火山岩岩石学分析储层特征研究-毕业论文

1.1 研究目的和意义

随着油气资源需求的增加，碎屑岩和碳酸盐岩油藏不断消耗，油气勘探的难度越来越大。在油气勘探从简单的构造型向复杂隐蔽型油气藏转变的过程中，火山岩在油气成藏中所发挥的重要作用，越来越受到了油气勘探界的广泛重视，已成为国际上油气勘探和油气储量增长的新领域[1]。

火山岩作为油气储层近年来越来越受到石油地质学界的关注. 2006年，在三塘湖盆地卡拉岗组火山岩储层中首次发现商业油气流，这不仅拓宽了吐哈油气勘探领域，而且还提升了整个盆地的勘探潜力。但是火山岩储层研究是目前国内公认的一个研究难点，对吐哈油田储层研究工作也是一个很大的挑战[2]。为深入了解马朗凹陷卡拉岗组火山岩储层特征，开展岩性特征、岩相特征，成岩作用特征、储集空间类型及类型特征、储集物性及影响储层物性的因素的精细研究。建立火山岩储层岩性识别图版、分岩性储层物性解释模型和储层分类评价标准, 为三塘湖盆地中基性火山岩储层评价及勘探方向优选提供地质依据.

1.2 国内外研究现状

1.2.1 火山岩储集层的分布

含工业油气流的火山岩油气藏主要分布于火山活动带及断陷盆地。它们沿基底断裂呈裂隙式或中心式喷发，而且多期喷发的火山岩互相叠加连片，常常具有较大厚度和分布面积。环太平洋含油气构造带中，火山岩层是一个重要的油气储集层（表1-1）[3]。日本北部沿海的新泻、山形和秋田油气区中，许多油气田产于新近纪“绿色凝灰岩”建造中。这个“绿色凝灰岩”是由凝灰岩、凝灰质砂岩、安山岩、安山集块岩、安山凝灰角砾岩等组成，沿日本岛弧内带晚新近纪地槽型盆地分布。

表1-1太平洋活动带及其边缘沉积盆地中的火山岩储集层[3]

1.2.2火山岩储集层的岩石类型

前苏联C.B.克卢博夫综合分析世界各国含油气盆地的火山岩储集层，将其岩石类型归纳为三大类［4］:

（1）熔岩和熔岩角砾岩

熔岩按其化学成分可划分为玄武岩（SiO2<52%），安山岩（SiO2为57%?62%）, 英安岩（SiO2为65.0%?68.5%）,流纹岩（SiO2>78%）;熔岩角砾岩指熔岩角砾被相同成分的熔岩所胶结的岩石。

（2）火山碎屑岩

按其碎屑大小可划分为凝灰集块岩、火山角砾岩、凝灰砾岩、砂屑凝灰岩和粉砂屑凝灰岩。

（3）火山碎屑一沉积混合型岩石

这是火山碎屑经过搬运与正常沉积物同时沉积的岩石。按其火山组分的含量可划分为：沉积火山碎屑岩（火山组分50%?90%）和火山碎屑沉积岩（火山组分10%?50%）。根据碎屑大小相应地划分为砾岩、砂岩和粉砂结构岩石。这种储集岩常与前两种储集岩伴生。

1.2.3火山岩命名及岩系划分

火山岩岩性识别的主要方法有地质、测井和地震等。

地质识别火山岩岩性的方法主要是通过岩心观察、镜下薄片鉴定和实验室主量元素分析来确定，该方法可以全面细致描述火山岩颜色、结构、构造及地球化学特征，但其局限性在于必须观察并分析岩心或岩石样品，在一些没有采集样品的地区此方法受到了限制。

利用测井资料识别岩性的方法有常规测井交会图法［5-7］、主成份分析法［8］、神经

网络法［9］、横波信息交会识别法［10］和岩石强度参数交会识别法［11］等，这些方法主要依据岩石矿物组合的物理特征进行岩性识别。除了一些常规测井方法，还有一系列新技术，如斯伦贝谢近年来开发的FMI成像测井和ECS（ Elemental Capture Spectroscop ）元素俘获测井。FMI成像测井通过获得全井电阻率变化来形成电阻

率图像，用渐变的色板和灰度值进行刻度，可以直观清楚的看到裂缝、节理、结核等结构和构造。ECS 测井是所有测井方法中唯一能定量化识别岩性的方法, 但它仅能识别七种元素, 而火山岩主量元素一般有十余种, 这无疑增大了岩性确定的误差[12]。

火山岩地震反射特征是火山岩体和火山岩储层地震识别的基础。火山岩与围岩的物理性质存在较大差别，在界面上产生较强的反射振幅，火山岩内部具较强反射，火山岩速度比沉积岩速度高，火山岩层速度为 4 000?5 600m/s,沉积岩层

