渤海海域錦州25A構造區中生界火山巖有利儲層成因

摘要：

渤海灣盆地遼東灣凹陷中生界火山巖勘探潛力較大，但是對于火山巖優質儲層發育規律尚缺乏深入認識。針對探討中生界火山巖有利儲層成因這一難點，綜合應用鉆井數據、鑄體薄片及物性測試資料，對渤海海域錦州25A構造區中生界火山巖的儲集空間類型、物性、孔隙微觀結構等特征進行研究，分析火山巖優質儲層發育的條件和儲層發育模式。研究表明：錦州25A構造區中生界火山巖主要發育中酸性溢流相下部亞相的粗安巖和安山巖，以及少量的基性溢流相玄武巖。有利儲層主要發育在中酸性溢流相的粗安巖和粗面巖中，儲集空間以次生成因為主，主要發育基質溶孔、晶內溶孔和裂縫，在火山巖頂部的風化砂礫巖中也可見一些粒間孔。儲層孔隙度平均為20.3%，滲透率平均為0.209 mD①，屬于高孔低滲型儲層?；鹕綆r體頂面經過長時間風化剝蝕頂部常發育厚層風化殼；同時在母巖帶中還發育有噴發單元間次級風化殼的內幕儲層；有效裂縫方向主要為NEESWW和NS向，為上述風化作用形成有利儲層創造了良好條件。因此，本文建立了“以風化作用主控，火山巖頂部發育厚層風化殼儲層，噴發單元頂部發育次級薄層風化殼內幕儲層”的火山巖規模型儲層發育模式。

關鍵詞：

渤海灣盆地；遼東灣凹陷；錦州25A構造區；中生界；火山巖儲層；風化殼；發育模式

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240250

中圖分類號：P618.130.1

文獻標志碼：A

①毫達西（mD）為非法定計量單位，1 mD=0.987×10-3 μm2，下同。

牛成民，于海波，單玄龍，等. 渤海海域錦州25A構造區中生界火山巖有利儲層成因. 吉林大學學報（地球科學版），2024，54（6）：17881800. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240250.

Niu Chengmin， Yu Haibo， Shan Xuanlong， et al. Favorable Reservoir Genesis of Mesozoic Volcanic Rocks in Jinzhou 25A Structure Area， Bohai Sea. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）， 2024， 54 （6）： 17881800. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240250.

收稿日期：20241008

作者簡介：牛成民（1966—），男，教授級高級工程師，主要從事勘探地質綜合研究與管理工作，E-mail： Niuchm@cnooc. com.cn

通信作者：單玄龍（1969—），男，教授，博士生導師，主要從事非常規和深層油氣地質方面的研究，E-mail：shanxl@jlu.edu.cn

基金項目：國家自然科學基金項目（41972313）；中國海洋石油有限公司“十四五”重大科技項目（KJGG20220302）

Supported by the National Natural Science Foundation of China（41972313）and the Major Science and Techmology Project of CNOOC During" 14th FiveYear Plan Period（KJGG20220302）

Favorable Reservoir Genesis of Mesozoic Volcanic Rocks in Jinzhou 25A Structure Area， Bohai Sea

