马尚伟，罗静兰，陈春勇，何贤英，代静静，许学龙，汪 冲

(1.大陆动力学国家重点实验室(西北大学)， 西安 710069；2.中国石油 新疆油田公司 准东采油厂，新疆 阜康 831511)

火山岩储层微观孔隙结构分类评价
——以准噶尔盆地东部西泉地区石炭系火山岩为例

马尚伟1，罗静兰1，陈春勇2，何贤英2，代静静1，许学龙2，汪 冲1

(1.大陆动力学国家重点实验室(西北大学)， 西安 710069；2.中国石油 新疆油田公司 准东采油厂，新疆 阜康 831511)

基于准噶尔盆地西泉地区火山岩储层特征研究较薄弱的现象，通过25口井的岩心观察、铸体薄片、扫描电镜及高压压汞等分析，以产能大小为依据，将火山岩储层分为4类，对火山岩储集空间类型及组合、微观孔隙结构特征进行分类评价。根据研究区火山岩储层面孔率及优势储集空间组合关系：Ⅰ类为气孔+溶蚀扩大孔、溶蚀孔+裂缝型，Ⅱ类为气孔+构造缝(溶蚀缝)型，Ⅲ类为气孔+溶孔型，Ⅳ类为孤立小孔隙型，面孔率依次降低。火山岩储层不同类型微观孔隙结构特征表明：Ⅰ类储层发育大孔隙、粗喉道，为优势储集层；Ⅱ类和Ⅲ类储层发育大—中孔隙，中—细喉道，为较好到中—差储层；Ⅳ类储层发育小孔隙、细喉道，为致密储层。在此基础上，结合测井资料，建立了研究区火山岩储层分类评价标准。

储集空间组合；孔隙结构；分类评价；火山岩储层；西泉地区；准噶尔盆地

火山岩作为一种非常规油气储层，在国外已有120年的勘探历程。近年来我国已先后在松辽盆地、二连盆地、准噶尔盆地等火山岩的勘探中获得重大突破[1]，特别在新疆北部准噶尔盆地中已发现多个火山岩油气藏，显示出巨大的开发潜力[2]。火山岩储层特征的研究是我国火山岩油气藏研究的核心问题和难点之一。诸多学者在火山岩储层方面的研究主要集中在储集空间类型[3-4]、成岩作用[5-6]、微观孔隙结构[7-8]、储层的物性变化特征[9]等方面，而对火山岩储层分类评价的研究十分薄弱，缺乏成熟有效的评价方法。与碎屑岩相比，火山岩储层类型多，成藏地质条件更加复杂，评价参数与标准的选取尚没达成一致，必须在火山岩物性、含油性、孔喉结构研究基础上，充分考虑火山岩的岩性与岩相特征、储集空间组合、电性等参数的分类评价，才能有效地指导火山岩有利储集带的预测和火山岩油气的勘探与开发。

为进一步识别有效储层及有利储集带，采用铸体薄片镜下观察鉴定与定量统计、扫描电镜、图像孔喉分析、压汞等分析手段，以试油产能为约束，分类评价火山岩储层的岩性、储集空间组合、微观孔隙结构特征，结合测井资料，建立适合西泉地区火山岩储层分类评价标准。

1 区域特征

西泉地区位于新疆准噶尔盆地东部隆起西缘的北三台凸起内部，其东西分离阜康凹陷与吉木萨尔凹陷，南北分割沙奇凸起与阜康断裂带(图1)。北三台凸起是一个自石炭纪海西期构造运动开始发育的凸起，其形成演化经历了晚海西、印支、燕山及喜马拉雅4次大的构造运动，整体表现为东北断隆，向西倾没，围绕凸起形成了较为复杂的断裂系统。西泉地区石炭系与上二叠统不整合接触，自下而上划分为下石炭统的塔木岗组和滴水泉组，上石炭统的巴塔马依内山组。其中，巴塔马依内山组火山岩分布广泛，油气资源丰富，目前已在45口探井中钻遇火山岩，其中，10口井试油产量达10～48.06 t/d，显示出巨大的开发潜力。

