王乃軍, 羅靜蘭, 劉華清, 李雙文, 邵紅梅, 郭永峰, 姚 軍

1)西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西西安 710069;2)西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院, 陜西西安 710065;3)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院, 甘肅蘭州 730022;4)大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 黑龍江大慶 163712

歧口凹陷沙河街組火山巖成巖作用及對(duì)儲(chǔ)集性能的控制

王乃軍1,2), 羅靜蘭1)*, 劉華清3), 李雙文3), 邵紅梅4), 郭永峰1), 姚 軍3)

1)西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西西安 710069;2)西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院, 陜西西安 710065;3)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院, 甘肅蘭州 730022;4)大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 黑龍江大慶 163712

根據(jù)巖心觀察資料, 利用偏光顯微鏡、掃描電鏡等對(duì)歧口凹陷沙河街組火山巖的成巖作用進(jìn)行了詳細(xì)地研究, 把成巖作用類型分為早期和晚期兩個(gè)階段、13種成巖作用類型。根據(jù)成巖作用階段劃分依據(jù), 結(jié)合盆地埋藏-熱演化史和烴類充注史等資料, 將歧口凹陷沙河街組火成巖成巖作用階段劃分為早期和晚期兩個(gè)階段?；鸪蓭r共發(fā)生了3期溶蝕作用、2期構(gòu)造作用、2期油氣充注作用, 以及綠泥石、硅質(zhì)、碳酸鹽等膠結(jié)作用。主要成巖序列為溶蝕作用I→構(gòu)造作用I→櫛殼狀綠泥石→細(xì)纖維狀綠泥石→硅質(zhì)I→較粗纖維狀綠泥石→烴類充注 I→硅質(zhì)充填Ⅱ→亮晶方解石Ⅰ→構(gòu)造作用Ⅱ→溶蝕作用Ⅱ→烴類充注Ⅱ→亮晶方解石Ⅱ→鐵方解石→硅質(zhì)充填Ⅲ→溶蝕作用Ⅲ。成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的控制具有改善和破壞的雙重作用, 對(duì)儲(chǔ)集性能具有改善作用的成巖作用類型有揮發(fā)分逸出作用、熔蝕作用、冷凝收縮作用、脫?；饔?、機(jī)械壓實(shí)破裂作用、風(fēng)化淋濾溶蝕作用、次生溶蝕作用。對(duì)儲(chǔ)集性能具有破壞作用的成巖作用類型有熔結(jié)作用、充填作用、機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用。

成巖作用; 儲(chǔ)集性能; 火山巖; 沙河街組; 歧口凹陷

國(guó)外火山巖油氣勘探已有 100多年的歷史,1887年, 美國(guó)加利福尼亞州的圣華金盆地發(fā)現(xiàn)了世界上第一個(gè)火山巖油氣藏, 之后印度尼西亞、格魯吉亞、日本、越南、墨西哥、委內(nèi)瑞拉、俄羅斯等國(guó)相繼發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏(Seemann et al., 1984;張子樞等, 1994; Galushkin et al., 1997)。我國(guó)的火山巖油氣勘探始于20世紀(jì)70年代初, 1971年在渤海灣盆地黃驊坳陷 G3井沙三段鉆遇玄武巖油層, 揭開(kāi)了我國(guó)火山巖找油的序幕(張紹輝等, 2010)。近年來(lái), 隨著石油工業(yè)的發(fā)展和勘探技術(shù)的提高, 先后在渤海灣盆地、二連盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、松遼盆地、蘇北盆地、四川盆地等地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣儲(chǔ)層(羅靜蘭等, 2003)。隨著我國(guó)中、新生代含油氣盆地中火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)及各油區(qū)勘探程度的進(jìn)一步提高, 構(gòu)造油氣藏、碎屑巖油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)難度和風(fēng)險(xiǎn)日益增大, 而火山巖油氣藏作為油氣勘探的一個(gè)重要領(lǐng)域, 越來(lái)越受到重視。

