黃河口凹陷東南緣火山活動(dòng)特征及其對(duì)油氣成藏條件的影響

龐小軍， 宋章強(qiáng)， 周曉光

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津　300452 )

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黃河口凹陷東南緣火山活動(dòng)特征及其對(duì)油氣成藏條件的影響

龐小軍， 宋章強(qiáng)， 周曉光

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津300452 )

為解決黃河口凹陷東南緣鉆井稀少、火山巖發(fā)育及油氣分布不清等問題，利用三維地震、鉆井和地化分析等資料，結(jié)合沉積背景，分析該區(qū)沙二段—東一段火山巖分布、火山活動(dòng)特征及其對(duì)油氣成藏條件的影響。結(jié)果表明：黃河口凹陷東南緣沙二段—東一段主要發(fā)育2種火山相類型：火山通道相和溢流相。火山通道相往往成群出現(xiàn)，溢流相以多期疊加為主，局部發(fā)育孤立的火山通道相和溢流相?？v向上，沙二段—東一段火山活動(dòng)呈“強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的演化特點(diǎn)；平面上，不同時(shí)期、不同位置火山巖的分布和活動(dòng)強(qiáng)度具有明顯的差異性?；鹕綆r的分布阻礙烴源巖的演化進(jìn)程，火山活動(dòng)形成的火山通道相和溢流相占據(jù)沉積可容空間，對(duì)烴源巖和儲(chǔ)層的分布起阻礙作用；與火山巖密切相關(guān)的沸石的形成對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯的改善作用?；鹕綆r發(fā)育形成局部蓋層，使油氣更有利于在蓋層下的古近系儲(chǔ)層富集。該結(jié)論對(duì)尋找火山巖發(fā)育區(qū)有利勘探目標(biāo)提供一定的幫助。

火山活動(dòng)； 火山巖； 古近系； 儲(chǔ)層； 蓋層； 黃河口凹陷

0　引言

隨著人們對(duì)油氣資源需求的增加，以及黃河口凹陷周邊油氣勘探的成熟，黃河口凹陷東南緣緩坡帶古近系成為油氣資源潛力勘探區(qū)。該區(qū)火山巖大量分布，但鉆井資料少、地震資料品質(zhì)差，勘探程度低，人們對(duì)其沉積體系展布、儲(chǔ)層品質(zhì)、油氣成藏規(guī)律等認(rèn)識(shí)不足，制約該區(qū)油氣勘探和評(píng)價(jià)。近年來，朱秀香等[1]研究黃河口凹陷走滑轉(zhuǎn)換帶，認(rèn)為轉(zhuǎn)換帶對(duì)砂體展布、圈閉發(fā)育及油氣運(yùn)移具有明顯控制作用；于海波等[2]研究黃河口凹陷斷裂特征，認(rèn)為斷層活動(dòng)時(shí)間與儲(chǔ)蓋組合配置控制油氣在垂向上的聚集，且斷層活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)砂體平面展布具有明顯控制作用，進(jìn)而控制油氣的平面分布；張新濤[3]、傅強(qiáng)等[4]研究黃河口凹陷坡折帶和層序地層格架，確定古近系各沉積期主要沉積相類型及其平面展布特征；孔慶瑩等[5]分析烴源巖地球化學(xué)特征，認(rèn)為黃河口凹陷古近系發(fā)育沙三段、沙一段—沙二段和東三段3套湖相烴源巖；張麗萍等[6]研究黃河口凹陷沙三段砂巖儲(chǔ)層特征，認(rèn)為儲(chǔ)層處于中成巖B期，孔隙主要以次生孔隙為主；孫和風(fēng)等[7]研究黃河口凹陷成藏規(guī)律，認(rèn)為該區(qū)主要以近源晚期成藏為主，并提出油氣富集模式；吳俊剛等[8]研究黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造的地震響應(yīng)特征及發(fā)育模式，認(rèn)為受底辟構(gòu)造影響，研究區(qū)形成巖墻遮擋的鼻狀構(gòu)造和巖上斷層控制的斷塊構(gòu)造。目前，對(duì)黃河口凹陷的研究側(cè)重于整個(gè)凹陷的構(gòu)造、沉積、烴源巖、儲(chǔ)層、油氣成藏等方面，針對(duì)火山活動(dòng)對(duì)油氣成藏條件影響的研究較少。在鉆井及地化分析等資料分析基礎(chǔ)上，筆者利用三維地震資料，研究該區(qū)火山活動(dòng)特征，分析火山活動(dòng)對(duì)油氣成藏條件的影響，為尋找該區(qū)及相似巖性構(gòu)造區(qū)的有利勘探目標(biāo)提供指導(dǎo)。