2 火山岩储层的基本特征

2.1火山岩储层的岩石类型

西泉地区火山岩岩性复杂、岩石类型较多，通过25口井的岩心观察、岩石薄片鉴定、全岩主量元素分析等多种识别方法，依据1989年国际地科联火成岩分类方案，将西泉地区石炭系火山岩分为火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和沉火山碎屑岩4类。其中，火山熔岩包括玄武岩、安山岩和英安岩；火山碎屑熔岩包括火山角砾熔岩和凝灰熔岩；火山碎屑岩包括火山角砾岩和凝灰岩；沉火山碎屑岩主要为沉凝灰岩。

2.2火山岩储层的储集空间类型

不同学者对不同地区火山岩储集空间类型的划分方案不一，大致归为以下4类：(1)根据形态特征将火山岩孔隙类型分为孔隙和裂缝2大类[4，10-11]；(2)根据岩心宏观孔隙类型将火山岩分为孔隙、洞穴、裂缝3大类[12]；(3)根据成因将火山岩孔隙类型分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝3类[13-14]；(4)根据成因将火山岩孔隙类型分为原生储集空间、次生储集空间2类[15]。通过西泉地区25口井岩心观察、铸体薄片镜下观察及电镜扫描等多种分析方法，本文对研究区火山岩孔隙类型的划分基本沿用上述第4种分类方案，将西泉地区石炭系火山岩的储集空间类型划分为原生储集空间和次生储集空间2大类。进一步根据形态特征，将原生储集空间细分为原生孔隙和原生裂缝，次生储集空间细分为次生孔隙和次生裂缝。

图1 准噶尔盆地西泉地区构造位置

(1)原生孔隙。包括气孔和残余气孔，主要发育在火山熔岩和火山碎屑熔岩中，是岩浆喷出地表后在冷凝固结过程中由于压力骤降挥发组分逸散形成的孔隙，气孔多呈圆形、椭圆形(图2a，b)、不规则形(图2c)，部分气孔经分化淋滤溶蚀扩大形成扩大孔(图2d)；部分气孔常被成岩演化过程中产生的次生矿物半充填形成残余气孔。

(2)原生裂缝。包括节理缝或者炸裂缝，是岩浆上涌过程中，已结晶矿物因压力骤降和温度变化胀裂或者熔岩体内部高压爆破形成的，研究区较少出现此类裂缝。

(3)次生孔隙。包括火山熔岩中的斑晶溶孔(图2e)、基质溶孔(图2f)和火山碎屑岩中的粒间溶孔(图2g)、粒内(晶内)溶孔(图2h)，是火山岩在成岩演化过程中斑晶内部和颗粒内部以及基质或颗粒之间因成岩流体等作用发生的一系列溶蚀作用形成的孔隙，孔隙形状不规则，多呈孤立状。

(4)次生裂缝。包括溶蚀缝和构造裂缝，发育在各类火山岩中，溶蚀缝多与风化淋滤作用有关，多由充填构造裂缝边缘经过溶蚀而形成的，缝面多呈弯曲状或分叉(图2i，j)；构造裂缝多为近平直状，可切穿颗粒和斑晶，延伸较远(图2k，l)。

3 火山岩储层分类评价

火山岩的储集空间受岩性与岩相、风化淋滤作用、成岩作用及构造作用等因素的影响，具有孔隙、裂缝双重介质特征。本文根据研究区24口井试油产能的大小，以大于10 d/t，5～10 d/t，0～5 d/t和干层(或水层)为界，将火山岩储层分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ类，选取这4类不同储层的岩石样品，配套完成反映储层储渗能力的图像孔喉分析和压汞曲线实验，对不同岩性储集空间组合、物性、孔喉半径、含油饱和度、电性等参数进行分类评价，定量表征不同分类的火山岩储层的有效性和渗流能力。

