田偉超，盧雙舫，王偉明，李進(jìn)步，李 壯，李 杰

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 深層油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266580； 2.山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590； 3.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 4.中國(guó)石油 吐哈油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839000]

中國(guó)含油氣盆地火山巖中蘊(yùn)含著豐富的油氣資源，其石油資源量在60×108t以上，但目前火山巖中的油氣探明儲(chǔ)量較低，是未來油氣增長(zhǎng)點(diǎn)之一[1-2]。三塘湖盆地在火山巖中的油氣勘探已取得重大進(jìn)展，近年連續(xù)在條湖-馬朗凹陷的條湖組、卡拉崗組(C2k)和哈爾加烏組(C2h)火山巖勘探中獲得重大突破[3-5]。其中，卡拉崗組油藏屬于風(fēng)化殼型成藏模式，油氣聚集在火山巖頂部受風(fēng)化淋漓作用改造的火山巖風(fēng)化殼中，此類油藏是目前三塘湖盆地最具潛力的火山巖油藏[4,6-7]。

前人研究認(rèn)為火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層的油氣成藏受控于源巖、油源斷裂和有利儲(chǔ)層，有利儲(chǔ)層受控于風(fēng)化淋濾帶和有利巖相帶，有利巖相主要為溢流相的頂部亞相[1,4,6-8]。然而，依據(jù)前人的研究成果進(jìn)行勘探部署，仍然存在單井產(chǎn)量差異大、失利井和低效井多的問題，目前仍未查找到原因，從而制約了風(fēng)化殼火山油氣藏的規(guī)?？碧介_發(fā)。前人更多的把重點(diǎn)放在宏觀因素的分析上，卻忽視了微觀孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層含油性及產(chǎn)能的影響。

因此，本文聯(lián)合全巖礦物分析(XRD)、鑄體薄片、掃描電鏡(SEM)、低溫氮?dú)馕?LTNA)和高壓壓汞(HPMI)實(shí)驗(yàn)對(duì)馬朗凹陷卡拉崗組火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并探討微納米孔隙演變機(jī)制，進(jìn)而從微觀角度揭示火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層含油性的控制因素，最終指導(dǎo)研究區(qū)火山巖風(fēng)化殼油藏的勘探。

1 地質(zhì)概況

三塘湖盆地是在晚古生代基底上發(fā)育形成的一個(gè)多旋回疊加的殘留盆地[7,9-10]，自北向南可分為東北隆起帶、中央坳陷帶和西南緣逆沖推覆帶。中央坳陷帶是最為有利的火山巖油氣勘探區(qū)，其可進(jìn)一步劃分為5個(gè)凹陷(即漢水泉，條湖，馬朗，淖毛湖和蘇魯克凹陷)和4個(gè)凸起(即石頭梅，岔哈泉，方方梁和葦北凸起)[6-7](圖1)。自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系8套地層，各套地層間均為不整合接觸[7]?；鹕綆r油藏縱向上集中在條湖組、卡拉崗組以及哈爾加烏組，其中，馬朗凹陷C2k火山巖風(fēng)化殼油藏是本次的研究對(duì)象，巖性主要為杏仁狀玄武巖、安山巖以及自碎角礫巖等。馬朗凹陷C2k頂部的火山巖風(fēng)化殼是油氣聚集的有效場(chǎng)所，油氣來源于下伏C2h暗色泥巖和炭質(zhì)泥巖(有機(jī)碳含量TOC=4.58%～13.4%)[6-7,11]。

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)方法

本次采集了來自三塘湖盆地馬朗凹陷C2k的12塊火山巖樣品，樣品巖性主要為灰色或灰綠色玄武巖和安山巖，個(gè)別樣品為火山巖角礫巖。巖心觀察發(fā)現(xiàn)大部分樣品氣孔構(gòu)造較為發(fā)育，但多數(shù)氣孔被濁沸石和綠泥石完全充填或半充填，未被充填氣孔常含油。火山巖樣品孔隙度在3.74%～12.8%的范圍，氣測(cè)滲透率變化范圍較大，介于(0.021～11.15)×10-3μm2，孔隙度和氣測(cè)滲透率相關(guān)性較差。XRD分析可知，火山巖礦物組成以斜長(zhǎng)石、輝石和沸石為主，其次為粘土礦物，石英和碳酸鹽礦物較少，僅在個(gè)別樣品發(fā)育(表1)。

