國外火山巖油氣藏特征及其勘探方法

1、1998年特種油氣藏第5卷第2期國外火山巖油氣藏特征及其勘探方法伊培榮彭峰韓蕓編譯前言隨著能源需求的日益增長,石油與天然氣的勘探、開發(fā)領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)展。以往認(rèn)為沒有油氣聚集價(jià)值的火山巖,如今也成為尋找油氣不可忽視的領(lǐng)域之一。特別是夾于生油巖系中的火山巖,與沉積巖一樣,同樣有利于油氣聚集和保存。早在19世紀(jì)末20世紀(jì)初,古巴、日本、阿根廷、美國等國家均先后發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏。日本對(duì)火山巖油氣竭盡全力進(jìn)行勘探開發(fā),從50年代中期到80年代已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)中、小型火山巖油氣藏。火山巖儲(chǔ)集層特征11巖石類型前蘇聯(lián)C1B1克盧博夫綜合分析世界各國含油氣盆地的火山巖儲(chǔ)集層,將其巖石類型歸納為三大類。(1

2、熔巖和熔巖角礫巖熔巖按其化學(xué)成分可劃分為玄武巖(SiO2<52%,安山巖(SiO2為57%62%,英安巖(SiO2為6510%68.5%,流紋巖(SiO2>78%;熔巖角礫巖指熔巖角礫被相同成分的熔巖所膠結(jié)的巖石。在阿塞拜疆、格魯吉亞陸續(xù)發(fā)現(xiàn)基性和中性火山熔巖中的油氣藏較多。例如,阿塞拜疆穆臘德漢雷油氣田產(chǎn)于白堊系的蝕變基性(玄武巖和玄武玢巖和中性(安山巖和安山玢巖火山巖及其風(fēng)化殼中。古巴的克里斯塔列斯油氣藏也產(chǎn)于破碎的基性和中性火山巖及其風(fēng)化殼中。在日本,酸性火山巖中的油氣藏較多。例如,日本新瀉縣吉井東柏椅氣田、南長崗片貝氣田和見附油田產(chǎn)層位于上第三系的“綠色凝灰?guī)r”的流紋巖中。

3、(2火山碎屑巖按其碎屑大小可劃分為凝灰集塊巖、火山角礫巖、凝灰礫巖、砂屑凝灰?guī)r和粉砂屑凝灰?guī)r。格魯吉亞第比利斯薩姆戈里油田產(chǎn)于上中始新統(tǒng)厚達(dá)100150m的凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r中。阿塞拜疆穆臘德漢雷油田除了在基性中性火山熔巖中含油之外,在裂縫性安山凝灰?guī)r中也具有工業(yè)性原油。美國內(nèi)華達(dá)州伊格爾泉和特臘普泉油田則產(chǎn)于第三系流紋凝灰?guī)r中。阿根廷門多薩盆地西部圖平加托油田也是火山凝灰?guī)r產(chǎn)層。遼河石油勘探局勘探開發(fā)研究院遼寧盤錦124010(3火山碎屑沉積混合型巖石這是火山碎屑經(jīng)過搬運(yùn)與正常沉積物同時(shí)沉積的巖石。按其火山組分的含量可劃分為:沉積火山碎屑巖(火山組分50%90%和火山碎屑沉積巖(火山組分10

4、%50%。根據(jù)碎屑大小相應(yīng)地劃分為礫巖、砂巖和粉砂結(jié)構(gòu)巖石。這種儲(chǔ)集巖常與前兩種儲(chǔ)集巖伴生。21火山巖結(jié)構(gòu)類型與儲(chǔ)油物性近年來,許多研究者對(duì)千島堪察加島孤火山巖類儲(chǔ)集層進(jìn)行了仔細(xì)研究。他們把火山巖按其碎屑大小和儲(chǔ)集物性(有效孔隙度和滲透率劃分為四大類:礫屑結(jié)構(gòu)巖類、砂屑結(jié)構(gòu)巖類、粉砂結(jié)構(gòu)巖類和致密塊狀泥巖結(jié)構(gòu)巖類。其中礫屑結(jié)構(gòu)巖類的有效孔隙度和滲透率值最高,砂屑結(jié)構(gòu)巖類次之,粉砂結(jié)構(gòu)巖類較差,致密塊狀泥巖結(jié)構(gòu)巖類為非儲(chǔ)集巖?？吮R博夫主要根據(jù)不同粒徑巖石類型、儲(chǔ)集物性和儲(chǔ)集空間類型,綜合歸納提出了表1所示的千島堪察加島弧晚白堊紀(jì)晚第三紀(jì)火山巖儲(chǔ)集層級(jí)別。表1千島勘察加島弧火山巖儲(chǔ)集層級(jí)別儲(chǔ)集層級(jí)

