火成巖在陽信洼陷油氣成藏中的地質(zhì)意義

張 波，吳智平，劉 華

(1.中國石油大學，山東 青島 266555;2.中石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

引 言

陽信洼陷油氣勘探始于1960年鉆探的華7井，是濟陽坳陷油氣勘探最早的地區(qū)，早期勘探層系以沙三段為主，但是由于研究區(qū)地層埋藏深度相對較淺(沙三段最大埋深為3400 m)，資源潛力不足，油氣勘探一度徘徊不前，僅在洼陷西部潛山帶建成了八里泊CO2氣田，在古近系找到少量低熟油和生物氣[1－2]。2002年于陽信中部構(gòu)造帶完鉆的陽101井，在沙四上段獲得日產(chǎn)20.2 t/d的工業(yè)油流，實現(xiàn)了陽信洼陷油氣勘探較大的突破。地化資料分析表明，陽101井原油來自沙四上亞段成熟烴源巖[3]，其成因與該區(qū)廣泛分布的火成巖存在著密切的關(guān)系[4]。為了進一步明確陽信洼陷勘探潛力與方向，從火成巖分布研究入手，系統(tǒng)總結(jié)了火成巖在陽信洼陷油氣成藏中的重要地質(zhì)意義，以期為今后的油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

陽信洼陷位于惠民凹陷東北部，北靠無棣凸起，南與林樊家構(gòu)造呈超覆接觸，是一個典型的北斷南超的箕狀斷陷盆地，勘探面積約為1300 km2。由北向南分為北部斷裂帶、中部洼陷帶、南部惠城鼻狀構(gòu)造帶。由于受惠城鼻狀構(gòu)造由南向北延伸，將洼陷帶分割成溫家次洼和陽信次洼。陽信次洼火成巖異常發(fā)育，是惠民凹陷乃至濟陽坳陷巖漿活動最強烈的地區(qū)之一[5]，沙三段火山巖的堆積形成局部隆起，后期沉積地層披覆其上形成了一個背斜構(gòu)造帶——商店背斜構(gòu)造帶(圖1)。

截至目前，研究區(qū)共完鉆探井46口，2口獲工業(yè)油流，6口獲工業(yè)氣流，5口低產(chǎn)。有22口探井鉆遇火成巖，除陽5井外，其余21口井均位于陽信次洼，平面分布廣，縱向厚度大，最大單井鉆遇厚度為陽17井的906 m。如此廣泛分布的火成巖，對于陽信洼陷這樣的淺洼陷的油氣成藏有著非常重要的作用。

2 火成巖空間分布特征

2.1 巖漿活動主要作用時期

根據(jù)與火成巖有關(guān)的古生物、地層對比及同位素年齡分析，陽信洼陷巖漿活動主要分為3個時期:沙四期、沙三期和館陶期[7－8]，其中以沙三期噴發(fā)最為強烈，其次是館陶沙四期強度較低。

沙四期是斷陷盆地初始發(fā)育階段，斷裂活動較弱，因此巖漿活動較弱，僅陽25、沙3這2口井鉆遇噴發(fā)巖，其中陽25井鉆遇玄武巖共25.0 m，沙3井僅為6.6 m。其余探井鉆遇的火成巖均為侵入巖，推測沙四段侵入巖主要是在后2期巖漿活動時侵入。

圖1 陽信洼陷構(gòu)造綱要

沙三期是斷陷盆地發(fā)育的鼎盛時期，斷裂活動強度大，也是火成巖最為發(fā)育的時期。該期巖漿活動特點是持續(xù)時間長、噴發(fā)次數(shù)多，陽25井于沙三段鉆遇玄武巖821 m，噴發(fā)次數(shù)20余次。并且?guī)r漿活動表現(xiàn)為水下噴發(fā)，證據(jù)之一是多口井在玄武巖巖心中見到螺化石，證據(jù)之二是兩期玄武巖之間往往以油頁巖、油泥巖相隔。在巖漿噴發(fā)的同時還伴隨著大規(guī)模的巖漿侵入，如陽18井在沙三段鉆遇的侵入巖累計厚度達380 m。

館陶期為盆地拗陷階段初期，斷裂活動基本停止，因此巖漿活動規(guī)模明顯低于沙三期，僅存在局部的小規(guī)?；顒?，主要發(fā)育在商店背斜構(gòu)造帶以西，呈柱體狀刺穿沙四段—東營組地層，火山巖柱體兩側(cè)地層常常伴隨有巖漿的侵入。

2.2 火成巖空間分布特征

2.2.1 火成巖地震反射特征

在地震資料上對火成巖的識別是結(jié)合鉆井、測井和地質(zhì)等信息，利用火成巖在各種地震信息上的表現(xiàn)來定性、定量識別以及標定火成巖[9]。通過識別與標定，陽信洼陷火成巖類型包括噴發(fā)巖與侵入巖兩大類。

