歧中北—沙西火成巖形成機制及油氣地質(zhì)意義

武強，王應斌，張中巧，于喜通

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

歧中北—沙西火成巖形成機制及油氣地質(zhì)意義

武強，王應斌，張中巧，于喜通

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

受渤海西部區(qū)域性構造活動的影響，歧口凹陷歧中北—沙西地區(qū)火成巖大面積分布，其分布主要受控于NNE和NW向一組共軛走滑斷層。平面上火成巖整體呈環(huán)形分布，火山口—近火山口地區(qū)呈條帶狀分布，表明火山噴發(fā)呈現(xiàn)整體中心式噴發(fā)和火山口附近裂隙式噴發(fā)的特征。通過研究火成巖的厚度、平面分布及發(fā)育期次，結合區(qū)域構造特征分析認為，歧中北—沙西地區(qū)火成巖的發(fā)育特征與太平洋板塊對中國大陸東部俯沖擠壓作用相關，在擠壓作用影響下，上地幔局部熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿沿深大斷裂侵入地殼，噴溢出地表，形成受走滑斷裂帶控制的火山噴發(fā)；同時，受板塊俯沖速度變化的影響，形成了該區(qū)2次火山噴發(fā)活動。由于火成巖不同巖相帶物性變化較大，其中以火山口—近火山口區(qū)域物性較好，因此在火山口—近火山口區(qū)域易于形成火成巖油氣藏；而火成巖遠源區(qū)由于物性較差，限制了油氣向上運移，則形成良好的蓋層。

火成巖；成因機制；共軛走滑斷層；地質(zhì)意義；歧中北—沙西；歧口凹陷

中國大陸東部中新生代盆地內(nèi)火成巖對于油氣成藏的影響近些年廣受關注［1-5］。渤海灣盆地作為中國東部重要的第三系含油氣盆地，受多期次復雜構造活動影響，盆地內(nèi)地質(zhì)構造異常復雜，盆地內(nèi)部歧口凹陷、遼中凹陷、萊州灣凹陷等多個凹陷均在第三系鉆遇厚層火成巖地層，其中以歧口凹陷火成巖發(fā)育規(guī)模最大，對凹陷內(nèi)油氣成藏具有較大的影響。然而，之前關于該區(qū)火成巖研究相對不足，對火成巖發(fā)育層系和發(fā)育期次意見不統(tǒng)一［6］?；鸪蓭r對油氣成藏的影響等研究，相對于陸上成熟探區(qū)如大慶、華北等地還存在一定差距。因此，深入研究火成巖形成機制及其油氣地質(zhì)意義，對拓展歧口凹陷內(nèi)部油氣成藏理論和指導火成巖油氣勘探具有重要意義。本文以歧口凹陷東部歧中北—沙西地區(qū)火成巖為例展開研究，以期為該凹陷或渤海灣盆地其他凹陷下步火成巖發(fā)育區(qū)的油氣勘探奠定基礎。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

歧口凹陷是渤海灣盆地的重要含油氣區(qū)，屬黃驊坳陷的一部分，是第三系以來長期發(fā)育的斷陷類凹陷，也是渤海灣盆地內(nèi)重要的富生烴凹陷。渤海灣盆地構造活動異常復雜，新生代以來的拉張裂陷和拉張隆升作用，以及交替的走滑變形與變位的演化過程貫穿于盆地整個構造發(fā)育歷史。走滑斷裂是盆地內(nèi)最顯著、最重要的構造，盆地內(nèi)主要發(fā)育NNE向郯廬斷裂和NW向張家口-蓬萊斷裂一組共軛走滑斷裂［7］，共同控制了整個渤海灣盆地的構造格局（見圖1）。

