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国外火山岩油气藏特征及其勘探方法 伊培荣 Ξ 彭 峰 韩 芸 编译 前 言 随着能源需求的日益增长,石油与天然气的勘探、 开发领域也在不断地扩展。以往认为没 有油气聚集价值的火山岩,如今也成为寻找油气不可忽视的领域之一。 特别是夹于生油岩系中 的火山岩,与沉积岩一样,同样有利于油气聚集和保存。 早在19世纪末20世纪初,古巴、 日本、 阿根廷、 美国等国家均先后发现火山岩油气藏。日本对火山岩油气竭尽全力进行勘探开发,从 50年代中期到80年代已陆续发现了几十个中、 小型火山岩油气藏。 火山岩储集层特征 11 岩石类型 前苏联C1B1 克卢博夫综合分析世界各国含油气盆地的火山岩储集层,将其岩石类型归 纳为三大类。 1 熔岩和熔岩角砾岩 熔岩按其化学成分可划分为玄武岩SiO278 ;熔岩角砾岩 指熔岩角砾被相同成分的熔岩所胶结的岩石。 在阿塞拜疆、 格鲁吉亚陆续发现基性和中性火山熔岩中的油气藏较多。例如,阿塞拜疆穆 腊德汉雷油气田产于白垩系的蚀变基性玄武岩和玄武玢岩和中性安山岩和安山玢岩火山 岩及其风化壳中。 古巴的克里斯塔列斯油气藏也产于破碎的基性和中性火山岩及其风化壳中。 在日本,酸性火山岩中的油气藏较多。 例如,日本新泻县吉井东柏椅气田、 南长岗片贝 气田和见附油田产层位于上第三系的 “绿色凝灰岩” 的流纹岩中。 2 火山碎屑岩 按其碎屑大小可划分为凝灰集块岩、 火山角砾岩、 凝灰砾岩、 砂屑凝灰 岩和粉砂屑凝灰岩。 格鲁吉亚第比利斯萨姆戈里油田产于上中始新统厚达100～150 m的凝灰质砂岩和凝 灰岩中。 阿塞拜疆穆腊德汉雷油田除了在基性中性火山熔岩中含油之外,在裂缝性安山凝灰 岩中也具有工业性原油。 美国内华达州伊格尔泉和特腊普泉油田则产于第三系流纹凝灰岩中。 阿根廷门多萨盆地西部图平加托油田也是火山凝灰岩产层。 1998年特 种 油 气 藏第5卷第2期 Ξ辽河石油勘探局勘探开发研究院 辽宁 盘锦 124010 3 火山碎屑沉积混合型岩石 这是火山碎屑经过搬运与正常沉积物同时沉积的岩 石。按其火山组分的含量可划分为沉积火山碎屑岩火山组分50～90 和火山碎屑沉积 岩火山组分10～50 。 根据碎屑大小相应地划分为砾岩、 砂岩和粉砂结构岩石。 这种储集 岩常与前两种储集岩伴生。 21 火山岩结构类型与储油物性 近年来,许多研究者对千岛堪察加岛孤火山岩类储集层进行了仔细研究。 他们把火山岩 按其碎屑大小和储集物性有效孔隙度和渗透率划分为四大类砾屑结构岩类、 砂屑结构岩 类、 粉砂结构岩类和致密块状泥岩结构岩类。 其中砾屑结构岩类的有效孔隙度和渗透率值最 高,砂屑结构岩类次之,粉砂结构岩类较差,致密块状泥岩结构岩类为非储集岩。 克卢博夫主要根据不同粒径岩石类型、 储集物性和储集空间类型,综合归纳提出了表1所 示的千岛堪察加岛弧晚白垩纪晚第三纪火山岩储集层级别。 表1 千岛勘察加岛弧火山岩储集层级别 储集层级别岩 石 类 型 储 集 物 性 5 K 10 3Λ m2 储集空间类型 高孔隙度和高 渗透率储集层 凝灰质砂岩、 细砾岩、 砾岩、 酸中性凝 灰砾岩、 砂屑凝灰岩 20～3010～1000 孔隙型、 孔隙孔 洞型 中孔隙度和中 渗透率储集层 凝灰质砂岩、 凝灰角砾岩、 角砾岩化熔 岩、 中基性砂屑、 粉屑岩砂屑凝灰岩 15～20015～1010 孔隙裂缝型、 孔 洞裂缝型 低孔隙度和低 渗透率储集层 粉砂屑凝灰岩、 凝灰质粉砂岩5～15011～015 裂缝孔隙型、 裂 缝孔洞型 31 火山岩的储集空间类型 火山岩储集层的储集空间可分为原生和次生二大类。 原生储集空间包括岩浆喷发与冷却过程中由岩浆挥发的气体和下伏岩石的蒸汽流所造成 的气孔和空洞,岩浆冷却与结晶、 凝缩过程中所形成的裂缝和屑间、 晶间孔隙。 岩浆冷却凝缩自 生碎裂裂缝,最大可达4 mm以上。 次生储集空间类型指火山岩经受火山期后的热液蚀变、 地下水的溶蚀和构造应力作用所 形成的储集空间,主要包括各种次生矿物的孔隙、 溶蚀孔洞和构造裂缝。