1. 引言
庙31块位于开鲁盆地陆家堡凹陷五十家子庙洼陷北部，是在义县组构造背景下形成的继承性断裂背斜构造[1] 。从庙31块九佛堂组下段顶界构造图看，构造形态为庙31块东、西两条断层所夹持的断裂背斜构造(图1)。2012年庙31井在九佛堂组下段凝灰质砂岩、硅化凝灰岩中获得百吨高产油气流，库2井在流纹斑岩中获工业油气流。其中庙31井、庙31–新3井分别在2012年12月、2013年8月投产，截止2014年10月10日，日产油还在20t/d以上。显示了外围陆家堡凹陷勘探的良好形式。辽河外围盆地是中生代盆地，在中生代时期中国东北地区火山活动强烈[2] ，义县组主要为一套火山岩，到了九佛堂组时期以沉积作用为主[3] ，火山喷发作用相对减弱，但仍然有一定量的火山岩喷发，沉积岩层中形成了火山岩夹层和凝灰质砂岩层等，岩石组成极为复杂，储层发育的受控因素认识不清。为此，通过对庙31块储层特征及成因机理的研究，可指导陆家堡凹陷的进一步勘探和同类储层的开发。
2. 区域地质背景
陆家堡凹陷是在海西期褶皱基底上发育起来的中生代凹陷，受北北东向区域性断裂控制，构造走向呈北东向，具有东南陡西北缓、断坳式结构的构造背景，即早白垩世以断陷为主，而晚白垩世则为一地层平缓的广阔坳陷[4] 。陆家堡凹陷基底岩性由石炭、二叠系浅变质粉砂岩、结晶灰岩组成，其上依次覆
Figure 1. The structural map of miao31 block(K1jf2)
图1. 庙31区块构造图(K1jf2)
盖下白垩统义县组、九佛堂组、沙海组、阜新组、上白垩统及新生界等。研究层段九佛堂组为半深湖–深湖相沉积[5] ，由下到上构成完整的正旋回。九佛堂组上段为大套的油页岩夹砂岩。与下伏地层呈平行不整合接触，地层厚度相对稳定；下段主要为含凝灰质的砂岩、砂砾岩沉积，但由于下段沉积岩性及厚度受义县组构造控制，平面上差别大[3] [4] 。
3. 储层特征
3.1. 储层岩石学特征
庙31–新3井九下段井深为1169~1238 m，在井深1173.87~1192.12 m、井深1196.8~1237 m分别进行了钻井取心与旋转井壁取心；庙31井九下段井深为1184~1280 m、庙31-3井九下段井深为1265~1400 m，分别进行了系统的岩屑及井壁取心。岩石薄片鉴定92块，根据岩心及岩石薄片观察结果，研究区九下段主要岩石类型为次生硅质岩[6] (包括硅化泥球凝灰岩、硅化尘屑凝灰岩、硅化层状凝灰岩等)，次为凝灰质砂岩、尘屑凝灰岩，少量硅质岩等。庙31–新3井九下段主要岩石类型为次生硅质岩，X-衍射全岩分析(表1，图2)，平均硅质含量达到88.52%，斜长石平均0.24%，钾长石平均2.7%，粘土总量4.6%(包括一些蚀变火山灰等)，赤铁矿平均0.84%，菱铁矿平均1.26%，黄铁矿平均0.56%，白云石平均1.27%，其中的菱铁矿、白云石为后期交代成因或裂缝充填物。庙31井九下段以凝灰质砂岩为主，硅化。庙31-3井九下段为比较细粒的凝灰岩。
研究区九下段多已被硅质改造，但从岩石薄片观察结果可以识别次生硅质岩的原岩成分，为泥球凝灰岩，尘屑凝灰岩等(图2、图3)。其中硅化泥球凝灰岩主要成分为火山泥球。火山泥球圆状、椭圆状，部分具同心纹层结构，大小0.20~4.80 mm，硅化强烈，火山泥球间硅质沿壁生长，具残余孔隙，图2a和图2b。硅化层状凝灰岩原岩成分为层状尘屑凝灰岩，晚期硅质热液渗透，交代、硅化，硅质呈层状分布，图2c。泥晶粒屑硅质岩主要由粒屑和泥晶硅质组成，部分粒屑可能为火山泥球、陆源碎屑交代而来，图2d、图3b。该区的凝灰质砂岩，碎屑成分以中、酸性喷出岩岩屑为主，次为长石，少量长石、硅质岩岩屑，粒间硅质胶结，具残余孔隙，图3c。
3.2. 储集空间特征
根据铸体薄片(35块样品)观察结果，庙31块九下段储集空间类型为残余粒间孔、次生孔、残余缝(图4、图5)。次生硅质岩主要储集空间为硅质交代残余粒间孔、残余缝。凝灰质砂岩以机械作用形成的粒间孔以及粒间、粒内、碎屑溶蚀形成的溶蚀孔为主。
1) 残余粒间孔[7] [8]
Table 1. X-ray diffraction analysis (25 pieces)
表1. X-衍射全岩分析(25块)
