黃 亮 彭 軍 周 康等

摘要：近年來，隨著火山巖油氣藏勘探開發(fā)的突破性進(jìn)展，火山巖儲(chǔ)層已經(jīng)成為油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域。本文在調(diào)研了國內(nèi)外火山巖儲(chǔ)層研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型及成因、儲(chǔ)集空間的演化特征以及儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素。火山巖儲(chǔ)層是內(nèi)外因共同作用的結(jié)果，內(nèi)因包括巖性巖相、噴發(fā)環(huán)境，外因包括構(gòu)造作用和成巖作用。內(nèi)因奠定了儲(chǔ)層形成與分布的基礎(chǔ)和儲(chǔ)集空間的發(fā)育程度；外因?qū)τ趦?chǔ)滲性能有明顯改造。最后指出了火山巖油氣儲(chǔ)層成因研究中存在的一些問題，并且針對(duì)這些問題提出了今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：火山巖儲(chǔ)層；儲(chǔ)集空間；演化特征；控制因素；成巖作用

中圖分類號(hào)：TEl22.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著能源需求的日益增長(zhǎng)，石油與天然氣的勘探、開發(fā)領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)展，火山巖油氣藏作為油氣勘探的新領(lǐng)域，已引起了廣大石油工作者的關(guān)注。近年來，火山巖油氣藏已在世界20多個(gè)國家300多個(gè)盆地或區(qū)塊中發(fā)現(xiàn)。如日本新瀉盆地吉井一東帕崎氣藏、印度尼西亞Jawa盆地Jatibarang油氣藏、阿根廷帕姆帕一帕拉烏卡油氣藏、墨西哥富貝羅油氣藏等典型的大型火山巖油氣藏。我國自20世紀(jì)70年代以來，也先后在渤海灣、準(zhǔn)噶爾、塔里木、松遼盆地及蘇北盆地等地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏?；鹕綆r儲(chǔ)層作為勘探開發(fā)的目標(biāo)，對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行研究有著重要的理論意義。

1研究現(xiàn)狀

近年來，很多學(xué)者對(duì)火山巖儲(chǔ)層形成機(jī)制進(jìn)行了研究。趙海玲等認(rèn)為火山巖儲(chǔ)層具有分布范圍廣、地質(zhì)時(shí)代長(zhǎng)的特征，這和火山巖油氣儲(chǔ)層不具巖石類型的專屬性有關(guān)。由于火山巖的骨架較其他巖石堅(jiān)硬，抗壓實(shí)能力強(qiáng)，加之火山巖成巖作用多以冷凝固結(jié)方式為主，孔隙度受壓實(shí)埋深影響較小，使得火山巖的孔隙更容易保存下來，當(dāng)埋深大于一定深度時(shí)，火山巖的儲(chǔ)集能力往往會(huì)大于沉積巖而成為主要儲(chǔ)層。

很多學(xué)者對(duì)不同研究區(qū)的火山巖儲(chǔ)集空間類型和成因進(jìn)行了研究。羅靜蘭等研究了火山巖儲(chǔ)集空間的形成和演化特征，對(duì)其演化階段進(jìn)行了劃分。對(duì)于火山巖儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素，前人做了大量的研究工作。侯英姿從內(nèi)外因兩方面分別闡述了火山巖儲(chǔ)層的控制因素。王璞琚等認(rèn)為不同巖性、巖相條件從根本上決定了儲(chǔ)集空間的發(fā)育程度與規(guī)模。余淳梅、張艷等研究了火山噴發(fā)環(huán)境與火山巖儲(chǔ)層的關(guān)系，張洪等從火山噴發(fā)模式的角度研究了火山巖儲(chǔ)層形成制。楊雙玲等研究了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)火山巖儲(chǔ)層的影響。戴亞權(quán)等根據(jù)火山巖的活動(dòng)狀態(tài)將火山巖成巖演化過程劃分為前期火山活動(dòng)階段和后期火山寧靜階段。高有峰等研究了火山巖成巖作用類型、特征及其對(duì)儲(chǔ)層的影響，將火山巖成巖作用階段分為早期和晚期，認(rèn)為早期成巖作用主要影響原生孔隙的發(fā)育，晚期成巖作用主要影響次生孔隙的發(fā)育。閆林等對(duì)火山巖儲(chǔ)層次生溶蝕孔隙的成因進(jìn)行探討，趙海玲等對(duì)長(zhǎng)石的溶蝕機(jī)理、溶蝕流體的性質(zhì)及來源進(jìn)行研究并提出了火山巖儲(chǔ)層形成與演化的模式。

