冉　波

(中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

開魯盆地陸家堡凹陷九佛堂組火山碎屑巖油藏形成控制因素分析

冉波

(中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

摘要：開魯盆地陸家堡凹陷九佛堂組火山碎屑巖主要包括火山角礫熔巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r(熔結凝灰?guī)r)、沉凝灰?guī)r和凝灰質砂(礫)巖等五大類巖性，且火山碎屑含量自下向上有減少的趨勢?；鹕剿樾紟r發(fā)育原生孔隙、次生孔隙、原生裂縫和次生裂縫等4類儲集空間，有利火山碎屑巖儲層儲集空間多為“原生和次生組合型”。火山碎屑巖油藏形成受多重因素控制：白堊系下統(tǒng)九佛堂期為凹陷快速斷陷期，該時期欠補償沉積的深湖-半深湖相泥巖及油頁巖是火山碎屑巖油藏形成的資源基礎；良好的儲集性能是火山碎屑巖油藏形成的有利條件?；鹕綑C構特征決定此類油藏的分布；構造應力作用增加了火山碎屑巖成藏幾率；火山活動時期關系到火山碎屑巖油藏儲層改造程度并最終決定油氣富集程度。

關鍵詞：陸家堡凹陷；九佛堂組；火山碎屑巖；成藏控制因素

1概況

火山碎屑巖在國內許多沉積盆地中都有廣泛分布[1]，隨著油氣勘探程度的提高，火山碎屑巖油藏已經(jīng)成為一個勘探新領域?；鹕剿樾紟r不但具有明顯的碎屑結構，而且在碎屑組分、膠結物成分與結構、碎屑顆粒與填隙物關系及礦物轉化等方面，較之正常沉積的碎屑巖具有明顯獨特性?；鹕剿樾寂c其它類型沉積物在凹陷充填物質中共存，存在著火山巖與沉積巖的多種過渡類型巖石，主要有火山熔巖、普通火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖和沉積火山碎屑巖[2]。它們的共同特征是均含有火山碎屑，盡管含量差別迥異，仍統(tǒng)稱火山碎屑巖。近年雖然火山碎屑成巖作用的特殊性研究取得了快速的發(fā)展[3-6]，但因為沉積物組成和成巖環(huán)境的差別，不同盆地或不同沉積背景的火山碎屑巖油氣成藏具有鮮明特色。

開魯盆地是中生代裂陷盆地，陸家堡凹陷是該盆地目前發(fā)現(xiàn)的最大、最有勘探潛力的凹陷(圖1)。白堊系下統(tǒng)九佛堂組發(fā)育大量火山碎屑巖，這些經(jīng)歷火山活動、埋藏和沉積作用的火山碎屑巖成巖特征具有特殊性。前人關于陸家堡凹陷沉積環(huán)境與沉積體系研究[7]很少關注或者強調火山作用機制對沉積作用,尤其是對巖石類型的影響。

火山碎屑巖油藏作為特殊儲層油藏類型與火山碎屑巖石成分、結構及后期改造關系密切。2013年，陸家堡凹陷M31井在九佛堂組下段火山碎屑巖中試油獲得日產(chǎn)油127 m3的高產(chǎn)工業(yè)油流，成為開魯盆地油氣勘探史上第一口日產(chǎn)超百噸的探井。K2井在火成巖試油，獲日產(chǎn)30.19 m3高產(chǎn)工業(yè)油流，展現(xiàn)了陸家堡凹陷火山碎屑巖良好的勘探前景。本文旨在辨析陸家堡凹陷火山碎屑巖石類型，分析原生及次生儲集空間的特征及成因，探討影響該類有利儲集層發(fā)育的因素及火山碎屑巖油藏成藏控制因素，試圖為相似地區(qū)的火山碎屑巖油氣勘探提供有力的參考。

