渤海灣盆地巖漿侵入活動與油氣成藏特征

許廷生

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063000)

0 引言

隨著日益增長的油氣資源需求和火山巖油氣藏勘探開發(fā)的不斷突破［1］，火山巖油氣藏勘探越來越受到重視，并取得了一些成果，在松遼盆地深層、二連盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地及三塘湖盆地等發(fā)現(xiàn)多個規(guī)模儲量火山巖油氣藏［2－3］。但目前針對火山巖油氣藏的研究主要集中于火山噴出巖，而對于巖漿侵入油藏的石油地質(zhì)研究還較為薄弱，特別是對于以巖漿侵入圍巖為儲層的油氣藏成藏機(jī)理和模式研究還相對薄弱。結(jié)合巖漿侵入活動特點(diǎn)，分析了巖漿侵入活動與烴源巖演化、油氣生成、圈閉形成、油氣運(yùn)移聚集、油氣保存等之間的關(guān)系，以期推動侵入巖相關(guān)油氣藏的勘探開發(fā)及成藏機(jī)理的相關(guān)研究。

1 區(qū)域概況

渤海灣盆地位于華北地區(qū)中北部，包括河南北部、山東西部和北部、遼寧南部、河北、天津、北京及渤海海域，面積約為20×104km2，是中朝準(zhǔn)地臺經(jīng)古生代沉積，并在印支、燕山運(yùn)動基礎(chǔ)上發(fā)展而成的中新生代斷陷盆地。渤海灣盆地是中國東部重要的含油氣盆地，包括遼東灣、遼河、渤中、冀中、黃驊、臨清、濟(jì)陽和昌濰等坳陷及滄縣、埕寧、內(nèi)黃等隆起，具有隆凹相間的構(gòu)造特征。渤海灣盆地油氣勘探始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過近60 a的勘探，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了100多個油氣田，建成了勝利、遼河、華北、大港、冀東、中原等油氣田區(qū)，年產(chǎn)原油為7 000×104t/a以上，占全國原油總產(chǎn)量1/3以上，是中國東部重要的含油氣盆地。隨著渤海灣盆地勘探的不斷深入，勘探程度不斷提高，勘探目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向深層、巖性、潛山內(nèi)幕和火山巖油氣藏等隱蔽油氣藏。渤海灣盆地發(fā)生多次巖漿活動，尤其是晚侏羅世至早白堊世出現(xiàn)了強(qiáng)烈的火山活動，火山巖分布廣泛。隨著渤海灣盆地中基性火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)，展示了渤海灣盆地中基性火山巖油氣勘探的良好前景，受到了廣泛關(guān)注。

2 巖漿侵入對油氣成藏的影響

隨著火山巖油氣藏勘探開發(fā)的不斷突破，火山巖油氣勘探開發(fā)越來越受到重視。開展巖漿侵入對油氣生成、運(yùn)移、儲存、保存等油氣成藏要素的研究有利于促進(jìn)該類油氣藏的勘探開發(fā)。

2.1 巖漿侵入對烴源巖的作用

巖漿侵入加快了烴源巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化，增加了烴源巖中有機(jī)質(zhì)的生烴量。通過對渤海灣巖漿侵入?yún)^(qū)圍巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro)檢測分析發(fā)現(xiàn)，巖漿侵入?yún)^(qū)Ro值遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了正常的鏡質(zhì)體反射率隨深度變化軌跡，且Ro值隨圍巖離侵入?yún)^(qū)的距離增大而減小，即靠近侵入?yún)^(qū)的圍巖Ro值高，遠(yuǎn)離侵入?yún)^(qū)的圍巖Ro值逐漸降低。巖漿侵入活動可加快有機(jī)質(zhì)熱演化和提高有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率的主要原因是:①巖漿侵入過程中，自身攜帶的大量熱量，提高了侵入?yún)^(qū)的地溫梯度，使有機(jī)質(zhì)在正常生油門限之前就發(fā)生生烴和排烴，加快了有機(jī)質(zhì)成熟;②有機(jī)質(zhì)熱降解過程中，富含鎳、鈷、銅、錳等金屬元素的巖漿熱液侵入，可顯著提高有機(jī)質(zhì)的生烴量和氫氣的生成;③巖漿侵入過程中，通常伴隨著CO2、H2和CH4等氣體，這些氣體可進(jìn)一步提高有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，如氫氣可促進(jìn)烴源巖有機(jī)質(zhì)生成更多的烴類等［4］。

