宮振超

(中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

火成巖是各類盆地充填序列的重要組成部分，也是油氣的主要儲集巖之一。20世紀(jì)70年代以來，我國東部許多中生代盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了火成巖油氣藏[1]。遼河外圍盆地各中生代凹陷白堊系下統(tǒng)火成巖廣泛發(fā)育，早在20世紀(jì)90年代，龍灣筒、張強等凹陷在火成巖中就獲得油氣發(fā)現(xiàn)，隨著勘探程度的提高，火成巖油藏逐漸成為遼河外圍重點勘探領(lǐng)域。本文以陸家堡凹陷為研究區(qū)，重點對白堊系下統(tǒng)火成巖儲層特征進行研究，結(jié)合區(qū)內(nèi)近幾年火成巖勘探實例，對火成巖成藏控制因素進行分析，并建立不同類型火成巖油藏成藏模式。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

陸家堡凹陷位于內(nèi)蒙古赤峰和通遼市境內(nèi)，是遼河外圍盆地內(nèi)的一個次級負向構(gòu)造單元，是在海西褶皺基底上形成的中生代殘留型凹陷，面積約為2 620 km2，埋深4 500 m。其所在遼河外圍盆地大地構(gòu)造位置處于華北板塊北緣和黑龍江板塊南緣之間的過渡帶，是中國東部大陸邊緣東西向分布的古亞洲構(gòu)造域和環(huán)(濱)太平洋構(gòu)造域構(gòu)造疊加作用最明顯的地區(qū)，也是中國東部中生代構(gòu)造活動和巖漿活動最強烈的地區(qū)之一。早白堊世是遼河外圍盆地諸多中生代凹陷的主成盆期，各凹陷在該時期構(gòu)造活動可以劃分為強烈斷陷期(義縣期)、快速沉降期(九佛堂期)、穩(wěn)定沉降期(沙海期)、斷陷消亡期(阜新期)四個發(fā)育時期，不同時期伴隨著不同級次、不同類型的巖漿活動，其中強烈斷陷期(義縣期)巖漿活動強度最大，波及范圍最廣。

2 火成巖巖性、巖相特征

2.1 火成巖巖石類型及分布特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆井、井壁取心觀察描述及薄片分析化驗結(jié)果，采用松遼盆地火成巖巖性分類方案[2]，該區(qū)白堊系下統(tǒng)火成巖發(fā)育火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖和淺成侵入巖等五大類巖性，具體包括安山巖、玄武巖、粗安質(zhì)凝灰熔巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、流紋斑巖等23種巖石類型，以中基性為主。

目前區(qū)內(nèi)完鉆井揭示，義縣組發(fā)育多個火山機構(gòu)，火成巖以噴出巖為主，多圍繞火山機構(gòu)環(huán)帶狀分布，火山機構(gòu)中心巖性以安山質(zhì)、粗安質(zhì)角礫熔巖為主，近緣相帶發(fā)育安山巖、凝灰?guī)r等，遠緣相帶發(fā)育沉火山碎屑巖(圖1)。九佛堂組局部發(fā)育火成巖，巖性多為火山碎屑巖，三十方地洼陷區(qū)發(fā)育流紋斑巖、輝綠巖等淺成侵入巖。沙海組、阜新組凹陷東部發(fā)育多套火成巖，巖性以玄武巖、輝綠巖等基性巖為主，局部見流紋巖等酸性巖類。

圖1 義縣組火成巖巖性平面分布

2.2 火成巖巖相特征

本次研究噴出巖巖相劃分主要采用松遼盆地5相15亞相劃分方案[3]，而侵入巖巖相劃分主要參照邱家驤教授2001年在《巖漿巖巖石學(xué)》一書中提出的劃分方案。以區(qū)內(nèi)完鉆井揭示火成巖為依據(jù)，從火成巖的成巖方式、巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征等方面進行巖相劃分，該區(qū)噴出巖主要發(fā)育火山通道相火山頸亞相、隱爆角礫巖亞相，爆發(fā)相空落亞相、熱碎屑流亞相，噴溢相下部亞相、上部亞相，火山沉積相含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相約4相8種亞相；侵入巖本區(qū)主要為淺成侵入亞相。經(jīng)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)火成巖巖相以爆發(fā)相空落亞相最為發(fā)育，其次為噴溢相下部亞相及上部亞相，爆發(fā)相的熱碎屑流亞相、火山通道相、火山沉積相及侵入相相對較少(表1)。

表1 陸家堡凹陷火成巖巖石類型劃分

3 火成巖儲層特征

3.1 儲集空間類型

本區(qū)火成巖儲層為孔隙-裂縫型非均質(zhì)性儲層，根據(jù)巖性、鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，儲集空間發(fā)育有原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類[4]。

