中圖分類號(hào)：P588.1;P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：The tuff lava of the Yingcheng Formation in the Yingshan fault depression of the Songliao basin is characterized by ultra-low porosity and low permeability. In order to characterize the nanometer to micron multiscale reservoir space and evaluate qualitatively and quantitatively，the factors influencing tuff lava reservoir development in the Yingcheng Formation are discussed. Based on core observation and thin section identification，combined with FE-SEM，LTNA，HPMI， CPMI，and NMR，the micropore characteristics of the Yingcheng Formation tuff lava were characterized qualitatively and quantitatively at multiple scales.The results show that：The tuflava of the Yingcheng Formation is mainly composed of vitric debris and rhyolitic debris. The reservoir space types are mainly devitrification pore， feldspar dissolved pore，and ilite intercrystaline pore. A great number of secondary pores and fissures are formed during the devitrification process，and provide about 66.8% of pore volume，which is vital to improving the reservoir physical properties.

Key words： tuff lava; microstructure; pore type; reservoir; Yingcheng Formation; Yingshan fault depression;Songliao basin

0 引言

盆地發(fā)育早期通常伴隨著強(qiáng)烈的火山活動(dòng)，凝灰?guī)r作為普林尼式火山活動(dòng)的主要產(chǎn)物，在我國(guó)的多個(gè)含油氣盆地深層均有發(fā)現(xiàn)[1-2]。受火山碎屑成分、壓實(shí)膠結(jié)及后期成巖改造等因素的影響，凝灰?guī)r儲(chǔ)層通常低孔低滲、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜[3-5]，常規(guī)儲(chǔ)層刻畫方法難以實(shí)現(xiàn)凝灰?guī)r儲(chǔ)層微納米級(jí)的精細(xì)描述。近年來(lái)，隨著油頁(yè)巖和致密砂巖等非常規(guī)致密油氣資源的快速勘探開(kāi)發(fā)，許多高精度實(shí)驗(yàn)方法被應(yīng)用到儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征當(dāng)中[6-8]，實(shí)現(xiàn)了微觀孔隙結(jié)構(gòu)不同尺度的定性定量描述及儲(chǔ)層孔隙全孔徑聯(lián)合表征[9-10]。本次研究以松遼盆地鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖為研究對(duì)象，借鑒致密儲(chǔ)層全孔徑表征方法，綜合利用巖心觀察、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE一SEM）、低溫氮?dú)馕剑↙TNA）、高壓壓汞（HPMI）、恒速壓汞（CPMI）及核磁共振（NMR）等儲(chǔ)層分析技術(shù)，開(kāi)展納米級(jí)到微米級(jí)多尺度儲(chǔ)集空間刻畫及定性定量評(píng)價(jià)，探討松遼盆地鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖儲(chǔ)層發(fā)育的影響因素，以期為火山碎屑熔巖類儲(chǔ)層精細(xì)刻畫提供基礎(chǔ)。

研究區(qū)地質(zhì)概況

鶯山斷陷位于松遼盆地北部深層構(gòu)造東南斷陷區(qū)（圖1a），勘探面積 5076km² ，走向近南北向，基底主要由燕山期花崗巖構(gòu)成，盆地充填包括斷陷期與坳陷期兩套地層序列[11-12]。下部斷陷期地層（火石嶺組—營(yíng)城組）受北部蒙古—鄂霍茨克洋[13]和東部太平洋2個(gè)活動(dòng)陸緣帶共同作用，導(dǎo)致區(qū)域性伸展和大規(guī)模裂陷，形成同裂谷期火山-沉積序列[1]鶯山斷陷是繼徐家圍子斷陷深層火山巖儲(chǔ)層勘探的重點(diǎn)突破領(lǐng)域[14-15]，先后部署多口探井，其中YS2井、YS4井營(yíng)城組火山巖壓裂獲得 （4.6～5.4）×10⁴ m³/d 工業(yè)氣流，展示了鶯山斷陷營(yíng)城組火山巖良好的天然氣勘探前景[16]。本次研究的目的層段營(yíng)城組厚度為 150～1500m ，主要由火山巖構(gòu)成，共分為三段，其中營(yíng)城組一段與營(yíng)城組三段縱向上分屬3個(gè)噴發(fā)旋回（圖1b）?；鹕綆r類型包括火山碎屑巖、火山熔巖、火山碎屑熔巖和沉火山碎屑巖等4種類型，巖相以噴溢相和爆發(fā)相為主。