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 2. The well of miao31-xin3; (a) (b) Silicified mud ball tuff, 1187.9 m ((a) core photo, (b) micro photo, perpendicular polarized light 25×); (c) Silicified layered tuff, 1184.92 m (micro photo, perpendicular polarized light 50×); (d) Micrite pelolithic siliceous rock, 1179.82 m (micro photo, perpendicular polarized light 50×)
图2. 庙31–新3井，(a) (b) 硅化泥球凝灰岩，1187.9 m ((a)岩心照片，(b)微观照片、正交偏光25×)；(c)硅化层状凝灰岩，1184.92 m (微观照片，正交偏光50×)；(d) 泥晶粒屑硅质岩，1179.82 m (微观照片，正交偏光50×)
(a)
(b)
(c)
Figure 3. (a) Silicified volcanic ash tuff, the well of miao31-xin3, 1182.02 m (micro photo, perpendicular polarized light 25×); (b) Micrite pelolithic siliceous rock, the well of miao31, 1190 m (micro photo, Perpendicular polarized light 50×); (c) Medium-fine lithic sandstone with tuffaceous, the well of miao31, 1218 m (micro photo, perpendicular polarized light 50×)
图3. (a) 硅化尘屑凝灰岩，庙31–新3井，1182.02 m (微观照片，正交偏光25×)；(b) 泥晶粒屑硅质岩，庙31井，1190 m (微观照片、正交偏光50×)；(c) 中–细粒岩屑凝灰质砂岩，庙31井，1218 m (微观照片、正交偏光50×)
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 4. (a) Residual intergranular pore, secondary quartzite layered tuff, the well of miao31-xin3, 1217.8 m (micro photo, plane polarized light 50×); (b) Residual intergranular pore, fine-medium lithic sandstone, the well of miao31, 1188.5 m (micro photo, plane polarized light 50×); (c) Secondary denudation pore, volcanic ash sedimentary tuff, the well of miao31, 1236 m (micro photo, plane polarized light 100×); (d) The major pore is intergranular pore, and the minor pore is innergranular pore, sparry pelolithic siliceous rock, the well of miao31-xin3, 1179.02 m (micro photo, plane polarized light 50×)
图4. (a) 残余粒间孔，次生石英岩化层状凝灰岩，庙31–新3井，1217.8 m (微观照片，单偏光50×)；(b) 残余粒间孔，细–中粒岩屑砂岩，庙31井，1188.5 m (微观照片，单偏光50×)；(c) 次生溶蚀孔隙，尘屑沉凝灰岩，庙31井，1236 m (微观照片、单偏光100×)；(d) 粒间孔为主，少量粒内孔，亮晶粒屑硅质岩，庙31–新3井，1179.02 m (微观照片、单偏光50×)