速度为3 400?4 500m/s,两者有较大的差值。火山岩与围岩速度差异以及火山岩内部的速度差异在地震剖面上表现出自身的形态，火山岩顶面反射振幅强。

本文主要根据地质识别方法来确定火山岩岩性。确定岩性的火山岩熔岩分类有两个基本方向: 一是用矿物成分进行分类；二是岩石化学成分分类。火山岩由于结晶颗粒细小、难以定量统计组成矿物含量, 因此所谓的矿物成分分类是指用化学成分计算标准矿物组成, 然后借用深成岩的矿物成分双三角分类图进行火山岩的分类。岩石化学成分分类是指用常量元素或微量元素划分火山岩类型，其分类主要是依据主量元素含量进行分类，目前国际上常用的是根据M J Le Bas （1986）和国际地科联（IUGS，1989）创建的火山岩TAS 分类图版。

本文采用此方法对三塘湖地区火山岩进行分类。

1.2.4 火山岩油气储集空间类型

火山岩油气储集空间类型主要分为两类——原生储集空间和次生储集空间。其中原生储集空间包括气孔、粒间孔、粒内孔、粒边缝、炸裂缝等，它们通过一系列的物理风化和化学风化等风化淋滤作用转变为风化破裂缝、溶蚀缝、斑晶溶孔、基质溶孔、杏仁体溶孔，再加上与断层伴生的构造裂缝，成为次生储集空间。

1.2.5 火山岩盖层

火山岩体本身对油气生成有着良好的封盖作用。在油气运聚期前形成的致密、坚硬、分布较稳定的火山岩（如致密的玄武岩、流纹岩等）常常可作为油气的良好

1.3 技术路线与研究内容

1.3.1 技术路线

本文从岩心实验数据分析、薄片显微镜下观察等研究入手，以火山岩岩石学

理论为依据，首先对研究区火山岩岩石学特征进行认真研究，然后分析火山活动与油气成藏的关系，详细解剖已知火山岩类油气藏的成藏特征。结合研究区火山岩与生储盖的关系，总结该区火山岩类油气藏类型，寻找有利生储盖组合。提供火山岩类储层综合地质评价及有利

的勘探开发区块预测。技术路线如下图（图1-1）

图1-1卡拉岗组石炭系火山岩储层研究技术路线图

1.3.2研究内容

1.321火山岩岩石学特征分析

通过对岩心、岩屑等资料的观察、描述、鉴定分析确定火山岩的岩性、结构构造，进而划分溢流相、过渡相等岩相带，确定火山岩岩相特征。

1.3.

2.2 火山岩储集层特征分析

火山岩储层物性及孔喉特征分析，储集空间类型和储层演化及预测。探讨火山岩优质储层的控制因素和发育规律。重点研究风化淋滤、裂缝和火山喷发期次对储层的影响。分析火山岩裂缝的成因机制及裂缝性储层的控制因素。

1.3.

2.3分析火山岩与油气成藏的关系

从火山活动在油气形成中的作用入手，分别讨论火山岩与生油岩、储集层和盖层的关系，及火山活动对油气运移的利弊影响。进而结合三塘湖盆地石炭系火山地质背景，分析火山岩成藏条件。在此基础上对该区复杂多样的圈闭类型进行分类，总结出火山岩类油气藏的类型，指出有利生储盖组合。

1.4 主要成果与认识

论文通过火山岩岩石学分析及储层特征研究，结合三塘湖地区火山岩地质特征，总结了

火山岩类油气藏成藏特征，讨论了火山活动与油气成藏的关系，主要得出以下几点认识：（1）三塘湖盆地火山岩岩性、岩相特征

根据火山岩TAS 分类图版，确定三塘湖地区火山岩岩性主要为基性- 中基性的粗面玄武岩-玄武粗安岩-玄武岩-玄武安山岩-安山岩；据SiO2及K2O+Na2O 含量计算的里特曼指数汕，样品显示主要为碱性到钙碱性系列。研究区火山岩气孔、杏仁构造发育, 溶蚀强烈，橄榄石可见伊利石化现象。

结合三塘湖盆地火山岩特点和油气勘探需要，对本区火山岩岩相类型主要分为：火山沉积相、爆发相、溢流相和火山通道相。火山通道相和爆发相都可发育火山角砾岩，火山沉积相和爆发相都可发育凝灰岩，溢流相和火山通道相都可发育玄武岩、安山岩等熔岩，但根据其围岩不同即可辨别。三塘湖盆地火山沉积相沉积于被风化淋滤的溢流相之上，一般厚度都不是很大，也有的风化壳之上根本没有火山沉积相，而继续覆盖溢流相。风化壳的形成与当时所处的气候条件有很大关系，这也是四套火山岩形成两期风化淋滤带而不是四期的原因。

