石油化工大学学报JOURNAL OF LIAONING PETROCHEMICAL UNIVERSITYVol.43 No.3Jun.2023德惠断陷营城组火山岩储层特征及主控因素杨晶，岳庆友，蒋睿，王海栋，徐长熠，黄浩（辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）摘要：通过储层物性分析、岩心铸体薄片及 X 衍射测试等方法，针对德惠断陷营城组火山岩储集空间类型、储层物性及主控因素进行了系统研究。结果表明，德惠断陷营城组火山岩蚀变作用较强，储集空间以溶蚀孔和溶蚀缝为主；凝灰岩和英安岩平均孔隙度分别为 12.40%、7.47%，渗透率均小于 1.000 mD，属于类储层，根据声波时差和电阻率测井方法可进一步识别含气地层；岩性和岩相是储层发育的主要控制因素。结合地震反射特征，分别建立了侵出相喷溢相和爆发相岩相模式，为厘清研究区火山岩成储机理和储层分布规律提供了重要的理论依据。关键词：德惠断陷；营城组；火山岩储层；主控因素中图分类号：TE121 文献标志码：A doi：10.12422/j.issn.16726952.2023.03.007Characteristics and Main Controlling Factors of Volcanic Rock Reservoirs in Yingcheng Formation of Dehui Fault DepressionYang Jing，Yue Qingyou，Jiang Rui，Wang Haidong，Xu Changyi，Huang Hao（College of Petroleum Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China）Abstract:The types of volcanic rock reservoir space,reservoir physical properties and the main controlling factors were systematically studied by the method of reservoir physical property experiment,core casting thin section observation and Xray diffraction test.The results show that the Yingcheng formation volcanic rocks in the Dehui fault depression have strong alteration,and the reservoir space is dominated by dissolution pores and dissolution fractures.The average porosity of tuff and dacite are 12.40%and 7.47%,respectively,and the permeability is less than 1.000 mD,belonging to type reservoirs.Gas bearing formations can be further identified based on acoustic and resistivity logging methods.Lithology and lithofacies are the main controlling factors for the development of reservoirs,and lithofacies models of extrusive facies,extrusive facies and explosive facies were established in combination with the characteristics of seismic reflections.It provides an important