牛成民 郭 濤 楊 波 劉慶順 楊海風(fēng)

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459)

勘探開發(fā)實踐已證實，全球各大含油氣盆地中巖漿活動廣泛可見,巖漿活動可以加速有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化，早期侵入花崗巖經(jīng)歷風(fēng)化剝蝕后可以形成優(yōu)質(zhì)儲層，晚期噴發(fā)致密玄武巖可以作為優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層，火山通道巖墻還可以側(cè)向封堵形成圈閉[1-8]。但新生代多期巖漿活動對圍巖優(yōu)質(zhì)儲層的影響研究偏少，且認識亦不統(tǒng)一[9-13]。新生代以來受郯廬走滑斷裂影響，在渤海南部海域黃河口凹陷和萊州灣凹陷發(fā)育多期火山噴發(fā)活動，在古近紀晚期—新近紀早期呈現(xiàn)裂隙式和中心式火山噴發(fā)。近年來，在黃河口凹陷南斜坡和萊州灣凹陷東北洼分別發(fā)現(xiàn)了巖漿巖下的渤中34-A和墾利6-B等2個大中型油田，引領(lǐng)了渤海海域火成巖下油藏勘探的熱潮。

本文根據(jù)渤中34-A和墾利6-B這2個油田新生代巖漿活動與古近系儲層物性的對應(yīng)關(guān)系，綜合運用儲層物性分析、巖心薄片觀察、成巖階段劃分、巖漿活動和物源體系分析對巖漿巖區(qū)古近系儲層物性差異成因進行研究，確定近物源方向、同沉積早期火山噴發(fā)有利于古近系優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育。本文研究成果可為渤海海域及其他類似新生界巖漿活動區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育模式研究提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

黃河口凹陷面積約3 800 km2，位于渤海灣盆地濟陽坳陷東北部，北側(cè)為渤南低凸起，東南部為萊北低凸起，東部與廟西凹陷相鄰[14]。郯廬大斷裂西支穿過黃河口凹陷中部，形成中央構(gòu)造帶，渤中34-A區(qū)位于中央構(gòu)造帶東側(cè)的緩坡帶上(圖1)。萊州灣凹陷面積約1 780 km2，位于渤海灣盆地濟陽坳陷東部，東西邊界分別被郯廬斷裂帶的東西分支所限，南北部分別為濰北凸起與萊北低凸起，東部為膠遼隆起，西部為墾東凸起，東北部與廟西凹陷相連[15]。墾利6-B區(qū)位于萊州灣凹陷東北洼東斜坡萊東-廟南構(gòu)造帶(圖1)，為夾持在2條走滑斷層中間受多期走滑擠壓形成的反轉(zhuǎn)半背斜。

圖1 研究區(qū)位置Fig .1 Location of the study area

黃河口凹陷和萊州灣凹陷都屬于新生代凹陷，新生界可以分為古近紀裂陷和新近紀拗陷2個沉積旋回。在裂陷旋回階段發(fā)育古新統(tǒng)孔店組、始新統(tǒng)沙河街組、漸新統(tǒng)東營組沉積，而在拗陷旋回階段主要發(fā)育新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系。

2 巖漿活動特征

渤海灣盆地古近系—新近系火山巖比較發(fā)育，平面上具有東多西少、北多南少的特點，縱向上有孔店組、沙三段、沙一段+沙二段、東營組、館陶組等多個相對發(fā)育的層位[16]。濟陽坳陷東部多口探井鉆遇火山巖，主要為玄武巖，其次是輝綠巖，局部有少量安山巖、玄武安山巖、粗面巖、火山碎屑巖；火山巖噴發(fā)整體較晚，大體可以分為孔店組—沙四段、沙三段、沙二段—東營組、館陶組沉積期等4個主要活動期。黃河口凹陷渤中34-A和萊州灣凹陷墾利6-B區(qū)新生界揭示了大量的火山巖，測井電阻率上表現(xiàn)為高值異常。

渤中34-A區(qū)和墾利6-B區(qū)火山巖主要為夏威夷式噴發(fā)模式[17]，2個構(gòu)造區(qū)火山巖地震相反射特征也基本相同。溢流相火山巖為低頻強振幅層狀連續(xù)反射，剖面上特征明顯，主要分布在火山機構(gòu)的低部位；火山通道相為中低頻弱振幅倒錐狀地震反射，內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為同相軸上提或下拉，也見雜亂反射，火山口、火山機構(gòu)下部常見；已鉆井揭示爆發(fā)相較少，以火山碎屑巖為主，粒度較粗，在地震剖面上可見丘形反射特征，同相軸表現(xiàn)為中低頻、中強振幅斷續(xù)反射，只在火山口少量發(fā)育。

