沉積盆地中侵入巖床的油氣地質(zhì)意義

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

近十年來，由于油氣勘探范圍的擴(kuò)大以及技術(shù)的提高，獲取了大量火成巖沉積盆地的地震資料。不少地質(zhì)學(xué)家開展了基于地震剖面的火成巖研究。這不僅促進(jìn)了沉積盆地內(nèi)巖漿活動基本規(guī)律的認(rèn)識，也有利于盆地內(nèi)的油氣勘探[1]。

目前，這些研究范圍主要集中國內(nèi)的珠江口盆地白云凹陷[2]，塔里木盆地[3]，松遼盆地[4]，準(zhǔn)噶爾盆地[5]，中國東海盆地[6]，黃海盆地[7]，以及國外的北大西洋沿岸的V ring與M re盆地[8]，F(xiàn)aroe-Shetland盆地[9]，蘇格蘭沿岸的Rockall海槽[10]，塞內(nèi)加爾沿岸[11](Hansen等，2008)以及澳大利亞北西側(cè)Exmouth高原[12]與南岸的Bight盆地[10]等。

國內(nèi)外研究側(cè)重有所不同，國內(nèi)的研究更加注重火成巖與油氣的關(guān)系，而國外的研究更加注重火成巖的幾何形態(tài)，侵入及噴發(fā)機(jī)制等基本問題。這可能與國內(nèi)若干盆地中火成巖作為重要儲層，其油氣地質(zhì)意義更加突出有關(guān)，但火山巖油氣藏的研究大多集中在噴出巖上，侵入巖的石油地質(zhì)研究顯得較為薄弱。

世界上有許多的裂縫型巖床儲集層，但其并不是常規(guī)儲層，所以對其的認(rèn)識和了解都十分有限，在巖床中尋找油氣的可能性無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。許多學(xué)者都對巖床侵位帶來的熱演化方面的影響進(jìn)行了分析[13、14]，巖漿侵位能加速有機(jī)質(zhì)的熱演化以及普遍被人們所接受，對圍巖儲集的作用進(jìn)行了研究[15、16]，然而很少去關(guān)注侵入巖床自身的組成特點(diǎn)，以及其對整個油氣系統(tǒng)的影響。本次介紹了侵入巖床的組成特點(diǎn)，結(jié)合有機(jī)質(zhì)的演化階段與侵入巖床的形成時間分析了其對烴源巖熱演化和儲集層滲透性的影響，并剖析了侵入巖床與CO2氣藏可能存在的關(guān)系。

1 侵入巖床的地質(zhì)特點(diǎn)

沉積盆地中的巖床實(shí)際上可分為上下致密層段和中間滲透段三個部分，上下致密層段是巖床的冷凝邊，中間滲透段是巖漿冷凝過程中發(fā)育的節(jié)理段(圖1)。在巖漿侵位過程中，高溫巖漿通常與含流體的低溫圍巖相接觸，巖床的上下邊緣便形成冷凝邊抑或是玻璃質(zhì)的邊緣(圖1A)。如果冷凝邊沒有破損，則其可作為低滲透的隔層，而且接觸變質(zhì)作用會減小冷凝邊內(nèi)晶體粒度的大小，這些都會導(dǎo)致烴類等流體運(yùn)移路徑的改變。具有一定厚度巖床，其水平節(jié)理和柱狀節(jié)理都較為發(fā)育，縱橫交錯的節(jié)理使巖床內(nèi)部的裂縫具有很好的連通性(圖1B)，在高滲透率情況下，孔隙度值也有很好的正相關(guān)性。

