全球范圍內(nèi)在50多個(gè)國家300余個(gè)盆地或區(qū)塊內(nèi)發(fā)現(xiàn)了火成巖油氣藏或在火成巖層段具有油氣顯示，其中13國的40個(gè)盆地的火山巖獲得了工業(yè)性油氣流鉆井和大規(guī)模的儲(chǔ)量。近年來，在中國多個(gè)盆地的火山巖中發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)的油氣藏，火山巖油氣藏成為我國油氣資源勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域之一。經(jīng)過近20年的發(fā)展，已積累了豐富的研究成果。

為系統(tǒng)總結(jié)我國火山巖儲(chǔ)層的研究進(jìn)展和明確其特殊之處，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院王璞珺教授科研團(tuán)隊(duì)中唐華風(fēng)教授等人，進(jìn)行了儲(chǔ)集空間類型、物性特征、分布規(guī)律和形成機(jī)理等方面的分析，形成以下3方面認(rèn)識(shí)。

1. 系統(tǒng)總結(jié)了火山巖儲(chǔ)集空間類型

依據(jù)形成過程和幾何特征，可將儲(chǔ)集空間劃分為原生孔隙和裂縫、次生孔隙和裂縫。本文依據(jù)儲(chǔ)集空間的成因和分布特征，將其細(xì)劃為11類28型，原生孔3類5型、原生縫2類9型、次生孔3類7型和次生縫3類7型。

從發(fā)現(xiàn)的火山巖油氣藏來看，儲(chǔ)集空間類型基本為原生孔縫與次生孔縫的組合類型，由于孔縫類型的多樣，其形成的儲(chǔ)集空間組合類型也十分復(fù)雜，不同盆地/區(qū)塊間也各不相同。通過對(duì)比中國火山巖儲(chǔ)集空間可知，東部盆地以原生型為主、西部盆地以次生改造型為主。

2. 從巖性、巖相和埋深到火山地層角度的儲(chǔ)層分布規(guī)律認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變

對(duì)儲(chǔ)層分布規(guī)律研究的時(shí)間順序可劃分為兩個(gè)階段：①建立起儲(chǔ)層與巖性、巖相、埋深的關(guān)系；②結(jié)合火山地層特征建立儲(chǔ)層與地層單元、地層界面的關(guān)系。兩個(gè)階段呈遞進(jìn)關(guān)系。

2.1埋深與儲(chǔ)層的關(guān)系

熔巖的孔隙度和滲透率隨埋深增大的減少幅度小于火山碎屑巖和沉火山碎屑巖；熔巖的孔隙度、滲透率最大值在深部大于火山碎屑巖和沉火山碎屑巖；通常埋深在3000m之上時(shí)火山碎屑巖和沉火山碎屑巖可具有較好的儲(chǔ)層物性，埋深在3000m之下時(shí)熔巖可有高孔隙帶存在，具有相對(duì)好的物性（圖1）。

圖1火山巖儲(chǔ)層與埋深的關(guān)系

2.2火山地層角度—熔巖流/熔巖穹丘與儲(chǔ)層的關(guān)系

為了進(jìn)一步明確火山巖儲(chǔ)層空間分布規(guī)律，將巖性巖相與儲(chǔ)層關(guān)系擴(kuò)展到三維地層范圍，需要在火山地層單元的約束下進(jìn)行儲(chǔ)層分布規(guī)律分析。基本單元中對(duì)于熔巖流和熔巖穹丘的儲(chǔ)層分布特征研究較多，其它的單元還未見相關(guān)分析成果；

整體上熔巖流垛葉體和熔巖穹丘儲(chǔ)層為“上部好和下部差”的分布模式；細(xì)分熔巖流類型時(shí)，中基性辮狀熔巖流的氣孔層厚度與地層厚度比值高于簡(jiǎn)單熔巖流（圖2）；簡(jiǎn)單熔巖流氣孔層在橫向上具有較好的延伸性，辮狀熔巖流的氣孔層通過垛葉體交錯(cuò)疊置可形成網(wǎng)狀連通體。

