渤海灣盆地歧口凹陷中新生代火成巖儲層特征

郭永峰，羅靜蘭，劉化清，李雙文，姚 軍

(1.大陸動力學教育部重點實驗室 西北大學，陜西 西安 710069; 2.陜西省地勘局西安地質礦產勘查開發院，陜西 西安 710061; 3.中油勘探開發研究院，甘肅 蘭州 730020)

渤海灣盆地歧口凹陷中新生代火成巖儲層特征

郭永峰1，2，羅靜蘭1，劉化清3，李雙文3，姚 軍3

(1.大陸動力學教育部重點實驗室 西北大學，陜西 西安 710069; 2.陜西省地勘局西安地質礦產勘查開發院，陜西 西安 710061; 3.中油勘探開發研究院，甘肅 蘭州 730020)

在巖心觀察基礎上，根據大量常規薄片與鑄體薄片的鑒定與統計，通過孔隙度與滲透率測定等手段，對歧口凹陷中新生代火成巖儲層的巖石類型、儲集空間類型、物性特征等進行了詳細研究，同時對火成巖儲層發育的主控因素進行了闡述和分析。結果表明:歧口凹陷中新生代火成巖可分為6大類20余種火成巖巖石類型;其中，以安山巖和玄武巖類物性最好，其次為輝綠巖和凝灰巖，英安巖最差;火成巖儲層的形成與儲集性能的改善主要與構造作用、風化淋濾作用、溶蝕作用、蝕變作用有關。

儲層特征;儲集空間類型;火成巖;歧口凹陷;渤海灣盆地

引言

歧口凹陷位于天津市以南、黃驊市以北、滄州市以東直至渤海灣海域。構造上位于渤海灣盆地黃驊坳陷的中北部［1］。歧口凹陷是黃驊坳陷中最大、最深的凹陷，其石油資源量占黃驊坳陷資源量的62%，氣資源量占 63%，海陸面積為 3 835 km2［2］。按照構造單元可分為歧南凹陷、歧北凹陷、歧口主凹陷以及南大港潛山構造帶和北大港潛山構造帶。區內中新生代巖漿活動強烈，火成巖呈多層系產出、大范圍分布［3］。從空間展布來看，火成巖分布嚴格受構造斷裂控制，在不同方向斷裂的交匯處或大斷裂的分支處最為發育，這說明大斷裂是巖漿來源的通道［4］。目前看來，大多數火成巖具有較好的儲集能力，并多分布于有效生油范圍的二級構造帶或斜坡帶上，具有良好的供油及圈閉條件，已成為勘探的重要對象之一［5］。

1 歧口凹陷火成巖巖石類型

1.1 火山熔巖類

歧口凹陷新生界火山熔巖類以玄武巖占絕對優勢，少量安山巖。與新生界火山熔巖相比，中生界火山熔巖的巖石類型較多，包括玄武巖、安山玄武巖、安山巖、英安巖。

玄武巖具有塊狀構造或氣孔－杏仁構造，斑狀結構，斑晶主要為輝石，其次為橄欖石，輝石常發生綠泥石化，橄欖石多發生伊丁石化，斜長石斑晶較少見，基質具拉斑玄武結構。

安山巖多為灰紅色、灰綠色或深灰色，塊狀構造或氣孔－杏仁構造，斑狀結構，可分為中基性輝石安山巖和中性安山巖。輝石安山巖的斑晶主要為斜長石與輝石，少量角閃石;安山巖的斑晶主要為斜長石與角閃石，少量黑云母，兩者的基質均具交織結構或玻基交織結構。

英安巖為塊狀構造，具玻基斑狀結構或無斑隱晶質結構。斑晶以黑云母和斜長石斑晶為主，少量角閃石與石英斑晶，基質多具霏細結構，局部可見球粒結構。

1.2 火山碎屑熔巖類

研究區少量火山角礫熔巖主要分布在新生界，為玄武質火山角礫熔巖，其主要特征是氣孔－杏仁玄武巖角礫被玄武質熔巖膠結。

1.3 火山碎屑巖類

研究區火山碎屑巖主要分布于新生界，巖石類型以火山凝灰巖為主，少量火山角礫巖。

火山角礫巖以新生界的玄武質火山角礫巖為代表，其特征是玄武巖的角礫被凝灰質膠結，其分布局限;火山凝灰巖類型主要為火山塵凝灰巖、少量三屑凝灰巖與熔結玻屑凝灰巖。火山塵凝灰巖呈淺灰色、灰白色、黃綠色，致密塊狀構造，具火山塵凝灰結構，主要由火山塵組成，含少量(3% ～5%)陸源碎屑，火山塵已重結晶為伊利石、蒙脫石等黏土礦物;三屑凝灰巖以玻屑和巖屑為主，可見少量石英和長石晶屑;熔結玻屑凝灰巖具熔結凝灰結構，主要由玻屑(40%)與火山塵組成，少量長石晶屑與硅質巖巖屑，以玻屑呈明顯的定向性為典型特征。

