渤海湾盆地歧口凹陷中新生代火成岩储层特征

2012-09-15郭永峰罗静兰刘化清李双文

特种油气藏 2012年4期

郭永峰，罗静兰，刘化清，李双文，姚军

(1.大陆动力学教育部重点实验室西北大学，陕西西安 710069; 2.陕西省地勘局西安地质矿产勘查开发院，陕西西安 710061; 3.中油勘探开发研究院，甘肃兰州 730020)

郭永峰1，2，罗静兰1，刘化清3，李双文3，姚军3

在岩心观察基础上，根据大量常规薄片与铸体薄片的鉴定与统计，通过孔隙度与渗透率测定等手段，对歧口凹陷中新生代火成岩储层的岩石类型、储集空间类型、物性特征等进行了详细研究，同时对火成岩储层发育的主控因素进行了阐述和分析。结果表明:歧口凹陷中新生代火成岩可分为6大类20余种火成岩岩石类型;其中，以安山岩和玄武岩类物性最好，其次为辉绿岩和凝灰岩，英安岩最差;火成岩储层的形成与储集性能的改善主要与构造作用、风化淋滤作用、溶蚀作用、蚀变作用有关。

储层特征;储集空间类型;火成岩;歧口凹陷;渤海湾盆地

引言

歧口凹陷位于天津市以南、黄骅市以北、沧州市以东直至渤海湾海域。构造上位于渤海湾盆地黄骅坳陷的中北部［1］。歧口凹陷是黄骅坳陷中最大、最深的凹陷，其石油资源量占黄骅坳陷资源量的62%，气资源量占 63%，海陆面积为 3 835 km2［2］。按照构造单元可分为歧南凹陷、歧北凹陷、歧口主凹陷以及南大港潜山构造带和北大港潜山构造带。区内中新生代岩浆活动强烈，火成岩呈多层系产出、大范围分布［3］。从空间展布来看，火成岩分布严格受构造断裂控制，在不同方向断裂的交汇处或大断裂的分支处最为发育，这说明大断裂是岩浆来源的通道［4］。目前看来，大多数火成岩具有较好的储集能力，并多分布于有效生油范围的二级构造带或斜坡带上，具有良好的供油及圈闭条件，已成为勘探的重要对象之一［5］。

1 歧口凹陷火成岩岩石类型

1.1 火山熔岩类

歧口凹陷新生界火山熔岩类以玄武岩占绝对优势，少量安山岩。与新生界火山熔岩相比，中生界火山熔岩的岩石类型较多，包括玄武岩、安山玄武岩、安山岩、英安岩。

玄武岩具有块状构造或气孔－杏仁构造，斑状结构，斑晶主要为辉石，其次为橄榄石，辉石常发生绿泥石化，橄榄石多发生伊丁石化，斜长石斑晶较少见，基质具拉斑玄武结构。

安山岩多为灰红色、灰绿色或深灰色，块状构造或气孔－杏仁构造，斑状结构，可分为中基性辉石安山岩和中性安山岩。辉石安山岩的斑晶主要为斜长石与辉石，少量角闪石;安山岩的斑晶主要为斜长石与角闪石，少量黑云母，两者的基质均具交织结构或玻基交织结构。

英安岩为块状构造，具玻基斑状结构或无斑隐晶质结构。斑晶以黑云母和斜长石斑晶为主，少量角闪石与石英斑晶，基质多具霏细结构，局部可见球粒结构。

1.2 火山碎屑熔岩类

研究区少量火山角砾熔岩主要分布在新生界，为玄武质火山角砾熔岩，其主要特征是气孔－杏仁玄武岩角砾被玄武质熔岩胶结。

1.3 火山碎屑岩类

研究区火山碎屑岩主要分布于新生界，岩石类型以火山凝灰岩为主，少量火山角砾岩。

火山角砾岩以新生界的玄武质火山角砾岩为代表，其特征是玄武岩的角砾被凝灰质胶结，其分布局限;火山凝灰岩类型主要为火山尘凝灰岩、少量三屑凝灰岩与熔结玻屑凝灰岩。火山尘凝灰岩呈浅灰色、灰白色、黄绿色，致密块状构造，具火山尘凝灰结构，主要由火山尘组成，含少量(3% ～5%)陆源碎屑，火山尘已重结晶为伊利石、蒙脱石等黏土矿物;三屑凝灰岩以玻屑和岩屑为主，可见少量石英和长石晶屑;熔结玻屑凝灰岩具熔结凝灰结构，主要由玻屑(40%)与火山尘组成，少量长石晶屑与硅质岩岩屑，以玻屑呈明显的定向性为典型特征。