5、別巖石類型儲(chǔ)集物性5(%K(103m2儲(chǔ)集空間類型高孔隙度和高滲透率儲(chǔ)集層凝灰質(zhì)砂巖、細(xì)礫巖、礫巖、酸中性凝灰礫巖、砂屑凝灰?guī)r2030101000孔隙型、孔隙孔洞型中孔隙度和中滲透率儲(chǔ)集層凝灰質(zhì)砂巖、凝灰角礫巖、角礫巖化熔巖、中基性砂屑、粉屑巖砂屑凝灰隙裂縫型、孔洞裂縫型低孔隙度和低滲透率儲(chǔ)集層粉砂屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖515011015裂縫孔隙型、裂縫孔洞型31火山巖的儲(chǔ)集空間類型火山巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間可分為原生和次生二大類。原生儲(chǔ)集空間包括巖漿噴發(fā)與冷卻過程中由巖漿揮發(fā)的氣體和下伏巖石的蒸汽流所造成的氣孔和空洞,巖漿冷卻與結(jié)晶、凝縮過程中所形成的裂縫和屑間、晶間孔

6、隙。巖漿冷卻凝縮自生碎裂裂縫,最大可達(dá)4mm以上。次生儲(chǔ)集空間類型指火山巖經(jīng)受火山期后的熱液蝕變、地下水的溶蝕和構(gòu)造應(yīng)力作用所形成的儲(chǔ)集空間,主要包括各種次生礦物的孔隙、溶蝕孔洞和構(gòu)造裂縫。次生儲(chǔ)集空間往往追蹤疊加于原生儲(chǔ)集空間,大大改善了火山巖儲(chǔ)集層的物性,在風(fēng)化侵蝕帶和構(gòu)造破碎帶更加發(fā)育完善。41火山巖儲(chǔ)集層的分布含工業(yè)油氣流的火山巖儲(chǔ)集層主要分布于火山活動(dòng)帶及斷陷盆地。它們沿基底斷裂呈裂隙式或中心式噴發(fā),而且多期噴發(fā)的火山巖互相疊加連片,常常具有較大厚度和分布面積。環(huán)太平洋含油氣構(gòu)造帶中,火山巖層是一個(gè)重要的油氣儲(chǔ)集層(表2。日本北部沿海的新瀉、山形和秋田油氣區(qū)中,許多油氣田產(chǎn)于第三系“

7、綠色凝灰?guī)r”建造中。這個(gè)“綠色凝灰?guī)r”是66特種油氣藏1998年由凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、安山巖、安山集塊巖、安山凝灰角礫巖等組成,沿日本島弧內(nèi)帶晚第三紀(jì)地槽型盆地分布。表2太平洋活動(dòng)帶及其邊緣沿積盆地中的火山巖儲(chǔ)集層沉積盆地的成因類型區(qū)域性油氣層(火山巖儲(chǔ)集層數(shù)量火山巖儲(chǔ)集層占儲(chǔ)集層總數(shù)的百分比(%現(xiàn)代活動(dòng)的大洋邊緣盆地2617古代活動(dòng)的大洋邊緣盆地6611褶皺區(qū)的造山盆地34219地槽上的造山盆地31413地臺(tái)內(nèi)的向斜盆地1312現(xiàn)代不活動(dòng)的大洋邊緣盆地1219火山巖油氣藏形成條件11具有良好的生油巖系和生油凹陷日本可采儲(chǔ)量較大的見附油田、吉井和東柏崎氣田,直接處于較大厚度的生油巖系中,而生油

