2024, Vol. 36
凝灰岩类属于粒径小于2 mm的火山碎屑岩类[1]，是火山喷发物质经风力或水体搬运在沉积区形成的具有凝灰或尘屑结构的岩石[2-3]，对地层划分对比、确定地层沉积时代、恢复古环境具有重要意义[4]。近年来，随着勘探开发水平的提高和力度的加大[5]，具有较大资源潜力的非常规油气逐渐成为重要的接替力量[6]，凝灰岩类储层因具有良好的近源、储集和开发条件[7]，已成为油气勘探新领域[8]。目前在国内外多个含油气盆地中均发现了该类油气藏或有利储层，如三塘湖盆地条湖组[9]、准噶尔盆地芦草沟组[10]、四川盆地吴家坪组[11]，松辽盆地沙河子组[6]，以及美国Monroe Uplift盆地的Richland油气田等[12]，均取得较好的勘探开发效果。二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层普遍发育，具有颗粒细、非均质性强、矿物组成复杂的特点。近期钻探的AM1，AM2，A47等探井在腾格尔组一段下亚段（简称腾一下亚段）凝灰岩类致密储层中见到良好的油气显示，且试油获高产工业油流[13]，展现了凝灰岩类良好的勘探前景。但随着后续勘探开发工作的深入，腾一下亚段凝灰岩类致密储层岩性变化快、非均质性强及含油性差异大等问题日益凸显，严重制约了该类油藏的高效开发。因此，精细刻画腾一下亚段凝灰岩类致密储层特征，明确其成因，对进一步勘探开发具有重要指导意义。
以往对该套凝灰岩类致密储层的研究较多，魏巍等[14]认为腾一下亚段块状凝灰岩储集性能最好，以溶蚀孔和基质孔为主，属于特低孔、低渗—超低渗储层；孙振孟等[15]分析腾一下亚段成岩作用后认为其处于早成岩阶段B期和晚成岩阶段，凝灰岩和沉凝灰岩是该区潜在的岩性油气藏勘探目标；张以明等[16]利用多因素判别法确定腾一下亚段凝灰岩有效储层孔隙度下限为4%，渗透率下限为0.008 mD。上述研究主要侧重于凝灰岩类储层的岩石类型、成岩作用、物性下限等方面，未考虑凝灰岩类致密储层的岩性细分及储集空间的多样性和差异性，对不同岩性凝灰岩类致密储层的对比研究较少，对优质储层形成控制因素研究相对较薄弱。本次研究通过岩心薄片观察，结合X-衍射分析，明确凝灰岩类致密储层的岩石学特征，利用高压压汞、氮气吸附、场发射电镜、CT扫描和储层物性分析等多种技术手段，开展不同类型凝灰岩类致密储层的储集空间特征、孔径分布特征及物性对比研究，分析优质储层形成的控制因素并进行分类评价，预测有利储层发育区，以期为阿南凹陷腾一下亚段凝灰岩类致密油勘探提供地质依据。
1 地质概况阿南凹陷是二连盆地马尼特坳陷的一个次级凹陷，位于该坳陷东部，东南紧邻苏尼特隆起，西北邻近贡尼—京特乌拉低凸起，向西延伸至额尔登高毕凸起，凹陷整体呈北东向长条形展布（图 1a），东西长约60 km，南北宽约40 km，勘探面积约2 750 km2。阿南凹陷是在古生界褶皱基底上发育起来的北断南超断坳型断陷[17]，先后经历了初始断陷期、强烈断陷期、断-坳转化期和坳陷沉降期4个阶段[18]，纵向上具有粗—细—粗的沉积旋回特征[19]，平面上由6个二级正向构造单元和4个二级负向构造单元组成[20]，具有洼隆相间的特点。研究区构造活动强烈，发育北东向控凹大（主）断层，伴生众多与主断层平行或斜交的次生断层。
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下载原图 图 1 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段区域构造（a）及岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Regional structure (a) and stratigraphic column (b) in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
阿南凹陷在腾一下亚段沉积时期，湖盆北部火山喷发，大量火山灰落入湖盆，形成一套湖相富凝灰质复杂岩类[21]，主要由湖相碳酸盐岩、陆源碎屑岩和火山碎屑岩三大类组成，岩性以凝灰岩、白云岩、砂岩、泥岩为主，夹薄层白云质粉砂岩、凝灰质泥岩、泥质白云岩等。腾一下亚段作为全区标志层，根据测井曲线与岩性组合特征，纵向上可划分为4个砂组（图 1b），下部Ⅵ砂组主要发育滨浅湖、扇三角洲前缘亚相，岩性以灰色、灰绿色泥岩和粉砂岩为主，与下部阿四段角度不整合接触；Ⅲ砂组以半深湖沉积为主，岩性主要为砂岩，夹凝灰质泥岩和云质泥岩；Ⅱ砂组主要发育半深湖—深湖亚相，是凝灰岩类主要发育层段，岩性以凝灰岩、凝灰质泥岩为主，夹凝灰质（粉）砂岩、白云质泥岩；Ⅰ砂组主要发育半深湖—深湖亚相，岩性主要为灰色、灰绿色泥岩，夹粉砂岩，为烃源岩发育层段。研究区腾一下亚段凝灰岩类致密储层主要发育在Ⅱ砂组、Ⅲ砂组中，累计厚度为20~50 m，分布范围较广，源储配置良好，是阿南凹陷致密油富集的主要层段。
