王緒誠，陳維濤，何 葉，劉漢卿，王文勇

中海石油(中國)深圳分公司，廣東 深圳 518000

盆地火山巖是油氣儲集的重要巖類之一，勘探歷史悠久[1-4]。我國陸上含油氣盆地火山巖勘探開發(fā)程度較高，對火山巖巖相、火山機構(gòu)研究較為深入[5-13]。如松遼盆地劃分火山巖相為5相15亞相，準噶爾盆地二疊系、三塘湖盆地二疊系與石炭系火山巖巖相對儲層的控制作用等[5-10]?；鹕綑C構(gòu)是指一定時間范圍內(nèi)的、來自于同噴發(fā)源的火山物質(zhì)，圍繞火山源區(qū)堆積所形成并具有一定形態(tài)和共生組合關(guān)系的各種火山作用產(chǎn)物的總和。唐華風(fēng)等[14]根據(jù)火山巖巖石結(jié)構(gòu)、巖石化學(xué)成分、地層結(jié)構(gòu)、火山外形等條件，對火山機構(gòu)進行了詳細劃分。以火山口為中心，火山機構(gòu)可分為火山口相帶、近火山口相帶與遠火山口相帶，徐家圍子斷陷火山巖勘探證實，火山機構(gòu)中心部位是深層油氣主要聚集帶[2]。代春萌等[15]指出滴南凸起石炭紀火山機構(gòu)控制火山儲層及氣藏分布；王立武等[16]通過鉆、測井資料刻畫德惠斷陷火山機構(gòu)并指出有利儲層發(fā)育位置。

1980年代，珠江口盆地東部第一口合作井在惠西南地區(qū)鉆遇新生代早期火山巖，錄井見到較好的油氣顯示，巖心裂隙中見油斑與油跡，顯示出火山巖良好的油氣勘探前景[17]。受制于水深影響，海域火山巖勘探開發(fā)成本較高，過去三十多年中鉆井數(shù)量較少，鮮有火山巖巖相、火山機構(gòu)相關(guān)研究報道。近年來通過對火山巖巖性、巖相分析，推動了火山巖勘探進程。圍繞富生烴的惠州26洼，在惠西南地區(qū)先后探索了惠州21、惠州75及惠州71等火山巖(圖1)。鉆探表明，古新世末巖漿噴發(fā)、冷凝固結(jié)于中生代結(jié)晶基底之上[18]，經(jīng)歷短暫表生暴露后，于始新世中期進入陸相裂陷階段，火山巖被斷陷早期沉積物覆蓋、保存下來。與陸上盆地火山巖相比，惠西南地區(qū)火山巖形成時代較新，受后期剝蝕與構(gòu)造變動改造、破壞程度較弱，火山機構(gòu)往往保存較好，形成原位火山巖油氣藏。然而目前缺乏對珠江口盆地古新世火山巖儲集空間與火山機構(gòu)、巖相間關(guān)系的探討，對火山巖有利儲層的主控因素研究相對薄弱。本文通過惠西南地區(qū)古新世火山機構(gòu)特征及成因入手，分析火山機構(gòu)對優(yōu)質(zhì)儲層分布的控制作用，以期為研究區(qū)深層火山巖下一步勘探部署提供依據(jù)。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷(a)及研究區(qū)位置(b)與基底結(jié)構(gòu)(c)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

2 火山機構(gòu)特征及形成機理

有利儲層分布規(guī)律是火山巖油氣藏研究的核心。惠西南地區(qū)古新世火山巖與上覆地層沒有明顯沉積間斷，風(fēng)化淋濾作用不強，因此火山巖有利儲層分布主要受控于原位火山機構(gòu)類型及內(nèi)幕優(yōu)勢巖相。前人通過對松遼盆地徐家圍子斷陷火山機構(gòu)與有利儲層研究認為，火山機構(gòu)中心部位是深部油氣的有利聚集帶；而火山機構(gòu)的建立，通常以火山口相帶(火山通道相、爆發(fā)相)為中心，將近火山口的爆發(fā)相與噴溢相、遠火山口的火山沉積相等按平面組合關(guān)系圈定并形成火山機構(gòu)[2]。因此對火山口外形及相帶精確識別，是火山機構(gòu)刻畫的基礎(chǔ)。本文通過全三維地震資料、測井資料及火山口形態(tài)進行井—震—地貌綜合分析，從而對火山機構(gòu)進行刻畫。根據(jù)現(xiàn)代火山噴發(fā)階段及特征，將惠西南地區(qū)火山口外形分為內(nèi)凹與穹隆兩種類型，分別代表了早—中期強烈火山噴發(fā)和晚期平靜侵出式火山噴發(fā)，對應(yīng)形成層狀和穹隆狀兩種類型火山機構(gòu)。

