松遼盆地北部徐家圍子斷陷營城組火山巖儲層物性特征及孔隙演化

劉世超

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163000）

松遼盆地徐家圍子斷陷是大慶油田主要的天然氣勘探區，經過近幾年的勘探開發，發現大量天然氣藏，顯示了良好的火山巖儲層勘探前景[1]。徐家圍子斷陷深層天然氣大多儲藏于火山巖中，不同于中淺層的碎屑巖儲層，火山巖巖性復雜，物性變化大、儲層非均質性嚴重，且裂隙大量發育，這些因素制約了該地區深層天然勘探效果[2]。因此，加強對徐家圍子斷陷火山巖儲層物性研究，厘清火山巖儲層孔隙演化機制，對火山巖儲層評價與預測具有重要意義。

1 地質概況

徐家圍子地處松遼盆地北部，徐家圍子斷陷由徐西、徐中2條邊界斷裂控制形成箕狀構造，經歷了3個構造演化階段，營城組沉積時期是斷陷的萎縮階段，此時構造運動以陸內擠壓作用為主[3]。

營城組地層是受斷陷控制的沉積層，自上而下分為4段，巖性特征為：營一段主要為酸性火山巖，常見流紋巖、灰色、紫紅色凝灰巖等；營二段以黑灰色粉砂質泥巖、雜色、灰色砂礫巖為主，可見少量煤層；營三段主要為安山巖、安山質玄武巖等中性火山巖；營四段以灰褐色砂質泥巖、灰白色砂礫巖為主。

2 徐家圍子斷陷營城組火山巖發育特征

徐家圍子斷陷發育大量火山巖，既有巖漿上涌侵入地殼薄弱地帶形成的侵入巖，也有巖漿上涌噴出地表形成的噴出巖。在地質歷史上，徐家圍子斷陷營城組發生了營一段、營三段2次大規模火山活動，火山活動間歇期地質沉積作用形成了營二段、營四段含火山角礫的三角洲沉積，最終形成的營城組地層營一段、營三段以火山巖為主，營四段以砂礫巖為主[4]。其中，營一段巖性以酸性火山巖為主，如流紋巖、英安巖、流紋質火山碎屑巖等；營三段巖性以中、基性火山巖為主，發育少量的酸性火山巖，常見的火山巖有安山巖、玄武巖、安山質玄武巖、火山碎屑巖等。為了了解徐家圍子斷陷營城組不同火山巖分布狀況，收集了區內56口已完鉆井巖性剖面數據，統計了營一段、營三段火山巖類型及各巖性占比情況，具體結果如圖1所示，結果表明，流紋巖占比最大，為47%，其次為凝灰巖16%，火山角礫巖占10%左右，剩余火山巖含量均小于10%，含量有多到少依次為玄武巖、安山巖、粗面巖、英安巖、閃長玢巖。

3 營城組火山巖儲集空間

松遼盆地徐家圍子斷陷營城組火山巖儲層儲集空間主要有：氣孔、氣孔充填后殘余孔、杏仁體內孔、球粒流紋巖脫玻化孔、硅鋁酸鹽礦物溶蝕孔、火山灰溶蝕孔、碳酸鹽溶蝕孔、裂縫及微裂縫等。

圖1 營城組火山巖分布情況

（1）火山灰溶蝕孔。營城組地層中發育大量火山巖，火山灰溶蝕孔洞是該儲層中重要的儲集空間，火山灰溶蝕孔主要發育在流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖等巖石中，通常能夠形成大量的微小孔隙，由于孔隙大量發育，且孔隙間連通性較好，形成的儲層物性較好，特別是當火山灰溶蝕劇烈時，能夠形成較大的溶洞，此時形成儲層的儲集空間大，形成的儲層較好。

（2）氣孔、氣孔充填后殘余孔、杏仁體內孔。這類孔隙形成于巖漿噴出地面后快速冷卻過程中，由于氣體沒有及時逸出，被冷卻的巖漿包裹后形成氣孔，在后期成巖作用過程中，部分氣孔會被充填，充填不完全時形成殘余孔，充填物在后期流體作用下會發生溶蝕，形成的孔隙即為杏仁體內孔，杏仁體內孔形態不規則、個體差別大、分布不均勻，孔隙邊緣常發育石英、鈉長石等礦物，這類孔隙常發育在球粒流紋巖或流紋巖中。球粒流紋巖中氣孔不發育鈉長石、石英等礦物時，能夠形成較大的原生孔隙。在熔結凝灰巖中也會發育氣孔或殘余孔。在集塊巖、火山角礫巖中，也會發育氣孔及杏仁體內孔。