2 實(shí)驗(yàn)樣品和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本次實(shí)驗(yàn)的流紋質(zhì)凝灰熔巖樣品分別來(lái)自鶯山斷陷YS1井和YS2井鉆遇的營(yíng)城組火山巖巖心（圖2a、b）。樣品YS1-1為凝灰熔巖，灰綠色，致密塊狀，具火山碎屑熔巖結(jié)構(gòu)?；鹕剿樾加删?、巖屑與塑變玻屑構(gòu)成。晶屑體積分?jǐn)?shù)約為 45% ，主要為次棱角狀斜長(zhǎng)石（圖2c）及石英晶屑，斜長(zhǎng)石發(fā)生輕微蝕變；巖屑體積分?jǐn)?shù)約為 25% ，主要為花崗巖巖屑（圖2d）；玻屑體積分?jǐn)?shù)約為 30% ，主要為條紋狀塑性玻屑，沿粒徑較大的斜長(zhǎng)石晶屑邊緣彎曲變形，形成假流紋構(gòu)造。樣品YS2-1為凝灰熔巖，灰白色，致密塊狀，具火山碎屑熔巖結(jié)構(gòu)?；鹕剿樾贾饕刹Ｐ寂c巖屑構(gòu)成。玻屑體積分?jǐn)?shù)約為 75% ，大部分已脫?；癁殚L(zhǎng)英質(zhì)礦物；巖屑體積分?jǐn)?shù)約為 25% ，主要為玻基流紋巖（圖2e），塑性熔漿膠結(jié)，環(huán)狀冷凝收縮縫發(fā)育（圖2f）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡采用日本JEOLJSM—7900F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，最高分辨率 0.1nm 。巖石樣品拋光后，表面噴涂 0.8nm 金層，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集二次電子、背散射電子，同時(shí)結(jié)合能譜儀進(jìn)行點(diǎn)成分分析。

低溫氮?dú)馕讲捎妹绹?guó)MicromeriticsASAP2460全自動(dòng)氣體吸附儀。將巖石樣品研磨粉碎0.18～0.25mm ，在 -195.8°C，97.3～127.0kPa 條件下，以氮?dú)鉃槲劫|(zhì)進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)通過(guò)吸附和解吸2個(gè)過(guò)程[17]，可量化分析 2～ 50nm 范圍內(nèi)孔隙分布特征。

圖1鶯山斷陷及鄰區(qū)構(gòu)造單元（a）和營(yíng)城組地層序列（b）

Fig.1Tectonicunits （a）and Yingcheng Formationstratigraphic framework （b）of Yingshanfault depresion and adjacent are

高壓壓汞采用美國(guó)MicromeriticsAutoPoreN9505孔隙分析儀，最大進(jìn)汞壓力為 200.00MPa ，可測(cè)最小孔隙半徑為 3.67nm 。在室溫下，通過(guò)測(cè)量不同外壓下汞的注入量來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)孔徑及孔體積[18]

恒速壓汞采用美國(guó)CoretestASPE730恒速壓汞儀，最高進(jìn)汞壓力為 6.21MPa ，高分辨率的壓力感應(yīng)及采集設(shè)備可以分辨 6.895Pa 。將直徑為2.5cm 的巖心樣品抽真空后浸泡在汞液中，在室溫條件下以 5×10^-5mL/min 恒定的進(jìn)汞速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)算相應(yīng)的不同尺寸的孔隙和喉道的直徑大小[19]

核磁共振采用英國(guó)OXFORDMARAN2巖心核磁儀，使直徑 2.5cm 的巖柱在鹽水中達(dá)到飽和，執(zhí)行參數(shù)為CPMG脈沖系列，回波間隔 0.3ms ，等待時(shí)長(zhǎng)6s。通過(guò)橫向弛豫時(shí)間 T₂ 表征多孔介質(zhì)流體的賦存特征[20]，從而反映出巖石內(nèi)部孔隙空間的發(fā)育情況[21-23]

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.1 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)

綜合鏡下薄片、鑄體薄片和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)凝灰熔巖發(fā)育晶間微孔、脫玻化孔、溶蝕孔、冷凝收縮縫等4類不同類型儲(chǔ)集空間（圖3）。其中：晶間微孔多為納米一微米級(jí)伊利石晶間微孔，孔隙多呈狹縫型，相互之間連通性較差（圖3a）。脫?；壮史涓C狀分布，發(fā)育在玻璃質(zhì)流紋巖屑與玻屑中，孔徑介于 1～5μm （圖3b、c）之間。溶蝕孔呈孤

