陸家堡凹陷火山活動與油氣關(guān)系探討

裴家學(xué)

（中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦124010）

陸家堡凹陷是在海西期褶皺基底上發(fā)育起來的中生代凹陷［1］，地層自下而上依次為白堊系下統(tǒng)義縣組、九佛堂組（分為上段和下段）、沙海組和阜新組。該凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和赤峰市境內(nèi)，是開魯盆地的一個次級構(gòu)造單元，是遼河外圍盆地勘探面積最大、資源量最豐富、勘探開發(fā)效果最好的凹陷。近幾年在該凹陷的火山巖中獲得重大突破，2012年，在位于陸家堡凹陷馬北斜坡帶的M31井九佛堂組下段火山碎屑巖中試油獲日產(chǎn)127 m3的高產(chǎn)工業(yè)油流；在位于陸家堡凹陷庫倫塔拉洼陷的K2井，沙海組鉆遇流紋斑巖，試油日產(chǎn)油30.19 m3；2013年在該凹陷五十家子廟洼陷完鉆的M35井，九下段凝灰質(zhì)砂巖見油斑顯示，試油日產(chǎn)油18.1 m3，展示了該地區(qū)火成巖以及火山－沉積碎屑巖的良好勘探前景。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征

圖1 陸家堡凹陷區(qū)域位置

遼河外圍盆地位于大興安嶺東南角，松遼盆地西南緣，區(qū)內(nèi)發(fā)育幾條深大斷裂，其中西拉木倫河斷裂和嫩江－紅山八里罕斷裂在陸家堡凹陷交匯（圖1）。嫩江－紅山八里罕斷裂穿過陸家堡凹陷東部地區(qū)，該斷裂在淺層地震剖面上表現(xiàn)為一組左旋走滑斷層。義縣期，正是沿著這些斷裂發(fā)生大規(guī)模的火山活動，形成多個斷陷湖盆，這時期火山活動十分強(qiáng)烈、噴發(fā)期次多、巖性復(fù)雜，導(dǎo)致斷陷幅度大，沉降速度快，凹陷內(nèi)充滿了各種火山巖。義縣期火山強(qiáng)烈噴發(fā)之后，在其火山巖主體部位的東側(cè)產(chǎn)生了新的塌陷型盆地，開始接受九佛堂組地層沉積，火山活動明顯減弱，火成巖主要分布在陸家堡凹陷東部地區(qū)。通過鉆探揭示和地震解釋，可識別出6期火山活動，九下段時期噴發(fā)一期玄武粗安巖，地震上表現(xiàn)為雜亂反射、中－低頻率、強(qiáng)振幅；九上段和沙海時期分別噴發(fā)一期玄武巖，地震上表現(xiàn)為連續(xù)中頻率、強(qiáng)振幅；阜新組早期發(fā)生一次酸性巖漿活動，在烏拉格臺地區(qū)阜新組鉆遇600 m厚流紋巖，此次巖漿活動，在局部地區(qū)侵入沙海組地層，為流紋斑巖（K2井鉆遇），地震上表現(xiàn)為低頻率、弱－中振幅、連續(xù)性較好；阜新中晚期噴發(fā)兩期基性玄武巖，而阜新晚期噴發(fā)的同時，在中央構(gòu)造帶大量巖漿侵入沙海組或阜新組地層，形成輝綠巖，振幅見強(qiáng)“雙軌”現(xiàn)象，連續(xù)性好，易于識別。整體來看，從陸家堡凹陷西部到東部，從九佛堂早期到阜新末期，火山活動越來越強(qiáng)烈，個體數(shù)目越來越多、規(guī)模越來越大、并且受嫩江－紅山八里罕斷裂控制明顯、沿該斷裂呈串珠狀分布（圖2）。

