裂谷盆地岩浆活动控制油气概论

万丛礼，金 强，李钜源，缪俊茜

（1.中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林长春130062；2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580；3.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015；4.密苏里科技大学，密苏里州罗拉市，65409）

裂谷盆地岩浆活动控制油气概论

万丛礼1，金 强2，李钜源3，缪俊茜4

（1.中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林长春130062；2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580；3.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015；4.密苏里科技大学，密苏里州罗拉市，65409）

裂谷盆地岩浆活动强烈，岩浆岩区油气资源丰富、物化性质异常、分布复杂。为了深入研究侵入岩区的油气分布规律，通过岩心观察和地球化学等方法，对沾化凹陷中东部地区侵入岩及其附近油气藏进行了分析。结果表明，岩浆的高温、高压及活跃的化学性质不仅显著促进了周围烃源岩的生排烃，而且使烃源岩内产生大量的裂缝和孔隙，成为良好的储层；岩浆岩的边缘相发育气孔、溶孔和收缩裂缝，为较好的储层；岩浆活动形成的异常高压场增强了地层对油气的吸附能力，且岩浆活动还可以形成多种类型的油气藏。岩浆活动不仅促进了油气生成，而且控制了油气的分布。岩浆活动对油气的控制作用主要取决于岩浆类型、活动强度、活动方式、活动时间、岩浆岩与烃源岩的空间关系以及烃源岩发育及其中有机质和碳酸盐岩含量等。

裂谷盆地油气生成油气聚集岩浆活动沾化凹陷

裂谷盆地形成于拉张构造背景，发育深大断裂，致使岩浆上涌形成岩浆岩。中国东部的松辽盆地、渤海湾盆地、东海盆地和三水盆地等均发育大量的岩浆岩，并在其中发现了许多油气藏。目前，岩浆岩区已被确定为中国油气勘探的重要领域。依据产状可将岩浆岩划分为喷出岩和侵入岩2大类；其中，侵入岩形成于地下封闭环境，岩浆携带的巨大深部热量及物质完全作用于周围地层，对油气的生成和聚集具有重要影响。

沾化凹陷中东部地区是济阳坳陷岩浆活动最强烈的地区，其油气资源丰富、分布复杂。通过对其油气生成、聚集与岩浆活动的关系进行深入研究，提出裂谷盆地岩浆活动控制油气理论，以期对裂谷盆地岩浆活动区的油气成藏规律以及勘探开发提供指导和借鉴。

1 岩浆活动的基本特征

1.1 岩浆岩分布的不均衡性

由于深大断裂是岩浆上升不可缺少的通道，因此裂谷盆地岩浆岩在空间上多发育于深大断裂及其附近，如济阳坳陷的齐广断裂、高青断裂和孤北断裂等，表现出断裂对岩浆岩分布的控制作用。在时间上，岩浆活动往往表现出明显的旋回性或周期性，主要形成于盆地扩张期和快速抬升期，如济阳坳陷中、新生代岩浆活动共分为5期，分别为孔店组沉积中期、沙河街组沉积初期、东营组沉积末期、馆陶组沉积初期以及平原组沉积时期。济阳坳陷中生代岩浆活动以喷发为主，兼有侵入，而新生代岩浆活动则均为侵入［1］。

1.2 岩浆活动方式的差异性

在盆地（或洼陷）边缘，岩浆活动方式多为喷出，而盆地内部往往为侵入。这是因为盆地（或洼陷）边缘的深大断裂发育且地层相对较薄，岩浆易于冲破地层阻力喷出地表形成喷出岩，如东营凹陷南部金家地区和草桥地区以及北部滨南地区的火山碎屑岩；盆地（或洼陷）内部深大断裂不发育且沉积盖层较厚，岩浆难以喷出地表，而往往侵入地层形成侵入岩，如惠民凹陷商河地区、东营凹陷纯西地区和沾化凹陷罗家地区的辉长岩等。

