Question

火山岩储层形成与分布

Answer 1

中国已发现的火山岩储层油气田，东部主要发育在中、新生界，岩石类型以中酸性火山岩为主；西部主要发育在古生界，岩石类型以中基性火山岩为主。火山岩储层油气田主要发育在大陆裂谷盆地环境，如渤海湾、松辽等盆地，但在前陆盆地、岛弧型海陆过渡相盆地中也普遍发育，如准噶尔盆地西北缘、陆东和三塘湖盆地。在油气聚集类型和规模上，东部以岩性型为主，可叠合连片分布，形成大面积分布的大型油气田，如松辽深层的徐深气田；西部以地层型为主，可形成大型整装油气田，如准噶尔盆地克拉美丽气田等。

1.火山岩储集空间类型

火山岩储层中孔、洞和裂缝是油气的储集空间和渗流通道。考虑到火山岩储层的形成和演化机制，可将火山岩储层的储集空间分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类（表15-8）。

表15-8 火山岩储层储集空间类型和特征

续表

2.中国含油气盆地火山岩储层类型与特征

中国含油气盆地中火山岩广泛分布、岩层较厚，其储层形成有火山、成岩和构造作用3种，依据成因特征，可将火山岩储集层划分为熔岩型、火山碎屑岩型、溶蚀型、裂缝型4类（表15-9），各种岩石类型在产出部位、展布形态、孔隙类型、物性及渗流特征等方面存在明显差异。如新疆北部石炭系火山岩，不同岩性经后期风化淋滤，发育孔隙和微裂缝，形成溶蚀裂缝型有利储集层（图15-9）。

表15-9 火山岩储集层形成作用与类型

中国含油气盆地广泛发育的火山岩地质时代延续时间长，不具岩石类型的专属性，不论是基性岩、中性岩、酸性岩，还是火山岩、侵入岩、熔岩、火山碎屑岩，自新生界到太古宇均可发育有利储集层（表15-10）。

表15-10 中国含油气盆地火山岩储集层特征

火山岩储集层孔隙度受埋藏深度影响不大，这是因为火山岩骨架较其他岩石坚硬，抗压实能力强，在埋藏过程中受机械压实作用影响小，火山岩的孔隙比其他岩石更容易保存下来。埋藏较深的情况下，碎屑岩孔隙度较火山岩孔隙度小。如准噶尔盆地石西油田石炭系火山岩，在深度大于3800m时，火山岩孔隙度为8.46%～19.78%、平均为14.4%，而碎屑岩孔隙度平均约7.13%。

3.火山岩风化壳储集体结构特征

A.火山岩风化壳结构

火山岩风化壳是指火山岩风化后，形成的具有矿物和储层特征结构差异的联合体，可通过薄片、岩心、测井等特征进行识别，当钻遇火山岩顶部风化黏土层，火山岩中断层处发育氧化环境断层泥、自碎缝中氧化铁衬边，火山岩粒内孔隙中存在示底构造等标志现象时，可判断为火山岩风化壳。

完整火山岩风化壳具有5 层结构，即土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带和母岩（图15-10）。受表生环境地表水淋滤和蒸发作用，不同结构层中含盐量不同，土壤层受蒸发作用影响，含盐量较高；水解带和溶蚀带是地表水淋滤流经层，含盐量较低；崩解带位于风化壳下部，为地表淋滤水的滞留层，含盐量较高。

图15-9 火山岩储集层储集空间类型

完整火山岩风化壳结构中土壤层、水解带、溶蚀带和崩解带厚度所占比例分别约为6%、24%、34%、36%。低洼区具备完整5层结构，坡度较陡的古构造高部位一般缺失土壤层。

在表生作用环境下，火山岩中不同矿物的析出程度和速度不同。结构和矿物成分的变化，形成不同结构层储层物性的差异。风化指数K（式（15-1））可用来判断风化壳不同结构的界线。火山岩风化壳土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带的风化指数判别标准分别为＞50%、25%～50%、10%～25%、＜10%。

图15-10 火山岩风化壳结构

K＝∑（母岩主要元素含量-结构层主要元素含量）/母岩主要元素含量×100%　（15-1）

B.火山岩风化壳储层物性特征

风化淋滤作用使火山岩经受了物理、化学作用，储层物性明显高于同时代的原生型火山岩储层。由于不同火山岩岩性的可溶性矿物、岩石强度及脆性等性质不同，在相同表生环境下不同岩性形成的储集性能存在差别，风化强度不同造成火山岩的蚀变程度不同。对新疆北部石炭系1241块不同蚀变程度的玄武岩、安山岩、火山角砾岩、凝灰岩样品的储层孔隙度研究表明，未蚀变火山岩中火山角砾岩平均孔隙度最大，达8.3%，可形成有利储层，而其他未蚀变火山岩不能形成有利储层；弱蚀变火山岩中，玄武岩、安山岩、火山角砾岩平均孔隙度均大于6%，能形成有利储层，而凝灰岩孔隙度较低，仅为3.6%，不能形成有利储层；强蚀变火山岩不同岩性均能形成有利储层，且各种岩性平均孔隙度均超过同时代的原生型火山岩中的火山角砾岩（图15-11）。

