周 健，單玄龍，遲喚昭，岳慶友，蒼正毅

(1.吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130026；2.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130026)

0 引 言

隨著全球?qū)τ蜌赓Y源需求量的不斷加大和常規(guī)油氣資源的不斷減少，非常規(guī)油氣逐漸成為新的勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，在能源結(jié)構(gòu)中所占比例越來(lái)越大[1]。其中，致密油氣藏已成為油氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)的新突破口。目前，世界上大部分地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了致密油氣資源，如美國(guó)的德克薩斯南部的Eagle Ford頁(yè)巖油氣田，中國(guó)鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組致密砂巖油氣田和川中地區(qū)侏羅系致密灰?guī)r油氣藏[2]。2012年，在德惠斷陷發(fā)現(xiàn)了新的油氣藏類(lèi)型——凝灰?guī)r致密氣藏[3]。凝灰?guī)r是指火山作用產(chǎn)生的火山灰降落形成的具有凝灰或塵屑結(jié)構(gòu)的巖石，屬于由火山碎屑巖向正常沉積巖過(guò)渡的巖石類(lèi)型，火山碎屑物體積分?jǐn)?shù)一般為50%～90%，顆粒較細(xì)[4-5]。凝灰物質(zhì)進(jìn)入湖盆發(fā)生沉積作用，可通過(guò)火山灰直接從空中降落到湖盆，即“空降型”，也可通過(guò)流水搬運(yùn)，經(jīng)再沉積作用進(jìn)入湖盆，即“水?dāng)y型”[6-8]。德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r主要是火山灰降落到匯水盆地中形成的，同時(shí)也遭受地表流水的影響，具有多變的儲(chǔ)層類(lèi)型，不同類(lèi)型的儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差別較大[9]。部分學(xué)者認(rèn)為，凝灰?guī)r儲(chǔ)層的形成與分布主要受火山作用控制[10]，目前關(guān)于凝灰?guī)r儲(chǔ)層特征及測(cè)井巖性識(shí)別的研究相對(duì)較少。該文擬以凝灰?guī)r巖礦鑒定、測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究德惠斷陷凝灰?guī)r儲(chǔ)層特征，并采用測(cè)井曲線巖性識(shí)別圖版，有效地評(píng)價(jià)和識(shí)別凝灰?guī)r儲(chǔ)層, 從而指導(dǎo)該區(qū)的油氣勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

德惠斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)，面積約為4 053 km2，是在晚古生代淺變質(zhì)基底上發(fā)展起來(lái)的中生代沉積盆地，其內(nèi)廣泛發(fā)育上侏羅統(tǒng)和白堊系的湖泊相—河流相沉積地層,油氣的生儲(chǔ)蓋組合也較為發(fā)育，為有利含油氣斷陷[11-12]。根據(jù)構(gòu)造特征可劃分為德惠地塹、農(nóng)安地塹、鮑家箕狀洼陷、華家斜坡帶、龍王箕狀洼陷、開(kāi)安—合隆鼻狀構(gòu)造帶、蘭家箕狀洼陷7個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[13](圖1)。華家斜坡帶是此次主要研究區(qū)，鉆井揭示該區(qū)由下部斷陷層(火石嶺組、沙河子組和營(yíng)城子組)與上部凹陷層(登婁庫(kù)組、泉頭組、青山口組、姚家組)組成[14]。沙河子組處于快速沉降斷陷期，自下而上形成了一個(gè)“粗—細(xì)—粗”的完整沉積旋回[15]。沙一段時(shí)期，受火石嶺組火山作用的影響，沉積了一套厚約為30～40 m的凝灰?guī)r，綜合解釋為氣層—差氣層，壓裂后日產(chǎn)氣為1 000～1 400 m3/d，具有一定的工業(yè)開(kāi)采價(jià)值，標(biāo)志著德惠斷陷凝灰?guī)r致密油氣的勘探取得了一定突破。沙二段時(shí)期主要為灰黑色泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖的細(xì)粒沉積。垂向上沙一段主要發(fā)育火山沉積相、近岸扇及扇三角洲相沉積；沙二段以濱淺湖—深湖沉積相為主。平面上盆地邊緣主要為扇三角洲、近岸扇及湖沼相沉積，中央則以深湖相沉積為主[16]。