1.3 岩浆侵入对地层岩性的选择性

在裂谷盆地，侵入岩与泥岩（包括煤）的组合远多于与砂岩的组合，如东营凹陷纯西地区、沾化凹陷罗家地区和惠民凹陷商河地区均为岩浆侵入沙三段暗色泥岩；尤以侵入岩与煤的组合更为常见，如沾化凹陷孤古14井中生界煤中发育34层、累积厚度为62 m的煌斑岩。岩浆侵入对地层岩性具有明显的选择性，其原因为泥岩（包括煤）的层理发育且富含有机质，硬度低，岩浆易于侵入形成泥岩（煤）包裹侵入岩的格局。

2 岩浆活动对油气生成的促进作用

岩浆活动对油气生成具有显著的促进作用，包括对烃源岩生烃的热作用、催化作用以及对烃源岩排烃的促进作用。

2.1 热作用

热能是油气生成的主导因素。岩浆携带了大量的深部热能，其温度高达700～1 300℃，可显著提高周围地层温度，并导致烃源岩高—过成熟，从而促进油气的生成［1-2］。

沾化凹陷中东部地区的渤深3、渤深6-5和渤深6-6等井沙四段和沙三段主力烃源岩中发育闪长玢岩和石英正长岩，其中渤深6-6井最厚，达350 m。分析发现，渤深5井沙四段4 762.7 m处泥岩的最高热解峰温为544℃，5 138 m处泥岩的镜质组反射率为3.75%，且泥岩裂缝充填焦沥青，烘烤特征明显，表明岩浆岩显著促进了周围烃源岩的热演化及油气生成，是该区油气资源丰富的重要原因之一。此外，该区油气性质具有明显异常，主要表现为无机二氧化碳含量高、气油比高、烷烃碳同位素重等特征。如渤深8井沙四段产油量为12 t/d，产气量为4.25×104m3/d；其天然气的 δ13C1为-35.5‰，δ13C2为-20.8‰。义115井沙四段天然气的δ13C1，δ13C2和δ13C3分别为-35.93‰，-24.87‰和-21.83‰；无机二氧化碳含量为13.7%，δ13CCO2为-3.04‰。渤930井二叠系天然气的 δ13C2和δ13C3分别为-16.78‰和-16.05‰。该区不同构造带甚至不同井区的油气性质变化较大，且距离岩浆岩越近，天然气的烷烃碳同位素越重，无机二氧化碳含量和气油比越高；表明岩浆活动导致烃源岩中有机质的异常热演化，并造成其中碳酸盐岩的分解等［3-4］。

2.2 催化作用

烃源岩中有机质生烃演化不仅是热作用的结果，还包括催化作用。蒙脱石和伊利石是泥质烃源岩中很好的催化剂，能够显著降低化学反应的活化能，提高化学反应速度，促进油气生成。

岩浆携带占其重量约为5%～6%的热液（即岩浆热液），成分以水为主，还包括二氧化碳、硫化氢、少量一氧化碳以及多种金属元素［5］。其中的镍和钴元素属于超级催化剂，催化作用比粘土矿物更为强烈，对有机质生烃演化具有重要的促进作用，显著促进了岩浆活动区的油气生成［1］。

2.3 排烃作用

油气生成包括生烃和排烃2个阶段。生烃是烃源岩中有机质在温度和催化剂作用下形成油气的过程，而排烃是烃源岩生烃后在压力作用下排出烃源岩并进入储层的过程。

岩浆活动不仅为烃源岩排烃提供了强大的压力，而且使烃源岩产生大量裂缝，提供了排烃的通道。另外，岩浆流体中的高温热水、无机二氧化碳、氮气和一氧化碳的化学性质非常稳定，能够溶于原油中，成为烃类的良好载体，从而促进烃源岩排烃。研究发现，虽然二氧化碳与原油开始接触时一般不能混相，但可形成类似于干气驱过程的混相前缘，当萃取了大量重烃后，即形成可混性，因此二氧化碳和氮气被广泛应用于石油开发。