歧口凹陷新生界地層中火山巖分布廣泛, 區(qū)內(nèi)100多口井鉆遇火山巖。但勘探至今, 歧口凹陷只發(fā)現(xiàn)了一些出油井點(diǎn), 一直沒(méi)有重大突破, 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的火山巖油氣藏(張建龍等, 2007; 張永忠等,2008)。這主要是因?yàn)榛鹕綆r油氣藏成藏條件復(fù)雜,特別是儲(chǔ)層條件復(fù)雜。由于火山巖中存在大量的不穩(wěn)定造巖礦物, 尤其在中、基性火山巖中。這些不穩(wěn)定礦物自形成之后, 就不斷發(fā)生各種物理和化學(xué)變化, 改變著儲(chǔ)層條件。火山巖作為一類特殊的巖石, 在成巖作用方面與沉積巖存在一定差別。與沉積巖相比, 火山巖成巖作用研究相對(duì)薄弱。因此, 深入研究火山巖成巖作用及對(duì)儲(chǔ)集性能的控制, 對(duì)指導(dǎo)火山巖油氣勘探具有重要意義。

1 火山巖巖性與巖相特征

歧口凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷中北部, 主要由歧口主凹和北塘、板橋、歧北、歧南等次凹陷組成, 是黃驊坳陷最大的生油凹陷, 油氣資源豐富(見(jiàn)圖1)(杜旭東等, 1999)。歧口凹陷新生界火山巖分布廣泛, 主要分布在沙河街組、東營(yíng)組、館陶組, 明化鎮(zhèn)組也有零星分布, 本次研究的目的層位為沙河街組。

1.1 火山巖巖性特征

圖1 歧口凹陷構(gòu)造區(qū)劃圖Fig. 1 Geological map of Qikou depression

圖2 歧口凹陷沙河街組火山巖TAS分類圖及SiO2-K2O圖Fig. 2 Maps of TAS and SiO2-K2O of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

通過(guò)歧口凹陷40口井的巖心觀察, 1800片普通薄片及鑄體薄片顯微鏡下觀察鑒定, 結(jié)合火成巖全巖化學(xué)分析(如圖2), 認(rèn)為歧口凹陷沙河街組火成巖表現(xiàn)為鈣堿性和高鉀鈣堿性以及橄欖玄粗巖系列巖石共存, 但主要以堿性系列的基性巖為主, 部分為亞堿性系列基性巖類巖石, 巖石類型按成因可分為火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖、沉積火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖、淺成侵入巖 6大類, 近20種巖石類型(王璞軍等, 2008)。

歧口凹陷沙河街組火山巖以玄武質(zhì)火山熔巖(如圖 3a)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 其次是淺成侵入輝綠巖(如圖3b), 沉積火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖類也占有較大比例, 火山碎屑熔巖和火山碎屑巖類較少, 分布也較局限。沉積火山碎屑巖類以沉凝灰?guī)r(如圖 3c)和沉火山角礫凝灰?guī)r為主, 少量沉火山角礫巖。火山碎屑沉積巖類以凝灰質(zhì)含礫砂巖(如圖 3d)和凝灰質(zhì)砂巖為主, 火山碎屑熔巖類主要為玄武質(zhì)火山角礫熔巖(如圖 3f), 火山碎屑巖類主要為火山凝灰?guī)r(如圖3e)和玄武質(zhì)火山角礫巖。

1.2 火山巖巖相特征

火山巖巖相指火山活動(dòng)環(huán)境(包括噴發(fā)時(shí)的地貌特征、堆積時(shí)有無(wú)水體、距火山口遠(yuǎn)近及巖漿性質(zhì))及該環(huán)境下形成的火山產(chǎn)物特征總和。根據(jù)火山活動(dòng)特點(diǎn), 火山產(chǎn)物的產(chǎn)狀、厚度、巖石類型與特征以及距火山口的遠(yuǎn)近和空間分布規(guī)律, 將歧口凹陷沙河街組火山巖及其相關(guān)巖石分布區(qū)劃分為四個(gè)巖相帶, 即火山爆發(fā)相、火山溢流相、火山沉積相、淺成侵入相。其中以火山溢流相為主, 其次為淺成侵入相, 少量火山爆發(fā)相和火山沉積相(如圖 4)(谷俐等, 2000)。

