毛治國，朱如凱，王京紅，蘇 玲，都占海

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 2.提高石油采收率國家重點實驗室，北京 100083; 3.中國石油伊拉克公司，北京 100037)

中國沉積盆地火山巖儲層特征與油氣聚集

毛治國1，2，朱如凱1，2，王京紅1，2，蘇 玲1，2，都占海3

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 2.提高石油采收率國家重點實驗室，北京 100083; 3.中國石油伊拉克公司，北京 100037)

在分析中國沉積盆地內(nèi)火山巖發(fā)育構(gòu)造背景與分布的基礎(chǔ)上，通過觀察、統(tǒng)計和實驗測試大量的火山巖儲層巖心樣品，分析火山巖儲層特征及油氣聚集規(guī)律。研究認為:中國沉積盆地內(nèi)火山巖主要發(fā)育在石炭—二疊、侏羅—白堊和古近—新近等3套層系，主要形成于俯沖造山后伸展裂陷、克拉通地幔柱和斷陷3種構(gòu)造環(huán)境;不同巖性火山巖均可形成有效儲層;儲集空間類型多樣，以次生溶蝕孔、氣孔、微裂縫為主，形成孔縫雙介質(zhì)儲層;儲層物性變化大，非均質(zhì)性強，基本不受埋深影響，以中—較高孔隙度、低—特低滲的Ⅲ類和Ⅳ類儲層為主;火山巖儲層鄰近烴源巖發(fā)育，有利火山巖油氣聚集成藏;中國東西部火山巖油氣藏存在近源和遠源2種聚集模式，東部斷陷以近源聚集為主，火山巖與烴源巖互層，西部近源與遠源均存在。該研究可為中國火山巖的油氣勘探提供依據(jù)。

火山巖儲層;儲集空間;油氣聚集;準噶爾盆地;松遼盆地

0 引言

沉積盆地的形成演化與火山作用和火山巖密切相關(guān)，火山巖是各類沉積盆地充填系列的重要組成部分［1］。油氣勘探實踐表明，火山巖在大陸裂谷、大陸邊緣、弧后前陸以及溝—弧體系等盆地中發(fā)育，具備油氣儲集條件，可以形成油氣藏［2-5］。目前，已在全球五大洲20多個國家300余個盆地中發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏或油氣顯示，火山巖已成為油氣勘探開發(fā)的重要新領(lǐng)域［6］。中國已在松遼、渤海灣、海拉爾、二連、準噶爾、三塘湖、塔里木、四川、江漢、蘇北等盆地發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏，累計探明石油儲量達數(shù)億噸、天然氣儲量達數(shù)萬億方，初步形成了東、西部2個火山巖大油氣區(qū)［7-10］。此次研究針對中國主要含油氣盆地發(fā)育的不同時代、不同類型火山巖油氣藏，在其儲層特征分析的基礎(chǔ)上，研究其油氣聚集與分布規(guī)律，為火山巖的油氣勘探提供依據(jù)。

1 火山巖發(fā)育構(gòu)造背景與分布特征

中國東西部對應(yīng)上古生界、中生界、新生界3個構(gòu)造層，各沉積盆地內(nèi)火山巖主要發(fā)育在石炭—二疊、侏羅—白堊和古近—新近等3套層系(圖1、2)。整體而言，西部地區(qū)火山巖多發(fā)育于古亞洲洋構(gòu)造域的海相或海陸過渡相環(huán)境，發(fā)育集中于晚古生代，以中基性火山巖為主;東部地區(qū)火山巖發(fā)育于西太平洋被動大陸邊緣的陸相環(huán)境，時代較新，以中新生代為主，巖性主要為中酸性火山巖(圖1、2)。