綜合看來，火山巖儲(chǔ)層形成機(jī)制研究主要集中在儲(chǔ)集空間類型及成因、儲(chǔ)集空間的形成與演化特征、儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素等方面。對(duì)于火山巖儲(chǔ)層發(fā)育控制因素的描述性研究很多，而關(guān)于火山巖儲(chǔ)層的形成機(jī)理、火山巖成巖作用機(jī)理的研究則較少或尚需深入研究?？傊?，關(guān)于火山巖儲(chǔ)層的形成機(jī)制研究尚處于起步階段，火山巖儲(chǔ)層的形成與演化非常復(fù)雜，還有待于廣大學(xué)者進(jìn)一步深究。

2主要研究進(jìn)展

2.1儲(chǔ)集空間類型及成因

前人對(duì)火山巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間分類方案多樣，歸納起來有以下4種：①原生孔隙、次生孔隙、裂縫3大類；②原生儲(chǔ)集空間、次生儲(chǔ)集空間2大類；③孔隙、洞穴、裂縫3大類；④宏觀縫洞系統(tǒng)、基塊孔縫系統(tǒng)2大類。

綜合前人研究成果，筆者將火山巖的儲(chǔ)集空間分為原生儲(chǔ)集空間和次生儲(chǔ)集空間，進(jìn)一步分為原生孔隙、原生裂縫、次生孔隙、次生裂縫4大類13小類(表1)。

各研究區(qū)的儲(chǔ)集空間類型有所差異，表中只列出了具有代表性的13種類型，具體情況應(yīng)具體分析。

2.2儲(chǔ)集空間的演化特征

研究表明火山巖儲(chǔ)集空間的形成與演化具有階段性，劃分方案如下：

(1)原生儲(chǔ)集孔隙形成階段、淺埋階段或風(fēng)化剝蝕淋濾階段、后期構(gòu)造斷裂階段、酸性流體改造階段、油氣進(jìn)入儲(chǔ)層階段。

(2)原生沉積階段、表生沉積階段、埋藏和成巖階段、構(gòu)造作用階段、深層溶蝕作用階段。

(3)原生儲(chǔ)集空間形成階段、風(fēng)化淋濾階段、淺埋藏及構(gòu)造裂隙發(fā)育階段、深埋藏階段。

由于各個(gè)研究區(qū)的火山巖構(gòu)造演化史的不同，其儲(chǔ)集空間的形成和演化也不盡相同，所以劃分方案的差異是在所難免的，綜合前人成果筆者將其劃分如下：

(1)原生儲(chǔ)集空間形成階段。火山物質(zhì)噴溢至地表形成氣孔、冷凝收縮縫和火山角礫間孑L等。

(2)風(fēng)化淋濾階段。由于表生成巖作用和大氣淡水的淋濾、溶蝕，產(chǎn)生大量溶蝕孔、洞、縫，增加了溶解作用的進(jìn)行。

(3)淺埋成巖階段?；鹕綆r體淺埋于地下，受到埋藏作用和成巖作用的改造，產(chǎn)生方解石、白云石等礦物充填破壞孔隙。

(4)構(gòu)造斷裂階段。構(gòu)造應(yīng)力的作用使火山巖體發(fā)育了較大規(guī)模的斷裂作用，由此產(chǎn)生與大規(guī)模斷層相伴生的大量構(gòu)造裂縫，大大提高了巖體的滲透性。

