劉 祥,郎建軍,楊清福

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長春 130061; 2.長春工業(yè)大學(xué),吉林長春 130012; 3.吉林省地震局,吉林長春 130117)

火山碎屑沉積物是油氣的重要儲層

劉 祥1,郎建軍2,楊清福3

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長春 130061; 2.長春工業(yè)大學(xué),吉林長春 130012; 3.吉林省地震局,吉林長春 130117)

火山碎屑沉積物是重要的油氣儲層?；鹕剿樾汲练e按成因劃分為火山噴發(fā)空中降落堆積物、火山碎屑流狀堆積物、火山泥流堆積物和火山基浪堆積物等。它們的特征和儲層潛能是不同的。火山碎屑沉積物的識別和解釋能夠極大的影響火山碎屑層序的勘探方法、儲油層幾何形態(tài)和性能的預(yù)測。美國亞利桑那洲早侏羅世懷特申組是一個多噴發(fā)火山口復(fù)合體,把不同成因類型的火山碎屑堆積物和熔巖分為 4個相:火口相、近火口相、中間相和遠(yuǎn)端相。討論了這些相對儲層性能的影響?；鹕剿樾即蟛糠钟苫瘜W(xué)性活潑的和不穩(wěn)定礦物組成,在埋藏成巖期間具有迅速和廣泛的變化?；鹕剿樾嫉馁x存,有助于溶解孔隙的發(fā)育,能夠增強儲油層性能。

火山;油氣儲層;火山碎屑沉積物;火山相模式

1 在火山碎屑沉積物中尋找、勘探油氣層具有廣闊的前景

1.1 世界各地在多個地質(zhì)時代的火山碎屑沉積物中發(fā)現(xiàn)油氣層

在北歐和非洲裂谷盆地及沿著亞洲、南美的會聚大陸邊緣在含有火山碎屑沉積物的層序中發(fā)現(xiàn)有重要的油氣沉積[1]。地質(zhì)時代包括晚古生代、中生代和新生代[2-3]。

我國二連盆地、海拉爾盆地、松遼盆地、下遼河坳陷、蘇北盆地和江漢盆地中、新生代陸相油氣盆地以及準(zhǔn)葛爾[4]盆地(二疊紀(jì))中的火山巖和火山碎屑巖也是油氣的重要儲層。

1.2 火山碎屑沉積物的普遍性

據(jù) Einsele[5]文獻(xiàn),在盆地填充中,火山碎屑沉積起相當(dāng)大的作用。在各種各樣類型的盆地中,火山碎屑物質(zhì)對沉積物總量的貢獻(xiàn)可高達(dá) 25%。因此,在各種盆地的火山碎屑沉積中尋找、勘探油氣層具有廣闊的前景。

2 不同成因類型火山碎屑沉積的識別及其儲層

2.1 火山噴發(fā)空中降落堆積物及其儲層

2.1.1 火山噴發(fā)空中降落堆積物

火山噴發(fā)空中降落堆積物(airfall tephra)包括火山噴發(fā)時噴向空中的所有產(chǎn)物?；鹕奖l(fā)時,熱的火山碎屑和氣體產(chǎn)生上浮的火山噴發(fā)熱柱[6],最高可達(dá) 45 km(圖 1)?；鹕綇棥r塊和較大的火山礫具有較大的降落速度,遵循彈道軌跡很快降落下來,形成火山渣錐(scoria cone)。較細(xì)較輕的碎屑順優(yōu)勢風(fēng)向漂浮,擴(kuò)散得很遠(yuǎn),超過數(shù)百、數(shù)千米,甚至數(shù)十、數(shù)百千米,降落下來后,形成火山碎屑席 (tephra sheet)或火山碎屑扇 (tephra fan)。如我國東北長白山火山 1 000年前大爆發(fā),火山灰向東一直到達(dá)日本,超過 1 000 km[8]。

圖 1 1980年 5月 18日美國華盛頓州圣·海倫斯火山爆發(fā),火山噴發(fā)柱被西風(fēng)吹拂,火山灰擴(kuò)散到整個美國[7]Fig.1 The eruptive plume of St.Helens volcano inWashington State,USA,erupted on May 18,1980,and volcanic ashes were spreaded bywestwind across the United States[7]