研究表明，2個構(gòu)造區(qū)火山巖發(fā)育不同之處在于噴發(fā)時間、主噴發(fā)期次、發(fā)育機制及分布規(guī)模和范圍上(表1)。其中，渤中34-A區(qū)主體區(qū)發(fā)育中心式噴發(fā)模式，南部緩坡帶受萊北斷裂帶影響而發(fā)育串珠狀分布的裂隙-中心式噴發(fā)，因此該構(gòu)造區(qū)火山巖分布范圍廣，構(gòu)造區(qū)周圍火山巖都有發(fā)育。而墾利6-B區(qū)主體區(qū)發(fā)育裂隙式噴發(fā)，主要受幾乎橫貫整個研究區(qū)近南北向的幾條走滑斷裂控制，在館陶組沉積時期作為巖漿通道提供了大量巖漿，因此火山巖只在該構(gòu)造區(qū)及西側(cè)發(fā)育，走滑斷裂東側(cè)火山巖相對不發(fā)育。

表1 渤中34-A與墾利6-B區(qū)火山噴發(fā)特征對比Table 1 Comparision of volcanic eruption features of BZ34-A and KL6-B areas

3 儲層特征

渤中34-A區(qū)與墾利6-B區(qū)分別位于萊北低凸起的北、南兩側(cè)，古近紀都有同沉積期火山噴發(fā)，但古近系儲層物性差異較大，例如同樣處于3 000 m深度附近的東營組，渤中34-A區(qū)的儲層物性明顯優(yōu)于墾利6-B區(qū)(圖2)。

圖2 渤中34-A區(qū)與墾利6-B區(qū)實測孔隙度對比Fig .2 Comparision of measured porosity of BZ34-A and KL6-B areas

3.1 渤中34-A區(qū)

黃河口凹陷渤中34-A區(qū)古近系主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，物源主要來自于黃河口凹陷西南側(cè)的墾東凸起，火成巖在構(gòu)造主體和碎屑巖發(fā)育區(qū)疊合(圖3)。古近系儲層主要為中細粒長石巖屑砂巖為主，部分見中粗砂體、偶含礫石，單層厚度5～10 m，儲層孔滲條件較好，3 000 m深度儲層孔隙度一般大于20%，滲透率一般大于50 mD；古近系砂巖成巖作用受玄武巖水解影響，水介質(zhì)呈弱堿性—堿性，發(fā)育沸石、碳酸鹽膠結(jié)、石英溶蝕、伊蒙混層、綠蒙混層黏土膜、鉀長石鈉長石化等現(xiàn)象，晚期有機酸性流體進入，發(fā)育長石、巖屑等不穩(wěn)定組分的溶蝕現(xiàn)象。另外，該構(gòu)造區(qū)砂巖壓實作用整體較弱，碳酸鹽膠結(jié)物與高嶺土含量不高，粒間孔隙保存較好，長石等碎屑顆粒溶蝕明顯，形成了大量次生孔隙(圖4)。

圖3 研究區(qū)東營組三段沉積相與火成巖分布疊合圖Fig .3 Sedimentary facies and igneous rock distribution of E3d3 in the study area

(a)BZ34-A-1井，3 081 m，沙二段，火山巖屑變形程度弱、粒間孔發(fā)育;(b)BZ34-A-1井，2 944 m，東三段，港灣狀石英溶蝕;(c)BZ34-A-6井，2 826 m，東三段，溶蝕粒間孔隙發(fā)育;(d)BZ34-A-2井，2 259 m，東二段，沸石廣泛發(fā)育。

圖4渤中34-A區(qū)古近系儲層微觀特征

Fig.4MicroscopicfeaturesofPaleogenereservoirsinBZ34-Aarea

根據(jù)自生礦物成分及其組合、巖石顆粒接觸關(guān)系和成巖作用特征，同時結(jié)合沉積水介質(zhì)環(huán)境的演化特征，建立了渤中34-A區(qū)古近系儲層成巖孔隙演化模式：早期的少部分長石與巖屑顆粒溶蝕、沸石沉淀與泥晶碳酸鹽沉淀，堵塞原生粒間孔；隨著埋深加大，碎屑顆粒發(fā)生重排，石英次生加大，由于受到玄武巖的頂托影響以及部分沸石與方解石膠結(jié)的固化作用，壓實作用較弱，孔隙降低較為緩慢；進入中等埋藏階段，富含有機酸的熱流體進入孔隙，長石等碎屑顆粒與早期的沸石發(fā)生了溶蝕，形成次生溶蝕孔隙，局部孔隙增加；中深埋藏階段，孔隙流體性質(zhì)發(fā)生變化，堿性水介質(zhì)條件下鉀長石鈉長石化，部分石英碎屑顆粒發(fā)生溶蝕，碳酸鹽交代硅質(zhì)碎屑顆粒(圖5a)。