1　研究區(qū)概況

黃河口凹陷位于煙臺(tái)市西北部海域，距煙臺(tái)約為200 km[1-4]，是渤海海域呈東西向展布的一個(gè)凹陷。該凹陷構(gòu)造上位于渤海灣盆地渤中坳陷南部，其東、南、西、北分別與廟西凹陷、萊北低凸起、墾東—青坨子凸起和埕北低凸起相鄰，為北斷南超的不對(duì)稱箕狀斷陷。該凹陷處于渤海灣盆地渤中坳陷與濟(jì)陽坳陷之間的過渡區(qū)，其南北分別以渤南凸起和墾東—青坨子凸起與兩坳陷主體部分相隔，郯廬斷裂穿過凹陷中央，分割凹陷為東西兩部分，面積約為3 300 km2(見圖1)。

圖1　研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造Fig.1 The geological structure of study area

黃河口凹陷新生代地層發(fā)育齊全，由下至上依次發(fā)育古近系孔店組、沙河街組(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、東營(yíng)組(東三段、東二下段、東二上段、東一段)，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組(明下段、明上段)，以及第四系平原組。黃河口凹陷新生代經(jīng)歷古近紀(jì)裂陷、新近紀(jì)裂后熱沉降和新近紀(jì)晚期(明上段至現(xiàn)今)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)三個(gè)階段，與渤海灣盆地其他凹陷的斷陷演化同步。古近系構(gòu)造演化經(jīng)歷4個(gè)幕式裂陷伸展期，分別與孔店組—沙四段、沙三段、沙二段—沙一段和東營(yíng)組對(duì)應(yīng)。每個(gè)裂陷伸展期后，凹陷均發(fā)生短暫的區(qū)域隆升，使部分先期沉積地層遭受剝蝕[1-4]。黃河口凹陷在構(gòu)造演化上具有典型的“斷—坳—斷”疊置特征，可劃分為古近紀(jì)裂陷形成的半地塹、新近紀(jì)裂后熱沉降形成的坳陷和新近紀(jì)晚期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的地塹[5,9]。新生代構(gòu)造面貌整體表現(xiàn)為西深東淺、北陡南緩、凹中有隆，為北斷南超的箕狀凹陷。二級(jí)構(gòu)造單元可劃分為西北次洼、西南次洼、中央隆起帶、東部次洼、西北陡坡帶、西南緩坡帶、東北緩坡帶和東南緩坡帶[5,9]。沙三段、沙二段—沙一段和東三段形成的深湖—半深湖泥巖為該區(qū)主要烴源巖。黃河口凹陷基底最大埋深約為7.0 km，其中古近系最大厚度約為3.5 km。研究區(qū)位于黃河口凹陷東南緩坡帶。

2　火山活動(dòng)特征

2.1火山相類型及特征

火山巖橫向變化較快，巖相類型復(fù)雜，王璞君[10]、唐華風(fēng)[11]、楊立英[12]、李勇[13]等研究松遼盆地營(yíng)城組酸性火山巖和火石嶺組中基性火山巖，將火山相分為火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、侵出相和火山沉積相等5種類型，并建立不同火山相類型對(duì)應(yīng)的鉆井、測(cè)井、地震、地震屬性等特征。耳闖等[14]研究準(zhǔn)格爾盆地克百地區(qū)佳木河組的火山巖相類型及特征，并建立巖相—地震相的響應(yīng)關(guān)系；馮玉輝等[15]劃分遼河盆地東部凹陷中基性火山巖巖相類型，并建立其對(duì)應(yīng)的地震識(shí)別模板。文中利用地震和鉆井資料，在火山巖相模式指導(dǎo)下，對(duì)黃河口凹陷東南緣緩坡帶火山巖相進(jìn)行刻畫。

鉆井資料揭示，黃河口凹陷東南緣緩坡帶古近系火山巖發(fā)育(見圖2)，且在垂向和平面上變化較大。如A1井區(qū)各層段火山巖均有發(fā)育，其中沙三段厚度為17 m，沙一段—沙二段厚度為21 m，東三段厚度為15 m，東二下段厚度為47 m，東二上段—東一段厚度為39 m；A11、A9、A8井區(qū)局部層段發(fā)育火山巖，且厚度較??；A1、AE1井區(qū)火山巖較發(fā)育，且以玄武巖為主。

