松遼盆地德惠斷陷營城組凝灰巖儲層地質特征

　　摘要：為了探討儲層微觀孔隙特征及產能規律，給火山巖油氣開發提供有利依據，通過對松遼盆地德惠斷陷營城組凝灰巖進行巖心描述，結合測井、地震資料，X 衍射、掃描電鏡、物性、含氣性等數據進行構造背景分析，開展了凝灰巖儲層地質特征綜合研究。結 果 表 明：研究區營城組凝灰巖礦物成分主要為石英、長石和黏土礦物，凝灰巖發生了風化蝕變作用，火山灰偏中性;區內凝灰巖在橫向上分布廣泛，在縱向上由多個疊合單元構成，測井曲線具“三高兩低”的 特 征。按照凝灰巖的發育規模和含氣性特征將火山機構分成小規模、中規模和大規模凝灰巖火山機構3類。凝灰巖儲層為中孔 低滲型儲層，為低產儲層，其低產因素有兩個：一是黏土礦物(尤其是伊蒙混層)質量分數較高，二是受深部壓實作用影響。凝灰巖儲層次生孔隙所占比例大于80%，主要儲集空間類型為溶蝕孔和溶蝕縫，溶蝕孔主要以長石溶蝕孔和基質溶蝕孔為主，裂縫發育是形成凝灰巖優質儲層的關鍵因素，在 中 淺 部(尤其是構造高部位)地區易形成高產氣層，利用測井曲線(補償中子+密度)可有效預測凝灰巖儲層。

　　關鍵詞：儲層特征;火山機構;凝灰巖;營城組;德惠斷陷

　　遲喚昭; 趙玉婷; 劉財; 王桐; 胡佳; 楊松杉 吉林大學學報(地球科學版)2022-01-19

　　0 引言

　　松遼盆地是我國著名的含油氣盆地，油氣資源十分豐富[1]。德惠斷陷是松遼盆地東南斷陷帶資源最豐富的斷陷，德惠斷陷的勘探歷程達50年，部署近80口鉆井，鉆遇了32口火山巖鉆井，在火山巖主要分布的營城組和火石嶺組，相繼發現了火山熔巖和火山碎屑 巖 類 型 氣 藏[23]。2012年，在 德惠 斷 陷首次發現火山碎屑巖油氣藏，其巖性為凝灰巖和沉凝灰巖[45];2013年，在吉林油田部署了 Ds17井，期間測試獲5.6萬 m3高產氣流，打開了德惠斷陷勘探的新局面[6];2016年，在 Ds21井營成組地層測試獲3.1萬 m3高產氣流[7];2018—2019年，相繼在 Ds32井、Ds80井 營城組地層發現高產氣層[8]。截 至 目前，德惠斷陷天 然 氣 資 源 量 遠 超3600×108m3，成為吉林油田第四個天然氣超1000×108m3的 規劃區[9]。凝灰巖是由火山噴發產物火山灰經過沉降作用形成的巖石，其具有凝灰結構或塵屑結構，其中火山碎屑 物 體 積 分 數 超 過 90%[1012]，前 人[1315]研 究 認為，凝灰巖的分布情況與火山噴發作用密切相關。當前試氣結果顯示，多口鉆井的火山碎屑巖類儲層要優于火山熔巖類儲層，但目前關于德惠斷陷凝灰巖儲 層 的 研 究 相 對 較 少。本 文 利 用 巖 心、測 井、地震、測試和含氣性數據等資料對德惠斷陷營城組凝灰巖地質特征進行系統研究，構建地層結構模式，建立火山機構發育機制，探討儲層微觀孔隙特征及產能規律，以期為該區火山巖油氣勘探與開發提供幫助。