歧口凹陷東側與沙壘田凸起呈較緩的斷坡帶過渡，現(xiàn)主要為中國石油大港油田和中海石油天津分公司礦區(qū)，受控于歧口凹陷及周圍地區(qū)的區(qū)域性沉積作用。該區(qū)發(fā)育古近系沙河街組（Es）、東營組（Ed）和新近系館陶組（Ng）、明化鎮(zhèn)組（Nm）及第四系地層。古近系東營組至新近系館陶組，受區(qū)域性大規(guī)模火山噴發(fā)活動的影響，歧口凹陷歧中北—沙西火成巖大面積發(fā)育，對該區(qū)油氣成藏影響較大。其中，東營組發(fā)育火成巖與沉積巖的交互層，分布范圍有限；館陶組發(fā)育厚層玄武巖和凝灰?guī)r等所形成的火成巖地層。

2 火成巖分布及發(fā)育特征

歧中北—沙西地區(qū)火成巖發(fā)育規(guī)模較大，面積超過1 000 km2，廣泛分布于歧口凹陷東北部、沙壘田凸起西北部、南堡凹陷南部和西部及北塘凹陷部分區(qū)域，古近系至新近系均有發(fā)育，顯示了該區(qū)火山活動比較頻繁。歧中北—沙西地區(qū)火成巖主要分布在東營組至館陶組，且各個時期發(fā)育特征差異較大。地震剖面顯示火山巖體基本保持原始狀態(tài)，外形整體呈傘狀或蘑菇狀，與上覆和下伏地層差異較大，易于識別（見圖2）。

圖2 歧中北—沙西地區(qū)火成巖體地震反射特征

對鉆井及地震資料研究表明，歧中北—沙西火成巖平面分布呈環(huán)狀，具有明顯的中心式噴發(fā)特征，火成巖厚度明顯受火山口分布的影響，等值線呈現(xiàn)西南陡、東北緩的近橢圓形特征（見圖3a）。火山口附近橢圓形長軸方向為NE，與該區(qū)NE向走滑斷層走向基本一致，而300 m厚度等值線橢圓長軸則受NW向走滑斷層影響較為明顯。從井資料看，H3井位于火成巖厚度的中心，屬火山口—近火山口區(qū)，向外依次減薄?；鹕娇凇鹕娇趨^(qū)局部精細三維地震識別證實，火成巖厚度呈明顯的條帶狀分布，沿條帶火成巖厚度可達700 m以上，2組條帶分別呈NE向和NW向分布，表現(xiàn)出火山口—近火山口附近較強的裂隙式噴發(fā)特征（見圖3b）。火山口—近火山口區(qū)火成巖的分布規(guī)律與區(qū)域性共軛走滑斷層的展布特征基本一致，表明區(qū)域性走滑斷層是火成巖向上噴發(fā)的主要通道。

鉆井資料揭示，歧中北—沙西地區(qū)火成巖分布層位包括沙河街組、東營組和館陶組，厚度0～600 m，巖相主要為噴發(fā)相、溢流相及火山沉積相，巖性主要為玄武巖、凝灰?guī)r和玄武質(zhì)、凝灰質(zhì)沉積巖。橫向上，火山口及近火山口附近以溢流相、爆發(fā)相為主，中間夾雜沉積相，向邊緣逐漸過渡為沉積相；縱向上，火成巖呈現(xiàn)出以H3井為中心向周圍井逐漸減薄的趨勢。從火山巖相和巖性組合看，該區(qū)古近系和新近系差異較大。該區(qū)至少經(jīng)歷了2次火山噴發(fā)，古近系以火山爆發(fā)為主，形成各種火山碎屑巖；新近系以火山噴溢和爆發(fā)為主，形成玄武巖、凝灰?guī)r及火山角礫巖相互疊置的特征。火山口—近火山口附近沙河街組、東營組以爆發(fā)相、沉積相疊置為主，向周圍過渡為沉積相。H3井和CFD1-1井古近系火成巖厚度較大，玄武巖、凝灰?guī)r和火山沉積巖多種巖性疊置，并見零星閃長巖分布，向周圍逐漸變薄，直至邊緣變?yōu)檎３练e巖，火山活動規(guī)模相對較小，但持續(xù)時間較長。新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組以溢流相、爆發(fā)相為主，向周圍過渡為溢流相與沉積相疊置，邊緣成為沉積相。從巖性剖面看，H3井和CFD1-1井火成巖厚度最大，巖性以玄武巖為主，向周圍逐漸減薄，巖性逐漸變?yōu)槟規(guī)r和火山角礫巖為主。從火成巖厚度看，此次火山活動持續(xù)時間較短，以館陶組沉積早期為主，但規(guī)模較大。