2 火山活動與構(gòu)造演化

圖2 陸家堡凹陷九佛堂組－阜新組火成巖分布

早白堊世早期，在上地幔熱隆起的區(qū)域背景下，地殼上部巖層出現(xiàn)拉張構(gòu)造環(huán)境，產(chǎn)生一系列斷裂，殼下深部熔融物質(zhì)沿深大斷裂向上運(yùn)動，發(fā)生了大面積的火山噴發(fā)，堆積了巨厚的中性火山巖和火山碎屑巖（陸參1井凝灰?guī)r揭露厚度大于700 m），一個內(nèi)部凹凸不平的裂谷盆地雛形初步形成。

九佛堂組至沙海組時期，以基底卷入型生長斷層發(fā)育為特征，這類斷層斷距大，從數(shù)百米至上千米不等，全部涉及盆地基底，斷層走向主要為北東－北北東方向，與基底的區(qū)域構(gòu)造線方向一致，它們控制了斷陷的形成，沿?cái)鄬幼呦蚓植堪l(fā)生火山活動，規(guī)模較小。

阜新組時期，構(gòu)造運(yùn)動伴隨著大規(guī)模的火成巖侵入和火山巖噴溢，凹陷發(fā)生了區(qū)域性抬升，遭受不同程度的剝蝕，形成與上白堊統(tǒng)的角度不整合接觸。受火山活動及左旋走滑斷層的影響，沿著火成巖分布的條帶，產(chǎn)生一系列的構(gòu)造圈閉，特別是烏拉格臺地區(qū)，受阜新期三次大規(guī)模的火山活動影響，地層不斷隆升，構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)形成背斜。

3 火山活動與生油

根據(jù)干酪根熱解成油理論，干酪根需要一定的熱環(huán)境才能向烴類轉(zhuǎn)化，火山活動形成的巖漿帶來了1 020～1 200℃的熱能，火山活動形成了熱液流體也帶來了300～400℃的熱能，這些熱能向圍巖傳熱，使圍巖經(jīng)歷一個異常的熱演化階段。火成巖發(fā)育的LC1井地溫梯度為4.13℃／100 m，而火成巖欠發(fā)育的交力格洼陷的LC2井地溫梯度為3.66℃／100 m，火山活動對地溫梯度影響較大。從鏡質(zhì)體反射率來看，LC1井1 000 m 至1 600 m 鏡質(zhì)體反射率值明顯大于LC2井，均大于0.5%，進(jìn)入成熟生油門限（LC2井的生烴門限為1 650 m）。烏拉格臺地區(qū)火山活動十分強(qiáng)烈，烏3井鉆遇多期厚層火成巖，該地區(qū)烴源巖成熟度高，達(dá)到高成熟和過成熟階段（表1）。因此大量火山活動，使得地溫梯度增高，加速了生油巖有機(jī)質(zhì)的成熟演化［2－5］。

表1 陸家堡凹陷鏡質(zhì)體反射率

4 火山活動與儲集層

火山活動使巖漿噴出地表或侵入沉積巖中，直接帶來了火成巖儲集層，同時同沉積火山活動或物源區(qū)火成巖的風(fēng)化剝蝕為沉積巖帶來了火山碎屑成分形成火山－沉積碎屑巖儲集層。

4.1 火成巖儲集層

根據(jù)目前的鉆探情況，陸家堡地區(qū)義縣組火山活動頻繁，火山巖廣覆式分布（只有陸西的M30井揭示碎屑巖夾層）。巖性主要有安山巖、玄武巖、玄武安山巖、粗安巖等。巖相主要發(fā)育火山通道相、噴溢相、爆發(fā)相和火山沉積相。從九佛堂時期開始，該地區(qū)以沉積為主，但在東部地區(qū)火成巖相對較為發(fā)育，主要發(fā)育玄武粗安巖、玄武巖、流紋巖、流紋斑巖、輝綠巖等。儲集空間類型主要有原生氣孔、杏仁體內(nèi)孔、溶蝕孔、礫間孔、構(gòu)造縫、炸裂縫。從鉆井取心和成像測井資料來看，每一期次旋回的底部與頂部氣孔較發(fā)育，而斷層附近構(gòu)造應(yīng)力集中地區(qū)裂縫更為發(fā)育，氣孔與裂縫發(fā)育程度與巖性關(guān)系不大，因此大斷層附近的火成巖可以作為優(yōu)質(zhì)儲層。