圖2 熔巖流/熔巖穹丘與儲(chǔ)層的關(guān)系

2.3火山地層角度—火山機(jī)構(gòu)與儲(chǔ)層的關(guān)系

火山地層基本單元疊置構(gòu)成了火山機(jī)構(gòu)，火山機(jī)構(gòu)類型和相帶控制著儲(chǔ)層的分布。

酸性碎屑巖火山機(jī)構(gòu)儲(chǔ)層厚度變化較小，其形態(tài)為板狀或席狀；酸性復(fù)合熔巖火山機(jī)構(gòu)氣藏的儲(chǔ)層厚度變化小，其形態(tài)為丘狀和席狀；中基性熔巖火山機(jī)構(gòu)儲(chǔ)層厚度變化較大，其形態(tài)為丘狀或楔狀。復(fù)雜巖性巖相構(gòu)成的火山機(jī)構(gòu)比單一巖性巖相火山機(jī)構(gòu)物性好。

儲(chǔ)層與距噴發(fā)中心的距離成反比，距離近孔滲值高、孔喉半徑大、喉道分選好、中-粗歪度，距離遠(yuǎn)孔滲值低、孔喉半徑小、喉道分選差-中等歪度。鉆井揭示火山機(jī)構(gòu)中心相帶是有利儲(chǔ)層和油氣藏富集的主要場(chǎng)所。

2.4火山地層角度—火山地層界面與儲(chǔ)層的關(guān)系

鉆井揭示多數(shù)有利儲(chǔ)層分布于噴發(fā)間斷不整合和構(gòu)造不整合界面之下的200m范圍內(nèi)、少數(shù)情況可延伸到500m的范圍（圖3）。不同盆地之間該范圍值存在差異，同一盆地中不同區(qū)塊的范圍值也不同、同一區(qū)塊中不同井之間也存在一些差別。

圖3 噴發(fā)間斷不整合-構(gòu)造不整合界面與儲(chǔ)層的關(guān)系

有利儲(chǔ)層發(fā)育也促進(jìn)了油氣聚集于此。從鉆井揭示的情況來看，多數(shù)油層/氣層/氣水層/油水層在噴發(fā)間斷不整合和構(gòu)造不整合界面之下150m范圍以內(nèi)（圖4a），油層/氣層/油氣同層更多的集中在100m的范圍之內(nèi)（圖4b），該深度段應(yīng)該是油氣勘探的重要層位。

圖4 噴發(fā)間斷不整合-構(gòu)造不整合界面與油氣層分布的關(guān)系

3. 明確了火山巖儲(chǔ)層獨(dú)有的形成過程

對(duì)火山巖儲(chǔ)層起到建設(shè)作用的主要有原生的揮發(fā)分逸出、冷凝收縮、炸裂和碎屑顆粒支撐作用等，以及次生的脫玻化重結(jié)晶、構(gòu)造改造、大氣水-地層水-深部熱液溶蝕溶解作用等；對(duì)儲(chǔ)層起到破壞作用的主要是充填、壓實(shí)和膠結(jié)作用。其中揮發(fā)分逸出、冷凝收縮、炸裂和脫玻化等作用是火山巖儲(chǔ)層形成的獨(dú)特類型。

3.1揮發(fā)分逸出

揮發(fā)份逸出主要可以劃分為兩個(gè)階段，分別為火山通道中上升過程和噴出地表后流動(dòng)過程。前者可以看作為近似等溫降壓過程，是氣孔形成的主要階段；后者為近似等壓降溫過程，氣孔只比前一階段在形狀和分布方面進(jìn)行調(diào)整，基本不再產(chǎn)生新的氣孔(圖5a/b)。

氣孔形成符合合并擴(kuò)散減壓模型，浮巖中的氣孔數(shù)量密度與氣孔體積之間成非線性反比的關(guān)系。原生氣孔的發(fā)育與熔漿揮發(fā)份密切相關(guān)，流紋巖在巖漿含水量低時(shí)含水率的變化會(huì)引起氣孔數(shù)量的劇烈變化；氣泡大小，形狀和分布對(duì)滲透率影響明顯；氣孔類巖石孔隙度越大抗壓強(qiáng)度就越小，氣孔直徑越大抗壓強(qiáng)度就越小。

圖5 巖漿噴發(fā)與儲(chǔ)層形成示意圖

3.2炸裂作用

炸裂作用可見三種，一是熔漿在上升過程中壓力降低的膨脹過程使得斑晶破碎，二是由于揮發(fā)份出溶速度大于散逸速度而使熔漿破碎化的過程，三是富含揮發(fā)份的熔漿在淺地表發(fā)生的爆炸作用（圖5b/c）。前者可使熔漿中脆性體（通常為晶體）破碎；第二種方式可產(chǎn)生大量的火山碎屑，碎屑中保留一部分炸裂縫；第三種隱爆作用使圍巖發(fā)生破碎，形成樹杈狀裂縫。