圖3 歧中北—沙西地區(qū)火成巖平面分布

3 火成巖形成機制

3.1 構造背景

根據(jù)盆地形成的力學機制，盆地一般劃分為伸展型、撓曲型和走滑型3種。中國大陸東部受控于中生代末期到新生代早期太平洋板塊向中國大陸板塊的俯沖作用，主要形成伸展型盆地，如渤海灣裂谷盆地［8-9］。渤海灣盆地在古近紀早期開始形成，經(jīng)過大規(guī)模伸展，形成一系列不同方向正斷層控制的凹陷和凸起，奠定了渤海灣盆地的基本格局。古近紀到新近紀，隨著印度板塊與歐亞板塊碰撞后向北推進，以及太平洋板塊由NWW向變?yōu)镹NW向斜向碰撞和擠壓，渤海灣地區(qū)發(fā)生強烈的走滑作用，形成貫穿巖石圈的深大斷裂，同時走滑作用也對早期的大型伸展構造進行疊加和改造，形成渤海灣盆地獨特的走滑-伸展型構造樣式，如圖4所示，圖中箭頭方向表示板塊運動方向，箭頭長短表示板塊運動速率［10-11］。正是渤海灣盆地特殊的構造背景，最終形成渤海灣盆地現(xiàn)今的構造格局，并影響著盆地內(nèi)大規(guī)?；鹕交顒拥囊?guī)模和期次。

受新生代以來中國大陸東部復雜應力場的作用，中生代之前發(fā)育的2組先存斷裂繼續(xù)發(fā)育和活動，從而形成NNE向和NW向斷裂帶，共同構成了中國大陸東部新生代的一套地殼共軛剪切破裂系統(tǒng)（見圖1），歧口凹陷地區(qū)火山活動主要受這一組共軛走滑斷層的影響。其中，NNE向斷裂是郯廬斷裂在渤海海域西部的分支斷裂，為貫穿巖石圈的深大斷裂，新生代以來主要表現(xiàn)為右旋走滑，對渤海西部構造演化具有重要影響；NW向斷裂主要為張家口-蓬萊斷裂，新生代主要表現(xiàn)為左旋走滑，屬中國東部NW向斷裂體系的重要組成部分。

圖4 中國大陸漸新世以來構造背景

3.2 成因機制

由于郯廬斷裂和張家口-蓬萊斷裂是渤海灣盆地斷至軟流圈的深大斷裂，在地幔熱作用過程中，成為深部巖漿釋放的通道，這也是渤海海域內(nèi)火成巖沿走滑斷裂帶大規(guī)模分布的主要原因。漸新世到新近紀，郯廬斷裂帶由伸展逐漸轉為擠壓［12］，同樣與之共軛的張家口-蓬萊斷裂帶也逐漸變?yōu)閿D壓性質(zhì)。在此影響下，上地幔局部熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿沿深大斷裂侵入地殼，噴溢出地表，形成受走滑斷裂帶控制的火山噴發(fā)（見圖5），這與歧中北—沙西區(qū)域性火成巖分布時間上具有一致性。渤海海域多處火成巖發(fā)育時間均在該時期，表明火成巖噴發(fā)明顯受該時期構造擠壓的影響。

圖5 歧中北—沙西地區(qū)火成巖成因機制模式

由于該區(qū)處于2大走滑斷裂體系的交會部位，因此該區(qū)火成巖平面分布呈現(xiàn)由斷裂交會部位向邊緣逐漸減薄的中心式噴發(fā)特征。從走滑斷裂活動性看，NE向郯廬斷裂其活動強度和規(guī)模均強于張家口-蓬萊斷裂，這也導致火成巖邊緣平面分布等值線長軸方向為NE向。同時2組走滑斷裂的交會也使得該區(qū)火成巖垂向厚度、平面分布面積較渤海海域其他區(qū)域明顯增大。在南堡凹陷南部、沙壘田凸起西部、歧口凹陷中東部均鉆遇火成巖，厚度最大超過700 m。

