火山活動(dòng)對(duì)三江盆地綏濱坳陷烴源巖演化的影響

朱彥平

（中國(guó)石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

三江盆地作為中新生代殘留盆地群中最重要的盆地之一，具有“兩坳一隆”三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元格局，包括綏濱坳陷、富錦隆起、前進(jìn)坳陷，其中綏濱坳陷位于三江盆地的西部，面積約為6 640 km2，具有西深東淺，南深北淺的結(jié)構(gòu)特征。綏濱坳陷勘探程度較低，近幾年為了評(píng)價(jià)綏濱坳陷勘探潛力，依據(jù)項(xiàng)目要求，本單位相繼開展了坳陷構(gòu)造解釋、石油地質(zhì)綜合研究、有利區(qū)帶預(yù)測(cè)和鉆探目標(biāo)識(shí)別等工作。本文利用新采集、處理和解釋的重磁資料，結(jié)合鉆井和區(qū)域露頭資料，研究了火山活動(dòng)對(duì)綏濱坳陷油氣的促進(jìn)作用，并利用航磁資料確定了濱2井區(qū)火山巖分布，濱2井區(qū)發(fā)育三套火山巖。濱1和濱2兩口井相距15公里，Ro值卻相差很大，本文通過(guò)兩口井Ro的對(duì)比分析，解決了濱2井Ro異常增高的原因，得出火山活動(dòng)對(duì)濱2井區(qū)油氣形成具有促進(jìn)作用，并深入研究這一地區(qū)的火山活動(dòng)與油氣演化、聚集的特點(diǎn)，對(duì)進(jìn)一步開展綏濱凹陷的油氣勘探具有重要意義。

1 石油地質(zhì)概況

綏濱坳陷劃分為江濱逆掩斷裂帶、福興斜坡帶、新房凹陷帶、果樹通斷裂背斜帶、南大林子凹陷、中伏屯凸起、西側(cè)火山巖侵入隆起帶、東南斜坡帶8個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（圖1）。盆地區(qū)域性斷裂發(fā)育，主要為北東、北西向斷裂，兩組斷裂共23條，其中軍川斷裂、富錦斷裂是綏濱凹陷的控陷斷裂。

圖1 三江盆地綏濱坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 The tectonic unit division of Suibin depression in Sanjiang Basin

綏濱坳陷地層從下到上依次為基底、下白堊統(tǒng)城子河組、穆棱組、東山組、上第三系富錦組以及第四系，地層厚度2 000～5 000 m，最大厚度5 500 m，城子河組和穆棱組地層發(fā)育，厚度大，分布廣，為主要的勘探目的層。綏濱坳陷發(fā)育泥巖和煤層兩類烴源巖，具備一定生烴潛力。城子河組暗色泥巖累計(jì)厚度較大，單層厚度小，泥巖累計(jì)厚度大于250 m的面積1 950 km2，累計(jì)厚度大于500 m的面積340 km2；穆棱組暗色泥巖累計(jì)厚度較大，單層厚度小，泥巖累計(jì)厚度大于250 m的面積934 km2（圖2）。通過(guò)鉆井資料，綏濱坳陷穆棱組、城子河組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較差—中等，處于成熟—過(guò)成熟階段，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ—Ⅲ型，TOC-S2評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度較差—中等，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度南部好于北部，成熟度北高南低。砂巖儲(chǔ)層物性北部小于南部，砂巖累計(jì)厚度大，單層厚度小，儲(chǔ)層物性差，孔隙度大部分小于10%，滲透率大部分小于0.1 mD。

綏濱坳陷果樹通斷裂背斜帶構(gòu)造條件復(fù)雜，斷層發(fā)育，包括北西和北東向兩組斷裂，斷層的發(fā)育既有早期繼承發(fā)育的特征，又有晚期區(qū)域逆沖-褶皺作用的改造特點(diǎn)，果樹通背斜帶中部鼻狀構(gòu)造帶面積257 km2，位于有利生油氣區(qū)，致密砂巖氣資源潛力大，優(yōu)選為有利目標(biāo)，部署了濱2井。

