引言

火山岩油气藏作为一种非常规油气资源，目前已成为世界油气田勘探开发的一个新领域。在很多国家如美国、俄罗斯、墨西哥、泰国等都发现了这类油气藏^[1-2]。中国大多数油气田也相继发现了这类储层，例如在准噶尔盆地西北缘的石炭系、渤海湾盆地第三系、辽河盆地新生界、塔里木盆地二叠系中均发现了一批火山岩油藏^[3-13]，且探明的地质储量可观。目前在银额盆地查干凹陷火山岩中也发现了良好的油气显示^[14]。

资料调研表明，前人对查干凹陷火成岩储层的研究大多集中在原生气孔-裂缝或裂缝等储层特征及评价，而对火成岩岩性及分布的认识不够全面，对储集空间类型和储集性能差异的主控因素的研究不够系统深入^[14-22]。查干凹陷苏红图组火成岩研究目前存在如下问题：火山岩储集性能主控因素分析不够深入，尤其对不同岩性的火山岩而言，储集空间类型及其储集性能主控因素不同，本研究在前人研究的基础上，结合新钻井资料和高精度三维地震资料，对查干凹陷16口取芯井火山岩岩性进行了辨识，利用43个井点深度80个薄片、74个井点深度456张扫描电镜、10口井136个井深点的常规物性分析和9口井47个井深点的压汞分析, 对查干凹陷苏红图组火山岩的储集特征和主控因素进行了研究，在火山岩空间展布研究基础上，开展了火山岩多因素有利目标区预测。

1 地质背景

查干凹陷火山岩主要发育于苏红图组，苏红图组自下而上分为苏一段和苏二段，该时期火山活动频繁，火山岩总厚度150$\sim$950 m。查干凹陷中央隆起带火山岩以玄武岩为主，凝灰岩次之，安山岩和火山角砾岩仅零星分布；乌力吉构造带则以玄武岩为主，凝灰岩其次，安山岩再次；虎勒洼陷带、额很洼陷带和图拉格下降盘火山岩分布相对较薄(图 1)。

测井解释结果表明：吉6井苏二段玄武岩中见厚10 m/1层的油层，3.9 m/1层的油水层和20.2~m/5层的含油水层；祥6--24井苏一段凝灰岩、玄武岩中见厚21.9 m/1层的油层，16.8 m/1层的油水层和10.8 m/1层的差油层。同时在意8、意11等多口井玄武岩、凝灰岩层段中见油水层和含油水层，火山岩的含油气性通常与火山岩的岩性、空间展布、储集特征、相带、成岩作用等密切相关。

2 火山岩岩石特征

通过16口井103.89 m岩芯的观察，43个井点深度80个薄片、74个深度点456张扫描电镜进行了观察分析，查干凹陷火山岩岩石学特征如下。

(1) 玄武岩：呈灰褐色—黑色等，致密、坚硬，密度测井统计显示，研究区玄武岩密度为1.9$\sim$2.8 g/cm³，SiO$_2$含量为45%$\sim$52%，薄片鉴定显示矿物成分为辉石30±%、斜长石$\leqslant$50%、其他暗色矿物10±%，斑状—隐晶质结构，具块状、气孔、杏仁构造，气孔、裂缝及微缝部分被方解石、石英及砂、泥质充填(图 2a，图 2e，图 2f)。

(2) 安山岩：颜色不均，呈灰色、灰绿色、灰紫色、暗紫色等杂色，性硬、脆、致密，密度略小于玄武岩，为2.3$\sim$2.6 g/cm³，SiO$_2$含量为52%$\sim$ 65%，薄片鉴定显示，研究区安山岩矿物成分主要为斜长石33%$\sim$51%、火山玻璃18%$\sim$25%、暗色矿物15%$\sim$22%，斑状结构，气孔构造，气孔大小不一，气孔直径一般0.2$\sim$0.5 cm，最大达数厘米，充填物以石英和方解石为主，沥青质不均匀充填缝洞，局部见少量绿泥石和黑色结核(图 2b，图 2g)。