噴發(fā)巖有蘑菇狀地震相和丘狀地震相2種相類型，其中蘑菇狀地震相主要為沙三段噴發(fā)巖，頂面反射為中強振幅，后期沉積地層超覆或披覆其上，內(nèi)部反射雜亂，與圍巖地層反射以突變接觸(圖2a);丘狀地震相為館陶期噴發(fā)巖，頂面反射亦為中強振幅，后期沉積地層披覆其上，火山頸不清楚，內(nèi)部反射有層次，與圍巖地層反射接觸面清晰可辨(圖2b);由于沙四段噴發(fā)巖規(guī)模較小、厚度薄，因此在地震資料中反射特征不明顯。

圖2 陽信洼陷火成巖地震相特征

2.2.2 火成巖空間分布

在火成巖識別的基礎(chǔ)上進行了全區(qū)追蹤與描述，明確了火成巖空間分布特征。從東西向火成巖分布剖面示意圖上(圖3)可以看出，橫向上火成巖主要分布東部的陽信次洼，西部僅在陽信斷層附近分布;縱向上主要分布在奧陶系、沙四段、沙三段、館陶組。奧陶系火成巖類型為侵入巖，巖性是輝長巖，侵入時期為古近紀[10];沙四段火成巖類型以侵入巖為主，巖性為輝綠巖;沙三段噴發(fā)巖、侵入巖均較發(fā)育，其中陽16—陽17井一線是主要噴發(fā)區(qū)，發(fā)育陽16、沙4井2個火山口，2口井沙三段鉆遇的地層均為玄武巖，其兩側(cè)的陽17、陽25井鉆遇地層巖性為玄武巖、凝灰?guī)r及砂泥巖;館陶組火成巖類型為噴發(fā)巖，火山口分布較為局限，其兩側(cè)沙三、沙四段侵入巖較發(fā)育。

圖3 陽信洼陷東西向火成巖分布剖面示意

平面上(圖4)，火成巖主要分布在陽信次洼，其中沙四段火成巖以侵入巖為主，疊合面積約為165 km2，厚度中心位于陽18井區(qū)，最大厚度近400 m，噴發(fā)巖僅陽25、沙3井鉆遇，分布范圍較小;沙三段噴發(fā)巖主要分布在陽18—陽17井一帶，自西向東存在3個火山口，分別位于陽18、陽16、沙4井區(qū)，火山口集中分布在北西向展布的勞家店斷裂帶下降盤，疊合面積約150 km2，沙三段侵入巖主要分布在陽1—陽24井一帶，疊合面積約155 km2，厚度中心位于陽15井區(qū)，最大厚度近700 m;館陶組噴發(fā)巖主要分布在陽1—陽18井一線，平面上呈串珠狀分布，一共描述火山口10個，總面積為2.8 km2，最大的火山口面積為0.6 km2，最小的火山口面積僅為0.28 km2。溫家次洼僅在八里泊斷裂帶有火成巖發(fā)育，面積約為1.5 km2。各期次火成巖平面疊合面積約290 km2。

圖4 陽信洼陷火成巖平面分布

3 火成巖的石油地質(zhì)意義

3.1 提升了資源潛力

陽信洼陷是一個小型淺洼陷，火成巖的加入大大提升了資源潛力，使其勘探價值倍增。

巖漿活動可以提供直接氣源[10－11]，巖漿將幔源CO2從地層深處攜帶至淺層，遇到合適圈閉聚集可形成CO2氣藏。陽信洼陷巖漿活動規(guī)模大，CO2資源量相當可觀，據(jù)郭棟等的綜合評價，認為陽信洼陷CO2資源量在100×108m3以上[10]。

另外，火成巖對烴源巖生烴具有較強的促進作用，火成巖帶來的異常熱源可以提高地溫場，形成特殊的油氣地球化學場，促使烴源巖中的有機質(zhì)成熟，加大了烴源巖的生排烴量[8，12－13]，通過陽信洼陷東、西次洼烴源巖評價對比可以看出(表1)，陽信次洼火成巖發(fā)育，其烴源巖成熟度及烴產(chǎn)率明顯高于無火成巖發(fā)育的溫家次洼，說明火成巖作用促進了烴源巖生烴演化。在考慮火成巖作用前提下重新估算了陽信洼陷的資源量，僅沙四上亞段成熟油資源量就達到1.8×108t，具有較大的勘探潛力[3]。

表1 陽信洼陷東、西次洼烴源巖評價對比

3.2 可作為良好儲層

火成巖冷卻結(jié)晶產(chǎn)生的晶間孔隙、火成巖氣孔，構(gòu)造運動產(chǎn)生的微裂縫以及油氣水介質(zhì)溶解產(chǎn)生的次生孔隙等，這些均可成為火成巖儲層中的良好儲集空間。陽信洼陷火成巖段共解釋油層76 m(33層)，油水同層210.3 m(14層)，含油水層185.5 m(12層)。這些含油氣火成巖儲層中，玄武巖與安山質(zhì)玄武巖占78%，凝灰質(zhì)角礫巖占12%，輝綠巖占10%。通過統(tǒng)計陽16、陽161、陽25等5口井91塊巖心樣品的孔滲數(shù)據(jù)，孔隙度一般為1.6% ～25.3%，滲透率為 0.08×10－3～80.00×10－3μm2，儲集物性較好，同時也反映了火成巖儲層具有較強的非均質(zhì)性。儲層的非均質(zhì)性主要取決于火成巖巖相，噴發(fā)巖相的物性好于侵入巖相，而噴發(fā)巖相中頂板微相由于氣孔、溶孔十分發(fā)育，其物性較中間微相好[5]。