Niu Chengmin1， Yu Haibo1， Shan Xuanlong2， Wang Bingjie1，

Guo Jingzhen1， Zou Yujie2， Pang He2， Yi Jian2

1. CNOOC China Limited， Tianjin Branch，" Tianjin 300459， China

2. College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， China

Abstract：

The exploration potential of Mesozoic volcanic rocks in Liaodong Bay depression of Bohai Bay basin is great， but the development law of high-quality volcanic rocks reservoir is not well understood. Aiming at the difficulty of exploring the genesis of favorable reservoirs of Mesozoic volcanic rocks， the reservoir space types， physical properties， pore microstructure， and other characteristics of Mesozoic volcanic rocks in" Jinzhou 25A structure area in Bohai Sea are studied by a comprehensive application of drilling data， thin section， and physical property data， and the conditions and reservoir development model of high-quality volcanic rocks are analyzed and discussed. The results show that the Mesozoic volcanic rocks in Jinzhou 25A structure area are mainly composed of trachyandesite and andesite in the lower subfacies of the intermediate-acid overflow facies， and a small amount of basalt in the basic overflow facies. Favorable reservoirs are mainly developed in trachyandesite and trachyte of the intermediate-acid overflow facies. The reservoir space is dominated by secondary origin， which mainly develops matrix pores， intracrystalline pores and fractures. Some intergranular pores can also be seen in the breccia on top of volcanic rocks. The average porosity and permeability of the reservoir are 20.3% and 0.209 mD respectively. It belongs to the high porosity and low permeability reservoir. Thick weathering crust is often developed on the top of volcanic rock mass after a long time weathering and denudation. At the same time， the inner reservoir of secondary weathering crust between eruptive units is also developed in the mother rock zone. The effective fracture direction is mainly NEESWW and NS direction， which creates good conditions for the formation of favorable reservoirs. Therefore， this paper established a volcanic rock regular model reservoir development model of “weathering as the main control， thick weathering crust reservoir developed on the top of volcanic rock， and secondary thin weathering crust inside reservoir developed on the top of eruption unit”.

Key words：

Bohai Bay basin; Liaodongwan sag; Jinzhou 25A structure area; Mesozoic; volcanic reservoir; weathering crust; development model

0" 引言

近年來，我國常規油氣勘探發現難度日益增大，非常規油氣勘探逐漸受到重視，顯示了良好的勘探開發潛力［13］?；鹕綆r儲層被視為一種關鍵的非傳統油氣儲層，在深部地層中的儲集特性明顯優于傳統的沉積巖儲層［45］。伴隨著火山巖勘探工作的深入，中國先后在松遼盆地［67］、四川盆地［8］、準噶爾盆地［9］和塔里木盆地［10］等深層火山巖中獲得一系列油氣勘探重大突破。渤海灣盆地中生界火山巖非常發育［1112］，具有分布廣、厚度大等特點［13］。隨著研究程度的深入，火山巖油氣藏的探明儲量不斷增加，成為近年來油氣藏勘探領域的重點對象［1415］。隨著油氣藏勘探工作的不斷深入，渤海灣盆地中生界火山巖相繼發現多個火山巖油氣藏，如秦皇島30A火山巖油氣藏［16］、風化店中生界流紋巖油氣藏［17］、LD25A中生界火山巖油氣藏［1819］和BZ8C中生界火山巖油氣藏［20］等，顯示了渤海灣盆地中生界火山巖勘探的巨大潛力。遼西低凸起是渤海灣盆地遼東灣坳陷火山巖的主要分布區［21］，在該凸起上已經發現了多個油氣田［22］。然而，目前本區中生界火山巖勘探程度很低，對中生界火山巖優質儲層的成因及成儲機制尚缺乏深入了解，限制了研究區中生界火山巖油氣藏的進一步勘探。

與沉積巖相比，火山巖的形成過程復雜多樣，其巖石學特征、孔隙結構、流體分布等方面均展現出高度的復雜性和特殊性［23］，這既為油氣儲層的形成提供了有利條件，也為勘探與開發帶來了前所未有的挑戰。通過比較錦州地區不同鉆井中生界火山巖的物性和產能數據，發現火山巖在儲層產能方面存在縱向和橫向的顯著差異。因此，傳統成儲機制無法解釋錦州地區中生界優質火山巖儲層的形成，需要深入研究該地區火山巖儲層的發育規律。本文采用多種研究手段，如鑄體薄片、物性測試等，實現研究區火山巖儲層儲集空間的精細表征；同時探討渤海灣盆地遼東灣坳陷錦州地區中生界火山巖優質儲層的發育規律，建立成儲模式，以期為火山巖油藏的勘探、評價和開發提供借鑒。

