冀北坳陷龙潭沟古油藏下马岭组辉绿岩侵入定量评价

田永晶 （中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249中石化华东分公司石油勘探开发研究院，江苏 南京210036）

刘 岩 （中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249中石油大港油田分公司石油勘探开发研究院，天津300280）

钟宁宁，朱 雷 （中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249）

王 民 （东北石油大学地球科学学院，黑龙江 大庆163318）

对沉积盆地而言，岩浆活动不仅代表着强烈的构造运动，还意味着较高的热流与地层温度 （可达1300℃）[1]，并可持续一定的时间，这一过程往往会引起围岩及有机质的蚀变，并极大改变盆地的地温场特征。一般来讲，围岩的变质作用温度范围在200～900℃，而高于200℃时原油就全部裂解成天然气[2]。因此，岩浆活动对有机质尤其是油藏影响范围要远大于其对围岩影响范围。与围岩蚀变过程相同，有机质受热蚀变过程同样受岩浆岩的性质、规模和埋深等多种因素的影响，其蚀变程度取决于围岩所遭受到的最高温度及其持续时间[3]。

火成岩侵入带来大量的热量，在促进围岩蚀变、加速有机质的成熟与成烃[4，5]方面早已为大家所接受，同时又可对先期形成的油藏起到破坏作用[6]。国内外对岩浆侵入体引起围岩热蚀变研究很多，但这些成果定性描述较多，定量研究较少，尤其在热蚀变范围的认识上存在巨大差异，热蚀变的范围为侵入体厚度的0.3～4倍[5，7，8]。不同侵入体对围岩及有机质热蚀变究竟起多大作用一直没有定论。深入探讨侵入体对围岩及有机质热蚀变的影响程度及范围，对合理正确认识火成岩分布区油气成藏规律具有重要意义。

1 地质背景

冀北坳陷地处燕辽裂陷槽中段，是华北克拉通北缘元古代残留型盆地中一个极其重要的负向构造单元。自古元古代末期的吕梁运动之后，沉积了巨厚的中－新元古界地层，成为我国中－新元古界地层发育最齐全、保存最完好的地区之一[9]。中－新元古界自下而上分为3个系：长城系 （Ch）、蓟县系 （Jx）和青白口系 （Qn）；又可分为12个组 （图1），中－新元古界与下伏太古宇地层呈角度不整合接触，顶部为下寒武统所覆盖。

受多期的构造活动及强烈的岩浆运动的影响，燕山地区火成岩广泛发育。元古代火山岩主要集中出现在中元古代早期的长城纪，Chcl下部软沉积岩层中有辉绿岩床 的 侵 入[10]。 蓟 县 纪 仅Jxw有所活动。但从1620Ma之后，中－新元古代华北克拉通上则鲜有岩浆事件发生[11]。其中晚元古代青白口系Qnx页岩中普遍夹有略呈穿层产状的2～4层辉绿岩岩床，并往往与Qnx沥青砂岩相伴生。

龙潭沟Qnx沥青砂岩古油藏位于冀北坳陷东北部，行政区划上属辽宁省凌源市大河北乡，在平泉县城东南方向约30km处 （图2），是冀北坳陷4大古油藏之一。该古油藏沥青砂岩沿Qnx地层呈EN－WS走向，长约10km。在前人发现龙潭沟沥青砂岩点的基础上，笔者沿Qnx地层顺层追踪，新发现沥青砂岩9处 （图2），遍布在Qnx地层出露区域，且沥青含量有以龙潭沟为中心向NE和SW两个方向递减的趋势，初步确定了研究区沥青砂岩油藏的范围。野外调查过程中也发现油苗/沥青点与辉绿岩侵入体有并存现象。前人研究业已证明了油苗/沥青的原生性，并认为两者之间有一定的成因联系[12～14]。王铁冠等[14]通过沥青砂岩中沥青产状、反射率及可溶组分的地球化学特征等证据，认为沥青砂岩古油藏破坏的主要因素是火山岩的热蚀变作用，且不排除后期氧化及剥蚀作用的可能。有关辉绿岩侵入对围岩及有机质影响的程度及范围一直没有一个明确的认识，辉绿岩侵入是否为固体沥青形成的直接原因仍有待充分的证明。笔者尝试依据层状侵入体散热模型，从火山岩侵入体散热正演模拟的角度来证明侵入体是否为固体沥青形成的直接成因。

图1 华北燕山地区中－新元古界地层柱状图

2 层状侵入体散热模型简介

侵入体侵入岩层中会带来大量的热量，其散热必然会影响到围岩地层温度场的演化。根据热力学定律，侵入体的散热过程可以用热量与时间、温度的函数来表示，从而可用于预测侵入体及围岩温度场的演化。自从Lovering最早根据热流理论建立起描述岩浆侵入体散热过程的动力学方程[16]以来，有多位学者尝试采用不同的方式对该模型进行了完善[7，16～18]。目前公开报道的火山岩侵入体热传导模型很多，有Fjeldskaar模型[18]、Wang 模 型[19]、Huter模型[20]等。这些模型基本都是基于Mundry的一些假定[21]：即岩浆一次性快速侵入到围岩中，且冷却过程中不发生迁移和流动；侵入体向围岩以热传导的方式传热，不发生对流和辐射传热；侵入体传导给围岩的热量仅用于改变围岩的温度而不转化为其他形式的能量。王民等[22]，通过对各个模型的对比分析发现，在Fjeldskaar模型基础上考虑地温梯度的影响，对其进行了改进，改进的Fjeldskaar模型不仅可以较好地拟合实测镜质体反射率Ro数据，还可以方便地模拟计算二维、三维空间内温度场演化情况。模型详见文献 [18]。利用改进的Fjeldskaar模型和Easy%Ro模型，结合埋藏史就可以定量求取侵入体对围岩有机质的热蚀变程度。