2 岩石学特征观察AM1井、AM2井、A43井3口取心井408.2 m岩心，结合矿物薄片、X射线衍射、电子探针、扫描电镜等分析化验资料，认为阿南凹陷腾一下亚段凝灰岩类致密储层主要有凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩、凝灰质（粉）砂岩4种类型。以AM1井取心资料为例，凝灰岩体积分数为36.0%，凝灰质泥岩体积分数为20.7%，沉凝灰岩和凝灰质（粉）砂岩体积分数较少，分别为14.0%，12.6%。
（1）凝灰岩。凝灰岩多为灰色、灰绿色，成分以火山灰为主，主要发育块状构造（图 2a），部分见滑塌、揉皱变形构造，常呈薄层状发育于厚层泥岩中，单层厚度为0.05~5.00 m，与上下泥岩突变接触，推测为风携作用将火山灰搬运至半深湖—深湖区空落沉积形成。薄片观察结果发现，研究区凝灰岩中火山碎屑物质体积分数大于90.0%，主要由岩屑、晶屑和玻屑组成，岩屑以中酸性凝灰岩岩屑为主（图 2b），次圆—次棱角；晶屑成分主要为石英、斜长石，棱角状、椭圆状，分选中—差，常见不规则裂纹和港湾状的溶蚀现象（图 2c）；玻屑性质不稳定，普遍发生蚀变作用，转化为黏土矿物，具有凝灰结构，局部残留玻璃质结构，玻屑形状不规则，呈弓形、月牙形或棱角状（图 2d）。X-衍射分析（表 1）表明，凝灰岩矿物中长英质矿物质量分数平均为74.2%，碳酸盐矿物质量分数平均为18.8%，黏土矿物质量分数平均为5.8%。
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下载原图 图 2 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层岩石学特征 （a）块状层理，见贝壳状断口，纯凝灰岩，AM2井，1 569.45 m；（b）岩屑凝灰岩，见火山灰球粒被溶蚀，AM2井，1 561.92 m，；（c）晶屑凝灰岩，见长石晶屑、岩屑溶蚀，AM2井，1 545.97 m；（d）玻屑凝灰岩，玻屑脱玻化并发育溶孔，A43井，2 054.75 m；（e）云质沉凝灰岩，N120井，1 754.00 m；（f）沉凝灰岩，白云石化现象，见晶间溶蚀孔，AM2井，1 566.80 m；（g）沉凝灰岩，见斑状白云石、方解石，AM2井，1 567.42 m；（h）凝灰质（粉）砂岩，N31井，1 957.70 m；（i）凝灰质砂岩，见方解石填充，A6井，2 168.30 m；（j）凝灰质泥岩，见高角度裂缝，H20井，1 673.46 m；（k）凝灰质泥岩，荧光薄片，含油显示，AM2井，1 545.97 m；（l）凝灰质泥岩，方解石充填溶蚀孔，微裂缝发育，A43井，2 068.48 m。 Fig. 2 Petrography characteristics of tuff tight reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
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下载CSV 表 1 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类X射线衍射矿物分析 Table 1 Xray diffraction analysis of mineral of tuff in lower submember of the first member of Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
（2）沉凝灰岩。沉凝灰岩是火山碎屑物和沉积碎屑物按不同比例混合沉积形成，其中火山碎屑物体积分数为50.0%~90.0%，粒度较细，以凝灰物质为主。研究区沉凝灰岩多为浅灰色、灰绿色，厚度差异较大，几厘米到几米均有分布，与上下凝灰质泥岩过渡接触，岩性主要为云质沉凝灰岩，表面可见碳酸盐颗粒呈斑点状、团块状或雪花状（图 2e）。薄片观察结果发现，沉凝灰岩常发生白云石化作用，形成溶蚀孔隙（图 2f），也见火山碎屑蚀变成白云石与方解石斑状集合体（图 2g）。沉凝灰岩矿物中石英平均质量分数为33.8%，碳酸盐平均质量分数为31.8%，长石平均质量分数为24.2%，黏土矿物质量分数平均为17.6%。