不同结构层中孔隙结构有差异，土壤层以细喉微孔为主，储层物性差，一般作为盖层；水解带以细孔细喉为主，储层物性较差，钻探过程中会见到油气显示，但不能形成工业产能；溶蚀带以中孔粗喉为主，溶蚀孔、洞和微裂缝发育，储层物性最好，一般具有双重介质特征，已钻探的溶蚀带最大孔隙度达32%，试油结果同样证实溶蚀带是油气产出的主力层段，易形成高产；崩解带以细孔中喉为主，溶蚀孔和微裂缝较发育，储层物性较好，可形成有效储层；石炭系火山岩年代较老，改造作用较强，母岩一般不能形成有效储层。风化壳不同结构层的储层物性特征已在勘探中得到证实，如新疆北部石炭系钻穿火山岩风化壳的28口井，不同结构层的6854个孔隙度样品分析结果表明，风化壳结构从上到下的土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带、母岩的平均孔隙度分别为 2.6%、5.4%、16.8%、12.7%、4.6%，储层物性由好到差的顺序为溶蚀带、崩解带、水解带、母岩、土壤层；三塘湖盆地马19井火山岩风化壳中溶蚀带、崩解带、水解带、母岩的平均孔隙度分别为17.6%、13.4%、6.2%、4.8%（图15-12），试油结果证实溶蚀带对应井段油产量最高。

图15-11 不同岩性、蚀变程度火山岩平均孔隙度分布

4.火山岩储层形成主控因素

火山岩储集空间的形成、保持、改造等一系列不同阶段的演化过程非常复杂。原生孔隙和裂缝主要受原始喷发状态，即火山岩相控制；在相同构造应力作用下，构造裂缝的发育和保存程度也受到原始喷发状态的控制。火山喷发后，冷凝熔结和压实固结形成的火山岩，原生气孔互不连通，没有渗透性，只有经过后期不同阶段的各种地质作用改造，才具有储集性。火山作用、构造运动、风化淋滤作用及流体作用，是火山岩储层储集空间形成和发育的主要控制因素。

A.火山作用

原生型火山岩储集层的储集性能，主要受火山岩岩石类型和岩相的控制。不同岩石类型的火山岩发育不同类型的储集系统。如准噶尔盆地五彩湾凹陷石炭系火山岩中，火山碎屑岩具最高的孔隙度，一般为1.26%～30.08%，平均为9.84%；其次是安山岩，平均孔隙度为8.14%；凝灰岩平均孔隙度为7.92%；玄武岩孔隙度最低，平均为5.89%。

岩相是影响原生型火山岩储集层的重要因素，不同岩相、亚相具有不同的孔隙类型，同一岩相的不同亚相储集层物性差别很大。火山通道相储集空间主要为孤立的气孔及火山碎屑间孔；火山爆发相以火山碎屑岩产出为特征，爆发时的冲力将顶板及围岩破碎形成大量裂缝、裂纹，同时形成火山角砾岩，火山角砾间孔及气孔发育；由于火山爆发相一般都处于古地貌高处，容易遭受风化淋滤作用，溶蚀孔（洞）和溶蚀裂缝发育，能够形成有利储集层。火山喷溢相形成于火山喷发的各个时期，熔岩原生气孔发育，次生孔隙主要表现为长石的溶蚀和玻璃质经过脱玻化形成长石、石英等矿物后产生体积缩小产生的孔隙。侵出相中心带亚相储集空间主要为裂缝、溶孔、晶间孔等微孔隙，储集物性较好，是有利的储集相带。

图15-12 三塘湖盆地马19井风化壳结构及物性特征

B.火山喷发环境

喷发环境对火山岩储集空间的形成有较大影响。火山在水体深部喷发，溶解于岩浆中的挥发分不容易逃逸难以形成气孔，故原生气孔不发育，加之水体的共同作用，火山岩发生明显的蚀变（绿泥石化）和充填作用，使本来就少的原生孔隙减少。在浅水环境或陆上喷发时，特别是喷发时若遇大气降水，一方面溶解于熔浆中的挥发分可以大量逃逸形成原生气孔，另一方面由于炽热岩浆突遇水体产生淬火作用形成大量原生微裂隙，并把原生气孔很好地连通起来，构成良好的原始储集空间。

C.成岩作用

火山岩成岩作用类型主要有压实作用、充填作用、溶解作用、交代作用等，它们对储集层形成的作用不尽相同，主要控制次生储集空间发育。充填作用降低储集层孔渗性，不利于火山岩储集层的发育；压实作用不利于储集层的形成、保存及发展，特别是对火山碎屑岩影响显著。较常见的成岩蚀变包括绿泥石化、方解石交代、沸石化等，对火山岩储集层形成既有消极影响，也有积极作用。火山岩中的气孔往往不直接成为储集空间，而是先被绿泥石、沸石、方解石等充填，而后被地下水溶蚀，再由裂缝连通才能成为储集层。

D.构造作用

构造运动和构造部位对断裂的形成、裂缝的发育程度起着主导作用。裂缝的形成对储集层发育有3方面的影响：①在气孔-杏仁发育带形成裂缝，提高气孔的连通程度，增加渗透率，特别是地表淡水或地下水沿裂缝对火成岩进行溶解改造，在原来气孔、残余气孔及基质晶间孔的基础上形成大量的溶蚀孔隙，甚至溶洞；②在致密段形成裂缝，可形成单纯的裂缝型储集层，且在一定条件下，还可发育溶孔，甚至溶洞；③裂缝的存在可改善地层水分布和流动特点，促使溶解作用的发生，岩心或显微镜下所见沿构造裂缝发育的次生溶孔，就是该作用的结果。如三塘湖盆地石炭系-二叠系火山岩至少发育两期构造裂缝，其中Ⅰ期裂缝形成时间较早，规模较大，对储集层影响较大，但裂缝本身绝大部分已被充填；Ⅱ期裂缝规模较小，对储集层改造作用不如Ⅰ期，但因该期裂缝大部分为开启缝，充填物质少，对储集层质量提高有较大意义。