田永晶 （中國石油大學 （北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 南京210036）

劉 巖 （中國石油大學 （北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249中石油大港油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，天津300280）

鐘寧寧，朱 雷 （中國石油大學 （北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249）

王 民 （東北石油大學地球科學學院，黑龍江 大慶163318）

對沉積盆地而言，巖漿活動不僅代表著強烈的構造運動，還意味著較高的熱流與地層溫度 （可達1300℃）[1]，并可持續(xù)一定的時間，這一過程往往會引起圍巖及有機質的蝕變，并極大改變盆地的地溫場特征。一般來講，圍巖的變質作用溫度范圍在200～900℃，而高于200℃時原油就全部裂解成天然氣[2]。因此，巖漿活動對有機質尤其是油藏影響范圍要遠大于其對圍巖影響范圍。與圍巖蝕變過程相同，有機質受熱蝕變過程同樣受巖漿巖的性質、規(guī)模和埋深等多種因素的影響，其蝕變程度取決于圍巖所遭受到的最高溫度及其持續(xù)時間[3]。

火成巖侵入帶來大量的熱量，在促進圍巖蝕變、加速有機質的成熟與成烴[4，5]方面早已為大家所接受，同時又可對先期形成的油藏起到破壞作用[6]。國內外對巖漿侵入體引起圍巖熱蝕變研究很多，但這些成果定性描述較多，定量研究較少，尤其在熱蝕變范圍的認識上存在巨大差異，熱蝕變的范圍為侵入體厚度的0.3～4倍[5，7，8]。不同侵入體對圍巖及有機質熱蝕變究竟起多大作用一直沒有定論。深入探討侵入體對圍巖及有機質熱蝕變的影響程度及范圍，對合理正確認識火成巖分布區(qū)油氣成藏規(guī)律具有重要意義。

1 地質背景

冀北坳陷地處燕遼裂陷槽中段，是華北克拉通北緣元古代殘留型盆地中一個極其重要的負向構造單元。自古元古代末期的呂梁運動之后，沉積了巨厚的中－新元古界地層，成為我國中－新元古界地層發(fā)育最齊全、保存最完好的地區(qū)之一[9]。中－新元古界自下而上分為3個系：長城系 （Ch）、薊縣系 （Jx）和青白口系 （Qn）；又可分為12個組 （圖1），中－新元古界與下伏太古宇地層呈角度不整合接觸，頂部為下寒武統(tǒng)所覆蓋。

受多期的構造活動及強烈的巖漿運動的影響，燕山地區(qū)火成巖廣泛發(fā)育。元古代火山巖主要集中出現在中元古代早期的長城紀，Chcl下部軟沉積巖層中有輝綠巖床 的 侵 入[10]。 薊 縣 紀 僅Jxw有所活動。但從1620Ma之后，中－新元古代華北克拉通上則鮮有巖漿事件發(fā)生[11]。其中晚元古代青白口系Qnx頁巖中普遍夾有略呈穿層產狀的2～4層輝綠巖巖床，并往往與Qnx瀝青砂巖相伴生。

龍?zhí)稖螿nx瀝青砂巖古油藏位于冀北坳陷東北部，行政區(qū)劃上屬遼寧省凌源市大河北鄉(xiāng)，在平泉縣城東南方向約30km處 （圖2），是冀北坳陷4大古油藏之一。該古油藏瀝青砂巖沿Qnx地層呈EN－WS走向，長約10km。在前人發(fā)現龍?zhí)稖蠟r青砂巖點的基礎上，筆者沿Qnx地層順層追蹤，新發(fā)現瀝青砂巖9處 （圖2），遍布在Qnx地層出露區(qū)域，且瀝青含量有以龍?zhí)稖蠟橹行南騈E和SW兩個方向遞減的趨勢，初步確定了研究區(qū)瀝青砂巖油藏的范圍。野外調查過程中也發(fā)現油苗/瀝青點與輝綠巖侵入體有并存現象。前人研究業(yè)已證明了油苗/瀝青的原生性，并認為兩者之間有一定的成因聯系[12～14]。王鐵冠等[14]通過瀝青砂巖中瀝青產狀、反射率及可溶組分的地球化學特征等證據，認為瀝青砂巖古油藏破壞的主要因素是火山巖的熱蝕變作用，且不排除后期氧化及剝蝕作用的可能。有關輝綠巖侵入對圍巖及有機質影響的程度及范圍一直沒有一個明確的認識，輝綠巖侵入是否為固體瀝青形成的直接原因仍有待充分的證明。筆者嘗試依據層狀侵入體散熱模型，從火山巖侵入體散熱正演模擬的角度來證明侵入體是否為固體瀝青形成的直接成因。