圖2鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖巖石學(xué)特征及成巖改造特征

圖3鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖儲(chǔ)集空間類型

3.2 氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)得樣品的氮?dú)馕?脫附曲線如圖 4a，b 所示，滯后回環(huán)的形態(tài)均比較符合國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IUPAC）的分類標(biāo)準(zhǔn)[13]，但存在一些差別，反映火山巖孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，巖樣的滯后回環(huán)可歸屬于多個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)之間的情況。樣品YS1-1吸附回環(huán)范圍較窄，吸附曲線與脫附曲線呈近平行，在相對(duì)壓力為0.90時(shí)，兩曲線均出現(xiàn)拐點(diǎn)，并呈快速上升趨勢(shì)，但整體上吸附量較少?；販h(huán)形態(tài)與巖石中的孔隙形態(tài)存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系[24-25]，樣品YS1-1曲線形態(tài)與IUPAC中H4相似，表明其微孔類型對(duì)應(yīng)狹縫型，對(duì)應(yīng)黏土礦物中的晶間孔。樣品YS2-1吸附回環(huán)較寬大，在相對(duì)壓力小于0.50時(shí)，吸附曲線和脫附曲線幾乎重合，在相對(duì)壓力接近0.61時(shí)，吸附量迅速增加，吸附曲線呈下凹狀。而氮?dú)饷摳竭^(guò)程中，在相對(duì)壓力低于0.51時(shí)，脫附量快速下降，之后趨于穩(wěn)定。曲線形態(tài)介于IUPAC中的H2與H3型回滯環(huán)之間，對(duì)應(yīng)楔形—狹縫型和“墨水瓶狀”的孔隙，狹縫型孔隙類型上述提及，“墨水瓶狀\"孔隙主要由于樣品中粒徑較大的脫?；妆缓笃谛纬傻牡V物切割成多個(gè)微孔，導(dǎo)致部分脫玻化孔在黏土礦物富集處孔徑驟然減小，從而形成“墨水瓶狀”孔隙。

利用BJH模型脫附曲線（圖4c）得到的孔徑分布曲線在 4nm 處具有一個(gè)明顯假峰，而造成這一現(xiàn)象是由于發(fā)生凝聚和蒸發(fā)時(shí)的液面情況不同[26]因此，需通過(guò)吸附數(shù)據(jù)中不同孔徑所對(duì)應(yīng)的孔體積來(lái)分析樣品中納米級(jí)孔隙孔徑分布特征（圖4d）。樣品YS1－1孔體積分布曲線變化趨勢(shì)較平緩，樣品YS2-1納米級(jí)孔隙分布呈單峰式分布，峰值分布在 2～4nm 之間，提供大量孔容，峰值后呈緩慢下降趨勢(shì)，各孔徑所對(duì)應(yīng)的孔體積均遠(yuǎn)高于樣品YS1-1.

3.3 高壓壓汞實(shí)驗(yàn)

高壓壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5a所示。從圖5a中可見(jiàn)兩樣品呈現(xiàn)較大差異。樣品YS1－1排驅(qū)壓力高，為 48.23MPa ，中值壓力為 198.53MPa ，最大進(jìn)汞飽和度為 50.49% ，退汞效率僅為 12.02% ，進(jìn)汞曲線雖在 82.70～200.32MPa 具有明顯水平段，但對(duì)應(yīng)孔徑僅為 0.009～0.004μm 。樣品YS2-1排驅(qū)壓力為 0.27MPa ，屬低排驅(qū)，中值壓力增幅較大，為

圖4鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)結(jié)果

137.88MPa ，最大進(jìn)汞飽和度為 68.18% ，退汞效率為 42.39% ，進(jìn)汞曲線可分為兩段：第一段為 0.40～ 103.40MPa ，斜率大，表明該范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的孔徑0.01～2.75μm 分選較差；第二段為 103.40～172.00 MPa ，近水平，對(duì)應(yīng)孔徑區(qū)間為 0.004～0.010μm 。樣品YS1-1與YS2-1相比退汞曲線呈快速下降趨勢(shì)，根據(jù)前人[27]研究認(rèn)為，這是由于小孔的屏蔽效應(yīng)所造成，表明樣品YS1-1孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

