陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式——以松辽盆地长岭断陷查干花次凹为例.pdf

油气藏评价与开发PETROLEUM RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT2024年第14卷 第2期陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式以松辽盆地长岭断陷查干花次凹为例任宪军，石云倩，靖 伟（中国石化东北油气分公司，吉林 长春 130062）摘要：在松辽盆地长岭断陷陆相湖盆水下喷发的火石岭组火山碎屑岩中发现了工业油气，有广阔的勘探前景。研究针对火石岭组水下喷发火山碎屑岩储层的储集空间特征、物性特征及孔隙结构差异开展，分析不同类型储层物性差异原因及其形成和演化过程。主要有以下4个方面：凝灰岩中火山玻璃含量较高，储集空间以脱玻化孔和溶蚀孔为主，并且粒度越粗物性越好，孔隙规模、孔径大小、孔隙丰度等方面逐渐变大；沉凝灰岩黏土矿物含量高，以黏土矿物晶间孔为主，物性差；凝灰质砂岩中长石、岩屑和浊沸石等易溶组分含量高，以溶蚀孔为主。研究区火山碎屑岩储层原生孔隙不发育，储层较为致密，平均孔隙度为2.43%，渗透率平均值为0.07610-3m2，粗粒凝灰岩孔隙度最高，其次是凝灰质砂岩和细粒凝灰岩，沉凝灰岩物性最差。脱玻化作用是凝灰岩储层中高孔隙度和超低渗透率的重要原因，中成岩阶段的2次油气充注导致岩石发生有机酸溶蚀，此外，裂缝可以为有机酸和深部热液提供运移通道，导致后期溶蚀，并连接各种分散的溶蚀孔隙，提高储集空间的有效性。近源相带气携水下火山碎屑流亚相粗粒凝灰岩储层是油气勘探的有利目标。关键词：松辽盆地；长岭断陷；陆相湖盆；水下喷发；火山碎屑岩储层；储层发育模式中图分类号：TE372文献标识码：ACharacteristics and development model of underwater eruptive volcanic reservoirs incontinental lacustrine basin:A case study of Chaganhua Subsag in Changling FaultDepression,Songliao BasinREN Xianjun,SHI Yunqian,JING Wei（Sinopec Northeast Oil&Gas Company,Changchun,Jilin 130062,China）Abstract:Industrial oil and gas have been found in the volcaniclastic rocks of the Huoshiling Formation erupted underwater in thecontinental lacustrine basin of the Changling fault depression in the Songliao Basin,which has broad exploration prospects.Thestudy focuses on the reservoir space characteristics,physical properties and pore structure differences of the underwater eruptionpyroclastic rock reservoirs in the Huoshiling Formation,and analyzes the reasons for the differences in physical properties ofdifferent types of reservoirs and their formation and evolution processes.There are mainly the following four aspects:Tuff,withits high volcanic glass content,predominantly features devitrification and dissolution pores as its main reservoir spaces.Coarserparticle sizes in tuff correlate with improved physical properties,including