3.1储集空间组合特征

由于各类储集空间一般不单独存在，都是以某种组合形式出现[16]，因此，采用图像孔喉分析测量40个不同岩性储集空间的类型和总面孔率，以优势储集空间组合[17-18]为依据，评价4类不同岩性储集空间组合(表1)：

(1)Ⅰ类：主要发育气孔+溶蚀扩大孔和溶蚀孔+裂缝，面孔率大于3%(表1)，气孔+溶蚀扩大孔常见于气孔安山岩和火山角砾熔岩中，其位于不整合面附近，经历长期风化淋滤作用，使孔隙溶蚀扩大并彼此连通，形成最有利的储集空间组合；溶蚀孔+裂缝见于火山角砾岩中，溶孔为粒间溶孔和粒内溶孔，占总面孔率80%以上，裂缝不仅形成油气储集空间，同时连通溶孔增大渗流通道，形成优势储集空间组合。

图2 准噶尔盆地西泉地区石炭系火山岩孔隙类型照片

表1 准噶尔盆地西泉地区石炭系火山岩储集空间组合分类评价

(2)Ⅱ类：主要发育气孔+构造缝(溶蚀缝)，面孔率2%～3%，常见于气孔玄武岩和凝灰熔岩中，气孔占总面孔率30%～90%(表1)，裂缝(溶蚀缝)形成渗流通道连通气孔，形成较好储集空间组合。

(3)Ⅲ类：主要发育气孔+溶孔，面孔率在1%～2%之间，常见于英安岩和少部分安山岩中，储集空间以气孔、斑晶溶孔和基质溶孔为主，占总面孔率90.8%(表1)，孔隙之间彼此连通性差，渗流能力变差，多为差储集空间。

(4)Ⅳ类：整体上以孤立状小孔隙为主，面孔率小于1%，主要发育在凝灰岩、沉凝灰岩、致密安山岩和致密玄武岩中，彼此不连通，多为致密层。

3.2微观孔隙结构分布特征

火山岩储层喉道成因较沉积岩更加复杂，储集层具有不同的微观孔隙结构特征，深入研究储层微观孔隙结构特征对储层的储集能力和渗流机理具有指示意义。根据64个样品的压汞曲线，分析4类火山岩储层微观孔隙结构特征及渗流能力[19]。

Ⅰ类(气孔+溶蚀扩大孔和溶蚀孔+裂缝)：以西泉092井2 503.0 m处样品为例，排驱压力0.04 MPa，中值压力2.09 MPa，最大进汞饱和度90.4%(图3a)，孔喉半径分布呈多峰型，主要分布在1～100，0.1～1和0.01～0.1 μm3个区间，分别占总孔喉体积的36.5%、28.0%和35.5%(图3b)，1～100 μm之间的孔喉半径提供了95%以上的渗透贡献能力(图3c)，说明对渗透率的贡献主要取决于粗喉道。粗喉道所占的比例越高，渗透率越好。

Ⅱ类(气孔+构造缝(溶蚀缝))：以西泉3井2 382.1 m处样品为例，排驱压力1.03 MPa，中值压力12.5 MPa，最大进汞饱和度66%(图3a)；孔喉半径分布呈单峰型且分选范围较宽，分布在0.01～1 μm， 0.1～1 μm的孔喉半径占总孔喉体积的73.3%(图3b)，并贡献了95%以上的渗流能力(图3d)。

Ⅲ类(气孔+构造缝或溶蚀缝)：以西泉092井2 600.9 m处样品为例，排驱压力为1.04 MPa，中值压力为19.0 MPa，最大进汞饱和度为52%(图3a)；孔喉半径分布呈双峰型且小孔喉分布较多，分布在0.1～1 μm和0.01～0.1 μm之间，分别占总孔喉体积的40%和60%(图3b)，位于0.1～1 μm之间的孔喉渗透率贡献达95%以上(图3e)，小于0.1 μm孔喉虽有储集能力，但对渗透率贡献较小。