4.2 火山－沉積碎屑巖儲集層

陸家堡凹陷九下段普遍發(fā)育凝灰質(zhì)砂巖，按巖石分類標(biāo)準(zhǔn)，為火山－沉積碎屑巖類。砂巖中的凝灰質(zhì)可分為降落型成因與搬運(yùn)型成因［6－8］，本地區(qū)九下段凝灰質(zhì)成因主要是空落型，原因有三點(diǎn)：①該地區(qū)九下段、九上段、沙海組以及阜新組沉積時期物源區(qū)基本不變，但只有九下段含有大量凝灰質(zhì)；②同一期砂體中凝灰質(zhì)含量變化不大，如果是搬運(yùn)型成因，隨著搬運(yùn)距離的長短，分選磨圓的變化凝灰質(zhì)含量也會有較大的變化，同時該地區(qū)泥巖中也含有大量凝灰質(zhì)；③九下段時期火山活動還未完全停止，洼陷內(nèi)存在一些小規(guī)模火山活動，但大興安嶺仍在大規(guī)模持續(xù)火山噴發(fā)，大量火山灰隨風(fēng)飄至該地區(qū)降落于凹陷中沉積下來。

整體來看，凝灰質(zhì)砂巖儲層物性差，屬于低孔低滲特低滲儲層，但在局部地區(qū)，儲層物性較好，例如馬家鋪高壘帶九下段平均孔隙度為19.2%，滲透率為16×10－3μm2，前河L1塊九下段平均孔隙度為20%，滲透率為29.8×10－3μm2，為中孔低滲儲層。從鏡下微觀照片和巖心可以看出，溶蝕孔和微裂縫非常發(fā)育，儲層物性較好。分析認(rèn)為，一方面，凝灰質(zhì)為砂巖提供易溶組分，給次生孔隙的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，而且中基性火山成因凝灰質(zhì)比酸性的更容易被溶蝕；另一方面馬家鋪和前河L1塊九下段均位于生油洼陷中，沉積厚層深灰色泥巖或凝灰質(zhì)泥巖，烴源巖在排烴的過程中生成大量的有機(jī)酸，為凝灰質(zhì)的溶蝕提供酸性物質(zhì)［2］，所以次生溶蝕孔發(fā)育。遠(yuǎn)離烴源巖，像B1塊九下段，發(fā)育大套凝灰質(zhì)砂巖，缺乏生油巖，溶蝕作用微弱，儲層物性差。溶蝕作用大大增加了儲層孔隙度，而后期火山活動、構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生大量微裂縫，大大提高了儲層滲透率。因此九下段凝灰質(zhì)砂巖發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層，分布在烴原巖范圍內(nèi)、火山活動頻繁或斷裂發(fā)育的地區(qū)，這也改變了長期以來認(rèn)為九下段凝灰質(zhì)砂巖儲層物性差的傳統(tǒng)認(rèn)識。

5 成藏主控因素分析

通過上述對火山活動與油氣成藏各地質(zhì)要素關(guān)系的研究探討，根據(jù)儲集體類型及分布層位，總結(jié)出不同油藏的成藏主控因素。

5.1 義縣組火成巖成藏主控因素

研究區(qū)義縣組時期火山活動頻繁，火成巖分布廣泛，不同期次旋回頂部儲集條件較好。九佛堂組發(fā)育的暗色泥巖可作為優(yōu)質(zhì)烴源巖，尤其是九佛堂早期沉積的一套較為穩(wěn)定的暗色泥巖對于義縣組油藏的形成至關(guān)重要，該套泥巖既是源巖，同時還可以作為局部蓋層。早期斷層以及部分同沉積斷層的持續(xù)活動，使得源儲直接接觸，有利于油氣輸導(dǎo)。義縣組火成巖油藏為新生古儲式組合，類型為“風(fēng)化殼”型和“內(nèi)幕”型［9］（圖3），油源斷層的發(fā)育、火成巖巖性巖相及義縣組頂部暗色泥巖的分布是成藏的關(guān)鍵。