larger and more abundant pores.Sedimentary tuff,richin clay minerals,exhibits mainly interstitial spaces between these minerals and poorer physical properties.Tuffaceous sandstone,with high levels of soluble components like feldspar,debris,and laumontite,is characterized by dissolution pores.The averageporosity is 2.43%,and the average permeability is 0.07610-3m2.Coarse-grained tuff exhibits the highest porosity,followed bytuffaceous sandstone and fine-grained tuff,with sedimentary tuff displaying the poorest physical properties.Devitrification引用格式：任宪军,石云倩,靖伟.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式以松辽盆地长岭断陷查干花次凹为例J.油气藏评价与开发,2024,14（2）:176-189.REN Xianjun,SHI Yunqian,JING Wei.Characteristics and development model of underwater eruptive volcanic reservoirs incontinental lacustrine basin:A case study of Chaganhua Subsag in Changling Fault Depression,Songliao BasinJ.Petroleum ReservoirEvaluation and Development,2024,14（2）:176-189.DOI：10.13809/32-1825/te.2024.02.003收稿日期：2023-11-29。第一作者简介：任宪军（1982），男，博士，正高级工程师，主要从事火山岩油气田开发方面的研究。地址：吉林省长春市西安大路6088号，邮政编码：130062。E-mail:Y基金项目：中国石化重点科技项目“松南断陷火山岩气藏精细描述与高效动用技术”（P21104-2）。1762024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式significantly contributes to the high porosity yet ultra-low permeability observed in tuff reservoirs.Organic acid dissolution duringthe middle diagenesis stage,resulting from two separate oil and gas fillings,further enhances porosity.Additionally,fractures serveas conduits for organic acids and deep hydrothermal fluids,promoting further dissolution that connects dispersed dissolution poresand enhances reservoir space effectiveness.The coarse-grained tuff reservoir in the near-source facies gas-carrying subaqueouspyroclastic flow subfacies is a favorable target for oil and gas exploration.Keywords:Songliao Basin;Changling Fault Depression;continental lacustrine basin;underwater eruption;volcanic clastic rockreservoir;reservoir development model松辽盆地长岭断陷查干花次凹火石岭组火山岩发现了规模型天然气藏，储层发育陆相湖盆水下喷发形成的凝灰岩丘火山机构中，研究区火山碎屑岩储层获得高产工业气流，证明水下喷发火山碎屑岩储层具有勘探开发前景。