潍北凹陷孔三段火山岩储层特征及电性关系研究

2016-06-25陈萍

石油地质与工程 2016年1期

关键词：岩石学火山岩

陈　萍

(中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

潍北凹陷孔三段火山岩储层特征及电性关系研究

陈萍

(中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

摘要：潍北凹陷孔三段火山岩发现油气藏为潍北凹陷未来的油气勘探工作指出了新的方向，利用钻井、测井以及岩石分析化验等资料，研究了孔三段火山岩储层特征、地球化学特征和电性特征。通过岩石特征分析表明，玄武岩、安山玄武岩是潍北凹陷孔三段火山岩储层中最为发育的岩石类型，也是有利的储集岩石类型。孔三段火山岩以基性为主，属于钙碱性-碱性岩系列，火山岩起源于幔源型原生岩浆，曾经历了一定程度的分离结晶作用，受过大气中氧气的氧化。孔三段火山岩与上下围岩相比，具有钻时大、高密度、低感应电导率、低自然伽马、低声波时差等特征，是火山岩与砂泥岩识别的重要标志。

关键词：潍北凹陷；孔三段；火山岩；岩石学；电性特征

在潍北凹陷的油气勘探过程中，主要勘探目标是孔一段和孔二段的碎屑岩类构造油气藏和岩性油气藏，对于火山岩储层及油藏的研究和勘探部署比较少[1-2]。近年来,国内外相继在火山岩储层中发现了油气藏，促进了对火山岩油藏的研究[3-9]。潍北凹陷孔三段发育火山岩，寻找火山岩油藏便成为潍北凹陷油气勘探的重要方向。火山岩作为一类重要而特殊的储集体，其岩性变化较大，非均质性强，火山岩岩石学及电性特征总结对火山岩油气藏研究显得尤为重要。潍北凹陷多口探井的火山岩中发现了油气，其中，c39井和c171-x4在孔店组火山岩中途测试分别获得日产9.889 t和13.86 t的工业油流，展现了孔店组火山岩油藏的良好勘探潜力。前人针对潍北凹陷火山岩的储集空间与熔岩流单元剖面结构相做了一些研究[10-12]，但对于火山岩的岩石学特征和火山岩电性特征缺少系统研究。为此，笔者综合利用钻井、测井和岩石分析化验等资料，系统总结潍北凹陷孔三段火山岩岩石学及电性特征，以期能对本区火山岩油气勘探综合研究和勘探部署的扩大有所裨益。

1区域地质概况

潍北凹陷隶属渤海湾盆地昌潍坳陷，为其中一负向二级构造单元，东部以鲁东隆起为界，西部与昌北凸起、侯镇凹陷相连，北部以古城潍河口断层与潍县凸起毗邻，是郯庐断裂带内小型陆相断陷盆地[13](图1)。潍北凹陷是中生代以来发育的盆地，钻井揭露的地层有中生界白垩系、新生界古近系孔店组和沙河街组，其中孔店组又可以划分为孔店组一亚段(孔一段)、孔店组二亚段(孔二段)、孔店组三亚段(孔三段)，其次还发育有馆陶组、明化镇组和第四系平原组。目前钻井揭示的火山岩集中发育在孔三段中。

图1　昌潍坳陷构造纲要图

2火山岩岩石学特征

截至2015年11月，潍北凹陷共有59口探井钻遇孔三段火山岩，有6口探井钻穿了孔三段火山岩，本次选取了三口有钻井取心井的9个有代表性的岩心样品进行实验分析，岩石类型的划分采用岩心观察、岩石薄片鉴定和岩石化学分析相结合的方法，岩石化学分析结果见表1。TAS图解(图2)分类结果表明，潍北凹陷孔三段火山岩岩性主要为玄武岩、安山质玄武岩、玄武质安山岩，其中玄武岩、安山质玄武岩是本区孔三段最主要的岩石类型。

表1　潍北凹陷孔店组火山岩全岩氧化物分析数据

图2　潍北凹陷孔店组火山岩岩石化学分类TAS图

2.1玄武岩

潍北凹陷发育的玄武岩主要种属为拉斑玄武岩，是典型的基性喷发岩，主要矿物成分为拉长石、单斜辉石和斜方辉石。岩石的颜色为深灰色与灰黑色；结构为间粒结构至间粒-间隐结构；构造类型有致密块状构造(气孔、杏仁含量小于2%)，含气孔-杏仁状构造(气孔大于2%、气孔填充物含量小于5%)，气孔-杏仁状构造(气孔大于5%、气孔填充物含量小于20%)，密集气孔-杏仁状构造(气孔、气孔填充物含量大于20%)等。杏仁构造中的气孔充填矿物主要为方解石、沸石、绿泥石和石膏，呈椭圆形、圆形或不规则形；玄武岩中可见蚀变现象，其中的斜长石等矿物被绿泥石化，形成了斑晶溶蚀孔, 杏仁构造，气孔被绿泥石、石膏充填。总体来看，该类岩石气孔比较发育，在断裂和裂缝发育区可以形成有利的储集体。

2.2安山质玄武岩

潍北凹陷安山质玄武岩岩石颜色多变，主要有深灰色、浅灰色、棕色、紫色等。岩石结构主要有间粒、间隐、斑状等结构，斑状结构，斑晶为斜长石。主要矿物为斜长石和辉石，局部有玻璃质，副矿物主要为磁铁矿。部分安山质玄武岩发育气孔-杏仁构造，气孔含量最大可能达28%，气孔和杏仁构造大小不一，气孔中充填有方解石和绿泥石。在局部地区该类岩石也可作为有效的储集岩性。