3.3 形成了良好蓋層

當大面積分布的火成巖覆蓋于砂巖儲層之上時，可形成良好的蓋層條件。如商店背斜構(gòu)造帶，大面積分布的噴發(fā)巖形成了良好的區(qū)域蓋層，火成巖覆蓋之下已有4口井獲得油氣流。又如陽101井底部鉆遇的侵入巖在地震上呈巖床狀，巖性致密，分布面積約60 km2，厚度為100～200 m，可作為好的局部蓋層，陽103、104井均于該套火成巖下部解釋了油氣層。

3.4 豐富了圈閉類型

研究區(qū)火成巖常以刺穿或斜交方式與砂泥巖接觸，造成砂體不連通，可形成火成巖遮擋的巖性或構(gòu)造－巖性圈閉。陽101井沙四段圈閉就屬于構(gòu)造－巖性圈閉，該圈閉向東部洼陷傾覆、向西尖滅于火成巖上，形成了在背斜構(gòu)造背景上由火成巖遮擋的構(gòu)造－巖性油氣藏。

在噴發(fā)巖形成蘑菇狀和丘狀背景之上，后期沉積地層可形成超覆或披覆圈閉，這些圈閉是非常良好的聚油氣圈閉[14]。在商店背斜構(gòu)造帶已經(jīng)鉆探到這種類型的油氣藏，如陽25井火成巖頂部的稠油油藏和沙一段的構(gòu)造氣藏。

4 勘探方向

縱向上，陽信洼陷油氣成藏主要受油氣源所控制。2000年以前研究區(qū)主力勘探目的層為沙三段，共鉆探探井35口，由于沙三段埋藏淺，烴源巖成熟度偏低，資源量較小[3]，因此鉆探成功率非常低，所鉆遇油藏均為低產(chǎn)稠油油藏。2000年以后隨著對研究區(qū)火成巖及沙四上亞段資源潛力認識的深入，認為沙四上亞段成熟烴源巖資源潛力較大，并將沙四上亞段作為主力勘探目的層段，先后部署井位11口，分別在惠城鼻狀構(gòu)造帶和商店背斜構(gòu)造帶獲得勘探突破，如陽101井在沙四上亞段獲得日產(chǎn)20.2 t/d的成熟油工業(yè)油流、在沙一段獲得1.2×104m3/d的生物氣流，陽251井在沙四上亞段獲得的日產(chǎn)2.3×104m3/d的CO2氣流，沙一段解釋氣層10.6 m，取得了較好的勘探效果。因此研究區(qū)有利勘探層系應以沙四上亞段為主，兼探沙一段。

平面上，工業(yè)油氣流井主要分布在研究區(qū)東部火成巖發(fā)育區(qū)(圖3)，因此陽信次洼是今后油氣勘探的重點地區(qū)。由于噴發(fā)巖形成的蘑菇狀和丘狀正向背景上形成的超覆或披覆圈閉，埋深較淺，構(gòu)造易于落實，并且距離油氣源近，是油氣聚集的最有利場所，應是下步優(yōu)先勘探部署的區(qū)帶;而對于因火成巖刺穿形成巖性或構(gòu)造－巖性圈閉，多分布于沙三、沙四段，由于該層段火成巖發(fā)育規(guī)模大，且連片分布，大大降低了地震資料品質(zhì)，造成該類圈閉落實難度較大，是研究區(qū)中遠期重點勘探方向，在獲得較好品質(zhì)的地震資料的前提下可以進行勘探。

5 結(jié)論

(1)利用鉆井、測井和地震資料對火成巖進行了標定與描述。地震資料上噴發(fā)巖具有蘑菇狀地震相和丘狀地震相2種類型，侵入巖為板狀地震相?？v向上，火成巖主要分布在沙四段和沙三段，奧陶系和館陶組分布較為局限。平面上，火成巖集中分布在陽信次洼，各期次火成巖平面疊合面積約為290 km2。

(2)火成巖不僅可以提供直接的氣源條件，而且能夠促進烴源巖生烴演化，加大加速烴源巖的生排烴量;同時火成巖冷卻時形成的晶間孔隙、火成巖氣孔、微裂縫以及次生孔隙，均可使火成巖成為良好儲集空間，大面積分布的致密厚層火成巖還可以形成有良好的蓋層，并形成多種與火成巖有關(guān)的油氣藏。

(3)陽信次洼是研究區(qū)今后油氣勘探的重點地區(qū)，層系應以沙四上亞段為主，兼探沙一段。噴發(fā)巖形成的蘑菇狀和丘狀正向背景上形成的超覆或披覆構(gòu)造帶是優(yōu)先勘探部署的區(qū)帶。

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