2.2 巖漿侵入對儲集層的影響

巖漿侵入活動引發(fā)的擠壓變形、熱液活動引發(fā)的變質(zhì)及成巖作用是圍巖形成良好儲集性能的重要原因。

在巖漿侵入過程中，熱流體膨脹和動力擠壓等機(jī)械作用可產(chǎn)生異常高壓，產(chǎn)生的異常高壓擠壓沖擊圍巖，造成圍巖發(fā)生塑性形變或脆性破裂，形成拉張和擠壓次生裂縫，碎屑顆粒發(fā)生破裂及壓溶作用，形成次生孔隙。高溫巖漿侵入使得圍巖產(chǎn)生水熱增壓作用和生烴增壓作用而形成大量微裂縫，同時，侵入的高溫巖漿熱液與圍巖發(fā)生水巖反應(yīng)過程中，對侵入巖和圍巖儲集空間發(fā)育具有促進(jìn)作用［5］。另外，侵入巖漿冷凝和圍巖中礦物的重結(jié)晶、離析、擴(kuò)散等接觸熱變質(zhì)作用，可在巖體中產(chǎn)生大量的粒間或晶間孔及微裂隙，這些原生孔隙受壓實(shí)作用影響較小，在盆地深層具有良好儲集性能，并為后期形成構(gòu)造裂縫奠定了基礎(chǔ)。

巖漿侵入產(chǎn)生的區(qū)域熱變質(zhì)及動力擠壓作用，可增大圍巖的宏觀空隙和微觀孔隙，提高圍巖的儲集能力，增大圍巖的孔隙度，增強(qiáng)滲透性［6］(表1)。

由表1可知:受巖漿侵入影響的NPA井上部圍巖次生孔隙明顯比未受巖漿侵入影響的NPB井發(fā)育，而且NPA井上部圍巖越靠近侵入體次生孔隙越發(fā)育，可見巖漿侵入活動對改善圍巖儲集性能具有重要的作用。

表1 渤海灣盆地冀東探區(qū)巖漿活動對次生孔隙發(fā)育情況對比Table 1 The comparison of magmatic activity to the development of secondary pores in eastern Hebei Exploration Area of Bohai Bay Basin

2.3 巖漿侵入作用與油氣圈閉的形成

巖漿侵入可形成巖株、巖墻、巖蓋、巖床等眾多侵入體，這些侵入體與沉積層相互結(jié)合可形成背斜、上傾尖滅、斷塊、斷鼻和側(cè)向封擋等多種類型的油氣圈閉。例如:巖漿侵入造成沉積地層局部隆起，形成背斜型圈閉;巖漿侵入使沉積地層傾斜，而形成側(cè)向遮擋或巖性圈閉。另外，巖漿侵入形成的致密侵入巖可以作為蓋層，利于形成油氣藏［7］。

2.4 巖漿侵入對油氣運(yùn)聚的影響

流態(tài)、通道、動力是油氣運(yùn)移的3個必要條件。首先，巖漿侵入使得圍巖性質(zhì)發(fā)生改變，產(chǎn)生大量裂縫，侵入巖漿后期的活動和冷卻收縮等也可產(chǎn)生大量裂縫和孔洞。另外，巖漿侵入形成的火山通道等都可作為油氣運(yùn)移的良好通道［8］。其次，巖漿侵入造成的高溫、高壓可使地下水失去氫而達(dá)到超臨界狀態(tài)，同時，巖漿侵入可形成的CO2、H2、CH4等氣體，可提高油氣的溶解度，降低油氣的密度和黏度，從而促進(jìn)油氣運(yùn)移和聚集成藏。另外，巖漿侵入體冷凝后，侵入體及其圍巖內(nèi)溫度、壓力下降，從而，形成一個壓力相對較低的區(qū)域。壓力差異為烴源巖和早期油氣藏的油氣運(yùn)移聚集成藏提供了動力［9－10］。

2.5 巖漿侵入與油氣保存

巖漿侵入對不同時期的油氣藏影響不盡相同。油氣形成的晚期，巖漿侵入所伴生的斷裂及火山通道可為油氣聚集成藏提供良好的通道;侵入巖儲層及變質(zhì)巖儲層均可為油氣聚集成藏提供良好的場所;有些侵入巖漿形成的致密侵入體可作為良好的蓋層和側(cè)向遮擋形成封閉性較好的油氣藏。因此，巖漿侵入對后期油氣成藏和保存起到重要作用［11］。

油氣形成早期，油氣遇到高溫侵入巖漿可能被燒毀或受到烘烤發(fā)生變質(zhì)及瀝青化，另外巖漿侵入可切穿蓋層或油氣藏，從而造成早期形成的油氣藏遭受破壞。

3 渤海灣盆地巖漿侵入油氣藏特征及重點(diǎn)勘探目標(biāo)