2 成巖作用類型及特征

根據(jù)巖心觀察資料, 利用偏光顯微鏡、掃描電鏡等對(duì)歧口凹陷沙河街組火山的成巖作用進(jìn)行了詳細(xì)的研究, 最終把歧口凹陷沙河街組火山巖成巖作用類型分為早期和晚期兩個(gè)階段, 13種成巖作用類型(高有峰等, 2007; 雷海艷等, 2011; 邱隆偉等,2000)。

2.1 早期成巖作用階段成巖作用類型及特征

早期成巖作用階段主要為冷凝固結(jié)成巖作用和巖漿期后熱液作用。冷凝固結(jié)成巖作用指由熔融的巖漿噴出地表或侵入地下直到冷凝固結(jié)成巖階段,該階段包括火山巖中揮發(fā)分逸出作用、高溫低壓下的熔結(jié)作用與熔蝕作用、冷凝固結(jié)成巖作用和脫?；饔玫取r漿期后熱液作用階段主要包括巖漿期后熱液沉淀充填作用和蝕變作用。

揮發(fā)分逸出作用: 是指巖漿中所含的水、二氧化碳、氟、氯等易揮發(fā)的組分從巖漿中逸出的作用。逸出的揮發(fā)分物質(zhì)可使熔巖流表面形成氣孔構(gòu)造(如圖 5a), 氣孔是火山熔巖中數(shù)量最多, 最重要的原生孔隙。

熔蝕作用: 是指深部巖漿噴出地表, 壓力突然降低, 溫度瞬時(shí)升高, 從而使已經(jīng)形成的斑晶遭到局部熔蝕。熔蝕作用使巖漿中斑晶呈殘缺不全的港灣狀和殘晶狀, 常見(jiàn)晶內(nèi)熔孔。研究區(qū)玄武巖中斑晶普遍發(fā)育熔蝕構(gòu)造(如圖5b)。

熔結(jié)作用: 常發(fā)生在熔結(jié)火山碎屑巖中, 載有大量塑性玻屑、漿屑以及剛性碎屑的火山物質(zhì)涌出火山口后形成沿山坡流動(dòng)的火山灰流, 在平緩地帶迅速堆積, 受熱力和重荷的影響, 玻屑和漿屑被壓扁拉長(zhǎng), 繞過(guò)剛性碎屑呈平行排列并彼此熔結(jié)。塑性碎屑與剛性碎屑間形成的“假流紋構(gòu)造”是熔結(jié)作用發(fā)生的主要標(biāo)志。BH9井4687 m井段的熔結(jié)玻屑凝灰?guī)r是研究區(qū)熔結(jié)作用的典型代表(如圖5c)。

冷凝收縮作用: 火山熔巖冷凝固結(jié)時(shí)隨著巖石體積收縮, 可產(chǎn)生多種冷凝收縮縫。這些收縮縫的形成可增加儲(chǔ)集空間, 提高巖石的儲(chǔ)集性能, 有利于儲(chǔ)層形成。研究區(qū)J21-23井1583.3 m井段玄武巖中可見(jiàn)早期形成的杏仁體收縮形成的收縮縫(如圖5d)。

圖3 歧口凹陷沙河街組火成巖巖性照片F(xiàn)ig. 3 Lithologic photographs of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

脫?；饔? 是指火山巖中的火山玻璃隨時(shí)間、溫度和壓力的變化, 逐漸轉(zhuǎn)化為雛晶或微晶的作用?；鹕讲Ａг诔蓭r作用過(guò)程中可以轉(zhuǎn)化為蒙脫石、蛋白石和沸石類礦物, 也可以脫?；纬墒⒑烷L(zhǎng)石類礦物。研究區(qū)X6井1790.3 m的沉積火山碎屑巖中的玻屑發(fā)生了強(qiáng)烈的脫?；饔? 已轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕⒑烷L(zhǎng)石(如圖5e)。

圖4 歧口凹陷沙河街組火山巖巖相圖Fig. 4 Facies map of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

巖漿期后熱液沉淀充填作用: 是形成火山熔巖中杏仁體的主要原因, 在火山熔巖冷凝固結(jié)前, 熱液活動(dòng)普遍, 含有大量Fe2+、Mg2+、Si4+等離子的巖漿期后熱液進(jìn)入氣孔等原生儲(chǔ)集空間中, 隨著溫度的逐漸降低沉淀結(jié)晶, 形成自生綠泥石、石英、方解石、沸石等巖漿期后充填產(chǎn)物, 使孔隙有所減小。巖心觀察可見(jiàn)火山巖中的部分氣孔中或氣孔壁上常常生長(zhǎng)石英、方解石、綠泥石等礦物, 形成殘余氣孔或杏仁體(如圖5f)。