根據(jù)Washburn方程[18]得到孔徑與壓力的關(guān)系，即可得到對(duì)應(yīng)的孔徑分布。通過(guò)將2件典型樣品的毛細(xì)管壓力曲線轉(zhuǎn)化為孔徑分布曲線分析（圖5b）表明，二者曲線形態(tài)在納米級(jí)范圍內(nèi)有一定程度相似，均在孔徑小于 0.010μm 時(shí)，進(jìn)汞飽和度增量隨孔徑的減少呈快速上升趨勢(shì)。但樣品YS2-1孔徑分布范圍較寬，曲線形態(tài)波動(dòng)性較強(qiáng)，在 0.010～ 10.000μm 范圍內(nèi)明顯比樣品YS1－1具有更多的儲(chǔ)集空間。

3.4 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)

恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線如圖6所示。樣品YSl-1與樣品YS2－1喉道進(jìn)汞飽和度曲線與總體進(jìn)汞飽和度曲線趨勢(shì)基本一致，總體進(jìn)汞飽和度分別為 10.29% 與 14.25% ，孔隙進(jìn)汞飽和度曲線接近平直。其中樣品YS1－1孔隙進(jìn)汞飽和度僅為0.84% ，表明樣品中喉道起主要控制作用。

通過(guò)對(duì)樣品的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)分布圖（圖7）分析可知，樣品 YS1-1與樣品 YS2-1孔隙半徑主要分布在 100.00～260.00μm 之間（圖7a）；喉道半徑分布方面，樣品 YS1－1相對(duì)均勻分布（圖 7b），樣品YS2-1從右向左呈上升趨勢(shì)，在 1.37μm 達(dá)到峰值;孔喉比方面，樣品YS1-1孔喉比僅為 4.00～ 40.00（圖7c），而樣品YS2-1孔喉比區(qū)間跨度達(dá)20.00～320.00 。

3.5 核磁共振實(shí)驗(yàn)

根據(jù)測(cè)算飽和水巖石樣品中氫核強(qiáng)度而建立的

圖5鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖高壓壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線

圖7鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)分布

T₂ 譜曲線形態(tài)與孔喉結(jié)構(gòu)存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，理論上講， T₂ 譜弛豫時(shí)間越長(zhǎng)代表孔徑越大的孔隙[23]。其中： T₂ 弛豫時(shí)間介于 0.01～10.00ms 之間的曲線形態(tài)反映的是微一細(xì)孔喉在致密巖樣中的分布情況；介于 10.00～100.00ms ；之內(nèi)反映的是中—細(xì)孔喉的分布狀況；而大于 100.00ms 時(shí)，曲線形態(tài)反映的是在致密砂巖樣品中粗大孔喉的分布情況[28]。樣品YS1-1與樣品YS2-1核磁孔隙度分別為 2.08% 與 3.13% ，由圖8可見(jiàn)樣品YS1－1與樣品YS2－1均呈現(xiàn)單峰特征，但數(shù)值主要分布區(qū)間存在一定差異。其中，樣品 YS2-1中微—細(xì)孔喉占比高達(dá) 90.42% ，而樣品YS1-1中 0.01～ 10.00ms 和 10.00～100.00ms 所對(duì)應(yīng)的微一細(xì)孔喉和中一細(xì)孔喉分別占總孔喉空間的 60.80% 與32.26% 。

圖8鶯山斷陷營(yíng)城組凝灰熔巖核磁共振 T₂ 分布 Fig.8NMR T₂ distribution oftuff lava ofYingcheng Formation in Yingshan fault depression

4討論

鶯山斷陷凝灰熔巖的儲(chǔ)集空間主要由晶間微孔、脫?；?、溶蝕孔、冷凝收縮縫等4類不同大小的儲(chǔ)集空間構(gòu)成（圖3）。為了定量評(píng)價(jià)不同類型的儲(chǔ)集空間對(duì)總孔隙的貢獻(xiàn)，借鑒岳慶友26提出的儲(chǔ)集空間全孔徑表征方法，聯(lián)合利用氮?dú)馕?、高壓壓汞和恒速壓汞?shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建出凝灰熔巖的全孔徑曲線。對(duì)凝灰熔巖的微觀孔隙進(jìn)行定量表征。本次研究選取低溫氮?dú)馕綔y(cè)定數(shù)據(jù)孔徑 2～50nm 部分、高壓壓汞測(cè)定數(shù)據(jù)孔徑 0.05～0.12μm 部分和恒速壓汞孔徑 gt;0.12μm 部分，構(gòu)建出每個(gè)樣品的全孔徑曲線（圖9），并以 5nm 和 10μm 為界限劃分為微孔、中孔及宏孔等3個(gè)孔隙區(qū)間[26]。