物性测试显示研究区水下喷发火山碎屑岩平均孔隙度为2.43%，属于低孔-低渗储层，亟需对不同岩性储层发育的储集空间进行刻画，以探索优质储层发育规律。在全球范围内，大部分的火山爆发都是在水中进行的1。然而，由于受到观察环境的制约，我们对水下火山爆发的认识相当有限2-5。水下爆炸式喷发主要形成火山碎屑岩6-9。前人对现代水下喷发的喷发序列，喷发物与水的互相作用进行了详细的研究，WHITE等10、MUELLER等11、KANO等12在现代水下喷发火山碎屑堆积物的研究中，提出浅水环境下水下喷发主要产生爆炸式喷发作用，即水下爆发相（深水由于巨大水压的影响，以溢流式喷发为主）；单玄龙等13以查干花次凹火山碎屑岩为研究对象，根据岩石学特征和地球化学特征将水下爆发相分为3种亚相，分别为气携水下火山碎屑流亚相、水携火山高密度流亚相和水下降落亚相。中国针对陆相湖盆水下喷发火山也有一定研究，在江汉盆地古近系、松辽盆地营城组、三塘湖盆地石炭系、准噶尔盆地石炭系中均发现存在水下喷发火山碎屑岩。部分学者通过地球化学方法来分析火山喷发就位环境14-16。唐华风等17发现水下喷发火山碎屑岩储层具有其特殊性，包括岩石物性与岩相带的变化关系、结构构造、蚀变特征、孔缝发育特点等方面。但是对陆相湖盆水下喷发火山碎屑岩储层还未开展深入认识和系统研究。为了进一步厘清水下喷发火山岩特征及储层控制因素，以松辽盆地南部长岭断陷查干花次凹火石岭组火山碎屑岩为研究对象，依据钻井岩心、测井以及地震资料，开展系统性储层实验分析。研究了不同岩性、岩相储集空间类型和储层微观特征，探讨水下喷发环境对火山碎屑岩优质储层发育的控制作用，储层形成和演化过程，探索储层空间发育规律。研究成果将为后期水下火山喷发碎屑岩储层的深入研究、勘探开发提供坚实的理论基础，同时也可为其他相似地区的凝灰岩储层研究提供有效的参考和启示。1地质背景松辽盆地位于中国东北部，是中晚侏罗世早白垩世断陷与早白垩世坳陷叠合的断坳双层结构含油气盆地。在晚侏罗世早白垩世期间，古太平洋板块向东北陆块俯冲，产生NWSE（北西南东）向的拉张，形成了三十多个断陷，断陷延伸方向多为NNE（北北东）向和NW（北西）向。长岭断陷位于松辽盆地中央断陷区的西南部，断陷层分布面积约7 240 km2，为松辽盆地南部最大的断陷18。长岭断陷可划分为中央凹陷带、西部陡坡带和东部缓坡带3个二级构造单元（图1a）。长岭断陷期主要发育下白垩统火石岭组、沙河子组和营城组地层，主要表现为以沉积充填为主、多旋回火山岩同期叠加及晚期改造的“二元充填”特征19（图2）。研究区查干花次凹位于长岭断陷东部缓坡带，走向近南北，区内断陷层火石岭组、沙河子组和营城组表现为西断东超的箕状结构，基本沿其西部控凹断裂展布。查干花次凹经历了断陷至坳陷的转化。火石岭期为初始拉张断陷阶段，基底断裂较为发育；沉积过程中伴随着控陷断层的强烈活动，形成了大规模的火山岩；火石岭组沉积末期，研究区大范围内抬升剥蚀，形成区域性不整合。火石岭期强烈构造运动和多期次的火山喷发，导致研究区火山活动和沉积活动频繁交替出现。查干花次凹火山喷发环境复杂，水下喷发区位于洼陷带。查干花次凹为长岭断陷烃源区之一，火山岩和烃源岩直接对接，有利于1772024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式油气成藏。近年来，长岭断陷查干花次凹部署的C2、C2-1、C3、C301等探井先后在火石岭组火山岩中获得高产工业气流，揭示了火石岭组巨大的勘探潜力20。2岩性岩相特征查干花次凹火山碎屑岩为浅水射气岩浆喷发成因，爆炸强烈导致研究区火山碎屑粒度较细，缺少火山角砾岩和火山集块岩，发育凝灰岩、沉凝灰岩和凝灰质砂岩3类岩石（图3）。凝灰岩火山碎屑中石英和长石晶屑含量约占 60%，玻屑呈弧形或鸡骨状（图3f），岩屑可见安山岩岩屑和英安岩岩屑，以及燧石岩屑。基质脱玻化程度较高，形成隐晶质长英质矿物集合体。凝灰岩黏土矿物含量平均为 20.78%（图4）。凝灰岩是气携水下火山碎屑流亚相的典型a.长岭断陷构造分区及研究区位置b.研究区井位及火山岩相平面分布c.