巖漿期后熱液蝕變作用: 指在流體(熱流體或冷流體包括氣體)作用下巖石發(fā)生礦物成分與結(jié)構(gòu)的變化。蝕變作用是火山巖結(jié)構(gòu)演化的不可分割的一部分, 可以伴隨著熔漿噴出之后所發(fā)生的所有作用過(guò)程中(Moon, 1993)。區(qū)別熱液蝕變礦物與埋藏成巖自生礦物有一定難度。但蝕變礦物往往是在交代原生礦物的基礎(chǔ)上形成的, 因此, 保留原礦物的一部分殘余或?yàn)樵V物的假象, 或充填在礦物的孔隙及晶洞中, 或熔巖的氣孔中。

2.2 晚期成巖作用階段成巖作用類型及特征

晚期成巖作用指火山巖固結(jié)成巖后與周圍沉積巖一同進(jìn)入盆地埋藏-成巖演化過(guò)程中所經(jīng)歷的各種物理的和化學(xué)的變化。歧口凹陷沙河街組火山巖受到淋濾、構(gòu)造、熱液以及地層水在不同時(shí)期的影響, 導(dǎo)致其晚期成巖作用階段發(fā)育多種成巖作用類型, 主要包括機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、充填作用、膠結(jié)作用、交代作用, 以及火山噴發(fā)間歇期與盆地抬升期火山巖位于地表和近地表遭受風(fēng)化淋濾溶蝕作用。

機(jī)械壓實(shí)壓溶作用: 壓實(shí)作用指火山碎屑物質(zhì)在上覆地層壓力下壓實(shí)固結(jié)成巖之作用; 當(dāng)上覆地層壓力或構(gòu)造應(yīng)力超過(guò)孔隙水所能承受的靜水壓力時(shí), 引起顆粒接觸點(diǎn)處溶解之作用稱為壓溶作用。通過(guò)對(duì)歧口凹陷中新生代火山巖鉆井巖心資料觀察和巖石薄片鑒定發(fā)現(xiàn), 壓實(shí)作用對(duì)火山熔巖的影響并不明顯, 主要發(fā)生在火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖類中。機(jī)械壓實(shí)作用使火山巖中的碎屑顆粒發(fā)生碎裂(如圖5g)。

充填作用: 主要與巖漿期后與埋藏-成巖作用階段發(fā)生的熱液活動(dòng)和地下水活動(dòng)有關(guān)。充填作用在歧口凹陷沙河街組火山巖中較為常見(jiàn), 主要表現(xiàn)為氣孔充填、裂縫充填、粒間孔充填和溶蝕孔的再充填。充填作用分為多期, 充填礦物主要為火山巖埋藏階段地層水沉淀、火山玻璃改造形成的石英、綠泥石、方解石、沸石類礦物等。不同期次的充填物可以是不同的礦物, 也可以是不同產(chǎn)狀的同種礦物。如BH9井4605 m的杏仁玄武巖, 氣孔分5期充填: 第一期為皮殼狀綠泥石, 第二期為細(xì)纖維狀綠泥石, 第三期為粗纖維狀綠泥石, 第四期為硅質(zhì),第五期為方解石(如圖5h)。

膠結(jié)作用: 指埋藏成巖期火成巖中由孔隙流體通過(guò)化學(xué)沉淀作用形成的各類膠結(jié)物, 如粘土礦物、硅質(zhì)與次生石英加大、碳酸鹽類、沸石類等。隨著埋深的增大與地溫的不斷增高, CO2含量的增高使pH值持續(xù)降低, 自生綠泥石、高嶺石、伊利石、粒狀微晶石英大量形成。高嶺石的穩(wěn)定性逐漸變?nèi)?在介質(zhì)水中富K+和Al3+時(shí)轉(zhuǎn)化為伊利石, 在富Mg2+和Al3+時(shí), 則變?yōu)榫G泥石(如圖5i)。高嶺石的地開(kāi)石化、水云母脫水、絹云母化也主要發(fā)生在該階段, 同時(shí)由于晚期高嶺石大量存在和孔隙水中SiO2過(guò)飽和,造成一些它形石英、自形晶柱形石英大量析出。當(dāng)古地溫達(dá)到 100℃～130℃時(shí), 則主要形成含鐵碳酸鹽與白云石、粒狀與片狀石英, 少量綠泥石和伊利石。

