萬叢禮，金 強，李鉅源，繆俊茜

（1.中國石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林長春130062；2.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；3.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015；4.密蘇里科技大學(xué)，密蘇里州羅拉市，65409）

裂谷盆地巖漿活動控制油氣概論

萬叢禮1，金 強2，李鉅源3，繆俊茜4

（1.中國石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林長春130062；2.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；3.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015；4.密蘇里科技大學(xué)，密蘇里州羅拉市，65409）

裂谷盆地巖漿活動強烈，巖漿巖區(qū)油氣資源豐富、物化性質(zhì)異常、分布復(fù)雜。為了深入研究侵入巖區(qū)的油氣分布規(guī)律，通過巖心觀察和地球化學(xué)等方法，對沾化凹陷中東部地區(qū)侵入巖及其附近油氣藏進行了分析。結(jié)果表明，巖漿的高溫、高壓及活躍的化學(xué)性質(zhì)不僅顯著促進了周圍烴源巖的生排烴，而且使烴源巖內(nèi)產(chǎn)生大量的裂縫和孔隙，成為良好的儲層；巖漿巖的邊緣相發(fā)育氣孔、溶孔和收縮裂縫，為較好的儲層；巖漿活動形成的異常高壓場增強了地層對油氣的吸附能力，且?guī)r漿活動還可以形成多種類型的油氣藏。巖漿活動不僅促進了油氣生成，而且控制了油氣的分布。巖漿活動對油氣的控制作用主要取決于巖漿類型、活動強度、活動方式、活動時間、巖漿巖與烴源巖的空間關(guān)系以及烴源巖發(fā)育及其中有機質(zhì)和碳酸鹽巖含量等。

裂谷盆地油氣生成油氣聚集巖漿活動沾化凹陷

裂谷盆地形成于拉張構(gòu)造背景，發(fā)育深大斷裂，致使巖漿上涌形成巖漿巖。中國東部的松遼盆地、渤海灣盆地、東海盆地和三水盆地等均發(fā)育大量的巖漿巖，并在其中發(fā)現(xiàn)了許多油氣藏。目前，巖漿巖區(qū)已被確定為中國油氣勘探的重要領(lǐng)域。依據(jù)產(chǎn)狀可將巖漿巖劃分為噴出巖和侵入巖2大類；其中，侵入巖形成于地下封閉環(huán)境，巖漿攜帶的巨大深部熱量及物質(zhì)完全作用于周圍地層，對油氣的生成和聚集具有重要影響。

沾化凹陷中東部地區(qū)是濟陽坳陷巖漿活動最強烈的地區(qū)，其油氣資源豐富、分布復(fù)雜。通過對其油氣生成、聚集與巖漿活動的關(guān)系進行深入研究，提出裂谷盆地巖漿活動控制油氣理論，以期對裂谷盆地巖漿活動區(qū)的油氣成藏規(guī)律以及勘探開發(fā)提供指導(dǎo)和借鑒。

1 巖漿活動的基本特征

1.1 巖漿巖分布的不均衡性

由于深大斷裂是巖漿上升不可缺少的通道，因此裂谷盆地巖漿巖在空間上多發(fā)育于深大斷裂及其附近，如濟陽坳陷的齊廣斷裂、高青斷裂和孤北斷裂等，表現(xiàn)出斷裂對巖漿巖分布的控制作用。在時間上，巖漿活動往往表現(xiàn)出明顯的旋回性或周期性，主要形成于盆地擴張期和快速抬升期，如濟陽坳陷中、新生代巖漿活動共分為5期，分別為孔店組沉積中期、沙河街組沉積初期、東營組沉積末期、館陶組沉積初期以及平原組沉積時期。濟陽坳陷中生代巖漿活動以噴發(fā)為主，兼有侵入，而新生代巖漿活動則均為侵入［1］。

