凝灰質儲層研究進展綜述及探討

火山巖儲層正成為油氣勘探的一個新領域。凝灰質巖作為火山碎屑巖類中一種重要的巖石類型，在三塘湖、準噶爾、海拉爾、二連等多個盆地均有凝灰質儲層的發育和油氣顯示。加強凝灰質儲層的研究，對拓展儲層巖性范圍和油氣藏類型，擴大非常規油氣勘探領域具有重要現實意義。然而，在過去工作中缺乏對這類特殊儲層的系統歸納總結。本文在調研國內外凝灰質儲層研究成果基礎上，總結了這類儲層的基本特征和形成機理，并探討了凝灰質儲層評價標準。

1 凝灰質巖儲層特征

前人研究凝灰質儲層特征，主要包括巖石學特征、儲層物性特征、儲集空間特征和儲層成巖作用等。

1.1 巖石學特征

國際地科聯對于火山碎屑巖分類，首先依據火山物質來源和生成方式劃分為火山碎屑熔巖、正?；鹕剿樾紟r和火山-沉積碎屑巖，然后依據粒級組分劃分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰巖等（見表1）。

凝灰質巖是指主要由火山灰（粒徑<2mm）組成的巖石，是火山碎屑巖中分布最廣泛的一種巖石類型。常見的凝灰質儲層包括凝灰巖、沉凝灰巖、熔結凝灰巖等，其中，又以凝灰巖儲層最為常見。

1.1.1 巖石礦物特征

大量X衍射分析、薄片鑒定表明，凝灰質成分多由石英、長石組成，其質量分數達80%以上，而黏土礦物質量分數小，其質量分數一般低于20%。

1.1.2 巖石學分類

前人對凝灰質儲層巖石學分類提出不同分類依據。孫善平等認為，國際地科聯的分類方案（見表1）能有效反映火山碎屑巖的熔結、混合沉積等成因類型；朱筱敏等提出，火山碎屑物質按其組成及結晶狀況可分為巖屑（顆粒較大）、晶屑（粒徑一般不超過2~3mm）和玻屑（通常粒徑在0.01~2.00mm稱為火山灰，玻屑粒徑在0.01~0.10mm）；楊獻忠提出，凝灰質巖按巖石化學成分可分為基性、中性和酸性，其中，中酸性凝灰質巖比基性凝灰質巖更易形成脫?；椎却紊紫?，且其石英質量分數、彈性模量值更高，從而其儲集性能優于基性凝灰質巖。

筆者認為，單一分類依據僅能反映凝灰質巖某一方面的特征。為更好地評價凝灰質儲層，可以對凝灰質儲層巖石學分類采用復合型命名，即“巖石化學成分-火山碎屑結晶狀況-成因類型”，如“酸性玻屑凝灰巖”。

1.2 儲層物性特征

筆者總結了不同盆地的凝灰質儲層物性特征（見表2），發現凝灰質儲層普遍呈現低孔、低滲的特點。影響凝灰質儲層孔隙度和滲透率的主要地質要素為巖性、后期成巖作用、構造作用等。裂縫發育對孔隙度影響不大，但對增大滲透率有重要意義。

1.3 儲集空間類型及成因

前人對凝灰質儲層的微觀特征和儲集空間進行了大量研究（見表2）。綜合前人成果，考慮凝灰質儲層的形成和演化機制，筆者將凝灰質儲層的儲集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫等三大類。按孔隙成因，將原生孔隙分為3種亞類，次生孔隙分為4種亞類，裂縫分為3種亞類（見表3）。其中，次生孔隙是凝灰質儲層主要儲集空間類型，裂縫發育可以有效提高局部儲層滲流性能。

1.4 儲層成巖作用

火山碎屑巖的成巖作用在熔漿從噴出地表起已開始，可分為表生階段和埋藏階段等2個成巖階段。凝灰質巖成巖作用主要有熔結作用、壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和脫?；饔?。

1.4.1 熔結作用

熔結作用是在地表或淺埋藏條件下完成，以熔結火山碎屑巖最為發育。常見2種熔結方式：一種是熱灰熔結，即剛從火山內部噴出的火山灰在飄落時仍具有較高溫度，遇到周圍已冷卻的火山碎屑顆粒而冷凝收縮，并與其一同固結；另一種是漿屑熔結，主要是塑性的、較大塊的巖漿碎屑，在飄落后跟周圍已冷卻的火山碎屑發生粘連，部分漿屑甚至可以包裹晶屑，之后一起冷卻固結。熔結作用產生的氣孔和冷凝收縮縫可作為火山碎屑巖的儲集空間。