圖1 華北燕山地區(qū)中－新元古界地層柱狀圖

2 層狀侵入體散熱模型簡介

侵入體侵入巖層中會帶來大量的熱量，其散熱必然會影響到圍巖地層溫度場的演化。根據熱力學定律，侵入體的散熱過程可以用熱量與時間、溫度的函數來表示，從而可用于預測侵入體及圍巖溫度場的演化。自從Lovering最早根據熱流理論建立起描述巖漿侵入體散熱過程的動力學方程[16]以來，有多位學者嘗試采用不同的方式對該模型進行了完善[7，16～18]。目前公開報道的火山巖侵入體熱傳導模型很多，有Fjeldskaar模型[18]、Wang 模 型[19]、Huter模型[20]等。這些模型基本都是基于Mundry的一些假定[21]：即巖漿一次性快速侵入到圍巖中，且冷卻過程中不發(fā)生遷移和流動；侵入體向圍巖以熱傳導的方式傳熱，不發(fā)生對流和輻射傳熱；侵入體傳導給圍巖的熱量僅用于改變圍巖的溫度而不轉化為其他形式的能量。王民等[22]，通過對各個模型的對比分析發(fā)現，在Fjeldskaar模型基礎上考慮地溫梯度的影響，對其進行了改進，改進的Fjeldskaar模型不僅可以較好地擬合實測鏡質體反射率Ro數據，還可以方便地模擬計算二維、三維空間內溫度場演化情況。模型詳見文獻 [18]。利用改進的Fjeldskaar模型和Easy%Ro模型，結合埋藏史就可以定量求取侵入體對圍巖有機質的熱蝕變程度。

圖2 龍?zhí)稖瞎庞筒匚恢脠D

3 凌源龍?zhí)稖螿nx輝綠巖侵入的定量評價

凌源龍?zhí)稖螿nx出露地區(qū)普遍可見到2～3層輝綠巖侵入體，厚度在20～80m不等，有合并與分岔現象[13]。Qnx的βμ1輝綠巖侵入體下方普遍可見到Qnx底部瀝青砂巖存在。該黑色瀝青砂巖質地疏松，面孔率在10%以上；鏡下觀察發(fā)現瀝青砂巖石英顆粒呈漂浮狀、點接觸，粒間充滿固體瀝青，固體瀝青含量很高，是一個典型的被破壞的古油藏。龍?zhí)稖瞎庞筒厥茄嗌降貐^(qū)元古界古油藏中規(guī)模較大，發(fā)現與研究最早的油藏之一。

3.1 計算模型參數設置

從瀝青砂巖顆粒接觸形式和其間充填固體瀝青的情況，可以確定Qnx瀝青砂巖油氣成藏及輝綠巖侵入時尚未開始壓實成巖作用，由此推斷侵入發(fā)生時Qnx埋深并不大。各地層厚度數據等資料采用近年來研究區(qū)幾條地質剖面的丈量結果 ，同時參考了文獻 [13，15]。地層年代參考了近年最新的測年數據[10，11，23，24]，同時，據劉巖等[25]的成果，根據平泉雙洞地區(qū)βμ1輝綠巖床斜鋯石測試結果，輝綠巖侵入年代為1327Ma，Qnx地層沉積年齡取1400～1300Ma。不同類型巖漿巖形成的溫度差異很大。通?；詭r比酸性巖形成溫度高，噴發(fā)巖比侵入巖溫度高。一般認為輝長巖形成溫度為900～1150℃，這里取1000℃。其他相關參數取值參照文獻 [19]。