交代作用: 主要是由地層水與火山巖的水-巖作用產(chǎn)生的, 其作用類型有方解石、綠泥石交代原生顆粒及基質(zhì)、方解石交代綠泥石充填物、濁沸石交代基質(zhì)等。在歧口凹陷新生代火山巖中交代作用非常發(fā)育, 如K34井2140.2 m綠泥石交代輝石顆粒(如圖 5j), T28-1井 2918 m綠泥石交代輝綠巖基質(zhì),J21-23井1612.97 m方解石交代氣孔中充填的綠泥石等。

風(fēng)化淋濾溶蝕作用: 是指在火山噴發(fā)間歇期、火山巖隨盆地抬升至位于地表或近地表環(huán)境, 在大氣降水的淋濾作用下, 火成巖中的易溶組分如長(zhǎng)石斑晶或晶屑、火山凝灰基質(zhì)等, 以及先期形成的方解石、沸石等充填物或膠結(jié)物遭受溶蝕形成次生溶蝕孔隙(如圖5k)。

圖5 歧口凹陷沙河街組火山巖成巖作用照片F(xiàn)ig. 5 Diageneic photographs of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

次生溶蝕作用: 火山巖次生溶蝕作用機(jī)理類似于砂巖中的溶蝕作用, 也是酸性水(有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸)溶解不穩(wěn)定組分形成次生孔隙。研究區(qū)火成巖脆性較大, 容易在構(gòu)造應(yīng)力下產(chǎn)生裂隙, 為酸性溶液運(yùn)移、溶蝕提供了通道?；鹕綆r中氣孔、收縮縫等原生孔縫發(fā)育, 當(dāng)其與構(gòu)造裂縫連通時(shí), 也可以作為酸性溶液運(yùn)移的通道, 并且擴(kuò)大了溶蝕的空間。另外, 火山巖中含有較多的不穩(wěn)定組分, 為溶蝕作用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)火山熔巖和火山碎屑巖中均見(jiàn)有大量溶蝕作用形成的次生孔隙, 主要表現(xiàn)在熔巖中斑晶的溶蝕、氣孔裂縫中充填物的溶蝕、基質(zhì)的溶蝕等(如圖5l)。

3 成巖作用階段劃分

火山巖作為一類特殊的巖石, 其成巖演化與成巖作用階段和碎屑巖存在一定差異。同時(shí), 火山巖作為盆地充填過(guò)程中的產(chǎn)物, 和圍巖具有相同的成巖演化環(huán)境。因此, 火山巖成巖階段的劃分可以借鑒碎屑巖。本次火成巖成巖階段劃分主要依據(jù)有鏡質(zhì)體反射率(Ro)、古地溫、流體包裹體均一溫度、火山巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、自生礦物類型及產(chǎn)狀、孔隙類型等。

根據(jù)劃分依據(jù), 結(jié)合盆地埋藏-熱演化史和烴類充注史等資料, 將歧口凹陷沙河街組火成巖成巖作用階段劃分為早期成巖作用階段和晚期成巖作用階段。其中, 早期成巖作用階段劃分為冷卻成巖亞階段和巖漿期后熱液作用亞階段, 晚期成巖作用階段指埋藏-成巖作用階段, 劃分為淺埋成巖作用亞階段和風(fēng)化剝蝕淋濾與深埋成巖亞階段(如表 1)(戴亞權(quán)等, 2007; 李偉等, 2010; 劉成林等, 2008)。