研究区连井地层剖面图1松辽盆地南部构造位置、地层及火山岩相分布Fig.1Structure location,strata and volcanic facies distribution in southern Songliao Basin1782024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式ddddd1151021241188021 7353009609001 5001001 000厚度/m年龄/Ma地 层系统登娄库组营城组下白垩统白垩系沙河子组 火石岭组石炭系二叠系组岩性玄武岩粗面安山岩安山岩粗面岩流纹岩凝灰岩沉凝灰岩火山角砾岩砂砾岩砂岩粉砂质泥岩泥岩花岗岩变质砂砾岩不整合面岩性，可见火山灰球（图3b）13。沉凝灰岩的岩心呈灰黑色，由于有水体的搬运和沉积作用，层理发育。显微镜下可见具有一定的磨圆度的陆源碎屑沉积物质（图3d，图3i）和泥质条带（图3h）。沉凝灰岩黏土矿物平均含量达32%以上（图4），除凝灰质蚀变产生的黏土矿物外，还有陆源黏土矿物存在（图3）。沉凝灰岩主要发育在水携火山高密度流亚相和水下降落亚相。凝灰质砂岩形成于水下火山喷发间歇期，常与沉凝灰岩互层出现。凝灰质砂岩的火山碎屑物质含量小于50%，火山碎屑主要为长石晶屑，碎屑颗粒磨圆较好（图3d）。根据取心段岩心观察，薄片鉴定以及测试分析，参考单玄龙等13提出的岩相分类标准，完成单井综合柱状图（图5）。3储层特征根据岩心描述、铸体薄片观察，研究区水下喷发火山碎屑岩储层致密，原生孔隙不发育，常规铸体薄片孔隙较少，在扫描电镜下可见大量的微纳米级孔隙，大量连片的微孔也能形成研究区火山碎屑岩储集空间，按成因可划分为原生孔隙、次生孔隙、裂缝3类。图2松辽盆地南部地层综合柱状图Fig.2Comprehensive stratigraphic column凝灰岩沉凝灰岩火山灰球低角度裂缝石英石英钾长石钾长石晶屑岩屑泥质条带陆源碎屑岩屑玻屑石英方解石水平层理a2 cmbcdefghi2 cm2 cm2 cm200 m500 m500 m200 m500 m图3查干花次凹火石岭组火山岩岩石学特征Fig.3Petrological characteristics of volcanic rocks ofHuoshiling Formation in Chaganhua Subsag注：a.细粒凝灰岩、沉凝灰岩，层理发育；b.粗粒凝灰岩；c.粗粒岩屑晶屑凝灰岩；d.凝灰质砂岩，碎屑颗粒磨圆较好；e.细粒凝灰岩；f.粗粒晶屑玻屑凝灰岩；g.粗粒岩屑晶屑凝灰岩；h.沉凝灰岩，泥质条带发育；i.凝灰质砂岩，方解石胶结。图4不同岩性黏土矿物含量Fig.4Clay mineral content in different lithologies1792024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式3.1储集空间特征3.1.1原生孔隙（脱玻化孔）凝灰岩中火山玻璃含量高，后期温压的变化会导致脱玻化作用发生21-22。火山碎屑岩组分以晶屑、玻屑为主。晶屑主要含有石英和钠长石；玻屑主要由长英质矿物组成，其热力学性质不稳定，易于发生脱玻化作用。当有水介质存在时，经水解脱玻化，发生玻璃质的溶解-沉淀、重结晶、金属离子的迁移转化等一系列地球化学作用。当形成新矿物时，其体积减小，导致在不同矿物之间形成大量的微孔隙。脱玻化微孔数量大，不仅能够形成较好的储集空间，还能够在一定程度上促进流体运移23。脱玻化孔占凝灰岩中所有类型孔隙的70%左右（图6f）。图5C301井单井综合柱状图Fig.5Single well comprehensive columnar of Well-C301050900.0011000100501.82.81804301010 0001010 000-100100202203 9004 0004 1004 2004 3004 4004 500地层岩性界系统组中生界白垩系下白垩统火石岭组深度/m自然伽马/API声波时差/(s/m)补偿密度/(g/cm3)补偿中子/%有效孔隙度/%有效渗透率/10-3 m2有效裂缝/()岩相水下爆发相爆发相爆发相爆发相爆发相爆发相爆发相溢流相火山沉积相火山沉积相火山沉积相火山沉积相火山沉积相裂缝密度/m-1深侧向电阻率/(m)浅侧向电阻率/(m)自然电位/mV凝灰岩安山岩含气1802024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式3.1.2次生孔隙1）溶蚀孔查干花次凹火石岭组火山碎屑岩和上覆营城组烃源岩直接对接，埋藏过程中产生的有机酸以及深部热液对不稳定矿物的溶蚀是研究区产生溶蚀孔的主要原因，基质溶蚀孔主要发育在火山灰中。