3.1.1 原生孔隙

原生氣孔：為含有大量氣液包裹體的火山物質(zhì)噴出地表時在流動單元的上部遺留下來的后期未充填物質(zhì)所形成的氣孔，是該區(qū)主要的原生孔隙。本區(qū)常見于安山巖、玄武巖、粗面巖等火山熔巖，在火山角礫巖、酸性侵入巖中也相對發(fā)育。氣孔形態(tài)圓形、橢圓形居多，也見線型及不規(guī)則形態(tài)，分布相對均勻，連通性整體稍差。

杏仁體內(nèi)孔：為原生氣孔被綠泥石、方解石、沸石等礦物未充填滿形成的殘余孔隙，孔隙形態(tài)多為不規(guī)則狀。本區(qū)多發(fā)育于安山巖、玄武巖、安山質(zhì)玄武巖中。

礫/粒間孔隙：火山碎屑快速堆積時，礫石及顆粒經(jīng)過壓實作用固結(jié)成巖后形成的殘余孔隙，或火山碎屑熔巖形成過程中熔漿未完全充填形成殘余孔隙?？紫缎螒B(tài)不規(guī)則，通常沿碎屑邊緣分布，連通性較好，是主要的原生孔隙。

3.1.2 次生孔隙

晶內(nèi)溶蝕孔：斑晶被地下水或有機酸溶蝕產(chǎn)生的孔隙，孔隙形態(tài)不規(guī)則，若完全溶蝕礦物，則保留原晶體假象。區(qū)內(nèi)安山巖、玄武巖常見。

基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔：基質(zhì)中的玻璃質(zhì)脫?；蛭⒕чL石被溶蝕產(chǎn)生的孔隙，為細小的篩狀孔，具有一定的連通性，酸性巖常見。

3.1.3 裂縫

炸裂縫：炸裂縫是由于揮發(fā)成分在某一部位聚集，造成局部壓力劇增而發(fā)生隱蔽爆炸，或到達地表的巖漿由于壓力突然釋放而產(chǎn)生的礦物晶體炸裂縫，以及巖漿期后原巖在高壓熱液流體作用下形成的隱爆角礫縫，該區(qū)主要表現(xiàn)為長石、角閃石、輝石的炸裂縫和隱爆角礫巖中的隱爆角礫縫。

構(gòu)造裂縫：火成巖成巖后受構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂縫，巖體相對致密則構(gòu)造裂縫相對發(fā)育。早期形成的裂縫易被充填，晚期裂縫多被保留，形態(tài)不一，有橫向、縱向，也有交錯的。構(gòu)造裂縫不僅可以作為油氣的儲集空間，還是油氣運移的主要通道。

充填-溶蝕構(gòu)造裂縫：被充填的構(gòu)造縫隙，后經(jīng)溶蝕重新開啟成為有效儲集空間，多保留原裂隙形態(tài)，溶蝕構(gòu)造孔隙，連通性較好。

3.2 儲層物性特征

火成巖儲層物性是火成巖儲層評價研究的重要參數(shù)，也是油氣成藏的關(guān)鍵。基于區(qū)內(nèi)11口井136個樣品的物性分析化驗資料，從火成巖巖性、巖相與物性關(guān)系方面展開研究(圖2)。

圖2 陸家堡凹陷火成巖巖性、巖相與物性關(guān)系直方圖

火山通道相火山頸亞相的安山質(zhì)角礫巖和爆發(fā)相熱碎屑流亞相的凝灰(熔)巖儲層物性最好，屬于特高孔低滲/特低滲儲層；其次為火山通道相隱爆角礫巖亞相的安山質(zhì)隱爆角礫巖、爆發(fā)相空落亞相的角礫凝灰?guī)r及淺成侵入相的流紋斑巖，屬于高孔低滲/特低滲儲層；本區(qū)噴溢相上部亞相的氣孔塊狀安山巖樣品，氣孔及微裂縫發(fā)育較少，儲層物性相對較差，屬于中孔特低滲儲層；噴溢相下部亞相的塊狀安山巖在局部構(gòu)造裂縫發(fā)育的塊狀熔巖段，亦能夠成為良好的裂縫型儲集空間。

特別說明?；鹕剿樾紟r尤其是凝灰?guī)r，成巖作用與沉積巖相似，以壓實作用為主。目前鉆井揭示區(qū)內(nèi)大部分火山碎屑巖埋深相對較淺(600～1 900 m)，受差異壓實作用相對較弱，巖心觀察巖體較為疏松、粒間孔隙發(fā)育，物性較好。這與松遼盆地埋深多大于3 000 m、物性很差的凝灰?guī)r儲層有明顯不同。