自晚始新世以來，印度板塊以40 mm/a的速率向歐亞板塊俯沖，而太平洋板塊以77～90 mm/a的速率向正西方向俯沖?？梢姡窖蟀鍓K俯沖作用對渤海灣盆地影響較強，且以較弱的擠壓作用為主，相應地造成東營組沉積時期巖漿沿走滑深大斷裂第一期火山噴發(fā)活動，但活動規(guī)模相對較弱，形成該區(qū)東營組沉積時期的火成巖地層。到新近紀沉積時期，太平洋板塊以較高的速率（69～106 mm/a）向NW向俯沖，而印度板塊此時向歐亞板塊俯沖速率僅為45～56 mm/a，導致中國東部的渤海灣盆地表現(xiàn)為NW向擠壓，且擠壓作用較強，相應地造成館陶組沉積時期沿走滑深大斷裂第二期大規(guī)模的火山噴發(fā)（見圖4）。

4 油氣地質(zhì)意義

經(jīng)過半個世紀的勘探實踐，環(huán)歧口凹陷西側和南側均已發(fā)現(xiàn)大量油氣，但東北側長期未獲得實質(zhì)性突破。由于歧口凹陷大規(guī)模的生烴、排烴是在館陶組沉積以后［13-16］，因此，古近系到新近系區(qū)域性火成巖的存在對該區(qū)油氣成藏有著較大的影響［17］?；鸪蓭r由于其物性，對油氣的影響主要體現(xiàn)在儲、蓋2方面，而火成巖的物性主要受控于火成巖巖性、構造運動、后期成巖改造和火成巖所處位置等4個方面。物性好的區(qū)域易形成火成巖油氣藏，而物性較差的區(qū)域則易形成優(yōu)質(zhì)蓋層，控制了油氣成藏層系（見圖6）。

火成巖巖性是對油氣成藏影響最大的因素，經(jīng)過鉆探證實，歧中北—沙西地區(qū)火成巖巖性主要為玄武巖和凝灰?guī)r，其物性普遍較差。

圖6 歧中北—沙西地區(qū)油氣成藏模式

通過對渤海海域近年火成巖的鉆探結果及松遼、南堡等陸地油田火成巖分析證實：北堡地區(qū)火成巖平均孔隙度7.4%，滲透率0.24×10-3μm2；松遼盆地玄武巖和凝灰?guī)r平均孔隙度7.5%～7.7%，滲透率（0.5～0.8）× 10-3μm2。因此歧中北—沙西地區(qū)火成巖主要作為區(qū)域性蓋層。鉆井資料揭示，油氣顯示以東營組及以下地層為主，館陶組見零星顯示，充分證實該區(qū)火成巖尤其是館陶組火成巖對油氣具有較強的封蓋能力，南堡凹陷南緣主力油層即位于這套火成巖地層之下。因此下步該區(qū)的區(qū)域性勘探應圍繞古近系東營組、沙河街組和潛山開展工作。

火成巖物性雖然普遍較差，但其內(nèi)部仍然具有形成規(guī)模性油氣藏的可能性。近些年大慶油田圍繞火成巖油氣藏勘探獲得一系列突破，如慶深大氣藏［14］，歧中北—沙西區(qū)內(nèi)H3井也在東營組火成巖內(nèi)部成功鉆遇43 m油層。受構造運動、后期成巖改造和火成巖所處位置的影響，仍有物性較發(fā)育的區(qū)域。在研究區(qū)2次火山活動間隙，渤海地區(qū)經(jīng)歷了較強的構造運動，此時暴露的火成巖易受風化淋濾作用和構造改造作用，使得儲層物性得到顯著改善；同時，由于作為巖漿通道的深大斷層長期活動，導致火山口—近火山口區(qū)域儲層形成大量的不同規(guī)模的微裂隙，大大加強了孔隙之間的連通性，提高了火成巖儲層的儲集性能。這就使得火山口—近火山口區(qū)成為物性最好的區(qū)域，并向遠源區(qū)逐漸變差。