濱2井位于三江盆地綏濱坳陷果樹通斷裂背斜帶普陽(yáng)北鼻狀構(gòu)造帶，地理位置位于黑龍江省鶴崗市綏濱縣普陽(yáng)農(nóng)場(chǎng)北約4.5 km。發(fā)現(xiàn)濱2井1 800～2 100 m的泥巖有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）值高達(dá)3.1～3.7，遠(yuǎn)大于其下部（2 100 m）泥巖有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）平均值1.71。

圖2 綏濱坳陷烴源巖分布圖Fig.2 The distribuion of hydrocarbon source rocks in Suibin depression

2 濱2井Ro異常增高及其成因分析

2.1 濱2井Ro異常增高

濱2井城子河組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較好，達(dá)到成熟階段。將濱1井和濱2井的鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)[1-2]投在同一個(gè)圖內(nèi)（圖3），可以看出,濱1井的Ro值隨著深度呈正常的指數(shù)規(guī)律上升，該井所處位置的地層有機(jī)質(zhì)演化是連續(xù)的，沒(méi)有受到其他因素的影響。而濱2井的Ro值演化呈現(xiàn)低-高-低的異常變化，即1 420 m的0.8～1.4迅猛上升到1 800～2 100 m的3.1～3.7，隨后到2 200 m迅速下降到1.3～1.7。濱2井的Ro值隨深度呈不連續(xù)變化，與正常的指數(shù)上升規(guī)律出現(xiàn)較大矛盾，呈現(xiàn)出高異常的特征，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于盆地正常熱演化所能達(dá)到的成熟度。

2.2 濱2井Ro成因分析研究

鏡質(zhì)體對(duì)熱量非常敏感，能在較短的時(shí)間內(nèi)使鏡質(zhì)體反射率迅速上升（＜0.5 Ma）。從理論上講，造成鏡質(zhì)體反射率不連續(xù)的原因有4個(gè)[3-4]：1）有機(jī)質(zhì)生源或沉積成巖條件變化引起的活化能差異；2）對(duì)流熱傳導(dǎo)對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化和油氣生成的影響；3）超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)演化的抑制作用與巖性、孔隙度或孔隙流體組成有關(guān)的熱導(dǎo)率的差異；4）外來(lái)熱流體的作用。濱1井和濱2井共同位于三江盆地綏濱坳陷果樹通斷裂背斜帶處，距離僅約15 km，兩口井地層、巖性、烴源巖和構(gòu)造演化歷史近似相同，地層壓力正常。因此上述的前3種因素不可能造成濱2井Ro值的不連續(xù)性變化，所以造成濱2井有機(jī)質(zhì)演化不連續(xù)性的原因只有外來(lái)熱流體的作用，也就是火山活動(dòng)造成濱2井出現(xiàn)異常高值。

圖3 濱1井和濱2井Ro隨深度變化演化規(guī)律對(duì)比圖Fig.3 The evolution regularities contrast chart between Bin1 well and Bin2 well that vitrinite reflectance changed with depth

有機(jī)質(zhì)生成烴的方式主要包括3種：CO2還原、發(fā)酵、熱降解。前人研究認(rèn)為[5-15]，火山活動(dòng)帶來(lái)的大量熱會(huì)使烴源巖中有機(jī)質(zhì)更快地?zé)峤到?，引起有機(jī)質(zhì)的進(jìn)一步演化，促進(jìn)烴源巖的生烴進(jìn)程?；鹕交顒?dòng)還為盆地帶來(lái)了地球內(nèi)部的無(wú)機(jī)物質(zhì)，其中包括無(wú)機(jī)CO2、H2、氣態(tài)烴、液態(tài)烴和多種元素。火山活動(dòng)不僅可以提高盆地的地溫梯度，加速烴源巖的熱成熟，促進(jìn)油氣的生成，同時(shí)也為油氣運(yùn)移和聚集提供了運(yùn)移通道、儲(chǔ)集空間、封蓋遮擋條件和圈閉構(gòu)造，有利于油氣的運(yùn)移、聚集和成藏。