烃源岩的排烃率通常较低，如东营凹陷沙三段烃源岩的排烃率约为30%。分析发现，东营凹陷纯西地区纯102井侵入岩（厚度为15 m）下伏16.6 m以内烃源岩（厚层暗色泥岩）的有机质含量非常低，总有机碳含量为0.15%～0.22%，氯仿沥青“A”含量小于0.009 2%（甚至更低），镜质组反射率最高为4.74%；而距离辉长岩越远，烃源岩的成熟度越低，有机质含量越高，如在距辉长岩16.6 m处烃源岩的镜质组反射率迅速降至0.61%，而总有机碳含量为6.27%，氯仿沥青“A”含量为0.547 8%［1］。表明岩浆活动不仅促进了烃源岩生烃，也显著提高其排烃率。

3 岩浆活动对油气聚集的控制作用

3.1 岩浆活动与油气源控论

油气生成是油气聚集的前提和基础。油气生成后往往围绕生烃中心聚集成藏，距离生烃中心越近，油气越丰富，即所谓的油气源控论。侵入岩就像地下巨大的加热器，促进了周围烃源岩的生烃演化及油气生成，在其周围形成生烃中心；因此，岩浆活动往往形成以侵入岩体为中心的油气聚集带。例如华北地区的煤层气高丰度带多分布于侵入岩周围，其中阜新盆地王营井田属于超级瓦斯矿，曾发生14次瓦斯突出，11次发生于侵入岩附近，1985—1987年共涌出瓦斯791.2×104m3［6］。此外，沁水盆地的煤层气富集区也多存在岩浆活动，表明岩浆活动对油气聚集具有重要的控制作用［7］。

由于油气生成后往往发生运移或溢散，油气生成时间越早，散失量越多，越不利于最终的聚集成藏；因此，岩浆活动的时间对岩浆活动区的油气聚集非常重要。沾化凹陷中东部地区的岩浆活动分为中生代和新生代2大旋回。中生代末期的燕山运动使东部盆地整体抬升，先前生成的油气散失殆尽，因此中生代的岩浆活动不利于油气聚集成藏，而新生代的岩浆活动则有利于油气的生成和聚集成藏。

3.2 岩浆岩对油气的储集作用

岩浆岩可以成为较好的储层，如东营凹陷纯西地区通81-51井辉长岩及其变质泥岩储层的产油量达95.2 t/d，沾化凹陷罗家地区和惠民凹陷商河地区的侵入岩储层也具有较高的产量，但岩浆岩的储集空间分布很不均衡。根据成岩作用，侵入岩一般可分为边缘相和中心相2个相带。其中，边缘相的储集空间较为发育，储集空间类型包括裂缝、气孔和溶孔，并以裂缝为主。由于边缘相位于岩浆岩边部，所以冷凝速度快，形成了许多收缩裂缝；气孔是随着岩浆温度的下降，其中的气液组分溢出，在岩浆岩边缘形成的众多圆形孔洞；溶孔为地层中的有机酸溶蚀岩浆岩中的长石等矿物所形成的孔隙。

3.3 岩浆活动对围岩储集性能的改造作用

3.3.1 岩浆活动使围岩产生裂缝

现场观察发现，阜新盆地王营井田的岩浆岩周围发育大量的天然焦裂缝，密度达100条/m，高变质煤裂缝密度为40条/m，且距离岩浆岩越近，其围岩的裂缝越发育［6］。渤南洼陷渤深5井沙四段储层为泥（灰）岩，累积厚度为4层20.4 m，储集空间主要为裂缝，且裂缝中充填焦沥青。这些裂缝的成因主要为：①岩浆活动形成巨大的构造应力，导致围岩产生大量的挤压裂缝；②高温岩浆加热周围泥岩，产生温度应力，由于泥岩中各种矿物的热膨胀系数不同，导致泥岩形成大量的收缩裂缝；③高温岩浆加热地层水及泥岩，产生水热增压和生烃（及二氧化碳）增压作用，形成大量的超压裂缝。因此，岩浆活动产生的构造应力、温度应力、水热增压作用、生烃（及二氧化碳）增压作用非常强烈且复杂，导致围岩形成大量的裂缝，进而改善其储集性能。

