0 引言
截至2015年，已在全球100多个国家（或地区）的300余个盆地（或区块）内发现了火山岩油气藏或在火山岩层段发现油气显示［1］。从这些油气藏分布范围来看，主要分布在环太平洋和古亚洲洋构造域；从时代属性来看，多集中在中生代—新生代（约占70%），古生代次之［2-3］；从岩性分类来看，几乎所有类型的火山岩都有形成有效储层的潜力，其中火山熔岩类形成油气藏占比60%以上，侵入岩类占比20%以上、火山碎屑岩类占比10%以上［4］。中国火山岩油气藏主要集中在松辽、渤海湾、海拉尔、二连、准噶尔、三塘湖及塔里木等盆地。从国内外已发表的火山岩油气藏文献看，主要以火山熔岩类油气藏为主，火山碎屑岩油气藏占比最少。鉴于此，本文通过岩心描述、薄片鉴定、扫描电镜观察、全岩矿物分析、纳米CT扫描及高压压汞等实验，结合成像测井、元素测井和核磁测井，系统开展岩石、储层和裂缝研究，分析主要成岩作用类型及对储层储集空间的影响，进一步明确火山碎屑岩储层发育主控因素，为后续刻画有效储层特征和空间展布范围奠定基础。
1 研究区地质概况
松辽盆地构造上受晚侏罗世—早白垩世形成的16条以北北东向和北西向为主的基底深大断裂控制，东缘控盆断裂为四平—德惠断裂，西缘控盆断裂为嫩江—白城断裂，北缘控盆断裂为塔溪—林口断裂［5］。盆地被基底大断裂分割成中央坳陷区、北部倾没区、西部斜坡区、东北隆起区、西南隆起区、东南隆起区和开鲁坳陷区7个一级构造单元。地层从下到上划分为基底构造层、断陷层、坳陷层和反转构造层，4个构造层之间以区域不整合为界［5-6］。长岭断陷查干花次凹位于松辽盆地中央坳陷区南部，断陷北部控盆断裂呈NNE走向，断裂附近地层沉积厚度较大，整体表现自西向东逐渐超覆特征，形成箕状结构；断陷南部主要为基底拆离断层控制断陷沉积，表现为北西断，南东超，呈北东向条带展布。在断陷期岩浆活动强烈，分别发育火石岭组、营三段火山岩，形成火山岩与碎屑岩同时并存、穿插披覆的“二元”充填结构，火石岭组主要发育中基性火山熔岩和中酸性火山碎屑岩，岩性以安山岩、玄武岩和英安质、流纹质凝灰岩为主［7］（图1）。
2 岩石学特征
通过对查干花次凹火石岭组5口井12筒岩心观察和102张薄片鉴定，火石岭组火山岩主要为火山碎屑岩，岩性以凝灰岩为主，碎屑类型主要是晶屑和岩屑，少部分含有玻屑，并有一定程度脱玻化作用。蚀变作用普遍较强，多见岩屑蚀变、钠长石蚀变和隐晶质火山灰蚀变等现象，主要以黏土化蚀变为主，形成伊/蒙混层、伊利石和绿泥石等黏土矿物。碎屑颗粒以岩屑为主，其次为石英、长石晶屑，矿物成分主要为石英、碱性长石（钠长石和钾长石）、黏土矿物，含少量方解石、白云石、黄铁矿、硬石膏、辉石及其他重矿物。黏土矿物成分主要为伊/蒙混层、伊利石和绿泥石，高岭石较少。通过全岩矿物分析，岩石中铁矿物含量主要为菱铁矿（含量为0.2%~2.8%）和黄铁矿（含量为0.3%~2.5%），几乎不含Fe3+化合物。在扫描电镜下可见黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等矿物，这些矿物的存在和共生共同指示为还原环境［8-10］。
通过上述综合分析可知，查干花次凹查2区块火山岩主要为碎屑粒度小于2 mm的晶屑岩屑凝灰岩（局部含角砾），考虑碎屑类型、矿物成分和粒度对岩性和储层品质差异的影响，本文将凝灰岩进一步细分为5种岩性，即灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩、灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩、深灰色细粒含泥凝灰岩、深灰色极细粒泥质凝灰岩和灰黑色凝灰质泥岩。