空落火山碎屑鋪天蓋地而下,覆蓋所有地形,其分布不受地形控制,而受風(fēng)向影響?？章涠逊e物發(fā)育面狀平行層理和遞變層理,分選好,Inman分選系數(shù)常為 1.0～2.0[9]。浮巖用于中性和酸性巖漿火山碎屑,火山渣用于基性巖漿火山碎屑。空落火山渣和浮巖呈棱角狀。隨著距火山口越來越遠(yuǎn),空落堆積物系統(tǒng)地變薄、顆粒更細(xì)、分選更好,所以空落火山碎屑的厚度、中值粒徑都隨遠(yuǎn)離火山口呈規(guī)律性減少[9-10]。凝灰?guī)r (tuff)一般為空落火山碎屑堆積物。

2.1.2 空落火山碎屑堆積物的儲層

1)空落火山碎屑沉積在距離火山口遠(yuǎn)距離,比如大于 100 km也可以很厚,足以形成儲油層或者與外力沉積聯(lián)合形成儲油層[1]。比如:印度尼西亞含油氣的 Jatibarany火山巖組,是一個填充地塹的火山碎屑 (凝灰?guī)r)和火山熔巖流層序,厚1 200 m[1]。蘇格蘭Midland河谷的下石炭統(tǒng)油頁巖組,油頁巖的有機(jī)碳含量高達(dá) 30%。油頁巖沉積在古代 Cadell淡水湖中,形成 0.2～6.0 m分離的礦層,其中有許多的火山灰和凝灰?guī)r夾層。局部一個厚的凝灰?guī)r層甚至占據(jù)一個油頁巖礦層的位置[2]。上侏羅統(tǒng) K immeridge頁巖是歐洲北海區(qū)主要生油巖。有機(jī)碳含量平均 5%～10%。沉積環(huán)境是開闊的內(nèi)海。Moray峽灣區(qū)鉆井中的 Kimmeridge頁巖含有不等的、局部相當(dāng)多的火山成因的碎屑和薄的凝灰?guī)r夾層[2]。

2)空落堆積成分均勻、分選好,廣泛分布,在勘探中經(jīng)常把它作為地層基準(zhǔn)面是適宜的。比如:數(shù)層薄的凝灰?guī)r層或凝灰質(zhì)單元已被用于穿過 Statford油田的詳細(xì)對比[11]。美國科羅拉多、猶他和懷俄明的始新世格林河組油頁巖是白云質(zhì)湖相沉積。延展超過65 000 km2,構(gòu)成了世界上最大的油頁巖儲藏量,估計潛在的石油儲量約 3 000× 108t。凝灰?guī)r (流紋質(zhì)到安山質(zhì))和凝灰質(zhì)沉積物組成格林河組約 2%[2]。東地中海最年青的晚古近紀(jì)腐殖泥 (上新世—第四紀(jì))有機(jī)碳含量平均3.1%,主要是海相成因 (非晶質(zhì)的油母巖)。Cita和 Grignani[12]評述認(rèn)為,同步形成的腐殖泥和火山碎屑巖層可用高分辨率地層學(xué),對東地中海深海記錄進(jìn)行精確的層對層的對比。

3)分選好的空落堆積比分選差的火山碎屑流沉積有更好的儲油性能,因此,在火山碎屑沉積層序中,經(jīng)常將凝灰?guī)r層列為主要的儲油層性能[1]。

4)當(dāng)儲油層發(fā)生在空落堆積中時,這種沉積橫向的連續(xù)性也被用于推測儲層的連續(xù)性[1]。

2.2 火山碎屑流狀堆積物及其儲層

2.2.1 火山碎屑流狀堆積物

垂直的、滿載火山碎屑的噴發(fā)柱的有效密度大于大氣的有效密度,于是導(dǎo)致重力跨塌,產(chǎn)生火山碎屑流 (pyroclastic flow)。Einsele[5]認(rèn)為,火山碎屑流是熾熱的、具有高度顆粒富集的部分流體化的氣體-固體混合體,從而導(dǎo)致流沿山坡快速流動,填充低洼地形和以前的河谷。大部分浮巖流和火山灰流 (火山灰粒級含量 ＞50%)即形成于此(圖 2,圖 3)?；鹕剿樾剂髑治粶囟?500～850℃[8]。

塊狀的、熔結(jié)的 (welded)酸性和浮巖質(zhì)火山碎屑流狀堆積物被稱為熔結(jié)凝灰?guī)r (ignimbrite)。Cas和Wright[13]認(rèn)為,熔結(jié)凝灰?guī)r一般分選差、塊狀構(gòu)造,含有不同量的火山灰、圓狀火山礫和巖塊。主要形成于火山噴發(fā)柱跨塌。