3.2 墾利6-B區(qū)

萊州灣凹陷墾利6-B區(qū)古近系為辮狀河三角洲-湖泊-扇三角洲沉積體系組合(圖3),其中辮狀河三角洲占優(yōu)勢。辮狀河三角洲前緣廣泛發(fā)育于黃河口凹陷南部、萊州灣凹陷的西部和南部以及廟西凹陷南部—萊北低凸起的中東部，扇三角洲僅靠近萊州灣凹陷東部盆緣斷裂和南部盆緣陡坡發(fā)育，且規(guī)模較小?；鹕交顒影l(fā)育了1套玄武巖，包含了呈層狀展布的溢流相和柱狀火山通道相；但火山巖展布范圍較局限，主要沿墾利6-B區(qū)西側(cè)展布，位于洼陷內(nèi)部，距離構(gòu)造主體區(qū)較遠(圖3)。古近系儲層主要為中粗粒長石巖屑砂巖，偶含礫石，單層厚度5～15 m，儲層孔滲條件相對較差；3 000 m深度儲層孔隙度為10%～15%，滲透率一般小于20 mD；古近系砂巖中常見早期菱鐵礦膠結(jié)、早期高嶺土膠結(jié)、晚期含鐵碳酸鹽膠結(jié)、菱鐵礦重結(jié)晶、菱鐵礦鐵白云石化、碎屑顆粒溶蝕與次生溶孔等成巖現(xiàn)象。墾利6-B區(qū)砂巖中早期高嶺土膠結(jié)與巖屑假雜基化常見，高嶺土充填與巖屑假雜基化導(dǎo)致局部原生粒間孔隙損失殆盡(圖6)。

根據(jù)自生礦物成分及其組合、巖石顆粒接觸關(guān)系和成巖作用特征，結(jié)合沉積水介質(zhì)環(huán)境的演化特征，建立了墾利6-B區(qū)古近系儲層成巖孔隙演化模式：由于東三段沉積時期物源供給強勁，早期成巖階段長石、巖屑在大氣水背景下發(fā)生蝕變，形成大量高嶺土；在分流水道側(cè)翼發(fā)育菱鐵礦，導(dǎo)致局部地區(qū)儲層孔隙度降低；埋藏階段云母、蝕變的長石、巖屑發(fā)生重排與壓實變形，高嶺土流變充填孔隙，導(dǎo)致儲層孔隙度迅速降低；隨著埋深增加，石英次生加大，有機質(zhì)熱演化形成的有機酸進入儲層孔隙，導(dǎo)致顆粒溶蝕與膠結(jié)物的溶蝕，自生高嶺石沉淀，次生孔隙發(fā)育，砂體主體部位儲層孔隙度增大；隨后由于溫度壓力升高，流體性質(zhì)改變，菱鐵礦重結(jié)晶，發(fā)生白云石化，儲層孔隙度降低；深埋藏階段孔隙流體活動受阻，在弱還原—還原流體介質(zhì)中，有利于Fe2+的發(fā)育、方解石向鐵方解石轉(zhuǎn)化、白云石向鐵白云石轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致儲層孔隙度進一步降低(圖5b)。

圖5 研究區(qū)古近系儲層成巖孔隙演化模式Fig .5 Diagenetic pore evolution model of Paleogene reservoirs in the study area

(a)KL6-B-4井，3 095.9 m，東三段，高嶺石大量膠結(jié);(b)KL6-B-4井，3 094.3 m，東三段，云母受壓變形，顆粒線接觸、凹凸接觸;(c)KL6-B-1井，2 492.5 m，東三段，長石絹云母化;(d)KL6-B-2井，2 568.0 m，沙二段，碳酸鹽巖大量充填。

圖6墾利6-B區(qū)古近系儲層微觀特征

Fig.6MicroscopicfeaturesofPaleogenereservoirsinKL6-Barea

4 物性差異主控因素

渤中34-A區(qū)與墾利6-B區(qū)東營組均為辮狀河三角洲前緣沉積，砂體類型和粒度特征相似，但相同埋深的儲層物性差異巨大。成巖特征分析表明，火山噴發(fā)時間、火山巖分布區(qū)與儲集砂體的相對位置、垂向熱流體活動、孔隙流體性質(zhì)等相關(guān)成巖事件對儲層孔隙演化都造成了差異性影響，最終影響了儲層的物性差異。