所有樣品均為規(guī)則柱塞(直徑約2.5 cm)，實(shí)驗(yàn)前對(duì)所有樣品進(jìn)行了洗油、烘干處理，并依次開展孔隙度和氣測(cè)滲透率、鑄體薄片、SEM、XRD分析、LTNA和HPMI實(shí)驗(yàn)。本次采用3H-2000PS4型比表面及孔徑分析儀進(jìn)行LTNA實(shí)驗(yàn)，首先在150 ℃下對(duì)樣品進(jìn)行脫氣5 h預(yù)處理，然后在77 K溫度下用靜態(tài)體積法獲得樣品的等溫吸附脫附曲線，孔徑檢測(cè)范圍為0.4～200 nm。HPMI實(shí)驗(yàn)采用Autopore IV9505壓汞儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量環(huán)境溫度為21 ℃、濕度為44%，實(shí)驗(yàn)最高進(jìn)汞壓力為200 MPa，對(duì)應(yīng)最小孔喉半徑為3.68 nm。

井號(hào)樣號(hào)深度/m孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)礦物相對(duì)含量/%石英斜長(zhǎng)石方解石鐵白云石菱鐵礦沸石輝石粘土礦物ND11011 781.588.310.1501.253.618.21.406.115.83.6M1921 537.228.070.2700.827.8000.554.17.27.1M3831 775.1612.780.4601.118.400070.25.54.8M3841 684.7712.801.7007.112.201.21.149.39.218.3ND11051 752.195.018.810————————M2562 217.925.391.1909.864.202.40015.58.1ND11071 757.056.8011.150————————M1981 540.537.820.070015.3001.255.28.018.4ND11091 748.937.830.2603.783.32.70003.76.5M38101 777.727.670.021————————M40111 799.923.740.027————————M29122 442.435.112.440————————

3 火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)表征

3.1 儲(chǔ)集空間類型

綜合鑄體薄片和SEM圖像觀察發(fā)現(xiàn)，火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層發(fā)育溶蝕孔、殘余氣孔、晶間孔、裂縫四類儲(chǔ)集空間。其中，溶蝕孔較為發(fā)育，可以分為杏仁體溶孔、斑晶溶孔和基質(zhì)溶孔3種類型，杏仁體溶孔和斑晶溶孔(圖2b ,c)孔徑較大，多在幾十個(gè)微米以上，多呈孤立狀，而基質(zhì)溶孔孔徑較小，分布在零到幾個(gè)微米的范圍，連通性相對(duì)較好(圖2a,h)；殘余氣孔是原生氣孔被沸石、綠泥石等不完全充填而殘留的孔隙空間，在研究區(qū)也較發(fā)育，形狀不規(guī)則，呈孤立狀，孔徑多在幾十微米以上；晶間孔是自生礦物結(jié)晶產(chǎn)生的孔隙(圖2g ,i)，多為納米級(jí)孔隙；裂縫可分為收縮縫、溶蝕縫等成巖縫和構(gòu)造縫(圖2e,f)，是火山巖被有效溶蝕改造的重要滲流通道。

3.2 LTNA實(shí)驗(yàn)

3.2.1 孔隙形態(tài)特征

LTNA實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層樣品屬于Ⅳ類吸附等溫線，在P/P0>0.45時(shí)存在明顯的回滯環(huán)[12-13]?；販h(huán)的形狀可推斷多孔介質(zhì)的孔隙形態(tài)，根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)對(duì)回滯環(huán)的分類[12]，樣品1回滯環(huán)屬于典型的H3型，回滯環(huán)最小，對(duì)應(yīng)孔隙為狹縫型孔，由片狀顆粒的非剛性聚集體(如高嶺石)形成；樣品7、8和9回滯環(huán)屬于典型的H2型，回滯環(huán)最大，對(duì)應(yīng)為墨水瓶型孔；樣品4、5和6回滯環(huán)與H2型回滯環(huán)接近，回滯環(huán)較大，反映孔隙以墨水瓶型孔為主；樣品2和3回滯環(huán)與H3型接近，回滯環(huán)較小，反映孔隙以狹縫型孔為主(圖3)。因此，從樣品1到樣品9，小于200 nm的孔隙墨水瓶型孔比例逐漸升高。

