松辽盆地兴城地区营城组一段火山岩储层特征及储层影响因素

松辽盆地兴城地区营城组一段火山岩储层特征及储层影响因素

兴城-丰乐地区位于黑龙江省大庆地区。从结构上看，位于松辽盆地东南部徐集市垃圾填埋场前面的兴城鼻状结构（图1），面积为340km2。主要存储层为营城群一段和三段火山岩（图2），火山岩存储层储量为89.8%。近年来，松辽盆地深层火山岩天然气的勘探取得了一些进展。兴城-丰乐地区也是大庆天然气发展的主要区域。前人对徐家围子地区火山岩岩性、岩相及储集空间类型等内容进行了深入的研究[4~12],并取得了丰硕的成就;但就兴城—丰乐地区营一段火山岩岩性、岩相、孔隙结构特征具体论述较少。本文针对兴城—丰乐地区火山岩岩性复杂、岩相分布不均匀、变化快、储集空间复杂、非均质性严重等特点,综合应用岩心观察,普通、铸体薄片镜下鉴定,岩石化学分析及高速压汞等多种技术手段,对研究区营一段火山岩岩性、岩相及孔隙结构特征进行了进一步的研究,并将研究区营一段划分为Ⅱ2、Ⅱ1、Ⅰ2和Ⅰ1共4个气层组,以期为预测有利储层提供地质依据。1火山岩的化学类型通过对该区内13口井1066.39m岩心观察,3640片普通薄片、2130片铸体薄片及518片全直径大薄片的偏光显微镜镜下鉴定分析,结合岩石化学分析资料,利用邱家骧的硅—碱法对研究区火山岩进行化学分类命名,将该区营一段火山岩类型划分为火山熔岩和火山碎屑岩两大类7亚类19种类型。通过统计,研究区营一段火山岩以火山碎屑岩为主,其次是火山熔岩,其中火山碎屑岩占66.19%,火山熔岩占33.81%。1.1质区和岩心特征该岩类从基性到酸性有安山岩、珍珠岩和流纹岩,其中重要的储层类型为球粒流纹岩和石泡流纹岩。安山岩:岩心一般呈暗紫色,斑状结构,具流纹构造、气孔、杏仁构造或块状构造。斑晶主要为斜长石、角闪石及少量辉石,其中斜长石为中长石,中长石具典型的环斑结构;基质由斜长石、磁铁矿及少量辉石组成,具安山结构、交织结构。岩石中部分构造缝被长英质充填。主要见于徐深1-2井。珍珠岩:岩心一般呈灰色、灰绿色和深绿色,玻璃质结构,具珍珠构造。珍珠构造的特征表现为弧形或(和)同心圆形裂纹,将酸性火山玻璃分割成诸多小圆球,易呈珍珠状脱落。岩石几乎全部由火山玻璃组成,含少量的透长石和石英斑晶。主要见于徐深1-2井、徐深1-203井。流纹岩:岩心一般呈灰色、灰白色,斑状结构,基质具球粒结构、隐束结构、霏细结构和玻璃质结构,常具流纹构造,有时发育气孔和杏仁构造。斑晶主要为石英和透长石,部分岩石中偶见中性矿物斑晶;基质主要由长英质集合体组成。部分岩石见有石英、钠长石、菱铁矿、方解石和钠铁闪石等矿物充填于杏仁构造中。主要见于徐深9-1井、徐深6-3井、徐深1-3井和徐深23井。1.2角砾类型和岩石成分该岩类主要包括凝灰岩、火山角砾岩、集块岩、熔结凝灰岩、流纹质凝灰熔岩和流纹质角砾熔岩。其中重要储层类型为熔结凝灰岩。凝灰岩:岩心一般呈灰色、深灰色、灰白色和浅灰绿色,凝灰结构。碎屑物质主要由粒径小于2mm的晶屑和玻屑组成,含少量岩屑,岩屑主要成分为流纹岩,胶结物为火山灰尘或其他的火山物质。以晶屑凝灰岩和玻屑凝灰岩较为常见,部分岩石中可见碳酸盐交代长石假象。主要见于徐深1-2井、徐深1-4井、徐深9-1井、徐深6-3井。