8、巖厚度較薄、離生油凹陷較遠(yuǎn)的東三條和本成寺氣田可采儲(chǔ)量較小。美國里頓泉火山巖油田直接伏于晚白堊紀(jì)的生油巖系之下。21具有繼承性發(fā)育的構(gòu)造高點(diǎn)日本新瀉地區(qū)的火山巖油氣田,上第三系“綠色凝灰?guī)r”在盆地的火山噴發(fā)沉積期已形成相對(duì)高點(diǎn),后來發(fā)展成為繼承性的背斜構(gòu)造,有利于油氣聚集和保存。渤海石臼坨隆起帶是中生代末期以來繼承性的潛山隆起。31具有良好的儲(chǔ)集層一般熔巖相、枕狀角礫巖相及礫屑、砂屑結(jié)構(gòu)的火山巖具有良好的儲(chǔ)集物性。在風(fēng)化侵蝕帶及構(gòu)造破碎帶,次生孔隙、溶洞和裂縫發(fā)育,往往具有更高的儲(chǔ)集物性。當(dāng)生油盆地中缺乏其它良好儲(chǔ)集巖時(shí),火山巖的存在顯得更為重要。41蓋層的形成與石油運(yùn)移、聚集時(shí)間的良好配合日

9、本新瀉地區(qū)“綠色凝灰?guī)r”的蓋層為其頂部的灰?guī)r和下寺泊層泥巖。這個(gè)凝灰?guī)r在油氣初次運(yùn)移、聚集時(shí)尚未固結(jié),石油可以通過它聚集于下伏火山巖中,后來經(jīng)壓實(shí)及次生變化而形成不滲透蓋層。51侵蝕不整合面的作用在潛山上的火山巖曾長期遭受風(fēng)化侵蝕作用,次生縫洞發(fā)育。侵蝕不整合面不僅能起著油氣遠(yuǎn)距運(yùn)移的良好通道作用,而且是形成油氣遮擋的有利條件。得克薩斯州里頓泉和阿塞拜疆76第5卷第2期伊培榮等:國外火山巖油氣藏特征及其勘探方法86特種油氣藏1998年穆臘德漢雷等侵蝕面下的火山巖油田都說明這一點(diǎn)。61斷裂及其破碎帶的作用火山巖基底斷裂噴發(fā)又受到后期斷裂破碎帶作用的影響,形成連通性良好的儲(chǔ)集層。斷層還使火山巖儲(chǔ)集

10、層與生油泥巖直接接觸,對(duì)油氣運(yùn)移和聚集很有利?；鹕綆r儲(chǔ)集層的研究及巖相劃分11火山巖儲(chǔ)集層的研究方法克盧博夫歸納了前蘇聯(lián)火山巖儲(chǔ)層的研究方法,主要包括以下幾個(gè)方面:a,對(duì)巖心和巖石露頭進(jìn)行詳細(xì)的肉眼觀察與描述,確定巖相、巖石類型、礦物成分、膠結(jié)程度和裂隙性;b,對(duì)巖心結(jié)構(gòu)構(gòu)造、成巖后生變化方向和程度進(jìn)行鏡下研究;c,對(duì)巖石中的細(xì)分散礦物成分進(jìn)行X射線測(cè)定;d,在偏光和掃描顯微鏡下對(duì)巖石中的自生礦物進(jìn)行詳細(xì)研究;e,應(yīng)用掃描電子顯微鏡和電子計(jì)算裝置對(duì)巖石孔隙和新生礦物形態(tài)進(jìn)行研究;f,研究巖石中的微裂隙及其分布特點(diǎn);g,對(duì)巖心的有效孔隙度、滲透率、剩余水飽和度和內(nèi)比面積等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)定;h,對(duì)蓋

11、層的隔絕性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定,包括裂隙的形成能力,破裂壓力和地層壓力下的空氣滲透性。日本對(duì)火山巖儲(chǔ)集層孔隙的實(shí)驗(yàn)研究主要包括:a,用掃描電子顯微鏡觀察巖石孔壁上石英、粘土礦物、沸石和非晶質(zhì)物質(zhì)形成平滑或粗糙孔壁的現(xiàn)象。b,將巖樣浸泡于環(huán)氧樹脂中使孔隙染色,然后制片進(jìn)行鏡下觀察。由此可以獲得有關(guān)有效孔隙的分布狀態(tài)、孔隙形狀、孔隙連通性方面的資料。c,利用毛細(xì)管壓力測(cè)定值,經(jīng)換算及制圖,可以確定儲(chǔ)集巖孔徑分布范圍。21地球物理測(cè)井方法劃分火山巖相火山巖巖性復(fù)雜,物性變化大,尚沒有成熟的地球物理測(cè)井方法。關(guān)于火山巖儲(chǔ)集層及含油氣性,日本有較好的嘗試。a,日本新瀉南長岡氣田綜合應(yīng)用自然伽馬、補(bǔ)償?shù)貙用芏群脱a(bǔ)