倘若只有巖床下部冷凝邊破損形成油氣運(yùn)移的通道，而上部玻璃質(zhì)邊緣未破損具有封閉性時則巖床具有良好的儲集性；若巖床上下邊緣都破裂則起具有良好的輸導(dǎo)能力。因此，烴類流體可能進(jìn)入巖床內(nèi)部或者是穿過巖床發(fā)生垂向運(yùn)移，也可能沿著巖床底界面發(fā)生橫向運(yùn)移，這取決于上下冷凝邊保存的完整程度，這就意味著巖床在油氣運(yùn)聚著充當(dāng)著隔層、運(yùn)載層甚至是儲層的角色。誠然，巖床對圍巖的孔隙度和滲透率也具有正反兩面的作用，圍巖與巖床的接觸邊緣上由于接觸變質(zhì)作用形成烘烤邊，使圍巖孔隙度和滲透率部分降低或者是直接轉(zhuǎn)變?yōu)楦魧?，但由于侵入時的熱力作用，往往會在距巖床上部邊界一定范圍內(nèi)的地層中產(chǎn)生破裂，甚至是形成密集的多邊形斷層，從而把低滲透或非滲透的巖層轉(zhuǎn)變?yōu)閮瘜?。這可能是高溫巖漿的烘烤作用促使接觸帶上圍巖韌性程度增大不易破裂的緣故，相反在巖床作用范圍內(nèi)的圍巖(非直接接觸)由于熱增壓引起的孔隙度壓力增大使地層的脆性程度增大易于破裂。

圖1 (A)侵入巖床的冷凝邊 (B)侵入巖床內(nèi)部的節(jié)理系統(tǒng)

此外，位于沉積巖地層中的巖床增大了該套地層的非均質(zhì)性，巖床出現(xiàn)的位置成為構(gòu)造應(yīng)力集中的部位，在后期的拉伸或擠壓運(yùn)動中會率先發(fā)生變形甚至破裂，這就表明其具有形成次生裂縫的條件，為巖床儲集性能的改善奠定了基礎(chǔ)。

所以對形成油氣的儲集層來說，巖石的類型并是主要因素，關(guān)鍵在于其是否具有孔隙性和滲透性，在油氣勘探中容易注意到的是常見儲集巖類，比如碎屑巖、碳酸鹽巖等，但也不能忽視具有一定孔隙度和滲透率的侵入巖床型儲集層，否則將會漏掉或者推遲油氣田的發(fā)現(xiàn)。

2 侵入巖床對含(乏)有機(jī)質(zhì)沉積巖的作用

為了便于討論侵入巖的油氣地質(zhì)作用，按其侵入對象的不同可分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型是侵入到含有機(jī)質(zhì)的沉積巖中，Ⅱ型是侵入到貧乏有機(jī)質(zhì)的沉積巖中。Ⅰ型可根據(jù)有機(jī)質(zhì)的演化階段與侵入體的侵入時間再細(xì)分為ⅠA型、ⅠB型、ⅠC型三種類型，即侵入時間在生烴之前，生油窗內(nèi)的侵入，過成熟時的侵入。

ⅠA型侵入的時間不早于烴源巖成熟的時間，即此時有機(jī)質(zhì)尚未成熟或接近成熟了，此時應(yīng)該考慮輸導(dǎo)層與生烴區(qū)的位置關(guān)系以及侵入作用下產(chǎn)生的斷層或裂縫的延伸距離與連通程度。在輸導(dǎo)層連通性差的情況下，初始高溫巖漿侵入導(dǎo)致相鄰烴源巖的成熟，并開始初次運(yùn)移，由于輸導(dǎo)層的延伸范圍有限，加上巖漿的供應(yīng)并不充分，很快發(fā)生冷凝。烴源巖內(nèi)部極為可能形成了一個封閉的對流體系，早期運(yùn)移的烴類受熱對流的影響又轉(zhuǎn)回已發(fā)生固結(jié)的巖床附近，若此時的巖床冷凝邊已發(fā)生破損，即其可作為儲集層，捕獲生成的少量烴類。若發(fā)生在一個開放的系統(tǒng)中，則生成的烴類就會順利的運(yùn)移到生烴層外，完成初次運(yùn)移。

ⅠB型侵入的時間在生油窗內(nèi)，此時巖漿的影響程度與烴源巖的熱演化程度有關(guān)，因?yàn)榧訌?qiáng)生油窗內(nèi)烴源巖的熱演化速率需要更大的熱能，而形成巖床的巖漿溫度范圍是一定的，這過程類似于二次生烴，除此之外還有烴源巖的剩余生油潛力有關(guān)，一些情況下巖漿的侵位會導(dǎo)致早期的烴類裂解形成天然氣。