(5)深埋溶蝕階段。地層進(jìn)入晚成巖階段，在酸性流體作用下，火山巖中的部分物質(zhì)發(fā)生溶解，形成一些深部溶蝕孔、洞、縫，同時(shí)一些化學(xué)物質(zhì)也可能發(fā)生沉淀充填作用。

2.3儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素

研究表明，火山巖儲(chǔ)集空間的形成、發(fā)展、堵塞、再形成等不同階段的演化過程是非常復(fù)雜的，受內(nèi)外兩種因素的控制，內(nèi)因主要為火山作用(巖性巖相、噴發(fā)環(huán)境)，外因主要包括構(gòu)造作用、成巖作用等。

2.3.1巖性巖相

不同巖性、巖相條件從根本上決定了儲(chǔ)集空間的發(fā)育程度與規(guī)模?；鹕綆r的巖性決定了原生孔隙的類型，巖性是影響火山巖儲(chǔ)集性能的直接因素，從基性、中性熔巖到酸性熔巖，巖石的粘度、脆性逐漸升高。流紋巖、安山巖的孔縫相對(duì)較多，以氣孔為主，火山角礫巖以礫內(nèi)礫間孔為主，而凝灰?guī)r以微裂縫為主。

不同巖相、亞相具有不同的孔隙類型，同巖相的不同亞相儲(chǔ)集層物性可能差別很大，因?yàn)楦飨嗪透鱽喯嘀g巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造存在較大差別，它們控制著原生和次生孔縫的組合與分布。火山通道相儲(chǔ)集空間主要為孤立的氣孔及火山碎屑間孔；火山爆發(fā)相中火山角礫間孔、氣孔、溶蝕孔洞縫發(fā)育；火山噴溢相熔巖原生氣孔、收縮縫發(fā)育，次生孔隙主要為構(gòu)造裂縫；侵出相中心帶亞相儲(chǔ)集空間主要為裂縫、溶孔、晶間孔等微孔隙。

2.3.2火山噴發(fā)環(huán)境

火山巖在水體深部噴發(fā)，由于深水靜水壓力大，溶解于巖漿中的揮發(fā)分不容易逃逸，難以形成氣孔，故原生氣孔極不發(fā)育，加之水體的共同作用，火山巖發(fā)生明顯的蝕變和充填作用，使本來就少的

原生孔隙減少，杏仁體內(nèi)溶蝕孔和炸裂縫、巖球巖枕間孔和粒間孔、基質(zhì)和斑晶蝕變孔縫、后期構(gòu)造縫是主要儲(chǔ)集空間；在淺水環(huán)境或陸上噴發(fā)的，特別是噴發(fā)時(shí)遇大氣降水，一方面溶解于熔漿中的揮發(fā)分可以大量逃逸形成原生氣孔，另一方面由于熾熱巖漿突遇水體產(chǎn)生淬火作用形成大量原生微裂隙并將原生氣孔很好地連通起來，構(gòu)成良好的原生儲(chǔ)集空間，主要儲(chǔ)集空間為原生孔隙和冷凝收縮節(jié)理縫、次生溶蝕孔、礦物解理縫和構(gòu)造裂縫。

火山噴發(fā)模式可劃分為夏威夷式、斯特朗博利式、武耳卡諾式、培雷式、布里尼式和卡特邁式6種類型。從總體上看，玄武巖以夏威夷式噴發(fā)為主，較為溫和而貧氣沿斜坡流動(dòng)匯聚于洼陷處；粗面巖以斯特朗博利式和武耳卡諾式為主，較為猛烈攜帶大量揮發(fā)性氣體便于將粗面巖沖到構(gòu)造高部位，充分結(jié)晶且易于風(fēng)化淋濾產(chǎn)生裂縫。