1.2 巖漿活動方式的差異性

在盆地（或洼陷）邊緣，巖漿活動方式多為噴出，而盆地內(nèi)部往往為侵入。這是因為盆地（或洼陷）邊緣的深大斷裂發(fā)育且地層相對較薄，巖漿易于沖破地層阻力噴出地表形成噴出巖，如東營凹陷南部金家地區(qū)和草橋地區(qū)以及北部濱南地區(qū)的火山碎屑巖；盆地（或洼陷）內(nèi)部深大斷裂不發(fā)育且沉積蓋層較厚，巖漿難以噴出地表，而往往侵入地層形成侵入巖，如惠民凹陷商河地區(qū)、東營凹陷純西地區(qū)和沾化凹陷羅家地區(qū)的輝長巖等。

1.3 巖漿侵入對地層巖性的選擇性

在裂谷盆地，侵入巖與泥巖（包括煤）的組合遠多于與砂巖的組合，如東營凹陷純西地區(qū)、沾化凹陷羅家地區(qū)和惠民凹陷商河地區(qū)均為巖漿侵入沙三段暗色泥巖；尤以侵入巖與煤的組合更為常見，如沾化凹陷孤古14井中生界煤中發(fā)育34層、累積厚度為62 m的煌斑巖。巖漿侵入對地層巖性具有明顯的選擇性，其原因為泥巖（包括煤）的層理發(fā)育且富含有機質(zhì)，硬度低，巖漿易于侵入形成泥巖（煤）包裹侵入巖的格局。

2 巖漿活動對油氣生成的促進作用

巖漿活動對油氣生成具有顯著的促進作用，包括對烴源巖生烴的熱作用、催化作用以及對烴源巖排烴的促進作用。

2.1 熱作用

熱能是油氣生成的主導(dǎo)因素。巖漿攜帶了大量的深部熱能，其溫度高達700～1 300℃，可顯著提高周圍地層溫度，并導(dǎo)致烴源巖高—過成熟，從而促進油氣的生成［1-2］。

沾化凹陷中東部地區(qū)的渤深3、渤深6-5和渤深6-6等井沙四段和沙三段主力烴源巖中發(fā)育閃長玢巖和石英正長巖，其中渤深6-6井最厚，達350 m。分析發(fā)現(xiàn)，渤深5井沙四段4 762.7 m處泥巖的最高熱解峰溫為544℃，5 138 m處泥巖的鏡質(zhì)組反射率為3.75%，且泥巖裂縫充填焦瀝青，烘烤特征明顯，表明巖漿巖顯著促進了周圍烴源巖的熱演化及油氣生成，是該區(qū)油氣資源豐富的重要原因之一。此外，該區(qū)油氣性質(zhì)具有明顯異常，主要表現(xiàn)為無機二氧化碳含量高、氣油比高、烷烴碳同位素重等特征。如渤深8井沙四段產(chǎn)油量為12 t/d，產(chǎn)氣量為4.25×104m3/d；其天然氣的 δ13C1為-35.5‰，δ13C2為-20.8‰。義115井沙四段天然氣的δ13C1，δ13C2和δ13C3分別為-35.93‰，-24.87‰和-21.83‰；無機二氧化碳含量為13.7%，δ13CCO2為-3.04‰。渤930井二疊系天然氣的 δ13C2和δ13C3分別為-16.78‰和-16.05‰。該區(qū)不同構(gòu)造帶甚至不同井區(qū)的油氣性質(zhì)變化較大，且距離巖漿巖越近，天然氣的烷烴碳同位素越重，無機二氧化碳含量和氣油比越高；表明巖漿活動導(dǎo)致烴源巖中有機質(zhì)的異常熱演化，并造成其中碳酸鹽巖的分解等［3-4］。

2.2 催化作用

烴源巖中有機質(zhì)生烴演化不僅是熱作用的結(jié)果，還包括催化作用。蒙脫石和伊利石是泥質(zhì)烴源巖中很好的催化劑，能夠顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，提高化學(xué)反應(yīng)速度，促進油氣生成。