5.2 九佛堂組－阜新組火成巖成藏主控因素

（1）火成巖賦存層位控制縱向分布。M31－N3井九下段安山巖、K2井沙海組底部流紋斑巖獲高產(chǎn)工業(yè)油流，B1九上段玄武粗安巖見良好油氣顯示，而沙海組上部以及阜新大量火成巖油氣顯示不活躍，主要原因是陸家堡凹陷好烴源巖主要發(fā)育于九佛堂組和沙海組底部，因此賦存于九佛堂組以及沙海組底部的火成巖成藏幾率最大。

圖3 義縣組火成巖油藏剖面

（2）巖相控制油藏平面分布范圍。M31井、M31－N3井處于火山口和近火山口相帶，裂縫發(fā)育，儲層物性好，試油均獲高產(chǎn)工業(yè)油流，而遠(yuǎn)離火山口相帶的M21、M36井（圖4），鉆遇火成巖，但裂縫不發(fā)育，儲層物性差，油氣顯示不活躍［10－12］。

圖4 九佛堂組－阜新組火成巖油藏剖面

九佛堂組－阜新組火成巖油藏為自生自儲和下生上儲式油藏，其成藏主控因素為火成巖巖相和源儲配置關(guān)系。

5.3 九下段凝灰質(zhì)砂巖成藏主控因素

（1）烴源巖范圍控制油藏分布。陸家堡凹陷為狹長型凹陷，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在靠近陡坡帶一側(cè)的洼陷中心，而與烴源巖直接接觸的凝灰質(zhì)砂巖次生溶蝕孔發(fā)育，儲層物性相對較好，遠(yuǎn)離烴源巖，物性變差，因此油氣以垂向及側(cè)向短距離運(yùn)移為主，近源成藏。

（2）斷裂控富集。位于中央構(gòu)造帶走滑斷裂附近廣發(fā)地區(qū)，九下段凝灰質(zhì)砂巖儲層中見良好油氣顯示，多口井獲工業(yè)油流，主要原因是該走滑斷層附近火山活動頻繁，火山活動為沉積盆地帶來了熱液流體，攜有pH值小于或等于4的弱酸性功能，對熱液經(jīng)過的孔隙通道進(jìn)行酸化處理，使之增加孔隙度和滲透率［13］。同時火山活動使周緣斷裂活動加強(qiáng)或產(chǎn)生新的斷裂、劈理、節(jié)理以及其他構(gòu)造裂縫并連通已存在的孔縫，改善圍巖的儲滲性能。

九下段凝灰質(zhì)砂巖油藏為自生自儲式油藏，其成藏主控因素為優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布范圍和儲層的后期改造情況。

6 結(jié)論

（1）初步研究認(rèn)為，在陸家堡凹陷，從九佛堂組早期到阜新組末期一共發(fā)生6期火山活動，總體上從西部到東部，火山活動越來越強(qiáng)烈，個體數(shù)目越來越多、規(guī)模越來越大、并且受嫩江－紅山八里罕斷裂控制明顯、沿該斷裂呈串珠狀分布。

（2）義縣組時期和九佛堂組早期火山活動，使地貌高低起伏不平，形成洼隆相間的構(gòu)造格局，并控制九佛堂組早期沉積；阜新組時期大規(guī)模的火山活動，使構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)，造就多個正向構(gòu)造。

（3）火山活動使地溫梯度增加，加速烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟演化。

（4）火山活動不僅提供裂縫性火成巖儲層，而且還提供受到后期溶蝕和應(yīng)力改造后的孔隙－裂縫型火山－沉積碎屑巖儲層，為油氣聚集提供了良好的儲集空間。

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