總體上, 歧口凹陷火成巖發(fā)生了3期溶蝕作用、2期構(gòu)造作用、2期油氣充注作用, 以及綠泥石、硅質(zhì)、碳酸鹽等膠結(jié)作用。主要成巖序列為溶蝕作用I→構(gòu)造作用 I→櫛殼狀綠泥石→細(xì)纖維狀綠泥石→硅質(zhì)I→較粗纖維狀綠泥石→烴類充注I→硅質(zhì)充填Ⅱ→亮晶方解石Ⅰ→構(gòu)造作用Ⅱ→溶蝕作用Ⅱ→烴類充注Ⅱ→亮晶方解石Ⅱ→鐵方解石(白云石)→硅質(zhì)充填Ⅲ→溶蝕作用Ⅲ(如圖6)。

3.1 冷卻成巖亞階段

指由熔融的巖漿噴出地表直至冷凝固結(jié)成巖階段, 時(shí)間約為距今43～32.6 Ma之間, 沙河街組沉積期。該階段處于盆地演化的第Ⅰ沉降期、第Ⅰ裂陷期?；鹕綆r經(jīng)歷的主要成巖作用包括火山巖揮發(fā)分的逸出、熔結(jié)作用、熔蝕作用、冷凝結(jié)晶作用、脫玻化作用等。

3.2 巖漿期后熱液作用亞階段

時(shí)間約為距今38～32.6 Ma之間, 為沙一段與沙二段沉積期。該階段處于盆地演化的第Ⅰ沉降期、第Ⅰ、Ⅱ裂陷期?；鹕綆r成巖作用以各種熱液蝕變交代作用、水化作用、杏仁體的充填與形成作用為主。

3.3 淺埋成巖亞階段

時(shí)間約為距今32.6～28 Ma之間, 為東營(yíng)組沉積期,埋深一般小于2000 m, 地溫小于85℃, 可劃分為A期和B期。該階段處于盆地演化的第Ⅰ沉降期、第Ⅱ裂陷期, 有機(jī)質(zhì)開(kāi)始成熟并排烴, 處于第Ⅰ烴類充注期?；鸪蓭r經(jīng)歷的成巖作用主要包括機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、滲濾蒙脫石、泥晶碳酸鹽巖膠結(jié)物、弱石英加大與微晶硅質(zhì)、櫛殼狀綠泥石等的形成。

3.4 風(fēng)化剝蝕淋濾與深埋成巖亞階段

時(shí)間約為距今28～2 Ma之間, 為東營(yíng)組末至明化鎮(zhèn)組沉積期, 埋藏深度大于 2000 m, 地溫在85℃～220℃之間, 可劃分為 A期、風(fēng)化剝蝕淋濾作用期、B期、C期。該階段經(jīng)歷了東營(yíng)組末期的整體抬升剝蝕事件、第Ⅱ、Ⅲ沉積期、第Ⅱ裂陷期、盆地坳陷期、第Ⅱ烴類充注期?；鹕綆r成巖作用類型主要包括風(fēng)化剝蝕淋濾、充填作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用等。

表1 歧口凹陷沙河街組火山巖成巖作用階段劃分及其標(biāo)志Table 1 Stages and markers of diagenesis of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

圖6 歧口凹陷沙河街組火成巖埋藏-烴類充注-構(gòu)造-成巖演化圖Fig. 6 Map of burial-hydrocarbon filling-structure-diagenetic evolution of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的控制

成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的控制主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面, 一是對(duì)儲(chǔ)集性能有改善作用, 另一個(gè)是對(duì)儲(chǔ)集性能有破壞作用(盧繼平, 2009; 楊艷芳, 2011; 陳建林等, 2009)。

4.1 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的改善

早期成巖作用階段, 揮發(fā)分逸出, 在火山巖的上部和下部形成大量氣孔(如圖 5a), 這是火山巖非常重要的原生孔隙。熔蝕作用使斑晶遭到局部熔蝕,常可形成晶內(nèi)熔蝕孔隙(如圖 5b)。火山巖的冷凝收縮與破碎作用形成的收縮縫、破碎帶不僅可以作為有效的儲(chǔ)集空間(如圖 5d), 更主要的是連通了各孔隙, 形成良好的孔縫組合, 極大地提高了火山巖的滲透率, 對(duì)儲(chǔ)集性能起了改善作用。脫?；饔门c重結(jié)晶作用可以形成少量原生孔隙, 形成的孔隙主要為基質(zhì)內(nèi)微孔隙, 雖然孔徑小, 但分布面積大,加之其與長(zhǎng)石溶孔、構(gòu)造裂縫結(jié)合在一起, 使孔隙間的連通性變好, 一般脫?；装l(fā)育的儲(chǔ)層其物性較好。

