辽河东部凹陷火成岩岩性识别及储层评价

王建飞

中国石油 辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010

0 引言

随着常规油气藏的勘探程度不断提高，变质岩、火成岩等复杂岩性油气藏的勘探开始日显重要[1-3]。辽河东部凹陷自中生代至新生代，火成岩广泛发育，是中国较早发现火成岩油气藏并获得大规模油气储量的地区之一[4-5]。“十二五”期间，加强了火成岩油藏的研究和认识[6-8]，东部凹陷火成岩勘探取得显著成果，为油田增储稳产作出了重要贡献。作为“十三五”的持续重点攻关方向之一，火成岩的岩性识别及储层评价分类依然是制约火成岩油藏勘探的重要因素之一，本文在前人对东部凹陷火成岩岩性、岩相精细研究的基础上[9-11]，根据不同类型火成岩的测井曲线形态及区间值范围的差异，对火成岩岩性进行有效识别，并对各类火成岩的电性、物性、含油性以及脆性进行综合研究，评价出优势储层，从而有效指导东部凹陷火成岩油藏的下步勘探。

1 区域地质概况

东部凹陷位于辽河坳陷的东部，在平面上呈一北东走向的狭长洼陷，长轴约130 km，短轴平均25 km，总面积为3 300 km2，是新生代发育的大陆裂谷型盆地，经历了新生代早期伸展、后期走滑改造，一直作为辽河坳陷的岩浆活动中心。其中断陷期的始新统沙河街组三段火成岩广泛发育，以中南部的铁匠炉—大平房地区最为发育，最大钻遇厚度>1 000 m，北部的茨榆坨、青龙台火山岩相对不发育，厚度<100 m(图1)。沙一段火成岩主要分布于南部的红星—大平房和北部的茨榆坨地区，以南部岩浆活动最强，其他地区不发育。东营组火成岩的主要分布范围与沙一段相似，主要分布于南部的红星—大平房，其他地区不发育。

图1 东部凹陷区域地质图Fig.1 Geological map of eastern depression

2 火成岩岩性分类

依据火成岩的成因、化学成分及特征矿物组合特征，东部凹陷新生界中基性火成岩整体可划分为玄武岩、粗面岩、辉绿岩、沉火山碎屑岩4大类(表1)，按照火成岩的内部结构可进一步细分为14种岩石类型。其中玄武岩在整个凹陷内广泛发育，房身泡组、沙三段、沙一段、东营组均有分布，占火成岩钻遇总厚度的90%。其次为粗面岩，集中发育于沙三中亚段，主要分布在黄沙坨—欧利坨子—热河台、红星—小龙湾地区，占钻遇总厚度的6%。辉绿岩侵入时期主要为东营期，在房身泡组、沙三段、沙一段和东营组都有分布，主要侵入层位为沙三段和沙一段，空间分布上集中分布于北部的青龙台和南部的红星—小龙湾地区，其他地区零星分布，占钻遇总厚度的2%。沉火山碎屑岩主要发育于房身泡组和沙三段，占钻遇总厚度的2%。

表1 东部凹陷新生界火成岩岩性分类表

3 岩性的测井识别

不同类型火成岩由于矿物组成不同，其测井曲线响应形态、区间值范围也具有一定的差异，以往的测井岩性识别方法主要是利用自然伽马、深侧向电阻率、密度、声波时差等常规测井参数来识别火成岩岩性，并建立相关取值区间和标准[12]。本文在参考以往研究成果的基础上，归纳总结不同火成岩岩性的测井响应特征，进行火成岩岩性有效识别。

3.1 玄武岩类的测井识别

玄武岩类(主要发育岩相为溢流相、爆发相)自然伽马值和深侧向电阻率值普遍较低，自然伽马值一般不超过50 API，电阻率一般<100 Ω·m；板状熔岩流亚相发育的致密玄武岩密度较高，一般都在2.7 g/cm3以上，而复合熔岩流亚相发育的气孔玄武岩和火山碎屑流亚相发育的玄武岩质角砾岩密度相对较低，一般都<2.6 g/cm3。补偿中子为10%～45%，声波时差在50～90 μs/ft之间。密度及中子曲线组合形态为“负差异”(图2)。

3.2 粗面岩类的测井识别

粗面岩类(主要发育岩相为溢流相、侵出相、爆发相)普遍具有自然伽马值较高的显著特点，一般都>110 API。密度为2.3～2.75 g/cm3，深侧向电阻率为10～3 150 Ω·m，其中板状熔岩流亚相发育的粗面质熔岩密度相对较高，可达到2.7 g/cm3，电阻率最高达1 000 Ω·m，而侵出相发育的块状粗面岩和火山碎屑流亚相发育的粗面质角砾岩密度相对较低，大多<2.5 g/cm3，电阻率普遍<100 Ω·m。补偿中子为2%～15%，声波时差在50～68μs/ft之间。密度及中子曲线组合形态为“正差异”或“绞合状”(图3)。