圖1德惠斷陷區(qū)域地質(zhì)概況

2 凝灰?guī)r巖石學(xué)特征

德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層巖石類(lèi)型多樣，分別為晶屑凝灰?guī)r、玻屑晶屑凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖。晶屑凝灰?guī)r的原始組成以晶屑為主，含有少量凝灰級(jí)玻屑和火山塵，正交偏光鏡下不消光，分布于距離火山口相對(duì)較近的地方[17](圖2a、b)。玻屑晶屑凝灰?guī)r物質(zhì)組成與晶屑凝灰?guī)r基本相同(圖2c)，含有一定量的玻屑成分，但仍以晶屑為主，晶屑含量大于50%，分布于距火山口稍遠(yuǎn)的地方。二者均含有少量炭質(zhì)碎屑和泥質(zhì)條帶，具有一定的碎屑沉積特征。凝灰質(zhì)砂巖仍具凝灰結(jié)構(gòu)，但陸源碎屑物質(zhì)含量高，大于50%，黏土礦物含量也較高，孔隙欠發(fā)育，屬于凝灰?guī)r向沉積巖過(guò)渡的巖石類(lèi)型(圖2d)。凝灰質(zhì)砂巖儲(chǔ)集性能較晶屑凝灰?guī)r和玻屑晶屑凝灰?guī)r差。

從X衍射測(cè)得的凝灰?guī)r礦物組成來(lái)看(表1)，凝灰?guī)r礦物組分比較復(fù)雜，石英、長(zhǎng)石是主要的礦物成分，其中，石英含量為30%～47%，長(zhǎng)石含量為25%～37 %，黏土礦物含量也較高，平均大于20%，方解石含量較少，平均小于10%。凝灰質(zhì)砂巖中石英和長(zhǎng)石礦物含量均小于凝灰?guī)r，黏土礦物含量極高，為47%。晶屑凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖中黏土礦物含量較高，主要原因可能是受較多陸源碎屑物質(zhì)影響造成的。

圖2 德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r巖石學(xué)特征

表1 沙一段凝灰?guī)r全巖礦物組分

3 凝灰?guī)r儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層較為致密，在普通薄片中難以看到孔隙，但在高分辨率的掃描電鏡和鑄體薄片下可觀察到數(shù)量巨大的微小孔隙[18]。通過(guò)分析研究區(qū)樣品的掃描電鏡圖像和鑄體薄片，可將凝灰?guī)r微觀儲(chǔ)集空間分為孔隙和裂縫兩大類(lèi)。

孔隙類(lèi)：按成因可分為原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙以火山灰微晶脫玻化形成的粒間微孔(圖3a)和石英長(zhǎng)石脫?；纬傻牧ｉg孔為主(圖3b)，這種脫?；纬傻目紫额?lèi)型通常只在火山巖中出現(xiàn)。一般情況下脫?；饔玫膹?qiáng)度與玻屑含量成正比，且脫?；饔迷綇?qiáng)，孔隙度越好[19]。

凝灰?guī)r中次生孔隙以粒內(nèi)溶孔為主，此外還有鑄?？准梆ね恋V物中的孔隙(圖3c—e)，次生孔隙是凝灰?guī)r儲(chǔ)層中的主要儲(chǔ)集空間[20]。粒內(nèi)溶孔主要是長(zhǎng)石溶蝕孔，長(zhǎng)石溶蝕孔是由長(zhǎng)石晶屑及長(zhǎng)石礦物經(jīng)溶蝕作用形成的，其形成過(guò)程與沉積有機(jī)質(zhì)在生烴過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)不穩(wěn)定礦物的溶蝕作用有關(guān)[21]。