1.4 沉积火山碎屑岩类

沉积火山碎屑岩主要分布在歧口凹陷的新生界地层中，岩石类型包括沉火山角砾岩和沉凝灰岩。

沉火山角砾岩具有沉火山角砾结构，粒径为2～15 mm，火山碎屑 (60%～80%)包括火山凝灰岩 (30%～45%)、安山岩与玄武岩 (5%～10%)，石英晶屑为3%～5%，长石晶屑为2%～ 3%;陆源碎屑 (20% ～40%)以石英为主(12%～15%)，其次为长石(5%～7%)，少量粉砂质泥岩 (2%～3%)、泥灰岩岩屑 (1%～4%)，石英岩与硅质岩岩屑为2%～3%。填隙物为火山尘与泥质物。

沉凝灰岩具有沉凝灰结构，粒径为0.1～1.2 mm，以凝灰岩、安山岩、玄武岩岩屑为主，少量石英与长石晶屑。陆源碎屑主要为泥岩、粉砂岩以及石英和长石，填隙物主要为火山尘与泥质物。

1.5 火山碎屑沉积岩类

研究区新生界火山碎屑沉积岩主要分布在新生界地层中，包括凝灰质含砾砂岩、凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩、凝灰质泥岩等。

1.6 浅成侵入岩类

研究区发育的该类岩石为辉绿岩，块状构造，辉绿结构，部分辉绿岩蚀变强烈，以长石发生强烈的绢云母化，辉石颗粒以及基质发生强烈的绿泥石化为特征。

2 火成岩储层主要储集空间类型

通过岩心和铸体薄片观察，歧口凹陷火成岩的储集空间类型包括原生孔隙与次生孔隙2大类(表1)。

表1 歧口凹陷中新生界火成岩储层储集空间类型和特征

其中，原生孔隙主要包括气孔(图1a)与残余气孔、火山角砾间孔和原生缝隙。原生缝隙是矿物或岩石由于本身的性质或在冷凝结晶过程中由于体积变化形成的各种缝隙，包括矿物的收缩缝(图1b)、解理缝、胀裂缝，岩石的节理缝等;次生孔隙包括各种溶蚀孔与缝(图1c)、构造裂缝(图1d)。

图1 歧口凹陷火成岩孔隙类型

3 火成岩储层的物性特征

根据17口井各类火成岩的130个实测孔隙度与渗透率值的统计显示，歧口凹陷火成岩的物性可分为5类。

(1)Ⅰ类。孔隙度大于15%，渗透率大于1× 10－3m2，岩性主要安山岩，少量为玄武岩、火山角砾岩、凝灰岩和蚀变辉绿岩。熔岩发育大量气孔、溶蚀扩大气孔和杏仁体溶孔，并有裂缝及溶蚀缝将其连通;火山角砾岩、凝灰岩与辉绿岩的裂缝与次生溶孔较发育，属于该区物性最好的火成岩储集岩。

(2)Ⅱ类。孔隙度大于15%，渗透率为0.1× 10－3～1.0×10－3μm2，或孔隙度为5% ～15%，渗透率大于1.0×10－3μm2，岩性以玄武岩为主，其次是安山岩、凝灰岩和蚀变辉绿岩，熔岩的原生气孔较发育，有少量裂缝、次生溶孔及溶蚀缝，物性较好。

(3)Ⅲ类。孔隙度大于15%，但渗透率小于0.1×10－3μm2，岩性主要为安山岩与蚀变辉绿岩，少量为玄武岩及英安岩。其中以蚀变辉绿岩的渗透率相对较高，普遍发育裂缝，岩石蚀变较强，次生溶孔较发育;安山岩的气孔较发育，但彼此之间的连通性较差，部分发育少量基质次生溶孔，为较差储层。

(4)Ⅳ类。孔隙度为5%～15%，渗透率小于1×10－3μm2，主要为弱蚀变辉绿岩及玄武岩，少量凝灰岩。其中玄武岩气孔较发育，故孔隙度较高，但由于岩石蚀变和后期改造作用较弱，故其渗透率低，为差储层。