theoretical basis for clarifying the mechanism of volcanic rock formation and the distribution of reservoirs in the study area.Keywords:Dehui fault depression；Yingcheng Formation；Volcanic rock reservoir；Main controlling factors火山岩油气藏已成为非常规油气勘探的重要领域之一，高产含油气火山岩地层在准噶尔盆地古生界、松辽盆地中生界及渤海湾盆地中新生界地层均有发现13。火山岩储层在形成过程中受岩浆性质、喷发机制、就位环境、成岩作用等因素不同程度的影响，因此在不同盆地、断陷、地层中火山岩储层差异性较大46。准噶尔盆地火山岩以基性玄武岩为主，火山形成及改造受构造作用较大，火山岩储层 主 要 形 成 于 火 山 岩 体 的 顶 部，属 于 次 生 风 化型78。松辽盆地火山多形成于大陆断陷期，岩浆性质具有基性至酸性的演化过程，由于就位环境和构造活动相对单一，火山地层经历短期的风化作用，多属于原生型火山岩储层911。近几年，在松辽盆地德惠断陷营城组火山碎屑岩和火山熔岩地层均发现了高产气流，揭示了德惠断陷火山岩气藏勘探开发的序幕1113。德惠断陷营城组火山岩形成于松辽文章编号：16726952（2023）03004106收稿日期：20220620 修回日期：20220812基金项目：辽宁省教育厅科学研究项目（LJKZ0394）；国家级大学生创新创业训练计划项目(202110148022）。作者简介：杨晶（2000），女，本科生，石油工程专业，从事火山岩油气储层特征方面的研究；Email：。通信联系人：岳庆友（1987），男，博士，讲师，从事非常规油气储层地质方面的研究；Email：。辽宁石油化工大学学报第 43 卷盆地断陷期，火山岩储层兼具盆地埋藏型和次生风化壳型的特点，主要表现为火山岩储层埋藏深、横向展布不连续、风化淋滤作用强等14。目前，德惠断陷营城组火山岩储层特征及成储机理不明确，对储层分布规律认识不清，下一步勘探目标预测困难较大15，亟须针对德惠断陷火山岩特征建立岩相地质模式，以厘清火山岩储层分布规律。本文通过岩心铸体薄片、储层物性分析、X 衍射测试以及测井、地震等资料，对研究区火山岩储层进行系统分析，精细描述储集空间发育类型及成岩过程，对比储层物性测试数据和火山岩含气性测井评价；结合不同火山岩矿物组成和结构以及地震相分析，探讨火山岩储层特征及主控因素，建立了德惠断陷侵出相喷溢相地质模式及爆发相地质模式，对下一步勘探火山岩气藏具有指导意义。1 区域地质概况 松辽盆地属于中新生代形成的大型陆相沉积盆地，在燕山运动早期受太平洋板块向华北板块俯冲影响，松辽盆地东南部沿四平哈尔滨断裂带形成了多个不同规模的断陷，其中德惠断陷位于松辽盆地东南断陷带中部且规模较大14,16。德惠断陷北临榆树断陷和青山口凸起，南接梨树断陷，西靠松辽盆地中央古隆起，东部受九台阶地控制，形成了西断东超的构造格局（见图 1）。德惠断陷内部发育多个洼陷及地堑，其中规模最大的鲍家箕状洼陷周围发育多个大型火山岩岩体。前人通过钻井揭示及盆缘剖面勘查发现，德惠断陷基底上覆地层自下而上分别为火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组等14。火石岭组是断陷形成的初级阶段，小规模火山间歇性喷发，主要沉积粗粒度的碎屑沉积岩、基性玄武岩及火山碎屑岩。沙河子组时期断陷发育规模最大，形成了东断西超的箕状构造，同时湖相沉积了大量的暗色泥岩，为德惠断陷火山岩气藏形成提供了良好的油气供给。营城组时期地层发育继承性拉张作用，地壳深部岩浆沿断裂上涌并发生强烈的火山喷发活动，形成了不同性质的火山机构，岩性以中酸性熔岩和凝灰岩为主，是德惠断陷火山岩气藏发育的主要地层。在营城组末期火山岩地层发生强烈的剥蚀作用，原火山机构发生不同程度的改造作用，因此德惠断陷营城组火山岩储层也由原位埋藏型向次生风化壳型转变。