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渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素

王保全 王志萍 汤国民 于喜通

王保全,王志萍,汤国民,等. 渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素[J]. 海洋地质前沿,2020,36(8):36-42 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.007
引用本文: 王保全,王志萍,汤国民,等. 渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素[J]. 海洋地质前沿,2020,36(8):36-42 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.007
WANG Baoquan, WANG Zhiping, TANG Guomin, YU Xitong. CHARACTERISTICS OF MESOZOIC VOLCANIC RESERVOIR ROCKS AND THEIR MAIN CONTROLLING FACTORS IN THE CENTRAL BOHAI SEA[J]. Marine Geology Frontiers, 2020, 36(8): 36-42. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.007
Citation: WANG Baoquan, WANG Zhiping, TANG Guomin, YU Xitong. CHARACTERISTICS OF MESOZOIC VOLCANIC RESERVOIR ROCKS AND THEIR MAIN CONTROLLING FACTORS IN THE CENTRAL BOHAI SEA[J]. Marine Geology Frontiers, 2020, 36(8): 36-42. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.007

渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素

doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.007
基金项目: 国家科技重大专项“渤海海域勘探新领域及关键技术研究”(2016ZX05024-003)
详细信息
    作者简介:

    王保全(1982—),男,硕士,工程师,主要从事石油地质综合研究工作. E-mail:wangbq2@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: P744.4;TE122.2

CHARACTERISTICS OF MESOZOIC VOLCANIC RESERVOIR ROCKS AND THEIR MAIN CONTROLLING FACTORS IN THE CENTRAL BOHAI SEA

  • 摘要: 以海域最新钻探成果为基础,基于岩心、薄片及物性分析等资料,明确了渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征,并探讨了优质储层形成的主控因素。结果表明:研究区火山岩储层储集空间包括原生气孔、溶蚀孔以及裂缝,其中溶蚀孔与构造裂缝是主要的储集空间类型;优势岩相、断裂活动以及风化作用共同控制了优质储层的形成,其中近火山口爆发相带储集物性最好,大型断裂持续活动形成的裂缝是优质储层形成的关键,而长期的风化淋滤使储层得到进一步改善。优选断裂带附近火山口相带进行钻探可有效减低火山岩勘探风险。
  • 图  1  渤海海域中部地区中生界火山岩平面分布图

    Figure  1.  The spatial distribution of Mesozoic volcanic rocks in the Central Bohai Sea

    图  2  火山岩岩性分布图

    Figure  2.  Distribution of volcanic rocks

    图  3  渤海海域火山岩中生界典型岩性特征

    Figure  3.  The typical lithological characteristics of volcanic rocks in the Bohai Sea area

    图  4  中生界火山岩储集空间类型

    Figure  4.  Reservoir space type of Mesozoic volcanic rocks

    图  5  孔隙度与渗透率相关统计图

    Figure  5.  Correlation of porosity and permeability

    图  6  火山岩相与孔隙度关系统计

    Figure  6.  Relationship between volcanic rock facies and porosity of volcanic rocks

    图  7  渤海旅大构造火山岩相与储层关系

    Figure  7.  The relationship between volcanic facies and reservoir in the LvDa structure

    图  8  中生界断裂与火山岩渗透率分布关系图

    Figure  8.  Distribution relationship between Mesozoic faults and permeability of volcanic rocks

    图  9  渤海中生界火山岩储集物性与风化壳关系

    Figure  9.  Correlation between porosity and the thickness of weathering crust of volcanic rocks in well B13-9

    表  1  火山岩相统计

    Table  1.   Statistics of volcanic rock facies

    岩相亚相厚度百分比
    I火山通道 I3隐爆角砾岩 \ \
    I2次火山岩 80 3.83%
    I1火山颈 \ \
    II爆发相 II3热碎屑流 141.65 6.78%
    II2热基浪 301.5 14.44%
    II1空落 103 4.93%
    III喷溢相 III3上部 277.85 13.30%
    III2中部 158.46 7.59%
    III1下部 1 005.44 48.15%
    IV侵出相 IV3外带 \ \
    IV2中带 \ \
    IV1内带 \ \
    V火山沉积岩相 V3凝灰岩夹煤沉积 \ \
    V2再搬运火山碎屑沉积岩 20.45 0.98%
    V1含外碎屑火山碎屑沉积岩 \ \
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-19
  • 网络出版日期:  2020-08-17
  • 刊出日期:  2020-08-28

渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素

doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.007
    基金项目:  国家科技重大专项“渤海海域勘探新领域及关键技术研究”(2016ZX05024-003)
    作者简介:

    王保全(1982—),男,硕士,工程师,主要从事石油地质综合研究工作. E-mail:wangbq2@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: P744.4;TE122.2

摘要: 以海域最新钻探成果为基础,基于岩心、薄片及物性分析等资料,明确了渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征,并探讨了优质储层形成的主控因素。结果表明:研究区火山岩储层储集空间包括原生气孔、溶蚀孔以及裂缝,其中溶蚀孔与构造裂缝是主要的储集空间类型;优势岩相、断裂活动以及风化作用共同控制了优质储层的形成,其中近火山口爆发相带储集物性最好,大型断裂持续活动形成的裂缝是优质储层形成的关键,而长期的风化淋滤使储层得到进一步改善。优选断裂带附近火山口相带进行钻探可有效减低火山岩勘探风险。

English Abstract

王保全,王志萍,汤国民,等. 渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素[J]. 海洋地质前沿,2020,36(8):36-42 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.007
引用本文: 王保全,王志萍,汤国民,等. 渤海海域中部地区中生界火山岩储层特征及主控因素[J]. 海洋地质前沿,2020,36(8):36-42 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.007
WANG Baoquan, WANG Zhiping, TANG Guomin, YU Xitong. CHARACTERISTICS OF MESOZOIC VOLCANIC RESERVOIR ROCKS AND THEIR MAIN CONTROLLING FACTORS IN THE CENTRAL BOHAI SEA[J]. Marine Geology Frontiers, 2020, 36(8): 36-42. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.007
Citation: WANG Baoquan, WANG Zhiping, TANG Guomin, YU Xitong. CHARACTERISTICS OF MESOZOIC VOLCANIC RESERVOIR ROCKS AND THEIR MAIN CONTROLLING FACTORS IN THE CENTRAL BOHAI SEA[J]. Marine Geology Frontiers, 2020, 36(8): 36-42. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.007
    • 随着油气勘探程度的提高,火山岩油气藏已成为我国东部中、新生代陆内裂谷盆地油气勘探的重要领域[1-5],松辽盆地[6-8]、渤海湾盆地[9-12]等均在火山岩中发现工业油气流,证实了该领域巨大的勘探潜力。从20世纪70年代开始至今,渤海油田陆续发现了428W、锦州20-2、渤中22-2、秦皇岛30-1等多个火山岩油气藏或含油气构造[13-17]。渤海海域中部地区在中生界火山岩中业已有良好的油气发现。前人对渤海地区火山岩岩性、岩相开展了大量的研究,但对储层的特征,尤其是优质储层的控制因素还不清楚,严重制约了火山岩优质储层的预测及勘探部署。

      本次研究依托海域最新钻探成果,基于岩心、测井、薄片、物性分析以及地震资料,通过对渤海海域中部中生界典型火山岩发育区储层特征及其主控因素的分析,揭示火山岩储层的分布规律,以期为该区火山岩油气藏的勘探提供有效指导。

    • 渤海海域位于渤海湾盆地东部,东邻胶辽隆区,西为黄骅坳陷的延伸,南与济阳坳陷相连,北与下辽河坳陷相连,是渤海湾盆地的重要组成部分,其大地构造位置属华北板块的东部,区内断裂构造广泛发育,郯庐断裂贯穿该区整个东部,同时存在NW向张家口-蓬莱断裂带。中生代本区进入活动性较强的裂谷盆地发育阶段,郯庐断裂带以及张家口-蓬莱断裂带发生左旋走滑,断裂带内部的走滑拉张盆地中发生多次岩浆活动,尤其是晚侏罗世至早白垩世出现了强烈的火山活动[18]。特别是早白垩世期间,形成了分布范围广泛、厚度较大的火山岩(图1),是目前渤海海域火山岩油气藏勘探的主力层系。

      图  1  渤海海域中部地区中生界火山岩平面分布图

      Figure 1.  The spatial distribution of Mesozoic volcanic rocks in the Central Bohai Sea