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 5. (a) Remaining fractures, silicified volcanic ash tuff, the well of miao31-xin3, 1182.02 m (micro photo, perpendicular polarized light 25×); (b) Structural fractures, remaining fractures, silicified volcanic ash tuff, the well of miao31-xin3, 1182.02 m (micro photo, perpendicular polarized light 25×); (c) Silicified volcanic ash tuff，the well of miao31-xin3, 1182.52 m (micro photo, perpendicular polarized light 25×); (d) Silicified cataclasite volcanic ash tuff, the well of miao31- xin3, 1175.82 m (micro photo, perpendicular polarized light 25×)
图5. (a) 残余缝，硅化尘屑凝灰岩，庙31–新3井，1182.02 m (微观照片，正交偏光25×)；(b) 构造缝、残余缝，硅化尘屑凝灰岩，庙31–新3井，1182.02 m (微观照片、正交偏光25×)；(c) 硅化尘屑凝灰岩，庙31–新3井，1182.52 m(微观照片，正交偏光25×)；(d) 硅化角砾状尘屑凝灰岩，庙31–新3井，1175.82 m (微观照片，正交偏光25×)
该区的残余粒间孔指原生或次生孔隙被硅质热液改造后形成的孔隙，孔内洁净。此类孔隙呈不规则多边形，或长条形，孔隙分布较为均匀，该区此类孔隙最为常见，孔隙多呈孤立状分布，相互连通性差(图4a和图4b)。
2) 次生孔[8]
次生孔包括粒内溶孔、粒间溶蚀扩大孔和铸模孔。该区整体上次生孔也较为发育，主要为颗粒边缘及粒内的溶蚀孔隙。粒间溶孔表现为孔隙边缘有明显的溶蚀痕迹，多呈不规则状，港湾状，长条状等。长石及岩屑是粒内溶孔的主要颗粒，孔隙呈网格状、残骸状，常见溶解残余，孔隙多呈孤立状分布，相互连通性差(图4c和图4d)。
3) 残余缝
该区的残余缝指原生或次生裂缝被硅质热液改造后形成的裂缝，缝内洁净，缝壁光滑(图5a和图5b)。
3.3. 孔隙结构特征
从毛管压力曲线形态可以定性分析储层岩石孔隙结构特征，研究区压汞样品分析25块，孔隙结构类型主要有三类：
I类孔隙结构储层的排驱压力低，进汞饱和度高，渗流特征最好(图6a)；孔隙结构为粗孔喉、好分选型，岩性为硅化泥球尘屑凝灰岩，分选好，孔隙组合类型为残余粒间孔 + 残余裂缝型，此类型孔隙结构储层为中孔，高–中渗储层。
II类孔隙结构储层的排驱压力较低，进汞饱和度较高，渗流特征较好(图6b)。孔隙结构为粗孔喉、好–中分选型，岩性为硅化尘屑凝灰岩，分选较好，孔隙组合类型为残余粒间孔 + 残余裂缝型，该类型孔隙结构储层为中–低孔，中–低渗储层。
III类孔隙结构储层进汞饱和度低，为细–微孔喉型，分选差，岩性为硅化层状尘屑凝灰岩(图6c)，孔隙组合类型为为残余粒间孔 + 残余裂缝型，该类型孔隙结构储层为特低孔，低、特低渗储层。
研究区以II、III类储层为主。
3.4. 物性特征
根据该区岩心常规物性分析数据(孔隙度、渗透率样品各42块)结果，表明：九下段样品最大孔隙度为13.9%，平均孔隙度为6.18%，孔隙度主要集中在4%附近，孔隙度小于4%的样品占42%，在4%到12%之间的占37%，按碳酸盐孔隙度评价指标[9] (高孔隙度Φ ≥ 20%，中孔隙度12% ≤ Φ < 20%，低孔隙度4% ≤ Φ < 12%，特低孔隙度Φ < 4%)，九下段储层属于特低孔、低孔、中孔储层。九下段样品最大渗透率145 × 10−3μm2，平均渗透率为26.77 × 10−3μm2，样品渗透率分布不均匀，按碳酸盐渗透率评价指标[9] (高渗透率K ≥ 100 × 10−3μm2，中渗透率10 × 10−3μm2≤ K < 100 × 10−3μm2，低渗透率1 × 10−3μm2≤ K < 10 × 10−3μm2，特低渗透率K < 1 × 10−3μm2)，九下段储层属于与中、低渗透储层(图7)。
4. 特殊岩性储层成因机理
4.1. 岩石成因机理