2巖石學特征

火山碎屑巖地層的形成與火山活動噴發(fā)時古地貌密切相關?；鹕剿樾紟r是介于火山熔巖和正常沉積碎屑巖之間的過渡巖性，火山作用和沉積作用雙重控制了火山碎屑巖的組成和結構。根據(jù)開魯盆地陸家堡凹陷歷年鉆井取心觀察與巖石薄片顯微鑒定，借鑒結合相關地區(qū)火山碎屑巖的研究成果和相關分類文獻[2，8-9],形成了陸家堡凹陷火山碎屑巖類巖石分類。

圖1　開魯盆地重點勘探凹陷分布

火山碎屑熔巖類:熔巖基質中的火山碎屑含量10%～75%；熔結結構?；瘜W成分按SiO2含量可劃分為基性火山碎屑熔巖(52%～45%)，中性火山碎屑熔巖(52%～63%)，酸性火山碎屑熔巖(大于63%)?；編r石類型為碎屑熔巖，包括角礫熔巖和凝灰熔巖，成巖方式為冷凝固結或熔漿膠結。

火山碎屑巖類：火山碎屑含量大于75%；火山碎屑結構。化學成分按SiO2含量可劃分為基性火山碎屑巖(52%～45%)，中性火山碎屑巖(52%～63%)，酸性火山碎屑巖(大于63%)?；編r石類型細分為火山角礫巖和凝灰?guī)r，其中火山角礫巖成巖方式以熔結和壓實固結為主；凝灰?guī)r按粒度細分為粗粒凝灰?guī)r、中粒凝灰?guī)r、細粒凝灰?guī)r、粉粒凝灰?guī)r，成巖方式為冷凝固結或壓實固結。

沉積火山碎屑巖類：火山碎屑含量75%～50%；正常沉積碎屑小于50%；火山碎屑結構?；瘜W成分按SiO2含量可劃分為基性沉積火山碎屑巖(52%～45%)，中性沉積火山碎屑巖(52%～63%)，酸性沉積火山碎屑巖(大于63%)?；編r石類型為沉凝灰?guī)r，按粒度細分為粗粒沉凝灰?guī)r、中粒沉凝灰?guī)r、細粒沉凝灰?guī)r、粉粒沉凝灰?guī)r，成巖方式為壓實固結或化學膠結。

火山碎屑沉積巖類：火山碎屑含量小于50%；正常沉積碎屑大于50%；碎屑結構?；編r石類型為凝灰質碎屑巖，按粒度細分為凝灰質礫巖、凝灰質粗砂巖、凝灰質中砂巖、凝灰質細砂巖、凝灰質粉砂巖、凝灰質泥巖，成巖方式為壓實固結或化學膠結。

4種類型巖石的排列順序反映出火山作用由強到弱，而沉積作用影響不斷增強。

3火山碎屑巖儲層特征

3.1儲集空間特征

通過薄片鑒定(普通薄片和鑄體薄片)，結合掃描電鏡觀察分析，總結陸家堡凹陷九佛堂組的火山碎屑巖儲層一共發(fā)育有4種儲集空間類型。

原生孔隙：原生孔隙主要包括完整粒間孔、殘余粒間孔、碎屑顆粒內孔。其中，完整粒間孔周圍顆粒邊緣規(guī)則、干凈，無膠結物；殘余粒間孔是由膠結物充填完整粒間孔而形成，使孔喉半徑減小，降低儲層孔隙度和滲透率；碎屑顆粒內孔主要表現(xiàn)為玻屑和火山巖屑隨火山噴出后其內部揮發(fā)性氣體外逸而在其內部形成粒內孔。

次生孔隙：次生孔隙主要包括溶蝕粒內孔、溶蝕粒間孔和溶蝕填隙物內孔。次生孔隙主要是由酸性流體溶蝕可溶性組分引起的，且主要發(fā)育在地層不整合面附近和裂縫較為發(fā)育、滲流能力好的部位。

