陳 磊，牛成民，楊 波，鄔 靜,陳容濤

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津塘沽 300452)

黃河口凹陷新生代巖漿活動特征及其控藏作用

陳 磊，牛成民，楊 波，鄔 靜,陳容濤

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津塘沽 300452)

渤海灣盆地內(nèi)中、新生代火成巖廣泛發(fā)育，大多沿走滑斷裂帶分布，與油氣田分布規(guī)律具有一致性。大量研究表明，巖漿活動對于油氣成藏具有重要的控制作用，但渤海海域內(nèi)油氣勘探程度較低，在該領域的研究相對薄弱。通過綜合地震、地質(zhì)資料，系統(tǒng)分析了黃河口凹陷郯廬走滑斷裂西支-伸展大斷裂“接力棒式”聯(lián)合控制巖漿活動機理，明確了火成巖地震測井響應特征、巖漿活動時空演化規(guī)律并建立巖漿噴發(fā)模式。在此基礎上，探討了巖漿活動帶來的熱量和微量相容元素對烴源巖的演化程度和轉(zhuǎn)化率的促進作用，堿性環(huán)境下形成的黏土礦物對儲層物性的改造作用以及火成巖對油氣的封蓋作用，為火成巖發(fā)育區(qū)的油氣勘探提供了借鑒。

黃河口凹陷；火成巖；巖漿活動；控藏作用；走滑斷裂帶

渤海灣盆地位于中國東部，面積約20×104km2，盆地內(nèi)中、新生代火成巖分布十分廣泛，大多沿走滑斷裂帶分布，與油氣田分布規(guī)律具有一致性。研究表明，中、新生代巖漿活動與走滑斷裂密切相關[1-7]，而且對油氣的生成、運聚、保存等多個方面都存在著重要的影響作用[8-18]。但是由于渤海海域內(nèi)新生代火成巖分布相對局限，主要分布于郯廬走滑斷裂渤南段黃河口凹陷和萊州灣凹陷，各類鉆探資料較少，因此對于海域內(nèi)新生代火成巖的研究相對薄弱，對于巖漿活動機理和演化規(guī)律并不明確。本文通過分析已有資料，明確了黃河口凹陷巖漿活動機理和火成巖時空展布特征，探討了巖漿活動對油氣生成、儲層改造和油氣封蓋等三個方面的影響，為火成巖發(fā)育區(qū)的油氣勘探提供一定的借鑒。

1 研究區(qū)概況

渤海灣盆地是中生代末期以來，疊置在華北中-古生界基底上發(fā)育起來的新生代克拉通裂谷斷陷盆地[1-2]，其中渤海海域受地幔熱隆起和斜向擠壓雙動力源作用下形成，海域內(nèi)裂陷作用、斷裂變動及巖漿活動都十分活躍。黃河口凹陷位于渤海海域南部，屬于渤海灣盆地濟陽坳陷，面積約3 300 km2，郯廬走滑斷裂西支縱穿整個凹陷，控制了新生代斷裂和凹陷的演化(圖1)。

研究區(qū)渤中34-A構(gòu)造位于黃河口凹陷東洼南斜坡、郯廬走滑斷裂西支以東，為新生代發(fā)育的構(gòu)造圈閉，構(gòu)造主體受近東西向伸展大斷裂控制。在古近紀裂谷斷陷期和斷陷-坳陷轉(zhuǎn)換期，受區(qū)域郯廬走滑斷裂右旋走滑平移與伸展大斷裂共同作用，渤中34-A構(gòu)造巖漿活動十分強烈，具有持續(xù)時間長、活動期次多、噴發(fā)規(guī)模大等特點。隨著近年勘探領域的擴大，在該區(qū)喜獲重大油氣發(fā)現(xiàn)，研究表明巖漿活動對該區(qū)油氣富集成藏具有明顯的控制作用。