3.2.2 比表面積與孔體積特征

不同火山巖樣品的比表面積以及總孔體積存在較大差異(表2)，比表面積分布在0.58～20.46 m2/g，平均為6.34 m2/g；總孔體積在0.006 4～0.049 3 mL/g，平均為0.0234 mL/g；比表面積和總孔體積整體上呈正相關(guān)，孔體積接近的樣品，墨水瓶型孔的比例越高，其比表面積越大(表1)。比表面積和孔體積與各礦物含量關(guān)系相似，隨石英含量的增加有先增加后減少的趨勢(shì)，與斜長(zhǎng)石和輝石呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與片沸石有一定正相關(guān)關(guān)系，與粘土礦物和碳酸鹽礦物含量關(guān)系不明顯(圖4)。

3.2.3 孔徑分布計(jì)算模型的選取

BJH模型和DFT模型是利用LTNA實(shí)驗(yàn)計(jì)算多孔材料孔徑分布最廣泛的模型，其中BJH模型可利用吸附支或脫附支數(shù)據(jù)進(jìn)行孔徑分布的計(jì)算[14-16]。本次對(duì)不同模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，以期選取適合計(jì)算火山巖孔徑分布的模型。從圖5可以看出，從樣品2～9，利用脫附支計(jì)算的孔徑分布會(huì)在3～8 nm的范圍產(chǎn)生一系列峰，而該峰在吸附支BJH模型和DFT模型的計(jì)算結(jié)果中并未出現(xiàn)，說明該峰是一個(gè)假峰。前人研究認(rèn)為假峰的出現(xiàn)主要是受Tensile Strength Effect(TSE)的影響，而墨水型孔是造成TSE的重要原因[17]，從樣品1～9，墨水瓶型孔的比例越來越高，其假峰也越明顯。DFT模型與吸附支BJH模型獲得孔徑分布總體較為接近，但DFT模型在分子水平上描述在狹窄孔道內(nèi)流體的吸附和相行為，因此，其獲得的孔徑分布更加準(zhǔn)確[15]。綜上，本文采用DFT模型計(jì)算的孔徑分布結(jié)果。由圖5可以看出，利用DFT模型計(jì)算的孔徑分布主要呈半峰和單峰特征，峰位在大于20 nm的范圍，說明孔體積主要由20 nm以上的孔隙貢獻(xiàn)。

圖3 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層吸附-脫附等溫曲線Fig.3 Adsorption-desorption isotherm curves of the volcanic weathering crust reservoir in the C2k in Santanghu Basina.樣品ND110-1，油跡玄武巖；b.樣品M19-2，熒光安山巖；c.樣品M38-3，油跡玄武巖；d.樣品M38-4，油斑玄武巖；e.樣品ND110-5， 熒光火山角礫巖；f.樣品M25-6，油跡玄武巖；g.樣品ND110-7，玄武巖；h.樣品M19-8，油斑安山巖；i.樣品ND110-9，熒光玄武巖

圖4 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼樣品各礦物含量與LTNA實(shí)驗(yàn)獲得比表面積、總孔體積的關(guān)系Fig.4 Mineral contents vs.specific surface area and total pore volume derived from LTNA experiments on the volcanic weathering crust samples taken from the C2k in Santanghu Basina.石英;b.斜長(zhǎng)石;c.碳酸鹽礦物;d.片沸石;e.輝石;f.粘土礦物

圖5 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層基于LTNA實(shí)驗(yàn)采用不同模型計(jì)算孔徑分布對(duì)比Fig.5 The comparison of pore size distributions calculated by different models based on LTNA experiment on the volcanic weathering crust samples taken from the C2k in Santanghu Basina.樣品ND110-1;b.樣品M19-2;c.樣品M38-3;d.樣品M38-4;e.樣品ND110-5;f.樣品M25-6;g.樣品ND110-7;h.樣品M19-8;i.樣品ND110-9

3.3 高壓壓汞實(shí)驗(yàn)

圖6a展示了所有樣品的進(jìn)汞-退汞曲線特征，在壓力較低階段(壓力<0.1 MPa，對(duì)應(yīng)孔直徑>15 μm)仍有部分進(jìn)汞，進(jìn)汞飽和度分量多在7%左右。根據(jù)巖心觀察以及鑄體薄片裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，氣孔尺寸多在幾十微米甚至毫米級(jí)別的大小，微裂縫多在8～50 μm的范圍(圖2，圖6)。因此，推測(cè)這部分進(jìn)汞可能與火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層發(fā)育氣孔以及微裂縫有關(guān)。