由研究區(qū)凝灰熔巖的全孔徑分布曲線（圖9）可知，研究區(qū)的孔隙孔徑主要分布在 8～100nm ，0.5～20μm，100～260μm 之間。低溫氮?dú)馕綄?duì)孔隙的有效表征區(qū)間為 0.35～400nm ，高壓壓汞對(duì)孔隙的有效表征區(qū)間為 3nm～1 000μm^[29] ，恒速壓汞則可以表征孔徑在 0.12μm 以上的孔隙[30]。高壓壓汞基本可以覆蓋凝灰熔巖的全部有效孔隙范圍。同時(shí)，微納米級(jí)孔隙具有較好的連通性及數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，對(duì)儲(chǔ)層的孔滲性能至關(guān)重要，可利用低溫氮?dú)馕礁玫乇碚骷{米級(jí)儲(chǔ)集空間。綜合考慮時(shí)效性及經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為聯(lián)用低溫氮?dú)馕胶透邏簤汗?種測(cè)試方法，對(duì)研究區(qū)凝灰熔巖的微觀孔隙進(jìn)行表征具有較好的效果。

樣品YS2－1中孔徑介于 0.4～13μm 之間的中孔提供了近 66.8% 的孔容，主要為脫?；祝⒖着c宏孔分別貢獻(xiàn)了 13.5% 與 19.7% ，分別為伊利石晶間微孔和長(zhǎng)石溶蝕孔。樣品YS1-1孔徑分布主要集中在 1～30μm 之間，主要為斑點(diǎn)狀長(zhǎng)石溶蝕孔與脫玻化孔，晶間微孔和長(zhǎng)石溶蝕孔等微孔與宏孔的貢獻(xiàn)幾乎可忽略不計(jì)?？紤]到2個(gè)樣品的碎屑成分差異，樣品YS2－1中的碎屑成分主要為玻屑和?；骷y巖巖屑（圖2b），普遍發(fā)生脫?；欢鴺悠?YS1-1中碎屑成分主要為石英晶屑和花崗巖巖屑（圖2a），可發(fā)生脫玻化作用的玻屑體積分?jǐn)?shù)偏小，導(dǎo)致其總孔容明顯低于樣品YS2－1。

凝灰熔巖中玻璃質(zhì)脫?；^(guò)程是一個(gè)近乎等容變化過(guò)程，當(dāng)火山玻璃脫?；纬砷L(zhǎng)英質(zhì)微晶時(shí)，由于晶體密度增大，其理論增孔約為 13.2%^[31] 。慶深氣田的勘探結(jié)果表明，脫?；饔眯纬傻奈⒖紫对趲r石薄片中的面孔率可達(dá) 7%～13%^[32] 。此外，脫?；^(guò)程也有利于長(zhǎng)石類礦物的黏土礦化，形成長(zhǎng)石斑晶溶蝕孔。熔結(jié)作用的存在使得凝灰熔巖具備較高抗壓實(shí)能力，有利于脫?；椎却紊紫兜谋４妗１敬窝芯堪l(fā)現(xiàn)，脫?；讓?duì)凝灰熔巖中總孔容貢獻(xiàn)在 23.6%～66.8% 之間，因此，鶯山斷陷凝灰熔巖的脫?；饔脤?duì)其儲(chǔ)集物性的改善至關(guān)重要。含玻屑、槳屑的?；胰蹘r是高溫火山物質(zhì)淬火快速冷凝固結(jié)的產(chǎn)物，在火山機(jī)構(gòu)的侵出相帶和噴溢相的下部常見(jiàn)[33-34]。受益于后期脫玻化作用影響，這些含玻璃質(zhì)成分的火山碎屑熔巖具有成為儲(chǔ)層甜點(diǎn)的巨大潛力。

5結(jié)論

1）利用氮?dú)馕?、高壓壓汞及恒速壓汞的?shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)孔徑測(cè)試范圍進(jìn)行聯(lián)立，實(shí)現(xiàn)了凝灰熔巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)全孔徑微觀量化表征。脫玻化孔和斑點(diǎn)狀溶蝕孔貢獻(xiàn)了凝灰熔巖的主要孔容。

2）脫?；饔脤?duì)玻璃質(zhì)火山碎屑巖的儲(chǔ)層物性改善明顯，發(fā)生脫?；饔玫哪胰蹘r樣品微米級(jí)孔隙孔體積分?jǐn)?shù)高，脫?；鬃鳛橹饕膬?chǔ)集空間，有利于火山巖儲(chǔ)層的形成。

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