圖1 黃河口凹陷區(qū)域位置

2 巖漿活動機理及演化規(guī)律

2.1 巖漿活動機理

渤海灣盆地新生代火成巖分布廣泛，主要受郯廬、黃驊-德州-東明、霸縣-束鹿-邯鄲三條走滑斷裂控制。從渤海海域來看，新生代火成巖分布與郯廬走滑斷裂密切相關，火成巖主要分布于郯廬走滑斷裂渤南段黃河口凹陷南部和萊州灣凹陷北部，其中黃河口凹陷火成巖主要分布于古近系，巖性以玄武巖為主。郯廬走滑斷裂西支(簡稱西支)縱穿黃河口凹陷，控制了整個凹陷的構(gòu)造沉積演化與油氣運聚條件。西支發(fā)育于中生代早期，一直持續(xù)活動至新生代末期，具有活動時間長、錯動強度大、切割深度大等特點。

由于渤海灣盆地具有地幔熱隆起成因，海域內(nèi)莫霍界面埋深較淺，埋深在30 km左右，而郯廬走滑斷裂在始新世切割深度已達30～40 km[4]，研究表明其在早第三紀就已經(jīng)切入了上地幔，具有形成被動型巖漿活動的條件，尤以幔源玄武巖噴發(fā)是郯廬走滑斷裂帶深部過程的重要響應[5-6]。根據(jù)Frey等(1978)提出的原生巖漿相容元素Sc、Co、Ni的含量范圍(Sc：15～28 μg/g 、Co：27～80 μg/g 、Ni：90～670 μg/g)，研究區(qū)東營組相容元素含量顯著增加，Sc、Co、Ni含量分別為22 μg/g、38 μg/g、109 μg/g，表明火成巖為幔源成因；而研究區(qū)的伸展大斷裂多發(fā)育于新生代，大多斷至古新統(tǒng)，無法直接與地幔巖漿溝通，因此，西支是地幔巖漿噴發(fā)的主要通道。

鉆井揭示，西支兩盤僅在始新統(tǒng)鉆遇少量侵入巖，巖性為輝綠巖，而大規(guī)模的火成巖則主要發(fā)育于東部伸展大斷裂區(qū)渤中34-A構(gòu)造。研究認為，伸展大斷裂多與西支搭接于古新統(tǒng)，與西支相比，伸展大斷裂多繼承性發(fā)育，主要受南北向拉張應力所形成，斷面相對平緩寬廣，更利于巖漿輸導噴發(fā)。因此，隨著巖漿向地表噴發(fā)過程中能量的減弱，巖漿優(yōu)先選擇與西支搭接的伸展大斷裂噴發(fā)至地表，形成“接力棒式”的噴發(fā)通道。綜上，西支與伸展大斷裂共同構(gòu)成了巖漿噴發(fā)的通道，西支決定了巖漿噴發(fā)的性質(zhì)、規(guī)模和期次，而伸展大斷裂則控制了火成巖的平面展布特征。

2.2 火成巖特征

渤中34-A構(gòu)造巖漿活動從始新世早期一直持續(xù)到漸新世末期，鉆井揭示火成巖分布于沙三段～東一段，主要鉆遇大量玄武巖、少量凝灰?guī)r及安山巖，粗火山碎屑少見，其中玄武巖含量占90%以上。玄武巖具有高密、高速、高阻特點，密度高達2.9 g/cm3，速度在4 500～5 000 m/s，電阻率可達200 Ω·m以上，波阻抗值明顯高于圍巖，在地震上具有中高頻強振幅連續(xù)反射特征(圖2)，運用均方根振幅屬性能夠有效識別出玄武巖的時空展布范圍?；鹕酵ǖ老鄮r性復雜，主要為玄武巖及各類熔巖，在地震上具有雜亂反射特征(圖2)，縱向上成錐狀分布，與圍巖差別較大，運用方差切片能夠很好的刻畫出火山通道的展布范圍。綜合研究認為，研究區(qū)發(fā)育溢流相、爆發(fā)相和火山通道相等三種火山巖相，其中以玄武巖溢流相為最主要火山巖亞相。