次生储集空间往往追 踪叠加于原生储集空间,大大改善了火山岩储集层的物性,在风化侵蚀带和构造破碎带更加发 育完善。 41 火山岩储集层的分布 含工业油气流的火山岩储集层主要分布于火山活动带及断陷盆地。它们沿基底断裂呈裂 隙式或中心式喷发,而且多期喷发的火山岩互相叠加连片,常常具有较大厚度和分布面积。 环太平洋含油气构造带中,火山岩层是一个重要的油气储集层表 2 。日本北部沿海的新 泻、 山形和秋田油气区中,许多油气田产于第三系 “绿色凝灰岩” 建造中。这个 “绿色凝灰岩” 是 66特 种 油 气 藏1998年 由凝灰岩、 凝灰质砂岩、 安山岩、 安山集块岩、 安山凝灰角砾岩等组成,沿日本岛弧内带晚第三 纪地槽型盆地分布。 表2 太平洋活动带及其边缘沿积盆地中的火山岩储集层 沉积盆地的成因类型 区域性油气层 火山岩储集层数量 火山岩储集层占储集层 总数的百分比 现代活动的大洋边缘盆地2617 古代活动的大洋边缘盆地6611 褶皱区的造山盆地34219 地槽上的造山盆地31413 地台内的向斜盆地1312 现代不活动的大洋边缘盆地1219 火山岩油气藏形成条件 11 具有良好的生油岩系和生油凹陷 日本可采储量较大的见附油田、 吉井和东柏崎气田,直接处于较大厚度的生油岩系中,而 生油岩厚度较薄、 离生油凹陷较远的东三条和本成寺气田可采储量较小。 美国里顿泉火山岩油 田直接伏于晚白垩纪的生油岩系之下。 21 具有继承性发育的构造高点 日本新泻地区的火山岩油气田,上第三系 “绿色凝灰岩” 在盆地的火山喷发沉积期已形成 相对高点,后来发展成为继承性的背斜构造,有利于油气聚集和保存。渤海石臼坨隆起带是中 生代末期以来继承性的潜山隆起。 31 具有良好的储集层 一般熔岩相、 枕状角砾岩相及砾屑、 砂屑结构的火山岩具有良好的储集物性。在风化侵蚀 带及构造破碎带,次生孔隙、 溶洞和裂缝发育,往往具有更高的储集物性。 当生油盆地中缺乏其 它良好储集岩时,火山岩的存在显得更为重要。 41 盖层的形成与石油运移、 聚集时间的良好配合 日本新泻地区 “绿色凝灰岩” 的盖层为其顶部的灰岩和下寺泊层泥岩。这个凝灰岩在油气 初次运移、 聚集时尚未固结,石油可以通过它聚集于下伏火山岩中,后来经压实及次生变化而 形成不渗透盖层。 51 侵蚀不整合面的作用 在潜山上的火山岩曾长期遭受风化侵蚀作用,次生缝洞发育。 侵蚀不整合面不仅能起着油 气远距运移的良好通道作用,而且是形成油气遮挡的有利条件。 得克萨斯州里顿泉和阿塞拜疆 76第5卷第2期伊培荣等国外火山岩油气藏特征及其勘探方法 穆腊德汉雷等侵蚀面下的火山岩油田都说明这一点。 61 断裂及其破碎带的作用 火山岩基底断裂喷发又受到后期断裂破碎带作用的影响,形成连通性良好的储集层。 断层 还使火山岩储集层与生油泥岩直接接触,对油气运移和聚集很有利。 火山岩储集层的研究及岩相划分 11 火山岩储集层的研究方法 克卢博夫归纳了前苏联火山岩储层的研究方法,主要包括以下几个方面 a, 对岩心和岩石露头进行详细的肉眼观察与描述,确定岩相、 岩石类型、 矿物成分、 胶结 程度和裂隙性; b, 对岩心结构构造、 成岩后生变化方向和程度进行镜下研究; c, 对岩石中的细分散矿物成分进行X射线测定; d, 在偏光和扫描显微镜下对岩石中的自生矿物进行详细研究; e, 应用扫描电子显微镜和电子计算装置对岩石孔隙和新生矿物形态进行研究; f, 研究岩石中的微裂隙及其分布特点; g, 对岩心的有效孔隙度、 渗透率、 剩余水饱和度和内比面积等进行实验室测定; h, 对盖层的隔绝性进行实验测定,包括裂隙的形成能力,破裂压力和地层压力下的空 气渗透性。 日本对火山岩储集层孔隙的实验研究主要包括 a, 用扫描电子显微镜观察岩石孔壁上石英、 粘土矿物、 沸石和非晶质物质形成平滑或粗 糙孔壁的现象。 b, 将岩样浸泡于环氧树脂中使孔隙染色,然后制片进行镜下观察。由此可以获得有关 有效孔隙的分布状态、 孔隙形状、 孔隙连通性方面的资料。 