英安質(zhì)-流紋質(zhì)-粗面質(zhì)成分大規(guī)模普林尼式爆發(fā),從幾千米高空連續(xù)地噴發(fā)柱跨塌,可形成規(guī)模巨大的廣布的浮巖流席、火山灰流席。

圖 2 1968年菲律賓馬榮火山爆發(fā),由噴發(fā)柱垮塌形成的火山碎屑流沿山坡急馳[9]Fig.2 The downslope moving pyroclastic flow resulted from column collapse ofMayon volcano erupted in 1968 in Philippines[9]

圖 3 火山碎屑流狀堆積物的理想層序 (浮巖流或熔結(jié)凝灰?guī)r)[13]Fig.3 Idealized section of pyroclastic flow deposits(pumice flow or ignimbrite)[13]

在火山碎屑流狀堆積物中,可出現(xiàn)許多流單元疊加在一起。每個流單元 (flow unit)代表了沉積在流舌中的一個單一的火山碎屑流[9]。流單元的界線由粒度變化、顏色、成分和組構(gòu)不同等顯現(xiàn)出來。一個流單元的理想層序是,最底部是薄的底浪(ground surge)堆積,接踵是火山碎屑流主體,頂部以薄的灰云浪(ash cloud surge)堆積和空落火山灰(fallout ash)結(jié)束。底浪和灰云浪堆積發(fā)育低角度交錯層理、微弱波狀層理等(圖 3)。

火山碎屑流沉積環(huán)繞火山口分布,受火山噴發(fā)柱跨塌方向和地形控制,與風(fēng)向無關(guān)?；鹕剿樾剂髯钸h(yuǎn)前進(jìn)距火山口約 100 km。分選差,Inman分選系數(shù)大于 2[9]。碎屑顆粒半圓、次圓狀。塊狀構(gòu)造,粗顆粒的浮巖和巖屑可發(fā)育遞變層理。厚度和粒度也不像空落堆積那樣隨著遠(yuǎn)離火山口而規(guī)律性減小,即近火山口厚度不一定大,顆粒不一定粗,遠(yuǎn)離火山口厚度不一定薄,顆粒不一定細(xì)[10]。因高溫侵位,常形成熔結(jié)凝灰?guī)r (ignimbrite或welded tuff)和凝灰熔巖(tufflava)。常顯假流動構(gòu)造。

2.2.2 火山碎屑流狀堆積物的儲層

1)熔結(jié)凝灰?guī)r可以有很大的規(guī)模,體積大于1 000 km3,火山碎屑流能夠前進(jìn)距火山口很遠(yuǎn)的距離,最遠(yuǎn)達(dá) 100 km。一些熔結(jié)凝灰?guī)r具有儲油層潛能或在外力沉積中與儲層共生[1]。比如:在美國內(nèi)華達(dá)洲,從古近紀(jì)致密熔結(jié)的火山灰流凝灰?guī)r中每天生產(chǎn)石油約 95.4～190.8m3(600～1 200 bbl)[14]。

2)大規(guī)模的熔結(jié)凝灰?guī)r在勘探中被識別出來是特別重要的,因其廣泛擴(kuò)散,體積巨大,填平溝谷和低地,覆蓋平緩地形,可以形成有價值的地層標(biāo)志層[1]。

3)當(dāng)儲油層出現(xiàn)在熔結(jié)凝灰?guī)r中時,這種沉積橫向的連續(xù)性也被用于推測儲層的連續(xù)性[1]。

4)橫向連續(xù)的“標(biāo)志層”,即大規(guī)模的熔結(jié)凝灰?guī)r和空落火山碎屑,以連續(xù)的地震反射為特征,它們能同不連續(xù)反射的填充河谷的火山碎屑流沉積和火山泥流沉積區(qū)分開來[1]。

2.3 火山泥流堆積及其儲層

2.3.1 火山泥流堆積

火山泥流(lahar)是起源于火山的奔騰流動的火山巖石碎屑和水的混合體,常沿河谷和低地急弛,類似于流動的混凝土[10]。火山泥流的形成機(jī)制不同,但水是必須的。一種是直接與火山噴發(fā)有關(guān),比如積雪、積冰和大雨中的火山爆發(fā),或者火山碎屑流注入河流。此外,由于地震、火山膨脹長大,導(dǎo)致火山口湖急速排水或者火山不穩(wěn)定,邊坡跨塌等也可形成火山泥流。