火山角砾岩:岩心一般呈灰白色、灰色和深灰色,火山角砾结构。碎屑物质主要由粒径为2~64mm的刚性岩屑组成,火山角砾多为流纹岩、流纹质晶屑凝灰岩、流纹质玻屑凝灰岩,还见有安山岩、玄武岩等岩屑。火山角砾一般棱角明显,杂乱分布。主要见于徐深1-2井、徐深1-3井、徐深9-1井。集块岩:岩心一般呈灰色、绿灰色,集块结构。碎屑物质只要由粒径大于64mm的集块组成,含部分火山角砾,集块和火山角砾的成分以流纹岩为主,其次为少量安山岩、安山质火山碎屑熔岩、火山角砾岩。集块间多为火山灰胶结,其次为SiO2和方解石胶结。主要见于徐深1-2井。熔结凝灰岩:岩心一般呈灰白色、深灰色,熔结凝灰结构,构成岩石的火山碎屑一般小于2mm,除石英、长石晶屑外,尚含有较多的浆屑和玻屑,塑性火山碎屑被压扁拉长,定向排列构成假流纹构造。玻屑多已脱玻化,具梳状边结构。岩石次生变化有绿泥石化和高岭土化。主要见于徐深1-4井、徐深6-3井、徐深9-1井。流纹质凝灰熔岩:岩心一般呈灰色、绿灰色,凝灰熔岩结构。主要碎屑粒径小于2mm,碎屑除含刚性的晶屑、少量火山灰外,还含有大量塑性玻屑和浆屑,玻屑常脱玻化呈梳状。火山碎屑定向明显,平行于层面或流纹构造。石英和长石熔蚀现象常见,岩石中可见流纹构造、气孔和杏仁构造。主要见于徐深1-2井、徐深1-201井、徐深6-3井、徐深9-1井、徐深6-104井。流纹质角砾熔岩:岩心一般呈灰色、灰白色和深灰色,角砾熔岩结构。碎屑物质主要由粒径为2~64mm的塑性和刚性岩屑组成,浆屑大者长轴大于5cm,具压扁、拉长现象,长轴方向与岩层层面平行或与流纹构造纹层平行,有时具梳状边,延长方向上具分叉现象。石英和长石熔蚀现象常见,岩石中可见流纹构造、气孔和杏仁构造。主要见于徐深1-2井、徐深6-3井、徐深9-1井、徐深1-3井。2岩石相特征2.1火山岩形成相分布通过对研究区岩心观察、镜下鉴定、测井、地震资料及单井相和平面相的研究,总结了研究区火山岩相的识别标志,依据火山喷发、搬运方式将研究区营一段火山岩划分成5相、16亚相(表1),研究区中以喷溢相和爆发相分布最为广泛。喷溢相中岩性主要为流纹岩、球粒流纹岩、石泡流纹岩、流纹质凝灰熔岩,其中喷溢相上部亚相和顶部亚相为有利储集相带。爆发相岩性主要为凝灰岩、火山角砾岩、集块岩、熔结凝灰岩,其中爆发相热碎屑流亚相为有利储集相带。2.1.1轴类电子文件的执行特征爆发相在地震剖面上常表现为丘状外形,中等振幅,顶部为强轴,中间同相轴连续性差,内部多为杂乱状,顶部为强反射,内部反射弱。电阻率曲线表现为薄层、尖齿化,内部响应特征杂乱。爆发相代表岩性有流纹质集块岩、流纹质火山角砾岩、流纹质凝灰岩及流纹质熔结角砾岩和流纹质熔结凝灰岩等。2.1.2结构结构、试验结果及地下电阻率喷溢相在地震剖面上表现为中—强反射,呈间断性连续,楔状结构、斜交结构。测井曲线中电阻率曲线表现为厚层、微齿化、中高电阻率,内部响应特征稳定。喷溢相代表岩性为流纹岩或流纹质火山碎屑熔岩。2.1.3测井曲线形态特征火山通道相在地震剖面上表现为内部反射断续、杂乱。测井曲线形态多以高幅齿形和峰状为特征,有明显的非均值性。火山通道相代表岩性为隐爆火山角砾岩。