（3）凝灰质（粉）砂岩。凝灰质（粉）砂岩属于火山-沉积碎屑岩岩类，碎屑物质含量高，火山碎屑物质体积分数小于50%，见块状构造、滑塌变形构造（图 2h），厚度分布较为均匀，单层厚度为10~ 20 cm。凝灰质（粉）砂岩以砂质颗粒为主，矿物成分主要为石英、长石和岩屑，石英质量分数平均为34.1%；长石以斜长石为主，平均质量分数为25.8%，含少量钾长石；岩屑组分复杂，以火成岩岩屑为主，见少量花岗岩岩屑及变质岩岩屑；填隙物主要为碳酸盐胶结物和杂基，碳酸盐胶结物以方解石为主，平均质量分数为6.9%，充填粒间孔隙或交代碎屑矿物（图 2i），白云石少量，平均质量分数为3.4%；杂基主要为黏土矿物，其次为凝灰质，其中大部分凝灰质在沉积和埋藏过程中发生蚀变作用而转化为黏土矿物，主要以黏土包壳的形式包裹在碎屑颗粒周围，X-衍射分析表明，研究区腾一下亚段黏土矿物成分主要为绿泥石，分析认为富Mg2+离子的中基性凝灰质蚀变导致凝灰质（粉）砂岩中黏土矿物质量分数平均为25.7%。
（4）凝灰质泥岩。凝灰质泥岩主要由陆源泥质沉积物组成，原始火山灰体积分数为10.0%~50.0%，灰黑色，见明显的波状层理、水平层理、块状层理（图 2j），单层厚度较大，富含有机质，有机碳平均体积分数为2.2%，可作为潜在的烃源岩。薄片观察发现凝灰质泥岩中碎屑矿物颗粒主要为石英和长石，多呈漂浮状，粒径为10~20 μm，分选较差，次棱角—次圆状，顺泥质纹层分布（图 2k），X-衍射分析表明，碳酸盐胶结物质量分数平均为23.1%，充填在杂基微孔、粒间孔或微裂缝中（图 2l），凝灰质泥岩中黏土矿物质量分数平均为22.1%。
3 储层特征 3.1 储集空间依据铸体薄片、扫描电镜、场发射电镜，认为阿南凹陷腾一下亚段凝灰岩类致密储层储集空间类型多样，以次生孔隙为主，约占储集空间的75.6%，主要类型为溶蚀孔、脱玻化孔；原生孔隙较少，约占储集空间的15.7%，以粒间孔和晶间孔为主；微裂缝少量。
对比分析发现，凝灰岩致密储层面孔率最高，平均为8.9%，此类储层发育较多的玻屑、晶屑、岩屑等不稳定矿物，易遭受溶蚀作用和脱玻作用，储集空间中溶蚀孔和脱玻化孔比较发育，分别占40.6% 和23.4%。其中溶蚀孔以粒内溶蚀孔和粒间溶蚀孔为主（图 3a，3b），孔隙形态不规则，孔径分布在10~ 100 μm；脱玻化孔数量较多，孔径较小（图 3c），为5~30 μm，凝灰岩致密储层还发育少量晶间孔，平均占比约14.3%，孔径一般较小，场发射电镜下多为纳米级（图 3d），形态不规则，常与溶蚀孔伴生；凝灰质（粉）砂岩面孔率为7.39%，主要发育溶蚀孔和粒间孔，占总孔隙体积的89.4%，其中溶蚀孔多为粒间（内）溶蚀孔，孔径一般为20~100 μm，常与裂缝连通，粒间孔多呈三角形、不规则多边形等（图 3e），粒间孔数量较多，孔径为5~30 μm，多孤立分布，连通性差；沉凝灰岩面孔率平均为3.67%，主要发育溶蚀孔和晶间孔（图 2f），分别占总孔隙体积的35.6% 和27.8%，其中溶蚀孔主要为粒内溶蚀孔，孔径一般为20~100 μm，孔隙边缘圆滑；凝灰质泥岩面孔率平均为2.87%，主要发育晶间孔和微裂缝，其中微裂缝缝宽为5~10 μm，见方解石半充填、未填充（图 2l）。
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下载原图 图 3 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层储集空间类型 （a）粒内溶蚀孔，岩屑凝灰岩，N71井，1 568.50 m；（b）粒间溶蚀孔，沉凝灰岩，N29井，1 242.35 m；（c）脱玻化孔，安山质凝灰岩，AM2井，1 568.58 m；（d）晶间孔，粒间溶蚀孔，安山质凝灰岩，AM2井，1 568.35 m；（e）粒间孔，凝灰质粉砂岩，AM2井，1 605.07 m；（f）方解石晶间孔，沉凝灰岩，AM2井，1 566.80 m。 Fig. 3 The reservoir space types of tuff tight reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
利用压汞、CT扫描等技术手段，分析不同岩性凝灰岩类致密储层孔隙结构，发现差异性明显（图 4）。凝灰岩压汞曲线有一平台段，且平缓段较长，中—细歪度，进汞饱和度为80%，退汞效率小于25%，排驱压力一般为1~2 MPa，孔喉分选较好，略细歪度，喉道较细小，喉道半径小于1 μm，CT扫描发现凝灰岩致密储层孔隙结构呈“立体”网络特征，中小孔隙由微细的喉道相互连通，连通性较好。凝灰质（粉）砂岩压汞曲线差异性较大，有较小平台段或无平台段，进汞饱和度为20%~90%，退汞效率为18%~50%，排驱压力为1.2~12.6 MPa，喉道半径小于10 μm，纳米级喉道较为发育，CT扫描发现凝灰质（粉）砂岩致密储层孔隙结构以微细孔为主，微米、纳米级孔喉呈不规则网状连通，少量中大孔呈孤立状不均匀分布，整体上孔隙连通性较差，可动流体饱和度低。沉凝灰岩无平缓段，进汞饱和度最大为20%，退汞效率为50%，排驱压力一般为1.25 MPa，细歪度，喉道半径小于0.1 μm，CT扫描发现此类孔隙结构多为孤立型，主要为纳米级微孔和少量中大孔隙，连通性较差。凝灰质泥岩进汞饱和度为20%，退汞效率为50%，排驱压力一般大于2 MPa，喉道半径小于0.1 μm，CT扫描发现凝灰质泥岩孔隙结构主要由微米级晶间孔和少量微裂缝组成，中大孔隙基本不发育，孔隙连通性差。