1.4.2 壓實作用

凝灰質巖在沉積早期抗壓強度較弱。在壓實作用下，火山灰顆粒會進一步緊密堆積、定向排列，所保留的原始孔隙會進一步減少。壓實作用伴隨著凝灰質巖成巖作用的始終。

1.4.3 膠結作用

凝灰質巖普遍發生膠結作用，包含硅質、碳酸鹽、長石、自生黏土、沸石等膠結類型。一方面，早期膠結作用對凝灰質儲層具有支撐保護作用，同時也為后期潛在的溶蝕作用提供物質基礎；另一方面，膠結產物占據了部分原生孔隙空間，使凝灰質儲層更加致密。整體而言，膠結作用對凝灰質儲層弊大于利。

1.4.4 溶蝕作用

溶蝕作用與儲層巖性有關，同時也受流體性質、溫度和壓力等條件的影響。凝灰質巖中的玻屑和晶屑及早期膠結作用產生的碳酸鹽，在酸性流體作用下會發生不同程度的溶解，促進儲層孔隙度的增大，產生的次生孔隙可作為凝灰質巖儲層的重要儲集空間。

1.4.5 脫?；饔?/span>

火山玻璃是一種極不穩定組分，總是趨向晶體方向轉化，即脫?；饔??；鹕讲ＡОl生脫?；饔眯纬墒?、長石等新礦物時體積縮小，從而形成微孔隙，是一種增孔作用。凝灰質巖中火山碎屑物質質量分數較高，玻璃質的脫?；饔檬悄屹|儲層最重要的成巖作用。趙海玲等對玻璃質脫?；螽a生的脫?；走M行理論計算，認為凝灰巖中脫?；渍伎偪紫抖鹊?0%，在熔結凝灰巖中約有30%孔隙是脫?；?。

綜合前人研究成果，筆者認為：壓實作用、膠結作用是凝灰質儲層主要的破壞性成巖作用，可使儲層孔隙度減小，形成致密儲層；脫?；饔?、熔結作用、溶蝕作用是凝灰質儲層的主要建設性成巖作用，可使其孔隙度增加（見表4）。

2 凝灰質儲層的形成機理

凝灰物質進入湖盆沉積成巖，可通過火山灰直接從空中降落到湖盆——“空降型”，也可通過流水搬運、經再沉積作用進入湖盆——“混合沉積型”?；鹕交医浌探Y壓實和水化學沉淀膠結等可以形成凝灰質巖，其火山碎屑物的質量大于正常沉積物，巖石粒度較細。

距離火山噴發中心的遠近控制了凝灰質巖的巖相分布，而不同的凝灰質巖巖相帶由于巖石類型及礦物組合的差異，其儲集性能有較大差別。李思辰等指出，馬朗凹陷哈爾加烏組距離火山口由近到遠依次發育噴溢相火山巖、火山角礫巖、巖屑玻屑凝灰巖、晶屑玻屑凝灰巖、玻屑凝灰巖和碳質泥巖，凝灰質儲層物性及含油性逐漸變好（見圖1）；陳永波等指出，準噶爾盆地西北緣夏72井區鉆遇的風城組熔結凝灰巖，呈現距火山口距離變大依次發育充填氣孔、半充填氣孔、氣孔的特征，且依次獲得失利、低產油流、高產工業油流的勘探成果。

綜合前人研究成果，筆者認為，火山噴發中心控制了凝灰質巖巖相分布，從而決定了凝灰質儲層的物性、儲集空間類型、含油性等特征。

3 凝灰質巖儲層評價標準探討

筆者將凝灰質儲層的評價標準概括為四大方面，即巖石學特征、物性特征、儲集空間類型、成巖作用。

巖石學特征包含巖石化學成分、火山碎屑結晶狀況、成因類型等3個方面。就巖石化學成分而言，中酸性優于基性；火山碎屑結晶狀況而言，玻屑、晶屑優于巖屑；就成因類型而言，凝灰巖最優，熔結凝灰巖、沉凝灰巖等次之。對于物性特征，主要考慮孔隙度、滲透率等物性參數；對于儲集空間，評價指標包括次生孔隙（脫?；椎龋?、原生孔隙（氣孔等）、裂縫等發育程度；對于成巖作用，建設性成巖作用（脫?；饔?、熔結作用、溶蝕作用）、破壞性成巖作用（壓實作用、膠結作用）發育程度是主要評價要素。

4 結論

1）對凝灰質儲層巖石學分類，建議采用“巖石化學成分-火山碎屑結晶狀況-成因類型”的復合型命名方式。將凝灰質儲層的儲集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫等三大類，其中，次生孔隙是凝灰質儲層主要儲集空間類型，裂縫發育能有效提高局部儲層滲流性能。

2）總結了凝灰質巖主要成巖作用的特征，指出壓實作用、膠結作用是破壞性成巖作用，脫?；饔?、熔結作用和溶蝕作用是建設性成巖作用?；鹕絿姲l中心控制了凝灰質巖巖相分布，從而決定凝灰質儲層的物性、儲集空間類型、含油性等特征。結合凝灰質巖的巖石學特征、物性特征、儲集空間、成巖作用等特征，對凝灰質儲層評價標準進行探討。

版權聲明|來源：《斷塊油氣田》；作者：張成林等；版權歸原作者所有。

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