2.1 層狀火山機構(gòu)

層狀火山機構(gòu)地震剖面特征為內(nèi)凹狀火山口外形，火山通道頂部為蘑菇狀輪廓，分布較為局限，內(nèi)部中—低頻、斷續(xù)—雜亂、中—弱振幅反射特征；火山口外為平行—亞平行、中—低頻、中—強振幅連續(xù)反射，代表席狀、層狀、似層狀爆發(fā)相火山碎屑巖或噴溢相火山熔巖層狀展布。H3井鉆遇惠州75火山機構(gòu)低部位，縱向上巖相為爆發(fā)相—多期噴溢相組合，表層為爆發(fā)相凝灰?guī)r，深部為厚層噴溢相安山巖。測井響應(yīng)方面，爆發(fā)相中子孔隙中等、密度偏低，曲線幅度變化不大；多期噴溢相表現(xiàn)為縱向韻律性變化，深側(cè)向電阻率、中子孔隙、密度周期性升高或降低，與火山噴溢過程中揮發(fā)分不斷向上匯聚形成氣孔帶有關(guān)(圖3)。

圖3 珠江口盆地惠西南地區(qū)惠州75層狀火山機構(gòu)H3井巖性柱狀圖(a)、地震剖面圖(b)、地質(zhì)剖面圖(c)剖面位置見圖1的A測線。

2.2 穹隆狀火山機構(gòu)

穹隆狀火山機構(gòu)地震剖面特征為穹隆狀火山口外形，火山頂內(nèi)幕見高角度斜層流動構(gòu)造，中—低頻、斷續(xù)—雜亂弱反射特征，為典型侵出式噴發(fā)形成的巖穹。巖穹以外為平行—亞平行、中—低頻、中等振幅連續(xù)反射，代表席狀、層狀噴溢相火山熔巖展布?；鹕酵ǖ劳獠啃螒B(tài)呈筒狀，內(nèi)幕反射為雜亂、中—高頻弱振幅反射。研究區(qū)內(nèi)存在2個穹隆狀火山機構(gòu)。H1和H2井鉆遇惠州21火山機構(gòu)頂部，縱向上揭示巖相為大段侵出相或侵出相夾火山通道相，巖性為粗安巖與火山角礫熔巖。侵出相測井響應(yīng)表現(xiàn)為高密度、低中子，曲線較為平直；火山通道相測井響應(yīng)密度略低、中子升高，曲線變化幅度不大(圖4)。

圖4 珠江口盆地惠西南地區(qū)惠州21穹隆狀火山機構(gòu)H1、H2井巖性柱狀圖(a1、a2)、地震剖面圖(b)、地質(zhì)剖面圖(c)剖面位置見圖1的B測線。

惠州71火山在地震剖面上與惠州21火山機構(gòu)有較為相似的穹隆狀外形，火山頂部發(fā)育高角度斜層的黏稠熔巖侵出流動構(gòu)造，火山口邊緣反射較為雜亂，向低部位逐漸過渡為平行—亞平行、連續(xù)性較好、振幅較強的反射特征，代表由侵出相到爆發(fā)相、噴溢相的變化。H4井鉆穿該火山機構(gòu)，巖性為安山巖、凝灰?guī)r及花崗巖。縱向巖相為侵出相—多期噴溢相—噴溢相夾爆發(fā)相組合，表層為侵出相安山巖，地震反射外部形態(tài)與內(nèi)幕特征、測井響應(yīng)及成因機理與惠州21火山機構(gòu)基本一致。中部為多期噴溢相安山巖層，測井曲線表現(xiàn)為韻律性響應(yīng)，中子孔隙、密度、聲波時差周期性升高或降低(圖5)。