3.3.2 岩浆活动使围岩产生有机孔隙

Daniel研究发现，泥质烃源岩中发育许多微小孔隙，这些孔隙以有机质生烃形成的孔隙为主，且泥岩的孔隙度与有机质的烃转化率成正比，即烃转化率越高，泥岩潜在的有机孔隙度越大［8］。假设泥岩有机质的质量分数为7%，则其体积分数为14%，若有35%的有机质发生转化，则泥岩的孔隙度可增加4.9%。所以，高温岩浆在显著提高周围泥岩成熟度的同时，也必然使其产生大量的有机孔隙。此外，岩浆岩附近煤岩中有机孔隙更为发育。扫描电镜发现，岩浆岩的高温使淮北矿区海孜煤岩形成大量的热解气孔，距离岩浆岩岩床60～160 m煤岩的微孔和BET比表面积明显增加［9］。

3.3.3 岩浆热液对围岩的溶蚀作用

岩浆热液中的二氧化碳、硫化氢和二氧化硫具有一定的酸性，能够溶解地层中的许多矿物（尤其是碳酸盐等），并产生溶蚀孔隙。岩心观察发现，渤深3井奥陶系5 041.9 m附近碳酸盐岩的溶孔非常发育，且形状不规则，直径为3～5 cm，差别较大，一些溶孔充填粒状黄铁矿和黄铜矿；分析认为，这些孔隙主要为岩浆热液溶蚀所形成。此外，沾化凹陷渤深6-5井奥陶系侵入岩附近碳酸盐岩的储集空间非常发育，且油气层主要分布于岩浆岩附近（图1），也表明岩浆活动显著提高了围岩的储集性。

图1 沾化凹陷渤深6-5井奥陶系碳酸盐岩油层与侵入岩分布的关系

3.3.4 岩浆热液对围岩的交代作用

岩浆热液中的一些成分对地层中的灰岩具有较强的交代作用，如白云岩化作用和萤石化作用等。白云岩化作用是岩浆热液中的Mg2+交代地层灰岩（CaCO3）中的Ca2+，形成热液白云岩。同体积灰岩转化成同体积的白云岩时，可形成众多的晶间孔和晶间溶孔，使孔隙度增加13%。如塔里木盆地塔中地区寒武系灰岩的白云岩化作用即形成了许多的高产储层［10］。萤石化作用为岩浆流体中的氟化氢（HF）与地层中的灰岩（CaCO3）发生反应，生成萤石（CaF2）的过程。由于等量萤石的体积占位比碳酸钙要小，所以萤石化作用可在灰岩中产生更多的孔隙空间，使灰岩的孔隙度明显增大。方解石被等量萤石交代后，其孔隙空间可增加26.4%［11］。如塔里木盆地塔中45井灰岩的萤石化作用非常普遍，富萤石灰岩段（埋深为6 080～6 150 m）成为该井油气最主要的赋存部位；且在距岩浆岩约10 km处，灰岩的萤石化作用仍很普遍，表明岩浆流体的活动性很强、影响广泛［12］。此外，岩浆热液对围岩的交代作用还有硅化作用、黄铁矿化作用等。一些交代矿物往往充填于围岩的部分孔隙中，在一定程度上降低了储层的孔隙度，但整体上，岩浆热液的交代作用明显提高了储层的储集性。

3.4 岩浆活动对油气的高压增储作用

岩浆岩附近具有异常高压特征，其地层异常高压主要为岩浆的构造挤压和生烃（及二氧化碳）增压作用所形成。例如，沾化凹陷罗家地区的岩浆岩油气藏为典型的高压油气藏，其附近的渤深5井沙四段4 500 m处（附近发育岩浆岩）的压力系数为1.47；此外，阜新盆地王营井田发生多次瓦斯突出，也表明其岩浆岩附近存在异常高压。

研究表明，地层压力与含气量呈明显的正相关，即地层的压力越大，其对天然气的吸附能力越强，尤其是游离气含量随着地层压力的增大而增加。Chalmers等研究发现，地层压力越大，泥岩吸附气体的能力越强［13］。如地层压力从2.9 MPa增至17.6 MPa时，泥岩的吸附能力从0.03 cm3/g增至1.86 cm3/g，即地层压力增大6倍，泥岩的吸附能力增大约62倍。其原因为在地层压力较低的情况下，吸附气体须具有较高的结合能；随着地层压力的不断增大，所须的结合能不断减小，气体吸附量也随之增加［14］。此外，随着地层压力的增大，气体的压缩率也增大，从而增加了游离气的储存能力［15］。因此，岩浆活动形成的地层异常高压场显著提高了地层的含气量。

