火山巖儲(chǔ)層的類型及分布

火山巖儲(chǔ)層的類型及分布

1巖性-組構(gòu)-成因目前，盆地火山巖相的研究主要采用現(xiàn)有剖面中火山巖相的分類方案。這樣的分類體系主要是依據(jù)火山作用方式或噴發(fā)/搬運(yùn)方式,對于研究現(xiàn)代火山作用和火山巖是適合的。在各家的分類方案中對成巖方式論述較少[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11],未涉及到巖相與儲(chǔ)層物性的相關(guān)性,這樣的分類對于以儲(chǔ)層建模、評價(jià)和預(yù)測為主要目的的盆地火山巖相研究而言,已經(jīng)不能夠滿足實(shí)際需求。基于巖性和巖石組構(gòu)等用巖芯或巖屑可以觀測和準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)的基本地質(zhì)屬性,強(qiáng)調(diào)盆地火山巖研究中的可操作性,可采用“巖性-組構(gòu)-成因”分類,其分類原則為:(1)巖相劃分應(yīng)具有儲(chǔ)層意義,因?yàn)檫@是盆地火山巖相研究的首要目的。(2)巖相要具有不同尺度和不同資料的可識(shí)別性,即在巖芯/巖屑、手標(biāo)本、剖面上可識(shí)別,同時(shí),用測井和地震資料也在一定程度上可識(shí)別。(3)每種巖相要盡可能具有明確的甚至是獨(dú)有的巖性、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造標(biāo)志。(4)巖相分類要考慮到成巖方式,因其與深層的儲(chǔ)層物性和儲(chǔ)層預(yù)測有關(guān)。例如,由熔漿冷凝膠結(jié)而固結(jié)成巖的火山巖相其儲(chǔ)層物性基本與埋深無關(guān);而那些有壓實(shí)作用參與的火山巖相的儲(chǔ)層物性將明顯隨埋深變差,壓實(shí)成巖份額越大受埋深影響越強(qiáng)。(5)火山巖相分類要考慮到物質(zhì)的搬運(yùn)機(jī)制,因其與火山機(jī)構(gòu)及其噴發(fā)體系有關(guān),直接涉及到儲(chǔ)層預(yù)測。例如,由不同搬運(yùn)方式形成的巖石其單層厚度、分布范圍和延伸特點(diǎn)都將有巨大差異,這是井間延拓和儲(chǔ)層預(yù)測必須涉及到的基本內(nèi)容。(6)巖相要有預(yù)測功能,因此要求有較明確的相序和相律關(guān)系。(7)盆地火山巖相分類要有清晰明了的物理意義,即每一種相及亞相在火山噴發(fā)巖組合的物理模型中都具有其自身的位置,而且這種位置應(yīng)盡可能是獨(dú)特的。(8)應(yīng)盡量符合已有習(xí)慣,與已有分類具有可比性。2儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)類型和儲(chǔ)集空間松遼盆地徐家圍子斷陷火山巖儲(chǔ)層具有孔隙和縫隙相互組合的所謂“雙孔介質(zhì)”。火山巖儲(chǔ)集空間按成因可劃分為原生孔隙、次生孔隙和裂隙3種類型。按結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步劃分為13種亞類。原生孔隙包括熔巖類的原生氣孔、石泡空腔孔、杏仁體內(nèi)孔和火山碎屑巖類的粒間孔隙,火山角礫巖基質(zhì)收縮縫,以及礦物解理縫。次生孔隙包括斑晶溶蝕孔隙、基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙和斷層角礫巖中角礫間不規(guī)則空隙。裂隙包括原生節(jié)理縫、構(gòu)造裂縫、未填滿構(gòu)造縫和充填-溶蝕構(gòu)造縫。