2.3.3構(gòu)造作用

構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層的控制作用主要表現(xiàn)在以下3點(diǎn)：①構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引發(fā)多期次、多火山口火山噴發(fā)，使火山巖大面積分布，成為形成火山巖儲(chǔ)層的基礎(chǔ)；②構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得火山巖巖體處于地表或近地表環(huán)境，經(jīng)歷各種風(fēng)化淋濾作用，使巖石中原生孔縫進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大，孔縫間的連通性進(jìn)一步提高，從而形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；③構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得非常致密的火山巖形成大量裂縫，這些裂縫不但使孤立的原生氣孔得以連通，而且還增大了火山巖的儲(chǔ)集空間，同時(shí)也是地下水和有機(jī)酸的重要通道，對(duì)溶解作用的發(fā)生起了重要作用，是形成次生溶蝕孔隙，改善儲(chǔ)層儲(chǔ)滲能力的關(guān)鍵。多次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了裂縫的多期性，常?？梢砸姷皆缙诹芽p被晚期裂縫所切割?；鹕綆r裂縫的多期性，為油氣的運(yùn)移及儲(chǔ)集提供了良好的條件。

2.3.4成巖作用

成巖作用控制著火山巖儲(chǔ)層原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育與分布。成巖作用對(duì)火山巖儲(chǔ)集性能的影響主要表現(xiàn)在兩方面：一方面加劇了火山巖原生孔隙的次生充填，降低了儲(chǔ)滲性能；另一方面也加劇了溶蝕孔、縫的形成，改善了儲(chǔ)集性能。

火山巖成巖作用階段分為早期和晚期，早期成巖作用主要影響原生孔隙的發(fā)育，晚期成巖作用影響次生孔隙的發(fā)育。起破壞作用的成巖作用主要有熱液沉淀結(jié)晶、壓實(shí)膠結(jié)、充填、壓實(shí)壓溶、熔結(jié)等；起建設(shè)作用的成巖作用主要有冷凝收縮、脫?；]發(fā)分的逸散、溶蝕、構(gòu)造、風(fēng)化淋濾等。

風(fēng)化淋濾作用主要表現(xiàn)在：①在大套火山巖段內(nèi)和頂部發(fā)育風(fēng)化殼或火山沉積巖；②在風(fēng)化殼下部火山巖中發(fā)育風(fēng)化裂縫；③風(fēng)化過程中伴隨淋濾溶蝕作用改造儲(chǔ)集空間。溶蝕作用包括有機(jī)質(zhì)成烴過程中生成有機(jī)酸的溶蝕作用、無機(jī)酸的溶蝕作用以及與長(zhǎng)石的鈉長(zhǎng)石化相伴隨的熱液流體對(duì)礦物的溶蝕作用。流體活動(dòng)對(duì)火山巖儲(chǔ)集性的改造具有雙重作用：一方面新礦物的膠結(jié)和充填使得儲(chǔ)集性能下降；另一方面，蝕變和溶解作用又可使孔隙度增加。火山巖儲(chǔ)層溶蝕孔隙的成因：內(nèi)因是火山巖中易溶組分的種類和含量；外因包括溶解液、溶解通道、溫度、壓力及保存條件。

綜合研究表明：火山噴發(fā)環(huán)境及巖性巖相奠定了儲(chǔ)層形成與分布的基礎(chǔ)，并決定了儲(chǔ)集空間的發(fā)育程度與規(guī)模；構(gòu)造作用大大地改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲性能；成巖作用在進(jìn)一步改善儲(chǔ)層儲(chǔ)滲能力的同時(shí)，對(duì)各類原生、次生孔隙亦有一定程度的破壞作用(圖1)。

3問題探討

3.1巖性、巖相分類和命名問題

火山巖巖性、巖相分類和命名的規(guī)范化是目前火山巖研究面臨的首要問題。導(dǎo)致分類不統(tǒng)一的主要原因體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①區(qū)域性方案眾多給跨區(qū)域?qū)Ρ仍斐衫щy；②在環(huán)境相與巖相之間沒有嚴(yán)格的區(qū)分，常見的近火山口相、中距火山口相和遠(yuǎn)火山口相分類方案更接近于環(huán)境的定義；③基礎(chǔ)地質(zhì)與石油地質(zhì)研究存在尺度差異，基礎(chǔ)地質(zhì)通常從單一巖漿機(jī)構(gòu)出發(fā)建立巖相概念，如爆發(fā)相、溢流相、侵出相等，三者代表同一巖漿旋回不同階段的產(chǎn)物，在垂向上可以疊置；而石油地質(zhì)關(guān)于巖相劃分傾向于采用與環(huán)境對(duì)應(yīng)的、地震可識(shí)別的分類方案，如“火山通道一火山集塊巖相、火山熔巖相、沉凝灰?guī)r相”三分方案。