由高壓壓汞曲線可以看出(圖6)，進(jìn)汞曲線可以分為3類：一類為樣品1，進(jìn)汞曲線沒有明顯的水平段，從2～200 MPa為一個(gè)緩的斜坡，表明孔喉分選差；第二類包括樣品4和9，在30 MPa以下存在一個(gè)斜坡段，30 MPa以上是一個(gè)近水平段，孔喉分選較差；其余樣品為第三類，進(jìn)汞曲線整體偏向右上方，主進(jìn)汞段在30 MPa以上，近水平，孔喉分選較好，但排替壓力明顯高于前兩類(表2)。

壓汞探測(cè)的平均孔隙半徑在7～402 nm，平均為68 nm(表2)，表明火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層整體孔喉較小?？缀砼c分選系數(shù)表現(xiàn)出極好的正相關(guān)，說明分選越差，平均孔喉半徑越大，這是因?yàn)榛鹕綆r風(fēng)化殼儲(chǔ)層以小孔喉為主，分選越好，孔喉半徑分布越集中在小孔喉，相反，分選越差，孔喉分布范圍越寬，大孔喉比例增加，平均孔喉半徑也相應(yīng)增加。樣品進(jìn)汞飽和度高，在83.61%～94.69%，平均值為90.03%，與平均孔喉半徑和分選系數(shù)均有一定正相關(guān)關(guān)系。但退汞效率低，在24.26%～44.91%，平均為35.42%(表2)，分析發(fā)現(xiàn)，平均孔喉半徑越大、分選越差，退汞效率越低。前人研究認(rèn)為多孔介質(zhì)中未退出的汞多被限制在墨水瓶孔隙中[18]，暗示火山巖的孔喉系統(tǒng)更多的是由墨水瓶型孔組成。

圖6 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層HPMI曲線Fig.6 HPMI curves of the volcanic weathering crust reservoir in the C2k in Santanghu Basina.所有樣品HPMI曲線；b. ND110-1樣品巖心照片；c. M19-2樣品單偏光鑄體薄片照片

井號(hào)樣號(hào)深度/mLTNA數(shù)據(jù)HPMI數(shù)據(jù)SBET/(m2·g-1)Dav/nmVN2/(mL·g-1)rav/nm分選系數(shù)SHg max/%We/%pd/MPaND11011 781.580.5853.350.006 4882.2187.8024.262.05M1921 537.222.6530.810.020 4141.1194.3141.4913.79M3831 775.164.6825.560.029 9141.1493.3230.7113.77M3841 684.779.6417.270.041 64022.8893.4732.430.26ND11051 752.196.3216.020.021 6171.3485.6844.9113.77M2562 217.922.0423.620.010 0140.7583.6140.9141.35ND11071 757.054.3419.990.019 3121.1394.6933.1013.77M1981 540.532.0526.970.012 1111.1184.6337.9213.79ND11091 748.9320.469.640.049 3441.9692.7933.082.74M38101 777.72———291.6187.7632.225.50M40111 799.92———131.2090.6223.1713.78M29122 442.43———4571.2092.2740.510.26

注：SBET，Dav和VN2分別指LTNA實(shí)驗(yàn)獲得的BET比表面積、平均孔直徑和總孔體積；rav，SHg max，We和pd分別指HPMI實(shí)驗(yàn)獲得的平均孔隙半徑、最大進(jìn)汞飽和度、退汞效率和排替壓力。

3.4 全孔徑分布特征

嘗試將LTNA實(shí)驗(yàn)和HPMI實(shí)驗(yàn)獲得的孔徑分布進(jìn)行拼接，以獲取火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層的全孔徑分布特征。如何拼接兩個(gè)實(shí)驗(yàn)得到的孔徑分布是獲得全孔徑分布的關(guān)鍵，可根據(jù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的孔徑分布變化趨勢(shì)來確定最佳拼接點(diǎn)。不同實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的dV-孔徑分布變化趨勢(shì)受實(shí)驗(yàn)采樣間隔影響較大，本次采用參數(shù)dV/dD來反映孔徑分布的變化趨勢(shì)，主要因?yàn)閐V/dD-孔徑分布曲線與任意兩個(gè)孔徑圍成的面積代表的是這個(gè)孔徑范圍的孔體積，這樣可以消除實(shí)驗(yàn)采樣間隔對(duì)孔徑分布變化趨勢(shì)的影響。