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下载原图 图 4 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层孔隙结构类型 Fig. 4 Pore texture types of tuff tight reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
选取阿南凹陷腾一下亚段12块样品[凝灰岩3块、沉凝灰岩2块、凝灰质泥岩4块、凝灰质（粉）砂岩3块]，综合利用氮气吸附和高压压汞实验联合表征各岩相孔径分布特征，其中微孔（< 2 nm）、介孔（2~50 nm）孔径分布采用氮气吸附数据，宏孔（＞50 nm）孔径分布采用高压压汞数据，两者拼接后可获得全孔径分布曲线（图 5）。分析发现凝灰岩孔体积为0.005 5~0.024 6 cm3/g，平均为0.017 1 cm3/g，比表面积为0.76~7.70 m2/g，平均为4.107 m2/g，孔径分布较广，各类孔隙均有发育，其中介孔孔径为6~40 nm，宏孔孔径为50~200 nm，微孔孔径为1~ 2 nm（图 5a）。沉凝灰岩孔体积平均为0.006 2 cm3/g，比表面积平均为0.90 cm3/g，介孔孔径为20~50 nm，宏孔孔径呈多个峰值，主要峰值为50~1 000 nm（图 5b）。凝灰质（粉）砂岩孔体积为0.018 9~0.025 9 cm3/g，平均为0.022 0 cm3/g，比表面积为4.36~9.22 m2/g，平均为6.96 m2/g，微孔孔径为1~2 nm，介孔孔径为6~20 nm，宏孔孔径集中段不明显（图 5c）。凝灰质泥岩孔体积为0.002 9~0.039 8 cm3/g，平均为0.022 15 cm3/g，比表面积为0.43~9.42 m2 /g，平均为5.47 m2/g，微孔孔径为1~2 nm，介孔孔径为4~ 20 nm，宏孔出现概率整体随孔径增大而减小（图 5d）。
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下载原图 图 5 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层孔径分布特征 Fig. 5 Pore size distribution of tuff tight reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
综合分析发现，不同岩性孔径分布特征各异，对储集空间的贡献能力不同（图 5e）。凝灰岩中介孔、宏孔较为发育，提供了主要的孔体积，约占总体积的84.4%；沉凝灰岩中介孔约占总孔体积的56.0%，宏孔体积分数不如凝灰岩高，平均为20.2%；凝灰质（粉）砂岩以介孔为主，约占总体积的41.1%，微孔次之，平均占比35.7%，宏孔较少，平均占比22.2%；凝灰质泥岩中介孔约占总体积的66.3%，微孔和宏孔都较少。整体上，研究区凝灰岩类致密储层介孔数量较多，约占62.9%，对储集能力起主要贡献，微孔和宏孔数量较少，分别占15.4% 和21.7%，提供了次要的孔体积，对储集能力贡献有限。
3.3 储层物性阿南凹陷腾一下亚段137块样品实测的岩心孔隙度和渗透率数据分析表明，研究区凝灰岩类储层物性变化范围较大，孔隙度为0.2%~22.6%（图 6a），平均为4.88%，其中超低孔、特低孔数量最多，占总孔隙类型的83.6%，低孔和中孔数量较少，约占16.4%。渗透率为0.001~84.480 mD（图 6b），平均为0.067 mD，整体属于超低孔、超低渗储层。孔渗关系图显示凝灰岩与凝灰质（粉）砂岩孔渗正相关性明显（图 6c），主要发育孔隙型储层，沉凝灰岩和凝灰质泥岩孔渗的相关性较差，说明孔隙连通性差，储集空间类型主要为次生孔隙和裂缝[22]。
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下载原图 图 6 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类储层物性特征 Fig. 6 The physical properties characteristics of tuff reservoir in lower submember of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