原生裂縫：九佛堂組儲層原生裂縫主要表現(xiàn)為冷凝收縮縫，是巖漿噴出地表后快速冷凝造成不同火山碎屑物質等冷凝收縮形成的裂縫。

次生裂縫：次生裂縫包括溶蝕縫和構造裂縫。溶蝕縫是由酸性流體溶蝕火山巖冷凝收縮縫和早期構造裂縫而成的。構造裂縫是由構造應力作用的結果，主要集中發(fā)育于斷裂帶附近。

通過巖石薄片鑒定及掃描電鏡觀察分析，九佛堂組儲層原生儲集空間所占比例偏低，且主要發(fā)育在凝灰質含量極低的砂礫巖中；酸性流體溶蝕、溶解作用所形成的次生孔隙為數(shù)眾多，居主導地位。鏡下觀察，以上4種儲集空間單獨存在的情況不多，而是幾種類型共存形成火山碎屑巖特有的儲集空間組合，如“原生儲集空間+次生儲集空間”組合等。一般而言，原生和次生組合型儲集空間孔隙結構要好于單一孔隙類型，相應儲層物性也占優(yōu)[10]。

3.2儲層物性及變化規(guī)律

陸家堡凹陷九佛堂組火山碎屑巖儲層總體上屬于中低孔-特低滲型儲層。九佛堂組上段儲層孔隙度值11.40%～25.50%，平均值15.99%，約92%的孔隙度集中落在10%～25%，屬于中低孔隙度；滲透率值(0.01～28.6)×10-3μm2，平均值3.45×10-3μm2，主要分布區(qū)間小于10×10-3μm2，整體屬于特低滲透率。

九佛堂組下段孔隙度為0.80%～22.10%，平均值13.29%，約80%的孔隙度集中落在10%～22%，屬于中低孔隙度；滲透率值為(0.023～46.60)×10-3μm2，平均值1.99×10-3μm2，主要分布區(qū)間小于8×10-3μm2，整體屬于特低滲透率。

陸家堡凹陷九佛堂組儲層物性在橫、縱向分布上呈明顯的規(guī)律性。

九佛堂組儲層孔隙度和滲透率在橫向上分布的特點為越靠近凹陷陡坡帶扇三角洲沉積體系的扇三角洲前緣亞相儲層孔隙度和滲透率越高，凹陷內有古義縣火山背景的應力相對集中的構造帶孔隙度和滲透率同樣較好。

九佛堂組火山碎屑巖儲層孔隙度縱向變化符合隨埋深增加儲層孔隙度逐漸降低的規(guī)律。在九佛堂組上段由于火山碎屑含量有減少的趨勢，儲層物性整體向好；在九佛堂組下段由于火山碎屑含量較高，儲層物性整體較差，在局部火山機構附近受應力改造及后期成巖作用會出現(xiàn)儲層物性明顯變好的現(xiàn)象。

4火山碎屑巖油藏形成控制因素

4.1優(yōu)質烴源巖是基礎

陸家堡凹陷是開魯盆地油氣生成條件最好的凹陷之一。據(jù)遼河油田2002年第三次資源評估結果，陸家堡凹陷石油地質資源量為2.5×108t，說明陸家堡凹陷具有豐富的石油和天然氣資源供給，有著廣闊的勘探前景。陸家堡凹陷發(fā)育3個主力生油洼陷，包括三十方地洼陷、交力格洼陷和五十家子廟洼陷，有效烴源巖分布面積約580 km2。白堊系下統(tǒng)暗色泥巖是陸家堡凹陷的重要烴源巖層，主要分布在九佛堂組，以褐色油頁巖、深灰色泥巖為主，為半深湖-深湖相沉積，該套成熟烴源巖厚度266～542 m，有機質類型以Ⅰ～ⅡA型為主，有機碳含量3.3%、氯仿瀝青“A”值0.4%、Ro為0.53%，屬于低成熟-成熟好烴源巖，具有較高的生烴能力，為九佛堂組形成自生自儲型成藏組合提供生油條件。