3.2儲(chǔ)層演化機(jī)理

火山巖儲(chǔ)層形成演化機(jī)理的研究是儲(chǔ)層研究的核心問題。已有研究表明，火山巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)一般都十分復(fù)雜，多為低孔低滲雙重介質(zhì)儲(chǔ)層，存在裂縫及其不同組合的孔隙類型，物性變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，評(píng)價(jià)難度大。加之火山巖的成巖作用又不同于常見沉積巖成巖作用，它有其特殊性。研究的現(xiàn)狀是關(guān)于火山巖儲(chǔ)層的控制因素研究較多，而研究其形成機(jī)理則較少或研究尚須進(jìn)一步深入?；鹕綆r儲(chǔ)層形成與演化的階段劃分以及各個(gè)階段的演化特征還有待進(jìn)一步探究。

3.3成巖作用機(jī)理

火山巖成巖作用的類型多樣，它們對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響不同，各種成巖作用的作用機(jī)理還有待深入研究。目前的現(xiàn)狀是成巖作用的類型、成巖作用的影響研究較多，具體到某種成巖作用是如何影響儲(chǔ)層的發(fā)育，通過什么方式、以怎樣的形式改造儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，各種成巖作用改造儲(chǔ)層的前提是什么、需要滿足什么條件，這些問題都需要人們進(jìn)行更加深入的探索。

4發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)上述火山巖儲(chǔ)層成因研究中存在的問題，今后應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)以下方面的研究。

(1)火山巖巖石學(xué)研究。加強(qiáng)火山巖巖石學(xué)的研究，有助于從根本上解決火山巖巖性、巖相分類的問題，正確確定火山巖的巖石類型、火山巖相及火山巖的巖石學(xué)特征是火山巖儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)，也是火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型、發(fā)育規(guī)律及其形成機(jī)制研究的前提。火山巖相對(duì)于揭示火山巖時(shí)空展布規(guī)律和不同巖性組合之間的成因聯(lián)系也有重要意義?；鹕綆r巖相的劃分應(yīng)該具有儲(chǔ)層意義，要考慮到成巖方式和物質(zhì)的搬運(yùn)機(jī)制。

(2)火山巖儲(chǔ)層的微觀特征研究。加強(qiáng)火山巖儲(chǔ)層微觀特征研究，對(duì)火山巖儲(chǔ)層微觀孔隙裂縫的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、類型等進(jìn)行精細(xì)化研究，有助于研究火山巖儲(chǔ)層物性特征，為火山巖儲(chǔ)層的分類評(píng)價(jià)服務(wù)，同時(shí)了解火山巖儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)也有助于火山巖各種成巖作用機(jī)理的研究。

(3)火山巖儲(chǔ)層演化機(jī)理研究。加強(qiáng)火山巖儲(chǔ)層形成與演化機(jī)理的研究，合理劃分火山巖儲(chǔ)層的形成與演化階段，研究各個(gè)演化階段的特征以及它們之間的聯(lián)系，有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)火山巖儲(chǔ)層的特殊性，從理論上解決火山巖儲(chǔ)層的成因問題，為進(jìn)一步的火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及其評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

今后，火山巖儲(chǔ)層成因研究將趨向于宏觀與微觀并重。宏觀上加強(qiáng)火山巖噴發(fā)環(huán)境、火山巖相及其特征的研究，揭示火山巖時(shí)空展布規(guī)律和火山巖儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)服務(wù)；微觀上加強(qiáng)火山巖儲(chǔ)層微觀孔隙特征、儲(chǔ)層物性特征的研究，分析火山巖儲(chǔ)層的形成演化機(jī)理，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。