查干花次凹火石岭组火山碎屑岩中发育的粒内孔隙主要有长石溶蚀孔。火山玻璃脱玻化形成的铝硅酸盐等矿物在酸性流体的作用下易于溶蚀，形成溶蚀孔隙，或者在脱玻化孔或蚀变孔的基础上，进一步溶蚀产生的溶蚀孔（图6b、图6d），所以，研究区所观察到的孔隙多为脱玻化孔和溶蚀孔的组合。2）晶间微孔晶间孔主要是黏土矿物晶间孔和少量自生黄铁矿晶间孔。研究区火山碎屑岩黏土矿物成分主要为绿泥石，绿泥石叶片之间发育晶间微孔，长度几十纳米至几微米不等（图6g，图6h）。沉凝灰岩中黏土矿物含量最高，黏土矿物晶间孔发育。草莓状黄铁矿晶体之间也有很多微孔，一般为多边形状，直径介于202 000 nm（图6i），但黄铁矿含量较少，不是主要的储集空间。3.1.3裂缝研究区裂缝种类较多，发育受构造应力作用产生的构造缝以及受溶蚀作用改造形成溶蚀缝，沿裂缝常见溶蚀孔发育（图6d）。研究区裂缝所形成的总孔隙度小于1%，构成的储集空间很小，对孔隙度的图6查干花次凹火石岭组火山碎屑岩储集空间类型Fig.6Reservoir space types of pyroclastic rocks in Huoshiling Formation of Chaganhua Subsag注：MDp为基质溶蚀孔；IDp为粒内溶蚀孔；ICp为晶间孔；DVp为脱玻化孔；SF为构造裂缝；Qtz为石英；Ab为钠长石；Afs为碱性长石；Kfs为钾长石；Ill为伊利石；Chl为绿泥石；Lau为浊沸石；Vit为玻屑；Ch1为绿泥石；Lau为浊沸石；Det为岩屑；Py为黄铁矿。AbQtzPyIllChlLau Kfs Vit Kfs Det AfsMDpMDp IDp DVp SF Dp ICp ICp ICp 500 m200 m100 m 5 m 5 m 10 m 5 m 10 m 5 ma.基质溶蚀孔，C301井，4 047.85 mb.基质溶蚀孔，C3井，4 627.40 mc.构造溶蚀缝，YS3井，4 159.37 md.基质溶蚀孔沿裂缝溶蚀强烈，C3井，4 625.08 me.长石粒内溶孔，C2-1井，4 513.85 mf.脱玻化孔，C2-3井，4 273.40 mg.黏土矿物晶间孔，C3井，4 624.80 mh.溶蚀孔，C301井，4 047.58 mi.黄铁矿晶间孔，C2-1井，4 644.28 m1812024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式影响不大，但裂缝的存在可以连通孤立的孔隙，使得储层渗透率得到改善。研究区的裂缝可以按照形成原因分为构造缝、溶蚀缝。受多期构造活动影响，研究区火山岩发育多期构造裂缝，构造裂缝的形态较为平直，延伸范围大，溶蚀缝是通过地表流体和地层流体的溶蚀作用使原有裂缝进一步扩大；原生裂缝中充填的方解石、沸石等易溶矿物也会发生溶蚀，从而形成充填-溶蚀缝（图 6c）。裂缝既是火山岩储层中重要的储集空间，也是流体渗流通道。3.2储层物性特征研究选取了 77块岩样进行孔隙度和渗透率测试，分析结果显示孔隙度介于0.15%8.23%，平均值为2.43%（图7a）；渗透率分布介于（0.00112.174 0）10-3m2，平均值为 0.07410-3m2（图 7b）。储层物性与岩性关系密切，粗粒凝灰岩和凝灰质砂岩孔隙度一般大于2%，而绝大多数沉凝灰岩孔隙度都小于2%，不同岩性储层渗透率差异不大，且孔隙度与渗透率相关性也不大。不同岩性火山岩储层物性差异较大，主要的储集空间类型也不同，而且同一岩性的物性分布范围比较广，说明岩性是控制储层分布的重要因素，除岩性之外，储层物性仍受其他因素影响。按照石油天然气行业标准 油气储层评价方法：SY/T 62852011 的储层划分标准，查干花次凹火石岭组火山碎屑岩储层为低孔-低渗型储层。3.3储层微观孔隙结构特征凝灰岩储层（C2-3井4 224.10 m、C2井4 418.00 m、C3井 4 442.94 m）储集空间主要为溶蚀孔和脱玻化孔，其毛管压力曲线几乎无平台，斜坡状，说明岩心内孔隙结构复杂，分选性较差（图8a）。孔径分布集图7孔隙度和渗透率直方图Fig.7Porosity permeability histograma.孔隙度直方图b.渗透率直方图图8高压压汞曲线及孔径分布Fig.8Characteristics of high pressure mercury intrusion curve and pore size distribution curvea.