Ⅳ 类(孤立的小孔隙为主)：以西泉114井2 537.5 m处样品为例，排驱压力和中值压力较大，最大进汞饱和度为21%(图3a)；孔喉半径分布呈双峰型，分布在0.1～0.5 μm和0.01～0.1 μm之间(图3b)，分别占总孔喉体积的54%和46%，对渗透率的贡献取决于0.1～0.5 μm之间的喉道(图3f)。

3.3孔隙结构参数分布特征

根据4类火山岩储层微观孔隙结构特征，分析微观孔隙结构参数(表2)，从Ⅰ类到Ⅳ类储层，其孔隙度、渗透率、最大孔喉半径、中值半径和最大进汞饱和度整体呈跳跃式减少，而排驱压力和中值压力呈跳跃式增大(图4)。

Ⅰ类储层有效孔隙度大于24%，渗透率大于0.5×10-3μm2，最大孔喉半径1～20 μm，进汞饱和度大于80%，排驱压力小于0.7 MPa，中值压力小于8 MPa，说明该类储层发育大孔隙、大喉道，对油气储集和渗流能力贡献较大，为优质储层。

Ⅱ类储层有效孔隙度18%～24%之间，渗透率在(0.1～1.0)×10-3μm2之间，最大孔喉半径0.3～5 μm，进汞饱和度65%～80%，排驱压力0.2～1.5 MPa，中值压力4～15 MPa，发育大—中孔隙、中孔喉，储集能力和渗流能力较Ⅰ类差，为较好储层。

图3 准噶尔盆地西泉地区石炭系不同火山岩储层类型微观孔隙结构特征

表2 准噶尔盆地西泉地区石炭系不同火山岩储层类型的微观孔隙结构参数

Ⅲ类储层有效孔隙度在12%～18%之间，渗透率(0.05～1.6)×10-3μm2之间，最大孔喉半径0.15～2 μm，进汞饱和度50%～65%，排驱压力0.5～3.0 MPa，中值压力10～20 MPa，发育中孔隙、中—细孔喉，储集空间和渗流能力明显变差，为中—差储层。

图4 准噶尔盆地西泉地区石炭系不同火山岩储集层孔隙结构参数分布特征

Ⅳ类储层有效孔隙度小于12%，渗透率在(0.01～0.2)×10-3μm2之间，进汞饱和度小于50%，该类储层为小孔隙和细喉道，几乎没有储集能力和渗透能力，为致密储层。

综上所述，大孔隙、中—粗喉道，是决定火山岩优质储层的重要因素。

3.4火山岩储层分类评价标准

笔者在上述储集空间组合及微观孔隙结构分类评价的基础上，根据分析样品与测井曲线的关系，分别建立试油结论AC-DEN交会图(图5a)、不同类型AC-DEN交会图(图5b)，试油结论中含油下限和Ⅲ类储层下限相吻合。综合岩性、储集空间组合、微观孔隙结构特征、电性及含油性等参数，建立了西泉地区石炭系火山岩储层分类评价标准(表3)。

该分类评价标准以产能大小为依据，充分考虑火山岩储层的岩性、储集空间组合、物性、电性、含油性等参数，有效指导有利区预测。而工程压裂、实验分析误差等可能造成试油产量偏小和实验结果偏差，导致分类错误，可能忽略部分有效储层；对于不同盆地，如果勘探程度较低、试油数据较少，同时主控因素差异造成储集空间组合和孔隙结构不同的其他类型火山岩，可能不适合该分类评价。

图5 准噶尔盆地西泉地区火山岩储层声波时差—密度交会图与试油产能关系

表3 准噶尔盆地西泉地区石炭系火山岩储层分类评价参数与标准

4 火山岩储层平面分布预测

依据火山岩储层分类评价标准，结合试油试采，绘制出西泉地区石炭系火山岩储层平面分布图(图6)。其中，Ⅰ类储层分布区域较小，主要集中在研究区南部中间区域，是本区主要的产油区；Ⅱ类储层分布较广，主要集中在研究区南部中间围绕Ⅰ类分布，以及研究区东南部和西北部，是研究区主要的开发区；Ⅲ类储层主要分布在研究区南部中间围绕Ⅱ类分布，以及研究区东北部，物性和产量均较差；Ⅳ类储层分布最为广泛，为水层或致密储层。