火山喷发和气液活动往往存在于火山活动的各个阶段，但以火山晚期为主。也有一部分火山的喷发作用和气液作用同时或者交替发生。这是由于火山作用和岩浆深成作用不同的原因。火山晚期气液活动时间长而剧烈，气液不仅局限于受火山机构控制，而还有一部分受远离火山喷发中心区域构造的控制[10] 。根据地震分析显示，本区庙31块3口井离火山口由近及远的顺序为庙31–新3井、庙31井、庙31-3井(图8)；根据岩心及岩石薄片分析结果，在近火山口处的庙31–新3井硅化程度强烈，而离火山口稍远的庙31井硅化相对变弱，远离火山口的庙31-3井未硅化，说明本区的次生硅质岩受火山机构控制，与火山活动期后的热液活动有关(图9)。
由岩心、岩石铸体薄片观察及地震分析显示，在九佛堂组沉积时期，由富硅质的热液沿着前期火山活动形成的裂隙上涌，热液对围岩作用，发生硅化。在岩石的形成过程中，由于热液通道被先期富硅质的热液充填胶结而封闭，致使后期热液的内压力逐渐增大，当压力积聚到一定程度时，就诱发爆裂作用，炸碎热液通道，重新开放，然后又被热液充填而封闭。这样开放–封闭–再开放–再封闭，后期次生硅质岩胶结先期被炸碎的次生硅质岩，如此多次反复，便形成了具有特殊成因的次生硅质岩(图5)。
次生硅质岩绝大部分由凝灰岩强烈硅化而形成，在次生硅质岩中常可见到凝灰岩的残留体，硅化强烈处就不见残留物，只见石英。另外，硅化不彻底，见凝灰岩残留体，并被网脉状硅质脉所切割，构成似角砾状、网格状硅化凝灰岩(图5)。
4.2. 储集空间成因机理
火山碎屑岩是火山岩与沉积岩的过渡类型，一般具有孔、缝双重介质特征，按成因可将储集空间划分为原生和次生两大类。原生储集空间主要形成于成岩作用阶段。次生储集空间是后期成岩作用改造形成的，且绝大多数是在原生储集空间的基础上改造而成。因此，原生储集空间作为次生储集空间的载体，
(a)
(b)
(c)
Figure 6. (a) Depth 1175.82 m, (b) Depth 1176.07 m, (c) Depth 1175.55 m
图6. (a) 深度1175.82 m，(b) 深度1176.07 m，(c) 深度1175.55 m
Figure 7. Core physical property analysis of lower member of Jiufutang formation of miao31 block
图7. 庙31块九佛堂组下段岩心物性分析直方图
Figure 8. Seismic section chart of the well of miao31-3, miao31-xin3 and miao31
图8. 庙31-3、庙31–新3、庙31井地震剖面图
其成因及演化将确定次生储集空间发育位置[11] 。
该区的次生硅质岩为其主要的岩石类型，其原岩为泥球凝灰岩、尘屑凝灰岩、角砾–凝灰岩等，原岩的储集空间类型为粒间孔、构造缝为主。火山活动和硅质热液活动会引起大规模的热液流体活动[12] 。流体对火山岩的直接影响是引起物质的带入和带出，使火山岩体处于开放体系下。热液活动的直接后果是导致原有矿物发生蚀变、溶蚀，同时硅质热液及新的矿物导致次生胶结和充填、交代作用发生。铸体薄片分析显示，硅质沿孔隙壁生长具有残余孔隙(图3a)，蚀变和溶蚀使原岩的孔隙度增大，胶结和充填、交代使孔隙度、尤其是渗透率降低。但后期硅质热液炸碎先期形成的次生硅质岩，使得裂缝发育，硅质热液充填具有残余裂缝(图5)。
Figure 9. Rock genesis mode chart of the well of miao31-3, miao31-xin3 and miao31
图9. 庙31-3井、庙31–新3井、庙31井井岩石成因模式图
5. 结论
1) 庙31块九佛堂组下段岩石类型主要为次生硅质岩，储集空间类型以残余粒间孔、残余缝为主，为以特低–低孔、特低–低渗为主，次为中孔、中渗储层储层。
2) 火山活动期后的热液活动是形成次生硅质岩的主要原因，岩石形成过程中，热液通道被先期富硅质的热液充填胶结而封闭，致使后期热液的内压力逐渐增大，当压力积聚到一定程度，诱发爆裂作用，炸碎热液通道，重新开放，然后又被热液充填而封闭。这样开放–封闭–再开放–再封闭，后期次生硅质岩胶结先期被炸碎的次生硅质岩，如此多次反复，便形成了具有特殊成因的次生硅质岩。
3) 火山活动期后硅质热液活动、排烃作用等引起大规模的热液流体活动，使原有矿物发生蚀变、溶蚀，同时硅质热液及新的矿物导致次生胶结和充填、交代作用发生。蚀变和溶蚀使原岩的孔隙度增大，胶结和充填、交代使孔隙度、尤其是渗透率降低。但后期硅质热液炸碎先期形成的次生硅质岩，使得孔、缝发育，硅质热液充填后具有残余孔缝。