巖漿攜帶占其重量約為5%～6%的熱液（即巖漿熱液），成分以水為主，還包括二氧化碳、硫化氫、少量一氧化碳以及多種金屬元素［5］。其中的鎳和鈷元素屬于超級催化劑，催化作用比粘土礦物更為強烈，對有機質(zhì)生烴演化具有重要的促進作用，顯著促進了巖漿活動區(qū)的油氣生成［1］。

2.3 排烴作用

油氣生成包括生烴和排烴2個階段。生烴是烴源巖中有機質(zhì)在溫度和催化劑作用下形成油氣的過程，而排烴是烴源巖生烴后在壓力作用下排出烴源巖并進入儲層的過程。

巖漿活動不僅為烴源巖排烴提供了強大的壓力，而且使烴源巖產(chǎn)生大量裂縫，提供了排烴的通道。另外，巖漿流體中的高溫?zé)崴?、無機二氧化碳、氮氣和一氧化碳的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，能夠溶于原油中，成為烴類的良好載體，從而促進烴源巖排烴。研究發(fā)現(xiàn)，雖然二氧化碳與原油開始接觸時一般不能混相，但可形成類似于干氣驅(qū)過程的混相前緣，當萃取了大量重?zé)N后，即形成可混性，因此二氧化碳和氮氣被廣泛應(yīng)用于石油開發(fā)。

烴源巖的排烴率通常較低，如東營凹陷沙三段烴源巖的排烴率約為30%。分析發(fā)現(xiàn)，東營凹陷純西地區(qū)純102井侵入巖（厚度為15 m）下伏16.6 m以內(nèi)烴源巖（厚層暗色泥巖）的有機質(zhì)含量非常低，總有機碳含量為0.15%～0.22%，氯仿瀝青“A”含量小于0.009 2%（甚至更低），鏡質(zhì)組反射率最高為4.74%；而距離輝長巖越遠，烴源巖的成熟度越低，有機質(zhì)含量越高，如在距輝長巖16.6 m處烴源巖的鏡質(zhì)組反射率迅速降至0.61%，而總有機碳含量為6.27%，氯仿瀝青“A”含量為0.547 8%［1］。表明巖漿活動不僅促進了烴源巖生烴，也顯著提高其排烴率。

3 巖漿活動對油氣聚集的控制作用

3.1 巖漿活動與油氣源控論

油氣生成是油氣聚集的前提和基礎(chǔ)。油氣生成后往往圍繞生烴中心聚集成藏，距離生烴中心越近，油氣越豐富，即所謂的油氣源控論。侵入巖就像地下巨大的加熱器，促進了周圍烴源巖的生烴演化及油氣生成，在其周圍形成生烴中心；因此，巖漿活動往往形成以侵入巖體為中心的油氣聚集帶。例如華北地區(qū)的煤層氣高豐度帶多分布于侵入巖周圍，其中阜新盆地王營井田屬于超級瓦斯礦，曾發(fā)生14次瓦斯突出，11次發(fā)生于侵入巖附近，1985—1987年共涌出瓦斯791.2×104m3［6］。此外，沁水盆地的煤層氣富集區(qū)也多存在巖漿活動，表明巖漿活動對油氣聚集具有重要的控制作用［7］。

由于油氣生成后往往發(fā)生運移或溢散，油氣生成時間越早，散失量越多，越不利于最終的聚集成藏；因此，巖漿活動的時間對巖漿活動區(qū)的油氣聚集非常重要。沾化凹陷中東部地區(qū)的巖漿活動分為中生代和新生代2大旋回。中生代末期的燕山運動使東部盆地整體抬升，先前生成的油氣散失殆盡，因此中生代的巖漿活動不利于油氣聚集成藏，而新生代的巖漿活動則有利于油氣的生成和聚集成藏。