（3）球粒流紋巖脫玻化產生的孔隙。球粒流紋巖基質為球粒結構，斑晶為石英或長石，常為斑狀結構，流紋構造或氣孔構造。當球粒流紋巖中玻璃質發生脫玻化后，形成石英和長石等礦物，由于石英和長石等礦物密度大于流紋質玻璃，導致體積縮小，從而形成微孔隙，此外，形成的長石在成巖流體作用下會發生溶蝕，形成次生孔隙，溶蝕形成的次生孔隙一般為微孔隙。

（4）硅鋁酸鹽礦物溶蝕孔。火山巖中發育大量的長石礦物（硅鋁酸鹽礦物），如長石斑晶、晶屑等，在酸性成巖介質作用下，長石礦物會發生溶解，從而形成溶蝕孔隙，這類孔隙通常沿著解理縫發育，保留了長石礦物的主體，孔隙形態通常不規則，孔隙雖然微小，但發育量大，且連通性較好，能夠形成較好的儲集空間。

（5）碳酸鹽巖溶蝕孔。營城組火山巖中存在部分碳酸鹽礦物，如方解石，菱鐵礦等，這類碳酸鹽礦物通常在火山巖形成后生成，堵塞了早期形成的孔隙，使得儲層儲集性能降低，晚期在酸性流體作用下，碳酸鹽巖礦物發生溶解，提高了儲層的儲集性能。

（6）裂縫及微裂縫。研究區營城組地層地質歷史上構造活動頻繁，巖石受到構造應力作用后形成大量縱橫交錯的裂縫，這些裂縫早期的被成巖礦物充填，晚期的沒有被充填，這些裂縫不但具有較大空間，還能連通孤立的孔、洞，使得儲層儲集性能大大增強。

4 火山巖儲層物性特征

4.1 營城組巖性與物性關系

為了系統分析徐家圍子斷陷營城組儲層巖石物性，對營城組常見巖性進行了識別，挑選了流紋巖、球粒流紋巖、氣孔流紋巖、角礫巖、角礫熔巖、熔結凝灰巖、凝灰巖、晶屑凝灰巖、含角礫晶屑凝灰巖、集塊巖代表性樣品，進行孔隙度與滲透率測定，結果如表1所示，不同巖性火山巖物性測量結果如圖2、圖3所示，流紋巖和熔結凝灰巖的孔隙度、滲透率均高于其它巖性，反映巖石物性較好；凝灰巖和角礫熔巖孔隙度、滲透率均較低，反映物性較差。

表1 營城組火山巖巖石物性

圖2 徐家圍子斷陷營城組火山巖巖性與孔隙度關系

圖3 徐家圍子斷陷營城組火山巖巖性與滲透率關系

4.2 營城組火山巖孔隙度、滲透率平面變化特征

（1）升平地區。通過對升平地區已鉆井營城組地層巖性孔隙度數據進行分析，升平地區火山巖孔隙度介于0.1%～24.3%之間，孔隙度集中分布在4%～14%之間，如圖4所示，同時分別統計了流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖等孔隙度分布情況，結果表明，流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖孔隙度大多小于10%，流紋巖孔隙度大于10%。

統計了升平地區火山巖滲透率分布情況，如圖5所示，滲透率介于（0.01～52.8）×10-3μm之間，主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之間，且滲透率大小與孔隙度大小有一定的對應關系，即孔隙度大的巖石滲透率也較大。同時分析了流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖代表性巖性的滲透率分布情況，結果表明，流紋巖、流紋質火山角礫巖滲透率大于1×10-3μm。

圖4 升平地區火山巖孔隙度分布情況

圖5 升平地區火山巖滲透率分布情況

由以上對比分析，升平地區營城組流紋巖孔隙度與滲透率均較好。

（2）興城地區。統計了興城地區已鉆井營城組地層火山巖孔隙度分布情況，如圖6所示，孔隙度分布在0.3%～19.2%之間，集中在2%～11%之間，同時，分別統計了流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖等孔隙度分布情況，其中，流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖孔隙度大于10%，其它火山巖孔隙度小于10%。