1.1 中國東部太平洋構(gòu)造域

中國東部顯生宙經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域、古亞洲洋與環(huán)太平洋構(gòu)造域的疊加與轉(zhuǎn)換、太平洋構(gòu)造域三大構(gòu)造演化階段［11-12］，火山巖盆地的形成與演化主要受太平洋動力體系控制，蒙古—鄂霍茨克洋剪刀差式閉合也可能對早白堊世盆地的形成帶來一定的影響［13-15］。中國東部大規(guī)模火山活動主要發(fā)生在早白堊世和古近紀2個地質(zhì)時期［16-17］。早白堊世強烈的火山活動在松遼、海拉爾、二連等盆地斷陷層序中形成大量火山巖;古近紀火山巖主要分布在渤海灣盆地和深大斷裂帶附近，2期重要火山事件分別是依澤奈歧板塊、太平洋板塊向東亞大陸邊緣俯沖［18-20］，東部地幔強烈上隆、巖石圈大規(guī)模拆沉和伸展減薄的地球動力的構(gòu)造響應(yīng)［21-22］。

圖1 中國西部沉積盆地演化與火山巖油氣分布

松遼、海拉爾、二連等3個盆地中火山巖主要發(fā)育于早白堊世，其火山巖分布廣，厚度大，多與烴油巖互層，成儲條件好?？碧阶C實，松遼盆地中深層已探明的天然氣有87%賦存在該套火山巖中;渤海灣盆地古近紀火山巖類在盆地斷陷層序中廣泛發(fā)育，并形成較大規(guī)模的火山巖油藏(圖1、2)。以上充分表明，早白堊世和古近紀2期構(gòu)造-火山事件不僅控制大規(guī)?；鹕綆r的形成和分布，也為火山巖儲層的發(fā)育和大規(guī)模火山巖油氣藏的形成奠定了基礎(chǔ)［23］。

圖2 中國東部沉積盆地演化與火山巖油氣分布

1.2 中國西部古亞洲洋構(gòu)造域

中國西部盆地主要是晚古生代以來多期形成的疊合盆地［24-26］，經(jīng)歷了長期的地質(zhì)演化，發(fā)育古生界拼合結(jié)構(gòu)、中生界的泛盆地層序和上部的復合造山層序［27］，中新生代構(gòu)造作用對古生代盆地改造強烈［28-30］。已發(fā)現(xiàn)的油氣藏普遍具有調(diào)整、改造、破壞和再富集的特征。不同類型盆地的油氣聚集受不同地質(zhì)背景控制，如克拉通盆地的油氣聚集主要受古隆起及其斜坡帶控制，前陸盆地的油氣聚集主要受前陸沖斷帶構(gòu)造的控制［31-33］。

西部火山巖油氣藏主要分布在準噶爾、塔里木、三塘湖和四川等盆地［12，34-37］，其中以新疆北部地區(qū)的準噶爾盆地和三塘湖盆地火山巖油氣藏分布面積、規(guī)模和儲量最大。

前人大量研究表明，準噶爾盆地主要受控于古亞洲洋多旋回開合和周邊造山帶的演化，為一大型多旋回疊合盆地［24，39］。泥盆紀至二疊紀，準噶爾盆地及鄰區(qū)為古亞洲洋消亡及陸—陸碰撞階段。晚古生代特別是石炭紀是準噶爾盆地構(gòu)造體制的重要轉(zhuǎn)折時期。石炭紀前盆地位于古亞洲洋海域，是以洋盆俯沖、閉合、陸塊碰撞為特點的造山期;石炭紀后是以陸內(nèi)伸展、拗陷和造山為特點的盆地發(fā)育期。轉(zhuǎn)折時期的石炭紀，構(gòu)造活動強烈，火山作用活躍。尤其是在晚石炭世，盆地由開放型的海相盆地轉(zhuǎn)化為封閉的內(nèi)陸盆地，陸—陸強烈碰撞，導致巖漿活動，火山大規(guī)模噴發(fā)，形成石炭—二疊紀的區(qū)域性火山巖分布。該火山巖層主要為基性—中性的玄武巖、玄武安山巖、安山巖，部分夾有酸性流紋巖和火山碎屑巖。