进一步分析发现，不同岩性储层物性差异性明显（图 6d），凝灰岩孔隙度为0.62%~22.60%，其中5%~15% 的孔隙度样品占73.5%，渗透率为0.005~ 80.480 mD，0.01~1.00 mD的渗透率样品占64.8%，凝灰岩储层受脱玻化及溶蚀作用影响，脱玻化孔和晶间溶蚀孔发育，孔隙分选性较好，储层物性最好；凝灰质（粉）砂岩孔隙度为0.5%~17.2%，3.2%~ 11.5% 的孔隙度样品约占57.1%，渗透率为0.003~ 80.780 mD，0.01~1.00 mD的渗透率样品约占68.4%，凝灰质（粉）砂岩主要发育基质溶孔、粒内溶蚀孔和粒间孔，孔隙分选较好，喉道较细，储层物性较好；沉凝灰岩孔隙度为0.2%~13.4%，0.2%~4.0%的孔隙度样品约占85.0%，渗透率为0.001~4.520 mD，小于0.01 mD的渗透率样品约占64.3%，沉凝灰岩主要发育晶间孔、溶蚀孔和微裂缝，孔隙多呈孤立状分散分布，连通性较差，储层物性相对较差；凝灰质泥岩孔隙度为0.3%~5.7%，小于4.0%的孔隙度样品占87.4%，85.0% 的样品渗透率小于0.01 mD，凝灰质泥岩主要发育晶间孔和微裂缝，孔隙分选差，进汞饱和度低，溶蚀作用较弱，储层物性最差。
4 储层质量控制因素 4.1 沉积作用阿南凹陷腾一下亚段沉积时期属于湖水扩张期[19]，发育扇三角洲、滨浅湖、半深湖—深湖环境，多元的沉积环境造成腾一下亚段凝灰岩类致密储层岩性特征各异，并最终导致不同岩性的致密储层在物性上差异明显。凝灰岩类储层作为过渡型火山碎屑岩储层，具有一定的沉积特征[8]，受火山和沉积共同作用，可分为风携型、空降与水携共同型和水携型3种（图 7）。风携型储层形成在远离火山口的半深湖—深湖区，搬运距离较远，是风力作用携带大量火山灰直接空降飘落至水下，形成薄层凝灰岩，夹于厚层泥岩中，风携沉积形成的凝灰岩岩性较纯，未经历原地风化暴露和长距离搬运，富含火山玻璃、长石和石英晶屑等不稳定物质，为后期溶蚀作用和脱玻化作用奠定了物质基础。这种凝灰岩储层纵向上叠加可形成厚度较大的优质储层，以A27井为例，在腾一下亚段钻遇凝灰岩致密储层累计厚度约46.7 m，储层物性较好，孔隙度平均为9.02%，渗透率平均为0.76 mD。
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下载原图 图 7 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类沉积模式剖面 Fig. 7 Depositional model section of tuff in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
空降与水携共同型储层搬运距离较远，主要沉积在前三角洲或滨浅湖环境中，该区水动力较弱，形成的岩性主要为沉凝灰岩和凝灰质泥岩，二者都以水携搬运为主，其中沉凝灰岩在搬运过程中，不稳定成分易发生水解，不利于后期脱玻化和溶蚀改造，储层物性较差，如A18井腾一下亚段沉凝灰岩储层平均孔隙度为3.82%，平均渗透率为0.41 mD；凝灰质泥岩水体搬运距离较沉凝灰岩远，火山灰含量很低，主要由陆源泥质沉积物组成，泥质体积分数一般大于50%，常堵塞孔隙和喉道，造成储层物性很差，平均孔隙度为2.90%，平均渗透率为0.25 mD。
水携型搬运距离较近，主要沉积在三角洲前缘地区，岩性主要为凝灰质（粉）砂岩，纵向上与常规粉砂岩、细砂岩互层沉积，凝灰质（粉）砂岩岩性粒度较细，泥质含量较高，物性较差，如A32井在腾一下亚段凝灰质（粉）砂岩储层平均孔隙度为7.50%，平均渗透率为0.58 mD。
4.2 成岩作用储层岩性的差异影响后期成岩作用的进行[23]，不同的成岩作用导致储集性能差异性明显。通过对研究区3口取心井岩心及铸体薄片观察，结合扫描电镜、阴极发光、电子探针及X-衍射分析，认为影响储层物性的成岩作用主要有压实、胶结、脱玻化、白云石化及溶蚀等作用。