1.4 沉積火山碎屑巖類

沉積火山碎屑巖主要分布在歧口凹陷的新生界地層中，巖石類型包括沉火山角礫巖和沉凝灰巖。

沉火山角礫巖具有沉火山角礫結構，粒徑為2～15 mm，火山碎屑 (60%～80%)包括火山凝灰巖 (30%～45%)、安山巖與玄武巖 (5%～10%)，石英晶屑為3%～5%，長石晶屑為2%～ 3%;陸源碎屑 (20% ～40%)以石英為主(12%～15%)，其次為長石(5%～7%)，少量粉砂質泥巖 (2%～3%)、泥灰巖巖屑 (1%～4%)，石英巖與硅質巖巖屑為2%～3%。填隙物為火山塵與泥質物。

沉凝灰巖具有沉凝灰結構，粒徑為0.1～1.2 mm，以凝灰巖、安山巖、玄武巖巖屑為主，少量石英與長石晶屑。陸源碎屑主要為泥巖、粉砂巖以及石英和長石，填隙物主要為火山塵與泥質物。

1.5 火山碎屑沉積巖類

研究區新生界火山碎屑沉積巖主要分布在新生界地層中，包括凝灰質含礫砂巖、凝灰質砂巖、凝灰質粉砂巖、凝灰質泥巖等。

1.6 淺成侵入巖類

研究區發育的該類巖石為輝綠巖，塊狀構造，輝綠結構，部分輝綠巖蝕變強烈，以長石發生強烈的絹云母化，輝石顆粒以及基質發生強烈的綠泥石化為特征。

2 火成巖儲層主要儲集空間類型

通過巖心和鑄體薄片觀察，歧口凹陷火成巖的儲集空間類型包括原生孔隙與次生孔隙2大類(表1)。

表1 歧口凹陷中新生界火成巖儲層儲集空間類型和特征

其中，原生孔隙主要包括氣孔(圖1a)與殘余 氣孔、火山角礫間孔和原生縫隙。原生縫隙是礦物或巖石由于本身的性質或在冷凝結晶過程中由于體積變化形成的各種縫隙，包括礦物的收縮縫(圖1b)、解理縫、脹裂縫，巖石的節理縫等;次生孔隙包括各種溶蝕孔與縫(圖1c)、構造裂縫(圖1d)。

圖1 歧口凹陷火成巖孔隙類型

3 火成巖儲層的物性特征

根據17口井各類火成巖的130個實測孔隙度與滲透率值的統計顯示，歧口凹陷火成巖的物性可分為5類。

(1)Ⅰ類。孔隙度大于15%，滲透率大于1× 10－3m2，巖性主要安山巖，少量為玄武巖、火山角礫巖、凝灰巖和蝕變輝綠巖。熔巖發育大量氣孔、溶蝕擴大氣孔和杏仁體溶孔，并有裂縫及溶蝕縫將其連通;火山角礫巖、凝灰巖與輝綠巖的裂縫與次生溶孔較發育，屬于該區物性最好的火成巖儲集巖。

(2)Ⅱ類。孔隙度大于15%，滲透率為0.1× 10－3～1.0×10－3μm2，或孔隙度為5% ～15%，滲透率大于1.0×10－3μm2，巖性以玄武巖為主，其次是安山巖、凝灰巖和蝕變輝綠巖，熔巖的原生氣孔較發育，有少量裂縫、次生溶孔及溶蝕縫，物性較好。

(3)Ⅲ類。孔隙度大于15%，但滲透率小于0.1×10－3μm2，巖性主要為安山巖與蝕變輝綠巖，少量為玄武巖及英安巖。其中以蝕變輝綠巖的滲透率相對較高，普遍發育裂縫，巖石蝕變較強，次生溶孔較發育;安山巖的氣孔較發育，但彼此之間的連通性較差，部分發育少量基質次生溶孔，為較差儲層。

(4)Ⅳ類。孔隙度為5%～15%，滲透率小于1×10－3μm2，主要為弱蝕變輝綠巖及玄武巖，少量凝灰巖。其中玄武巖氣孔較發育，故孔隙度較高，但由于巖石蝕變和后期改造作用較弱，故其滲透率低，為差儲層。

(5)Ⅴ類。孔隙度小于5%，滲透率多小于0.1×10－3μm2，主要為未蝕變的輝綠巖，包括少量玄武巖，玄武巖發育少量氣孔，但彼此孤立，為無效孔隙，故為非儲層。

4 儲集性能的影響因素

4.1 巖性和巖相

巖性和巖相是影響火成巖儲集性能的最基本因素，溢流相頂部的熔巖在形成時就發育有大量原生氣孔;爆發相的火山角礫巖、凝灰巖和火山沉積相的沉凝灰巖在形成時也能夠發育原生粒間孔;淺成侵入相的輝綠巖，原生孔隙幾乎不發育。