    • 采用王璞珺火山岩的3级分类方案[19],对研究区14口井中生界火山岩岩性进行统计分类。按火山岩结构及成因分类,研究区内发育火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩以及沉火山碎屑岩4大类;按岩石常量元素化学成分分类,主要包括中性、基性、中基性3类。综合矿物成分、特征结构、火山碎屑粒级及其比例确定了6种岩石类型,包括玄武岩、安山岩、粗面岩/粗面安山岩、安山质(溶结)凝灰/角砾/集块熔岩、玄武质凝灰//角砾/集块岩以及沉凝灰岩等。其中以火山熔岩类中的安山岩最为发育,火山碎屑岩中的凝灰岩次之(图2)。

      图  2  火山岩岩性分布图

      Figure 2.  Distribution of volcanic rocks

      玄武岩多为黑色,具间粒结构,局部嵌晶含长结构,基质内基性斜长石组成的三角格架内充填多颗粒状辉石和磁铁矿,辉石晶粒发育,多数呈颗粒状分布于格架间,但局部重结晶后形成嵌晶含长结构。部分辉石有绿泥石化现象。岩石成分除板条状基性斜长石、辉石和磁铁矿外,绿泥石较发育,主要是充填早期气孔后形成杏仁体(图3a)。

      安山岩多为灰色、灰褐色,岩石几乎全由基质组成,基质为玻晶交织结构,短轴状、板条状、针状、发状斜长石微晶和隐晶质成分定向排列,偶见长石斑晶,具环带结构或绿泥石化。黄铁矿呈集合体状或团块状分布于岩石中。部分安山岩气孔发育,气孔被绿泥石半充填或全充填(图3bc)。

      火山角砾岩具火山角砾结构,主要由粒径>2 mm的火山角砾、粒径为0.5~2 mm的岩屑以及角砾间凝灰质组成。火山角砾与岩屑成分一致,角砾间被凝灰质半充填。岩石孔隙较发育,分布较均,主要见砾间孔和气孔,砾间孔多被绿泥石半充填或全充填,孔径0.3~1.4 mm;气孔主要分布在砾间凝灰质内,孔径细小,孔径0.05~0.1 mm(图3de)。

      凝灰岩具凝灰结构,岩石由火山灰、岩屑和长石、石英、云母晶屑组成。部分凝灰岩长石晶屑碳酸盐化,火山灰脱玻化。岩石孔隙发育较差,偶见晶间溶孔(图3f)。

    • 按照火山岩相的“岩性-组构-成因”分类方案[16],对本区火山岩相进行统计分析(表1),结果表明各种岩相分布不均匀。其中以喷溢相最多,占钻井揭示火山岩的70%;其次为爆发相,占26%;火山沉积相占3.8%。亚相同样分布不均匀,以喷溢相的下部亚相为主,占48.15%;其次为爆发相的热基浪亚相,占14.44%。火山岩相和亚相之间的依存关系(相序)是认识和刻画火山岩相的重要内容,本区相序类型较为简单,多以喷溢相作为一个喷发旋回的开始,主要有:①喷溢相→爆发相(占比65.6%);②爆发相→喷溢相(占比14.7%);③喷溢相→火山沉积相(占比11.8%);④喷溢相→爆发相→火山沉积(占比4%);⑤爆发相→火山沉积相(占比3.9%)。以喷溢相→爆发相相序为主也正反映了中基性火山岩喷发特征。

      图  3  渤海海域火山岩中生界典型岩性特征

      Figure 3.  The typical lithological characteristics of volcanic rocks in the Bohai Sea area

      表 1  火山岩相统计

      Table 1.  Statistics of volcanic rock facies

      岩相亚相厚度百分比
      I火山通道 I3隐爆角砾岩 \ \
      I2次火山岩 80 3.83%
      I1火山颈 \ \
      II爆发相 II3热碎屑流 141.65 6.78%
      II2热基浪 301.5 14.44%
      II1空落 103 4.93%
      III喷溢相 III3上部 277.85 13.30%
      III2中部 158.46 7.59%
      III1下部 1 005.44 48.15%
      IV侵出相 IV3外带 \ \
      IV2中带 \ \
      IV1内带 \ \
      V火山沉积岩相 V3凝灰岩夹煤沉积 \ \
      V2再搬运火山碎屑沉积岩 20.45 0.98%
      V1含外碎屑火山碎屑沉积岩 \ \
    • 根据岩心和岩石薄片观察分析,火山岩储层储集空间类型按成因可划分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝3大类,按结构可进一步细分为7亚类,其中主要的储集空间以次生孔隙与裂缝为主。