1" 地質背景

渤海灣盆地位于中國東部，包括華北平原、下遼河平原和渤海海域，西側以太行山隆起帶為界，北與燕山褶皺帶接壤，東以遼東隆起和膠東隆起為界，東南為魯西隆起，是華北克拉通東部的晚中—新生代斷陷盆地［2425］。中生界及下伏地層在印支運動和燕山運動過程中形成的一些大型近EW向褶皺變形和NENNE向褶皺變形，控制渤海灣地區及周邊，中生代時期發育了多期陸相沉積盆地［2627］。渤海灣盆地主要由遼河坳陷、渤中坳陷、冀中坳陷、黃驊坳陷、濟陽坳陷、臨清坳陷六大坳陷以及埕寧隆起、滄縣隆起、內黃隆起和邢衡隆起四大隆起組成，進一步可以劃分為58個凹陷以及52個凸起［28］。

研究區錦州25A（以下簡稱為JZ25A）構造區位于渤海灣盆地東北部遼東灣坳陷遼西低凸起（圖1a），地層由老到新依次為下古生界寒武系和奧陶系，上古生界石炭系和二疊系，中生界侏羅系和白堊系（圖1b），新生界古近系、新近系和第四系，缺失下古生界志留系、泥盆系及中生界三疊系［29］。古太平洋板塊中生代復雜的俯沖歷史導致華北地臺巖石圈減薄，渤海灣盆地發生大規模裂陷作用，形成了廣泛、強烈的巖漿活動。研究區遼東灣坳陷中生界火山巖巖性主要以中酸性火山巖為主（圖1b），共發育3個火山旋回，從老到新依次為旋回一基性火山巖、旋回二中性火山巖和旋回三酸性火山巖［30］。

2" 火山巖巖性巖相特征

選擇JZ25A構造區鉆遇中生界火山巖的鉆井JZ25Aa井（902 m）作為研究對象，根據巖心和井壁取心資料進行火山巖的巖性、巖相特征研究。

結果表明，JZ25A構造區中生界共發育9種不同類型的火山巖（圖2）。其中，粗安巖最為發育，體積分數可達到61％，主要發育在取心段的上部，斑狀結構，斑晶體積分數約為10%，主要為斜長石和堿性

長石，其次可見少量輝石和角閃石等暗色礦物，基

質主要由長石、輝石和少量石英、火山玻璃組成，為粗面結構（圖2a）。在大段發育的粗安巖中間還發育小段的粗面巖，體積分數達16%，是研究區發育比例第二的火山巖巖石類型，具有斑狀結構，斑晶以堿性長石為主，可見少量的斜長石、輝石和角閃石，

基質由微晶堿性長石和少量玻璃質組成（圖2b）。在大段的中酸性熔巖中，還夾有少量的粗安質隱爆

角礫巖（5%），巖石呈角礫化，部分角礫可拼合，角礫之間被巖汁填充（圖2c）。此外，取心段的底部還發育玄武巖，本研究區玄武巖廣泛發育，但由于其位于深部的早期旋回，鉆遇率低，體積分數僅約占5%，斑狀結構，基質間粒或間隱結構，斑晶為斜長石、輝石和橄欖石（圖2d）。以上4種巖性占研究區鉆遇火山巖總體積分數的87％，另外13％的火山巖由閃長玢巖（3％，圖2e）、粗安質火山角礫熔巖（3％，圖2f）、斷層角礫巖（3％，圖2g）、玄武安山巖（2％，圖2h）和風化砂礫巖（2%，圖2i）5種巖性構成（圖2j）。