(3) 凝灰岩：具有凝灰结构，由火山灰和岩屑组成，见少量晶屑和玻屑。颜色多为浅灰—深灰色、黑色、褐色，具有性硬、致密的特征，RHOB统计显示密度为2.0$\sim$2.8 g/cm³，块状构造，早期的气孔构造多被方解石、硅质充填形成杏仁体构造，缝洞中充填方解石(图 2c，图 2h)。

(4) 火山角砾岩：一般为复成分角砾岩，研究区主要有凝灰质角砾岩和玄武质角砾岩，砾石多具棱角，凝灰质角砾直径约3$\sim$5 mm，玄武质角砾约5$\sim$8 mm，分选差，胶结致密，裂缝较发育，局部充填黄铁矿晶体(图 2d)。

3 火山岩储集空间类型 3.1 原生储集空间 3.1.1 气孔

本区火山岩中，火山岩结构差异较大。如图 3，玄武岩、安山岩和凝灰岩中均有气孔发育，气孔分布不均一，直径一般在0.2$\sim$0.5 cm，见6 cm$\times$5 cm较大溶孔为沥青质半充填。吉6、祥6--24等井段气孔分布密集，含量高达15%以上，岩石结构疏松，连通性好，见油斑显示；对于结构相对致密的火山岩而言，其气孔不均匀，为油迹、荧光显示，如意2、意11等井，研究区多数井段气孔被方解石、石英等充填或半充填。

3.1.2 其他

主要有晶间孔、砾间孔缝、收缩缝及解理缝等(图 4)，主要特征如下：(1)石英、长石晶体呈镶嵌状接触，见个别晶间微孔缝，不含油(见图 4a，图 4b)；(2)凝灰质角砾砾间孔及贴砾缝多被充填, 少数见荧光显示(图 4c)；(3)收缩缝，多被方解石、砂泥质及伊利石、绿泥石等充填，易受后期构造和溶蚀作用的改造(图 4d)；(4)解理缝：主要为完全解理的长石矿物在生长过程中形成。

3.2 次生储集空间 3.2.1 溶蚀孔、缝

包括粒间溶蚀孔、晶间溶蚀孔缝、晶内溶蚀孔、杏仁体内溶孔及各种溶蚀缝，形态多不规则，大小及分布不一，多是在原始孔、缝的基础上受溶蚀改造而成，比如长石、黏土矿物及其间充填物受选择性溶蚀。本区主要有：(1)片丝状伊利石附着于长石晶体表面，晶体表面被溶蚀，或充填于长石晶体之间，见次生溶蚀微孔、缝(图 5a)；(2)长石颗粒沿解理被溶蚀淋滤形成次生溶蚀孔隙(图 5b)；(3)火山岩中杏仁体普遍发育，杏仁体部分溶蚀，见溶孔(图 5c)，局部见沥青质充填(图 5d)；(4)黑色玄武岩基质中见直径400 μm的大溶孔(图 5e)；(5)片状云母被溶蚀，形成次生溶蚀孔、缝(图 5f)。

3.2.2 构造裂缝

裂缝是火山岩储层流体渗流的重要通道，裂缝与孔隙连通能够更好地提高储集性能^[23-24]。苏红图期是主要的构造活动期，区域应力以北西向为主，北东向为辅，裂缝以北东向和近南北向为主，毛西断层下降盘、巴润—额很地堑带以及中央隆起带为3个主要裂缝发育区。