圖2 火山巖相地震響應特征

2.3 巖漿活動時空演化規(guī)律

渤中34-A構(gòu)造巖漿活動具有多期噴發(fā)、區(qū)域式噴發(fā)特點，巖漿活動規(guī)律與西支活動、凹陷演化、控凹斷裂活動性密切相關。始新世，西支為張裂活動地段[7]，凹陷整體處于斷陷期，但南斜坡控凹斷裂活動微弱，控凹作用不明顯，巖漿活動以中心式噴發(fā)為主，火成巖零星分布，巖性為少量的玄武巖、凝灰?guī)r和輝綠巖。漸新世以來，西支以正斷層活動為主兼有右行滑動[7]，整個凹陷進入斷陷-坳陷轉(zhuǎn)換期，南斜坡控凹斷裂活動強度變大，巖漿噴發(fā)規(guī)模和期次增多，噴發(fā)模式逐漸從中心式噴發(fā)演化為裂隙式噴發(fā)，火成巖分布面積增大，表現(xiàn)為受深大斷裂控制、向兩翼減薄的特征，溢流相玄武巖最為發(fā)育，成層狀或片狀覆蓋大面積地區(qū)。漸新世中期巖漿噴發(fā)規(guī)模達到頂峰，溢流相玄武巖分布面積超過60 km2。漸新世晚期以來，巖漿噴發(fā)能量減弱，噴發(fā)規(guī)模逐步縮小，噴發(fā)模式也隨之過渡為中心式?？傮w來看，始新世巖漿活動相對微弱，旋回特征不明顯；而漸新世巖漿活動旋回特征明顯，從早期到晚期構(gòu)成了一個完整的旋回(圖3)。

3 巖漿活動對油氣的控制作用

大量研究表明[8-21]，巖漿活動對于油氣的生、儲、蓋、運、圈、保等六要素都存在很大的影響和控制作用。結(jié)合渤中34-A構(gòu)造的鉆探情況和資料基礎，重點就巖漿活動對油氣生成、儲層改造和油氣封蓋等三個方面進行探討。

圖3 巖漿噴發(fā)模式

3.1 巖漿活動對烴源巖演化的促進作用

烴源巖的成熟度取決于時間-溫度的綜合效應，其中，溫度是最有效和最持久的作用因素。渤中34-A構(gòu)造巖漿多期噴發(fā)且規(guī)模較大，巖性以玄武巖為主，而玄武巖巖漿溫度可高達1 000～1 250℃，并可較長期保持高溫，能夠為圍巖地層帶來大量的異常熱量，從而促進烴源巖的演化進程[8]。從渤中34-A構(gòu)造鉆井來看，火成巖發(fā)育區(qū)的地溫梯度普遍偏高，平均達3.8℃/100m，且烴源巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro值)也明顯高于圍區(qū)，與火成巖的分布有著很好的相關性，而之上地層中的Ro值明顯出現(xiàn)大幅度降低的趨勢(圖4)。以上表明巖漿活動改變了該區(qū)的局部地溫場，在一定程度上加速了烴源巖的演化程度。

圖4 BZ34-A-1井火成巖地層各項指標變化特征

同時，巖漿中的微量元素和火山成因的沸石都可以作為烴源巖有機質(zhì)熱降解的催化劑，能夠有效促進烴源巖的轉(zhuǎn)化率[9]。BZ34-A-1井火成巖主要發(fā)育段2 150～2 750 m，微量相容元素、沸石含量與有機質(zhì)含量明顯成負相關性，Sc、Co、Ni、V、Cr等微量相容元素含量顯著增加，X衍射顯示火成巖及砂巖中沸石十分發(fā)育，而烴源巖中有機質(zhì)含量急劇減少，表明微量相容元素、沸石的存在有效促進了烴源巖的轉(zhuǎn)化程度(圖4)。