4.2 不整合面的風化淋濾作用

歧口凹陷的構造格架和沉積充填序列受盆地裂陷構造演化和幕式過程的控制而呈階段性演化［6］。中生代是黃驊坳陷盆地發育階段，受燕山運動的影響，早白堊世后黃驊坳陷整體抬升，形成了中生界與新生界地層之間的區域性不整合面［7］。新生代是黃驊坳陷的主要形成階段，包括了早第三紀的裂陷盆地演化、晚第三紀的坳陷盆地演化2個階段［8］。在此期間發生的多次構造運動分別在孔店組底部、孔店組頂部、沙河街組頂部、東營組頂部、沙三段底部、沙二段底部形成幾個大的不整合面。這些區域不整合面附近的火成巖在表生作用的影響下，易發生破碎、溶蝕等作用，形成裂縫、溶孔等儲集空間。研究區物性較好的火成巖發育區域多數都受到分化淋濾作用的影響。

4.3 蝕變作用

形成于高溫高壓環境的火成巖礦物往往發生次生蝕變，一般而言，基性的輝綠巖與玄武巖最易發生蝕變，中性的安山巖次之，酸性巖最不易發生蝕變。不同的巖性一般發生不同的蝕變類型。基性巖易發生伊丁石化、蛇紋石化、綠泥石化、纖閃石化、鈉黝簾石化;中性巖易發生綠泥石化、鈉黝簾石化、沸石化、硅化、絹云母化、碳酸鹽化;酸性巖易發生石英巖化、硅化、高嶺土化、鈉長石化。火成巖的蝕變一方面使礦物體積膨脹而堵塞孔隙，另一方面使得巖石的密度減小，致密性變差，從而為后期流體的溶蝕作用創造了條件。研究區多數玄武巖、安山巖以及部分輝綠巖均發生了不同程度的蝕變。

4.4 構造作用

構造運動使得許多致密的火山巖產生了裂縫，構造裂縫是改善火成巖物性的有效途徑，火成巖中的構造裂縫不僅使孤立的原生氣孔得以連通，而且也充當了一部分儲集空間，同時也是油氣運移的主要通道。歧口凹陷中新生代主要經歷了印支、燕山、喜馬拉雅等多次構造運動，形成了大量的斷層和裂縫，為火山巖的儲層發育提供了重要的條件。

4.5 次生礦物充填作用

充填作用主要與后生成巖作用階段發生的熱液活動和地下水活動有關［9］。歧口凹陷火成巖中可見各種次生礦物充填微裂隙和原生氣孔，常見的次生礦物主要有綠泥石、方解石和硅質，不同的次生礦物或同一種次生礦物都表現出了多期次充填的特點，如研究區氣孔中充填的綠泥石可分為櫛殼狀綠泥石、細纖維狀綠泥石和較粗纖維狀綠泥石3期，方解石可分為泥晶方解石和亮晶方解石2期。這種多期次、多類型的充填作用會使火成巖的孔隙度和滲透率明顯降低。

4.6 溶蝕作用

火成巖進入深埋階段發生的次生溶蝕作用是形成次生孔隙的主要時期［10］。歧口凹陷中新生界火成巖具備發生次生溶蝕作用的因素:①火成巖以中基性巖為主，主要的造巖礦物為輝石、斜長石和角閃石，穩定性相對較差，容易被酸性地下水溶解而形成次生孔隙，而石英、鉀長石的含量相對較少;②歧口凹陷中新生界經歷了多次構造運動，發生過大規模的構造擠壓和拉伸作用，形成了大量的構造裂縫和微裂縫，為酸性溶液提供了運移、溶蝕的通道，并擴大了溶蝕的空間;③歧口凹陷中新生界，發育了包括沙三段、沙二段、沙一段及東營組4套生油層系，其生油巖的演化程度大都達到了中—高演化階段，可以產生大量的有機酸，為次生溶蝕作用提供了基礎。

5 結 論

(1)歧口凹陷新生界火成巖以玄武質熔巖占絕對優勢，其次是輝綠巖，少量火山碎屑巖、火山碎屑熔巖、沉火山碎屑巖。中生界以中性安山巖、粗面安山巖為主，少量沉積火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖。

(2)研究區中新生界火成巖原生孔隙主要為氣孔和殘余氣孔，次生孔隙主要為斑晶溶孔、基質溶孔和構造裂縫。

(3)研究區各巖石類型其儲集性能差別較大，非均質性強。總體上來說，安山巖和玄武巖物性最好，其次為輝綠巖和凝灰巖，英安巖物性最差。

(4)構造作用、風化淋濾作用、溶蝕作用對儲層的改善作用非常明顯，充填作用主要對儲層的發育起破壞作用。蝕變作用一方面會堵塞孔隙破壞儲層，另一方面為后期流體的溶蝕作用創造了條件。

［1］張紹輝，王振升，劉玉梅，等.歧口凹陷火成巖巖相與儲集空間特征研究［J］.天然氣地球科學，2010，21 (4):572－577.

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編輯 黃華彪

TE122.2

A

1006－6535(2012)04－0033－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.009

20111130;改回日期:20120108

國家科技重大專項“北疆、松遼盆地南部火山巖儲層成巖作用與有利儲層分布預測”(2011ZX05001－002－008)

郭永峰(1987－)，男，2009年畢業于西北大學地質學專業，現為該校巖石學、礦物學、礦床學專業在讀碩士研究生，主要從事火山巖油氣藏研究工作。