興城地區火山巖滲透率分布情況如圖7所示，經統計火山巖滲透率變化介于（0.001～21）×10-3μm2之間，集中分布在（0.01～1）×10-3μm2，此外，按不同巖性，分別統計了流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖、流紋質火山角礫巖代表性巖性的滲透率分布情況，結果表明，滲透率大于11×10-3μm2的火山巖主要有流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、集塊巖和流紋質凝灰巖等。

綜合分析興城地區火山巖孔隙度和滲透率情況，流紋巖、流紋質凝灰巖、流紋質熔結凝灰巖孔隙度和滲透率均較好。

5 孔隙演化

圖6 興城地區火山巖孔隙度分布情況

圖7 興城地區火山巖滲透率分布情況

徐家圍子斷陷營城組火山巖早期形成后含有大量氣孔、裂隙等空間，火山巖在后期沉積作用下被覆蓋，其中的氣孔、裂隙等是很好的通道，使得火山巖在埋藏氣孔下發生溶蝕作用[5]。

（1）火山熔巖孔隙演化。徐家圍子斷陷營城組沉積時期火山活動頻繁，高溫巖漿噴出地表后由于溫度、壓力降低，發生了冷凝收縮、重力分異、脫玻化等物理化學作用，形成的火山巖發育大量氣孔、脫玻化孔隙和裂縫等，此外由于徐家圍子斷陷在營城組沉積時期發生擠壓作用，火山巖體發生形變，發育大量的剪切裂隙。

（2）火山碎屑巖孔隙演化。火山碎屑巖為火山作用下各種堆積物壓實固結形成的巖石，巖性介于火山熔巖和沉積巖，在地表暴露時受到表生成巖作用影響，在埋藏條件下易發生溶蝕作用。營城組火山碎屑巖形成初期，發育大量氣孔和礫間孔，后在表生沉積作用下，火山碎屑巖在上覆地層壓力作用下，原生孔隙大量消失，火山巖孔隙度降低。隨著火山巖埋藏加深，地層中流體溶蝕火山碎屑巖中的粘土礦物，形成次生孔隙，對儲層儲集空間有一定的改善作用。

6 結論

(1)徐家圍子斷陷營城組不同火山巖分布狀況研究表明，流紋巖占比最大達47%，其次為凝灰巖16%，火山角礫巖占10%左右，剩余火山巖含量均小于10%。

(2)徐家圍子斷陷營城組火山巖儲層中流紋巖和熔結凝灰巖的孔隙度、滲透率均高于其它巖性，反映巖石物性較好；凝灰巖和角礫熔巖孔隙度、滲透率均較低，反映物性較差。平面上，升平地區火山巖孔隙度主要分布在4%～14%之間，滲透率主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之間，流紋巖孔隙度與滲透率均較好；興城地區火山巖孔隙度主要分布在2%～11%之間，滲透率主要分布在（0.01～1）×10-3μm2之間，流紋巖、流紋質凝灰巖、流紋質熔結凝灰巖孔隙度和滲透率均較好。

(3)營城組火山熔巖形成早期發育大量氣孔、脫玻化孔隙和裂縫等，發生擠壓作用，火山巖體發生形變，發育大量的剪切裂隙。營城組火山碎屑巖形成初期，發育大量氣孔和礫間孔，后期在壓實作用下孔隙度遭到破壞，在埋藏條件下發生溶蝕作用形成次生孔隙，對儲層儲集空間有一定的改善作用。

[1]王成，馬明俠，張民志，等.松遼盆地北部深層天然氣儲層特征[J].天然氣工業，2006(6):25-28.

[2]劉萬洙,王璞珺,門廣田,等.松遼盆地北部深層火山巖儲層特征[J].石油與天然氣地質,2003,24(1):28-31.

[3]劉學鋒，鐘廣法，王正允，等.松遼盆地北部徐家圍子斷陷構造格局及其成因[J].西安石油大學學報:自然科學版，2006，21(6):6-10.

[4]劉為付，朱筱敏.松遼盆地徐家圍子斷陷營城組火山巖儲集空間演化[J].石油實驗地質，2005，27(1):44-49.

[5]高有峰,劉萬洙,紀學雁,等.松遼盆地營城組火山巖成巖作用類型、特征及其對儲層物性的影響[J].吉林大學學報:地球科學版,2007，37(6):1251-1258.