图6 准噶尔盆地西泉地区石炭系火山岩储层平面分布

5 结论

(1)依据产能大小，结合火山岩储层面孔率及优势储集空间组合关系，将西泉地区火山岩储层分为4类：Ⅰ类为气孔+溶蚀扩大孔、溶蚀孔+裂缝型，Ⅱ类为气孔+构造缝(溶蚀缝)型，Ⅲ类为气孔+溶孔型，Ⅳ类为孤立小孔隙型。

(2)微观孔隙结构特征显示，从Ⅰ类到Ⅳ类储层，面孔率、孔隙度、渗透率、最大孔喉半径、最大进汞饱和度及中值半径依次降低，排驱压力和中值压力依次增大。Ⅰ类储层发育大孔隙，粗喉道，为优势储层；Ⅱ类和Ⅲ类储层发育大—中孔隙，中—细喉道，为较好到中—差储层；Ⅳ类储层发育小孔隙、细喉道，为致密储层。

(3)综合试油产能、岩性、储集空间组合、储层孔隙结构，储层电性等参数，建立了西泉地区石炭系火山岩储层分类评价标准，在此基础上，预测了西泉地区石炭系有利火山岩储层储集地带。

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(编辑黄 娟)

Classificationandevaluationofmicroporestructureofvolcanicrockreservoirs: A case study of the Carboniferous volcanic reservoirs in Xiquan area, eastern Junggar Basin

Ma Shangwei1, Luo Jinglan1, Chen Chunyong2, He Xianying2, Dai Jingjing1, Xu Xuelong2, Wang Chong1

(1.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710069,China; 2.ZhundongProductionPlant,XinjiangOilfieldCompanyLtd,PetroChina,Fukang,Xinjiang831511,China)

The studies of the characteristics of volcanic reservoirs in Xiquan area of the Junggar Basin are relatively weak. The pore types and pore assemblages as well as the micro pore structural features of the Carboniferous volcanic reservoirs in Xiquan area were classified and evaluated in this paper according to hydrocarbon yield, and also based on the observation and description of cores from 25 drilling wells, and the identification and quantifying of casting thin sections under microscope, measurement of SEM, porosity and permeability and capillary pressure. Four types of volcanic reservoirs were identified based on the thin-section porosity and the superior pore assemblage. The type Ⅰ pore assemblage is the vesicles+enlarged dissolution vesicles and dissolution pores+fractures. The type Ⅱ includes vesicles+structural fractures+dissolution fissures. The type Ⅲ is vesicles+dissolution pores, while only isolated fine pores developed in the type Ⅳ reservoir. The thin-section porosity reduces in turn from the type Ⅰ to the type Ⅳ. Different micropore structure of the volcanic reservoirs indicated that the type Ⅰ is an excellent reservoir with well-developed large pores and coarse throats. The type Ⅱ and type Ⅲ are better to medium favorable reservoirs with developed large to medium pores and medium to fine throats. While the type Ⅳ is a tight reservoir due to its fine pores and fine to micro throats. Finally, a volcanic reservoir classification and evaluation criterion for the study area was established on the basis of the above study and integrated with well logging data.

reservoir pore assemblage; pore structure; classification and evaluation; volcanic reservoir; Xiquan area; Junggar Basin

1001-6112(2017)05-0647-08

10.11781/sysydz201705647

TE122.2

：A

2017-03-08；

：2017-07-18。

马尚伟(1985—)，男，博士研究生，主要从事油气地质学研究。E-mail：mashangwei123@163.com。

罗静兰(1957—)，女，教授，主要从事储层沉积学、火山岩油气藏岩相学、储层特征及成岩作用研究。E-mail：jlluo@nwu.edu.cn。

国家科技重大专项“东西部火山岩储层与鄂尔多斯盆地长7致密砂岩储层成岩演化序列与有利储层评价”(2011ZX05001-002-008)资助。