高压压汞曲线b.孔径分布1822024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式中介于100 nm20 m，孔喉半径中值为0.013 m，孔隙以偏粗孔隙为主，整体属于微米级（图8b）。排驱压力介于8.25913.772 MPa，汞饱和度中值压力介于54.58170.83 MPa，最大进汞饱和度较高，岩心退汞效率平均为29.57%，这是由于储层孔隙结构复杂，孔隙与喉道分布差异显著，大量孔隙中的滞留汞是由于小孔的屏蔽效应所造成。根据氮气吸附曲线滞环分类24，滞后回环形状主要属于H2型和H3型之间（图9a图9d），说明这些样品的纳米级孔隙空间既存在微型球状孔隙，也存在一些狭长的孔隙或裂缝，凝灰岩火山玻璃含量高，在脱玻化作用下易形成纳米级的脱玻化孔，形状类似球状孔隙，在溶蚀作用下，产生矿物溶蚀的解理缝以及黏土矿物晶间孔可形成狭缝状的孔隙。粗粒凝灰岩孔隙体积较大，但孔隙数量相对较小，表明存在孔径较大的溶蚀孔隙和粒间孔，黏土矿物的滋生使孔径偏大的粒间孔分割成多个微孔，在黏土矿物富集的部分孔径骤然减小，可形成“墨水瓶”状孔隙组合。沉凝灰岩（C2井4 777.56 m）毛管压力曲线为陡坡状，孔径分选较差，细孔隙极细孔隙为主，孔径分布集中介于440 nm，且连通性一般（图8）。孔隙类型主要介于H3和H4之间（图9f），部分可归属于H4型，黏土矿物含量较高，平均可达43.5%，易于形成黏土矿物晶间孔，表现为狭缝型。凝灰质砂岩（C301 井 4 086.54 m）高压压汞曲线特征与沉凝灰岩类似，孔隙分布为细歪度，分选较差（图8）。凝灰质砂岩滞后回环特征与凝灰岩类似，属于H3型，吸附曲线较陡峭，但脱附曲线与吸附曲线相对平行，滞后回环面积较小，表征狭长的孔隙结构（图9h），如绿泥石晶层之间的孔隙。4讨论4.1水下喷发不同类型储层物性差异产生的原因通过铸体薄片、扫描电镜面孔率分析，结合孔隙度渗透率测定，发现凝灰岩是最有利储层，并且火山碎屑颗粒粒度越粗物性越好，孔隙规模、孔径大小、孔隙丰度等方面也逐渐变大；其次是凝灰质砂岩；沉凝灰岩储层物性最差（图10）。火山岩的矿物组成与孔隙度密切相关，总的来看，孔隙度与长石含量正相关(图11a），与黏土矿物含量与负相关（图11b）。凝灰岩面孔率高，孔隙类型以脱玻化孔和溶蚀孔为主。火山灰脱玻化作用后在酸性地层水溶蚀下，易形成次生溶蚀孔隙，其自身脱玻化和重结晶作用也会导致晶间孔隙发育，使储层孔隙度提高。粗粒凝灰岩比细粒凝灰岩长石含量更高，黏土矿物含图9氮气吸附实验等温吸附曲线Fig.9Isothermal adsorption curve of nitrogen adsorption experiment2468102468104812162000.20.4相对压力/MPa吸附量/(cm3/g)吸附量/(cm3/g)吸附量/(cm3/g)吸附曲线脱附曲线吸附曲线脱附曲线吸附曲线脱附曲线吸附曲线脱附曲线吸附曲线脱附曲线0.60.81.00246810吸附量/(cm3/g)0246810吸附量/(cm3/g)00.20.4相对压力/MPa0.60.81.00.20.4相对压力/MPa0.60.81.0吸附曲线脱附曲线246810吸附量/(cm3/g)00.20.4相对压力/MPa0.60.81.0吸附曲线脱附曲线246810吸附量/(cm3/g)00.20.4相对压力/MPa0.60.81.0吸附曲线脱附曲线246810吸附量/(cm3/g)00.20.4相对压力/MPa0.60.81.000.20.4相对压力/MPa0.60.81.000.20.4相对压力/MPa0.60.81.0a.C2-3井，4 224.10 m，粗粒含角砾晶屑凝灰岩b.C2井，4 418.00 m，粗粒岩屑晶屑凝灰岩c.C3井，4 625.80 m，中粒玻屑晶屑凝灰岩d.C301井，4 431.60 m，细粒晶屑凝灰岩e.C2井，4 568.52 m，沉凝灰岩f.C2井，4 777.56 m，沉凝灰岩g.C3井，4 527.82 m，凝灰质砂岩h.C301井，4 086.70 m，凝灰质砂岩1832024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式量更低，为溶蚀作用提供良好的物质基础，且粗粒凝灰岩碎屑颗粒骨架的支撑有利于形成较好的孔隙空间，所以研究区粗粒凝灰岩储层物性更好。