图2 龙潭沟古油藏位置图

3 凌源龙潭沟Qnx辉绿岩侵入的定量评价

凌源龙潭沟Qnx出露地区普遍可见到2～3层辉绿岩侵入体，厚度在20～80m不等，有合并与分岔现象[13]。Qnx的βμ1辉绿岩侵入体下方普遍可见到Qnx底部沥青砂岩存在。该黑色沥青砂岩质地疏松，面孔率在10%以上；镜下观察发现沥青砂岩石英颗粒呈漂浮状、点接触，粒间充满固体沥青，固体沥青含量很高，是一个典型的被破坏的古油藏。龙潭沟古油藏是燕山地区元古界古油藏中规模较大，发现与研究最早的油藏之一。

3.1 计算模型参数设置

从沥青砂岩颗粒接触形式和其间充填固体沥青的情况，可以确定Qnx沥青砂岩油气成藏及辉绿岩侵入时尚未开始压实成岩作用，由此推断侵入发生时Qnx埋深并不大。各地层厚度数据等资料采用近年来研究区几条地质剖面的丈量结果 ，同时参考了文献 [13，15]。地层年代参考了近年最新的测年数据[10，11，23，24]，同时，据刘岩等[25]的成果，根据平泉双洞地区βμ1辉绿岩床斜锆石测试结果，辉绿岩侵入年代为1327Ma，Qnx地层沉积年龄取1400～1300Ma。不同类型岩浆岩形成的温度差异很大。通常基性岩比酸性岩形成温度高，喷发岩比侵入岩温度高。一般认为辉长岩形成温度为900～1150℃，这里取1000℃。其他相关参数取值参照文献 [19]。

3.2 侵入体对围岩地层温度场演化的影响

采用上述热传导散热模型对研究区辉绿岩侵入体散热过程进行了定量计算。总体来看，侵入体围岩地温场演化具有一些明显的特点：①随着散热过程的进行，侵入体对围岩的影响范围逐渐增大，但引起围岩升温的温度值却在降低；②侵入体对围岩地温场影响范围与其侵入体的厚度及侵入深度密切相关，侵入体越厚，其对围岩影响范围越大，侵入深度越浅，对围岩影响范围也越小；③侵入体通过散热迅速，在龙潭沟地区，其围岩地层温度在侵入活动发生1万年时已经接近正常地层温度，0.1Ma后就已经完全达到正常地层埋深温度。围岩地层温度降至正常地层温度所用的时间明显小于文献报道值[26～28]，这应该与侵入体侵入深度小，散热更快有关。

3.3 侵入体对围岩有机质热演化的影响

岩浆活动带来的巨大热量使围岩有机质发生接触变质作用，形成的天然焦具有以镶嵌结构、流动状结构、片状结构为主的独特显微结构。天然焦的存在被认为是沉积有机质是否发生热变质作用的重要依据[30]。经过大量样品有机岩石学分析发现，龙潭沟Qnx底砂岩孔隙中固体沥青具有明显的各向异性，具有双反射特征，较高反射率的固体沥青呈灰白色，沿裂隙分布，与矿物颗粒呈平直或弯弧形界面紧密接触，具有粒状镶嵌结构或呈均匀块状，沥青反射率较高，并发现固体沥青中具有类天然焦光学结构；另一类固体沥青呈灰色，沿裂隙分布或分布于裂隙间，呈均匀块状，沥青反射率较低。真正代表地层热演化程度的沥青反射率应该介于2类沥青反射率之间。这些证据表明固体沥青确实遭受过严重的异常高温蚀变作用。

图3 龙潭沟古油藏火成岩侵入后围岩温度场演化和热演化程度模拟结果

岩浆活动引起的热蚀变程度可用Ro来表示[8]。在围岩温度场演化的基础上，采用Easy%Ro模型对围岩有机质热蚀变程度进行了计算。结果表明 （图3），侵入体对围岩有机质产生明显的热蚀变效应，有机质受热蚀变范围及程度与侵入体的厚度和距侵入体距离有关，侵入体越厚，其对围岩有机质热蚀变影响范围越大，程度也越高；距侵入体距离越近蚀变程度越高。Qnx底沥青砂岩主要受下部βμ1侵入体的影响，其蚀变程度与现今实测结果相符合，这就从再演的角度证实了固体沥青的异常高温热蚀变成因。同时模拟结果也证实了侵入体对围岩有机质热蚀变影响范围极其有限，只有几到几十米，基本局限于Qnx地层本身。因此，尽管火成岩侵入所代表的岩浆活动必然引起区域地温场背景的升高，这会对研究区有机质热演化生烃产生一定的影响，但该期岩浆活动不可能对下伏的Chg和Jxh烃源岩产生直接影响。

根据研究区地层厚度丈量结果，推断Qnx辉绿岩侵入时Jxh地层埋深不足800m，在正常沉积埋深达不到生烃门限深度，而且又不受侵入体直接影响的情况下，Jxh烃源岩不大可能是Qnx底砂岩固体沥青来源。而Chg烃源岩此时埋深可达4000m，可以大量生烃。因而，Qnx底砂岩固体沥青来源于Chg烃源岩似乎更为可靠。

4 结 论

1）冀北坳陷龙潭沟Qnx沥青砂岩古油藏与辉绿岩侵入体并存，两者之间成因具有明显的成因关系。

2）有机岩石学分析与侵入体散热数值模拟结果证实Qnx底砂岩具有热蚀变成因。

3）Qnx底砂岩固体沥青不大可能来源于Jxh烃源岩，而来源于Chg烃源岩似乎更为可靠。

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