0 引言

国外火山岩油气勘探已有百余年历史，早期认为火山岩含油气只是偶然现象或特殊情况^[1]。直至1953年，委内瑞拉拉帕斯油田的发现标志着火山岩油气藏勘探进入了一个新阶段。20世纪70年代以来，全球各地陆续发现火山岩油气藏，如印度尼西亚的贾蒂巴朗玄武岩气田、澳大利亚Scott Reef玄武岩油气田、纳米比亚Kudu玄武岩气田等^[2-5]，以产量高、产层厚、储量大而闻名^[6]。我国1957年在准噶尔盆地西北缘首次发现火山岩油气藏后，历经50多年，在渤海湾、松辽、准噶尔等盆地相继发现了11个火山岩油气藏^[7-9]，已总结的经验认识对国内火山岩油气勘探具有极高的指导意义与借鉴价值^[10-13]。

松辽盆地南部(以下简称松南)断陷层下白垩统火石岭组和营城组普遍发育火山岩，已发现的火山岩气藏具有储层厚度大、储量规模大等特点^[14-15]，平均有效厚度大于50 m，单个气藏地质储量规模可超1 000×10⁸ m³。虽然火山岩气藏已成为松南断陷层油气藏勘探的重要领域，但其研究程度还相对较低，特别是火山岩储层特征与有效储层成因机制等认识尚待进一步深化。本文针对火山岩储层纵向多期次、横向多相带、储层非均值性强的特点，利用松南多年的勘探成果资料，应用测年、铸体薄片、扫描电镜、CT扫描等方法手段，从宏观、微观多尺度对火山岩储层特征、有效储层形成机理与控制因素开展系统研究，建立了火山机构-相带模型，描述了火山岩储层“孔隙+溶蚀”和“孔隙+缝网”复合型有效储集空间的发育特征，总结了火山岩储层形成的主要控制因素，以期为松南深层火山岩油气藏勘探提供借鉴。

1 松南火山岩的形成与分布

晚侏罗世晚期—早白垩世，太平洋板块向欧亚大陆斜向俯冲，造成中国东北地区岩石圈下挤上张，导致区内发育多个分割性强且规模不等的裂陷。松南长岭断陷、梨树断陷即是这一时期构造活动的产物。裂陷形成同时，伴随大规模火山岩浆活动，岩浆沿深大断裂上涌呈现中心式或裂隙式喷发^[16-17]，形成了广泛分布的火山岩储层(图 1)，为松南断陷层火山岩油气藏的形成奠定了基础。

松南断陷共发育3期大规模的火山喷发旋回(图 2)：第一期火山喷发旋回始于火石岭组早期，锆石测年在126.0 Ma左右，岩性主要为安山岩与玄武质安山岩，喷发强度大、黏度小、流动性强，在梨树断陷北部斜坡带、龙凤山—新安镇次凹、查干花次凹、前神字次凹等均有分布，主要呈低幅穹窿状、丘状叠置连片，残余火山岩厚度差异较大(在50~1 100 m之间)；第二期火山喷发旋回始于营城组早期，锆石测年111.0~116.4 Ma，岩性以安山岩和玄武岩为主，厚度100~300 m，主要分布于龙凤山—新安镇次凹与达尔罕断突带，呈低幅丘状或似层状叠置连片；第三期火山喷发旋回为营城组晚期，时间在99.6~107.0 Ma之间，岩性以酸性流纹岩、凝灰岩为主，熔岩黏度大、流动性较弱，多呈单一机构零散分布于长岭断陷的前神字次凹、查干花次凹及西部断阶带，火山岩厚度170~650 m。

2 火山岩储层特征与形成机制

近年，随着火山岩油气藏勘探的一系列成功和发现，火山岩作为一种有效储层也越来越受到了广大学者的关注，不断有学者针对火山岩储层开展宏观、微观特征研究^[18-21]，并对其形成演化机制进行探讨^[22-25]。但由于火山岩储层岩性差异大、非均质性强，不同地区火山岩储层的成因机制不尽相同。所以本文针对松南断陷层，以近二十年的勘探实践资料为基础，着重开展了火山岩储层特征研究与成因机制探讨。

2.1 火山岩储层岩相特征

目前，松南断陷层已发现的火山岩储层多为火山机构的爆发相、喷溢相与火山沉积相产物，火山通道相与侵出相发育程度相对较低。作者结合多井实钻火山岩岩性组合与地震火山机构相带识别刻画，对火山机构内部相带及岩性分布规律进行总结，建立了火山机构-岩相模型(图 3)。

火山机构-岩相模型中：爆发相主要包含集块岩、火山角砾岩与凝灰岩3种岩性，集块岩与火山角砾岩(图 3e)主要分布在近火山口位置，成分复杂、棱角状、分选极差，凝灰岩(图 3a)主要由粒径小于毫米的晶屑、岩屑及玻屑组成，以块状构造为主，在近火山口与远离火山口的位置均有分布；喷溢相为岩浆溢流冷凝过程中形成的火山熔岩，主要岩性有玄武岩、安山岩与流纹岩，在冷凝过程中往往有原生气孔形成(图 3c)，为储集油气创造条件；火山沉积相在火山作用过程中与火山喷发间歇期均可形成，主要由火山碎屑物质再次搬运沉积形成，成分以火山碎屑为主，发育沉积构造(图 3b、d)，但受短距离搬运影响，成分成熟度与结构成熟度普遍偏低。