(5)Ⅴ类。孔隙度小于5%，渗透率多小于0.1×10－3μm2，主要为未蚀变的辉绿岩，包括少量玄武岩，玄武岩发育少量气孔，但彼此孤立，为无效孔隙，故为非储层。

4 储集性能的影响因素

4.1 岩性和岩相

岩性和岩相是影响火成岩储集性能的最基本因素，溢流相顶部的熔岩在形成时就发育有大量原生气孔;爆发相的火山角砾岩、凝灰岩和火山沉积相的沉凝灰岩在形成时也能够发育原生粒间孔;浅成侵入相的辉绿岩，原生孔隙几乎不发育。

4.2 不整合面的风化淋滤作用

歧口凹陷的构造格架和沉积充填序列受盆地裂陷构造演化和幕式过程的控制而呈阶段性演化［6］。中生代是黄骅坳陷盆地发育阶段，受燕山运动的影响，早白垩世后黄骅坳陷整体抬升，形成了中生界与新生界地层之间的区域性不整合面［7］。新生代是黄骅坳陷的主要形成阶段，包括了早第三纪的裂陷盆地演化、晚第三纪的坳陷盆地演化2个阶段［8］。在此期间发生的多次构造运动分别在孔店组底部、孔店组顶部、沙河街组顶部、东营组顶部、沙三段底部、沙二段底部形成几个大的不整合面。这些区域不整合面附近的火成岩在表生作用的影响下，易发生破碎、溶蚀等作用，形成裂缝、溶孔等储集空间。研究区物性较好的火成岩发育区域多数都受到分化淋滤作用的影响。

4.3 蚀变作用

形成于高温高压环境的火成岩矿物往往发生次生蚀变，一般而言，基性的辉绿岩与玄武岩最易发生蚀变，中性的安山岩次之，酸性岩最不易发生蚀变。不同的岩性一般发生不同的蚀变类型。基性岩易发生伊丁石化、蛇纹石化、绿泥石化、纤闪石化、钠黝帘石化;中性岩易发生绿泥石化、钠黝帘石化、沸石化、硅化、绢云母化、碳酸盐化;酸性岩易发生石英岩化、硅化、高岭土化、钠长石化。火成岩的蚀变一方面使矿物体积膨胀而堵塞孔隙，另一方面使得岩石的密度减小，致密性变差，从而为后期流体的溶蚀作用创造了条件。研究区多数玄武岩、安山岩以及部分辉绿岩均发生了不同程度的蚀变。

4.4 构造作用

构造运动使得许多致密的火山岩产生了裂缝，构造裂缝是改善火成岩物性的有效途径，火成岩中的构造裂缝不仅使孤立的原生气孔得以连通，而且也充当了一部分储集空间，同时也是油气运移的主要通道。歧口凹陷中新生代主要经历了印支、燕山、喜马拉雅等多次构造运动，形成了大量的断层和裂缝，为火山岩的储层发育提供了重要的条件。

4.5 次生矿物充填作用

充填作用主要与后生成岩作用阶段发生的热液活动和地下水活动有关［9］。歧口凹陷火成岩中可见各种次生矿物充填微裂隙和原生气孔，常见的次生矿物主要有绿泥石、方解石和硅质，不同的次生矿物或同一种次生矿物都表现出了多期次充填的特点，如研究区气孔中充填的绿泥石可分为栉壳状绿泥石、细纤维状绿泥石和较粗纤维状绿泥石3期，方解石可分为泥晶方解石和亮晶方解石2期。这种多期次、多类型的充填作用会使火成岩的孔隙度和渗透率明显降低。

4.6 溶蚀作用

火成岩进入深埋阶段发生的次生溶蚀作用是形成次生孔隙的主要时期［10］。歧口凹陷中新生界火成岩具备发生次生溶蚀作用的因素:①火成岩以中基性岩为主，主要的造岩矿物为辉石、斜长石和角闪石，稳定性相对较差，容易被酸性地下水溶解而形成次生孔隙，而石英、钾长石的含量相对较少;②歧口凹陷中新生界经历了多次构造运动，发生过大规模的构造挤压和拉伸作用，形成了大量的构造裂缝和微裂缝，为酸性溶液提供了运移、溶蚀的通道，并扩大了溶蚀的空间;③歧口凹陷中新生界，发育了包括沙三段、沙二段、沙一段及东营组4套生油层系，其生油岩的演化程度大都达到了中—高演化阶段，可以产生大量的有机酸，为次生溶蚀作用提供了基础。