沉凝灰岩长石含量较低，黏土矿物含量平均达32.27%，除凝灰质蚀变产生的黏土矿物外，还有陆源黏土矿物存在，储集空间以黏土矿物晶间孔为主，泥质成分会充填孔隙，降低储层渗透率，导致储集性能变差。凝灰质砂岩长石含量高，黏土矿物含量低，且发育少量浊沸石，长石、岩屑溶蚀形成次生溶蚀孔隙，储集性能较好，但由于凝灰质成分含量低，脱玻化孔不发育，物性不如凝灰岩好。4.2水下喷发不同类型储层形成机制水下喷发火山碎屑岩由于火山玻璃等不稳定组分含量多，且通常为近源快速堆积，受构造活动和地层流体影响，导致火山碎屑岩储层表现出与沉积岩不同的特征。影响查干花次凹火石岭组火山碎屑岩储层的成储机制最重要的是脱玻化作用、溶蚀作用和构造运动。4.2.1火山灰脱玻化作用研究区火石岭组火山碎屑岩组分以晶屑、玻屑为主，晶屑成分主要为石英和钠长石，玻屑热力学性质极不稳定，火山玻璃容易转化成晶体，即发生脱玻化作用。脱玻化作用过程中，玻屑发生结晶作用，体积会收缩，微孔隙就会在这一系列过程中形成，进而发育脱玻化孔。脱玻化作用形成数量较多的微孔，因此，总体孔隙度相对较大，储集性能得到改善。研究区C3井的岩石薄片在光学显微镜下可以观察到脱玻化作用产生的细小晶体物质，在正交光下呈现星点状（图4）。在扫描电镜下可以观察到由于脱玻化作用而产生的细小的石英晶体（图6f）。4.2.2溶蚀作用研究区火石岭组火山碎屑岩长石和凝灰质含量较高，为溶蚀作用提供了物质基础。岩石为水下喷发堆积形成，处于水下还原环境未接受大气淡水淋滤，因此，引起研究区溶蚀作用的流体主要为有机酸。对研究区部分火山碎屑岩储层中方解石胶结物碳、氧同位素进行测试分析，根据碳、氧同位素的特征判定，查干花次凹的火山碎屑岩样品数据均表现为成岩过程受有机质氧化分解作用影响18。与有机酸脱羧作用有关的方解石均以结晶颗粒粗大并交代其他矿物或碎屑为标志，研究区也符合这一特征。查干花次凹火石岭组火山岩紧邻烃源岩，烃源岩产生的有机酸可沿不整合面、断裂进入火山岩内部。研究区火石岭组地层埋深一般介于3 9005 000 m，黏土矿物X射线衍射结果表明：研究区黏土矿物中伊/蒙混层矿物主要为伊利石，伊/蒙间层比10%，并且扫图10不同岩性面孔率Fig.10Plane porosity of different lithology图11长石和黏土矿物与孔隙度交汇图Fig.11Intersection diagram of feldspar and clay minerals and porosity1842024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式描电镜下可见伊蒙混层、绿泥石18。因此，研究区黏土矿物重结晶和演化程度较高，成岩作用阶段已进入深埋阶段21-22。伴随着黏土矿物的演化，黏土矿物排除孔隙水、层间水，脂肪酸形成长链烷烃进而形成石油烃，在有机质生烃过程中会产生大量的有机酸和 CO2。大量有机酸和 CO2的存在使地层水呈酸性。扫描电镜和薄片下见长石颗粒内及裂缝发生一定溶蚀（图 6d）。由于胶结作用主要发生在成岩中晚期，因此，碳酸盐岩胶结物的溶蚀作用不明显。火山玻璃脱玻化形成的铝硅酸盐矿物也易于被有机酸溶蚀，有机酸可以有效地络合金属阳离子，使其吸附到矿物表面，促进矿物的溶解速度。凝灰质溶蚀形成次生孔隙的原因是有机酸可以增加铝的活度，与铝结合形成有机络合物被流体带走，从而产生次生孔隙。4.2.3裂缝发育程度火石岭组沉积时期对应断陷期的快速伸展阶段。长岭断陷发北北东向、北北西向、近南北向等多个方向断层，沿断层形成裂缝发育带23。断裂沟通储层和烃源岩，影响油气运移和地层流体运移。在构造裂缝附近，地层流体流通性更好，为深部热液等流体与岩石的相互作用提供空间，使火山碎屑岩中的不稳定组分更易溶蚀，导致次生孔隙和溶蚀缝发育，溶蚀孔沿裂缝分布（图 6c），提高储集体储集性能。运用研究区5口火山碎屑岩取心井成像测井资料来分析裂缝对储层的影响，总体表现为相同岩性火山碎屑岩裂缝密度越大，储层物性越好。以C301井为例，裂缝密度和孔隙度、渗透率相关性较好（图5）。C301井位于深大断裂附近（图1b，图12g），构造裂缝发育，总体上储层物性优于C2-1井和C2-3井。成像测井正弦曲线显示裂缝发育，对应的岩心裂缝发育（图12a图12f）。4.3水下喷发不同类型储层形成和演化过程研究区火山碎屑岩孔隙度演化可划分为3个阶段：正常压实导致的孔隙度降低阶段，脱玻化和溶蚀作用导致的孔隙度增加阶段，构造抬升后孔隙度稳定阶段。从埋藏史和热演化史来看，这 3个阶段分别发生在登娄库组之前、登楼库组至四方台组之间和四方台组之后。