圖2　研究區(qū)古近系各層段中火山分布特征Fig.2 The volcanic distribution characteristics of Paleogene in the study area

根據(jù)地震反射形態(tài)和鉆井資料，研究區(qū)識(shí)別出火山通道相和溢流相2種火山相(見圖3)，按照火山噴發(fā)期次，將火山通道相進(jìn)一步劃分為孤立火山通道相和火山通道群2種類型；溢流相劃分為單期溢流相和多期溢流相2種類型。

孤立火山通道相一般單獨(dú)存在，具有獨(dú)立火山通道，與周圍火山口有一定距離，在地震剖面上呈扇形或柱形，表現(xiàn)為弱振幅、雜亂反射特征；平面上，均方根振幅屬性呈橢圓形或橢圓狀環(huán)形，位于低值區(qū)?；鹕酵ǖ廊河啥鄠€(gè)火山通道緊密排列組成，在地震剖面上表現(xiàn)為弱振幅、雜亂反射特征；平面上，均方根振幅屬性呈密集排列的橢圓狀分布，位于低值區(qū)。

單期溢流相呈孤立或界限清楚的線狀，在地震剖面上，表現(xiàn)為一根強(qiáng)振幅低頻強(qiáng)連續(xù)反射軸；平面上，均方根振幅屬性呈餅狀、流線狀，位于強(qiáng)值區(qū)。多期溢流相呈連片分布，在地震剖面上，表現(xiàn)為多條強(qiáng)振幅、低頻、強(qiáng)連續(xù)反射軸縱向上多層疊加分布；平面上，均方根振幅屬性呈連片分布，位于強(qiáng)值區(qū)。

2.2火山巖分布及火山活動(dòng)特征

利用研究區(qū)均方根振幅屬性和平面特征(見圖4(a))，以及各井不同層段火山巖厚度，繪制均方根振幅屬性與火山巖厚度交會(huì)圖(見圖4(b))，建立均方根振幅屬性與火山巖厚度關(guān)系，得到研究區(qū)火山巖厚度平面展布(見圖5)特征。由圖4(a)可見，溢流相均方根振幅屬性位于強(qiáng)值區(qū)(紅色、黃色、白色)，與火山巖厚度為正相關(guān)關(guān)系；火山通道相均方根振幅位于低值區(qū)(中黑色)，與火山巖厚度為負(fù)相關(guān)關(guān)系，在剖面上貫穿溢流相下部地層，形成的火山巖厚度遠(yuǎn)大于溢流相的。通過井震結(jié)合，按照火山巖厚度從溢流相向火山通道相由小逐漸變大規(guī)律，得到較為準(zhǔn)確的火山巖厚度的平面分布(見圖5)。

由圖5可見，沙一段—沙二段火山巖厚度較大，平面分布較為分散，其中東南部厚度大、分布集中，西北部厚度小分布分散；東南部厚度大于20 m的火山巖連片分布，呈東北—西南向展布；西北部厚度大于20 m的火山巖呈分散狀孤立分布(見圖5(a))。東三段，除火山通道相外，火山巖厚度減小，多數(shù)呈分散狀孤立存在，東南部厚度略大于西北部的，厚度大于20 m的火山巖僅在東南部局部分布(見圖5(b))。東二下段，火山巖厚度增大，連片分布，并向西北方向延伸，厚度大于20 m的火成巖分布較廣、范圍較大，與沙一段—沙二段相比，西北角(A8和A11井區(qū))火山巖不發(fā)育，西北與東南方向的火山巖連接在一起，形成較為廣泛的火山巖分布(見圖5(c))。東二上段—東一段，火山活動(dòng)繼續(xù)增強(qiáng)，分布更加集中并向北部偏移，分布范圍廣、厚度大，厚度大于20 m的火山巖分布更廣、連片分布(見圖5(d))。

圖3　研究區(qū)火山相類型及其地震相、均方根地震屬性特征Fig.3 The volcanic facies, seismic facies, RMS characteristics in the study area

圖4　研究區(qū)東二上段—東一段均方根振幅屬性與火山巖厚度的關(guān)系Fig.4 The determined thickness of volcanic rocks in the study area