其中，灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩和灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩颜色以灰色为主，粒度较粗，分选中等，粒径在0.25 mm以上，碎屑颗粒以晶屑和岩屑为主，矿物中石英含量高，占比在45%~65%之间，钠长石次之，占比在25%~35%之间，黏土矿物含量较少，占比在5%~17%之间；深灰色细粒含泥凝灰岩和深灰色极细粒泥质凝灰岩颜色以深灰色为主，粒度较细，分选较好，粒径在0.03~0.25 mm之间，晶屑和岩屑含量较少，火山灰占比较高，矿物中石英含量在25%~55%之间，钠长石占比在2%~35%之间，黏土含量明显增高，占比在17%~50%之间；灰黑色凝灰质泥岩颜色以灰黑色为主，粒度最细，分选好，粒径大部分小于0.03 mm，含有少量极细的晶屑和岩屑，主要以火山灰为主，矿物中石英含量在10%~45%之间，钠长石含量介于2%~25%之间，黏土含量大于50%。从碎屑类型、岩心和薄片特征、矿物组成成分和粒度5个方面建立了岩性图版，进一步说明了粒度越粗，颜色越浅，碎屑颗粒中晶屑和岩屑占比越大，钠长石、石英含量越高、黏土矿物含量越低，粒度越细，颜色越深，碎屑颗粒中晶屑和岩屑占比越小，钠长石、石英含量越低、黏土矿物含量越高（图2）。
3 火山岩相特征
查2区块火山机构主要是火石岭组沉积期在浅湖环境下水下喷发堆积形成的爆发相火山碎屑岩，根据水下喷发堆积地质模式将查2区块火山爆发相分为3个亚相：气携碎屑流亚相、气水密度流亚相和悬浮静沉降亚相（图3）。气携碎屑流亚相岩性以灰色和灰白色块状粗粒晶屑岩屑凝灰岩为主，发育在最底层，集中在火山口附近，是有利储层的发育相带；气水密度流亚相岩性以灰色中粒—细粒晶屑岩屑凝灰岩为主，从火山口开始沉积，纵向沉积厚度最大，是水下喷发主要堆积物，也是有利储层的主要发育相带；悬浮静沉降亚相岩性以灰黑色和深黑色极细粒泥质凝灰岩和凝灰质泥岩为主，从火山口向远源逐渐加厚，横向分布范围最广，是非储层的主要发育相带，可作为火山机构内部局部隔夹层。
4 储层特征
4.1 孔隙特征
通过测井解释，结合镜下普通薄片、铸体薄片和扫描电镜观察，查干花次凹火山碎屑岩主要发育3种主要孔隙类型：脱玻化作用形成的脱玻化孔，晶屑、岩屑溶蚀作用形成的次生溶蚀孔和黏土化蚀变形成的黏土矿物晶间孔。
粗粒凝灰岩储层物性最好，孔隙度主要分布在1.3%~7.0%之间，中值为4.5%，渗透率主要分布在（0.01~0.08）×10-3 μm2之间，中值为0.04×10-3 μm2；细粒凝灰岩储层物性较差，少部分储层物性较好，孔隙度主要分布在0.8%~6.7%之间，中值为3.1%，渗透率主要分布在（0.005~0.06）×10-3 μm2之间，中值为0.02×10-3 μm2；极细粒凝灰岩储层物性差，基本都在储层下限之下，孔隙度分布在0.4%~3.5%之间，中值为1.6%，渗透率主要分布在（0.001~0.03）×10-3 μm2之间，中值为0.008×10-3 μm2。按照火山岩储层孔隙度—渗透率划分标准《油气储层评价方法》（SYT6285—2011），本区火山岩储层属于低孔特低渗储层。
通过查2-1井和查2-3井纳米CT扫描，孔径分布直方图可以直观看出样品查2-1井孔隙直径主要分布在211~300 nm之间，孔隙直径大于350 nm的占比很少，孔隙分形维数为1.16，迂曲度为57.17；样品查2-3井孔隙直径主要分布在232~400 nm之间，孔隙直径大于600 nm的也占有一定比例，孔隙分形维数为1.66，迂曲度为13.45（图4）。
4.2 孔喉特征