在尚未发生油气充注前，在上覆水或沉积物的荷载作用下，火石岭组火山碎屑岩受压实作用影响会释放孔隙流体，储层原生孔隙度逐渐减小25-28。但由于脱玻化和溶蚀作用，会使总孔隙度增加。进入埋藏-成岩作用阶段后脱玻化、溶蚀作用造成的孔隙度增加量和压实作用造成的孔隙度减小量相当，凝灰岩孔隙度随深度增减变化不大。温度升高、压力增加及水下沉积环境有利于脱玻化。水下火山岩喷出后被埋于地下，受上覆地层静压力及构造应力作用影响，均有利于脱玻化作用的发生。加以火山热液等影响，又有一定的温度及水分，水为活动组分，可增加玻璃质中质点运动，缺乏水分脱玻化作用无法持续进行。构造裂缝发育处水易于活动、赋存，也利于脱玻化进行18。由不同岩相的孔隙结构特征差异可知，相带决定了岩石的粒径分布、矿物含量、岩性组合等岩石学基本特征，奠定了火山碎屑岩层孔隙演化的基础。凝灰质砂岩受压实作用影响最为强烈，其次是粗粒凝灰岩，细粒凝灰岩和沉凝灰岩成岩阶段就较为致密，受压实影响较小。长石类矿物的溶蚀滞后于凝灰质，溶出速率也低于凝灰质，沉凝灰岩黏土矿物含量高，易溶物质少。因此，研究区凝灰岩溶蚀作用强于凝灰质砂岩和沉凝灰岩，溶蚀孔缝更发育，物性更好。并且粗粒凝灰岩粒度粗，存在原生粒间孔，粒间孔发生矿物充填可以抵消一部分压实作用，后期受溶蚀作用影响充填矿物溶蚀，形成次生孔隙（图13）。4.4储集空间发育规律由于水下沉积火山岩储集空间类型较为单一，因此，烃源岩演化过程中释放的有机酸通过溶蚀火山物质形成的溶蚀孔是重要储集空间，可形成较大规模的有效孔隙。除有机酸溶蚀外，研究区埋藏成岩作用阶段深大断裂发育，产生大量裂缝，沟通溶蚀孔隙。研究表明火山岩储层的分布受到火山机构相带的控制，有利储层通常位于复合火山机构的近源相带。近源相带具有颗粒粗、分选差、堆积杂乱和火山碎屑含量高特征；远源相带具有颗粒细、分选好、层理发育和较高含量地再搬运火山碎屑颗粒的特征29-30。相带控制有利储层的展布范围，不同相带岩性不同，与水相互作用程度不同，导致不同相带的储层差异较大，近源相带的孔隙度和渗透率值要高于1852024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式图12C301井裂缝发育特征Fig.12Fracture development characteristics of Well-C301g.研究区BB地震剖面特征（剖面位置见图1b）12b基底火石岭组顶面营城组顶面2 0004 037 m动态图像4 041 m4 042 m4 046 m4 047 m4 051 m地震双程反射时间/ms2 500C2-1井C2-3井C301井NNNN0 180 360NS动态图像0 180 360S动态图像0 180 360SNBB12d12f2cm2cma.成像测井动态图像，4 0374 041 mb.岩心，4 039.584 039.70 mc.成像测井动态图像，4 0424046 md.岩心，4 042.884 043.13 me.成像测井动态图像，4 0474 051 mf.岩心，4 048.204 050.00 m远源相带。近源相带气携水下火山碎屑流亚相粗粒凝灰岩储层火山玻璃含量高，脱玻化孔发育，且易于形成溶蚀孔隙，是重要的储集空间。水下沉积火山岩基本不发育原生孔隙，因此，有机酸溶蚀所形成的溶蚀孔对火山岩储层至关重要，可形成较大规模的有效孔隙。除有机酸溶蚀外，研究区深大断裂发育，沿断裂运移的深部热液也能促进溶蚀作用发生（图14）。1862024年第14卷 第2期任宪军，等.陆相湖盆水下喷发火山岩储层特征及发育模式图13查干花次凹火石岭组火山碎屑岩孔隙演化模式Fig.13Pore evolution model of pyroclastic rock in Huoshiling Formation of Chaganhua Subsag石英原生粒间孔脱玻化孔石英次生加大边岩屑溶蚀缝玻屑火山灰晶屑陆源碎屑泥质条带溶蚀孔充填矿物钾长石黏土矿物斜长石体积减小压实前体积压实后体积岩性细 粒 凝 灰 岩冷却成岩作用阶段+岩浆期后热液作用阶段粗 粒 凝 灰 岩早成岩作用阶段中成岩作用阶段晚成岩作用阶段沉凝灰质砂岩凝 灰 岩5结论1）火山碎屑岩储层致密，原生孔隙不发育，储集空间主要由脱玻化孔、溶蚀孔和黏土矿物晶间孔等次生孔隙构成。凝灰岩火山灰和玻屑含量高，脱玻化孔构成了研究区火山碎屑岩储层主要储集空间，受溶蚀作用影响也发育溶蚀孔和黏土矿物晶间孔等；沉凝灰岩黏土矿