3.5 岩浆活动形成多种类型油气藏

岩浆侵入地层后可形成多种类型的油气藏，主要包括火山锥油气藏、岩浆岩遮挡油气藏、岩浆岩及围岩裂缝油气藏、岩浆岩穿刺油气藏等。其中，火山锥油气藏位于岩浆岩顶部，由于岩浆的构造挤压导致上覆地层产生大量的裂缝，且岩浆流体的溢出也在其顶部形成了众多的气孔等储集空间，使油气可以聚集成藏。岩浆岩遮挡油气藏为砂岩储层中的油气被岩浆岩床遮挡而形成的油气藏［16］。岩浆岩及围岩裂缝油气藏为油气在岩浆岩及其周围泥岩的裂缝储层中聚集所形成的油气藏［17］。岩浆岩穿刺油气藏为岩浆侵入并刺穿上覆岩层形成刺穿圈闭，使油气聚集形成的油气藏。

4 岩浆活动控制油气作用的影响因素

岩浆活动对油气的控制作用主要取决于岩浆类型、活动强度、活动方式、活动时间、岩浆岩与烃源岩的空间关系以及烃源岩发育及其中有机质和碳酸盐岩含量等。岩浆对油气的控制作用归根结底取决于其携带的深部热量和物质，以及这些热量和物质对烃源岩生烃演化和油气聚集作用的有效性。

岩浆类型 依据成分可将岩浆主要分为酸性、中性、基性和超基性等类型。不同类型岩浆的来源深度不同，其形成的温度也存在很大差异。酸性、中性、基性和超基性岩浆形成的温度分别为700，900，1 100和1 300℃；其对周围地层（或烃源岩）的热作用程度以及对储层的改造程度均存在明显差异。

活动强度 岩浆活动强度越大，岩浆的体积越大，其携带的深部热量和物质越多，对附近烃源岩的生排烃作用影响越显著，致使围岩产生的裂缝和孔隙也越多。

活动方式 依据形态及其与围岩的关系，可将侵入岩进一步分为岩基、岩墙、岩床、岩脉和岩盖等。其中岩床往往沿泥岩或煤岩顺层展布，而岩墙则为高角度切割地层。岩床携带的深部热量和物质能够更好地作用于周围的烃源岩，对烃源岩生排烃以及储层的改造作用更为显著。

活动时间 裂谷盆地发育多期次的岩浆活动。每期岩浆活动均对附近烃源岩的生烃演化及油气生成具有重要的促进作用，但生成的油气往往由于构造运动而散失；因此，越晚期的岩浆活动对油气藏的保存越有利。

岩浆岩与烃源岩的空间关系 由于岩浆对周围地层（或烃源岩）的高温、高压和化学作用的范围有限，因此只有在作用范围内才能产生生排烃、储层改造等作用。

烃源岩发育及其组分 主要包括烃源岩的厚度、分布范围及其中有机质或碳酸盐岩含量等。烃源岩中有机质或碳酸盐岩等含量越高，岩浆岩对其生烃量（或二氧化碳）的促进作用也越大，产生的生烃压力也越高，且可以形成更多的裂缝。此外，碳酸盐岩含量越高，岩石的脆性越大，也越易于形成裂缝。

5 结束语

裂谷盆地岩浆活动强烈。岩浆以其高温、高压及活跃的化学性质不仅显著促进了油气生成，而且改善了围岩的储集性，并形成异常高压场以及多种类型的圈闭，进而控制了油气的聚集成藏。岩浆岩区往往发育高效、相对独立、复杂的含油气系统，是油气勘探的有利区域。此外，裂谷盆地岩浆岩区的油气资源丰富、性质异常、分布复杂，在油气成因研究、油气源追踪以及勘探开发中应引起高度的重视。

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编辑 邹潋滟

TE112.26

A

1009-9603（2014）01-0001-05

2013-11-01。

万丛礼，男，研究员，博士，从事油气勘探方面的研究。联系电话：13074357950，E-mail：wancli2003@aliyun.com。