　　1 地質概況

　　研 究區 松 遼 盆 地 德 惠 斷 陷 位 于 盆 地 東 南 隆 起區。該斷陷形成于早白堊世早期，是在晚古生代淺變質巖基底上發展起來的中生代沉積地層，西與農安西凸起相 鄰，東 與 九 臺 階 地 相 鄰，是 比 較 典 型 的 “雙斷型”斷陷，包含7個次級構造單元，主要含油氣火山巖 地 層 為 營 城 組、沙 河 子 組 和 火 石 嶺 組 (圖1)[1618]。研究目的層為白堊系營城組。白 堊 系 為松遼盆地油氣勘探的主要層位，營城組在研究區西北部沉積厚度較大，地層保存較完整，具有良好的油氣成藏條件[1921]。在整個營城組時期，火山活動較為頻繁，并且伴有較為強烈的沉降作用和構造斷裂活動，發育多旋回、多期次火山巖。營城組一段地層包括火山熔巖類、火山碎屑熔巖類、火山碎屑巖類和沉火山碎屑巖類，營城組二段地層為沉積巖類，營城組三段地層主要為火山巖類和薄層沉積巖類[4，2223]。

　　2 凝灰巖儲層地質特征2.1 巖石學特征

　　通過14口鉆井的巖心薄片觀察，發現研究區營城組凝灰巖巖石類型多樣，主要為晶屑凝灰巖、巖屑晶屑凝灰巖、晶屑沉凝灰巖、沉凝灰巖，以及少量晶屑漿屑凝灰巖和含角礫沉凝灰巖。凝灰巖組分以晶屑、巖屑為主，含有少量玻屑、火山塵和泥質等。礦物成 分 以 石 英、斜 長 石 為 主 (圖 2a，b)，且 多 為 棱角—次棱角狀，混有方解石，含有大量的黏 土 礦 物，局部可見次生微孔隙和微裂隙 。在 Ds21井，可 見長石碳酸鹽化(圖2a);在 Ds80、83等井薄片中發現強烈的伊利 石 化、綠 泥 石 化(圖2c)，局 部 可 見 絹 云母化，表明 凝 灰 巖 發 生 了 風 化 蝕 變 作 用[24]。此 外，凝灰巖中見大量有機質(圖2d)。對 Ds21井營城組 凝 灰 巖9個 樣 品 做 全 巖 X射線衍射定 量 分 析，礦 物 組 分 特 征 見 表1。結 果 表明，營一段凝灰巖礦物組分較為復雜，主要礦物成分為石 英、長石和黏土礦物，其 中：石 英 體 積 分 數 為16.4%～39.7%，平均值為27.5%;鉀長石體積分數為5.0%～14.5 %，平均值 為8.4%;斜 長石 體 積 分數為18.5%～39.6 %，平 均值 為27.0%;黏 土礦 物體積分數較高，平均值為34.8%;方解石體積分數較低，平均值為0.8%。凝灰巖具有較低的石英體積分數和較高的斜長石體積分數，表明凝灰巖的火山灰偏中性;具有較高的黏土礦物體積分數，這與溶蝕作用密切相關[25]。

　　2.2 地層結構特征

　　通過研究火山地層的基本堆積單元，可揭示火山地層結構，通常火山碎屑堆積單元由碎屑密度流堆積體冷 凝 固 結 成 巖，地 層 產 狀 呈 連 續 變 化[2627]。研究區測井、鉆井和三維地震為凝灰巖地層單元的刻畫提供了 高 分 辨 率 資 料，通 過 盆 地 內 部 井 震 聯合，發現研究區凝灰巖在橫向上分布廣泛，在縱向上由多個疊合單元構成，其堆積單元模式如圖3所示。灰色凝灰巖厚度為35m，測井曲線呈“三高兩低”的特征，“三高”指高聲波時差(AC)、高自然伽馬(GR)和高補償中子(CN)，聲波時差為200～290μm/s，自然伽馬為90～230API，補償中子為13%～34%;究區凝灰巖火山機構分成3類：小規模、中規模和大規模凝灰巖火山機構3類，分類依據標準見表2。