3.3 儲層儲集性影響因素

火成巖儲層儲集性具有較強的非均質(zhì)性，受巖性、巖相、成巖作用、構(gòu)造運動、巖漿活動等多個因素的影響。

(1)巖性：巖性是火成巖成為儲層的前提，不同巖性具有不同的物理、化學(xué)特征，這也導(dǎo)致不同巖性具有不同孔滲性。普遍認為，一般情況下酸性巖類物性最好、中性巖其次、基性巖最差[5]，即與礦物成分有關(guān)，但后期改造作用的影響使得這種規(guī)律并不絕對。

(2)巖相：火成巖的空間分布、儲層特征與其所處火成巖相帶密切相關(guān)，同一巖性處于不同相帶，儲集性差異可能很大。區(qū)內(nèi)勘探實踐表明，火山機構(gòu)中心相帶火成巖儲集性能最好，其次是近緣相帶，遠緣相帶儲層儲集性能最差。

(3)成巖作用：冷凝固結(jié)成巖的火山熔巖其物性特征不隨埋深的增加而變差，或者變化很小，壓實固結(jié)成巖的火山碎屑巖物性隨埋深增加逐漸變差[3]。成巖環(huán)境的不同決定原生孔隙、裂縫發(fā)育程度的不同，而后期充填、溶蝕、風(fēng)化淋濾等作用的影響決定次生孔隙及裂縫特征的差異性。研究區(qū)后期成巖作用較強，在儲層改造方面起到至關(guān)重要的作用。

(4)構(gòu)造運動：研究區(qū)早白堊世受燕山運動影響，構(gòu)造活動頻繁。強烈的構(gòu)造運動使得火成巖產(chǎn)生了多期次構(gòu)造裂縫。不僅提高了原生氣孔的連通性，豐富了儲集類型，對后期油氣運移也提供了方便。

(5)巖漿活動：一方面巖漿活動為沉積盆地帶來熱液流體，攜帶有pH值小于或等于4的弱酸性流體，對熱液經(jīng)過的孔隙通道進行酸化處理，隨之增加孔隙度和滲透率[6]。另一方面，相對微弱的巖漿活動使得早期形成的火成巖產(chǎn)生構(gòu)造裂縫。

4 火成巖成藏模式

4.1 油藏控制因素分析

研究區(qū)火成巖油藏受源巖供給、構(gòu)造應(yīng)力作用、火山機構(gòu)特征及巖漿活動時間等多重因素控制。

4.1.1 充足的油源供給是火成巖成藏的根本因素

火成巖成藏條件苛刻，充足的油源供給是根本因素[7]。陸家堡凹陷九佛堂組及沙海組中下部發(fā)育優(yōu)質(zhì)源巖，烴源巖最大厚度近1 400 m，總面積約800 km2。遼河外圍諸凹陷特有的石油地質(zhì)條件決定了油氣以短距離運移為主[8]，因此與源巖充分接觸的火成巖成藏條件更為有利。義縣組頂部風(fēng)化殼、與源巖側(cè)向接觸的義縣組火成巖內(nèi)幕及源內(nèi)發(fā)育的火成巖體均具有充足油源供給的先決條件。

4.1.2 構(gòu)造應(yīng)力作用增加了火成巖成藏幾率

構(gòu)造應(yīng)力作用主要體現(xiàn)在構(gòu)造運動直接產(chǎn)生的應(yīng)力或后期巖漿活動對先期形成火成巖產(chǎn)生的應(yīng)力。區(qū)內(nèi)多期次構(gòu)造運動使得斷裂極其發(fā)育，一是改善火成巖儲集條件，裂縫更發(fā)育，氣孔、杏仁發(fā)育段連通性提高，例如庫2井區(qū)；二是長期持續(xù)活動的同沉積斷裂更有利于油氣運移疏導(dǎo)。巖漿活動同樣具有多期次的特點，先期形成的火成巖易被后期巖漿上涌產(chǎn)生的應(yīng)力作用形成裂縫，改善儲層，以廟31井區(qū)為代表。因此，構(gòu)造應(yīng)力作用改善了火成巖儲集性及油氣疏導(dǎo)條件，增加了成藏幾率。

4.1.3 火山機構(gòu)特征決定油藏的分布

區(qū)內(nèi)發(fā)育單錐復(fù)合層火山機構(gòu)、火山碎屑錐火山機構(gòu)及侵入巖火山機構(gòu)等三種類型，該區(qū)勘探實踐證實，火山機構(gòu)巖相、形態(tài)特征等因素決定有效儲層分布，在充足油源供給前提下，進而決定形成油藏的性質(zhì)及分布特征。

4.1.4 巖漿活動時期關(guān)系到火成巖油藏能否被有效保存

陸家堡凹陷烴源巖主要排烴期為阜新末期-晚白堊初期，在此之后的巖漿活動對已形成的火成巖油藏起破壞作用，區(qū)內(nèi)交力格洼陷就發(fā)現(xiàn)相關(guān)實例。因此巖漿活動時期決定火成巖油藏能否得到較好的保存。