3.2 巖漿巖對油氣的儲集作用

巖漿巖可以成為較好的儲層，如東營凹陷純西地區(qū)通81-51井輝長巖及其變質(zhì)泥巖儲層的產(chǎn)油量達95.2 t/d，沾化凹陷羅家地區(qū)和惠民凹陷商河地區(qū)的侵入巖儲層也具有較高的產(chǎn)量，但巖漿巖的儲集空間分布很不均衡。根據(jù)成巖作用，侵入巖一般可分為邊緣相和中心相2個相帶。其中，邊緣相的儲集空間較為發(fā)育，儲集空間類型包括裂縫、氣孔和溶孔，并以裂縫為主。由于邊緣相位于巖漿巖邊部，所以冷凝速度快，形成了許多收縮裂縫；氣孔是隨著巖漿溫度的下降，其中的氣液組分溢出，在巖漿巖邊緣形成的眾多圓形孔洞；溶孔為地層中的有機酸溶蝕巖漿巖中的長石等礦物所形成的孔隙。

3.3 巖漿活動對圍巖儲集性能的改造作用

3.3.1 巖漿活動使圍巖產(chǎn)生裂縫

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，阜新盆地王營井田的巖漿巖周圍發(fā)育大量的天然焦裂縫，密度達100條/m，高變質(zhì)煤裂縫密度為40條/m，且距離巖漿巖越近，其圍巖的裂縫越發(fā)育［6］。渤南洼陷渤深5井沙四段儲層為泥（灰）巖，累積厚度為4層20.4 m，儲集空間主要為裂縫，且裂縫中充填焦瀝青。這些裂縫的成因主要為：①巖漿活動形成巨大的構(gòu)造應(yīng)力，導(dǎo)致圍巖產(chǎn)生大量的擠壓裂縫；②高溫巖漿加熱周圍泥巖，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，由于泥巖中各種礦物的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致泥巖形成大量的收縮裂縫；③高溫巖漿加熱地層水及泥巖，產(chǎn)生水熱增壓和生烴（及二氧化碳）增壓作用，形成大量的超壓裂縫。因此，巖漿活動產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力、溫度應(yīng)力、水熱增壓作用、生烴（及二氧化碳）增壓作用非常強烈且復(fù)雜，導(dǎo)致圍巖形成大量的裂縫，進而改善其儲集性能。

3.3.2 巖漿活動使圍巖產(chǎn)生有機孔隙

Daniel研究發(fā)現(xiàn)，泥質(zhì)烴源巖中發(fā)育許多微小孔隙，這些孔隙以有機質(zhì)生烴形成的孔隙為主，且泥巖的孔隙度與有機質(zhì)的烴轉(zhuǎn)化率成正比，即烴轉(zhuǎn)化率越高，泥巖潛在的有機孔隙度越大［8］。假設(shè)泥巖有機質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為7%，則其體積分數(shù)為14%，若有35%的有機質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，則泥巖的孔隙度可增加4.9%。所以，高溫巖漿在顯著提高周圍泥巖成熟度的同時，也必然使其產(chǎn)生大量的有機孔隙。此外，巖漿巖附近煤巖中有機孔隙更為發(fā)育。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，巖漿巖的高溫使淮北礦區(qū)海孜煤巖形成大量的熱解氣孔，距離巖漿巖巖床60～160 m煤巖的微孔和BET比表面積明顯增加［9］。

3.3.3 巖漿熱液對圍巖的溶蝕作用

巖漿熱液中的二氧化碳、硫化氫和二氧化硫具有一定的酸性，能夠溶解地層中的許多礦物（尤其是碳酸鹽等），并產(chǎn)生溶蝕孔隙。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，渤深3井奧陶系5 041.9 m附近碳酸鹽巖的溶孔非常發(fā)育，且形狀不規(guī)則，直徑為3～5 cm，差別較大，一些溶孔充填粒狀黃鐵礦和黃銅礦；分析認為，這些孔隙主要為巖漿熱液溶蝕所形成。此外，沾化凹陷渤深6-5井奧陶系侵入巖附近碳酸鹽巖的儲集空間非常發(fā)育，且油氣層主要分布于巖漿巖附近（圖1），也表明巖漿活動顯著提高了圍巖的儲集性。