意18和祥6--1成像测井表明，研究区裂缝密集段达1$\sim$3条/10 cm，裂缝长度不等，从几厘米到数十厘米，水动力宽0.01$\sim$2.00 mm(水动力宽度为单位井段(1 m)中各裂缝轨迹宽度的立方和开立方，是裂缝水动效应的一种拟合)。由岩芯(图 6a，图 6b)可见，各种产状的裂缝，如水平逢、低角度缝、高角度缝及直劈缝均有发育，低角度缝呈平直状或低角度波状产出，部分呈不连通状，无油气显示，不同产状的缝见相互连通(图 6c，图 6d)。部分裂缝被方解石、伊利石或绿泥石等充填或半充填，不含油，与气孔发育段连通的裂缝起渗流作用，见良好的油气显示(图 6c，图 6d)，气孔不发育段裂缝中油气显示差或无油气显示(图 6a，图 6b)。

4 储集特征及主控因素分析 4.1 岩性

火山岩岩性差异是其能否成为储层的关键，主要表现在不同岩性与孔隙、裂缝形成的关系。如图 3所示，玄武岩、安山岩均有气孔发育，部分被碳酸盐、硅质、绿泥石及沥青质充填或半充填形成杏仁体构造，而凝灰岩亦有多孔特征，多被灰质或砂泥质充填，使得由气孔构成的原生孔隙度降低。

薄片和扫描电镜观察显示，查干凹陷苏红图组玄武岩长石晶间孔、缝相对发育，玄武岩中的基质、长石晶体及片状云母溶蚀形成次生溶蚀孔隙和微孔缝，局部见直径400 μm的大溶孔，见方解石晶体发生断裂形成微裂缝，片状黏土矿物见顺层裂缝、边缘见贴粒缝，其间见微孔隙发育，安山岩和凝灰岩中主要为长石晶体及片丝状的伊利石溶蚀形成次生溶蚀孔隙，片丝状伊利石中顺层微缝及微溶孔发育，安山岩中方解石斑晶边缘可见裂缝发育，凝灰岩中石英颗粒边缘可见贴粒微缝发育等，统计结果表明：玄武岩中的次生孔隙类型及发育程度明显好于安山岩和凝灰岩。

火山岩中裂缝的发育受多种因素综合控制，火山岩岩性决定了裂缝发育程度。如表 1，统计结果表明查干凹陷苏红图组玄武岩裂缝最发育，安山岩和凝灰岩裂缝比较发育。

如图 7，物性统计结果表明，玄武岩和安山岩孔隙度较大，凝灰岩孔隙度低，这与岩芯和薄片、扫描电镜观察结果一致，此外玄武岩和安山岩渗透率随孔隙度增加呈增加趋势，而凝灰岩孔隙度相对而言较低，这与其气孔被充填及次生孔隙发育程度低有关，而渗透率局部较高，与孔隙度关系不明显，与裂缝局部发育有密切的关系。

4.2 期次和相位

如表 2所示，查干凹陷苏红图组各层系火山岩物性可见：K₁s_Ⅰ²>K₁s_Ⅲ²> K₁s_Ⅳ¹和K₁s_Ⅵ¹，也就是说苏红图组火山岩晚期物性>中期>早期。爆发—溢流过渡相带和部分溢流相中物性较好。分析其原因为火成岩期次越晚，埋藏越浅，原生孔、缝保存好，爆发—溢流过渡相带和部分溢流相气孔发育，物性较好。

如图 8，祥6--24厚层火山岩的上部位置较好，顶部因与砂泥岩接触，气孔多被充填，而岩体中下部一般较致密，物性差。

4.3 次生矿物充填作用

如图 2和图 5，气孔被充填成杏仁体为火山岩中典型的充填作用，岩芯及镜下主要表现为气孔被方解石、石英，绿泥石、砂泥质半充填或全充填，这是本区火山岩物性差的主要原因。如图 6d，裂缝被充填是本区另一重要的充填作用，其主要被碳酸盐岩及泥质等充填，统计表明半充填或全充填的裂缝占一半以上，这是本区火山岩物性差的重要原因。