3.2 巖漿活動對儲層的改造作用

BZ34-A-1井東一、二段砂巖儲層孔隙發(fā)育，平均孔隙度可達25% ，明顯高于圍區(qū)同一埋藏深度砂巖儲層，研究認為在巖漿活動形成的堿性環(huán)境影響下，綠泥石、沸石等黏土礦物發(fā)育，利于早期原生孔隙的保存和晚期次生孔隙的發(fā)育。

3.2.1 堿性環(huán)境

根據(jù)黏土礦物定量分析，BZ34-A-1井在東一、二段綠蒙混層含量突然陡增，含量高達40%，而高嶺石、伊利石含量降低。綠蒙混層的出現(xiàn)一般指示氣候干旱或地層水礦化度較高，并且存在堿性水介質(zhì)。通過對B、SR/CU、TH/U等微量元素的分析，表明東一、二段鹽度較高，以干熱氣候為主，整體處于氧化環(huán)境，而由于玄武巖中不穩(wěn)定礦物的強烈水解，會產(chǎn)生大量的Fe、Mg、Al、Si等離子，營造了一個開放性的堿性環(huán)境[10]。在這種環(huán)境下，早期容易形成大量的自生蒙皂石[11]，蒙皂石在富鎂的水介質(zhì)條件下會向綠泥石/蒙皂石(C/S)混層轉(zhuǎn)化，最后演變?yōu)榫G泥石，而在貧鉀水介質(zhì)條件下，蒙皂石向伊利石/蒙皂石(I/S)混層黏土礦物的轉(zhuǎn)化受到抑制，轉(zhuǎn)化量大大減少。同樣，在堿性水介質(zhì)條件下，高嶺石也會出現(xiàn)向綠泥石轉(zhuǎn)化的趨勢[12]。最終出現(xiàn)綠蒙混層含量增加、高嶺石和伊利石含量相應減少的趨勢。

3.2.2 黏土礦物對儲層物性的改造作用

研究表明，綠泥石能夠有效保護儲層原生孔隙[11-13]。研究區(qū)綠泥石以顆粒包膜狀態(tài)賦存，在顆粒呈點-線接觸處多發(fā)育顆粒包膜綠泥石，表明其在一定程度上提高了巖石的抗壓實能力。由于綠泥石多以包膜狀態(tài)存在石英顆粒周邊，阻止了石英顆粒與外界流體的接觸，抑制了石英次生加大空間，而且綠泥石的層間為八面體氫氧化物片，對孔隙流體的pH值具有一定的調(diào)節(jié)能力[10]，增加了石英顆粒表面水介質(zhì)的堿性程度，加大了對石英顆粒的溶蝕程度。因此，薄片中石英顆粒次生加大現(xiàn)象非常少見，綠泥石包膜內(nèi)石英顆粒多被溶蝕。

同樣，在堿性環(huán)境下，火山礦物或火山玻璃物質(zhì)經(jīng)過水化、水解、交代蝕變等過程容易生成沸石。研究區(qū)沸石發(fā)育，類型多樣，有方沸石、菱沸石、片沸石、濁沸石等；其中，安山巖、凝灰?guī)r裂縫和氣孔內(nèi)主要發(fā)育原生沸石，而砂巖中填隙物主要為次生沸石。砂巖中的次生沸石由于其抗壓實能力強，早期的大量富集對于原生孔隙保存具有重要作用[10]；而晚期隨著生烴過程中產(chǎn)生的有機酸的注入，會導致沸石大量溶蝕，發(fā)育大量溶蝕孔，這也是該區(qū)最主要的次生孔隙類型。據(jù)相關資料，鄂爾多斯盆地部分砂巖中濁沸石溶孔最高可占次生孔隙的65%[14]，表明沸石的存在是次生孔隙發(fā)育的重要物質(zhì)基礎之一。因此，沸石的存在對于早期原生孔隙的保存和晚期次生孔隙的發(fā)育均具有重要意義，可以有效改善儲層孔滲條件。