裂縫類(lèi)：裂縫能較大地提高烴類(lèi)產(chǎn)能，即使已經(jīng)被充填，但仍能影響和誘導(dǎo)新裂縫的產(chǎn)生，對(duì)致密油氣藏的開(kāi)采有重要意義[22]。德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層中可見(jiàn)高角度微裂縫，部分縫內(nèi)被方解石充填，含氣性顯示普遍，可作為天然氣的運(yùn)移通道(圖3f)。

3.2 物性特征及孔喉結(jié)構(gòu)

對(duì)研究區(qū)20塊巖心樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明(表2)：德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層物性波動(dòng)較大。晶屑凝灰?guī)r和玻屑晶屑凝灰?guī)r孔隙度主要為7.0%～16.0%，平均為11.4%；滲透率極低，平均滲透率為0.04×10-3μm3，為中低孔、特低滲儲(chǔ)層。凝灰質(zhì)砂巖由于晶屑和玻屑含量較低，脫玻化作用較弱，孔隙度和滲透率較差，孔隙度小于7.0%，滲透率小于0.02×10-3μm3，同時(shí)受到充填于微孔之中黏土礦物顆粒的干擾，形成低孔、特低滲儲(chǔ)層。

圖3 德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)集空間類(lèi)型

表2 德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)研究區(qū)沙一段2塊凝灰?guī)r樣品的壓汞參數(shù)統(tǒng)計(jì)表明：排驅(qū)壓力為17～32 MPa，平均為25 MPa，中值壓力較大，大于43 MPa。較高的排驅(qū)壓力和中值壓力表明儲(chǔ)層滲透性很差。中值喉道半徑R50很小，喉道半徑主要為0.016～0.063 μm，表現(xiàn)為微細(xì)喉道特征(據(jù)SYT 6285-2011油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn))。最大進(jìn)汞飽和度較大，為35%～80%，平均為58%，退汞效率低，平均為21%，表明喉道和孔隙間的連通性較差。通過(guò)研究該區(qū)樣品毛細(xì)管曲線形態(tài)可知，壓汞曲線平臺(tái)不明顯，分選不好，為略細(xì)歪度，故儲(chǔ)層喉道分選性較差。綜上所述，德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層具中低孔、特低滲、微細(xì)喉道的特征。

3.3 黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層的的影響

研究區(qū)沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層厚度較大，含氣普遍，但產(chǎn)量較低，平均為1.5×103～1.7×103m3/d。沙一段凝灰?guī)r中黏土礦物含量較高，為15.6%～46.8%，平均為27.7% ；凝灰質(zhì)砂巖中含量更高，為47.0%。黏土礦物的形成與火山碎屑巖孔隙形成時(shí)的脫?；饔煤腿芪g作用有關(guān)，此過(guò)程使火山巖黏土化嚴(yán)重。高含量的黏土礦物充填在極其微小的凝灰?guī)r微孔中，使得儲(chǔ)集性能極差。對(duì)黏土礦物成分分析表明(表1)，伊蒙混層含量最高，為59%～81%，平均為72%，其次是伊利石，為13%～26%，高含量的伊蒙混層黏土礦物易于使儲(chǔ)層發(fā)生水鎖現(xiàn)象，對(duì)儲(chǔ)層滲透率傷害極大。

此外，凝灰?guī)r中黏土礦物的敏感性嚴(yán)重，膨脹實(shí)驗(yàn)表明，巖心遇煤油平均膨脹率為-6.50%，遇水平均膨脹率為31.25%，為強(qiáng)水敏特征。水敏性黏土礦物的水化、膨脹，一方面壓縮了巖石的孔喉直徑，另一方面又使一些地層微粒從孔壁上散落下來(lái)，在孔喉中遷移，并產(chǎn)生橋堵現(xiàn)象，從而降低了儲(chǔ)層的滲透率，造成低產(chǎn)。