圖5 珠江口盆地惠西南地區(qū)惠州71穹隆狀火山機構(gòu)H4井巖性柱狀圖(a)、地震剖面圖(b)、地質(zhì)剖面圖(c)剖面位置見圖1的C測線。

3 火山機構(gòu)內(nèi)幕巖性、巖相特征

研究區(qū)鉆遇火山巖形成年代介于57.5～59.2 Ma[18]之間，為古新世火山噴發(fā)的產(chǎn)物。目前，對于惠西南地區(qū)火山巖巖性主要通過巖石化學(xué)成分TAS圖解分類命名、巖心觀察與薄片鏡下鑒定綜合判斷。根據(jù)前人研究成果，研究區(qū)火山巖全巖主元素主要為中性安山巖、粗安巖等堿性系列，具有高Sr、低MgO、貧Yb等埃達克質(zhì)巖石特征[18]。同時，結(jié)合惠西南地區(qū)火山巖鉆井(圖1)所取巖心、井壁心等實物資料進行觀察與顯微鏡下薄片鑒定，火山巖主要可分為火山熔巖與火山碎屑巖2大類。其中，火山熔巖為巖漿冷凝固結(jié)所形成，包含粗安巖及安山巖，研究區(qū)內(nèi)多口井鉆遇，厚度較大；火山碎屑巖類是具有火山碎屑結(jié)構(gòu)或被熔漿膠結(jié)形成熔結(jié)碎屑結(jié)構(gòu)的火山巖，以凝灰?guī)r分布范圍最廣，厚度變化較大。

火山巖巖相是一定環(huán)境下火山活動產(chǎn)物特征的總稱[24-25]，深入研究不同類型火山機構(gòu)內(nèi)幕有利巖相是識別有利火山巖儲層的基礎(chǔ)。本文采用對松遼盆地酸性火山巖研究總結(jié)的5相15亞相分類方案[5]，將惠西南地區(qū)古新世火山巖分為火山通道相、侵出相、爆發(fā)相及噴溢相。

3.1 火山通道相

H1井鉆遇惠州21粗安質(zhì)角礫熔巖，火山碎屑主要為粗安巖巖屑，粒徑2～64 mm，被熔巖所膠結(jié)，而火山熔巖含量變化較大(10%～90%之間)；巖心可見典型角礫熔巖結(jié)構(gòu)、堆砌構(gòu)造(圖6a)。

3.2 侵出相

惠州21、惠州71火山機構(gòu)頂部均發(fā)育侵出相，其中H1、H2井鉆遇惠州21粗安巖，是介于安山巖與粗面巖之間的中性熔巖，其斜長石與堿性長石含量幾乎相等，斑晶以斜長石為主，基質(zhì)由斜長石、透長石、單斜輝石等組成，常見粗面結(jié)構(gòu)與交織結(jié)構(gòu)，塊狀或杏仁構(gòu)造(圖6b-c)。H4井鉆遇惠州71火山侵出相灰色安山巖，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以斜長石、輝石為主，斜長石斑晶自形發(fā)育聚片雙晶與環(huán)帶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為安山結(jié)構(gòu)(圖6d)。

3.3 爆發(fā)相

惠州71火山底部、惠州75火山表層均有爆發(fā)相安山質(zhì)凝灰?guī)r發(fā)育，巖石中一半以上的火山碎屑物粒徑小于2 mm，具凝灰結(jié)構(gòu)。碎屑物中晶屑成分主要為斜長石，不含石英。同時根據(jù)火山碎屑物種類，可定名為安山質(zhì)晶屑、玻屑凝灰?guī)r(圖6e)。

3.4 噴溢相

噴溢相是研究區(qū)分布最廣、鉆遇進尺最多的巖相，巖性均為安山巖。其中H3井鉆遇惠州75火山低部位，巖石色調(diào)較為復(fù)雜，含灰色、灰綠色、褐紅色與紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以斜長石、輝石為主，斜長石斑晶常具環(huán)帶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)、安山結(jié)構(gòu)，局部可見杏仁體(圖6f-i)。

圖6 珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山巖巖性、巖相特征

4 有利儲層特征及分布

4.1 儲集空間類型

根據(jù)薄片統(tǒng)計，惠西南地區(qū)火山巖儲層儲集空間分為原生儲集空間與次生儲集空間兩種類型，按結(jié)構(gòu)與形成機理[26-28]可進一步劃分為五種亞類。其中原生儲集空間包括粒間孔隙、斑晶炸裂縫等，主要分布于火山口附近的火山通道相、爆發(fā)相以及近火山口的爆發(fā)相、噴溢相中；次生孔縫包括斑晶溶蝕孔、基質(zhì)溶蝕孔、構(gòu)造縫等，與裂陷期構(gòu)造活動密切相關(guān)。