圖1 沾化凹陷渤深6-5井奧陶系碳酸鹽巖油層與侵入巖分布的關(guān)系

3.3.4 巖漿熱液對圍巖的交代作用

巖漿熱液中的一些成分對地層中的灰?guī)r具有較強的交代作用，如白云巖化作用和螢石化作用等。白云巖化作用是巖漿熱液中的Mg2+交代地層灰?guī)r（CaCO3）中的Ca2+，形成熱液白云巖。同體積灰?guī)r轉(zhuǎn)化成同體積的白云巖時，可形成眾多的晶間孔和晶間溶孔，使孔隙度增加13%。如塔里木盆地塔中地區(qū)寒武系灰?guī)r的白云巖化作用即形成了許多的高產(chǎn)儲層［10］。螢石化作用為巖漿流體中的氟化氫（HF）與地層中的灰?guī)r（CaCO3）發(fā)生反應(yīng)，生成螢石（CaF2）的過程。由于等量螢石的體積占位比碳酸鈣要小，所以螢石化作用可在灰?guī)r中產(chǎn)生更多的孔隙空間，使灰?guī)r的孔隙度明顯增大。方解石被等量螢石交代后，其孔隙空間可增加26.4%［11］。如塔里木盆地塔中45井灰?guī)r的螢石化作用非常普遍，富螢石灰?guī)r段（埋深為6 080～6 150 m）成為該井油氣最主要的賦存部位；且在距巖漿巖約10 km處，灰?guī)r的螢石化作用仍很普遍，表明巖漿流體的活動性很強、影響廣泛［12］。此外，巖漿熱液對圍巖的交代作用還有硅化作用、黃鐵礦化作用等。一些交代礦物往往充填于圍巖的部分孔隙中，在一定程度上降低了儲層的孔隙度，但整體上，巖漿熱液的交代作用明顯提高了儲層的儲集性。

3.4 巖漿活動對油氣的高壓增儲作用

巖漿巖附近具有異常高壓特征，其地層異常高壓主要為巖漿的構(gòu)造擠壓和生烴（及二氧化碳）增壓作用所形成。例如，沾化凹陷羅家地區(qū)的巖漿巖油氣藏為典型的高壓油氣藏，其附近的渤深5井沙四段4 500 m處（附近發(fā)育巖漿巖）的壓力系數(shù)為1.47；此外，阜新盆地王營井田發(fā)生多次瓦斯突出，也表明其巖漿巖附近存在異常高壓。

研究表明，地層壓力與含氣量呈明顯的正相關(guān)，即地層的壓力越大，其對天然氣的吸附能力越強，尤其是游離氣含量隨著地層壓力的增大而增加。Chalmers等研究發(fā)現(xiàn)，地層壓力越大，泥巖吸附氣體的能力越強［13］。如地層壓力從2.9 MPa增至17.6 MPa時，泥巖的吸附能力從0.03 cm3/g增至1.86 cm3/g，即地層壓力增大6倍，泥巖的吸附能力增大約62倍。其原因為在地層壓力較低的情況下，吸附氣體須具有較高的結(jié)合能；隨著地層壓力的不斷增大，所須的結(jié)合能不斷減小，氣體吸附量也隨之增加［14］。此外，隨著地層壓力的增大，氣體的壓縮率也增大，從而增加了游離氣的儲存能力［15］。因此，巖漿活動形成的地層異常高壓場顯著提高了地層的含氣量。

3.5 巖漿活動形成多種類型油氣藏

巖漿侵入地層后可形成多種類型的油氣藏，主要包括火山錐油氣藏、巖漿巖遮擋油氣藏、巖漿巖及圍巖裂縫油氣藏、巖漿巖穿刺油氣藏等。其中，火山錐油氣藏位于巖漿巖頂部，由于巖漿的構(gòu)造擠壓導(dǎo)致上覆地層產(chǎn)生大量的裂縫，且?guī)r漿流體的溢出也在其頂部形成了眾多的氣孔等儲集空間，使油氣可以聚集成藏。巖漿巖遮擋油氣藏為砂巖儲層中的油氣被巖漿巖床遮擋而形成的油氣藏［16］。巖漿巖及圍巖裂縫油氣藏為油氣在巖漿巖及其周圍泥巖的裂縫儲層中聚集所形成的油氣藏［17］。巖漿巖穿刺油氣藏為巖漿侵入并刺穿上覆巖層形成刺穿圈閉，使油氣聚集形成的油氣藏。