2.2 火山岩储集空间特征

通过显微镜、扫描电镜分析发现，松南断陷火山岩储层包含了3类12种储集空间类型。3类分别为原生孔隙、次生溶蚀孔隙与裂缝。原生孔隙主要包括了原生气孔(图 4a)、晶间孔、粒间孔与冷凝收缩孔(图 4b)，在火山角砾岩、喷溢相熔岩中最为常见；原生孔隙间相对孤立、连通性差，在后期成岩过程中会被再次充填、破坏，使孔隙发育程度与连通性进一步降低(图 4c)。次生溶蚀孔隙包括粒内溶孔(图 4d、e)、斑晶溶孔、杏仁体溶孔(图 4f)和基质溶孔(图 4g)，本区以长石、火山岩屑粒内溶孔与基质溶孔最为发育，斑晶溶孔、杏仁体溶孔次之；溶蚀孔隙普遍具有形态不规则、大小不等的特点，连通性较原生孔隙略好。裂缝主要包含构造缝(图 4h)、溶蚀缝(图 4i)、冷凝收缩缝与隐爆缝；其中，构造缝最为常见，具有开度较大、延伸远的特点，构造缝与规模较小的溶蚀缝、冷凝收缩缝、隐爆缝组合可以形成大规模的复杂缝网。

2.3 火山岩储层形成机制

在常规岩心、铸体薄片、扫描电镜分析的基础上，本文针对火山岩储层孔隙结构复杂、非均质性强的特点，特别引入了25 mm、4 mm岩心柱塞CT扫描分析，实现了火山岩储层宏观-微观的多尺度综合研究。

扫描分析结果显示，松南断陷火山岩储层中直径大于26 μm的孔隙占比较低(图 5a、b)，储层主体孔径在4~26 μm之间，整体以微孔为主。大于26 μm孔隙呈孤立分布，孔隙间基本互不连通(图 5a)，4~26 μm孔隙的连通性有所改善(图 5b)，孤立的原生气孔在溶蚀作用下相互连通，形成“大孔微喉、高孔低渗”的有效储层(图 4g)。此类“孔隙+溶蚀”型储集空间可以显著改善火山岩局部物性，但对火山岩整体连通性的改善贡献有限。“孔隙+缝网”是形成大规模火山岩储层的关键，多尺度裂缝沟通原生、次生孔隙形成了“多孔微喉、中孔高渗”的储层类型(图 5c)，裂缝的发育程度与缝网的分布范围基本控制了火山岩有效储层的规模。

3 火山岩储层控制因素

多尺度综合分析表明，火山岩有效储层的形成是“孔隙+溶蚀+缝网”相互匹配的结果。为了明确控制火山岩有效储层发育的关键要素，本文对影响火山岩原生孔隙发育、次生溶蚀作用发生和规模缝网形成的控制因素分别进行了探讨。

3.1 原生孔隙控制因素

利用钻井取心与火山岩露头样品开展储层特征分析，发现火山岩储层原生孔隙的形成与分布主要受控于火山岩岩相类型。近火山口爆发相的火山角砾岩与火山熔岩原生孔隙最为发育，这主要受到了火山口塌陷作用、火山角砾支撑作用及熔岩气孔更为发育等多种因素的影响，形成机制复杂导致爆发相原生孔隙多呈分散状不均匀分布。其次，喷溢相安山岩和流纹岩中原生孔隙也较为发育，并以气孔为主，受冷凝收缩与气体挥发作用影响，气孔多呈层状定向排列(方向与熔岩流动方向一致)在单期火山岩的上部，气孔体积由下向上逐渐变小。

3.2 次生溶蚀控制因素

次生溶蚀作用的发生，主要受控于风化淋滤与酸性流体注入影响。统计火山机构围岩地层缺失厚度与实钻火山岩风化壳厚度之间的关系，发现风化壳的发育规模与火山机构暴露时间(文中假设构造演化相似的相邻次凹具有相近的沉积速率，地层沉积厚度越大则经历地质时期越长，所以火山机构相邻地层缺失厚度可以定性反映其暴露时间长短)正相关(图 6a)。此外，本区火山岩储层内部次生溶蚀多为碱性矿物溶蚀，距离盆地生烃灶越近，火山岩储层物性越好(图 6b、c)，推测溶蚀孔隙的发育程度可能与排烃期酸性流体注入规模正相关。

3.3 规模缝网控制因素

规模缝网的形成，同时受到了火机构相带与所处构造位置的影响。火山口—近火山口相带的塌陷作用、隐爆构造与冷凝收缩作用均利于火山岩储层内部缝网的形成。另外，构造高部位为应力释放区，断裂发育程度高，同样利于规模缝网的形成，火山岩储层渗透率从构造低部位到高部位逐渐增大。

综上所述，火山机构-岩相类型、火山机构所处构造位置、火山岩暴露时间和到生烃灶距离是控制火山岩有效储层形成的关键要素。围绕生烃灶中心，在相对构造高部位刻画火山机构近火山口相带，是火山岩有效储层分布的有利方向。

4 结论

1) 松南断陷层发育了3期“基性—中基性—酸性”的火山喷发旋回，形成了下部低幅丘状叠置连片、上部单一机构零散分布的大规模火山岩地层。

2) 松南断陷火山岩储层多为爆发相、喷溢相与火山沉积相产物，主要有3类12种有效储集空间类型，其中“孔隙+溶蚀”和“孔隙+缝网”复合型储集空间的发育，是火山岩有效储层形成的关键。

3) 火山机构-岩相类型、所处构造位置、暴露时间和到生烃灶距离是控制火山岩有效储层形成的关键要素；围绕生烃灶中心，在相对构造高部位刻画近火山口相带，是火山岩有效储层分布的有利方向。