綜上所述，中國含油氣盆地內(nèi)的火山巖形成于俯沖造山后伸展裂陷(如石炭—二疊紀準噶爾、三塘湖盆地)、克拉通地幔柱(如二疊紀塔里木、四川盆地)、斷陷盆地(如侏羅紀—白堊紀銀額、二連、海塔、松遼盆地及古近紀渤海灣盆地)等構(gòu)造環(huán)境?；鹕綆r出現(xiàn)于盆地基底(晚古生代)拼合階段(新疆北部地區(qū)盆地群)、早期斷陷階段(東部盆地群)、不同盆地原型疊合階段(塔里木盆地、四川盆地)等不同的構(gòu)造時期(圖1、2)。

2 火山巖儲層特征

火山巖是火山作用形成的一系列產(chǎn)物經(jīng)過冷卻、固結(jié)等作用形成的巖石類型，與沉積巖在形成條件、發(fā)育環(huán)境、分布規(guī)律等方面有很大不同［40］。因此，火山巖油氣儲層特征明顯有別于沉積巖。綜合來看，火山巖儲層是火山作用、構(gòu)造作用、成巖與流體作用、表生與埋藏改造作用等多種因素綜合作用結(jié)果，其特征與巖漿性質(zhì)、火山噴發(fā)方式與火山機構(gòu)類型、火山巖巖性、巖相以及火山巖形成后暴露、埋藏過程中各種流體與巖石的相互作用密切相關(guān)。

2.1 不同巖性火山巖均可形成有效儲層

由于構(gòu)造背景的復雜性，形成了中國含油氣盆地內(nèi)火山巖分布層系多、巖石類型多的特點，其中熔巖類主要有玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖、粗面巖等;火山碎屑巖類主要包括集塊巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、熔結(jié)火山碎屑巖等，另外還有輝綠巖、花崗巖等侵入巖類。上述巖類，均可形成有效儲層，并已發(fā)現(xiàn)油氣藏(圖1、2)。

2.2 儲集空間類型多樣，以次生溶蝕孔、氣孔、微裂縫為主

與沉積巖相比，火山巖儲集空間類型和組合更加復雜多樣。

通過觀察和分析大量的巖石樣品、微觀巖石薄片及鑄體薄片，根據(jù)其成因差異，火山巖儲層的儲集空間類型可以分為三大類14小類(表1)。原生孔隙主要為火山噴發(fā)物形成的氣孔及未被完全充填的殘余孔隙、火山角礫(粒)間孔、晶間微孔等。次生孔隙主要為火山玻璃脫?；纬傻拿摬；准案鞣N晶體礦物、顆粒溶蝕、蝕變所形成的溶孔、溶洞。裂縫的形成原因主要有3種:①火山噴發(fā)和巖漿冷卻固結(jié)過程中形成炸裂縫、收縮縫;②構(gòu)造作用所形成的構(gòu)造縫;③火山巖在表生環(huán)境風化淋濾或埋藏環(huán)境地層流體溶蝕形成的各種風化縫、溶蝕縫。

表1 中國火山巖儲層儲集空間類型和特征

上述不同類型的儲集空間，在火山巖儲層中的作用也存在差異。其中，氣孔和溶蝕孔為主要儲集空間，一般含油較多;構(gòu)造縫和風化縫主要起輸導作用，連通氣孔、溶蝕孔等儲集空間，也可成為儲集空間，但規(guī)模較小(表2)。