3 火山活動(dòng)對(duì)綏濱坳陷油氣的影響

3.1 綏濱坳陷基底斷裂發(fā)育及火山活動(dòng)頻繁

根據(jù)重磁資料研究，沿?cái)嗔鸦鹕交顒?dòng)頻繁，火山巖分布廣泛。

三江盆地火山巖分布明顯受基底斷裂控制，巖性分基性火山巖和中酸性火山巖兩大類，其中綏濱坳陷可分為東、中、西部三個(gè)火山巖帶（圖4），綏濱坳陷火山巖帶面積為634.62 km2。東部火山巖帶包括樺川南、中伏屯、軍川農(nóng)場(chǎng)一帶的5個(gè)火山巖體，面積281.48 km2，由于軍川斷裂切割深、規(guī)模大，該區(qū)火山巖巖性以基性為主。中部火山巖帶包括四方林子、綏濱縣西一帶的5個(gè)火山巖體，面積212.38 km2，該區(qū)北東向及北西向基底斷裂均很發(fā)育，推測(cè)切割深度不大、故火山巖巖性以中酸性為主，火山活動(dòng)強(qiáng)度也不及其它兩個(gè)火山巖帶。西部火山巖帶包括坳陷東部富錦-二道崗一帶的兩個(gè)火山巖體，面積140.76 km2，該區(qū)的火山活動(dòng)主要沿富錦斷裂深大展布，火山巖巖性以中酸性為主，火山活動(dòng)具有多期次、規(guī)模大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

圖5所顯示的區(qū)域自西向東發(fā)育西、中、東3個(gè)火山巖帶，主要受4條北西向深大斷裂控制，其中濱2井位F1斷裂附近分布大片基性火山巖，而濱1井所處地區(qū)無(wú)火山巖。圖4顯示濱2井區(qū)發(fā)育4條北西向和1條北東向深大斷裂，這些深大斷裂為巖漿的侵入及噴發(fā)提供了通道。在城子河組地層，濱2井的井筒位置與火山巖帶的位置關(guān)系有兩種情況：1）濱2井的井筒穿過(guò)火山巖帶；2）濱2井的井筒穿過(guò)火山熔巖帶，這兩種情況很顯然具備產(chǎn)生外來(lái)熱流體的熱源?；鹕交顒?dòng)帶來(lái)的巖漿攜帶有1 020～1 200℃的熱能，火山活動(dòng)帶來(lái)的地球深部的高溫熔融物質(zhì)攜帶有300～400℃的熱能，這兩種熱能提供了獨(dú)特的火山活動(dòng)熱源[16]，為濱2井的有機(jī)質(zhì)演化提供了熱力學(xué)條件。

圖4 綏濱坳陷基底斷裂與火山巖疊合圖Fig.4 The basement rift superimposed with volcanic rock in Suibin depression

圖5 濱2井區(qū)火山巖分布圖Fig.5 The volcanic rock distribution of Bin-2 well area

3.2 火山活動(dòng)對(duì)綏濱坳陷油氣的影響

火山活動(dòng)帶來(lái)的高溫熔融物質(zhì)主要通過(guò)深大斷裂和巖漿噴發(fā)進(jìn)入盆地，打破了原有的物質(zhì)能量平衡[17]，從多個(gè)方面對(duì)油氣成藏造成影響，對(duì)生烴的影響是一個(gè)重要方面，從3個(gè)方面影響烴類的生成：1）熱量，無(wú)論是侵入還是噴出作用，火山活動(dòng)都伴隨著巨大的熱量，使局部地溫梯度明顯增高，提高有機(jī)質(zhì)成熟度，加快有機(jī)質(zhì)生烴；2）礦物催化劑，火山活動(dòng)提供了地球深部來(lái)源的熱液水，而熱液水中含有自然元素狀態(tài)的眾多金屬與非金屬元素，其中金屬元素有Ni、Co、Cu、Mn等，這些元素在有機(jī)質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化中起著重要的催化作用，加大了向烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化的程度；3）火山氣體，火山作用過(guò)程中常伴有CO2、H2和CH4等氣體，這些氣體除可以作為火山巖氣藏的氣源外，還能提高有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率，如CO2可以促使湖盆水體沉淀出碳酸鹽礦物，H2可以促進(jìn)生油巖有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生更多的烴類[18]。