火山泥流經(jīng)常前進(jìn)距火山口 10～100 km處[5]?；鹕侥嗔鞒练e成分復(fù)雜,磨圓更好。火山泥流堆積分選更差,含有直徑大于 1 m的巨礫是火山泥流最重要的特征之一。火山泥流沉積顯示不太清晰的層理[10]。

2.3.2 火山泥流堆積的儲層

火山泥流堆積一般局限于溝谷中,因此作為地層標(biāo)志層是有局限性的。然而更廣闊分布的火山泥的巖屑流 (debris flow)堆積,其范圍從聯(lián)合裙到厚的層序,比如 Absaroka火山泥流角礫巖覆蓋數(shù)千平方千米[15]。

2.4 火山基浪堆積及其儲層

2.4.1 火山基浪堆積

作者于 1987年在我國首次發(fā)現(xiàn)火山基浪堆積[16]。基浪 (base surge)一詞最初見于 1947年在南太平洋 Bikini Atoll的水下熱核實驗爆炸[17]。作為火山現(xiàn)象的基浪,首先是在 1965年菲律賓塔爾湖底火山噴發(fā)時觀察到的[18]。巖漿一碰到水會立即發(fā)生爆炸,并伴隨出現(xiàn)基浪?；嗽茝幕鹕絿姲l(fā)柱橫向放射狀向外擴(kuò)散,特別是那些正在上升的巖漿柱同地表水或地下水接觸的地方[19](圖4)。這種火山基浪是含有大量的水蒸氣、火山灰和火山礫等的低溫(＜100℃)的噴煙柱從側(cè)面掠過造成的。

火山基浪堆積主要由分選差的火山砂和火山礫組成。碎屑形狀多為次棱角狀、半圓狀和圓狀。在火山基浪堆積中發(fā)育低角度交錯層理、爬升層理、逆行沙丘、槽泊構(gòu)造和“U”型溝槽等[14,1,16]。關(guān)于基浪輻射的最大距離,大致等于火山口的直徑,但也有等于火山口直徑 2倍或數(shù)倍的[16-17]?；顺３０殡S形成小的火山口,稱低平火山口 (maar),低平火山口往往蓄水成

湖[9-10]。

圖 4 亞速群島 Capelinhos火山的噴發(fā)柱和基浪(直徑 270 m)[19]Fig.4 Eruption column and base surge(diameter 270m), Capelinhos volcano(Azores)[19]

2.4.2 火山基浪堆積物的儲層

基浪堆積雖然厚 (＞100m),一般局限于緊鄰火山口附近,在有限的區(qū)域內(nèi)含油氣的潛能小[1]。

德國西部 Eifel,Eckfeld附近,在始新世低平火山口 (maar)鉆孔 66.5 m處,Negendank[1]等描述了互層的瀝青質(zhì)紋層和火山碎屑沉積。沉積作用以火山碎屑開始,接踵有硅藻巖和油頁巖形成。

2.5 火山碎屑(涌)浪堆積

基浪、底浪和灰云浪統(tǒng)稱為火山碎屑浪或火山碎屑涌浪 (pyroclastic surge)?；鹕剿樾?(涌)浪有 3種類型:基浪、底浪和灰云浪。然而,基浪、底浪和灰云浪 3者形成的溫度和機(jī)制是不同的。正如 Cas和 Wright[13]指出的,基浪是冷的和濕的(cold and wet),底浪和灰云浪是熱的和干的 (hot and dry)。

基浪是上升的巖漿柱遇地表水和地下水爆炸作用產(chǎn)生,屬于巖漿蒸氣噴發(fā) (phreatomagmatic eruption),有大量水參與?；硕逊e屬于水成噴發(fā)碎屑 (hydroclastic)[9]?；诵纬蓽囟纫话愕陀?00℃,因此基浪和基浪堆積是冷的和濕的。底浪和灰云浪則不同,一般伴隨火山噴發(fā)柱跨塌形成,屬于火山噴發(fā)碎屑流狀堆積物,是熱的和干的,溫度在 500～800℃以上。很少水的卷入,因此底浪堆積和灰云浪堆積為火成碎屑 (pyroclastic)。如前所述,分別出現(xiàn)在火山碎屑流狀堆積物的底部和頂部。

Cas和 Wright[13]認(rèn)為,底浪是稠密的高集中的火山碎屑的先驅(qū),先于火山碎屑流的前部?；以评藙t是火山碎屑流上方,上馱氣體和火山灰云產(chǎn)生的湍流狀、低密度流(圖 3)。