2.1.4表1波范围不连续性侵出相在地震剖面上表现为断续反射,同相轴以底部为中心呈扇形向外发散,反射波组外形呈伞状,同向轴出现直立,其横向不连续性、不平行、不光滑。测井曲线为中—高幅齿形,曲线振幅较大。侵出相代表岩性为珍珠岩和具变形流纹构造流纹质角砾熔岩。2.1.5测井曲线特征火山沉积相在地震剖面上表现为同相轴强,连续性好,波形稳定,强反射、连续、稳定。测井曲线上外形常表现出韵律特征,薄厚不等,曲线内部响应特征不稳定。火山沉积相代表岩性为沉火山角砾(凝灰)岩。2.2喷溢相分布特征综合利用岩心、测井、地震资料,编制了营一段Ⅱ2、Ⅱ1、Ⅰ2、Ⅰ1各气层组火山岩相平面分布图。从营一段各气层组火山岩平面相分布范围来看,下部火山岩爆发相以徐深1井区、徐深6井区、徐深9井区和徐深12井区为中心,这一时期南部火山活动比较强烈。到了中部爆发相以徐深1井区、徐深2井区、徐深5井区为中心,这一时期火山活动则是北部比较强烈,南部逐渐减弱。到上部爆发相仍以徐深1井区和徐深6井区为中心,但强度开始减弱,其他地区只有零星爆发相分布。喷溢相整体上在各气层组都有分布,与爆发相相比占优势。火山通道相和侵出相主要受徐中断裂控制,沿宋西断裂两侧呈串珠状分布,走向以北西向为主。2.3火山通道—岩相模式根据这些岩相在纵向上和平面上的分布特征,结合地表露头以及现代火山的特征,建立了该区营一段火山岩岩相模式(图3)。在横向上自火山口由近及远可以分为4个相区,即火山通道—侵出相区、爆发相区、喷溢相区、火山沉积相区;垂向上各相带的接触关系为下部爆发相,上部溢流相;在平面上,由火山口向外依次为火山通道相、侵出相、爆发相、喷溢相和火山沉积相,爆发相分布范围大,在火山口附近的堆积厚度最大,随着离火山口距离的变远而减薄,以至于尖灭,锥体的坡度也随之减缓;溢流相在火山锥的坡脚下厚度最大,向火山口方向迅速减薄,以致于尖灭,向远离火山口方向逐渐减薄,最后变为火山沉积相或沉积相。2.4徐深、徐深6井区火山活动的分布通过研究,可以得出研究区火山岩岩相演化规律:①在营一段下部沉积时期,南部火山活动比较强烈,火山口主要位于徐深9井区和徐深3井区,北部也有火山口分布,但规模不如南部大。爆发相主要分布在南部的徐深9、徐深10、徐深12、徐深14及徐深15井区,北部的徐深1、徐深6井区也发育有爆发相,其余地区多为喷溢相。②到营一段中部沉积时期,南部火山活动减弱,北部火山活动逐渐变强,火山口主要位于徐深1井区和徐深6井区。爆发相集中分布在徐深2、徐深3、徐深8、徐深9、徐深12、徐深13及徐深14井区,徐深1、徐深6井区也发育爆发相,其余地区为喷溢相。③到营一段上部沉积时期,北部火山活动也开始减弱,南部火山活动较北部更弱,火山活动整体上变弱。这一时期火山口主要位于徐深1井区和徐深6井区。爆发相集中分布在北部的徐深1井区和徐深6井区,南部也有爆发相分布,但比较零散,与喷溢相呈镶嵌状分布。3孔结构特征3.1核心储层类型成岩阶段和溶蚀孔隙层形成铁矿层析研究区原生孔隙以气孔、脱玻化微孔、杏仁体内孔和粒间孔最为发育,是该区营一段火山岩储层中分布最广和最为重要的一类储集空间,由岩石的成岩阶段形成。研究区的次生孔隙以溶蚀孔隙最为发育,亦是该区营一段火山岩储层中较为重要的一类储集空间,由岩石的成岩阶段和成岩后的溶解作用形成,主要包括砾(粒)内溶孔、长石晶屑(斑晶)内溶孔、铸模孔、岩屑粒内溶孔和基质内溶孔。