图2 玄武岩类测井响应特征Fig.2 Logging response characteristics of basalt

图3 粗面岩类测井响应特征Fig.3 Logging response characteristics of trachyte

3.3 辉绿岩的测井识别

由于辉绿岩(发育岩相为侵入相)与玄武岩具有相似的化学成因，因此其电性特征与玄武岩具有较好的相似性，主要差别在于辉绿岩的密度和电阻率相对更高，电阻率最高达300 Ω·m，密度最高可达2.85 g/cm3，密度及中子曲线组合形态为较大的“负差异(图4)。

图4 辉绿岩测井响应特征Fig.4 Logging response characteristics of diabase

4 火成岩储层评价

4.1 火成岩岩性与物性关系

通过收集整理的487套东部凹陷新生界火成岩物性分析结果，表明火成岩孔隙度介于0.9%～29.2%，平均值为9.2%，渗透率介于0.01～56 mD，平均值为0.23 mD，总体上表现为中孔-低渗特征，其中粗面岩与玄武岩的孔隙度呈单峰式正态分布，峰值区间均为5%～10%(中孔)，渗透率呈双峰式分布，且以偏向低值一侧样品所占比例较大。辉绿岩的孔隙度以低于5%的特低孔为主，反映出其基质物性偏低，裂缝和大的溶蚀孔洞对其储层贡献较大。这表明，粗面岩类和玄武岩类基质物性略好于辉绿岩，但总体上差别不大。

综上，笔者将不同岩石结构的火成岩进行分类物性统计，综合评价认为火山碎屑岩类，包括角砾化粗面岩、粗面质角砾岩、玄武质角砾岩整体上物性最好，为I类储层；气孔玄武岩、沉火山碎屑岩、块状粗面岩物性中等，为II类储层；辉绿岩、致密玄武岩物性最差，为III类储层(图5)。

图5 东部凹陷火成岩岩性-物性关系图Fig.5 Lithological-physical relationship diagram of igneous rocks in eastern depression

4.2 火成岩岩性与含油气性关系

根据不同岩性火成岩(油迹以上)油气显示级别的统计(图6)，角砾化粗面岩及粗面质角砾岩含油气性最好，油迹以上显示的厚度比例都在30%以上。玄武质角砾岩、块状粗面岩、沉凝灰岩、凝灰质砂岩的含油气性大致相当，显示好的层段在10%～20%之间。致密块状玄武岩和裂缝不发育的气孔玄武岩、 辉绿岩含油气性最差， <10%。

图6 东部凹陷火成岩岩性-含油气性关系图Fig.6 Lithological-oiliness relationship diagram of igneous rocks in eastern depression

4.3 火成岩岩性与脆性关系

岩石压裂破碎试验结果表明，玄武岩的破碎围压和抗剪强度最大，分别为29.41～31.52MPa和72.17～92.83 MPa，平均值为30.47 MPa和82.50 MPa；粗面岩的破碎围压和抗剪强度中等，分别为26.10～31.24 MPa和38.10～81.56 MPa，平均值为28.09 MPa和63.11 MPa；粗面质碎屑岩的破碎围压和抗剪强度最小，分别为23.48～26.00 MPa和24.95～68.22 MPa，平均值为24.74 MPa和45.29 MPa。这说明玄武岩不易破裂，最难形成构造裂缝，而粗面岩类尤其是粗面质碎屑岩在构造作用下更易发生脆性破碎，容易形成构造裂缝。

结合物性测试结果并参考油气显示及岩石脆性测试结果，综合评价出火成岩优势岩性储层依次为(表2)：储集空间发育、易破碎、物性及含油性好的、多发育于侵出相、爆发相及火山通道相的粗面质角砾岩和角砾化粗面岩为I类储层；(块状)粗面岩(发育于溢流相、侵出相)、玄武质角砾岩(发育于爆发相)、沉火山碎屑岩(发育于火山沉积相)等本身储集条件较好或易于后期改造的岩性，区内含油性为I—II类，归为II类储层；发育于溢流相的致密玄武岩、气孔玄武岩和侵入相的辉绿岩本身储集空间不发育，或气孔发育需裂缝改造连通的岩性，物性、含油性、脆性等相对较差，为III类储层。基于上述储层特征获得了红星地区的储层评价结果(图7)。

5 结论

(1)东部凹陷新生界火成岩是一套中基性为主的岩浆岩，喷出岩主要为玄武岩和粗面岩，侵入岩主要为辉绿岩。化学成分相同的火成岩，由于其内部结构、构造不同，测井响应值及曲线形态也表现出一定的差异性。火山碎屑岩类的自然伽马、电阻率、密度值均会略<其对应的火山熔岩类，曲线形态也表现出微齿状过渡到锯齿状的特征。

表2 东部凹陷火成岩优势岩性储层综合评价表

(2)储集空间发育、易破碎、物性及含油性好的粗面质角砾岩、角砾化粗面岩为I类储层；玄武质角砾岩、块状粗面岩、火山沉积岩等本身储集条件较好或易于后期改造的岩性为II类储层；气孔玄武岩、辉绿岩、致密玄武岩等本身储集空间不发育或局部发育需后期改造连通的岩性，物性、含油性、脆性等相对较差，为III类储层。