該區(qū)火山口附近CFD1-1井東營組火成巖孔隙度達7.8%～20.0%，滲透率超過1.1×10-3μm2，充分證實火山口—近火山口區(qū)域具備形成油氣藏的條件。因此，該區(qū)下一步區(qū)域勘探不應忽視H3井和CFD1-1井圍區(qū)東營組頂部不整合面附近成藏的可能性。

5 結論

1）受控于NNE向和NW向一組共軛走滑斷層，歧中北—沙西地區(qū)火成巖廣泛發(fā)育。該區(qū)至少經(jīng)歷了2次火山噴發(fā)，其中古近系以火山爆發(fā)為主，新近系以火山噴溢和爆發(fā)為主?；鸪蓭r平面上呈環(huán)形分布，火山口—近火山口地區(qū)呈條帶狀分布，表明火山噴發(fā)呈現(xiàn)整體中心式噴發(fā)和火山口附近裂隙式噴發(fā)的特征。

2）歧中北—沙西地區(qū)火成巖的發(fā)育特征與太平洋板塊對中國大陸東部俯沖擠壓作用相關。在擠壓作用下，上地幔局部熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿，并沿深大斷裂侵入地殼，噴溢出地表，形成受走滑斷裂帶控制的火山噴發(fā)。同時，受板塊俯沖速率變化的影響，形成了古近系以來的2次火山噴發(fā)活動。

3）火成巖不同巖相帶物性變化較大，其中以火山口—近火山口區(qū)域物性較好，因此在該區(qū)域易形成火成巖油氣藏，而火成巖遠源區(qū)由于物性較差，限制了油氣向上運移，則形成良好蓋層，使得油氣主要集中在火成巖之下成藏。

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（編輯 王淑玉）

Formation mechanism of igneous rock and its geological significance in Qizhongbei-Shaxi Area

Wu Qiang,Wang Yingbin,Zhang Zhongqiao,Yu Xitong
(Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China)

Igneous rocks show a large-scale distribution in Qizhongbei-Shaxi Area of Qikou Sag,affected by regional tectonic activity in the western area of Bohai Sea.Their distribution was controlled by a set of conjugate strike-slip faults included NNE and NW trends.The distribution of igneous rocks has the characteristics of the ring plane,while the crater-near crater areas are banded structure,which show that the volcanic eruption has the characteristics of overall central eruption and fissure eruption near the crater.We can conclude that the upgrowth characteristics of igneous rocks in Qizhongbei-Shaxi Area are related with the underthrusting and compaction of Pacific plate on eastern Chinese mainland.Under the influence of compaction,partial melting of the upper mantle results in basaltia magma to intrude the crust and to spray to the surface along the deep faults,which form the volcanic eruption along strike-slip fault zone.At the same time,twice volcanic eruptions formed in the area by the speed of changes of plate subduction.The igneous rocks of different facies have different properties,in which the crater-near the crater area has better properties,so igneous reservoirs are formed easily in the crater-near the crater area.While the upward migration of hydrocarbon is controlled because igneous rock of far source area has poor properties,which forms a good cap rock.

igneous rock;genesis mechanism;conjugate strike-slip fault;geological significance;Qizhongbei-Shaxi Area;Qikou Sag

國家科技重大專項“渤海海域大中型油氣田地質(zhì)特征”（2011ZX05023-006）

TE122.2+22

A

10.6056/dkyqt201204015

2011-12-01；改回日期：2012-05-15。

武強，男，1981年生，工程師，主要從事油氣勘探工作。電話：（022）25804526，E-mail：wuqiang2@cnooc.com.cn。

武強，王應斌，張中巧，等.歧中北—沙西火成巖形成機制及油氣地質(zhì)意義［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：467-471.

Wu Qiang，Wang Yingbin，Zhang Zhongqiao，et al.Formation mechanism of igneous rock and its geological significance in Qizhongbei-Shaxi Area of Qikou Sag［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：467-471.