3.1 巖漿侵入油氣藏特征

渤海灣盆地火山活動頻繁，巖漿侵入油氣藏發(fā)育，不同巖漿侵入油氣藏成藏主控因素及油氣富集規(guī)律也不盡相同。渤海灣盆地純西、曹家務(wù)、張東、大羅家等地區(qū)發(fā)現(xiàn)的侵入巖－泥巖變質(zhì)油氣藏，是由于巖漿侵入活動造成上覆泥巖上拱變形、變質(zhì)形成大量裂縫，并與油源形成良好溝通而成藏，因此，油氣主要富集于侵入體厚度大、構(gòu)造變形嚴(yán)重、裂縫發(fā)育的上覆泥巖變質(zhì)巖中;臨南凹陷夏38塊屬巖漿侵入體蝕變油藏，此類油藏侵入巖體中部的侵入巖厚度大，構(gòu)造變形明顯，后期容易發(fā)生蝕變和溶蝕，產(chǎn)生裂縫發(fā)育帶，形成油氣富集油氣區(qū);臨邑凹陷商741塊巖漿侵入油藏屬構(gòu)造裂縫油藏，油氣分布與構(gòu)造裂縫密切相關(guān)，往往在斷層附近裂縫發(fā)育部位形成富集區(qū);商河地區(qū)商13塊巖漿侵入油藏屬于斷鼻油藏，巖漿侵入造成上部沉積儲層上拱形成斷鼻或背斜圈閉，與油源溝通即可形成油氣藏，因此，油源是此類油氣藏成藏與否的關(guān)鍵;遼河油田歐36、紅5和商56塊沙三段砂巖油藏屬側(cè)向遮擋型油藏，儲集層與侵入體配合形成側(cè)向遮擋圈閉并成藏，侵入體側(cè)向發(fā)育的儲集層是油氣成藏的關(guān)鍵。

3.2 巖漿侵入油氣藏重點(diǎn)勘探目標(biāo)

近些年，在渤海灣盆地渤海海域、遼河坳陷、濟(jì)陽坳陷、黃驊坳陷等火山巖油氣藏勘探都取得了重要進(jìn)展，在以常規(guī)油藏和火山噴出巖為主要目標(biāo)的油氣藏勘探過程中，發(fā)現(xiàn)了歐利坨、曹家務(wù)、張東、商 741、商 56、商 13、夏 38、羅 151、義北、扣村、純西、歐36、紅5等多個侵入油氣藏(圖1)，發(fā)現(xiàn)的侵入油氣藏占到了所發(fā)現(xiàn)火山油氣藏的近50%，為該區(qū)儲量增長做出了重要貢獻(xiàn)，展現(xiàn)了巖漿侵入油氣藏良好的勘探潛力，對擴(kuò)大該區(qū)油氣勘探領(lǐng)域具有重要意義。渤海灣盆地火山活動貫穿于館陶組、東營組、沙河街組和中生界地層形成過程，沿深大斷裂展布的各種火山巖體在渤海灣盆地均發(fā)育，渤海灣盆地火山巖油氣藏具有較大的儲量規(guī)模，是該區(qū)下步儲量增長的重要領(lǐng)域。渤海灣盆地沙一段沉積晚期巖漿活動明顯減弱，巖漿活動以巖漿侵入為主，巖漿主要侵入沙三段地層中，因此，渤海灣盆地沙三段廣泛發(fā)育巖漿侵入體。這些侵入體及其圍巖經(jīng)歷后期多次構(gòu)造運(yùn)動，可發(fā)育大量裂縫和次生孔隙，另外，該侵入體及其圍巖處于該區(qū)主力烴源巖沙三段中，或與烴源巖具有良好通道，是渤海灣盆地下步勘探的重要目標(biāo)。下步應(yīng)結(jié)合不同侵入油氣藏成藏主控因素和富集規(guī)律，進(jìn)一步強(qiáng)化研究，不斷深化認(rèn)識，加大侵入油氣藏的勘探力度，以期取得更大突破，為該區(qū)增儲上產(chǎn)奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

圖1 渤海灣盆地火山巖油氣藏分布Fig.1 The distribution of volcanic oil and gas reservoir in Bohai Bay Basin

3 結(jié)論

(1)巖漿熱液侵入提高了區(qū)域地溫梯度，進(jìn)一步加快烴源巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化，并增加了有機(jī)質(zhì)的生烴量。

(2)巖漿侵入引發(fā)的擠壓變形、巖漿熱液活動引發(fā)的變質(zhì)及成巖作用有助于圍巖次生孔隙及裂縫的發(fā)育，有利于形成良好儲集層。

(3)巖漿侵入形成的巖株、巖墻、巖蓋、巖床等眾多侵入體與沉積層相互結(jié)合可形成背斜、上傾尖滅、斷塊、斷鼻和側(cè)向封擋等多種類型油氣圈閉，有利于油氣聚集成藏。

(4)巖漿侵入對早期形成的油氣藏存在一定的破壞作用，但對后期油氣生成、運(yùn)移和聚集成藏具有重要的作用。