基于5相15亞相劃分方案，結合現代火山的分類方案，在JZ25A構造區中生界共識別出4種巖相（圖2k）6種亞相。鉆井揭示情況表明，研究區中酸性溢流相最為發育，占比82％，由中酸性巖漿從同一個噴出口一次連續噴發后形成的堆積體冷凝固結成巖，主要為下部亞相，代表巖性為粗安巖和粗面巖。研究區內基性溢流相占比約為8％，主要為基性溢流相上部亞相和下部亞相，代表巖性為玄武巖，其中基性溢流相上部亞相氣孔帶較為發育，基性溢流相下部亞相巖石較為致密。研究區內火山通道相（7%）共發育隱爆角礫巖亞相和次火山巖亞相兩種亞相。其中：隱爆角礫巖亞相為含揮發分巖漿侵入先期噴發火山巖中產生地下原位爆炸作用形成，以發育粗安質隱爆角礫巖為主要特征；次火山巖亞相為同期或晚期侵入作用形成，代表巖性為閃長玢巖。研究區內爆發相（3％）主要為熱碎屑流亞相，為含揮發分的灼熱碎屑、漿屑混合物在自身重力的作用下沿著地表流動形成，代表巖性為粗安質火山角礫熔巖。

3" 有利儲層特征

3.1" 儲集空間類型

選取研究區鉆遇中生界火山巖鉆井JZ25Aa井62個鑄體薄片，對JZ25A構造區中生界火山巖儲集空間開展分析。有利儲層主要發育在中酸性溢流相的粗安巖和粗面巖以及火山通道相的火山角

礫巖中。儲層的儲集空間以次生成因為主，基質溶孔、晶內溶孔和裂縫為主要的儲集空間（圖3a）。

基質溶孔占比約為42%（圖3a），為火山巖基質或其細碎屑物質經溶解改造后發育而成，孔隙較小，形態各異，常發育在粗安巖和粗面巖的玻璃基質以及火山角礫巖的細火山碎屑物中。基質溶孔間相互連通可更好地提高儲集空間物性（圖3b）。

晶內溶孔占比約為29%（圖3a），多發育于粗安巖、粗面巖和閃長玢巖中，被溶蝕斑晶礦物以長石、輝石及角閃石為主，大小不等，形狀不一，以篩孔狀多見（圖3c），偶有斑晶完全溶蝕但仍保留礦物原有輪廓或外形（圖3d）。

裂縫也是研究區有利儲集空間之一，占比約為19%（圖3a），多發育于粗安巖、粗面巖和風化砂礫巖中。研究區裂縫儲集空間主要以溶蝕縫為主，早期發育的裂縫充填了方解石等礦物，后期溶蝕形成了部分儲集空間。溶蝕縫較寬，裂縫面多被溶蝕成不規則狀（圖3e）。

此外，在火山巖頂部的風化砂礫巖中還可以看到粒間孔（10%，圖3a、f），且在少量的玄武安山巖中可見原生氣孔發育。

3.2" 儲層物性特征

選取JZ25A構造區中生界42塊火山巖巖心和壁心樣品開展實測物性分析，結果顯示火山巖儲層孔隙度為9.2%～35.2%，平均為20.3%。從孔隙度的分布區間來看，孔隙度為5.0%～10.0%的樣品數占總樣品數的8.11%，孔隙度為10.0%～15.0%的樣品數占總樣品數的16.22%，孔隙度大于15%的樣品數約占總樣品數的75.67%（圖4a）。儲層滲透率為0.005～0.967 mD，平均為0.209 mD。從滲透率的分布區間來看，滲透率主要為0.005～0.200 mD，樣品數占總樣品數的58.33%；其次為0.200～0.400 mD（圖4b），樣品數占總樣品數的25%。由此可見，JZ25A構造區中生界火山巖大部分儲層孔隙度較高，滲透率較低，根據油氣儲層評價方法（中華人民共和國石油與天然氣行業標準ST/T 62852011）中關于火山巖儲層孔隙度滲透率的劃分標準，屬于高孔低滲型儲層。