4.1 同沉積火山噴發(fā)

能夠適當抑制早期長石蝕變的弱堿性水介質(zhì)有利于后期原生孔隙的保存。由于火山噴發(fā)產(chǎn)生大量玄武巖，玄武巖中不穩(wěn)定的富鐵鎂礦物經(jīng)過強烈水解(比如輝石、橄欖石的水解等)，產(chǎn)生大量Fe2+、Mg2+，導(dǎo)致孔隙流體中富含鐵鎂質(zhì)，有利于形成貧硅的片沸石、濁沸石等。早期沸石的局部膠結(jié)增強了火山巖屑的抗壓強度，同時板狀、柱狀沸石的晶間縫隙有利于有機酸的侵入與次生孔隙的發(fā)育(圖4)。如果早期發(fā)育地表開放的酸性水介質(zhì)，長石強烈蝕變生成大量的高嶺石；由于高嶺石晶間孔極為發(fā)育，抗壓性能極差，如果不能有效帶出其蝕變環(huán)境，這些高嶺石就會與長石、石英等碎屑顆粒一起堆積下來，導(dǎo)致埋藏過程中砂巖原生孔隙迅速下降；同時，長石、巖屑等蝕變后，其抗壓實強度迅速降低，埋藏過程中就會發(fā)生斷裂與變形，導(dǎo)致孔隙垮塌(圖6b)。

通過渤中34-A與墾利6-B區(qū)不同古地理背景下古近系儲層成巖-孔隙演化對比分析，明確了火山噴發(fā)對儲層成巖作用與孔隙演化的影響，以及玄武巖水解與物源供給淡水之間相互作用關(guān)系。渤中34-A區(qū)火成巖主要發(fā)育在西南部墾利凸起物源供給區(qū)和目標區(qū)之間，古近紀火山噴發(fā)規(guī)模較大，火成巖分布在物源供給通道附近，由于水流的攜帶會把玄武巖水解富鐵鎂介質(zhì)輸送到目標區(qū)，對儲層孔隙演化影響明顯，不但抑制了早期長石、巖屑的溶蝕及高嶺土的沉淀，同時形成方解石、沸石沉淀，其強抗壓性能夠保護大量原生孔隙。而墾利6-B區(qū)古近系火成巖分布在現(xiàn)有鉆井區(qū)的西側(cè)，位于碎屑供給通道的下游，在早期膠遼隆起物源形成開放性的酸性水介質(zhì)條件下，砂巖中沸石含量較低，而高嶺石含量普遍較高，導(dǎo)致埋藏過程中砂巖原生孔隙迅速下降。

4.2 火山噴發(fā)模式及期次

渤中34-A與墾利6-B構(gòu)造區(qū)巖漿巖均為中晚期快速噴發(fā)，致密的玄武巖沒有經(jīng)歷后期大規(guī)模的構(gòu)造運動，裂縫不發(fā)育；而且都是夏威夷型火山噴發(fā)模式，粒度較粗的爆發(fā)相相對不發(fā)育，噴出巖性整體孔隙較小、堅硬致密。大套平鋪式的硬質(zhì)玄武巖層配以柱狀火山通道玄武巖的支撐作用，有效降低了火山巖層系附近的砂巖的壓應(yīng)力，減緩了壓實作用(圖7)。大量勘探實踐表明，壓實作用是導(dǎo)致砂巖儲層原生孔隙減少的主要因素，能夠有效抑制壓實作用的地質(zhì)因素對孔隙保存最為顯著。對比2個構(gòu)造區(qū)孔隙微觀特征可以發(fā)現(xiàn)，原生孔隙的保存和塑性巖屑的變形程度都有較大的差異：渤中34-A區(qū)東三段儲層原生孔隙大量保存，顆粒之間呈現(xiàn)點接觸樣式；大量抗壓性極差的塑性火山巖巖屑的變形程度低，原生形態(tài)保持較好；而墾利6-B區(qū)東三段儲層薄片中可見顆粒以線接觸為主，局部可見凹凸接觸、縫合線接觸，部分顆粒受壓碎裂嚴重，可見云母礦物受壓變形(圖4a、6b)。