3.3 火成巖對油氣的封蓋作用

大量勘探實踐證明，玄武巖、輝綠巖、凝灰?guī)r及相關的沉積巖可以作為優(yōu)質(zhì)蓋層[15-19]。從BZ34-A-1井的鉆探來看，存在兩類與火成巖相關的蓋層，一類是玄武巖，在BZ34-A-1井2 350～2 360 m井段作為油藏的直接蓋層，BZ34-A-1井共鉆遇80余米玄武巖，氣孔不發(fā)育且多被充填，巖性致密且蝕變較輕，密度最高可達2.9 g/cm3，未蝕變玄武巖的突破壓力可以超過250 MPa[20]，其密度和突破壓力均遠遠高于同層泥巖，對油氣具有很強的封蓋能力，可以作為局部優(yōu)質(zhì)蓋層。另一類是凝灰質(zhì)泥巖，在BZ34-A-1井600 m含火成巖井段內(nèi)，厚層凝灰質(zhì)泥巖與玄武巖互層發(fā)育，其下富集了該區(qū)主力油藏。凝灰質(zhì)泥巖一般含火山碎屑物質(zhì)10%～50%，火山碎屑物質(zhì)以火山灰、火山塵為主，粒級一般小于2 mm，大量充填于黏土礦物之中，遇水具有膨脹、分散的特點[21]，能很大程度上降低泥巖孔滲性，增強其封蓋能力，為該區(qū)一套區(qū)域性優(yōu)質(zhì)蓋層。

火成巖除了可以作為優(yōu)質(zhì)蓋層外，裂隙式巖漿活動在斷裂內(nèi)形成的致密巖墻，同樣可以作為良好的油氣側(cè)向封堵層。研究區(qū)BZ34-A-2井位于古近系斷鼻型圈閉內(nèi)，控制該圈閉的斷裂繼承性發(fā)育，但斷裂活動性較弱，平均斷距小于40 m，而大套砂巖儲層的厚度超過60 m，綜合考慮巖性配置、泥巖涂抹、斷層面正應力及斷層性質(zhì)等多方面，均表明斷層封堵條件很差，但仍獲得了規(guī)模型油氣發(fā)現(xiàn)。鉆后分析認為該斷裂是火山裂隙式噴發(fā)的主要通道，巖漿在斷裂內(nèi)冷凝形成了分布廣泛、橫向連續(xù)的巖墻，為油氣的保存提供了良好的側(cè)向封堵層。

4 結(jié)論

(1)郯廬走滑斷裂西支與伸展大斷裂共同構(gòu)成了巖漿活動的“接力棒式”噴發(fā)模式，其中，西支決定了巖漿噴發(fā)的性質(zhì)、規(guī)模和期次，伸展大斷裂則控制了火成巖的平面展布特征。

(2)研究區(qū)巖漿活動從始新世早期一直持續(xù)到漸新世末期，每個階段具有不同時空演化特征。始新世巖漿活動相對微弱，主要為中心式噴發(fā)模式，旋回特征不明顯；漸新世巖漿活動十分強烈，具有中心式-裂隙式-中心式噴發(fā)的完整旋回特征。

(3)巖漿活動帶來的熱量和微量相容元素對烴源巖的演化程度和轉(zhuǎn)化率具有促進作用；堿性環(huán)境下形成的黏土礦物對儲層物性具有良好的改造作用；玄武巖和凝灰質(zhì)泥巖可以作為優(yōu)質(zhì)蓋層，火山巖墻是良好的側(cè)向封堵層。

[1] 朱偉林，米立軍，龔再升,等.渤海海域油氣成藏與勘探[M].北京：科學出版社，2009：1-3.