3 距火山口遠(yuǎn)近不同可以劃分若干相

3.1 火山相模式

當(dāng)把組成古火山機(jī)構(gòu)的火山碎屑巖、熔巖和淺成侵入體等劃分為若干相時,必須確定組成相(facies)的火山碎屑巖的成因類型,即空落堆積、火山碎屑流堆積、火山泥流和火山基浪堆積等。如此才能正確預(yù)測儲層的幾何形態(tài)、分布、特征和性能等。

以美國亞利桑那洲 Snata Rita山脈懷特申組多噴發(fā)口(multi-vent)火山復(fù)合體的相模式為例。懷特申組是一套早侏羅世火山熔巖、火山碎屑巖及其夾層石英砂屑巖和次火山巖侵入體的各種各樣的組合。懷特申組為一單斜層序,厚 4 500 m,沿走向出露 25 km[20]。該組劃分為下、中、上 3段。下段由英安巖、安山巖熔巖流、流狀角礫巖、安粗質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和再沉積的熔結(jié)凝灰?guī)r組成,含較少量的河流礫巖和砂巖及可能的風(fēng)成砂巖。中段由英安質(zhì)到流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、風(fēng)成石英砂屑巖、較少量的安山巖和英安巖熔巖流、少量的安山質(zhì)和粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和火山泥流的巖屑流堆積組成。被中性到酸性巖石多次侵入。上段由大致等量的風(fēng)成砂和安山巖到英安巖侵入體組成,含少量安山巖熔巖和流狀角礫巖、酸性熔結(jié)凝灰?guī)r和火山泥流巖屑流堆積。該組下段主要為中性溢流火山活動,中段以酸性爆發(fā)式火山活動為主,上段顯示火山活動逐漸減弱。該組在橫向和縱向上有迅速的巖相(lithofacies)變化。

懷特申組多噴發(fā)口火山相模式 (facies model)包括:火口相、近火口相、中間相和遠(yuǎn)端相,應(yīng)用了傳統(tǒng)的成層火山的相模式。圖 5a即為成層火山相模式,它提供了一個了解巖相自然分布的參考資料。懷特申組中的相組合概括在圖 5b中,它們是:

火口相組合 (vent或 near-vent facies assemblage)。該相組合距中心火山口不到 2 km。在一個一般的成層火山相模式中包括脈狀侵入體、火山穹丘、粗粒拋出物、厚的酸性和薄的鎂鐵質(zhì)熔巖流和塊體流 (mass-flow)沉積。在這些中,懷特申組包括:侵入體、熔巖沉積物混合體 (peperite)、酸性熔巖流和火山穹丘。

近火口相組合 (proximal facies assemblage)。該組合距中心火山口 5～15 km。傳統(tǒng)上認(rèn)為由厚的中性或鎂鐵質(zhì)熔巖流、火山泥流巖屑流堆積和熔結(jié)的熔結(jié)凝灰?guī)r組成。所有這些在懷特申組中都存在,雖然火山泥流巖屑流沉積不常見。

中間相組合 (medial facies assemblage)。距中心火山口 25～35 km,由適度熔結(jié)到未熔結(jié)的熔結(jié)凝灰?guī)r、火山泥流巖屑流堆積、薄的空落堆積、少量的熔巖流和粗粒的外力單元組成。懷特申組中含有所有這些巖相,雖然火山泥流巖屑流稀少。

圖 5 美國亞利桑那州 Snata Rita山脈懷特申組火山相模式Fig.5 Faciesmodel of theWrightson Formation,Mt.Snata Rita,Arizona,USA

圖 6 活動裂谷背景中火山碎屑相示意圖[1]Fig.6 Schematic diagram showing volcaniclastic facies in an active rift[1]

遠(yuǎn)端相組合 (distal facies assemblage)距中心火山口超過 35～50 km,含有豐富的外力碎屑沉積,少量的熔巖流和火山碎屑沉積,薄的空落堆積。所有這些沉積中,僅僅一些河流沉積和火山碎屑或再沉積的火山碎屑堆積出現(xiàn)在懷特申組中。

懷特申組含有存在于典型的成層火山相模式中的大多數(shù)巖相。盡管如此,懷特申組沉積在一個低地形地區(qū),而不是近似于一個大的中心式成層火山。懷特申組中局部常見的致密熔結(jié)的熔結(jié)凝灰?guī)r可能來自于懷特申組沉積中心之外的一個或幾個破火山口(5b)。圖 6為活動裂谷中火山碎屑相示意圖[1]。