      原生孔隙包括原生气孔、砾间孔、格架孔等3亚类。原生气孔多呈椭圆状、拉长状,但大量气孔中后期常充填自形石英、绿泥石、沸石及方解石,形成残余孔,一定程度上降低了孔隙的储集能力(图4a)。砾间孔多见于火山角砾岩中,火山角砾间孔隙被凝灰质半充填,残留部分砾间孔(图4b)。格架孔主要发育于火山碎屑岩中,以岩石颗粒之间的孔隙为主,包括粒间孔(图4c)与晶间孔。原生孔隙类型受岩性亚相控制。

      次生孔隙主要包括各种类型的溶蚀孔隙,如基质溶孔和砾内溶孔等2个亚类。基质溶孔多发育于矿物的解理缝、杏仁体的边缘或气孔壁以及火山基质中微晶长石内,包括基质溶孔(图4d)晶间溶孔(图4e)、粒间溶孔(图4f),粒内溶孔等。砾内溶孔主要发育于火山角砾岩内,火山角砾中斑晶或晶屑被溶蚀产生的孔隙,如斑晶溶孔(图4g)等。

      裂缝按成因可分为构造缝、溶蚀缝。构造缝多为高角度的剪切缝以及中低角度的张裂缝,延续性较好,缝宽>0.05 mm的裂缝多被绿泥石、方解石等充填或半充填,缝宽<0.05 mm都未被充填,是有效裂缝(图4h)。溶蚀缝主要表现为对构造缝的溶蚀改造,缝宽多为0.05~0.1 mm,裂缝可以作为溶蚀水的通道,增加了孔隙溶蚀的几率,从而提高了孔隙性。孔隙与裂缝的有效匹配提高了储层的储渗能力(图4i)。

      图  4  中生界火山岩储集空间类型

      Figure 4.  Reservoir space type of Mesozoic volcanic rocks

    • 统计区内火山岩孔隙度及渗透率,认为孔隙度主要分布在5%~20%间,其中以15%~20%分布范围最广,占29.91%,其次为5%~10%,占25.23%,再其次为10%~15%,占21.5%,大于孔隙度20%的最少,仅占11.22%,平均孔隙度为14.86%,平均渗透率为0.94×10−3 μm2,根据赵澄林制定的辽河盆地火山岩储层分类标准[17],该区火山岩储层为中高孔—低渗储层。本区火山岩孔隙度与渗透率相关系数为0.5363,二者相关性较好,但个别点二者相关性较差(图5),如QHD30A-1井在3 391 m渗透率达到3.54×10−3 μm2,这是由于该区裂缝和溶蚀孔隙发育,裂缝的发育不仅促进了孔隙的溶蚀,同时也提高了孔隙的连通性。

      图  5  孔隙度与渗透率相关统计图

      Figure 5.  Correlation of porosity and permeability

    • 火山岩的物性与岩性、岩相的密切相关。岩性是其他因素作用于火山岩储层物性的物质基础,不同的岩性具有不同的孔隙度和渗透率[20]。而不同的岩性又发育于不同的火山岩相之中,因此火山岩储层的物性和储集空间类型主要受到火山岩相和火山岩亚相的控制[21]。通过孔隙度与岩性、岩相关系的统计(图6)已知,火山岩中不同岩性具有不同的孔隙度,孔隙度从大到小排序为:凝灰熔岩>凝灰岩>粗面岩>玄武岩>安山岩;不同岩相孔隙度亦不同,孔隙度从大到小排序为:爆发相>火山沉积相>喷溢相。可见爆发相的火山岩储集物性好于喷溢相。

      图  6  火山岩相与孔隙度关系统计

      Figure 6.  Relationship between volcanic rock facies and porosity of volcanic rocks