由圖5可知，沙一段—二段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)較強(qiáng)，東南部呈連片狀噴發(fā)，西北部呈孤立狀噴發(fā)。東三段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)減弱，僅在東南部局部噴發(fā)，噴發(fā)的強(qiáng)度和范圍較小；西北部發(fā)育的火山巖是東二下段和東二上段—東一段火山通道的殘留產(chǎn)物，不反映該處發(fā)生過強(qiáng)烈的火山噴發(fā)作用。東二下段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)增強(qiáng)，在東、南、西、北4個(gè)方向發(fā)生不同程度的強(qiáng)烈火山活動(dòng)和噴發(fā)作用，東南方向火山活動(dòng)密集，發(fā)生連片強(qiáng)烈噴發(fā)作用；西部和北部?jī)H發(fā)生局部強(qiáng)烈的孤立噴發(fā)作用。東二上段—東一段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)比其他沉積時(shí)期更為強(qiáng)烈，且向研究區(qū)中部偏移，噴發(fā)作用主要集中在研究區(qū)中部，向四周發(fā)生溢流作用。整體上，沙二段—東一段火山活動(dòng)具有“強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的特點(diǎn)。

圖5　研究區(qū)古近系火山巖厚度平面分布Fig.5 The horizontal distribution of volcanic rocks in the study area

3　火山活動(dòng)對(duì)油氣成藏條件的影響

3.1烴源巖

圖6研究區(qū)古近系不同井鏡質(zhì)體反射率隨深度變化關(guān)系

Fig.6 The vitrinite reflectance variation with depth of different wells in the study area

火山活動(dòng)對(duì)烴源巖的生烴作用具有明顯的影響[16-18]，黃河口凹陷烴源巖主要為沙三段、沙一段—沙二段和東三段[5]。統(tǒng)計(jì)黃河口凹陷東南緣火山巖分布區(qū)15口井、213個(gè)樣品的有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率(Ro)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)烴源巖Ro為0.46%～0.76%，平均為0.69%；孢粉顏色指數(shù)為2.53～2.75，平均為2.63。與未發(fā)育火山巖區(qū)(B4、A13井區(qū))的烴源巖成熟度相比，火山巖發(fā)育區(qū)(A1、A2、A4井區(qū))的偏低(見圖6)。原因是該區(qū)古近系火山通道相與溢流相組成的火山巖呈橋墩狀分布，使上部地層對(duì)下部地層的壓實(shí)作用減弱，對(duì)烴源巖層起抗壓實(shí)作用，進(jìn)而阻礙烴源巖的熱演化進(jìn)程。另外，火山活動(dòng)形成的火山通道相和溢流相占據(jù)湖相泥巖發(fā)育空間(見圖7(a))，影響烴源巖在空間上的分布。

3.2儲(chǔ)層和蓋層

黃河口凹陷東南緣古近系儲(chǔ)層主要為沙一段—沙二段、東三段、東二下段和東二上段—東一段，儲(chǔ)層類型為辮狀河三角洲[3-4,6,9]。以東二下段為例，利用三維地震反射特征和地震屬性，結(jié)合鉆井、壁心及文獻(xiàn)資料[3-4]，繪制研究區(qū)東二下段沉積相與火山巖厚度的疊合圖(見圖7)，得到沉積相展布與火山巖分布關(guān)系。

由圖7可見，東二下段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)強(qiáng)烈，整體呈連片狀噴發(fā)，形成的火山巖及較高的火山地貌阻礙三角洲砂體向火山活動(dòng)強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)積，而向火山活動(dòng)弱的區(qū)域進(jìn)積。因此，在火山活動(dòng)強(qiáng)的區(qū)域三角洲砂體不發(fā)育，而主要發(fā)育在火山活動(dòng)弱的區(qū)域。

圖7　研究區(qū)東二下段沉積相與火山巖厚度的疊合圖Fig.7 The volcanic activity effect on the reservoir distribution in the study area

