火山岩油气藏作为一种特殊的油气藏在全球范围内吸引了广泛的关注。酸性火山岩是火山岩油气储层的重要组成端元,遗憾的是,长期以来人们对其油气储集空间特征、储集能力、形成机理及主控因素的关注明显不足,系统的储集空间体系也尚未得到建立。海拉尔盆地西部边界下白垩统上库力组酸性火山岩中发育大面积连续出露的沥青,相当于直接出露到地表的火山岩储层,为从宏观至微观不同尺度视域下系统研究火山岩储层提供了大量新的地质现象和极佳的天然实验室。本文在细致野外地质研究的基础上,整合荧光图像分析、彩色图像分析、扫描电子显微镜观察、电子探针分析、激光扫描共聚焦显微镜三维重建、地球化学分析、40Ar/39Ar同位素测年和构造解析等综合技术手段对该火山岩储层的油气储集空间类型、特征、形成机理及主控因素进行了系统研究,并获得一系列创新认识。1.火山岩地质特征海拉尔盆地西界下白垩统上库力组酸性火山岩岩性、岩相发育齐全,组合关系复杂。岩性上主要包括火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩类、构造岩类以及它们的亚类岩石,并以高粘度(ηRhyolite=6.34×108~2.37×107 Pa·s)的流纹质熔岩和玻璃质熔岩亚类占主导地位(70.78%)。岩相上涵盖了火山喷发旋回早期的爆发相,中期的喷溢相,晚期的侵出相和火山通道相,以及大部分亚相。火山机构以小规模锥状火山为主,其次为经由寄生火山通道挤出而形成的穹状火山,整体呈串珠状依次沿北东向展布,明显受控于额尔古纳深大断裂,属于裂隙式喷发。火山岩在地球化学分类上属于典型的A型流纹岩。在岩石成因上很可能来源于长英质下地壳火成岩在底侵作用下发生的部分熔融,并在额尔古纳深大断裂的造山后伸展变形过程中混入岩石圈地幔物质。2.储集空间类型、特征和形成机理,以及酸性火山岩有效油气储集空间体系系统研究识别出上库力组酸性火山岩12亚类原生和12亚类次生成岩作用类型。成岩作用类型与油气储集空间类型之间存在密切的内在联系。使储层物性变好的原生成岩作用主要包括(等容)冷凝收缩作用、逸气作用、熔蚀作用、流动碎裂作用、自碎角砾岩化作用、斑晶碎裂作用和高温脱玻化作用。它们决定了球粒内部微裂缝、球粒间孔、球粒层间缝、原生节理、石泡空腔孔、气孔、熔蚀孔、流纹层间孔、流纹节理、角砾间孔、斑晶碎裂孔、放射状脱玻化微孔、晶间孔和晶内微孔的发育程度。原生成岩作用形成的原生油气储集空间一方面为储层孔隙发育作出了巨大贡献,另一方面为油气或无机流体的运移、溶解、交代和充填创造了先决条件,也在一定程度上为次生成岩作用的发育以及岩石的含油性奠定了基础。使储层物性优化的次生成岩作用类型主要包括水合作用、溶蚀作用、重结晶作用、淬火作用、炸裂作用、热液角砾岩化作用、构造作用和低温脱玻化作用。它们制约了珍珠缝、溶蚀孔、重结晶晶间孔、淬火缝、炸裂缝、水力压裂缝、晶簇角砾缝、构造孔缝和低温脱玻化微孔的发育程度。脱玻化作用、溶蚀作用和构造作用往往广泛作用于所有酸性火山岩岩石类型,它们形成的孔缝具有十分可观的有效面孔率和优越的连通性,是酸性火山岩储层中最为重要的油气储集空间类型或流体运移通道。各类油气储集空间相互叠加沟通,在三维空间上组成了孔缝网络,构成了酸性火山岩的有效油气储集空间体系。3.脱玻化作用及其油气储集空间酸性火山岩储层中广泛发生脱玻化作用并发育数量庞大的脱玻化微孔。原生高温脱玻化作用形成群簇球粒、孤立球粒和石泡。