4.2.1 压实作用二连盆地阿南凹陷腾一下亚段凝灰岩类致密储层富含火山碎屑及凝灰质杂基，抗压能力较弱，埋藏过程中易遭受强烈的压实作用，主要表现为颗粒凹凸接触、有机质定向排列、火山岩屑发生塑性变形（图 8a）。依据魏钦廉等[24]的成岩作用强度分级标准，发现不同岩性凝灰岩类致密储层压实强度具有明显的差异性，如凝灰岩压实率主要为28.0%~60.0%，平均为42.3%，以中等压实为主，凝灰质泥岩压实率主要为45.3%~80.6%，平均为65.3%，以中等—强压实为主。究其原因，认为凝灰岩储层中长英质矿物含量较高，颗粒间点—线接触，在早成岩期孔隙中沉淀了大量泥晶方解石、方沸石、蒙脱石和绿泥石等自生胶结物，抗压实能力较强。同时，凝灰岩储层在沉积时携带大量的热量，可导致有机质低熟生油，并较早进入岩石并占据储集空间（图 8b），对压实作用起到一定抑制作用。凝灰质泥岩中长英质颗粒含量较少，粒度普遍较细，以泥—细粉砂岩为主，受压实作用易被挤入孔隙，堵塞喉道，导致原生粒间孔损失较多。
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下载原图 图 8 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层成岩作用特征 （a）有机质顺层呈定向分布，A47井，2 083.55 m；（b）粒内溶蚀孔，岩屑凝灰岩，见油质填充，AM2井，1 556.49 m；（c）白云石交代早期方解石，N120井，1 757.21 m；（d）丝片状伊利石填充孔隙，H20井，2 230.80 m；（e）云质沉凝灰岩，阴极发光，AM2井，1 578.17 m；（f）沉凝灰岩，白云石具有环带结构，AM2井，1 563.87 m；（g）沉凝灰岩，去白云岩化现象，AM2井，1 566.80 m；（h）沉凝灰岩，见示底构造，上部为亮晶方解石，下部是2期渗流粉砂，A43井，2 067.78 m；（i）褐灰色油斑凝灰质细砂岩，AM2井，1 597.24 m。 Fig. 8 Diagenesis characteristics of tuff tight reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
胶结作用是储层物性变差的主要原因，研究区胶结作用普遍发育，主要有碳酸盐胶结和黏土矿物胶结2种类型。碳酸盐胶结物成分主要为方解石和（铁）白云石，方解石多在成岩早期碱性条件下生成，呈连晶式胶结，胶结程度较强。（铁）白云石主要形成于中成岩晚期，晶粒较小，呈自形、半自形晶充填于粒间孔隙、溶蚀孔隙，或交代早期方解石（图 8c）。研究区黏土矿物主要由凝灰物质蚀变而来，矿物类型主要为绿泥石、伊利石和伊蒙混层，绿泥石多以黏土包壳形式出现，在一定程度上使原生孔隙得以保存[25]，伊利石多呈薄膜式包绕在颗粒表面，或呈丝片状填充孔隙（图 8d），伊蒙混层多呈蜂窝状填充孔隙。研究区黏土矿物在埋藏环境中，随着温度和流体性质的变化，伊利石含量会不断增大，最终充填于孔隙，堵塞喉道，增大储层的非均质性。
研究区胶结作用主要发生在沉凝灰岩和凝灰质泥岩中，这2种岩性的碳酸盐胶结物和黏土矿物含量较高，如沉凝灰岩碳酸盐胶结物质量分数平均为31.8%，黏土矿物质量分数平均为17.6%，胶结作用损失孔隙度为1.5%~5.6%，平均为3.1%，胶结损孔率平均为16.4%。因此，对于沉凝灰岩，强烈的胶结作用是导致储层物性变差的重要原因。
4.2.3 白云石化和脱玻化作用研究区白云石化作用主要发生在沉凝灰岩中，腾一下亚段沉积时期，火山活动强烈，含有基性成分的凝灰岩因富含大量的镁、铁等元素[26]，为白云石化的发生提供了条件。分析白云石化产物特征，认为研究区存在2期白云石化作用，早期发生在准同生期，形成的白云石晶体细小，泥、微晶为主，分散状均匀分布（图 8e）；晚期发生在早成岩期，在地层深处，温度较高，可以形成埋藏白云石，在岩心上以雪花状、不规则层状和团块状产出（参见图 2e），镜下白云石呈粉—细晶结构，呈斑状集合体，见明显橙黄色环带结构（图 8f）。白云石化作用使晶体结构重新调整，还可为后期溶蚀作用提供有利条件，从而产生新的有效的储集空间。同时，白云石具有较强的抗压实能力[27]，可有效减缓压实作用对储层物性的破坏。统计沉凝灰岩中白云石含量与孔隙度关系，发现白云石含量越大，白云岩化程度越高，储层物性越好（图 9a）。
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下载原图 图 9 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类致密储层物性与白云石化作用（a）、脱玻化作用（b）溶蚀作用（c）关系 Fig. 9 Relationships of physical properties with dolomitization (a), devitrification (b) and dissolution (c) of tuff tight reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