分析研究區(qū)古近系火山活動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層分布的控制。沙一段—沙二段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)較強(qiáng)烈，東南部呈連片狀噴發(fā)，西北部呈孤立狀噴發(fā)；火山噴發(fā)后形成的錐狀火山地貌地勢(shì)較高，且東南部地勢(shì)整體較高，三角洲砂體主要向火山活動(dòng)較弱的東北方向遷移。東三段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)整體較弱，三角洲砂體主要向東北方向進(jìn)積，但相比沙一段—沙二段，該沉積時(shí)期三角洲砂體明顯具有向東南方向偏移的特征。東二下段—東一段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)明顯增強(qiáng)，噴發(fā)的強(qiáng)度和范圍擴(kuò)大，火山巖呈連片分布，三角洲砂體繞開火山巖發(fā)育區(qū)域進(jìn)積，或停止于火山巖發(fā)育區(qū)域?？v向上，東三段三角洲砂體發(fā)育、厚度較大，沙一段—沙二段次之，東二下段—東一段三角洲砂體相對(duì)不發(fā)育。

東二下段—東一段強(qiáng)烈的火山活動(dòng)在水下形成范圍較大、連續(xù)性較好的玄武巖和凝灰?guī)r，被碎屑沉積物很快填埋，沒有遭受長(zhǎng)時(shí)間的剝蝕淋濾作用，孔滲性極差，在局部構(gòu)造中，火山巖和泥巖結(jié)合在一起可形成較好的蓋層。

受火山活動(dòng)的影響，火山碎屑巖中火山物質(zhì)水解形成的沸石、方解石等膠結(jié)物充填于巖石骨架顆粒之間(見圖8)，增大儲(chǔ)層抗壓強(qiáng)度，保存大量原生孔隙；早期火山活動(dòng)形成堿性環(huán)境，有利于早期原生孔隙的保存；晚期生、排烴產(chǎn)生有機(jī)酸流體，形成酸性環(huán)境，對(duì)沸石和方解石的溶蝕促使次生孔隙大量形成。因此，火山活動(dòng)極大地改善儲(chǔ)層的物性。

總之，火山活動(dòng)形成的火山通道和溢流相組成的橋墩具有抗壓實(shí)作用，阻礙烴源巖的熱演化進(jìn)程，并占據(jù)烴源巖的分布空間，對(duì)烴源巖發(fā)育不利。火山巖占據(jù)沉積空間，形成局部地勢(shì)較高的古地貌，影響碎屑巖儲(chǔ)層的平面和縱向分布。由火山物質(zhì)水解形成沸石等礦物有利于早期原生孔隙的保存和后期溶蝕孔的形成。東二下段—東一段的火山巖和泥巖可作為較好的蓋層，使油氣更有利于在古近系富集。與火山活動(dòng)密切相關(guān)的斷裂，為油氣的輸導(dǎo)和運(yùn)移提供良好的通道條件[19]。

圖8　研究區(qū)典型成巖礦物特征Fig.8 The typical diagenetic mineral characteristics in the study area

4　結(jié)論

(1)黃河口凹陷東南緣古近系主要發(fā)育火山通道相和溢流相2種火山相類型，火山通道主要成群出現(xiàn)，局部發(fā)育孤立的火山通道，地震上表現(xiàn)為弱振幅，呈柱狀或扇形，均方根振幅屬性位于低值區(qū)，呈橢圓狀；溢流相主要以多期疊加為主，地震上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，均方根振幅屬性位于強(qiáng)值區(qū)，呈連片狀分布，局部出現(xiàn)單期，均方根振幅屬性位于強(qiáng)值區(qū)，具有流線狀或環(huán)帶狀特征。

(2)縱向上，沙二段—東一段火山活動(dòng)具有“強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的特征。平面上，沙二段—沙一段火山活動(dòng)整體較分散，但東南部強(qiáng)而集中，西北部強(qiáng)而分散，火山巖東南部厚，西北部稍?。粬|三段火山活動(dòng)整體較弱，分布較散，火山巖厚度整體較?。粬|二下段—東一段火山活動(dòng)強(qiáng)，火山巖分布集中，且向北部偏移，范圍廣，厚度大。

(3)火山通道相和溢流相組成的橋墩阻礙烴源巖熱演化進(jìn)程，火山巖占據(jù)烴源巖和儲(chǔ)層的分布空間，對(duì)烴源巖和儲(chǔ)層的發(fā)育不利。沸石等礦物的形成有利于早期原生孔隙的保存和后期溶蝕孔的形成，火山活動(dòng)形成的裂縫有利于儲(chǔ)層物性的改善。火山巖在平面上可以形成局部蓋層，使研究區(qū)古近系更有利于油氣富集。

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2016-02-19；編輯：張兆虹

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-001-004)

龐小軍(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事沉積學(xué)和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)方面的研究。

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.04.006

P618.13；TE121.3

A

2095-4107(2016)04-0045-09