對(duì)比LTNA和HPMI在重疊區(qū)(7.35～150 nm)的孔徑分布(圖7)可以看出：在重疊區(qū)所有樣品的HPMI孔體積遠(yuǎn)高于LTNA孔體積，這主要是由二者的實(shí)驗(yàn)原理不同及特殊的孔隙形狀造成的[19-20]。HPMI獲得是喉道大小及其控制的孔隙體積，而LTNA綜合表征孔隙和喉道大小分布，從前面的討論可知，火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層墨水瓶型孔比較發(fā)育，墨水瓶型孔發(fā)育導(dǎo)致HPMI獲得“瓶頸”(即喉道)范圍的孔體積明顯高于LTNA，也進(jìn)一步說明火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層喉道相對(duì)較小，多在100 nm以下。因此，本項(xiàng)研究的全孔徑分布全部保留了LTNA獲得的孔徑分布，對(duì)于其無法探測(cè)的部分采用HPMI數(shù)據(jù)。

全孔徑分布顯示火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層以納米級(jí)孔隙為主，然而巖心觀察和鑄體薄片可見到微米級(jí)氣孔和裂縫，它們?cè)谶M(jìn)汞曲線上表現(xiàn)在低壓進(jìn)汞階段，其進(jìn)汞飽和度分量?jī)H有7%左右(圖6)，對(duì)應(yīng)的孔體積低，但它們孔徑范圍較寬(幾十微米到毫米級(jí))，導(dǎo)致在孔徑分布上表現(xiàn)為dV/dD值極低。

圖7 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層不同實(shí)驗(yàn)孔徑分布對(duì)比Fig.7 The comparison of pore size distributions obtained by different experiments for the volcanic weathering crust reservoir in the C2k in Santanghu Basina.樣品ND110-1;b.樣品M19-2;c.樣品M38-3;d.樣品M38-4;e.樣品ND110-5;f.樣品M25-6;g.樣品ND110-7;h.樣品M19-8;i.樣品ND110-9

4 討論

4.1 孔喉結(jié)構(gòu)演變機(jī)制

礦物組成的差異導(dǎo)致巖石差異性成巖演化，從而決定了火山巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)及物性的優(yōu)劣。研究區(qū)火山巖多為基性玄武巖和中性安山巖，礦物成分主要由斜長(zhǎng)石、輝石、自生沸石和自生粘土礦物組成?；鹕綆r先后經(jīng)歷了Ⅰ期冷凝成巖階段、Ⅰ期巖漿期后熱液作用階段、Ⅰ期風(fēng)化淋濾作用階段、Ⅱ期冷凝成巖階段、Ⅱ期巖漿期后熱液作用階段、Ⅰ期埋藏成巖作用階段、Ⅱ期風(fēng)化淋濾作用階段、Ⅱ期埋藏成巖作用階段。

冷凝成巖階段是氣孔、收縮縫和自碎縫等原生孔縫(圖2d,e和圖8e,f)形成的時(shí)期。原生氣孔孔徑相對(duì)較大，多為微米—毫米級(jí)別，但彼此孤立，連通性較差，很難成為有效儲(chǔ)集空間，而收縮縫和自碎縫可成為后期改造過程中的重要滲流通道。

巖漿期后熱液作用階段發(fā)生各種熱液蝕變作用、水化作用、充填作用和脫玻化作用。其中，火山巖中的輝石組分在堿性環(huán)境下易發(fā)生蝕變，失去大量Fe2+，Ca2+和Mg2+，為綠泥石形成提供了物質(zhì)來源[21-22]，多充填于原生孔隙中(圖8a,b)，此過程是體積縮小的過程，導(dǎo)致微米級(jí)孔隙減少，納米級(jí)孔隙增加?；鹕讲Ａз|(zhì)或斜長(zhǎng)石晶體水化和蝕變會(huì)產(chǎn)生的大量SiO2及K+，Na+，Ca2+等離子，在pH(9.1～9.9)較高及適當(dāng)?shù)腃O2分壓時(shí)[22-24]，這些離子會(huì)從溶液中沉淀形成沸石充填于原生孔隙中(圖8a,f,g)，此過程是體積增加的過程，造成微米原生孔隙迅速降低。在火山巖發(fā)生堿性熱液蝕變后，會(huì)在堿性蝕變層位之上排硅形成次生石英(圖8c,d)，導(dǎo)致微米級(jí)孔隙降低，同時(shí)產(chǎn)生一些納米級(jí)石英晶間孔，造成孔隙度降低[25]。由圖9d也可以看出，石英與孔隙度具有一定負(fù)相關(guān)關(guān)系。該階段總體上以充填作用為主，使火山巖中的微米級(jí)原生孔隙數(shù)量減少以及孔徑變小，同時(shí)在蝕變和充填的過程中納米級(jí)孔隙的比例在增加，總體表現(xiàn)為孔隙度和滲透率降低。