晚期成巖作用階段機(jī)械壓實(shí)作用可以使火山巖中的碎屑顆粒發(fā)生破碎(如圖 5g), 可有效地改善儲(chǔ)層。長(zhǎng)期暴露于地表的火山巖在風(fēng)化帶表生作用的影響下, 易發(fā)生破碎、溶蝕等作用, 形成裂縫、溶孔等儲(chǔ)集空間(如圖 5k)。歧口凹陷火成巖的實(shí)測(cè)孔隙度、滲透率與地層頂部古剝蝕不整合面之關(guān)系的對(duì)比發(fā)現(xiàn), 火成巖的儲(chǔ)集性能在一定程度上受古風(fēng)化剝蝕不整合面的控制。沙河街組頂部與館陶組頂部剝蝕深度0～200 m范圍內(nèi)的火成巖, 特別是輝綠巖與玄武巖的孔隙度與滲透率值明顯高于遠(yuǎn)離風(fēng)化剝蝕面的同類巖石(如圖7)。次生溶蝕作用是火山巖儲(chǔ)集性能改善的非常重要的因素, 溶蝕作用過(guò)程中斑晶、孔縫中充填物和基質(zhì)等受到溶蝕, 可形成大量的次生孔隙(仲維維等, 2010; 周動(dòng)力等, 2010)(如圖5l)。

4.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的破壞

早期成巖作用階段, 熔結(jié)作用過(guò)程中, 玻屑和漿屑被壓扁拉長(zhǎng), 呈平行排列, 具熔結(jié)結(jié)構(gòu)(如圖5c), 原生儲(chǔ)集空間遭到破壞。熱液蝕變作用可以改變火山巖的礦物成分與結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 可使較大的原生儲(chǔ)集空間變小, 同時(shí)降低火山巖的滲透率。晚期成巖作用階段, 充填、膠結(jié)作用過(guò)程中, 自生綠泥石、硅質(zhì)、碳酸鹽等礦物在氣孔、熔蝕孔、收縮縫、解理縫等原生儲(chǔ)集空間中大量沉淀(如圖 5h), 使一部分儲(chǔ)集空間堵塞或變小, 原生孔隙大量變少, 降低了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。隨著埋藏深度的增加, 在上覆地層壓力的作用下, 機(jī)械壓實(shí)壓溶作用使火山碎屑顆粒排列緊密, 從而破壞了大量的原生孔隙?？傮w上, 儲(chǔ)層的孔隙度隨埋藏深度的增加而變小(如圖 8)。

5 結(jié)論

1)歧口凹陷沙河街組火山巖成巖作用主要經(jīng)歷了早期成巖作用階段和晚期成巖作用階段。早期成巖作用階段包括揮發(fā)分逸出作用、熔蝕作用、熔結(jié)作用、冷凝收縮作用、脫玻化作用、巖漿期后熱液沉淀充填作用、巖漿期后熱液蝕變作用。晚期成巖作用階段包括機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、充填作用、膠結(jié)作用、交代作用、風(fēng)化淋濾溶蝕作用、次生溶蝕作用。

圖7 歧口凹陷沙河街組火山巖儲(chǔ)層物性與古風(fēng)化剝蝕面的相關(guān)圖Fig. 7 Diagram of weathering erosion surface and physical property of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

圖8 歧口凹陷沙河街組火山巖孔隙度與深度關(guān)系圖Fig. 8 Diagram of depth and porosity of volcanic rocks in Shahejie Formation of Qikou depression

2)歧口凹陷沙河街組火成巖成巖作用階段劃分為早期成巖作用階段和晚期成巖作用階段。火成巖發(fā)生了3期溶蝕作用、2期構(gòu)造作用、2期油氣充注作用, 以及綠泥石、硅質(zhì)、碳酸鹽等膠結(jié)作用。主要成巖序列為溶蝕作用I→構(gòu)造作用I→櫛殼狀綠泥石→細(xì)纖維狀綠泥石→硅質(zhì) I→較粗纖維狀綠泥石→烴類充注 I→硅質(zhì)充填Ⅱ→亮晶方解石Ⅰ→構(gòu)造作用Ⅱ→溶蝕作用Ⅱ→烴類充注Ⅱ→亮晶方解石Ⅱ→鐵方解石(白云石)→硅質(zhì)充填Ⅲ→溶蝕作用Ⅲ。