這些孔隙可以形成一千余種復(fù)雜的組合類型。不同的孔隙組合類型具有十分不同的儲(chǔ)集能力。而孔隙組合關(guān)系又由噴發(fā)相帶和后期改造作用的過程和強(qiáng)度所決定。所以說,火山巖的巖相、亞相、相律及其改造歷史和后果是火山巖儲(chǔ)層研究的核心內(nèi)容之一。要提高火山巖儲(chǔ)層預(yù)測精度、降低勘探風(fēng)險(xiǎn)就必須首先弄清楚改造后的火山巖-火山碎屑巖序列的殘存巖相、亞相、相律的時(shí)空展布特征。火山巖巖相與火山巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間具有明顯的相關(guān)關(guān)系。表1比較詳細(xì)地列舉了二者的對應(yīng)性。圖1展示了流紋巖類噴溢相下、中、上3個(gè)亞相和侵出相內(nèi)帶亞相的孔隙和裂隙特征。這里重點(diǎn)就幾種以往被忽略的、但可能又是非常重要的火山巖儲(chǔ)集巖相,結(jié)合作者的研究實(shí)踐論述如下。2.1松散層的分布爆發(fā)相中可能存在的“松散層”是一類值得特別注意的儲(chǔ)集體。這種松散層可以發(fā)育在爆發(fā)相3個(gè)亞相中任何一個(gè)亞相的底部。它們有兩種形成機(jī)制:一是由于灼熱的火山碎屑流與地面接觸時(shí)底部迅速散熱,熱碎屑流本身及其與地表物質(zhì)之間來不及彼此融合,形成未熔結(jié)的無填隙物碎屑層(或稱砂流層);二是由于熔結(jié)凝灰?guī)r噴發(fā)降落之前原基巖的風(fēng)化殼被快速披蓋保存而形成。這種松散層由于有上覆熔結(jié)凝灰?guī)r和熔巖的披蓋作用、形成堅(jiān)硬外殼作為保護(hù)層,使其不再受到后續(xù)壓實(shí)作用的影響或影響微弱,因此能夠保留下來。松散層一般厚幾十厘米。一次爆發(fā)作用形成的巖石組合為一個(gè)冷卻單元。每個(gè)冷卻單元從底到頂冷卻程度從快到慢又到快,相應(yīng)的巖石固結(jié)程度則從弱到強(qiáng)再到弱。由此推之,松散層不僅能發(fā)育在冷卻單元的底部,也可以出現(xiàn)在單元的頂部。其實(shí),上一個(gè)冷卻單元的頂部往往是下一個(gè)單元的底部。所以,在一系列噴發(fā)單元相互疊置的情況下,松散層經(jīng)常出現(xiàn)在冷卻單元之間。松遼盆地徐家圍子斷陷2001年鉆探的XS-1井,于3450m左右的凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r中鉆遇高產(chǎn)氣流,后經(jīng)仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn),其儲(chǔ)集巖屬于爆發(fā)相中的松散層。這種“巖體內(nèi)松散層”具有分布廣泛、出現(xiàn)頻繁的特點(diǎn),應(yīng)給予足夠重視。因?yàn)槟規(guī)r類通常在壓實(shí)作用下會(huì)使物性明顯變差,而這種作為松散層的凝灰?guī)r卻很少受壓實(shí)作用的不良影響,所以在凝灰?guī)r-熔結(jié)泥灰?guī)r的爆發(fā)相巖石組合中應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地尋找這種“巖體內(nèi)松散層”。2.2侵出相珍珠巖體還應(yīng)該更加注意的是中酸性火山巖發(fā)育區(qū)的侵出相內(nèi)帶亞相。它們多出現(xiàn)在火山旋回的晚期,此時(shí)破火山口-火山湖體系已經(jīng)形成,當(dāng)高粘度巖漿受到內(nèi)力擠壓流出地表時(shí)遇水淬火形成巖球和巖枕構(gòu)造,這些球狀堆積物之間充填著較細(xì)的玻璃質(zhì)碎屑,使得大的珍珠巖球體松散地膠結(jié)在一起。