表2 中國典型火山巖儲層孔隙類型與比例

2.3 儲層非均質(zhì)性強，以中—較高孔隙度、低—特低滲為主

火山巖儲集層的儲集空間具有多樣性，不同儲集空間相互組合，形成孔、縫雙介質(zhì)儲層，孔隙結(jié)構(gòu)復雜，導致物性變化大，非均質(zhì)性非常嚴重。統(tǒng)計準噶爾、三塘湖、松遼等盆地火山巖(2244塊樣品)物性表明，火山碎屑巖、熔巖均可成為有效儲層，孔滲相關(guān)性差，以中—較高孔隙度、低—特低滲透率的Ⅲ類和Ⅳ類儲層為主。孔隙度最大可超過30%，平均為10%左右;滲透率顯示出強烈的非均質(zhì)性，最大超過1 000×10-3μm2，但總體上較低，大多數(shù)小于1×10-3μm2，其中很大部分小于0.01× 10-3μm2(圖3)。

圖3 火山巖孔隙度與滲透率關(guān)系

2.4 儲層物性基本不受埋深影響

通過松遼盆地與準噶爾盆地鉆井巖心物性分析測試發(fā)現(xiàn)，沉積巖儲層孔隙度隨埋深增加，孔隙度呈指數(shù)型降低，超過4 000 m，孔隙度低于其下限，儲層基本無效;而火山巖儲層在4 000 m以下，仍有大量有效孔隙發(fā)育，并且隨埋深增加，孔隙度無明顯的變化，即巖石物性基本不受埋深影響。在埋深大于4 500 m時，仍具有較好的儲集物性，孔隙度可達37.20%，平均為12.12%(圖4)。

火山巖與沉積巖儲層物性隨埋深變化的差異，主要源于二者成巖方式的差異。火山巖為高溫巖漿直接冷卻固結(jié)成巖，巖石堅硬致密，抗壓強度一般為100～350 MPa，深埋情況下儲層物性變化不大;而沉積巖為碎屑顆粒堆積，抗壓強度一般小于100 MPa，隨埋藏上覆壓力增加，逐步壓實固結(jié)成巖，巖石顆粒間接觸由點接觸變線接觸、凹凸接觸，物性也隨之變差。因此，超過4 500 m火山巖仍有優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育。由此可見，在深層油氣勘探中，火山巖層段可以作為重點領(lǐng)域和目標進行勘探。

圖4 火山巖儲層與沉積巖儲層孔隙度、埋深對比

3 火山巖儲層油氣聚集規(guī)律

火山巖本身不能生成有機烴類，作為一類特殊的油氣儲層，其油氣主要在有利儲蓋配置區(qū)聚集。從火山巖儲層與烴源巖的縱橫配置關(guān)系來看，火山巖儲層中的油氣主要存在近源與遠源2種聚集模式(圖5)。近源聚集指縱向上火山巖與烴源巖同層或基本同層，平面上火山巖儲層主要分布在生烴范圍之內(nèi)，一般形成巖性或構(gòu)造-巖性油氣藏;遠源聚集指縱向上火山巖與烴源巖異層，平面上火山巖儲層主要分布在生烴范圍之外，一般形成地層或構(gòu)造油氣藏。從已發(fā)現(xiàn)的大型火山巖油氣藏來看，以近源聚集為主(圖5)。

圖5 中國火山巖儲層油氣聚集模式

松遼盆地深層下白堊統(tǒng)火山巖氣藏屬典型的近源聚集［41-44］。儲層為火石嶺組和營城組的火山巖，烴源巖為沙河子組(位于營城組之下)和營城組內(nèi)部的暗色泥巖(圖1、2)?？v向上，烴源巖與火山巖儲集層近距離或直接接觸，使得油氣近距離運聚成藏。后期松遼盆地發(fā)育晚白堊世大型坳陷湖盆，構(gòu)造不活躍，使得深層火山巖氣藏保存較好，從而形成大型近源原生火山巖氣藏。