4.2 成藏模式建立

依據(jù)火成巖油藏賦存層位及儲層巖石類型，將區(qū)內(nèi)火成巖油藏劃分為義縣組火成巖油藏、九佛堂組火山碎屑巖油藏及九佛堂組侵入巖油藏等三種類型，并建立相應(yīng)的成藏模式。

4.2.1 義縣組火成巖油藏成藏模式

義縣期火成巖油藏按其所處部位可細分為義縣組頂部風(fēng)化殼油藏和內(nèi)幕油藏。油氣主要來自九佛堂組優(yōu)質(zhì)源巖，供油方式以側(cè)向供油為主，以長期活動的大斷裂為主要窗口，義縣組頂部風(fēng)化殼可通過地層不整合面接受來自九佛堂組底部源巖倒灌的油氣。該組主要發(fā)育單錐復(fù)合層火山機構(gòu)，存在多個旋回期次，儲層與致密層互層分布，火山機構(gòu)近緣有利相帶火成巖裂縫、氣孔發(fā)育，儲層物性好，為主要的儲集體(圖3)。

圖3 義縣組火成巖油藏成藏模式

4.2.2 九佛堂組火山碎屑巖油藏成藏模式

火山碎屑巖油藏是一種特殊的火成巖油藏類型，其儲集體為火山碎屑巖，形成于富含揮發(fā)分的熔漿猛烈噴發(fā)，在空中撕裂成細小的碎片，冷凝固結(jié)并降落在火山口附近形成的錐體，即火山碎屑錐體。目前區(qū)內(nèi)廟31塊為該類型油藏的代表，火山碎屑錐發(fā)育在義縣組古構(gòu)造背景之上。儲集層巖性主要為安山質(zhì)凝灰角礫巖、沉凝灰?guī)r等，儲層埋深在1 200 m左右，受差異壓實作用不強，后期受構(gòu)造應(yīng)力及溶蝕作用改造，儲集性能大大改善。九佛堂組發(fā)育的優(yōu)質(zhì)源巖保證了油氣的充注(圖4)。

4.2.3 九佛堂組侵入巖油藏成藏模式

鉆井揭示九佛堂組及沙海組發(fā)育多期侵入巖體，目前僅庫倫塔拉洼陷區(qū)的庫2井在九佛堂組獲高產(chǎn)工業(yè)油流。儲層巖性為流紋斑巖，氣孔發(fā)育，斑晶主要成分為石英、堿性長石，含量20%左右。該套巖體經(jīng)鑒年為阜新早期侵入，而庫2井區(qū)阜新末期構(gòu)造活動頻繁，儲層在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成多期裂縫，鉆井取心、成像測井資料顯示裂縫非常發(fā)育，具有較好的儲集條件。該套巖體直接深入到九佛堂組湖相暗色泥巖中，源儲充分接觸。沙海組沉積的大套泥巖及阜新組頂部發(fā)育的厚層玄武巖提供了較好的封蓋條件(圖5)。

圖4 九佛堂組火山碎屑巖油藏成藏模式

圖5 九佛堂組侵入巖油藏成藏模式圖

5 結(jié)論

(1)陸家堡凹陷白堊系下統(tǒng)發(fā)育5類23種火成巖巖石類型，以中基性為主：義縣組火成巖廣泛發(fā)育，主要為噴出巖；九佛堂組火山碎屑巖最發(fā)育，局部揭示淺成侵入巖；沙海組、阜新組以基性巖為主，局部見酸性巖類。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育火山通道相、爆發(fā)相、噴溢相、火山沉積相、淺成侵入相等5相9種亞相，爆發(fā)相最為發(fā)育，噴溢相其次。

(2)本區(qū)火成巖儲層為孔隙-裂縫型非均質(zhì)性儲層，主要發(fā)育3類8種儲集空間類型。初步建立儲層物性與巖性、巖相關(guān)系，火山通道相火山頸亞相的安山質(zhì)角礫巖和爆發(fā)相熱碎屑流亞相的凝灰(熔)巖儲層物性最好。儲層儲集性受巖性、巖相、成巖作用、構(gòu)造運動、巖漿活動等多個因素的影響。

(3)火成巖油藏形成受多重因素控制：充足的油源供給是火成巖成藏的根本因素；構(gòu)造應(yīng)力作用增加了火成巖成藏幾率；火山機構(gòu)特征決定油藏的分布；巖漿活動時期關(guān)系到火成巖油藏能否被有效保存。依據(jù)火成巖油藏賦存層位及儲層巖石類型，劃分為義縣組火成巖、九佛堂組火山碎屑巖及九佛堂組侵入巖三類油藏，并建立相應(yīng)的成藏模式。

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