      渤海LD构造钻遇同一火山机构的两口井储层发育特征悬殊。BH-A井钻遇爆发相-侵出相带,主要的岩性以引爆角砾岩为主,地震相上具有明显的杂乱反射特征。该井储层物性好,测试产能超过1 000 m3/d;而与之处于同一构造部位的BH-B井钻遇溢流相,岩性以安山岩为主,尽管岩石原始气孔发育,但后期多被充填为杏仁,且裂缝不发育,故储层物性差,表明相同构造区火山岩优质储层确实受岩相控制(图7)。

      图  7  渤海旅大构造火山岩相与储层关系

      Figure 7.  The relationship between volcanic facies and reservoir in the LvDa structure

    • 构造作用与火山岩储层分布不存在直接关系,但是构造作用产生的走滑断裂和基底深大断裂控制了火山机构的分布,并且控制了构造裂缝的发育分布,从而间接影响了火山岩储层有利区带的分布。

      侏罗世末至早白垩世初,太平洋板块向欧亚大陆下俯冲,使中国东部浅层地壳处于伸展状态,郯庐断裂带表现为拉张性质[22]。郯庐断裂带控制大规模晚侏罗世—早白垩世的火山喷发和岩浆活动。火山岩多沿郯庐走滑断裂带和张蓬断裂带分布(图1),断裂带附近火山岩以近源喷溢相和爆发相为主,远离断裂带岩性逐渐为火山-沉积相为主。更为重要的是,断裂的多期活动产生的构造裂缝对岩石的渗透率具有极大的改善,统计了已钻井渗透率与距离主干断裂的距离的关系,结果表明,岩石的渗透率与距离断裂的远近具有明显的关系,6 km以内渗透率值多在10×10−3 μm2以上,最大可达30×10−3 μm2。而当钻井距离离断裂较远,则渗透率呈指数迅速降低(图8)。

      图  8  中生界断裂与火山岩渗透率分布关系图

      Figure 8.  Distribution relationship between Mesozoic faults and permeability of volcanic rocks

    • 经统计有油气显示的8口井资料,可以看出,油气分布与不整合面有密切关系。盆地内优质储层大部分分布在距不整合面0~120 m范围内(图9)。火山岩储层孔隙度以潜山面为起点,随深度增加而增加,孔隙度在距潜山顶面40~50 m处达到最大,随后孔隙度逐渐减小,在距潜山顶面近180 m的地方减小到5%以下(图9)。

      图  9  渤海中生界火山岩储集物性与风化壳关系

      Figure 9.  Correlation between porosity and the thickness of weathering crust of volcanic rocks in well B13-9

      不整合面附近地下水溶蚀作用加强,不整合面本身侵蚀量的大小和持续时间的长短决定了附近溶蚀作用影响储层的深度。持续时间越长,剥蚀量越大,则溶蚀作用影响深度越大。此外,溶蚀作用还与古地形坡度有关,地形陡不利于形成巨厚熔岩体系,而坡度平缓有利于岩溶作用的发育。中生界火山岩顶部为潜山顶面,经历了长达数亿年的风化、淋滤和溶蚀作用。在平缓的地区容易形成广泛岩溶的地区。如渤中13油田,中生界潜山为2条基底断裂夹持的地垒,潜山地貌为“馒头”山,有利于岩溶作用向深部发育,所以岩溶储层发育深度大于BZ6井。

      风化作用进行的程度与火山岩岩性岩相具有重要的关系。火山岩岩性岩相对储层的影响,主要表现在岩性对风化的控制作用,风化作用首先是可以形成溶蚀孔隙,在后期构造应力作用下形成的各种裂缝又可作为溶液的活动渠道导致裂缝发育处溶蚀作用也强。其次,风化溶蚀作用也形成风化裂缝,常与溶蚀孔和构造裂缝交错相连,将岩石切割成大小不同的碎块。

    • (1)研究区火山岩储层发育多种类型的储集空间类型,由于原生气孔多被充填为杏仁,主要的储集空间以溶蚀孔与构造裂缝等次生储集空间为主。

      (2)中生界火山岩优质储层受岩相-断裂-风化共同控制,其中近火山口相带为优质储层的形成奠定了物质基础,断裂活动形成的裂缝是优质储层形成的关键,而长期的风化淋滤进一步优化了储集物性。

      (3)建议将近断层、近火山口相带的中生界圈闭作为下一步勘探的主要方向,可有效降低勘探风险。

参考文献 (22)

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