圖8 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層鏡下主要成巖作用Fig.8 The major diagenesis of the volcanic weathering crust reservoir in the C2k under SEM in Santanghu Basina. M19井,埋深1 540.42 m,輝石和斜長(zhǎng)石均發(fā)生不同程度蝕變,見綠泥石和沸石充填氣孔,普通薄片單偏光; b. M19井,埋深1 565.75 m,綠泥石充填氣孔,普通薄片單偏光;c. ND110井,埋深1 781.58 m,自生石英,SEM; d. M38井,埋深1 684.77 m,自生石英,SEM; e. ND9-10井,埋深1 555.21 m,示頂、底構(gòu)造,鑄體薄片單偏光;f. ND9-10井,埋深1 555.21 m,示頂、底構(gòu)造,鑄體薄片單偏光;g. ND9-10井,埋深1 433.1 m,濁沸石杏仁被強(qiáng)烈溶蝕,鑄體薄片單偏光; h. ND9-10井,埋深1 555.15 m,沿溶蝕縫網(wǎng)的沸石杏仁體溶孔,鑄體薄片單偏光; i. ND9-10井, 埋深1 464.45～1 464.75 m,低角度網(wǎng)狀縫及孔洞組合,巖心照片

風(fēng)化淋濾作用階段：C2k火山巖風(fēng)化殼主要形成于兩個(gè)階段：①由于C2k火山巖為陸上噴發(fā)形成，在火山噴發(fā)結(jié)束至下一期火山噴發(fā)之前(即間歇期)，暴露于地表，火山巖遭受風(fēng)化淋濾；②在中-晚三疊世受區(qū)域擠壓應(yīng)力控制，馬朗凹陷局部抬升，在半干旱氣候下，經(jīng)受沉積間斷，使C2k火山巖遭受風(fēng)化淋濾。風(fēng)化淋濾作用使火山巖儲(chǔ)集性能明顯改善，形成火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層?；鹕綆r風(fēng)化殼可劃分為5層結(jié)構(gòu)，從上往下依次為粘土層、水解帶、淋濾帶、崩解帶和母巖，其中淋濾帶儲(chǔ)層物性最好，其次為崩解帶，均可成為有效儲(chǔ)層[3-4,8,11,26-28]。因此，距離風(fēng)化面的遠(yuǎn)近直接影響儲(chǔ)層物性的好壞。由圖10可以看出，滲透率和距風(fēng)化殼頂面距離沒有明顯關(guān)系，而孔隙度隨著距離的增加先增大后減小。上述現(xiàn)象也證實(shí)了火山巖風(fēng)化殼分層結(jié)構(gòu)的存在，其中有效儲(chǔ)層大致發(fā)育在距離風(fēng)化殼頂面18～63 m的范圍，但不同井略有不同，如ND9-10井，其有效儲(chǔ)層主要發(fā)育在距離風(fēng)化殼頂面18～40 m的范圍，主要是因?yàn)椴煌帢?gòu)造位置不同，遭受風(fēng)化淋濾的程度存在差異。同時(shí)，同一口井在距風(fēng)化殼頂面相近的火山巖物性也有很大差異，這可能與火山巖原始組分有差異導(dǎo)致。前面分析可知，斜長(zhǎng)石蝕變可以生成沸石，輝石蝕變易形成綠泥石，然而在風(fēng)化淋濾作用下沸石易遭受溶蝕形成次生溶蝕孔隙(圖2c和圖8g,h)，而綠泥石較難改造(圖8a,b)[22,27]。由圖9可以看出，研究區(qū)火山巖孔隙度與輝石和斜長(zhǎng)石含量呈明顯負(fù)相關(guān)，與沸石具有極好的正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)斜長(zhǎng)石與沸石展現(xiàn)出極好的負(fù)相關(guān)性，說明沸石溶蝕是火山巖儲(chǔ)層品質(zhì)改善的關(guān)鍵，且沸石主要是由斜長(zhǎng)石蝕變形成。同時(shí)，基質(zhì)的普遍溶蝕(圖2a,h)，形成了大量納米級(jí)孔隙，對(duì)孤立的氣孔、斑晶溶孔等起到了很好的溝通作用。