脱玻化作用主要发生在凝灰岩中，研究区凝灰岩岩浆母源偏酸性，玻璃质含量较高，作为一种未结晶、状态不稳定的物质，在埋藏过程中，随温度、压力及外部环境变化极易发生脱玻化作用[28]，薄片观察发现脱玻化作用形成的脱玻化孔在凝灰岩储层中较为常见（参见图 3c），伴随体积缩小，会形成大量微裂缝，使凝灰岩致密储层物性变好。统计分析发现，凝灰岩致密储层中玻屑含量越高，脱玻化潜力越大，所产生的脱玻化孔越多，孔隙度越大（图 9b）。
4.2.4 溶蚀作用溶蚀作用可形成孔径较大的次生孔隙，改善储层物性。分析认为研究区凝灰岩类致密储层可能存在2种溶蚀作用。一种是大气淡水溶蚀作用，以往研究表明，研究区在腾二段末期整体抬升[18]，发生区域性剥蚀，大气淡水可以通过断裂系统对下部腾一下亚段凝灰岩类致密储层产生溶蚀，薄片观察发现研究区沉凝灰岩储层中去白云岩化现象普遍，被茜素红染色后，暗红色的去白云岩化方解石呈白云石菱形晶形（图 8g），而去白云石化作用通常与地表或近地表大气淡水溶蚀有关[29]。存在大气淡水溶蚀的另一证据是在沉凝灰岩储层中见示顶底构造，即孔隙中见2期不同的填充物（图 8h），孔隙底部被泥粉晶方解石填充，颜色较暗，形成时间较早，为同沉积期或早成岩阶段早期，上覆沉积物遭受大气淡水淋滤作用，由水体中悬浮的灰泥沉积形成；顶部为亮晶方解石填充，颜色较亮，是后期填充形成。
另一种是有机酸溶蚀。腾一下亚段凝灰岩致密储层中含有一定量的有机质，在中成岩阶段，有机质开始成熟，释放大量有机酸，导致长石、碳酸盐胶结物及凝灰质等不稳定矿物发生溶蚀，在电镜照片上见油迹（图 8j），表明此类孔隙的形成与有机酸溶蚀密切相关。根据统计，凝灰岩致密储层中各类溶蚀孔隙占总孔隙的70% 以上，溶蚀作用增加的面孔率为0.62%~4.80%，平均为2.43%，统计孔隙度与溶蚀面孔率关系（图 9c），发现二者正相关性明显，说明溶蚀作用能有效增加储集空间，改善储层物性。
4.3 构造运动研究区腾一下亚段凝灰岩类致密储层沉积之后，发生了多期构造幕式活动，形成了多个不整合面和一系列北东向正断层。特别是腾二段沉积末期，盆地进入反转剥蚀期，在剥蚀面附近的凝灰岩类致密储层遭受大气淡水淋滤作用，形成大量的铸模孔和溶蚀孔，在赛汉塔拉组沉积期，盆地进入坳陷沉降期，早喜马拉雅运动产生了大量开启性正断层，沟通了烃源岩与储层，使断层附近的凝灰岩类致密储层物性较好，含油性较高，如A35井与A18井构造位置相当，但A35井更加靠近断层，在腾一下亚段Ⅱ砂组试油获10.5 m3工业油流，而在A18井同一层位试油，仅见油花。
构造运动造成断层附近的储层中裂缝发育，尤其是在白云岩化沉凝灰岩和凝灰质泥岩中，高角度缝发育（参见图 2j），镜下裂缝缝宽为5~10 μm，见方解石半充填、未填充（参见图 2l），裂缝在一定程度上提高了储层的渗流能力，还可为酸性流体和大气淡水的运移提供了通道[30]，在凝灰岩类致密储层中产生大量溶蚀孔隙，形成了裂缝-孔隙型储层，孔渗交会图（参见图 6c）显示，在白云岩化沉凝灰岩和凝灰质泥岩储层中，发育低孔高渗储层，证明裂缝改善了储层渗透率，对优质储层发育有利。
5 有利储层分布 5.1 储层分类通过上述对凝灰岩类储层特征分析，依据沉积相、成岩阶段、源储配置模式等因素，将研究区凝灰岩类储层分为3类（表 2）。
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下载CSV 表 2 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类储层分类评价标准 Table 2 Classification and evaluation criteria in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
Ⅰ类储层岩性主要为凝灰岩、凝灰质（粉）砂岩，孔隙度大于8%，渗透率为0.1~10.0 mD，距离火山口较远，含油性较好，油浸、油斑为主，主要处于中成岩A1—A2阶段，多发育在湖盆的中心区域，属于前扇三角洲或浊积扇沉积，与烃源岩不等厚互层，该类储层中凝灰岩与烃源岩接触面积大，源储呈“千层饼”状广覆式接触（图 10）。
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下载原图 图 10 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩储层源储配置模式 Fig. 10 Source-reservoir matching model of tuff reservoir in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