渤海灣盆地古近系火山巖油藏主要為近源聚集。沙河街組是盆地主力烴源巖，該時期火山巖也較發(fā)育，被烴源巖所包圍，形成典型的近源聚集(圖1、2、5)，如沙三段的遼河東部凹陷歐利坨子粗面巖油藏以及南堡凹陷基性火山巖氣藏，均屬此種類型。另外，孔店組部分侵入巖中也有油藏發(fā)現(xiàn)。

新疆北部地區(qū)石炭—二疊系發(fā)育的火山巖油氣藏，既有近源聚集，也有遠源聚集。其中，準噶爾盆地陸東地區(qū)石炭系火山巖氣藏和三塘湖盆地牛東地區(qū)石炭—二疊系火山巖油藏以地層型的近源聚集為主，有利儲層主要發(fā)育于石炭系頂部不整合面附近的風化淋濾火山巖體內(nèi)，烴源巖為石炭系內(nèi)部的暗色泥巖、煤和沉凝灰?guī)r，蓋層為石炭系不整合面上覆的二疊系和三疊系泥巖;準噶爾盆地西北緣石炭—二疊系火山巖油藏則以地層型的遠源聚集為主(圖5)。

總體來看，中國含油氣盆地中的火山巖油氣聚集，東部斷陷盆地以近源組合為主，火山巖與烴源巖互層，主要分布在生烴凹陷內(nèi)或附近，如渤海灣盆地下第三系和松遼盆地深層，火山巖發(fā)育在生烴層內(nèi)(圖5);西部發(fā)育近源與遠源2種聚集類型，主要分布在大型不整合之下的火山巖風化殼內(nèi)，形成地層油氣藏，如準噶爾、三塘湖盆地石炭—二疊系火山巖，四川、塔里木盆地二疊系火山巖。

4 結(jié)論與認識

(1)中國沉積盆地內(nèi)火山巖主要發(fā)育在石炭—二疊、侏羅—白堊和古近—新近等3套層系，主要形成于俯沖造山后伸展裂陷、克拉通地幔柱和斷陷3種構(gòu)造環(huán)境。整體而言，西部地區(qū)火山巖時代集中于晚古生代，以中基性火山巖為主;東部地區(qū)火山巖時代以中新生代為主，巖性主要為中酸性火山巖。

(2)中國火山巖儲層巖石類型多樣，熔巖類主要有玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖、粗面巖等;火山碎屑巖類主要包括集塊巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、熔結(jié)火山碎屑巖等，另外還有輝綠巖、花崗巖等侵入巖類。儲集空間以孔縫雙介質(zhì)、強非均質(zhì)性為特征，主要發(fā)育中—較高孔隙度、低—特低滲透率的Ⅲ類和Ⅳ類儲層。

(3)火山巖儲層鄰近烴源巖發(fā)育，有利于火山巖油氣聚集成藏。中國東西部火山巖油氣藏存在近源和遠源2種聚集模式，東部斷陷以近源聚集為主，火山巖與烴源巖互層;西部近源與遠源均存在。

致謝:中國石油大慶油田公司、新疆油田分公司、吐哈油田分公司為本次研究提供了珍貴的樣品和資料。國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“火山巖油氣藏的形成機制與分布規(guī)律”項目組其他研究人員提供了諸多的信息、建議和意見，在此一并深表謝意!

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編輯林樹龍

TE122

A

1006-6535(2015)05-0001-08

20150410;改回日期:20150804

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“中國陸相致密油(頁巖油)形成機理與富集規(guī)律”(2014CB239000)及“古生代火山巖儲層分布規(guī)律及其改造特征”(2009CB219304);國家科技重大專項“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標評價”(2011ZX05001);中國石油集團公司科學研究與技術(shù)開發(fā)項目“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”(2014B-03)

毛治國(1977-)，男，高級工程師，2000年畢業(yè)于江漢石油學院石油工程專業(yè)，2008年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學位，2010年中國石油勘探開發(fā)研究院博士后流動站出站，研究方向為油氣儲層地質(zhì)，現(xiàn)從事油氣儲層研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.001