3.2 不同巖石類型通常是某個相的組成成員

以懷特申組為例,淺成侵入體和熔巖沉積物混合體與火山口有關(guān)。當(dāng)巖漿或熔巖侵入或者與濕的未固結(jié)的沉積物混合就形成熔巖沉積物混合體。

英安巖熔巖流被解釋為火口相沉積,一般情況,英安巖熔巖距火山口 3 km之內(nèi)。安山巖熔巖流和流狀角礫巖是火口相和近火口相沉積。中性成分非粘性的熔巖流通常在距火山口數(shù)十千米處被發(fā)現(xiàn)。

懷特申組中的熔結(jié)凝灰?guī)r構(gòu)成近火口相和中間相堆積?？章淠?guī)r稀少。火山泥流巖屑流堆積為近火口相和中間相沉積物[20]。

3.3 火山相的儲層

1)在日本,類似規(guī)模大小和成分的眾多火山丘(volcanic mounds)形成儲油層,有可能為火口相[1]。

2)一般而言,儲油層最好的是最粗粒和分選最好的巖石,分選好的遠(yuǎn)端相比分選更差的近火口相有更好的儲油層性能[1]。

4 火山碎屑的成巖作用對儲層有利并保存儲層

4.1 火山碎屑的成巖作用有助于增強和保存儲油層性能

因壓實和膠結(jié)作用造成孔隙封存,常導(dǎo)致火山碎屑砂巖油層性能快速減低。除孔隙封存外,火山碎屑的賦存可能有助于溶解孔隙性發(fā)育,這能提高油層性能[1]。Loucks[21]等和海灣沿岸砂巖的其他作者已證實,火山格架顆粒的溶解實際上對孔隙度的貢獻(xiàn)高達(dá) 30%,相應(yīng)地在約 4 500 m地下深處亦有高的滲透率。

據(jù)Mathisen[3],菲律賓 Cagayan盆地上新世—更新世非海相火山砂巖埋深 400～900 m,僅僅輕微壓實,但含有大量自生的內(nèi)襯孔隙粘土和沸石。斜長石、重礦物和火山巖石碎屑的溶解幾乎發(fā)生在所有樣品中,薄片孔隙度增加高達(dá) 40%。這是由于在淺處埋藏成巖作用期間早期硅酸鹽溶解。次生孔隙性提高火山碎屑產(chǎn)油層質(zhì)量早于更廣泛的壓實和膠結(jié)作用。

美國得克薩斯洲Allen Ranch油田的下Vicksburg砂巖(漸新世)在 2 835～4 572 m深產(chǎn)天然氣[22]。砂巖的機(jī)械壓實作用被早期成巖作用期間初始的膠結(jié)作用所阻滯。原生孔隙由方解石膠結(jié)作用的早期成巖作用期間形成。然而在發(fā)生深埋之后,方解石膠結(jié)物、長石和火山巖碎屑溶解導(dǎo)致次生孔隙發(fā)育。接踵溶解的是石英過度生長的沉淀作用、自生粘土礦物 (高嶺土、綠泥石、伊利石、蒙脫石和蛭石)的形成等。在 2 939～3 836 m深處孔隙度從約 15%增加到20%。這種增加與異常的高壓梯度 (20.8 kPa/m)和升高的地?zé)崽荻扔嘘P(guān)。沿著得克薩斯海灣沿岸,早古近紀(jì)砂巖產(chǎn)油層的次生淋濾孔隙在近地表到深處地下是常見的,直到占主要地位。在埋深超過約3 000 m以下的深度,以次生孔隙為主,占總孔隙度的 50%～100%[23]。

4.2 熱液成因的濁沸石富集有利孔隙性和滲透性形成

前蘇聯(lián)東喬治亞幾個油田從中始新世濁沸石凝灰?guī)r中采油已超過 10年[24]。在濁沸石凝灰?guī)r中次生孔隙和滲透性明顯發(fā)育。這些巖石產(chǎn)生于安山質(zhì)凝灰?guī)r強烈的熱液蝕變期間,局部常常成透鏡體(幾米厚)。

上面描述的熱液交代成因的產(chǎn)油層最可能發(fā)生在島弧或裂谷區(qū)內(nèi),在那里中性成分的火山巖層序在 CO2活動極低的情況下被變質(zhì)為沸石相。異常的物理性質(zhì)和原地應(yīng)力使得它們?nèi)菀淄ㄟ^井下的地球物理測井進(jìn)行探查[24]。