　　2.3.1 小規模凝灰巖火山機構

　　Ds21井發育流紋質碎屑巖火山機構，其地質模式如圖4所示，該火山機構橫向延伸1km 左右，最大厚度為100m，鉆井可見凝灰巖厚度為90m。該火山機構巖性為凝灰巖，巖相為火山沉積相。地震剖面特征：連續平行反射，表現為披蓋狀(圖4a，b)。測井曲線特征：總體上電阻率、密度和聲波曲線近平直狀，但自然伽馬曲線呈鋸齒狀(圖4c)[28]。地震切片特征：根據研究區凝灰巖地震反射特征進行地震屬性分析，認為凝灰巖敏感屬性是反射強度屬性，營城組凝灰巖反射強度屬性為較高級別(圖4d)。2.3.2 中規模凝灰巖火山機構Ds32井發育流紋質火山碎屑巖火山機構，其地質模式如圖5所示，該火山機構橫向延伸達10km，最大厚度近200m，為多期次發育結果。圖5c中 A層段巖性為安山質晶屑凝灰巖，巖相為熱基浪亞相，外形為充填狀;圖5c中B層段巖性為晶屑凝灰巖和含角礫凝灰巖，巖相為熱基浪亞相和空落亞相互層，外形為大面積席狀。測井曲線特征：聲波曲線和密度曲線較為平直，自然伽馬曲線在界面處發生跳躍，電阻率曲線差異較大，依據電阻率曲線劃分為熱基浪亞相和空落亞相。地震剖面特征：連續平行反射，同相軸連續性較好[2930]。

　　2.3.3 大規模凝灰巖火山機構

　　Ds80 Ds33 Ds83井發育凝灰質 火 山 碎 屑 巖火山機構，其地質模式如圖6所示，該火山機構橫向延伸20km 左右，最大厚度為450m，無鉆井區域不易識別，為多期次、多碎屑流單元疊合發育模式。該火山機構巖性以凝灰巖為主，英安巖夾層自西向東逐漸減薄，巖相為熱基浪亞相。測井曲線特征：聲波曲線和密度曲線較為平直，呈現微齒狀，自然伽馬曲線在界面處呈現鋸齒狀。依據薄片和自然伽馬曲線特征，劃分兩個噴發期次：期次一為英安質凝灰巖，自然伽馬值較高;期次二為安山質凝灰巖，自然伽馬值較低。地震剖面特征：亞平行席狀反射，同相軸連續性較好。

　　2.4 儲層特征2.4.1 儲集空間類型

　　根據研究區凝灰巖巖心薄片統計，凝灰巖儲層發育原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙為凝灰質脫玻化微孔隙(圖7a，b)，其中圖7a為石英、長石脫玻化形成脫玻化粒間孔，圖7b為火山塵已脫玻化形成火山灰粒間孔。　　次生孔隙有溶蝕孔、溶蝕縫、壓溶縫、構造縫。

　　1)溶蝕孔：由礦物的溶解作用(在礦物的解理縫或氣孔壁處)而形成的各類溶蝕孔，研究區溶蝕孔包括晶內溶蝕孔(主要為長石溶蝕孔)、基質溶蝕孔、漿屑溶蝕孔、粒間溶蝕孔和鑄模孔等。晶內溶蝕孔：火山巖的斑晶/晶 屑 溶 蝕 孔，以 長石溶蝕孔為主，由斜長石和堿性長石在酸性流體作用下發生溶蝕形成。在 Ds80井巖屑晶屑凝灰巖中可見長石溶蝕孔(圖7c)，通過掃描電鏡清晰可見粒內溶蝕孔(圖7d)。基質溶蝕孔：由組成基質的玻璃質或微晶發生溶解作用直接 形 成 的 溶 蝕 孔[31]，在 Ds21井 晶屑 凝灰巖中可見基質溶蝕孔(圖7e)。漿屑溶蝕孔：巖漿噴發到空中落地后凝固而成漿屑，后期受到地下流體溶蝕形成漿屑溶蝕孔，通常內部結晶程度由外向內逐漸增高，且碎屑彎曲。在Ds83井晶屑漿屑凝灰巖中可見漿屑溶蝕孔(圖7f)。