Ⅱ类储层岩性主要为沉凝灰岩和凝灰质（粉）砂岩，孔隙度为4~8%，渗透率为0.01~0.10 mD，含油性较好，主要为油斑、油迹显示，主要处于中成岩A1阶段，该时期烃源岩成熟，开始大量排烃，该类储层主要发育在湖盆边缘区域，存在2种源储配置模式，一种是上生下储模式，在扇三角洲前缘发育的沉凝灰岩、凝灰质（粉）砂岩受火山喷发、地震等作用产生滑塌滑动，在半深湖—深湖区形成浊积体，其上被腾一下亚段厚层烃源岩覆盖，构成上生下储的接触关系；另一种是旁生侧储模式，该模式主要发育在扇三角洲前缘或滨浅湖区域，是火山碎屑物质与陆源碎屑沉积物经水携搬运混合沉积而成，与半深湖—深湖相烃源岩侧向连接，构成旁生侧储的接触关系（图 10）。
Ⅲ类储层岩性主要为凝灰质泥岩和沉凝灰岩，孔隙度为0~4%，渗透率小于0.01 mD，油迹、不含油。该类储层主要发育在半深湖—深湖环境中，处于中成岩A2阶段，凝灰质泥岩即是烃源岩，又可作为储集层，构成自生自储接触关系（图 10）。
5.2 有利区分布凝灰岩类储层受沉积与成岩作用控制明显，在表 2储层分类的基础上，结合古地貌及构造特征，认为阿南凹陷腾一下亚段凝灰岩类储层分布在平面上具有明显差异性（图 11）。
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下载原图 图 11 二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段有利凝灰岩类储层分布 Fig. 11 The favorable tuff reservoirs distribution in the lower part of the first member of Cretaceous Tenggeer Formation in A'nan sag, Erlian Basin |
Ⅰ类储层分布较为集中，主要发育在洼槽区A43井一带，该区主要发育前扇三角洲或浊积扇相，岩性主要为凝灰岩和凝灰质（粉）砂岩，特别是凝灰岩储层，单层厚度小，但层数多、累计厚度较大，由风携带进入湖盆，降落后几乎不发生搬运和剥蚀作用，脱玻化晶间孔、溶蚀孔发育，储层物性条件好，且该储层正处于中成岩A2阶段，该阶段烃源岩持续大量排烃，该类储层处于厚层优质烃源岩中，属于源储互层型配置，成藏条件优越。Ⅱ类储层呈条带状分布，主要发育在西部湖盆边缘，集中分布在阿南斜坡带A408井—A3井—H60井—H34井区，该区主要发育扇三角洲前缘亚相，岩性主要为凝灰质（粉）砂岩，该区构造位置较高，是大气淡水溶蚀和有机酸溶蚀的叠加改造区，处于中成岩A1阶段，且该区紧邻洼槽区烃源岩，属于旁生侧储型。同时，在洼槽区A35井和H20井区，该区主要发育滑塌扇，岩性主要为凝灰质（粉）砂岩、沉凝灰岩，脱玻化及白云岩化作用比较发育，储层物性相对较好，属于上生下储型，也发育Ⅱ类储层。Ⅲ类储层分布范围较广，发育半深湖—深湖相，岩性主要为凝灰质泥岩，储层物性较差，属于自生自储型。
综上所述，研究区有利储层集中分布在洼槽区Ⅰ类储层中，实际钻探揭示，该区凝灰岩储层单层厚度为0.5~3.0 m，纵向上层数较多，平均累计厚度为43.5 m，测井解释平均孔隙度为8.12%，平均渗透率为0.045 mD。因此，分析认为A43东、A27北、H16西和A11西南等区块是下一步凝灰岩类致密油勘探的有利区带。
6 结论（1）二连盆地阿南凹陷白垩系腾一下亚段凝灰岩类储层岩性多样，主要发育凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质（粉）砂岩、凝灰质泥岩4种类型，不同岩性凝灰岩类储层的储集空间特征、孔径分布特征、物性特征差异性明显，凝灰岩主要发育溶蚀孔和脱玻化孔，具有“立体”网络孔隙结构，介孔、宏孔较为发育，储层物性最好；凝灰质（粉）砂岩主要发育溶蚀孔和粒间孔，微细孔—微喉孔隙结构，介孔发育，储层物性较好；沉凝灰岩和凝灰质泥岩主要发育溶蚀孔、晶间孔和微裂缝，微孔—微喉孔隙结构，以介孔为主，储层物性较差。
（2）凝灰岩类优质储层形成控制因素包括沉积作用、成岩作用、构造作用，沉积作用为优质储层形成提供物质基础，控制储层的形成与分布，压实作用和胶结作用使储层物性变差，白云岩化和脱玻化作用改善储集性能，溶蚀作用是形成有效储层的关键，对物性改善具有积极作用。
（3）研究区发育Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ等3类凝灰岩类储层，Ⅰ类储层集中分布在洼槽区，Ⅱ类储层沿西部缓坡呈条带状分布，Ⅲ类储层分布范围最广，Ⅰ类储层为储集条件最优，A43东、A27北、H16西和A11西南等区块是下一步凝灰岩类致密油勘探的有利目标区域。
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