3.3冷凝收縮作用

熔漿在固化的階段是降溫階段，體積會(huì)收縮變小，產(chǎn)生張性應(yīng)力，可以形成裂縫（圖6）。裂縫的形成與冷卻速度和流動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系密切，如熔巖流在快速流動(dòng)過程中（冷卻速度中等）可能在頂部產(chǎn)生自碎角礫縫，在底部產(chǎn)生層狀節(jié)理。當(dāng)熔巖流的流動(dòng)速度減緩時(shí)（冷卻速度慢）可能產(chǎn)生貫穿熔巖流的高角度宏觀龜裂縫和不規(guī)則微小龜裂縫的組合；當(dāng)熔巖停止流動(dòng)時(shí)，厚層熔巖流會(huì)形成下部規(guī)則和上部變形柱狀節(jié)理的組合。

圖6冷凝收縮縫形成示意圖

3.4脫玻化作用

火山巖中玻璃質(zhì)成分是不穩(wěn)定的，在埋藏使溫度、壓力升高時(shí)，玻璃質(zhì)將逐漸轉(zhuǎn)化為結(jié)晶物質(zhì)，即產(chǎn)生脫玻化作用。運(yùn)用火山玻璃脫玻化作用的物理過程及質(zhì)量平衡的原理和方法，估算球粒流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r中流紋質(zhì)玻璃脫玻化作用產(chǎn)生的孔隙，結(jié)果表明流紋質(zhì)玻璃完全脫玻化形成長(zhǎng)石、石英球粒，可產(chǎn)生≥8.88%的孔隙度。脫玻化作用的重要意義在于，不需要原生孔隙溝通流體來產(chǎn)生溶蝕孔，巖石自身可產(chǎn)生連通的儲(chǔ)集空間，這也是火山巖儲(chǔ)層獨(dú)有的現(xiàn)象。

4. 火山巖儲(chǔ)層是多成因的復(fù)雜疊合結(jié)果

火山巖儲(chǔ)層的形成是上述多因素的綜合結(jié)果，大體上可以劃分為同噴發(fā)期原生孔隙形成階段，埋藏前風(fēng)化階段、埋藏溶蝕階段。伴隨熱液充填（同噴發(fā)期火山熱液和后期構(gòu)造-熱事件熱液）的改造，有的區(qū)域還經(jīng)受埋藏后抬升剝蝕、再埋藏的過程，使儲(chǔ)集空間的演化過程更加復(fù)雜化。先形成的原生孔隙、裂縫和構(gòu)造裂縫為后期流體作用于巖石提供通道，控制著次生孔隙的發(fā)育。

火山巖中儲(chǔ)集空間類型的演化應(yīng)該分成兩類，一是冷凝固結(jié)成巖的熔巖，二是壓實(shí)固結(jié)成巖的火山碎屑巖。二者的演化過程存在一定的差別，其中熔巖受壓實(shí)變形較小、火山碎屑巖的變形大。所以熔巖中的氣孔隨埋深的增大時(shí)直徑可能有少量的減少，而數(shù)量和形態(tài)基本保持不變，溶蝕產(chǎn)生的鑄模孔、篩狀孔等也容易得以保存。而火山碎屑巖在埋深增大時(shí)，顆粒支撐型巖石由于顆粒的接觸方式為點(diǎn)-線-凹凸接觸，部分顆粒可能會(huì)破碎，顆粒之間由于應(yīng)力的變化可能還會(huì)產(chǎn)生位移來達(dá)到新的支撐平衡，所以火山碎屑巖的粒間孔直徑會(huì)顯著變小，數(shù)量可能會(huì)有小幅度的增加。早期產(chǎn)生的溶蝕孔隙在顆粒的支撐調(diào)整過程中可能大量的損失、難以保存，對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)可能有限（圖7）。

圖7火山巖孔隙演化模式圖

上述研究成果已發(fā)表于國際地學(xué)權(quán)威期刊《Earth-Science Reviews》。希望能起到拋磚引玉的作用，引起學(xué)者們對(duì)火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)理論深入研究的關(guān)注。

論文信息：Huafeng Tang（唐華風(fēng)）, Zhiwen Tian（田志文）, Youfeng Gao（高有峰）, Xiaojuan Dai（代曉娟）. Review of volcanic reservoir geology in China. Earth-Science Reviews，2022, 232, 104158. 原文鏈接https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104158. 項(xiàng)目資助：本研究受國家自然科學(xué)基金、中石油、中石化和中海油等項(xiàng)目聯(lián)合資助。