4" 有利儲層成因

4.1" 火山巖頂面風化殼

JZ25A構造區中生界火山巖形成后，經歷了

長

時間風化剝蝕，頂部通常發育風化殼。對井壁心、鑄體薄片、常規測井和成像測井等數據的研究表明，該區火山構造頂部發育厚層風化殼，縱向上受風化作用改造程度不同，從上至下依次細分為風化砂礫巖帶、淋蝕帶和崩解帶等多個風化單元（圖5，圖6）。風化砂礫巖帶孔隙度為19%～34%，平均為28%，發育風化砂礫巖和閃長玢巖侵入體（圖5a），其中：風化砂礫巖的儲層物性最好，粒間孔、基質溶孔和溶蝕縫均發育（圖5b、c），測井孔隙度為26%～34%，平均為30%；而晚期的閃長玢巖侵入體溶蝕較弱（圖5d），測井孔隙度為14%～16%，平均為15%。淋蝕帶主要發育粗面巖和粗安巖（圖5a），井壁心和

鑄體薄片中可見大量溶蝕孔和網狀溶蝕擴大裂縫（圖5e、f），常規測井電阻率和密度整體較低，形態為中低幅度齒狀（圖5a），成像測井圖像暗色低阻孔洞發育（圖5g），儲層在垂向上連續發育，以斑晶、基質

溶孔和溶蝕裂縫為主，從上向下孔隙度呈逐漸減小的趨勢，測井孔隙度為16%～35%，平均為26%。

崩解帶測井孔隙度為10%～29%，平均為16%，常規測井電阻率升高（圖6a），風化裂縫較為發育，但溶蝕孔隙減少，僅在裂縫附近發育溶蝕孔隙。儲層垂向上斷續發育，有利儲層的分布與斷裂帶密切相關，斷裂破碎帶附近溶蝕作用強，儲層發育（圖6b、c）；非破碎帶附近巖石致密，溶蝕作用弱，儲層發育程度較差，成像測井圖像較亮，溶蝕孔隙少見（圖6d、e）。

總體來說，火山巖體頂部厚層風化殼風化溶蝕作用強烈，儲集空間物性好，是研究區火山巖主要的有利儲層發育段。

4.2" 噴發單元間小型風化殼

JZ25A構造區除了在火山巖體頂部發育厚層風化殼外，在母巖帶中還發育內幕儲層（圖7）。構造區火山巖由裂隙式噴發形成，噴發單元多，單層厚度小，巖漿貧揮發分，單元頂部氣孔帶通常不發育，縱向上單元多但巖性變化弱，單元間發育玄武巖夾層（圖7a、b）。由于火山巖具有多期噴發的特點，通常一個期次為底部基性玄武巖頂部中酸性熔巖，不同期次火山巖之間往往存在幾百萬年的噴發間斷，但在噴發間歇期內，噴發單元的頂部接受風化作用，仍會形成風化殼內部數個垂向分布的高孔滲儲層發育帶，厚度通常較薄，即噴發單元間的小型次級風化殼。噴發單元界面在常規測井上表現為自然伽馬和電阻率突變的特征，界面以上為玄武巖，自然伽馬值較低，電阻率較低，界面以下為以粗安巖為主的單元頂面次級風化殼，自然伽馬較高，電阻率較高（圖7a）；同時，成像測井則表現為明顯的不整合面特征（圖7c），界面以上較為致密，溶蝕孔和裂縫較少，界面以下可見溶蝕發育。次級風化殼內儲層發育與裂縫有關，通過鑄體薄片觀察可見儲集空間主要為沿裂縫周圍溶蝕擴大形成的基質溶蝕孔（圖7d、e），成像測井上裂縫較少（圖7c），以溶蝕為主；局部可見以裂縫為主要儲集空間（圖7f），成像測井上圖像雜亂，破碎嚴重（圖7g）。

4.3" 構造裂縫

在火山巖儲層形成過程中，構造起著必不可少的作用。渤海灣盆地中生界火山巖發育之后，由于燕山晚期古太平洋板塊的俯沖，在區域上經歷了北西西向較強的擠壓，北北東向走滑斷裂發育。在走滑斷裂及伴生斷裂周圍常發育大量的構造破碎帶及裂縫，為暴露階段風化流體、埋藏階段有機酸以及其他流體向火山巖中的運移創造有利條件，使得噴溢相下亞相帶塊狀熔巖和其他成儲效率低的火山巖同樣可以形成有效儲層。