原生孔隙和次生孔隙一般以组合形式出现,如溶蚀孔隙、铸模孔等,成为研究区重要的储集空间。3.2孔隙度对孔隙度的影响通过对该区293个火山岩样品数据进行常规的孔渗统计分析,可得出研究区火山岩渗透率与孔隙度的关系(图4)。由图4可以看出:大约在孔隙度小于7.8%时,渗透率的变化较小,大都介于0.01~0.1mD之间,即在这一区间内,随着孔隙度的增大渗透率变化较小;当孔隙度大于7.8%时,渗透率随孔隙度增加才有了较为明显的增加趋势。3.3火山岩储层裂缝发育根据岩心观察、岩石镜下鉴定分析,该区裂缝主要发育收缩缝、层间缝、炸裂缝、贴砾缝、风化缝、缝合缝、溶蚀缝、构造裂缝等。裂缝走向多组,主要走向为北西向,发育也具有多期次,其中晚期裂缝一般未被充填,开启程度较高,火山岩储层主要裂缝类型为构造裂缝、炸裂缝和溶蚀缝,其中高角度裂缝发育所占比例较大。裂缝发育一般受断层控制,断层附近裂缝发育程度较高。这些裂缝不仅使孤立的原生气孔得以连通,而且还增大了火山岩的储集空间。4层的影响因素4.1有利储层的构造作用主要作用于岩依据各种成岩作用的形成机理,将研究区成岩作用划分为12种。对火山碎屑岩来说,形成有利储层主要有溶解作用、构造作用、风化作用及脱玻化作用,其中溶解作用使火山碎屑岩的孔隙变大、连通性变好、渗透性变强。构造作用,一方面产生构造裂缝,另一方面使孔隙连通性变好,从而使岩石中流体的流动性增强,为溶解作用的发生起到了促进作用。风化作用是在风化过程中产生风化缝,其作用与构造缝的作用相同。脱玻化作用使岩石中的体积缩小,岩石物性变好。对火山熔岩来说,形成有利储层主要有冷凝(却)收缩作用、挥发分逸散作用、溶解作用、构造作用、风化作用及脱玻化作用,冷凝收缩作用使岩石体积缩小,形成弧形、同心圆形的收缩缝,特别使对孤立气孔起到连通作用。挥发分逸散作用形成气孔构造。4.2岩性渗透率分析通过对该区营一段293个样品13种岩性的统计可知,该区平均孔隙度的分布范围为0.49%~19.95%,平均孔隙度最高的是石泡流纹岩,平均孔隙度最低的是集块岩,前者约是后者的40.7倍,13种岩性的平均孔隙度值为5.9%,有69%的岩性孔隙度值小于平均孔隙度值。13种岩性的总平均渗透率为0.26mD,分布范围为0.03~0.9mD,平均渗透率的最高值(熔结凝灰岩,为0.9mD)与最低值(凝灰岩,为0.03mD)之间相差30倍,有61%的岩性渗透率值小于平均渗透率值。对比孔隙度平均值和渗透率平均值可以发现,岩石类型在一定程度上影响储层物性(图5)。4.3渗透率分布特征统计了研究区营一段293个样品,其中爆发相70块、喷溢相207块、火山沉积相16块(图6),可以得出,爆发相的孔隙度分布范围为0.2%~19.9%,平均孔隙度为5.674%,渗透率分布范围为0.01~3.12mD,平均渗透率为0.139mD;喷溢相的孔隙度分布范围为0.2%~21.2%,平均孔隙度为6.52%,渗透率分布范围为0.006~14.1mD,平均渗透率为0.27mD;火山沉积相的孔隙度分布范围为0.4%~4.9%,平均孔隙度为3.42%,渗透率分布范围为0.023~0.5mD,平均渗透率为0.126mD。对比