4 巖漿活動控制油氣作用的影響因素

巖漿活動對油氣的控制作用主要取決于巖漿類型、活動強度、活動方式、活動時間、巖漿巖與烴源巖的空間關(guān)系以及烴源巖發(fā)育及其中有機質(zhì)和碳酸鹽巖含量等。巖漿對油氣的控制作用歸根結(jié)底取決于其攜帶的深部熱量和物質(zhì)，以及這些熱量和物質(zhì)對烴源巖生烴演化和油氣聚集作用的有效性。

巖漿類型 依據(jù)成分可將巖漿主要分為酸性、中性、基性和超基性等類型。不同類型巖漿的來源深度不同，其形成的溫度也存在很大差異。酸性、中性、基性和超基性巖漿形成的溫度分別為700，900，1 100和1 300℃；其對周圍地層（或烴源巖）的熱作用程度以及對儲層的改造程度均存在明顯差異。

活動強度 巖漿活動強度越大，巖漿的體積越大，其攜帶的深部熱量和物質(zhì)越多，對附近烴源巖的生排烴作用影響越顯著，致使圍巖產(chǎn)生的裂縫和孔隙也越多。

活動方式 依據(jù)形態(tài)及其與圍巖的關(guān)系，可將侵入巖進一步分為巖基、巖墻、巖床、巖脈和巖蓋等。其中巖床往往沿泥巖或煤巖順層展布，而巖墻則為高角度切割地層。巖床攜帶的深部熱量和物質(zhì)能夠更好地作用于周圍的烴源巖，對烴源巖生排烴以及儲層的改造作用更為顯著。

活動時間 裂谷盆地發(fā)育多期次的巖漿活動。每期巖漿活動均對附近烴源巖的生烴演化及油氣生成具有重要的促進作用，但生成的油氣往往由于構(gòu)造運動而散失；因此，越晚期的巖漿活動對油氣藏的保存越有利。

巖漿巖與烴源巖的空間關(guān)系 由于巖漿對周圍地層（或烴源巖）的高溫、高壓和化學(xué)作用的范圍有限，因此只有在作用范圍內(nèi)才能產(chǎn)生生排烴、儲層改造等作用。

烴源巖發(fā)育及其組分 主要包括烴源巖的厚度、分布范圍及其中有機質(zhì)或碳酸鹽巖含量等。烴源巖中有機質(zhì)或碳酸鹽巖等含量越高，巖漿巖對其生烴量（或二氧化碳）的促進作用也越大，產(chǎn)生的生烴壓力也越高，且可以形成更多的裂縫。此外，碳酸鹽巖含量越高，巖石的脆性越大，也越易于形成裂縫。

5 結(jié)束語

裂谷盆地巖漿活動強烈。巖漿以其高溫、高壓及活躍的化學(xué)性質(zhì)不僅顯著促進了油氣生成，而且改善了圍巖的儲集性，并形成異常高壓場以及多種類型的圈閉，進而控制了油氣的聚集成藏。巖漿巖區(qū)往往發(fā)育高效、相對獨立、復(fù)雜的含油氣系統(tǒng)，是油氣勘探的有利區(qū)域。此外，裂谷盆地巖漿巖區(qū)的油氣資源豐富、性質(zhì)異常、分布復(fù)雜，在油氣成因研究、油氣源追蹤以及勘探開發(fā)中應(yīng)引起高度的重視。

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編輯 鄒瀲滟

TE112.26

A

1009-9603（2014）01-0001-05

2013-11-01。

萬叢禮，男，研究員，博士，從事油氣勘探方面的研究。聯(lián)系電話：13074357950，E-mail：wancli2003@aliyun.com。