根據對鑄體薄片的大量觀察及面孔率的分析，發現裂縫和溶蝕孔隙之間存在協同演化關系，裂縫愈發育處溶蝕孔隙相應愈發育。構造裂縫除提供一定數量的火山巖儲集空間外，也使流體和火山巖之間的接觸面積增大，更為重要的是使儲層滲透性增強，并且提供更多滲流通道從而促使溶蝕作用發生，造成大范圍溶蝕孔隙的生成。裂縫數據表明，JZ25A構造區火山巖有效裂縫方向主要為NEESWW和NS向，高導縫密度較高，傾角大多集中于40°～80°之間（圖8）。鑄體薄片觀察發現，研究區火山巖母巖段中裂縫發育帶附近往往溶蝕孔隙較為發育。JZ25A構造區正是由于斷裂改造作用，不僅在火山巖體頂部發育厚層風化殼型儲層，且在風化殼之下的母巖也發育了小型薄層次級風化殼，形成了三段有效火山巖內幕儲層，有效地擴大了JZ25A構造區火山巖儲層垂向發育厚度。

5" 成儲模式

通過對JZ25A構造區中生界火山巖巖性、巖

相和儲層特征的分析，總結了火山巖優質儲層發育條件和成儲機制，建立了“以風化作用為主控，火山巖頂部發育厚層風化殼儲層，噴發單元頂部發育次級薄層風化殼內幕儲層”的火山巖規模型儲層發育

模式（圖9，圖10）。研究表明，在縱向上，JZ25A構造區中生界優質火山巖儲層更易于發育在中生界頂

部不整合面附近，頂部風化殼厚度普遍較大，風化作

用促進了風化殼范圍內溢流相下部亞相粗安巖和安山巖等具有較高成儲效率的火山巖形成大量溶蝕孔縫，改善了儲層物性，是風化殼中有利儲層形成的關鍵；由于火山巖常呈現多期次噴發的特性，不同噴發期次間常存在數百萬年的間隔，盡管這些間隔遠小于火山巖頂面的長期風化，但火山巖仍會受到

風化改造作用的影響，再加上構造作用的控制，使得風化殼下部塊狀熔巖物性得到改善，在噴發單元的

頂部形成了裂縫和溶蝕孔隙發育帶，構成了噴發單元間的次級風化殼。以上以風化作用為主控因素，在火山巖體頂部發育厚層風化殼，風化殼下部噴發單元間發育次級薄層風化殼儲層的火山巖成儲模式，形成了JZ25A構造區中生界火山巖風化殼內幕雙層儲層結構。

6" 結論

1）JZ25A構造區共發育粗安巖、安山巖、玄武巖、閃長玢巖、粗安質火山角礫熔巖、斷層角礫巖、安山巖和風化砂礫巖共8種火山巖以及中酸性溢流相、基性溢流相、火山通道相和爆發相4種巖相6種亞相。

2）有利儲層主要發育在中酸性溢流相的粗安巖和粗面巖以及火山通道相的火山角礫巖中，儲層的儲集空間以次生成因為主，基質溶孔和晶內溶孔為主要的儲集空間，也可見一些裂縫，屬于高孔低滲型儲層。

3）火山巖體頂面經過長時間風化剝蝕頂部常發育厚層風化殼，同時在母巖帶中還發育有噴發單元間次級風化殼的內幕儲層，有效裂縫方向主要為NEESWW和NS向，為上述風化作用形成有利儲層創造良好條件。

4）建立了“以風化作用為主控，火山巖頂部發育厚層風化殼儲層，噴發單元頂部發育次級薄層風化殼內幕儲層”的火山巖規模型儲層發育模式。

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