查干花次凹查2区块2口井开展岩心压汞实验，查2-1井在取心段4 670.9 m处岩性为灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩，实测岩心孔隙度为3.9%，渗透率为0.005×10-3 μm2，最大孔喉半径为0.134 μm，平均孔喉半径为0.040 μm，孔喉半径中值为0.036 μm，孔喉分布峰位为0.04 μm，占比为22.0%，退汞效率为34.8%；查2-3井在取心段4 271.01 m处岩性为灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩，实测岩心孔隙度为4.97%，渗透率为0.03×10-3 μm2，最大孔喉半径为0.134 μm，平均孔喉半径为0.044 μm，孔喉半径中值为0.046 μm，孔喉分布峰位为0.04 μm，占比为31.3%，退汞效率为33.7%（图5）。通过压汞实验分析，该区块储层孔喉主要以微孔微喉级别为主，孔隙度越大，平均孔径越大，比表面积越小，说明微观孔隙结构中大孔占比决定了孔隙度的大小，比表面积越大，小孔占比越高，同时随着深度增加，孔隙度减小，平均孔径没有明显变化，说明粗粒抗压能力强，对次生孔隙保存影响不大。
4.3 裂缝特征
图6 查2区块裂缝发育特征（a）查2-3井,4 273.55 m,灰色粗粒晶屑玻屑凝灰岩,低角度缝,未被充填;（b）查2-3井,4 223.50 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,斜交缝,被方解石充填；（c）查2-3井,4 221.30 m,深灰色极细粒泥质凝灰岩,高角度缝,被方解石充填;（d）查2-3井,4 226.00 m,灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩,构造缝,未被充填;（e）查2-3井,4 273.85 m,灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩,矿物晶粒破裂缝;（f）查2-3井,4 271.60 m,灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩,矿物晶粒破裂缝及节理缝 Fig.6 Characteristics of fracture development in Block Cha 2 |
5 主要成岩作用类型及机理
5.1 冷却淬碎作用
图7 查2区块火山碎屑岩主要成岩作用（a）查2-3井,4 219.89 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,淬碎玻屑;（b）查2井,4 413.75 m,灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩,淬碎晶屑和岩屑;（c）查2井,4 420.82 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,脱玻化孔;（d）查2-3井,4 273.40 m,灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩,脱玻化孔;（e）查2-3井,4 271.60 m,灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩，刚性颗粒被压碎;（f）查2-1井,4 668.50 m,灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩,受压实作用影响,颗粒之间以线接触为主;（g）查2-3井,4 673.20 m,灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩,颗粒强烈压实作用;（h）查3井,4 915.60 m,灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩,黑云母弯曲变形;（i）查2井,4 418.60 m,灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩,火山灰胶结;（j）查2井,4 780.56 m,深灰色极细粒泥质凝灰岩,黏土胶结;（k）查2-3井,4 226.35 