由于這種堆積物的骨架堅(jiān)硬,同時(shí)有侵出相中帶珍珠巖和外帶角礫熔巖作為堅(jiān)硬的外殼披覆其上起到保護(hù)作用,所以,在一個(gè)大的侵出相火山巖穹隆的內(nèi)部往往發(fā)育有大規(guī)模的“巖穹內(nèi)松散體”。這種松散體的物性通常是非常好的(圖1),其分布范圍(直徑)一般為幾百米到千余米、高度幾十米至百余米。但到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)這類火山巖儲(chǔ)層,也未見相關(guān)報(bào)道。然而根據(jù)在松遼盆地周緣地區(qū)的營城組地層中珍珠巖體廣泛發(fā)育,侵出相珍珠巖具有體積大和質(zhì)地純等共性,說明營城組時(shí)期在破火山口-火山湖體系中形成侵出相珍珠巖是常見的地質(zhì)事件。在松遼盆地內(nèi)部也應(yīng)當(dāng)有這類巖相和巖石組合發(fā)育。所以說,有理由相信在不遠(yuǎn)的將來能夠找到這類以巖穹內(nèi)松散體為儲(chǔ)層的大而肥的火山巖油氣藏。3將巖相和巖相作為儲(chǔ)層精細(xì)表征的依據(jù)盡管火山巖的原生孔隙可能很發(fā)育,但是,火山巖的原生孔隙之間一般是不連通的,或連通性很差。幸運(yùn)的是,在松遼盆地乃至我國的整個(gè)東部地區(qū)都發(fā)育有多組構(gòu)造裂隙,它們使得火山巖中的各種孔隙彼此連通、構(gòu)成運(yùn)移通道。本區(qū)火山巖裂縫按力學(xué)成因可分為剪切裂隙、張性裂隙、壓性裂隙和張剪性與壓剪性裂隙5大類。其中,剪性和壓剪性裂隙是松遼盆地儲(chǔ)層火山巖的主要裂隙類型。按裂隙形成的時(shí)間,可分為原生裂隙(火山巖冷凝的同時(shí)形成的收縮縫)、次生裂隙(火山巖冷卻成巖后形成的構(gòu)造裂隙)以及裂縫經(jīng)充填-溶蝕等后期改造作用形成的復(fù)合裂縫,后兩者是本區(qū)火山巖的主要裂隙類型。松遼盆地火山巖儲(chǔ)層中發(fā)育的構(gòu)造裂隙,具有多期、多方向、組合復(fù)雜等特點(diǎn),是近120Ma以來各種地質(zhì)作用相互疊加的綜合結(jié)果。本區(qū)主要的構(gòu)造裂隙是一組共軛的、高角度的(傾角50°～90°)、走向NNE和NNW向的、剪性或壓剪性的斷層縫。其中NNE(或近SN向)走向的斷層面具有明顯的右旋走滑特征,其構(gòu)造形跡尤為顯著,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料可確定它們形成于古新世-中新世,主要時(shí)期應(yīng)為45～20Ma*。這組高角度構(gòu)造裂縫是本區(qū)油氣運(yùn)移的主要通道。構(gòu)造裂隙一方面使得孔隙彼此連通,解決了運(yùn)移通道問題,另一方面它們本身對儲(chǔ)集空間的體積雖不十分重要,但也有一定貢獻(xiàn)。裂隙占火山巖儲(chǔ)層總孔隙度的份額一般不超過10%。即90%以上的儲(chǔ)集空間仍來自于孔隙。而火山巖孔隙的發(fā)育程度和分布規(guī)律又是受巖相控制的,所以,火山巖儲(chǔ)層預(yù)測歸根到底還是火山巖的巖相分析、對比和預(yù)測問題。圖2是松遼盆地北部ZS-Ⅵ井的巖相分析圖。1997～1998年在該井鉆探過程中本文作者通過巖芯和巖屑現(xiàn)場觀測和取樣分析,確定取芯段3578～3597m的灰白色流紋構(gòu)造流紋巖為營城組一段,巖相帶以溢流相中部亞相為主、夾上部亞相。