火山活動(dòng)對(duì)油氣生成、運(yùn)移、儲(chǔ)集、封蓋有著十分密切的關(guān)系?；鹕交顒?dòng)對(duì)油氣的生成、油氣藏的形成既起到積極作用，也存在一定破壞作用。以往觀點(diǎn)認(rèn)為，火山作用對(duì)油氣主要起破壞作用。當(dāng)火山活動(dòng)發(fā)生于含油氣盆地油氣大量運(yùn)移或者大規(guī)模成藏之后，火山活動(dòng)會(huì)破壞油氣的保存，切穿油氣藏的火山通道或伴生斷裂破壞油氣圈閉的完整性，導(dǎo)致油氣泄漏；火山噴發(fā)形成的高溫物質(zhì)使烴類發(fā)生變質(zhì)并對(duì)附近油氣藏起破壞作用[18-19]。

綏濱坳陷火山活動(dòng)主要發(fā)生在城子河組沉積以前，主力生油巖在城子河組中后期和穆棱組時(shí)期成熟，因此在濱2井區(qū)火山破壞作用較不明顯?；鹕交顒?dòng)對(duì)綏濱坳陷油氣的形成起到的積極作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）火山活動(dòng)提供1 020～1 200℃的巖漿和300～400℃的熱液流體攜帶的熱能，為綏濱坳陷油氣運(yùn)移提供熱動(dòng)力條件，促進(jìn)油氣運(yùn)移；2）火山活動(dòng)帶來(lái)的巖漿，冷凝后成為大面積孔滲較好的火山巖或結(jié)晶巖，這些巖層或巖體都可以成為油氣的儲(chǔ)集層，綏濱坳陷具有火山巖、沉積巖兼有的二元結(jié)構(gòu)，因此油氣儲(chǔ)集層也是火山巖、沉積巖兼有的二元結(jié)構(gòu)；3）火山活動(dòng)為綏濱坳陷帶來(lái)的火山灰，不僅粒度微小，而且具有遇水膨脹和分散的特點(diǎn)，地層孔隙被其充填后，能夠成為良好的封存蓋層，并能抗御新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的破壞，從而有利于油氣田的保存；4）火山活動(dòng)在綏濱坳陷內(nèi)形成的火山巖體與侵入巖體，都有一定的規(guī)模，每一個(gè)巖體就是一個(gè)非構(gòu)造的隱伏圈閉，為綏濱坳陷增加了一種非構(gòu)造圈閉-火山巖巖性圈閉，對(duì)油氣聚集較為重要；5）斷裂是油氣運(yùn)移很好的通道；多期次斷裂不同方向組斷裂對(duì)火山巖儲(chǔ)層起到了改裝作用，使儲(chǔ)層物性得以改善，有利于油氣聚集。相反，火成巖的形成時(shí)間早，可作為油氣的有利儲(chǔ)層，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化，綏濱坳陷烴源巖有利于生氣，伴隨火山作用形成一系列有效的、與火成巖有關(guān)的圈閉，為綏濱坳陷致密砂巖氣的成藏奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。綏濱坳陷砂巖儲(chǔ)層物性差，油氣生儲(chǔ)蓋組合條件好，為有利勘探區(qū)，需要進(jìn)一步開展勘探工作。

4 結(jié)論

（1）綏濱坳陷Ro異常增高，是火山活動(dòng)攜帶的流體熱量作用形成的?；鹕交顒?dòng)提供1020～1200℃的巖漿和300～400℃的熱液流體攜帶的熱能，造成濱2井鏡質(zhì)體反射率（Ro）的不連續(xù)性，并出現(xiàn)異常高值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于盆地正常演化所能達(dá)到的Ro值。

（2）濱2井區(qū)主要分布3大火山區(qū)，以基性火山巖為主，主要沿?cái)嗔逊植肌?/p>

（3）本次研究表明，火山活動(dòng)對(duì)烴源巖的成熟具有積極的促進(jìn)作用，并對(duì)油氣運(yùn)移、儲(chǔ)集、封蓋有著十分密切的關(guān)系，臨近烴源巖的火山巖分布區(qū)能成為火山巖氣藏的有利勘探目標(biāo)區(qū)。

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