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,两期裂缝充填;（l）查2-1井,4 669.20 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,微裂缝边缘被方解石充填,内部又被硅质充填;（m）查2-1井,4 672.10 m,灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩,碱性长石粒内溶蚀孔;（n）查2-1井,4 668.50 m,灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩,碱性长石粒内、粒间溶蚀孔,周缘黏土化;（o）查2-1井,4 669.35 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,绿泥石化产生绿泥石矿物晶间孔;（p）查2-1井,4 668.32 m,深灰色细粒含泥凝灰岩,脱玻化后发生溶蚀和黏土化蚀变,发育溶蚀孔和黏土矿物晶间孔 Fig.7 Diagenesis of volcanic clastic rock in Block Cha 2 |
5.2 脱玻化作用
5.3 压实作用
5.4 胶结作用
5.5 充填作用
5.6 溶蚀作用
5.7 蚀变（交代）作用
6 储层发育主控因素
6.1 不同火山岩相控制了不同岩性的空间分布，是决定储层物性好坏的先天条件
查2区块爆发相火山碎屑岩分为气携碎屑流亚相、气水密度流亚相和悬浮静沉降亚相。其中，气携碎屑流亚相和气水密度流亚相岩性较粗，以灰色和灰白色块状粗粒、中粒晶屑岩屑凝灰岩为主，集中分布在火山口附近，纵向沉积厚度大，呈现正粒序沉积特征，是有利储层主要发育相带。
6.2 岩性是决定火山岩储层好坏的物质基础，不同的碎屑类型、粒度和矿物成分，决定了储层不同的物性特征和储集空间类型
火山碎屑岩粒度越粗，晶屑岩屑占比越大，石英和钠长石含量越高，钠长石粒内溶蚀和粒间溶蚀形成的次生孔隙越发育，孔径越大，物性越好，反之粒度越细，黏土矿物含量越高，次生孔隙越不发育，物性越差。①通过查2-1井和查2-3井目的层岩心微区矿物分析（粒度分析），查2-1井颗粒直径在1~2 mm之间，分选较好，查2-3井颗粒直径在0.1~0.5mm之间，较大颗粒占比很少，查2-1井比查2-3井粒度粗，同时查2-1井斜长石（钠长石）含量明显高于查2-3井，钠长石晶屑内部和晶屑间发生次生溶蚀作用更强，溶蚀面积更大，查2-1井对应的孔隙度和渗透率高于查2-3井（图8）。②通过查2-3井元素测井对比发现，储层物性好、录井气测全烃高值区主要表现为钠、硅元素含量高，尤其是钠元素会出现异常高的特征，也进一步表明钠长石是决定优质储层的关键矿物成分，是形成次生溶蚀孔隙的关键因素，对大孔隙的发育起到了关键作用（图9）。
图8 查2区块单井岩石粒度分析（a）查2-3井,4 671.20 m,中粒晶屑玻屑凝灰岩,孔隙度为3.5%,渗透率为0.017×10-3 μm2; （b）查2-1井,4 669.51 m,粗粒晶屑玻屑凝灰岩,孔隙度为4.98%,渗透率为0.03×10-3 μm2 Fig.8 Particle size analysis of single well rock in Block Cha 2 |
通过扫描电镜和核磁测井对查干花次凹5类火山碎屑岩储集空间特征进行分析，粗粒晶屑岩屑凝灰岩核磁孔隙度在6%~12%之间，中粒晶屑岩屑凝灰岩核磁孔隙度在3%~10%之间，从细粒含泥凝灰岩到凝灰质泥岩，石英长石含量逐渐降低，黏土矿物含量逐渐升高，黏土矿物含量最高超过50%，核磁孔隙度在1%~4%之间，储集空间基本不发育（图10）。
6.3 成岩作用是影响火山碎屑岩储层变化的主要外因，脱玻化作用、溶蚀作用、蚀变作用是改善和提高查干花火山岩储集空间的主要成岩作用