4.3 成巖中的冷卻、風(fēng)化和斷裂作用有利儲層

Trap Spring油田位于美國內(nèi)華達(dá)洲,形成于古近紀(jì)火山灰流凝灰?guī)r中。自從 1976年被發(fā)現(xiàn)已產(chǎn)油約 28.6×104m3(1.8×106bbl)[14]?；鹕交伊髂?guī)r侵位后,風(fēng)化作用立即開始。高度多孔、未熔結(jié)或部分熔結(jié)的上部在比較短的時期內(nèi)可能被剝蝕掉或風(fēng)化掉,留下更致密熔結(jié)的流的堅硬部分。熔結(jié)凝灰?guī)r的化學(xué)風(fēng)化作用導(dǎo)致其蝕變,形成多種粘土礦物。下一個火山灰流席的沉積作用有效地中斷了被埋藏的熔結(jié)凝灰?guī)r的風(fēng)化作用。這樣,剝蝕作用、風(fēng)化作用和埋藏就形成了一個未蝕變的致密熔結(jié)的熔結(jié)凝灰?guī)r與部分到完全蝕變成粘土的熔結(jié)凝灰?guī)r的不滲透的交替層序。

當(dāng)火山灰流冷凝時,形成冷卻和收縮節(jié)理。在露頭處,節(jié)理通常為直線狀,彼此間隔 0.6～1.2 m。冷縮節(jié)理被考慮為 Trap Spring產(chǎn)油層有效孔隙率的主要部分。節(jié)理可能因斷裂作用而不同程度張開。這一點指出,任何發(fā)育冷縮節(jié)理的致密熔結(jié)的火山灰流凝灰?guī)r并已受到斷裂作用,能被預(yù)期具有儲油層性能。

我國也有類似的情況[25]。

[1] MathisenME,McPherson J G.Volcaniclastic deposits:implication for hydrocarbon exploration[J].Sedimentation in Volcanic Setting,SEPMSpecial Publication,1991,45:28-36.

[2] Zimmerle W.New aspects on the for mation of hydrocarbon rocks[J].Geological Rundschau,1985,74(2):385]-416.

[3] Mathisen ME.Diagenesis of Plio-Pleistocene nonmarine sandstones,Cagayan Basin,Philippines:early development of secondary porosity in volcanic sandstone[J].Clastic Diagenesis: AmericanAssociation of Petrolum Geologistsmemoir,1984,37: 177-199.

[4] 王璞珺,馮志強.盆地火山巖:巖性·巖相·儲層·氣藏·勘探[M].北京:科學(xué)出版社,2007:1-8.

Wang Pujun,Feng Zhiqiang.Volcanic rocks in petroliferous basin:petrography.Facies·Reservoir·pool·exploration[M]. Beijing:Science publishing House,2007:1-8.

[5] Einsele G.Sedimentary basins[M].Springer-Verlay,1991: 66-76.

[6] Sparks R S J,Bursik MI,Carey S N,et al.Volcanic plumes [M].New York:Weinheim,Brisbane,Singapore,Toronto, 1997:1-574.

[7] Coch N K.Geohazards:natural and human[J].Prentice Hall Englewood Ciffs,New Jersey,07632,1995:1-481.

[8] 劉祥.長白山火山歷史上最大爆發(fā)火山碎屑物層序與分布[J].吉林大學(xué)學(xué)報 (地球科學(xué)版),2006,36(3):313-318.

Liu Xiang.Sequence and distribution of the pyroclastic deposits of the greatest eruption of Changbaishan volcano during the period of history[J].Journal of Jilin University(Earth Science E-dition),2006,36(3):313-318.

[9] Fisher R V,Schmincke H U.Pyroclastic rocks[M].London: SpringerVerlag,1984:1-472.

[10] 劉祥,向天元.中國東北地區(qū)新生代火山和火山碎屑堆積物資源與災(zāi)害[M].長春:吉林大學(xué)出版社,1997:1-161.

Liu Xiang,Xiang Tianyuan.Cenozoic volcanoes and pyroclastic deposits in northeastern China[M].Changchun:Jilin University Publishing House,1997:1-161.

[11] Malm OA,FurnesH,Bjorlykke K.Volcaniclastic ofMiddle Jurassic age in the statford oil field of the North Sea[J].Neues Jahrbuch Geologische Palaeontologic Monatatshefte,1979,10: 607-618.

[12] CitaMB,GrignaniD.Nature and origin ofLate NeogeneMiditerranean sapropels[J].Nature and Origin of Cretaceous Carbon-rich facies,1982:165-196.