4.4 构造作用、风化淋滤与溶蚀改造

火山岩受构造作用易破裂形成多种裂缝，岩芯及成像测井中的高角度裂缝及镜下见到的晶内断裂、裂纹等属于构造裂缝。如图 6c，图 6d，本区玄武岩中的构造缝连通了气孔及各种孔、洞、缝，明显改善了储集性能，为油气运聚提供了良好的通道，同时也是油气的主要储集空间。

研究区表层风化淋滤作用较强，这与原生孔隙、构造缝的发育及苏红图组末的构造抬升有关，它有效的改善了储层物性(图 5b)，此外，本区火山岩溶蚀作用表现明显，裂缝的发育为水溶液的渗流溶蚀提供了通道，各种溶蚀孔洞及溶蚀缝常伴随构造缝发育，进一步改善了岩石的储集物性(图 5，图 6)。

4.5 蚀变作用

火山岩矿物在高温高压环境下往往发生蚀变，通常在断裂发育区，深部热液顺断层上升进入储层发生蚀变，此外烃源岩演化产生的有机酸对火山岩矿物也具有蚀变作用^[24]，一般而言，基性的玄武岩与辉绿岩最易发生蚀变，中性的安山岩次之，酸性岩最不易发生蚀变。不同的岩性一般发生不同的蚀变类型。如图 9，本区火山岩均发生了不同程度的蚀变，如长石蚀变为黏土矿物，如绢云母化、孟皂石化、伊利石化、绿泥石化等，偶见碳酸盐化，玻璃质铁矿化、辉石铁矿化，蛇纹石化等，蚀变程度中—深。火山岩的蚀变一方面使矿物体积膨胀，如由长石蚀变的黏土堵塞孔隙，另一方面使岩石的密度减小，致密性变差，从而为后期流体的溶蚀作用创造了条件。

5 火山岩有利区带预测

查干凹陷苏红图组火山岩活动频繁，如图 10，总体而言，苏一段厚度略小于苏二段，厚度分布趋势存在明显不同。

如图 10a所示，苏一段祥10—祥6--24—祥9、意16--4—意16--7—意19—意16--1—意9井区带见解释油层，苏二段在吉6和意16--1井区见解释油层(图 10b)。这4个区带构造位置为断裂带附近，裂缝发育，相带主要为爆发相—溢流相过渡带和部分溢流相带，苏一段火山岩埋藏较深，溶蚀改造和蚀变作用强，火山岩层段的上部储层物性较好，苏二段火山岩厚度大，埋藏浅，原生孔、缝保存好，部分井段火山岩受风化淋滤改造，溶蚀孔、缝发育。

结合火山岩厚度分布特征、有利岩性及岩相分布、裂缝发育特点以及风化淋滤、溶蚀改造等多因素综合分析^[25-27]，认为查干凹陷火山岩有利区带分布于苏一段意16--1—意16--4井区和祥9—祥6--24井区(图 10a)，苏二段意16--12—意11井区和吉6—毛4井区(图 10b)。

6 结论

(1) 查干凹陷火山岩储集空间主要有气孔、裂缝及溶蚀孔、缝、微孔缝等原生和次生储集空间。

(2) 玄武岩气孔、裂缝及溶蚀孔缝发育，为研究区主要的储集岩石类型，凝灰岩裂缝比较发育，为研究区次要的储集岩石类型，火成岩期次越晚，原生孔、缝保存越好，爆发相—溢流相过渡相带和部分溢流相层段的上部物性较好，气孔和裂缝的充填是火山岩物性变差的主要原因，构造作用产生的裂缝及其相伴生的风化淋滤、溶蚀作用大大改善了火山岩的储集性能，火山岩矿物蚀变产生的黏土堵塞孔隙，使物性变差，同时它使岩石的致密性变差，为后期的溶蚀改造创造了条件。

(3) 综合火山岩厚度、储集性能主控因素及钻井油气分布分析，认为查干凹陷火山岩有利区带分布于苏一段意16--1—意16--4井区和祥9—祥6--24井区，苏二段意16--12—意11井区和吉6—毛4井区。