2 储层特征 2.1 储层物性特征德惠断陷营城组火山岩主要位于营一段地层，岩性以中酸性火山熔岩和火山碎屑岩为主，含气地层发育岩性主要为英安岩和英安质凝灰岩。德惠断陷英安岩多发育穹窿状侵出相火山机构，部分英安岩发育在层状喷溢相火山机构中，英安质凝灰岩则以爆发相热碎屑流亚相和热基浪亚相为主。本次研究共获取 40块岩心气测孔渗实验数据，对比凝灰岩与英安岩储层物性频率分布，结果见图 2。由图 2可知，凝灰岩孔隙度整体略高于英安岩，其中凝灰 岩 孔 隙 度 分 布 在 5.0%18.0%，其 平 均 值 为图 1研究工区位置42第 3 期杨晶等.德惠断陷营城组火山岩储层特征及主控因素12.4%，表现为较强非均质性；英安岩孔隙度分布较为集中，一般小于 10.0%，其平均值为 7.5%。由图2 还可知，凝灰岩与英安岩渗透率普遍小于 1 mD，仅有少量构造缝发育的岩心样品渗透率较高，其值小于 25 mD。因此，研究区火山岩属于致密储层研究范畴。根据中国石油天然气行业标准（SY/T 6285-2011），研究区英安岩和凝灰岩储层均属于类储层。2.2 储集空间类型德惠断陷营城组火山岩埋深一般在 3 000 m 左右，凝灰岩主要由火山岩岩屑、晶屑以及少量玻屑构成，胶结类型为钙质胶结，受压实作用和胶结作用影响，晶屑玻屑凝灰岩粒间/晶间孔隙发育较少，仅在粒度较大的岩屑晶屑凝灰岩中有所发现。英安岩中未发现有效的气孔，主要由于岩浆中挥发分含量较低，形成的气孔一般孔径较小，且从岩心铸体薄片中可以观察到方解石及次生黏土矿物比较发育，对仅有的气孔充填作用较强。研究区火山岩储集空间以次生孔隙为主，包括晶内溶孔、粒内溶孔、基质溶孔、溶蚀缝及脱玻化孔（见图 3）。晶内溶孔和粒内溶孔主要由长石斑晶或英安岩岩屑经溶蚀作用后产生，凝灰岩岩屑和晶屑发育程度较高，该类型孔隙普遍发育在岩屑晶屑凝灰岩中，且孔径较大，英安岩多呈微晶质玻基交织结构，基质溶蚀形成的孔径较小，长石斑晶溶蚀孔孔径一般在 20 nm10 m（见图 3（d）、（e）。溶蚀缝多发育在英安岩和致密凝灰岩中，溶蚀缝是地层流体有效的运移通道，因此溶蚀缝位置附近多发育伴生的溶蚀孔（见图 3（b）、（f）。英安岩结晶程度低，玻璃质较为发育，后期易发生脱玻化作用形成微小雏晶1718，在铸体薄片下一般不易识别，多呈现“雾状”（见图 3（a）。由此可知，研究区火山岩虽然形成于盆地断陷期，但原生储集空间并不发育，受风化淋滤作用形成的溶蚀孔和溶蚀缝是研究区火山岩储存油气的 主 力 场 所，研 究 区 火 山 岩 属 于 次 生 风 化 壳 型储层。（a）孔隙度（b）渗透率图 2火山岩样品孔隙度频率与渗透率频率分布直方图 （a）德深 17井（2 234.0 m）（b）德深 17井（2 242.0 m）（c）德深 17井（2 224.0 m）（d）德深 20井（1437.0 m）（e）德深 20井（1 438.0 m）（f）德深 20井（1 436.9 m）（a）为英安岩，晶内溶孔；（b）为英安岩，溶蚀缝；（c）为英安岩，方解石交代作用；（d）为英安质岩屑晶屑凝灰岩；（e）为英安质岩屑晶屑凝灰岩，岩屑边缘发生方解石交代，见基质溶孔；（f）为英安质岩屑晶屑凝灰岩，岩屑内溶蚀孔较发育，见溶蚀缝图 3德惠断陷营城组火山岩储集空间类型43辽宁石油化工大学学报第 43 卷2.3 储层含气性测井评价通过对比不同地球物理测井方法响应特征，针对地层孔隙度及流体评价普遍采用声波测井、密度测井及中子测井等方法。但是，由于目的层埋藏深度较大，无论英安岩还是凝灰岩层段，孔隙发育程度较低，密度测井方法难以划分地层的含气性，同时受孔隙束缚水及黏土矿物结晶水等因素干扰，对中子测井评价方法影响较大。因此，本次联合声波测井与电阻率测井方法，建立英安岩与凝灰岩交会图，并对储层含气性进行评价。电阻率测井受多种地质因素的影响，如岩石性质、岩石结构及内部孔隙类型及规模等，火山岩电阻率普遍高于沉积岩电阻率，在岩性等因素限定下，孔隙性及内部流体性质对电阻率测井较为敏感。图 4为英安岩和凝灰岩的含气性电阻率与声波的交汇图。