[2] 張之一，頓鐵軍，魏永佩.渤海灣盆地構(gòu)造及其對油氣的控制[J].西安地質(zhì)學院學報，1991，13(2)：42-48.

[3] 金春爽，喬德武，淡偉寧.渤海灣盆地中、新生代火山巖分布及油氣藏特征[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(1)：19-29.

[4] 萬天豐，朱鴻，趙磊,等.郯廬斷裂帶的形成與演化:綜述[J].現(xiàn)代地質(zhì)，1996，10(2)：159-168.

[5] 朱光，劉國生，牛漫蘭,等．郯廬斷裂帶晚第三紀以來的淺部擠壓活動與深部過程[J]．地震地質(zhì),2002，24(2)：265-277.

[6] 牛漫蘭，朱光，劉國生.郯廬斷裂帶中一南段新生代火山活動與深部過程[J].地質(zhì)科學，2005，40(3)：390-403.

[7] 程捷，萬天豐.郯廬斷裂帶在新生代的演化[J].地質(zhì)科技情報，1996，15(3)：35-42.

[8] 萬從禮，翟慶龍，金強.生油巖與火成巖相互作用研究初探——有機酸對火成巖的蝕變及過渡金屬對有機質(zhì)演化的催化作用[J].地質(zhì)地球化學，2001，29(2)：46-51.

[9] 裴家學．陸家堡凹陷火山活動與油氣關系探討[J]．石油地質(zhì)與工程，2015，29(2)：1-4 .

[10] 田建鋒，陳振林，楊友運.自生綠泥石對砂巖儲層孔隙的保護機理[J].地質(zhì)科技情報，2008，(4)：49-54.

[11] 吳顏雄，王璞珺，邊偉華,等.松遼盆地深層火山巖儲集性能[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(2)：236-247.

[12] 楊威，魏國齊，趙杏媛等.碎屑巖儲層中自生綠泥石襯邊能抑制石英次生加大嗎？——以四川盆地須家河組砂巖儲層為例[J].石油學報，2013，34 (增刊1):128-135.

[13] 楊巍，陳國俊，張銘杰，等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長8油層組自生綠泥石對儲層物性的影響[J].巖性油氣藏，2012，24(3)：27-38.

[14] 楊友運，張蓬勃.鄂爾多斯盆地延長組火山碎屑沉積物特征及其石油地質(zhì)意義[J].低滲透油氣田，2006，3：30-33.

[15] 杜景霞，石文武，王全利，等.南堡凹陷火山巖時空展布特征及巖石類型[J].石油地質(zhì)與工程，2013，27(6)：11-14.

[16] 李輝，李媛，謝偉.遼河油田東部凹陷中段火山巖油氣藏成藏特征[J].石油地質(zhì)與工程，2011，25(6)：5-8.

[17] 董國棟，張琴，朱筱敏,等.火山巖儲層研究現(xiàn)狀及存在問題——以準噶爾盆地克-夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖為例[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(4)：511-519.

[18] 杜景霞，石文武，周賀,等.渤海灣盆地南堡凹陷火山巖鋯石年代學及形成模式[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(5):742-748.

[19] 劉嘉麒，孟凡超.火山作用與油氣成藏[J].天然氣工業(yè)，2009，29(8)：1-4.

[20] 張占文，陳永成.遼河盆地東部凹陷天然氣蓋層評價[J].沉積學報，1996，(4)：102-107.

[21] 郭占謙．火山作用與油氣田的形成和分布[J]．新疆石油地質(zhì)，2002，23(3)：183-185.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)05-0016-05

2015-03-26

陳磊，工程師，1982年生，2005年畢業(yè)于中國石油大學(華東)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)從事石油地質(zhì)與勘探工作。

國家重大科技專項“近海大中型油氣田形成條件與分布”(2011ZX05023-006)資助。

TE111.2

A