2.3玄武质安山岩

潍北凹陷玄武质安山岩普遍含有较多的玻璃质及其分解产物且多经受蚀变、风化等次生作用，以较大粒径斜长石发育环带结构和少量辉石出现显示其中偏基性的特点。火山玻璃因氧化而呈红褐色。杏仁构造中的杏仁体矿物成分主要为绿脱石、沸石等，杏仁构造，沸石充填气孔。该类岩石气孔不发育，一般不能作为有利的储集岩性。

2.4火山角砾岩

火山角砾岩是指主要由粒径2～64 mm的火山喷发物压紧胶结而成的岩石。该区火山角砾岩主要为褐红色，较致密，火山岩角砾结构，角砾状构造，角砾成分主要为玄武安山岩角砾，角砾含量90%，角砾粒径5～25 mm，呈次棱角状，分选性较差，岩石胶结物主要为安山质成分，填隙物为热液成因的沸石。该类岩石储层物性差，非有效储集岩性。

3火山岩地球化学特征

3.1主量元素特征

对潍北凹陷9块孔三段火山岩岩心样品进行了地球化学测试，分析认为潍北凹陷孔三段火山岩岩石以基性火山岩为主，火山岩的SiO2含量为50.31%～53.24%，AL2O3含量为13.1%～45.00%，Na2O含量为0.74%～5.34%，K2O含量为0.20%～2.74%。里特曼指数(δ)用来表示火山岩及其组合的性质和特征，里特曼指数δ<4为钙碱性，δ>4为碱性。该区火山岩里特曼指数值1.1～3.7，评价该区火山岩为钙碱性系列。分析氧化物的变异关系图认为，反映其基本上为同一时期多次岩浆活动的产物。火山岩的氧化指数OX为0.28～0.53，反映了火山岩形成后曾暴露在水上，之后受大气中的氧气一定程度地氧化。

原生岩浆的Mg值[Mg/(Mg+Fe2+)]在0.68～0.75范围内，这是判断幔源原生岩浆的重要标志之一。从已有样品所计算的参数看，本区的9个基性熔岩样品的Mg均介于0.65～0.75，由此可见，本区基性熔岩主要起源于幔源型原生岩浆。

固结指数(SI)又称凝固指数、硬化指数，任何岩浆的分异演化都是向贫MgO方向演化,而且MgO的变化比SiO2更显著。岩浆分异程度高，则SI就小；分异程度越差，SI值就大，岩石的基性程度越高。据公式计算，多数基性岩浆的SI值大于40。本区9个火山岩样品的SI值均低于35，且SI-Mg值相关性较好(图3)，表明孔三段火山岩分异

程度较高，经历了一定程度的分离结晶作用。

图3　潍北凹陷孔店组火山岩SI-Mg关系

3.2稀土元素特征

稀土元素特征有助于判断火山岩的形成机制[20]，由本区火山岩的稀土、微量元素分析结果及分布型式(图4)可以看出，轻稀土及大离子亲石元素(Ba、Rb、K)较为富集，重稀土及过渡族元素(Cr、Co、Ni)较为亏损。从稀土分馏程度与SI的弱相关性特征(图5)分析认为，火山岩的形成机制主要受控于上地幔源岩的部分熔融作用，稀土及微量元素在一定程度上受后期的分离结晶作用的影响。

图4　潍北凹陷火成岩稀土元素分布型式

图5　潍北凹陷火成岩稀土元素分馏-固结关系

4火山岩电性特征

潍北凹陷钻井揭示的孔三段为大套的火山岩夹薄层的泥岩，其上为孔二段的泥岩夹砂岩地层，之下为中生界白垩系砂泥岩地层。火山岩有别于碎屑岩地层，在钻井、测井曲线上具有明显的特征，可以将其与上覆和下伏地层明确区分。

4.1钻井曲线特征

火山岩在钻井过程中主要是根据钻时特征来判断。钻时是钻头在井筒中钻穿每米岩石所用的时间，它反映了岩石的可钻性。潍北凹陷孔三段火山岩地层之上为泥岩夹砂岩地层，之下为砂泥岩互层地层，火山岩的钻时大于泥岩夹砂岩和砂泥岩互层地层的钻时，因此从孔二段进入火山岩地层时，钻时曲线具有比较明显的增大趋势，从孔三段火山岩进入中生界地层时钻时曲线具有减小的趋势。

4.2测井曲线特征

孔三段火山岩地层与其上下的砂泥岩之间物性、电性差别较大，结合测井曲线可以准确地划分出火山岩的顶、底界面。由砂泥岩变化为火山岩，部分测井曲线有较大的变化，如密度曲线值升高0.2～0.5 mg/cm3，声波时差值降低150～200 μs/m，伽马曲线值降低4～6微伦琴/小时，感应电导率值降低150 m/Ω,井径值变小0～20 cm，综合认为潍北凹陷孔三段火山岩相对于砂泥岩地层具有“一高、三低”的特征，即高密度、低声波时差、低自然伽马、低感应电导率(图6)。该套火山岩的上下均为砂泥岩地层，因此利用测井曲线比较容易识别火山岩地层，划分火山岩的顶、底界限。