圖9 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層各礦物含量與孔隙度關(guān)系及斜長(zhǎng)石與沸石含量關(guān)系Fig.9 Relationships between porosity and mineral contents of the volcanic weathering crust reservoir in the C2k in Santanghu Basina—f.分別為輝石、沸石、斜長(zhǎng)石、石英、粘土礦物及碳酸鹽礦物含量與孔隙度關(guān)系；g.斜長(zhǎng)石與沸石含量關(guān)系

埋藏成巖作用階段是火山巖隨周圍沉積物一起埋藏所經(jīng)歷的各種物理、化學(xué)變化，C2k火山巖埋深多小于2 000 m，屬于淺埋成巖階段，火山巖經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、烴類充注和有機(jī)酸的弱溶蝕作用等。此階段壓實(shí)作用對(duì)火山巖物性影響不大，膠結(jié)作用在一定程度上損害了儲(chǔ)層的物性，但早期沸石及方解石膠結(jié)為晚期風(fēng)化淋濾作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。C2k火山巖的油源來自于C2h炭質(zhì)泥巖[6,29]，其生成的有機(jī)酸多被緊鄰的C2h火山巖消耗。因此，相對(duì)于風(fēng)化淋濾作用，C2k火山巖受有機(jī)酸溶蝕改造比較微弱。

綜上，火山巖原始礦物組分中，輝石含量越低、斜長(zhǎng)石含量越高，在巖漿期后熱液作用階段形成低含量綠泥石和高含量沸石，為后期火山巖有效溶蝕改造提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，使儲(chǔ)層品質(zhì)變好，這一關(guān)系與礦物組成與LTNA總孔體積的關(guān)系具有相似性，側(cè)面反映了火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層以納米級(jí)孔隙為主。

4.2 孔喉結(jié)構(gòu)與含油性關(guān)系

對(duì)于樣品5和7氣測(cè)滲透率很高，大于8×10-3μm2，但錄井和測(cè)井解釋均為非油層，而樣品1和4氣測(cè)滲透率較低，試油結(jié)果卻為油層(表3)，這一現(xiàn)象與常識(shí)明顯不符。這主要是因?yàn)椴糠只鹕綆r樣品成巖縫和構(gòu)造縫較為發(fā)育(圖2e,f)，導(dǎo)致氣測(cè)滲透率遠(yuǎn)高于基質(zhì)滲透率，而基質(zhì)滲透率的高低控制著儲(chǔ)層供油能力，即基質(zhì)滲透率越高，儲(chǔ)層成為油層的概率越大。因此，如何評(píng)價(jià)基質(zhì)滲透率的高低成為判定儲(chǔ)層能否成為油層的關(guān)鍵。

圖10 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層物性和與風(fēng)化殼頂面距離的關(guān)系Fig.10 The relationship between physical properties of the volcanic weathering crust reservoir in the C2k and the distance from the top surface of weathering crust in Santanghu Basina.孔隙度；b.滲透率

井號(hào)樣號(hào)巖性深度/m錄井解釋測(cè)井解釋試油結(jié)果含油性綜合分析ND1101灰色油跡玄武巖1 781.58油層油層油、水同層M192灰綠色熒光安山巖1 537.22油層差油層干層(含油)M383灰色油跡安山巖1 775.16差油層差油層差油層M384灰色油斑玄武巖1 684.77油層油層油層ND1105灰色熒光火山角礫巖1 752.19干層差油層未試油M256灰色油跡玄武巖2 217.92差油層差油層低產(chǎn)含油、水層ND1107灰色玄武巖1 757.05干層差油層未試油M198灰綠色油斑安山巖1 540.53油層差油層干層(含油)ND1109灰綠色熒光玄武巖1 748.93干層差油層未試油M3810灰色油跡安山巖1 777.72差油層差油層差油層M4011灰色熒光火山角礫巖1 799.92差油層干層未試油M2912灰色熒光角礫巖2 442.43油層油層低產(chǎn)油層