查干花次凹火山碎屑岩通过镜下薄片和扫描电镜观察，有效储层储集空间类型主要有3种：一是脱玻化作用形成的脱玻化孔，火山碎屑岩中的玻屑（刚性和塑性）、塑性岩屑以及火山灰等不稳定的玻璃质，在埋藏过程中随着温度和压力的升高，逐渐转化为稳定的结晶物质，脱玻化过程形成新矿物使体积缩小，从而在不同矿物颗粒之间能形成大量的微孔隙，是火山岩中独有的孔隙类型，可有效改善储集层的物性［图7（c），图7（d）］；二是晶屑、岩屑溶蚀作用形成的次生溶蚀孔，火山碎屑岩受到酸性流体（有机酸和深部热液）溶蚀不稳定组分（长石晶屑、岩屑、碳酸盐等）影响，形成次生溶蚀孔隙（长石粒内溶孔、粒间溶孔、岩屑粒内溶孔等），尤其是碱性长石中钠长石的溶蚀作用形成的次生溶蚀孔对增加储集空间起到了关键作用［图7（k），图7（l）］；三是黏土化蚀变形成黏土矿物晶间孔，研究区内主要黏土化蚀变作用包括绢云母化、绿泥石化、方解石化、浊沸石化、菱铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、闪锌矿化及硅化等，其中对储层储集空间改善影响较大的为浊沸石化、绢云母化和绿泥石化，其中浊沸石为斜长石蚀变交代产物，后期受酸性流体溶蚀严重，能够改善储集空间，长石黏土化蚀变（绢云母化、高岭石化）是体积减小的蚀变过程，能够改善储集空间，颗粒绿泥石化产生自身绿泥石矿物，发育绿泥石晶间孔，能够改善储集空间［图7（m），图7（n）］。
6.4 构造应力作用促进了火山岩裂缝的发育，对基质发生溶蚀和蚀变形成次生孔隙和储层微观渗流起到了改善和沟通作用
通过统计分析查2-3井0~30°、30°~60°、60°~90°不同角度裂缝密度、裂缝开度、裂缝与含气性关系（图11），发现录井气测全烃高值区与3类裂缝都有关系，随着裂缝开度增大，全烃值有增大趋势，低角度缝、斜交缝、高角度缝均表现出类似的特征，但仍有一部分裂缝的开度与气测值并没有关系，说明有部分裂缝对气测可能没有贡献，同时，通过测井对基质孔隙度和裂缝孔隙度进行解释对比，查2井有效储层基质孔隙度在3.5%~10.8%之间，平均为5.3%，对应裂缝孔隙度在0.009%~0.077%之间，平均为0.044%，说明开启的裂缝主要起渗流通道作用，而作为储集空间作用并不明显，裂缝的发育对成岩过程中酸性流体和热液的进入提供了通道，有利于基质发生溶蚀和蚀变作用，裂缝发育带附近储层储集空间得到明显改善，裂缝发育与有效储层相叠加可能是优质储层发育段，优质储层中裂缝发育可能控制单井初期高产。
7 结论
（1）松南长岭断陷查干花次凹火石岭组火山碎屑岩属于富钠碱性火山岩，主要分为5种岩性，包括灰色粗粒晶屑岩屑凝灰岩、灰色中粒晶屑岩屑凝灰岩、深灰色细粒含泥凝灰岩、深灰色极细粒泥质凝灰岩和灰黑色凝灰质泥岩。粒度越粗，颜色越浅，碎屑颗粒中晶屑和岩屑占比越大，钠长石、石英含量越高、黏土矿物含量越低；粒度越细，颜色越深，碎屑颗粒中晶屑和岩屑占比越小，钠长石、石英含量越低、黏土矿物含量越高。
（2）火石岭组火山碎屑岩发育7种主要的成岩作用类型及机理，包括冷却淬碎作用、脱玻化作用、压实作用、胶结作用、充填作用、溶蚀作用和蚀变（交代）作用，其中脱玻化、溶蚀、蚀变是形成次生孔隙的主要作用，属于建设性成岩作用，其中碱性长石（钠长石）溶蚀是形成次生溶蚀孔隙的关键因素，对大孔隙的发育起到了关键作用。
（3）火石岭组碱性火山碎屑岩储层经过脱玻化、溶蚀和蚀变作用产生3种不同类型次生孔隙（脱玻化孔、次生溶蚀孔、黏土矿物晶间孔），是主要的储集空间，同时构造作用产生的大量天然裂缝（未填充的低角度缝）对基质发生溶蚀和蚀变作用形成次生孔隙和储层微观渗流起到了改善和沟通作用，形成了具有三孔一缝的储层特征和独特的微观渗流场。
（4）火山碎屑岩碎屑类型（晶屑和岩屑）、矿物成分（碱性长石）和岩石粒度是决定储层的物质基础，成岩作用和构造作用形成的“三孔一缝”是储层后期改造的结果，两者相互匹配是决定储层品质的主控因素。
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