3.2 侵入體對圍巖地層溫度場演化的影響

采用上述熱傳導散熱模型對研究區(qū)輝綠巖侵入體散熱過程進行了定量計算?？傮w來看，侵入體圍巖地溫場演化具有一些明顯的特點：①隨著散熱過程的進行，侵入體對圍巖的影響范圍逐漸增大，但引起圍巖升溫的溫度值卻在降低；②侵入體對圍巖地溫場影響范圍與其侵入體的厚度及侵入深度密切相關，侵入體越厚，其對圍巖影響范圍越大，侵入深度越淺，對圍巖影響范圍也越??；③侵入體通過散熱迅速，在龍?zhí)稖系貐^(qū)，其圍巖地層溫度在侵入活動發(fā)生1萬年時已經接近正常地層溫度，0.1Ma后就已經完全達到正常地層埋深溫度。圍巖地層溫度降至正常地層溫度所用的時間明顯小于文獻報道值[26～28]，這應該與侵入體侵入深度小，散熱更快有關。

3.3 侵入體對圍巖有機質熱演化的影響

巖漿活動帶來的巨大熱量使圍巖有機質發(fā)生接觸變質作用，形成的天然焦具有以鑲嵌結構、流動狀結構、片狀結構為主的獨特顯微結構。天然焦的存在被認為是沉積有機質是否發(fā)生熱變質作用的重要依據[30]。經過大量樣品有機巖石學分析發(fā)現，龍?zhí)稖螿nx底砂巖孔隙中固體瀝青具有明顯的各向異性，具有雙反射特征，較高反射率的固體瀝青呈灰白色，沿裂隙分布，與礦物顆粒呈平直或彎弧形界面緊密接觸，具有粒狀鑲嵌結構或呈均勻塊狀，瀝青反射率較高，并發(fā)現固體瀝青中具有類天然焦光學結構；另一類固體瀝青呈灰色，沿裂隙分布或分布于裂隙間，呈均勻塊狀，瀝青反射率較低。真正代表地層熱演化程度的瀝青反射率應該介于2類瀝青反射率之間。這些證據表明固體瀝青確實遭受過嚴重的異常高溫蝕變作用。

圖3 龍?zhí)稖瞎庞筒鼗鸪蓭r侵入后圍巖溫度場演化和熱演化程度模擬結果

巖漿活動引起的熱蝕變程度可用Ro來表示[8]。在圍巖溫度場演化的基礎上，采用Easy%Ro模型對圍巖有機質熱蝕變程度進行了計算。結果表明 （圖3），侵入體對圍巖有機質產生明顯的熱蝕變效應，有機質受熱蝕變范圍及程度與侵入體的厚度和距侵入體距離有關，侵入體越厚，其對圍巖有機質熱蝕變影響范圍越大，程度也越高；距侵入體距離越近蝕變程度越高。Qnx底瀝青砂巖主要受下部βμ1侵入體的影響，其蝕變程度與現今實測結果相符合，這就從再演的角度證實了固體瀝青的異常高溫熱蝕變成因。同時模擬結果也證實了侵入體對圍巖有機質熱蝕變影響范圍極其有限，只有幾到幾十米，基本局限于Qnx地層本身。因此，盡管火成巖侵入所代表的巖漿活動必然引起區(qū)域地溫場背景的升高，這會對研究區(qū)有機質熱演化生烴產生一定的影響，但該期巖漿活動不可能對下伏的Chg和Jxh烴源巖產生直接影響。

根據研究區(qū)地層厚度丈量結果，推斷Qnx輝綠巖侵入時Jxh地層埋深不足800m，在正常沉積埋深達不到生烴門限深度，而且又不受侵入體直接影響的情況下，Jxh烴源巖不大可能是Qnx底砂巖固體瀝青來源。而Chg烴源巖此時埋深可達4000m，可以大量生烴。因而，Qnx底砂巖固體瀝青來源于Chg烴源巖似乎更為可靠。

4 結 論

1）冀北坳陷龍?zhí)稖螿nx瀝青砂巖古油藏與輝綠巖侵入體并存，兩者之間成因具有明顯的成因關系。

2）有機巖石學分析與侵入體散熱數值模擬結果證實Qnx底砂巖具有熱蝕變成因。

3）Qnx底砂巖固體瀝青不大可能來源于Jxh烴源巖，而來源于Chg烴源巖似乎更為可靠。

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