从图 4（a）可以看出，含气英安岩地层电阻率一般小于 100 m，而不含气英安岩地层电阻率范围较 大，一 般 临 近 火 山 喷 发 地 层 界 面 处 电 阻 率 在100300 m，位于火山岩体中部的英安岩电阻率较高，最高可达 1 000 m；英安岩一般呈块状构造，其致密程度高于火山碎屑岩，声波测井呈低值，在200230 s/m，其中含气英安岩声波测井值略低于不含气英安岩。凝灰岩属于火山碎屑岩类，电阻率值域在沉积岩与火山岩之间。从图 4（b）可以看出，凝灰岩地层电阻率一般低于 300 m，其中含气凝灰岩地层电阻率普遍低于不含气英安岩；声波测井对凝灰岩含气性较为敏感，含气凝灰岩声波测井值一般高于230 s/m。从铸体薄片中不难发现，凝灰岩溶蚀孔缝发育程度较高，同时伴随蚀变作用，孔缝中残留的束缚水及所形成的黏土矿物都会降低凝灰岩地层电阻率，同时提高声波测井值。结合测井响应交汇图可见，地层电阻率测井和声波测井识别凝灰岩地层含气性效果较好。3 主控因素分析 3.1 岩性英安岩属于流纹岩与安山岩之间的过渡型火山岩，深层火成岩类型为花岗闪长岩，矿物组成多为石英、碱性长石、斜长石及少量的暗色矿物，主要以中性斜长石为主16。表 1为德惠断陷营城组火山岩矿物组成。由表 1 可知，在英安岩中，石英含量为16.4%21.6%，钾长石含量为 6.4%10.3%，黏土矿物较高，均为 45.0%以上，并发育少量方解石。结合图 3 可知，英安岩样品长石类矿物及暗色矿物均发生不同程度的蚀变，以矿物黏土化为主，少量矿物被方解石交代，进一步证明研究区火山岩受风化作用影响较大。黏土矿物及其他蚀变物质的形成不仅限制了英安岩的溶蚀作用，而且进一步充填气孔，较大程度地降低了储层物性。凝灰岩以晶屑凝灰岩为主，可根据火山碎屑组成进一步划分为岩屑晶屑凝灰岩和玻屑晶屑凝灰岩。研究区火山岩地层埋深较大，因此在上覆地层压力影响下，晶屑或岩屑发生不同程度形变，部分粒间/晶间孔隙受压实作用影响孔径变小19。岩屑晶屑凝灰岩黏土矿物含量在 19.9%31.8%（见表1），因此在压实作用基础上受黏土矿物胶结作用的影响，进一步降低了粒间/晶间孔隙的发育。由表 1（a）英安岩（b）凝灰岩图 4英安岩和凝灰岩的含气性电阻率与声波的交汇图表 1德惠断陷营城组火山岩矿物组成岩性英安岩 1英安岩 2英安岩 3英安岩 4岩屑晶屑凝灰岩 1岩屑晶屑凝灰岩 2岩屑晶屑凝灰岩 3岩屑晶屑凝灰岩 4火山岩矿物含量/%石英18.816.419.121.641.840.644.230.5钾长石9.610.36.47.12.82.54.30斜长石23.718.526.821.233.829.819.733.4方解石2.74.81.62.31.72.609.1黏土矿物45.250.046.147.819.924.531.827.044第 3 期杨晶等.德惠断陷营城组火山岩储层特征及主控因素还可知，石英晶屑含量较高，由于岩屑和石英硬度较大，在长石溶蚀过程中起到一定的支撑作用，同时岩屑晶屑凝灰岩中钾长石和英安岩岩屑中长石斑晶多发生溶蚀作用，可形成较多的溶蚀孔和溶蚀缝。因此，岩屑晶屑凝灰岩储层物性好于玻屑晶屑凝灰岩。3.2 岩相研究区火山岩主要发育岩相为侵出相、爆发相和喷溢相，侵出相和喷溢相以英安岩为主，爆发相可进一步划分为热碎屑流亚相和热基浪亚相，其中热碎屑流亚相以岩屑晶屑凝灰岩为主，而热基浪亚相多形成玻屑晶屑凝灰岩。火山岩岩相可根据钻井标定结合地震剖面识别：侵出相发育在火山口附近，外形呈穹窿状，内部为弱振幅、低频、杂乱等反射特征；喷溢相多为席状或板状，连续性较好，地震属性为强振幅、中低频（见图 5（a）；爆发相则表现为似层状结构，连续性中等，地震属性为弱振幅、中低频（见图 6（a）。侵出相英安岩于岩浆喷发末期在临近地表处冷凝固结成岩，多呈环带结构，由外至内斑晶成熟度更高，英安岩逐渐由球粒结构向斑状结构转变，因此可进一步划分为外带亚相、中带亚相和内带亚相。喷溢相则形成于整个火山喷发阶段，相比侵出相，其挥发分含量较高，后期气体在冷凝散逸作用下更易形成气孔。喷溢相位于侵出相之上，在成岩作用后期受大气淡水淋滤作用和风化作用影响都高于侵出相，可形成大量的溶蚀孔和溶蚀缝，但喷溢相英安岩受蚀变作用更大，则次生黏土矿物和方解石含量较高（见图 5（b）。