[13] Cas R A F,Wright J V.Volcanic successions,modern and ancient[M].London,United Kingdom:Allen and Unwin, 1987:1-472.

[14] French DE,Freeman K J.Volcanic yield another oil field[J]. World Oil,1979:58-63.

[15] ParsonsWH.Criteria for the recognition of volcanic breccias [J].Review:Geological Society of America Memoir 115, 1969:263-304.

[16] 劉祥,王錫魁.吉林省輝南縣大龍灣火山基浪 (base-surge)堆積物的發(fā)現(xiàn)[J].地質(zhì)論評,1987,33(6):577-582.

Liu Xiang,Wang Xikui.Discovery of the volcanic base-surge deposits in Dalongwan,Huinan County,Jilin Province[J].Geological Review,1987,33(6):577-582.

[17] Crowe B M,Fisher R V.Sedimentary structure in base-surge deposits with special reference to cross-bedding Ubehebe Craters,Death Valley,California[J].Geological society American Bulletin,1973,84:663-682.

[18] Moor J G,Nakamura K,Alcaraz A.The 1965 eruption of Taal volcano[J].Science,1966,51:955-960.

[19] Waters A C,Fisher R V.Base-surge and their deposits: Capelinhos and TaalVolcanoes[J].Journalof GeophysicalResearch,1971,76:5596-5614.

[20] RiggsN R,Busby-spera C J.Evolution of a multi-vent volcanic complex within a subsiding arc graben depression:Mount Wrightson Formation,Arizona[J].Geological Society ofAmerica Bulletin,1990,102:1114-1135.

[21] Loucks R G,Dodge MM,GallowayWE.Rigional controls on diagenesis and reservoir quality in Lower Tertiary sandstones along the Texas Gulf Coast[J].AmericanAssociafion of Petroleum GeologistsMemoir,1984,37:15-45.

[22] KlassMJ,KerseyDG,BergR R,et al.Diagenesis and secondary porosity in Vicksburg sandstones,McAllen ranch field,Hidalgo County,Texas[J].Transactions,Gulf Coast Association of Geological Societies,1981,30:115-123.

[23] LoucksR G,DodgeMM,GallowayWE. Importance of secondary leached porosity in Lower Tertiary sandstones along the Texas Gulf Coast[J].Transactions,Gulf Coast Association of Geological Societies,1979,29:164-171.

[24] Vernik L.A new type of reservoir rock in volcaniclastic sequences[J].American Association of Petroleum Geologists Bulletin,1990,74:830-836.

[25] 王洪江,吳聿元.松遼盆地長嶺斷陷火山巖天然氣藏分布規(guī)律與控制因素 [J].石油與天然氣地質(zhì),2011,32(3): 360-367.

Wang Hongjiang,Wu Yuyuan.Distribution patterns and controlling factors of volcanic gas pools in the Changling fault depression,the Songliao Basin[J].Oil&Gas Geology,2011,32 (3):360-367.

Pyroclastic deposits:an important reservoir for hydrocarbon accumulation

Liu Xiang1,Lang Jianjun2and YangQingfu3

(1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun,Jilin130061,China;2.Changchun University of Technology,Changchun,Jilin130012,China;3.Jilin Province Bereau of Seism ology,Changchun,Jilin130117,China)

Pyroclastic deposits are important reservoirs and can be divided into fallout tephradeposits,pyroclastic flow deposits,lahar deposits and base surge deposits by their genesis.The four kinds of pyroclastic deposits have different reservoir characteristics and potential.The identification and interpretation of the pyroclastic deposits can significantly influence the exploration methods of volcaniclastic sequences and the prediction of reservoir geometry and quality.The Lower JurassicWrightson For mation in Arizona is a multi-crater complex.Its pyroclastic deposits and lavaswith various genesis can be divided into crater,proximal,middle and distal facies.The influences of these facies on reservoir quality are discussed.Volcanic clasts are mostly composed of chemically active and unstable minerals that can change rapidly and extensively during burial diagenesis.The occurrence of volcanic clastsmay contribute to the development of dissolution porosity which can enhance reservoir quality.

volcano,hydrocarbon reservoir,pyroclastic deposit,volcanic faciesmodel

TE122.2

A

0253-9985(2011)06-0859-08

2010-11-10;

2011-12-07。

劉祥(1967—),男,教授,火山學(xué)。

國家自然科學(xué)基金項目(41072249);國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”計劃)項目(2009CB219300)。

(編輯 高 巖)