借助壓汞實(shí)驗(yàn)，前人將SHg/pc的最大值稱為Swanson參數(shù)，對(duì)應(yīng)的孔隙半徑為rapex。Swanson參數(shù)假設(shè)所有控制滲透率的連通孔隙在此點(diǎn)已被汞完全充滿[30-31]，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的rapex是小尺寸且連通不好的孔喉到大尺寸且連通性好的孔喉的轉(zhuǎn)折點(diǎn)[30,32]。同時(shí)，前人研究發(fā)現(xiàn)Swanson參數(shù)和rapex均與滲透率呈現(xiàn)極好的正相關(guān)性，常用它們來校正未修正的氣測(cè)滲透率[31,33]。因此，可以利用Swanson參數(shù)和rapex來反映基質(zhì)滲透率的高低。

如圖11所示，在SHg/pc與SHg的曲線圖中的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的SHg/pc值即Swanson參數(shù)，并把獲得的rapex標(biāo)定到累計(jì)滲透率貢獻(xiàn)曲線上發(fā)現(xiàn)：大于rapex的孔喉對(duì)滲透率的累計(jì)貢獻(xiàn)均在85%以上，且rapex越大，這部分孔隙占總孔體積的比例越小，說明儲(chǔ)層品質(zhì)越好，少量連通的大孔喉就對(duì)儲(chǔ)層滲透率有很大貢獻(xiàn)，而儲(chǔ)層品質(zhì)越差，以小孔喉系統(tǒng)為主體，這部分孔喉需累計(jì)足夠多的體積(>35%)才能形成有效滲流網(wǎng)絡(luò)。

圖11 三塘湖盆地C2k火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層Swanson曲線、累計(jì)滲透率貢獻(xiàn)曲線及孔喉半徑分布Fig.11 Swanson curves,camulative permeability contribution curves,and the pore throat radius distribution of the C2k crust reservoir weathered in Santanghu Basina—c.分別為SHg/pc與SHg的關(guān)系圖;d—f.孔喉半徑對(duì)滲透率貢獻(xiàn)圖;a和d為樣品ND110-1;d和e為樣品M38-4，c和f為樣品ND110-5

圖12 三塘湖盆地不同含油產(chǎn)狀火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層Swanson參數(shù)與rapex(a)和孔隙度(b)關(guān)系Fig.12 Swanson curves,rapex and porosity characteristics of the volcanic weathering crust reservoir with different oil-bearing occurrences in Santanghu Basin

從上面的分析可知，Swanson參數(shù)和rapex均能很好地反映基質(zhì)滲透率的大小。如圖12所示，Swanson參數(shù)與火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層含油性關(guān)系最好，其次是rapex，而孔隙度與風(fēng)化殼儲(chǔ)層含油性的關(guān)系最差。分析可知，rapex僅反映了儲(chǔ)層的滲流特征，無法體積現(xiàn)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，孔隙度則相反；而Swanson參數(shù)反映的是SHg/pc的最大值，里面既包含了孔徑信息(pc)又考慮了孔體積信息(SHg)，因此，與火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層含油性關(guān)系最好。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Swanson參數(shù)大于2時(shí)，儲(chǔ)層為油層或油水同層；Swanson參數(shù)介于0.86和2之間時(shí)，表現(xiàn)為差油層；Swanson參數(shù)小于0.86時(shí)，儲(chǔ)層多為干層。 綜上，Swanson參數(shù)可作為指示儲(chǔ)層含油性的關(guān)鍵參數(shù)，可為有利區(qū)的優(yōu)選提供指導(dǎo)作用。

5 結(jié)論

1) 火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層主要發(fā)育溶蝕孔、殘余氣孔、晶間孔、裂縫四類儲(chǔ)集空間，孔隙形態(tài)上表現(xiàn)為以墨水瓶型孔為主，孔徑上以納米孔隙為主。

2) 火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層品質(zhì)的優(yōu)劣及微納米儲(chǔ)集空間的演變是其原始礦物組成和成巖作用共同作用的結(jié)果。冷凝成巖階段是微米級(jí)原生孔隙大量發(fā)育的階段，但孔隙較為孤立；巖漿期后熱液作用階段是微米級(jí)原生孔被大量充填和納米孔隙增加的時(shí)期；風(fēng)化淋濾作用階段火山巖得到有效改造，此過程形成大量的微納米溶隙，使火山巖成為有效儲(chǔ)層。

3) 火山巖滲透率受基質(zhì)和裂縫雙重控制，Swanson參數(shù)和rapex可以很好地揭示基質(zhì)滲透率的高低。其中，Swanson參數(shù)與火山巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層含油性具有極好的相關(guān)性，其值越大，儲(chǔ)層含油性越好。