（2）三塘湖盆地火山岩储层特征

三塘湖盆地主要发育的储集空间有原生气孔、杏仁体内孔、粒间孔、溶蚀孔、溶蚀缝、构造缝、冷凝收缩缝和风化裂缝等；有效储集空间组合类型分为以下五种：气孔-溶蚀孔-裂缝型、砾间孔-溶蚀孔-裂缝型、气孔-裂缝型、微孔-裂缝型、裂缝型。

统计认为爆发相的角砾岩原生孔隙发育，凝灰岩空隙度最小。卡拉岗组储层物性具有“双峰”分布特点，反映出因风化淋滤改造而成的孔隙度比原生孔隙度提高了一倍以上。改造后的基质孔隙虽然数量没有原生孔隙多，但已发展成为油气聚集的主要空间。孔喉分布也具有“双峰”分布的特点。

（3）三塘湖盆地储层成因探讨

构造裂缝的发育是三塘湖盆地特别是马朗凹陷油气成藏的重要因素之一。构造运动对火山岩储层物性影响主要表现为两方面，一方面构造运动中断裂活动在岩体中形成大量裂缝，在形成新的储集空间的同时也连通了岩石中的原生孔缝，使得岩石中的孔隙之间连通性大为提高，同时，由于构造运动产生的大量裂缝，使得溶解作用和溶蚀作用在构造裂缝集中区表现的更为突出，从而形成大量溶蚀孔缝，进一步改善了火山岩储集物性。火山岩越致密，岩性越脆，构造裂缝越容易形成和保存。

风化淋滤作用对火山岩油气成藏最重要的影响就是形成了风化壳储层。三塘湖盆地马朗凹陷东部地区石炭系风化强度比较大，是石炭系油藏发育的有利地区。

三塘湖地区卡拉岗组火山岩划分为四个旋回，其中发育两套风化淋滤带。通常构造高部位风化壳物性差，而在相对低部位风化壳保留比较好，优质储层发育，成像资料及钻井井漏信息反映，第三套火山岩体顶部物性好储层发育。第四套火山岩体内部储层裂缝发育程度差。一、二套风化淋滤时间短，储层物性差，受风化壳控制，因而牛东区块上石炭统卡拉岗组油层主要分布在第三套、第四套火山岩的顶部，形成上下两个油藏，油藏类型以构造- 地层油气藏为主。

溶蚀使储集空间孔隙度增加，胶结和充填使孔隙度降低，绿泥石化和沸石化充填孔隙，

使储集空间减小。牛东地区卡拉岗组火山岩中的充填作用极为普遍，主要表现为气孔充填，裂缝充填，粒间孔充填、粒内孔充填及溶蚀孔的再充填等等。

（4）火山活动对油气成藏的影响火山活动对油气成藏的有利影响主要体现在以下几个方面：火山岩异常热效应加速有机质演化；火山角砾岩储集性能和含油性好；风化淋滤和发生溶蚀后的火山岩储层为优势储层；构造裂缝的发育是三塘湖盆地特别是马朗凹陷油气成藏

的重要因素之一；石炭系卡拉岗组致密火成岩，厚度大，封闭性较好，可作为良好的局部盖层；根据研究区火山岩油气藏特征及封闭条件划分出两种圈闭类型，分别为火山岩岩相圈闭和火山岩岩性- 断层圈闭。

研究区火山活动对油气成藏的破坏作用主要体现火山活动产生的高温和热液致使成岩矿物充填和堵塞储集空间, 导致储层变差

第2章区域地质概况

2.1区域构造背景

三塘湖盆地整体位于西伯利亚板块西南缘，晚古生代，受东准噶尔一博格达、莫钦乌拉和卡拉塔格一大南湖等古陆，以及克拉美丽一大黑山和艾比湖一沙泉子2 条双向俯冲缝合带控制，类似于现今西太平洋，呈现多岛海格局，整体处于汇聚挤压构造环境、压中有张，三塘湖盆地主体为弧后盆地。早石炭世，以克拉美丽蛇绿岩为特征的准噶尔一蒙古洋已进入衰亡期，在其北侧白塔山和绵脊梁岛弧之后发

育三塘湖弧后盆地。晚石炭世，克拉美丽一大黑山缝合带已经闭合，海水由西北向东南撤退，半深海海相沉积萎缩到下马崖一带，三塘湖盆地马朗凹陷区为多火山活动的滨浅海。

图2-1 研究区位置

2.2地层发育特征

盆地石炭系发育大套海陆交互相地层与火山岩，包括火山岩、碎屑岩及碳酸盐岩,形成了较好的石油地质基础条件。下石炭统以海相和海陆交互相的火山碎屑岩沉积为主,地层厚度为600-3 000m;上石炭统以火山碎屑岩、碳酸盐岩、碎屑岩和火山岩为主,其中卡拉岗组为大套陆相火山岩夹火山碎屑岩、碎屑岩组合。地层厚度介于1 200?4 000m之间。

岩性上卡拉岗组主要分布于盆地西南缘，马朗凹陷东北部及方方粱凸起以东缺失该套地