c, 利用毛细管压力测定值,经换算及制图,可以确定储集岩孔径分布范围。 21 地球物理测井方法划分火山岩相 火山岩岩性复杂,物性变化大,尚没有成熟的地球物理测井方法。关于火山岩储集层及含 油气性,日本有较好的尝试。 a, 日本新泻南长冈气田综合应用自然伽马、 补偿地层密度和补偿中子测井较成功地划 分了中新世七谷层 “绿色凝灰岩” 中的储集层流纹岩岩相。其中玻璃质碎屑岩相表现为井 径大,自然伽马值高,电阻率低,在密度孔隙曲线上具有类似于白云岩特征,密度为2172 gcm 3, 孔隙度为2～20;枕状角砾岩相井径小,自然伽马值低,电阻率高,孔隙度为10～ 25,密度为2166 gcm3左右;熔岩相井径小,自然伽马值低,电阻率高,在密度孔隙度曲线 上具有类似于砂岩特征,密度为2166 gcm3,孔隙度10左右。 86特 种 油 气 藏1998年 b, 新泻县由利原地区综合应用自然伽马和深感应测井,大致可以划分出玄武岩岩相。 其中玻璃质碎屑岩相伽马值很高,电阻率值低;枕状角砾岩相伽马值较低,电阻率值中等;熔岩 相伽马值低,电阻率高。 c, 日本新泻县由利原地区综合应用深感应、 密度和声波测井等资料推断了玄武岩中的 不含油层段,即电阻率较高、 密度测井 Θb值小、 声波测井 ∃t值大的区间可能存在烃类。 勘 探 方 法 火山岩与沉积岩相比,由于它具有地震波传播速度快、 密度大、 磁化率高、 电阻率大、 地震 波吸收能量大等特征。这就为综合应用各种地球物理勘探方法提供了依据。表3是日本秋田 县由利原地区井下岩心测定的各种物理参数。日本应用如下地球物理方法勘探火山岩含油气 构造[4]。 表3 日本秋田县由利原地区岩心测得火山岩物理参数 井 号 深度 m 岩 石 地震波传播速度ms P波S波 北由利原AK211 442140绿、 灰色凝灰岩,性脆28181363 仁贺保AK213 509110暗绿、 灰色玄武岩37262026 东由利原AK211 858160绿、 灰色玄武岩、 性脆35872171 东由利原AK211 643121暗绿、 灰色凝灰色1824852 井 号 密 度 gcm3 孔隙度 空气渗透率 10 -3 Λm2 磁化率 CGS制 北由利原AK2121581331458100010 仁贺保AK21217439110103370 00 东由利原AK212160334124310010010 东由利原AK212176217180143010 11 合成声波阻抗分析 利用地震勘探中的速度解释和反射波的振幅值求出似于速度测井的每英尺地震波传播时 间∃t , 获得与速度测井非常吻合的资料。 21 重力勘探 通过重力勘探,求出布格重力值及重力基底深度。 另外,根据地震勘探或者测井资料,经模 拟计算可以求出岩石密度比值。由此可以探明反映重力异常的火山岩体。 31 磁法勘探 通过磁法勘探可以求出磁力基底深度。 另外,根据地震勘探或者钻井资料可以查明岩体的 深度和走向,并通过模拟计算反映磁力异常的岩体磁化率值。 41 声频磁场法 利用可变频率的人工震源,测出直交位置的电场与磁场之比,由此获得可与电法测井对比 96第5卷第2期伊培荣等国外火山岩油气藏特征及其勘探方法 的视阻抗值。 51 复合道振幅、 相位、 频率的分析 根据反射波的微波形、 振幅、 频率等变化来研究地下岩相和物性变化。 61 综合勘探 对大面积的火山岩覆盖地区,单纯用地震勘探方法一般效果不理想。 美国加利福尼亚梅德 福地区综合应用地震、 地质、 区域重力和大地电磁测量方法探明了浅层广泛分布的火山岩厚度 和深层白垩系、 侏罗系地层砂岩、 泥岩的走向及构造形态,较成功的提供了可供钻探的远景 目标。 结 束 语 综上所述,国外对火山岩油气藏已经进行了多年的研究,有许多勘探成功的实例。国外的 研究者们认为含工业油气的火山岩储集层主要分布于火山活动带及断陷盆地,辽河油区在东 部凹陷的火山岩层已发现含油气显示,因此加强对火山岩油气藏的研究与勘探,对辽河油区有 重要的现实意义。 收稿日期1997209225 编辑 高益桁 07特 种 油 气 藏1998年