2個構(gòu)造區(qū)火山噴發(fā)模式類似，但噴發(fā)期次存在較大差異。渤中34-A區(qū)火山噴發(fā)主期次為東營組二段沉積期，東三段沉積后期形成了大量火山通道相和火山溢流相 “工”字形火山結(jié)構(gòu)[18]，火山通道相支撐溢流相火成巖形成頂板支撐作用，大大減弱了東三段的壓實作用；而墾利6-B區(qū)火山噴發(fā)主期次為館陶組和明化鎮(zhèn)組沉積期，東三段儲層沉積后到火山巖噴發(fā)經(jīng)歷了15 Ma的壓實作用，火山結(jié)構(gòu)對東三段儲層抗壓實作用影響較小。

圖7 渤中34-A區(qū)火成巖三維刻畫Fig .7 3D-depict of magmatic rock in BZ34-A area

4.3 晚期火山噴發(fā)熱液流體

新近系明化鎮(zhèn)組沉積時期大規(guī)模裂隙式火山噴發(fā)及其相關(guān)熱流體活動必然對古近系儲層成巖作用造成影響，具體體現(xiàn)在菱鐵礦的重結(jié)晶與鐵白云石化、黏土礦物的絹云母化、儲層中黏土礦物加速轉(zhuǎn)化與明化鎮(zhèn)組龜裂紋含鐵方解石沉淀等方面。KL6-B-4井靠近斷裂帶，古近系砂巖中菱鐵礦呈菱形體、粒狀，重結(jié)晶程度較好，顆粒較大，部分顆粒呈半自形，并發(fā)生鐵白云石化；而距離斷裂帶較遠的KL6-B-1井及KL6-B-2井晶體顆粒較小，粒徑多為微米級。分析認為，造成上述現(xiàn)象的原因與沿斷裂上升的熱液流體活動有關(guān)。KL6-B-1井、KL6-B-2井與KL6-B-4井2 543.0～3 129.5 m井段薄片中還見到了長石絹云母化現(xiàn)象。絹云母為中低溫?zé)嵛g變成因，其形成溫度一般為200～350 ℃[19]。根據(jù)渤海灣盆地的古近紀古地溫梯度3.5 ℃/100 m計算,現(xiàn)今3 000 m埋深能達到的古地溫為120 ℃左右，而這個溫度顯然不能達到絹云母形成的最低溫度，說明墾利6-B區(qū)儲層中的絹云母化受到了火山活動相關(guān)的熱蝕變影響(圖6c),由于火山活動導(dǎo)致儲層流體溫度升高，加速了儲層的黏土礦物轉(zhuǎn)化。泥巖黏土礦物中伊/蒙混層中蒙脫石的含量指示墾利6-B區(qū)古近系儲層已進入中成巖B期，而受新近紀熱液流體影響較弱的渤中34-A區(qū)成巖階段則處于中成巖A期，整體孔隙發(fā)育特征較好。

5 結(jié)論

1) 渤海南部海域黃河口凹陷渤中34-A區(qū)與萊州灣凹陷墾利6-B區(qū)新生界發(fā)育多期巖漿活動，均以夏威夷式火山噴發(fā)為主，主要由火山通道相、溢流相、爆發(fā)相組成。其中，渤中34-A區(qū)火山主噴發(fā)期為東二段沉積期，以中心式噴發(fā)模式為主；而墾利6-B區(qū)火山主噴發(fā)期為館陶組沉積期，以裂隙式噴發(fā)為主。

2) 在沉積相及埋深相當條件下，渤中34-A區(qū)古近系儲層物性明顯優(yōu)于墾利6-B區(qū)。渤中34-A區(qū)玄武巖早期水解對儲層孔隙演化影響明顯，普遍發(fā)育沸石及沸石的溶蝕孔隙，壓實作用整體較弱；而墾利6-B區(qū)玄武巖水解對儲層孔隙演化影響較小，砂巖中沸石含量較低，酸性水介質(zhì)條件下高嶺石含量普遍較高，壓實作用較強。

3) 近物源方向的火山噴發(fā)活動能夠給玄武巖水解富鐵鎂水介質(zhì)輸送到目標區(qū)創(chuàng)造條件，這種弱堿性水介質(zhì)可以適當抑制早期長石蝕變、高嶺土沉淀，進而有利于原生孔隙的保存；同沉積早期火山噴發(fā)形成的橋墩狀構(gòu)架有效支撐了古近系儲層粒間孔隙的保存，減緩了塑性火成巖巖屑的變形；新近系晚期火山活動產(chǎn)生的熱液流體加速了成巖階段演化，形成大量菱鐵礦重結(jié)晶，對孔隙保存不利。