综合气体散逸作用、溶蚀作用和蚀变作用的影响，结合储层物性分析可知，喷溢相储层物性好于侵出相。热碎屑流亚相形成于火山喷发前期，高温碎屑流在重力作用下向火山机构远源分布，一般至火山机构中部停止，随着远离火山口，碎屑颗粒粒径逐渐变小，普遍发育在喷发强度较大的中酸性火山机构，热碎屑流亚相以岩屑晶屑凝灰岩为主，内部见火山碎屑熔岩。热基浪亚相以气射作用的气固液三相浊流体系近地表呈悬移质快速搬运形成，岩屑和晶屑粒度小于热碎屑流亚相，内含大量玻屑物质，层理发育，纵向上呈正韵律分布（见图 6（b）。虽然受上覆地层压力影响，由于热碎屑流亚相粒度较大，残留的粒间/晶间孔隙发育好于热基浪亚相，同时为地层水溶蚀作用提供较好的物质基础和流动通道，热碎屑流亚相储层物性相对较高。火山岩岩性、岩相是控制储层分布的物质基础，溶蚀作用对不同岩性、岩相形成的储集空间规模及储层物性差异影响较大。图 7为德惠断陷营城组岩相与物性的关系。由图 7 可知，经历相同风化淋滤环境后，热碎屑流亚相孔隙度和渗透率平均值高达 13.1%和 3.400 mD，而热基浪亚相储层物性普遍低于热碎屑流亚相。整体而言，爆发相储层物性最好，其次为喷溢相，侵出相最差。4 结 论（1）德惠断陷营城组火山岩原生孔隙发育较（a）侵出相喷溢相地震响应（b）侵出相喷溢相模式图 5德惠断陷营城组侵出相喷溢相地震响应及其模式图（a）爆发相地震响应（b）爆发相模式图 6德惠断陷营城组爆发相地震响应及其模式图45辽宁石油化工大学学报第 43 卷少，气孔形成规模小且充填作用强，粒间/晶间孔隙受压实作用和胶结作用影响较大，储集空间以次生孔隙为主，包括晶内溶孔、粒内溶孔、基质溶孔、溶蚀缝及脱玻化孔。（2）凝灰岩孔隙度分布在 5.0%18.0%，英安岩孔隙度一般小于 10.0%，凝灰岩与英安岩渗透率普遍小于 1.000 mD，研究区火山岩属于类储层。含气英安岩和凝灰岩地层声波测井值较大，电阻率测井值相对较小。（3）研究区火山岩储层主要岩性、岩相控制具体表现为凝灰岩好于英安岩。火山岩相可根据地震反射特征进行识别，在储集空间认识基础上，结合成岩作用研究分别建立了侵出相喷溢相、爆发相岩相模式，发现喷溢相英安岩储层物性好于侵出相，热碎屑流亚相凝灰岩好于热基浪亚相。参 考 文 献1邹才能，赵文智，贾承造，等.中国沉积盆地火山岩油气藏形成与分布 J.石油勘探与开发，2008，35（3）：257271.2伍宏美，陈亚军，姜冠一，等.深层火山岩地球化学特征及沉积古环境：以松辽盆地北部徐家围子断陷兴城地区为例 J.东北石油大学学报，2021，45（2）：5366.3孙龙德，邹才能，朱如凯，等.中国深层油气形成、分布与潜力分析 J.石油勘探与开发，2013，40（6）：641649.4唐华风，王璞珺，边伟华，等.火山岩储层地质研究回顾 J.石油学报，2020，41（12）：17441773.5岳庆友.渤中凹陷中生界火山岩成储机理及分布规律研究 D.长春：吉林大学，2021.6刘德成，陈亚军，伍宏美，等.陆上和水下喷发成因火山岩特征及元素地球化学判别：以新疆三塘湖盆地马朗凹陷上石炭统火山岩为例 J.东北石油大学学报，2021，45（6）：4151.7陈亚军，于家义，宋小勇，等.三塘湖盆地马朗凹陷牛圈湖牛东构造带上石炭统火山岩黏土矿物特征及其对储层物性的影响 J.石油学报，2021，42（8）：10531071.8苏东旭，王忠泉，袁云峰，等.准噶尔盆地玛湖凹陷南斜坡带二叠系风城组风化壳型火山岩储层特征及控制因素 J.天然气地球科学，2020，31（2）：209219.9任宪军.松辽盆地长岭断陷盆缘陡坡带中性火山岩相模式及其对储层的控制作用 J.吉林大学学报（地球科学版），2022，52（3）：816828.10 牛花朋，王贵文，鲜本忠，等.深层火山碎屑熔岩形成机理及其指相意义研究：以松辽盆地庆深气田为例 J.地学前缘，2019，26（6）：281288.11 迟唤昭，赵玉婷，刘财，等.松辽盆地德惠断陷营城组凝灰岩储层地质特征 J.吉林大学学报（地球科学版），2022，52（1）：5567.12 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