12、償中子測(cè)井較成功地劃分了中新世七谷層“綠色凝灰?guī)r”中的儲(chǔ)集層流紋巖巖相。其中玻璃質(zhì)碎屑巖相表現(xiàn)為井徑大,自然伽馬值高,電阻率低,在密度孔隙曲線上具有類似于白云巖特征,密度為2172 g cm3,孔隙度為2%20%;枕狀角礫巖相井徑小,自然伽馬值低,電阻率高,孔隙度為10% 25%,密度為2166g cm3左右;熔巖相井徑小,自然伽馬值低,電阻率高,在密度孔隙度曲線上具有類似于砂巖特征,密度為2166g cm3,孔隙度10%左右。b ,新瀉縣由利原地區(qū)綜合應(yīng)用自然伽馬和深感應(yīng)測(cè)井,大致可以劃分出玄武巖巖相。其中玻璃質(zhì)碎屑巖相伽馬值很高,電阻率值低;枕狀角礫巖相伽馬值較低,電阻率值中等;熔巖相伽馬

13、值低,電阻率高。c ,日本新瀉縣由利原地區(qū)綜合應(yīng)用深感應(yīng)、密度和聲波測(cè)井等資料推斷了玄武巖中的不含油層段,即電阻率較高、密度測(cè)井b 值小、聲波測(cè)井t 值大的區(qū)間可能存在烴類?？碧椒椒ɑ鹕綆r與沉積巖相比,由于它具有地震波傳播速度快、密度大、磁化率高、電阻率大、地震波吸收能量大等特征。這就為綜合應(yīng)用各種地球物理勘探方法提供了依據(jù)。表3是日本秋田縣由利原地區(qū)井下巖心測(cè)定的各種物理參數(shù)。日本應(yīng)用如下地球物理方法勘探火山巖含油氣構(gòu)造4。表3日本秋田縣由利原地區(qū)巖心測(cè)得火山巖物理參數(shù)井號(hào)深度(m 巖石地震波傳播速度(m s P 波S 波北由利原AK 211442140綠、灰色凝灰?guī)r,性脆28181363仁

14、賀保AK 213509110暗綠、灰色玄武巖37262026東由利原AK 211858160綠、灰色玄武巖、性脆35872171東由利原AK 211643121暗綠、灰色凝灰色1824852井號(hào)密度(g cm 3孔隙度(%空氣滲透率(10-3m 2磁化率(CGS 制北由利原AK 2121581331458100010仁賀保AK 2121743911010337000東由利原AK 212160334124310010010東由利原AK 21217621718014301011合成聲波阻抗分析利用地震勘探中的速度解釋和反射波的振幅值求出似于速度測(cè)井的每英尺地震波傳播時(shí)間(t ,獲得與速度測(cè)井非常吻

15、合的資料。21重力勘探通過重力勘探,求出布格重力值及重力基底深度。另外,根據(jù)地震勘探或者測(cè)井資料,經(jīng)模擬計(jì)算可以求出巖石密度比值。由此可以探明反映重力異常的火山巖體。31磁法勘探通過磁法勘探可以求出磁力基底深度。另外,根據(jù)地震勘探或者鉆井資料可以查明巖體的深度和走向,并通過模擬計(jì)算反映磁力異常的巖體磁化率值。41聲頻磁場(chǎng)法利用可變頻率的人工震源,測(cè)出直交位置的電場(chǎng)與磁場(chǎng)之比,由此獲得可與電法測(cè)井對(duì)比96第5卷第2期伊培榮等:國外火山巖油氣藏特征及其勘探方法07 特種油氣藏 1998 年 的視阻抗值。 51復(fù)合道振幅、 相位、 頻率的分析 61綜合勘探 根據(jù)反射波的微波形、 振幅、 頻率等變化來研究地下巖相和物性變化。 對(duì)大面積的火山巖覆蓋地區(qū), 單純用地震勘探方法一般效果不理想。 美國加利福尼亞梅德 福地區(qū)綜合應(yīng)用地震、 地質(zhì)、 區(qū)域重力和大地