依據(jù)由野外剖面建立的巖相和相序模式,預(yù)測該取芯段之上應(yīng)為原生氣孔發(fā)育的、以溢流相上部亞相為主的雙孔介質(zhì)巖相帶,其儲(chǔ)集性能應(yīng)好于取芯段,由此提出具體的測井和氣測方案。后期鉆探證實(shí)了該巖相和儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果,在3528～3570m處探遇高孔滲火山巖儲(chǔ)層,多為氣水同層,其中有一單層日產(chǎn)水300m3。雖然該探井的天然氣產(chǎn)能沒有達(dá)到工業(yè)品位,但火山巖巖相及其儲(chǔ)層的預(yù)測成功,為后續(xù)火山巖油氣藏勘探積累了經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)ZS-Ⅵ井火山巖相序特征,結(jié)合測井相分析和地震解釋,同時(shí)考慮烴源巖等因素,部署以鉆探營城組一段溢流相上部亞相氣孔流紋巖為主要目的層的ZS-Ⅷ井(圖3),在設(shè)計(jì)的目的層段鉆遇天然氣層。ZS-Ⅷ井107-113號(hào)層中途測試獲低產(chǎn)工業(yè)氣流。這些工作對近幾年來在本區(qū)開展的,以火山巖儲(chǔ)層為主要目的層的深層天然氣勘探的連續(xù)突破起到了一定的促進(jìn)作用。4儲(chǔ)集空間類型(1)松遼盆地徐家圍子斷陷火山巖儲(chǔ)層具有孔隙和縫隙相互組合的所謂“雙孔介質(zhì)”?；鹕綆r儲(chǔ)集空間按成因可劃分為原生孔隙、次生孔隙和裂隙3種類型。按結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步劃分為13種亞類。原生孔隙包括熔巖類的原生氣孔、石泡空腔孔、杏仁體內(nèi)孔和火山碎屑巖類的粒間孔隙,火山角礫巖基質(zhì)收縮縫,以及礦物解理縫。次生空隙包括斑晶溶蝕孔隙、基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔隙和斷層角礫巖中角礫間不規(guī)則空隙。裂隙包括原生節(jié)理縫、構(gòu)造裂縫、未填滿構(gòu)造縫和充填-溶蝕構(gòu)造縫。(2)火山巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型受巖相控制。不同巖相帶發(fā)育的火山巖儲(chǔ)層其孔-縫及其組合關(guān)系差異很大。噴溢相主要發(fā)育氣孔、流紋理層間縫隙和節(jié)理縫;爆發(fā)相的主要空隙類型為粒間孔隙;侵出相以角礫間孔和原生裂縫為主;火山通道相主要發(fā)育節(jié)理縫和各種原生裂隙。爆發(fā)相中每個(gè)冷卻單元的底部經(jīng)常發(fā)育有“松散層”,它們是未熔結(jié)的碎屑砂流層或原基巖的風(fēng)化殼被快速披蓋保存而形成的。侵出相內(nèi)帶亞相經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模的“巖穹內(nèi)松散體”,它們是大的珍珠巖球體的堆積體。在中酸性火山巖儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)應(yīng)特別注意尋找這兩類儲(chǔ)集體。(3)本區(qū)火山巖裂縫按力學(xué)成因可分為剪切裂隙、張性裂隙、壓性裂隙和張剪性與壓剪性裂隙5大類。其中,剪性和壓剪性裂隙是松遼盆地儲(chǔ)層火山巖的主要裂隙類型。按裂隙形成的時(shí)間,可分為原生裂隙(火山巖冷凝的同時(shí)形成的收縮縫)、次生裂隙(火山巖冷卻成巖后形成的構(gòu)造裂隙)以及裂縫經(jīng)充填-溶蝕等后期改造作用形成的復(fù)合裂縫,后兩者是本區(qū)火山巖的主要裂隙類型。松遼盆地儲(chǔ)層火山巖中發(fā)育