4.2良好的儲集性能是條件

火山作用控制的堆積與搬運形成了特定的巖相。借鑒我國松遼盆地中生代[11-12]的火山碎屑巖相發(fā)育認識，結合開魯盆地陸家堡凹陷火山巖特點,本區(qū)九佛堂組下段發(fā)育3種類型火山巖相:熱碎屑流亞相、熱基浪亞相和空落亞相?；鹕交顒訃姲l(fā)形成的火山碎屑及所攜帶的正常碎屑在凹陷內部堆積, 與沉積作用相互交織,發(fā)育在近火山口相帶, 即使受到湖泊沉積水體的作用, 但仍然認為是熱基浪作用、熱碎屑流作用和空落作用等火山作用居主導。發(fā)育在火山斜坡向湖泊過渡的各微相帶顯然是湖泊作用與火山作用的聯(lián)合作用結果，且湖泊水體作用的影響具有明顯優(yōu)勢。

九佛堂時期，斷裂活動強烈，凹陷快速下沉；在凹陷邊部剝蝕區(qū)火山巖經(jīng)風化、搬運等沉積作用，形成以沉凝灰?guī)r及凝灰質砂巖為主的扇三角洲沉積體系；在水下古火山口附近，依然存在火山熱液作用，對九佛堂組下段的巖性和儲層進行再次改造。巖性主要為硅化凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r。

硅化凝灰?guī)r火山碎屑巖部分已經(jīng)硅化，硅質含量可達80%以上；原巖以火山泥球凝灰?guī)r為主，經(jīng)過火山后期硅質熱液交代，同時伴隨油氣生成排出的有機酸形成溶孔，使孔隙空間進一步擴大；其主要儲集空間為硅質交代殘余粒間孔、溶孔為主，成巖縫、構造縫為輔。測井解釋為油層，為好儲集巖。

沉凝灰?guī)r以粒間、粒內、碎屑溶蝕形成的溶蝕孔為主，測井解釋一般為差油層或干層，為差儲集巖或者非儲集巖。

4.3火山活動時期是關鍵

火山活動和構造作用相輔相成，構造作用從根本上控制著火山活動。白堊系下統(tǒng)義縣期(凹陷初始張裂期):地殼拉張斷裂，火山大規(guī)模噴發(fā)，形成了凹陷雛形并造就了火山巖充填序列。白堊系下統(tǒng)九佛堂期(快速裂陷期)：邊界斷層強烈活動，盆地快速下沉，邊界斷層附近發(fā)育近岸水下扇，斜坡發(fā)育辮狀河三角洲，凹陷中心為半深湖-深湖相沉積。這一時期凹陷邊部的凸起提供了以火山巖碎屑為主的沉積母源，在凹陷內部局部地區(qū)的義縣期火山活動并沒有完全沉寂，仍有小規(guī)模噴發(fā)活動。在九佛堂組下段局部火山機構控制影響下，形成了以火山熔巖、火山碎屑巖為主，沉積火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖為輔的巖石類型。這些局部火山經(jīng)歷了義縣期大規(guī)模噴發(fā)，九佛堂早期局部小規(guī)模噴發(fā)活動，九佛堂晚期局部蠕動，到沙海初期完全沉寂的完整歷程(圖2、圖3)。九佛堂期活動的火山不但可形成以火山碎屑巖為儲集體的儲集空間，而且對臨近沉積的火山碎屑沉積巖有明顯的儲層改造作用。

