近年来逐渐在凝灰岩储层中发现油气,德惠断陷火石岭组凝灰岩气藏,有望成为中国第一个有工业开发价值的凝灰岩气藏。因凝灰岩油气藏的发现案例非常少,仅有的对凝灰岩油气藏的研究大多集中在储层特征、成藏模式及开采技术方面,严重缺乏对凝灰岩形成环境、储层形成机理的研究。本文以松辽盆地东南隆起区德惠断陷火石岭组凝灰岩为例,运用三维地震、岩芯、生产动态、X衍射、CT扫描、高压压汞、物性、扫描电镜、铸体薄片、阴极发光薄片以及主量微量元素等资料,对该地区凝灰岩开展研究,以期明确凝灰岩形成环境及储层形成机理,为凝灰岩储层乃至火山碎屑岩储层研究提供一定借鉴意义。本次研究主要形成以下成果认识: 利用机器学习方法分类识别凝灰岩,明确了凝灰岩分布规律。根据岩芯特征,将凝灰岩分为晶屑凝灰岩和含角砾岩屑凝灰岩两种;采用多种机器学习方法开展火石岭组岩性识别,结果表明梯度提升树方法可以对火石岭组岩性尤其是凝灰岩进行有效识别,其岩性识别精度相较测井交会图法提高了10%~15%。依据单井岩性识别结果,结合凝灰岩地震反射特征,发现凝灰岩围绕德深11井附近火山口呈环带状分布,含角砾岩屑凝灰岩分布在火山口5 km范围内,晶屑凝灰岩离火山口约5~7 km。 建立了凝灰岩形成氧化还原环境微量元素判别标准。利用16个盆地(地区)的凝灰岩U/Th、V/Cr、V/V+Ni微量元素比值,将凝灰岩形成环境划分为强还原环境、弱还原-弱氧化环境、强氧化环境三种,结合相关研究中对该地区凝灰岩形成环境的判别依据,证明该标准的符合率达到了90.48%。在三种元素判别标准中,火石岭组30个凝灰岩样品分别有83.30%、86.7%、86.7%的样品点落入弱还原-弱氧化区域;结合凝灰岩颜色、岩石结构、上下地层沉积相等判断凝灰岩形成于弱还原-弱氧化条件下的扇三角洲前缘亚相沉积环境。主量、微量元素特征表明凝灰岩原生岩浆来源于上地壳,岩浆运移演化过程中发生了一定程度的结晶分异且受到地壳混染作用的影响。元素判别图解表明凝灰岩形成的构造环境为活动大陆边缘。 建立了德惠断陷火石岭组火山水下喷发模式。研究区内发现5处管状火山通道(火山口),结合原生岩浆呈中性偏酸性的性质、火山碎屑物基本为火山灰等特征,与凝灰岩相关的火山喷发类型为中心式喷发(武尔卡诺氏喷发)。凝灰岩为浅水环境中火山爆炸式喷发所形成,建立了火石岭组火山水下喷发模式。 明确了凝灰岩储层特征。X衍射矿物分析表明凝灰岩中石英含量最高,斜长石和黏土矿物含量次之,黏土矿物以伊蒙混层为主。凝灰岩储集空间划分为原生孔隙、次生孔隙、裂缝等3大类8小类,凝灰岩是由孔隙、裂缝组成的双重介质储层,原生孔隙较少。CT扫描和高压压汞表明凝灰岩以发育微孔喉为主,晶屑凝灰岩孔隙结构相对复杂。凝灰岩物性一般,储层整体为中高孔、特低渗型储层。应用图像分割技术计算铸体薄片面孔率,凝灰岩面孔率分布不均,以1%以下的低面孔率为主。 揭示了凝灰岩储层形成机理。火山水下爆炸式喷发形成的凝灰岩储层具有分布范围小、厚度大、易发生蚀变和脱玻化等特点;构造运动形成的断裂提供了流体、油气运移的通道,增大了储集空间;研究区中西部凝灰岩储层经历构造抬升后受到风化作用的微弱影响;储层整体进入中成岩阶段B期,压实作用和胶结作用是储层物性变差的关键因素,孔隙度损失率为22.81%,脱玻化作用和溶蚀作用造成的孔隙度增量分别为4.2%、5.08%。