3)成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的控制具有改善和破壞的雙重性。對(duì)儲(chǔ)集性能具有改善作用的成巖作用類型有揮發(fā)分逸出作用、熔蝕作用、冷凝收縮作用、脫?；饔?、機(jī)械壓實(shí)破裂作用、風(fēng)化淋濾溶蝕作用、次生溶蝕作用。對(duì)儲(chǔ)集性能具有破壞作用的成巖作用類型有熔結(jié)作用、充填作用、機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用。

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Diagenesis of Volcanic Rocks in Shahejie Formation of Qikou Depression and Its Control over Reservoir Performance

WANG Nai-jun1,2), LUO Jing-lan1), LIU Hua-qing3), LI Shuang-wen3), SHAO Hong-mei4),GUO Yong-feng1), YAO Jun3)
1)State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi'an, Shaanxi710069;2)School of Petroleum Resources, Xi’an Petroleum University, Xi’an, Shaanxi710065;3)Research Institute of Exploration and Development, Northwest Branch, Petrochina, Lanzhou, Gansu730022;4)Exploration and Development Research Institute, PetroChina Daqing Oil Field Company Limited,Daqing, Heilongjiang163712

Based on the micro-examination of core observation data by means of polarization microscope and scanning electron microscope, the authors systematically studied the diagenesis of Shahejie Formation vocalic rocks in Qikou depression, and divided the diagenesis system of volcanic rocks into early diagenetic phase and late diagenetic phase as well as thirteen diagenetic types. According to the evidence of diagenetic division stages in combination with the data of basin burial-thermal evolution history and hydrocarbon charging history, the early diagenetic stage and the late diagenetic stage were recognized in Shahejie Formation of Qikou depression. The diagenesis of volcanic rocks has undergone three stages of dissolution, two stages of tectonism, two stages of hydrocarbon charging and chlorite cementation, siliceous cementation and carbonate cementation. The main diagenetic sequences are dissolution I→structure movement I→pectinate texture chlorite→fine fibrous chlorite→silicic I→coarse fibrous chlorite→hydrocarbon charging→silicic fillingⅡ→sparry calcite Ⅰ→tectonism Ⅱ→dissolutionⅡ→hydrocarbon chargingⅡ→sparry calciteⅡ→ferrocalcite→silicic filling Ⅲ→dissolution Ⅲ.Studies indicate that diagenesis has played dual functions of improving and destroying on the reservoir physical property. The diageneses which are constructive to the reservoirs are mainly volatile and escaping action,dissolution, condensation and contraction, diversification, mechanical compaction, weathering-leaching dissolution, and corrosion. The diageneses which are destructive to the reservoirs are mainly clinkering action and filing action, mechanical compaction and pressure solution, and cementation.

diagenesis; reservoir performance; volcanic rocks; Shahejie Formation; Qikou depression

TE122.221; P588.14; P588.211

A

10.3975/cagsb.2012.03.10

本文由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào): 40872083)、國(guó)家科技重大專項(xiàng)(編號(hào): 2008ZX05001-003-004; 2011ZX05001-002-008)、中國(guó)石油天然氣股份公司重大科技專項(xiàng)(編號(hào): 2008-030504)和西安石油大學(xué)青年科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(編號(hào): 2010QN006)聯(lián)合資助。

2012-01-11; 改回日期: 2012-04-12。責(zé)任編輯: 張改俠。

王乃軍, 男, 1980年生。博士研究生, 講師。長(zhǎng)期從事油氣成藏、非常規(guī)油氣藏研究。通訊地址: 710065, 陜西省西安市雁塔區(qū)電子二路18號(hào)西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院。E-mail: 30765876@qq.com。

*通訊作者: 羅靜蘭, 女, 1957年生。教授。主要從事儲(chǔ)層沉積學(xué)、火山巖油氣藏巖性與巖相學(xué)、儲(chǔ)層特征及成巖作用研究。E-mail:jlluo@nwu.edu.cn。