4 凝灰?guī)r儲(chǔ)層測(cè)井巖性識(shí)別

在巖心取心率低和無(wú)井的情況下，通過(guò)測(cè)井手段可以更加準(zhǔn)確地進(jìn)行巖性識(shí)別。德惠斷陷沙河子組一段自上而下分別為泥巖層、凝灰質(zhì)砂巖層、凝灰?guī)r層和火山角礫巖層。選取對(duì)巖性敏感的自然伽馬(GR)、補(bǔ)償密度(DEN)、聲波時(shí)差(AC)和地層真電阻率(Rt)4種測(cè)井資料，建立了德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r巖性識(shí)別圖版，確立了典型巖性的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 GR-DEN與AC-DEN巖性識(shí)別圖版

利用GR-DEN巖性識(shí)別圖版進(jìn)行測(cè)井巖性識(shí)別(圖4a)。由圖4a可知，泥巖與凝灰?guī)r的巖性區(qū)分較為明顯，DEN大于2.52 g/cm3為泥巖；DEN小于2.52 g/cm3為凝灰?guī)r，泥巖的密度明顯大于凝灰?guī)r。凝灰質(zhì)砂巖與其他三者界限明顯，凝灰質(zhì)砂巖GR為70～110 API，DEN為2.45～2.60 g/cm3；火山角礫巖DEN介于泥巖和凝灰?guī)r之間，只可大體區(qū)分出其與泥巖、凝灰?guī)r的界限，GR則不能有效的區(qū)分三者。

故利用GR可較容易地區(qū)分出凝灰質(zhì)砂巖，而利用DEN可大體區(qū)分出泥巖，火山角礫巖及凝灰?guī)r，三者DEN依次減小。

AC-DEN巖性識(shí)別圖版(圖4b)是對(duì)GR-DEN巖性識(shí)別圖版的一個(gè)良好補(bǔ)充，可在泥巖和凝灰?guī)r中較好的識(shí)別火山角礫巖?；鹕浇堑[巖AC為210～230 μs/m,DEN為2.45～2.55 g/cm3，相較于泥巖和凝灰?guī)r，分別具有較低的聲波時(shí)差和中等的密度的特征。而聲波時(shí)差曲線不能有效區(qū)分凝灰質(zhì)砂巖與火山角礫巖。

圖4德惠斷陷沙一段GR-DEN與AC-DEN巖性識(shí)別圖版

4.2 Rt- AC巖性識(shí)別圖版

利用Rt-AC巖性識(shí)別圖版進(jìn)行測(cè)井巖性識(shí)別(圖5)。由圖5可知，4種巖性的Rt與AC均呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系，AC隨Rt的增大而減小。泥巖Rt值最小，小于35Ω·m，AC中等，為225～255 μs/m；凝灰?guī)rRt偏低，為15～55 Ω·m ，AC最大，為235～285 μs/m；凝灰質(zhì)砂巖Rt分布范圍較廣，為35～105 Ω·m，AC值較小，小于235 μs/m；火山角礫巖AC值最小，小于220 μs/m，Rt較大，為30～110 Ω·m。

5 結(jié) 論

(1) 德惠斷陷沙一段凝灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育有晶屑凝灰?guī)r、玻屑晶屑凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖。礦物成分以石英和長(zhǎng)石為主，并含有一定量的黏土礦物。

(2) 凝灰?guī)r儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型以次生孔隙為主，主要為長(zhǎng)石溶蝕孔、鑄模孔及黏土礦物中的孔隙。晶屑凝灰?guī)r和玻屑晶屑凝灰?guī)r儲(chǔ)集性能較好，具中低孔、特低滲微細(xì)喉道的特征；凝灰質(zhì)砂巖儲(chǔ)集性能較差，具低孔、特低滲的特征。微小的喉道和以伊蒙混層為主的強(qiáng)水敏的黏土礦物對(duì)凝灰?guī)r儲(chǔ)層滲透率傷害極大。

(3) 由測(cè)井曲線巖性識(shí)別圖版可知，凝灰?guī)r儲(chǔ)層以低的DEN、相對(duì)高的GR與AC和較低的Rt，區(qū)別于泥巖、凝灰質(zhì)砂巖和火山角礫巖。

圖5德惠斷陷沙一段Rt-AC巖性識(shí)別圖版

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