　　2)溶蝕縫：在裂縫邊緣處，礦物在酸性流體參與下發生溶解作用，使得原有裂縫擴大而形成。由于溶解作用程度的差異，沿裂縫伸展方向縫寬不一致，表現為不規則溶蝕邊緣。在 Ds80井晶屑巖屑凝灰巖中可見不規則溶蝕邊緣的溶蝕縫(圖7g)。

　　3)壓溶縫：經過后期壓實作用和溶蝕作用所形成的 微 裂 縫(在 礦 物 邊 界 處)，在 Ds80井 沉凝 灰 巖中可見粒間壓溶縫(圖7h)。

　　4)構造縫：巖石在構造應力作用下形成的裂縫。凝灰巖通常位于噴發中心附近，容易破裂而形成構造裂縫[32]。在 Nong52井沉凝灰巖中可見構造縫，裂縫邊緣較平直(圖7i)。這些次生孔縫是深部酸性流體和油氣運移的主要通道，成為中淺部凝灰巖成儲、成藏的重要因素。統計研究區凝灰巖儲集空間發育頻次，次生孔縫所占比例大于80%，凝灰巖儲層的主要儲集空間類型為溶蝕孔和溶蝕縫，溶蝕孔主要以長石溶蝕孔和基質溶蝕孔為主，并且長石溶孔對儲層孔隙的貢獻高達35%～55%。因此，裂縫發育程度對改善儲層物性極為重要，裂縫發育是形成凝灰巖優質儲層的關鍵因素。

　　2.4.2 孔滲及試氣結果

　　分析4口鉆井63塊凝灰巖巖心樣品的孔隙度、滲透率數據(圖8)，營城組凝灰巖儲層孔隙度分布范圍是0.8%～19.0%，一般在5.0%～16.0%之間，滲透率一般小于0.2×10-3μm，為中孔 低滲型儲層。根據試氣、試采資料顯示，Ds21、Ds32、Ds80等井 產 氣 較 好，Ds33、Ds83 等 井 產 氣 較 差。 其 中：Ds21井日產 氣 達 到17.292km3，氣 層單 層 厚 度 近12m，達到了 高 產，原 因 是 該 井 具 有 較 高 的 孔 隙 度和滲透率;Ds32井2414.0～2420.0m 井段日產氣達到117.053km3，主 要產 氣 段 分 為 上、下 兩 段，且上、下段厚度均為15m，中間夾差氣層，這是因為該井凝 灰 巖 埋 深 較 淺，所 受 壓 實 作 用 較 小[9，33];Ds80井日產氣為121.582km3，氣層單層厚度高達25m，這是因為凝灰巖儲層孔滲較好，且位于構造高部位。而 Ds33井日產氣 為2.076km3，日 產水 為1.5 m3，Ds83井日產氣為0.205km3，日產水為2 m3，解 釋結果均為差氣層，這是因為深層凝灰巖受壓實作用導致儲滲性能降低[9，33]。