ⅠC型是在烴源巖過成熟時期發(fā)生的侵入，此時烴源巖的生油潛力已經(jīng)快枯竭，此時可能在巖漿作用下會生成少量的烴氣。

Ⅱ型亦可細(xì)分為ⅡA型、ⅡB型、ⅡC型三種類型，即侵入到儲集層中，侵入到致密層中，侵入巖床作為油氣運(yùn)移的遮擋物。

侵入到常規(guī)類型的儲集中，比如砂巖和碳酸鹽巖，倘若侵入到含烴類的儲集層中，巖漿自然會引起烴類的裂解，而儲集層的保存程度取決于巖床造成何種方式的構(gòu)造變形。侵入到致密層中，侵入作用產(chǎn)生的裂縫以及攜帶的熱液流體會改善巖床附近致密層的儲集性。

3 侵入活動與CO2氣體的關(guān)系

侵入巖床除了對含油氣系統(tǒng)地質(zhì)要素的影響的外，還能帶來別的勘探風(fēng)險，在勘探過程中如何避免或減少二氧化碳帶來的危害成為工作重點(diǎn)，準(zhǔn)確判定淺層事件性巖漿活動的特征期次及其與其他成藏條件的匹配關(guān)系，對二氧化碳的成藏研究起關(guān)鍵作用。巖漿活動帶來的CO2氣體對早期存在的油氣藏產(chǎn)生破壞作用，給勘探帶來經(jīng)濟(jì)上和時間的耗費(fèi)。

侵入巖作為CO2氣體來源的一種主要方式，給CO2成藏提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，斷裂的兩面性決定著其在勘探階段的重要性，在油氣勘探中人們一般注重斷裂帶危害性，作為通道顯得并不是那么重要，而對于巖漿活動帶來的CO2則相反。斷裂的存在不僅給巖漿侵入提供通道，也增加斷裂周圍地層的次級斷裂，間接的提高了地層的儲存能力。又?jǐn)嗔芽蔀樘妓猁}巖熱變質(zhì)作用提供熱源，熱源來自兩個方面：(1)深部熱流沿斷裂上升；(2)斷裂本身的動力變質(zhì)生熱。壓剪性斷裂的動力變質(zhì)增溫效應(yīng)明顯，但不利于深部熱流上升；相反，張性斷裂為深部熱流上升的良好通道，本身的動力增溫效應(yīng)弱[17]。斷面的開啟使得巖漿沿著斷面侵入，給圍巖為碳酸鹽的地層提供了熱源，打破地層熱能平衡，使圍巖在烘烤作用下釋放出CO2氣體，加上巖漿本身攜帶大量氣體使得巖漿活動和火成巖的分布空間上和CO2氣藏的分布具有一定的相關(guān)性。

CO2氣體從巖漿中釋放的速度取決于巖漿上升、侵入及冷凝結(jié)晶的時間，以及壓力條件等。巖漿以及巖漿房侵入、噴發(fā)的時間小至幾千年大至上萬年甚至更長，可一次完成，也可多期次疊加完成。冷凝結(jié)晶時間可小于幾千年內(nèi)完成。

CO2氣藏的儲存與否根據(jù)具體的地層情況而定，在巖漿上涌和噴發(fā)過程中，熔巖自身?xiàng)l件的改變使得CO2釋放，如果上部存在有效圈閉，則可有效捕捉CO2氣體，如果沒有則散失；另外當(dāng)巖漿沿作為侵入巖侵入地下、噴出巖噴出地表后，隨著溫度的降低會形成并發(fā)育節(jié)理系統(tǒng)，使自身形成一定的儲存空間，如果上部存在有效蓋層和側(cè)向封堵，可形成CO2氣藏，反之則無。

4 結(jié)語

巖漿活動與油氣并不是處于互不相容的對立地位，事實(shí)上巖漿活動與盆地的油氣分布密切相關(guān)，并不一定總是產(chǎn)生破壞作用，不能輕易否定掉該區(qū)的勘探前景。

通常冷凝結(jié)晶過程中產(chǎn)生的原生節(jié)理可以使其作為儲集層，而分析過程中必須把侵入巖床與圍巖的相互作用視為一個整體來考慮，放到含油氣系統(tǒng)中去評價。

巖漿侵入過程中會伴隨CO2氣的釋放，如何有效的規(guī)?？碧竭^程中可能出現(xiàn)的CO2氣藏應(yīng)是以后重點(diǎn)研究的方向。

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