原生儲集空間指巖漿冷卻、固結(jié)成巖過程中形成的原生孔縫。原生孔為凝灰?guī)r霏細結(jié)構(gòu)(圖7a-b)形成的粒間孔隙，原生縫為斑晶炸裂縫(圖7c)，以及噴溢相上部相帶原生氣孔帶被后期熱液填充形成的杏仁體(圖7d)。

在次生成巖作用下，固結(jié)成巖的火山巖經(jīng)歷裂陷期斷層及深部熱液活動而發(fā)生改造作用，原生儲集空間被溶蝕擴大形成新的儲集空間或充填閉合，主要包括溶蝕縫(圖7c)、基質(zhì)溶蝕孔(圖7e)、斑晶與杏仁體溶蝕孔(圖7f)。以溶蝕作用為成因的次生儲集空間基質(zhì)孔隙發(fā)育較好，壁心實測孔隙度為6.7%～16.3%。

4.2 有利儲層分布及控制因素

分析認為，古新世末火山巖經(jīng)歷短暫表生暴露后，于始新世中期被陸相裂陷沉積物覆蓋并保存，其形成時代新、受后期構(gòu)造變動弱的特點決定了火山機構(gòu)保存較好。因此，有利儲層分布則顯著受控于原位火山機構(gòu)特征，表現(xiàn)為“噴發(fā)方式控制火山機構(gòu)類型、火山機構(gòu)控制優(yōu)相展布、優(yōu)相控制有利儲層分布”這一遞進式關(guān)系。

4.2.1 噴發(fā)方式控制火山機構(gòu)類型

惠西南地區(qū)火山機構(gòu)類型主要與噴發(fā)時期和方式有關(guān)。層狀火山機構(gòu)形成于火山噴發(fā)早—中期，火山強烈噴發(fā)導(dǎo)致巖漿內(nèi)壓力下降，巖漿房虧空，火山口附近巖層發(fā)生破裂坍塌，形成塌陷狀火山口地貌；地震反射特征為內(nèi)凹形，代表破火山口形成后巖漿活動隨即停止所形成的地貌特征；爆發(fā)、噴溢而出的火山巖成層分布于火山口外緣，形成層狀火山機構(gòu)。穹隆狀火山機構(gòu)為火山噴發(fā)末期巖漿侵出作用形成，當火山活動早—中期強烈噴發(fā)導(dǎo)致氣液揮發(fā)分快速逸散殆盡，至噴發(fā)末期熔漿黏度變大、流動性差，破火山口形成后，高黏熔漿沿火山通道裂隙緩慢向上擠出地表，形成一套氣孔帶不發(fā)育的致密火山巖層及流動構(gòu)造?；鹕娇陧敳勘桓唣r漿擠出侵占，與下部的火山通道及早期圍巖一道構(gòu)成穹隆狀火山機構(gòu)。

4.2.2 火山機構(gòu)控制優(yōu)相展布

前人研究表明，火山巖儲層非均質(zhì)性極強，火山機構(gòu)中心部位，即火山口附近是油氣資源有利聚集帶[2]，主要表現(xiàn)為火山口、近火山口部位儲層物性要好于遠火山口部位[29]。火山巖優(yōu)質(zhì)相帶常以火山口為中心形成。距離火山口較近的火山口相帶與近火山口相帶在巖石厚度、巖相組合、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原生儲集空間類型等方面具有先天優(yōu)勢，后期易于受到強烈改造，通常儲層物性最好，可作為火山機構(gòu)勘探的有利相帶。