群簇球粒具有较小的直径(<1 mm)和较差的放射状脱玻化微孔,但普遍发育良好的球粒间孔。球粒间孔通常具有较大的孔径(50~400μm)和较好的连通性。反之,孤立球粒呈现较大的直径(>1 mm)和发育良好的放射状微孔,孔径一般为3~8μm。球粒内部储集空间的发育程度与球粒直径呈明显的正相关关系。石泡通常由球状空腔孔和细粒长石和(或)Si O2多型微晶层交织构成。微晶呈格架状分布,单个微晶结晶长轴通常介于30~150μm。微晶格架之间发育大量孔径大(30~200μm)且连通性优越的晶间孔。微晶内部还发育一系列筛网状晶内微孔,孔径通常为1~7μm。次生低温脱玻化作用在玻璃质熔岩中形成一系列顺透入性流纹面理分布的晶体纤维。晶体纤维之间发育大量孔径为数微米的流纹脱玻化微孔。脱玻化微孔的发育取决于脱玻化作用过程中的成核密度和晶体形态,而这两个参数又受到过冷度(ΔT)的制约。随ΔT升高,脱玻化作用依次形成石泡中的格架状微晶、孤立球粒、群簇球粒和流纹晶体纤维,相应的脱玻化微孔也依次发育。新晶的矿物组成同样受控于ΔT,随ΔT升高,新晶中Si O2多型所占比例呈现下降趋势,而长石(或沸石)组分所占比例表现增长趋势。尽管脱玻化作用形成的孔隙通常孔径较小,但却呈透入形式广泛分布于酸性火山岩之中,是非常重要的油气储集空间类型。高斯分布统计表明,原油中中-重质组分(胶质和沥青质)被有效储集的最小孔径下限为(4.8~6.8)μm。4.岩性、成岩作用、岩相和火山机构对油气储集空间的制约火山岩储层的优劣即岩石的孔隙类型、孔隙度和渗透率的好坏受多种因素控制,主要为成岩作用、岩性、岩相(火山机构)和构造作用。成岩作用决定了火山岩的岩石类型、结构、孔隙类型和油气储集物性的优劣。岩性的变化制约了孔隙的类型和分布。储集能力较强的岩石类型主要是球粒流纹岩、自碎角砾岩、玻璃质熔岩、角砾/集块熔岩以及隐爆角砾岩,其次是石泡流纹岩、气孔流纹岩、及未遭受熔结作用的火山碎屑岩。火山岩相约束了油气储层的产出状态,储集物性最好的火山岩相是侵出相,其次是火山通道相,当断裂发育时喷溢相的储集物性也能得到明显优化。从火山机构来看,近火山口带最优,过渡带次之,远火山口带较差。5.构造作用对火山岩储层的制约额尔古纳深大断裂是控制研究区成盆作用和火山作用的一级断裂。断裂为呈北东向展布的大型伸展韧性剪切带,具有上盘向北西倾向滑动的特征,属加长-减薄型剪切带。黑云母40Ar/39Ar坪年龄分别为106.16±0.79 Ma和111.55±0.67 Ma,指示早白垩世断裂发生强烈的伸展活动。额尔古纳深大断裂的早白垩世的区域伸展作用引发了海拉尔盆地的基底伸展和强烈断陷,并控制了高粘度酸性岩浆的串珠状裂隙式喷发,使研究区形成一系列北东向排布的小规模锥状和穹状火山机构,并在成岩作用的影响下最终形成了区内现今的岩性、岩相和火山机构分布方式。在火山岩储层内,构造作用产生的区域应力场制约了构造缝的发育和演化。火山岩储集性能通常与构造缝的规模和密度呈正相关关系。断裂对油气储集空间的形成、油气的疏导、扩散和储集起着十分重要的作用,是决定能否形成储层的关键因素和必备条件。断裂带附近是寻找火山岩油气藏的最有利区带,位于断裂破碎带中的球粒流纹岩、自碎角砾岩、玻璃质熔岩、角砾/集块熔岩、隐爆角砾岩、石泡流纹岩、气孔流纹岩、未遭受熔结作用的火山碎屑岩以及由上述岩石所组成的构造角砾岩可作为研究区或国内外其它相似地区酸性火山岩油气勘探的优选目标。