　　2.4.3 儲層分析

　　根據孔滲及試氣結果可知，研究區發育較好的凝灰巖儲層，但高產井較少，低產井較多。凝灰巖受到酸性水溶液的溶蝕作用，形成大量溶蝕孔縫，具有較高孔隙度，理論上易形成高產氣層[3438]。研究區高產氣層具有較好的孔隙度和滲透率，裂縫發育程度較高，通常埋藏較淺，在構造高部位尤為發育。小規模凝灰巖火山機構通常可形成單層工業氣層，例如 Ds21井日產氣達到17.292km3，氣層單層厚度近10m。中規模凝灰巖火山機 構 通 常 可 形 成單層或 多 層 工 業 氣 層，例 如 Ds32 井 日 產 氣 達 到117.053km3，氣層單 層 厚 度 高 達15 m。大 規模 凝灰巖火山機構通常可形成多層工業氣層，例如 Ds80井試氣，日產氣達到121.528km3，氣層單層厚度高達25m，多個試氣層位解釋為氣層。凝灰巖能否形成儲層不僅可以利用鑄體薄片和測試資料進行判斷，還可以利用測井資料進行區分。以德深16井凝灰巖為例：凝灰巖氣層補償中子值較低，密度值明顯較小;而不含氣凝灰巖補償中子值較高，密度值較大(圖9)。因此，可以利用補償中子和密度來劃分凝灰巖儲層。　　根據凝灰巖全巖礦物組分和儲集空間發育特征可知：長石類礦物含量較高，且它在溶蝕作用下形成了大量的長石溶蝕孔，這是形成凝灰巖儲層的有利因素;而黏土礦物體積分數較高，這是形成凝灰巖儲層的不利因素。研究區黏土礦物體積分數較高，平均值大于30%，最高可達50%，凝灰巖孔隙形成與基質脫玻化作用、溶蝕作用有關，該過程使火山巖黏土化，黏土礦物的存在不利于形成裂隙和誘導裂縫[39]。黏土礦物主要為伊蒙混層，巖心遇水膨脹率大于30%，易于發生儲層敏感性和水鎖現象。伊蒙混層體積分數較高、伊利石體積分數較低，蒙脫石向伊利石轉換不完全，說明演化作用還處于過成熟早期階段[39]。因此，研究區凝灰巖黏土礦物特征是儲層低產的一個重要因素。

　　除此之外，筆者認為壓實作用是凝灰巖儲層低產的另一個重要因素。研究區深層凝灰巖儲層受到壓實作用影響，原生孔隙不發育，微觀孔隙以溶蝕孔縫為主，連通性較差;通過物性分析判定為中孔 低滲型儲層，孔 滲 關 系 不 相 匹 配。以 Ds80 井 凝灰 巖為例，較 淺 部 位 (2912.5～2935.0 m)日 產 氣 達121.582km3，較深部位(3654.0～3669.1 m)日 產氣降為0.173km3，說 明深 層 凝 灰 巖 受 壓 實 作 用 導致儲滲性能明顯降低。

　　3 結論

　　1)德惠斷 陷 營 城 組 凝 灰 巖 礦 物 成 分 主 要 為 石英、長石和黏土礦物，火山灰偏中性;凝灰巖測井曲線呈“三高 兩 低”的 特 征，即 高 聲 波 時 差、高 自 然 伽馬、高補償中子、低密度和低電阻率。

　　2)凝灰巖儲層原生孔隙所占比例不到20%，原生氣孔 以 脫 玻 化 孔 為 主，次 生 孔 隙 所 占 比 例 大 于80%，包含溶蝕孔、溶蝕縫、壓溶縫和構造 縫。儲 層的主要儲集空間類型為溶蝕孔和溶蝕縫，溶蝕孔主要以長石溶蝕孔和基質溶蝕孔為主，并且長石溶孔對儲層孔隙的貢獻高達35%～55%。因此，裂縫發育是形成凝灰巖優質儲層的關鍵因素。

　　3)營城組凝灰巖儲層為中孔 低滲型儲層，在中淺部(尤其是構造高部位)地區易形成高產氣層，較高的長石類礦物體積分數是形成凝灰巖儲層的有利因素，利用測井曲線(補償中子+密度)可有效預測凝灰巖儲層。儲層低產因素有兩個：一是黏土礦物(尤其是伊蒙混層)體積分數較高，儲層易發生敏感性和水鎖現象;二是深部受壓實作用影響，孔隙連通性差，孔滲關系不相匹配。