根據(jù)井—震—地貌綜合分析識別惠西南地區(qū)不同類型火山機構(gòu)，有利相帶為火山口與近火山口的火山通道相、爆發(fā)相與噴溢相。

火山口相帶的核心為火山通道相，是由于巖漿房壓力降低導(dǎo)致殘余巖漿無法噴出地表，堆積在火山通道內(nèi)冷凝固結(jié)而形成的巖相。其中火山噴發(fā)早—中期，火山口坍塌、火山角礫原地塌陷堆砌，形成堆砌結(jié)構(gòu)，火山角礫雖然未發(fā)生搬運磨圓，棱角分明，但可作為優(yōu)質(zhì)儲層，儲層物性較好(圖6a)。火山口、近火山口部位火山強烈爆發(fā)形成的火山集塊、火山角礫、火山灰等火山碎屑聚集成爆發(fā)相。其中凝灰?guī)r含有大量不穩(wěn)定玻璃質(zhì)，在埋藏過程中由于溫壓改變而轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的晶質(zhì)，發(fā)生脫玻化作用形成霏細結(jié)構(gòu)，生成大量細微原生粒間或晶間孔隙[30](圖7a)。一般而言，火山噴發(fā)早—中期熔漿因富含揮發(fā)分而流動性較好，若地貌較為平坦，則可形成面積較廣的層狀、席狀噴溢相火山熔巖。其可分為下部、中部及上部亞相，各亞相特征明顯；下部亞相具有淬碎特征，上部亞相由于揮發(fā)分向上逸散而形成氣孔帶，又被后期熱液活動充填為杏仁體。因此，對于研究區(qū)噴溢相而言，相鄰兩期的上部、下部亞相頂?shù)字苯咏佑|，形成原生淬碎縫、原生氣孔上下疊置帶，測井曲線與噴發(fā)期次保持同韻律性響應(yīng)，是較為有利的儲集空間，縱向上多期疊置、平面上層狀展布。根據(jù)以上分析，雖然火山機構(gòu)類型不同，但火山口、近火山口相帶始終是火山噴發(fā)中心部位，原生孔縫發(fā)育較好。

圖7 珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山巖儲集空間類型

本區(qū)穹隆狀火山機構(gòu)以侵出巖相為典型特征，由高黏度熔漿通過火山通道或火山口旁側(cè)裂隙向外緩慢擠出形成。由于侵出作用冷卻—固結(jié)—成巖過程比強烈噴發(fā)時間長，礦物結(jié)晶好、顆粒較粗，巖石均勻致密，孔縫發(fā)育及含油氣性差(圖8)。

圖8 珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世火山巖相分布

4.2.3 優(yōu)相控制有利儲層分布

火山機構(gòu)內(nèi)幕由火山口相帶、近火山口相帶及遠火山口相帶組成，有利儲層主要分布于前2個相帶內(nèi)的火山通道相、爆發(fā)相和噴溢相。巖漿噴發(fā)過程中，由于溫壓條件急劇變化，產(chǎn)生氣孔、炸裂縫、玻璃質(zhì)向晶質(zhì)轉(zhuǎn)化的脫玻化作用，形成多種類型原生儲集空間，原生孔縫組合關(guān)系較好。值得注意的是，研究區(qū)火山噴發(fā)時代與古近紀裂陷期較為接近(間隔約10 Ma)，火山機構(gòu)被裂陷期斷裂活動及熱液流體影響，原生孔縫被激活、改造，連通性增強，同時伴隨強烈溶蝕作用，產(chǎn)生各類新的溶蝕孔縫，包括斑晶、基質(zhì)等溶蝕成孔及各類溶蝕縫；各類原生、次生孔縫受構(gòu)造活動影響而形成油氣輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，儲集物性進一步改善，形成規(guī)模孔—縫型儲集空間。

5 結(jié)論

(1)新生代早期初始裂陷作用伴隨強烈火山噴發(fā)與巖漿活動，形成珠江口盆地惠西南地區(qū)古新世厚層中性火山熔巖與火山碎屑巖。根據(jù)火山噴發(fā)方式的差異，研究區(qū)發(fā)育塌陷狀、穹隆狀兩類火山口地貌，代表火山噴發(fā)早—中期形成的層狀火山機構(gòu)及噴發(fā)末期的穹隆狀火山機構(gòu)。

(2)借助三維地震、測井、鉆井等資料進行井—震—地貌綜合分析認為，火山機構(gòu)內(nèi)幕中心部位，即火山口及近火山口為優(yōu)勢巖相(火山通道相、爆發(fā)相和噴溢相)展布有利部位。穹隆狀火山機構(gòu)頂部為噴發(fā)末期高黏度熔漿擠出地表形成的侵出相巖體，經(jīng)緩慢固結(jié)成巖，礦物結(jié)晶較好，但原生孔縫不發(fā)育，巖石致密，物性較差。

(3)根據(jù)有利巖相展布特征，確定有利儲層分布及儲集空間類型。巖相控制原生孔縫發(fā)育及富集程度，裂陷期斷層及熱液活動對其激活、改造、連通，形成規(guī)?？住p型火山巖油氣儲集層。