圖2　過M31井地震剖面

構造作用與火山活動對陸家堡凹陷九佛堂組火山碎屑巖儲集層成巖演化的控制作用主要表現(xiàn)在以下3個方面:①凹陷的構造演化和沉積演化過程受構造作用掌控，決定了火山活動噴發(fā)的時間、規(guī)模，因而從根本上決定了火山碎屑物質的出處及時空展布特征，而火山碎屑物質對于九佛堂組成巖演化過程具有顯著影響，首先該區(qū)火山碎屑巖成分成熟度和結構成熟度較低，且塑性的火山碎屑物質抗壓實能力較差，導致在早成巖階段壓實作用較強；其次火山碎屑物質的不穩(wěn)定性決定了其易受酸性流體影響而發(fā)生溶蝕溶解作用，造成次生孔隙十分發(fā)育，其中火山碎屑組分溶蝕孔隙占了很大比例。②構造作用可引發(fā)眾多構造裂縫，裂縫不僅可以作為新生的儲集空間，而且可成為有機酸和地下水的流動通道，從而促進裂縫周圍儲層的溶解溶蝕作用。③火山活動和構造作用可引發(fā)大規(guī)模的熱流體活動事件，一方面可以促成溶蝕作用和蝕變作用的發(fā)生，另一方面可使?jié)撛跓N源巖受熱烘烤，提前進入生油窗[13]，致使有機酸和CO2的大量生成，隨著有機酸和CO2進入儲集層，有益于溶蝕溶解作用的進行，明顯改善儲集層物性。陸家堡凹陷九佛堂組儲集層火山碎屑巖發(fā)育多種脈體，包括方解石脈、石英脈和碳酸鹽脈等，其中以方解石脈最為常見，而脈體是熱流體事件的產(chǎn)物，是熱流體活動最直接的證據(jù)[14]，說明研究區(qū)九佛堂組曾受到火山活動引起的熱流體事件的影響。

圖3　古火山背景對沉積影響模式

5結論

(1)陸家堡凹陷九佛堂組地層是一套包含火山碎屑熔巖、沉積火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖在內的火山碎屑巖與正常沉積巖的混雜沉積巖系?；鹕剿樾紟r包括火山熔巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r(熔結凝灰?guī)r)、沉凝灰?guī)r和凝灰質砂(礫)巖，且火山碎屑含量自下向上有減少的趨勢。

(2)火山碎屑巖發(fā)育原生孔隙、次生孔隙、原生裂縫和次生裂縫4類儲集空間，九佛堂組儲層原生儲集空間所占比例偏低，酸性流體溶蝕、溶解作用所形成的次生孔隙為數(shù)眾多，居主導地位。原生和次生組合型儲集空間孔隙結構要好于單一孔隙類型，相應儲層物性也占優(yōu)。

(3)構造和火山活動通過限定火山碎屑物質的來源、裂縫的產(chǎn)生、熱流體事件等來影響儲層的成巖演化過程。陸家堡凹陷九佛堂組火山碎屑巖儲層儲集性能與巖性巖相、構造運動、有機質熱演化和成巖作用等因素有關，其中火山巖巖性、巖相和火山碎屑巖成巖作用是涉及該類儲層儲集性能變化的主控因素。

(4)火山碎屑巖油藏形成受多重條件共同控制：優(yōu)質烴源巖生排烴產(chǎn)生充足的油源是火山碎屑巖油氣成藏的根本保障；良好的儲集性能是火山碎屑巖油藏形成的基本條件;火山機構特征決定該類油藏的分布；構造應力作用增加了火山碎屑巖成藏幾率；火山活動時期關系到火山碎屑巖油藏儲層改造程度并最終決定油氣富集程度。

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編輯：吳官生

文章編號：1673-8217(2016)01-0001-05

收稿日期：2015-10-24

作者簡介：冉波，高級工程師，碩士，1974年生，1997年畢業(yè)于西南石油學院石油與天然氣勘查專業(yè)，2008年碩士畢業(yè)于大慶石油學院石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)從事石油地質綜合研究工作。

基金項目：中國石油天然氣集團公司重大科技專項“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關鍵技術研究-遼河灘海外圍規(guī)模儲量發(fā)現(xiàn)關鍵技術及有利目標優(yōu)選研究”(2012E-3002)。

中圖分類號：TE112.322

文獻標識碼：A