陆家堡凹陷白垩系下统火成岩储层特征及成藏模式

宫振超

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

火成岩是各类盆地充填序列的重要组成部分，也是油气的主要储集岩之一。20世纪70年代以来，我国东部许多中生代盆地陆续发现了火成岩油气藏[1]。辽河外围盆地各中生代凹陷白垩系下统火成岩广泛发育，早在20世纪90年代，龙湾筒、张强等凹陷在火成岩中就获得油气发现，随着勘探程度的提高，火成岩油藏逐渐成为辽河外围重点勘探领域。本文以陆家堡凹陷为研究区，重点对白垩系下统火成岩储层特征进行研究，结合区内近几年火成岩勘探实例，对火成岩成藏控制因素进行分析，并建立不同类型火成岩油藏成藏模式。

1 区域地质概况

陆家堡凹陷位于内蒙古赤峰和通辽市境内，是辽河外围盆地内的一个次级负向构造单元，是在海西褶皱基底上形成的中生代残留型凹陷，面积约为2 620 km2，埋深4 500 m。其所在辽河外围盆地大地构造位置处于华北板块北缘和黑龙江板块南缘之间的过渡带，是中国东部大陆边缘东西向分布的古亚洲构造域和环(滨)太平洋构造域构造叠加作用最明显的地区，也是中国东部中生代构造活动和岩浆活动最强烈的地区之一。早白垩世是辽河外围盆地诸多中生代凹陷的主成盆期，各凹陷在该时期构造活动可以划分为强烈断陷期(义县期)、快速沉降期(九佛堂期)、稳定沉降期(沙海期)、断陷消亡期(阜新期)四个发育时期，不同时期伴随着不同级次、不同类型的岩浆活动，其中强烈断陷期(义县期)岩浆活动强度最大，波及范围最广。

2 火成岩岩性、岩相特征

2.1 火成岩岩石类型及分布特征

根据区内钻井、井壁取心观察描述及薄片分析化验结果，采用松辽盆地火成岩岩性分类方案[2]，该区白垩系下统火成岩发育火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩、沉火山碎屑岩和浅成侵入岩等五大类岩性，具体包括安山岩、玄武岩、粗安质凝灰熔岩、安山质凝灰岩、沉凝灰岩、流纹斑岩等23种岩石类型，以中基性为主。

目前区内完钻井揭示，义县组发育多个火山机构，火成岩以喷出岩为主，多围绕火山机构环带状分布，火山机构中心岩性以安山质、粗安质角砾熔岩为主，近缘相带发育安山岩、凝灰岩等，远缘相带发育沉火山碎屑岩(图1)。九佛堂组局部发育火成岩，岩性多为火山碎屑岩，三十方地洼陷区发育流纹斑岩、辉绿岩等浅成侵入岩。沙海组、阜新组凹陷东部发育多套火成岩，岩性以玄武岩、辉绿岩等基性岩为主，局部见流纹岩等酸性岩类。

图1 义县组火成岩岩性平面分布

2.2 火成岩岩相特征

本次研究喷出岩岩相划分主要采用松辽盆地5相15亚相划分方案[3]，而侵入岩岩相划分主要参照邱家骧教授2001年在《岩浆岩岩石学》一书中提出的划分方案。以区内完钻井揭示火成岩为依据，从火成岩的成岩方式、岩性、结构、构造特征等方面进行岩相划分，该区喷出岩主要发育火山通道相火山颈亚相、隐爆角砾岩亚相，爆发相空落亚相、热碎屑流亚相，喷溢相下部亚相、上部亚相，火山沉积相含外碎屑火山碎屑沉积岩亚相约4相8种亚相；侵入岩本区主要为浅成侵入亚相。经统计，区内火成岩岩相以爆发相空落亚相最为发育，其次为喷溢相下部亚相及上部亚相，爆发相的热碎屑流亚相、火山通道相、火山沉积相及侵入相相对较少(表1)。

表1 陆家堡凹陷火成岩岩石类型划分

3 火成岩储层特征

3.1 储集空间类型

本区火成岩储层为孔隙-裂缝型非均质性储层，根据岩性、铸体薄片、扫描电镜等资料分析，储集空间发育有原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类[4]。

3.1.1 原生孔隙

原生气孔：为含有大量气液包裹体的火山物质喷出地表时在流动单元的上部遗留下来的后期未充填物质所形成的气孔，是该区主要的原生孔隙。本区常见于安山岩、玄武岩、粗面岩等火山熔岩，在火山角砾岩、酸性侵入岩中也相对发育。气孔形态圆形、椭圆形居多，也见线型及不规则形态，分布相对均匀，连通性整体稍差。

杏仁体内孔：为原生气孔被绿泥石、方解石、沸石等矿物未充填满形成的残余孔隙，孔隙形态多为不规则状。本区多发育于安山岩、玄武岩、安山质玄武岩中。

砾/粒间孔隙：火山碎屑快速堆积时，砾石及颗粒经过压实作用固结成岩后形成的残余孔隙，或火山碎屑熔岩形成过程中熔浆未完全充填形成残余孔隙。孔隙形态不规则，通常沿碎屑边缘分布，连通性较好，是主要的原生孔隙。

3.1.2 次生孔隙

晶内溶蚀孔：斑晶被地下水或有机酸溶蚀产生的孔隙，孔隙形态不规则，若完全溶蚀矿物，则保留原晶体假象。区内安山岩、玄武岩常见。

基质内溶蚀孔：基质中的玻璃质脱玻化或微晶长石被溶蚀产生的孔隙，为细小的筛状孔，具有一定的连通性，酸性岩常见。

3.1.3 裂缝

炸裂缝：炸裂缝是由于挥发成分在某一部位聚集，造成局部压力剧增而发生隐蔽爆炸，或到达地表的岩浆由于压力突然释放而产生的矿物晶体炸裂缝，以及岩浆期后原岩在高压热液流体作用下形成的隐爆角砾缝，该区主要表现为长石、角闪石、辉石的炸裂缝和隐爆角砾岩中的隐爆角砾缝。

构造裂缝：火成岩成岩后受构造应力作用产生的裂缝，岩体相对致密则构造裂缝相对发育。早期形成的裂缝易被充填，晚期裂缝多被保留，形态不一，有横向、纵向，也有交错的。构造裂缝不仅可以作为油气的储集空间，还是油气运移的主要通道。

充填-溶蚀构造裂缝：被充填的构造缝隙，后经溶蚀重新开启成为有效储集空间，多保留原裂隙形态，溶蚀构造孔隙，连通性较好。

3.2 储层物性特征

火成岩储层物性是火成岩储层评价研究的重要参数，也是油气成藏的关键。基于区内11口井136个样品的物性分析化验资料，从火成岩岩性、岩相与物性关系方面展开研究(图2)。

图2 陆家堡凹陷火成岩岩性、岩相与物性关系直方图

火山通道相火山颈亚相的安山质角砾岩和爆发相热碎屑流亚相的凝灰(熔)岩储层物性最好，属于特高孔低渗/特低渗储层；其次为火山通道相隐爆角砾岩亚相的安山质隐爆角砾岩、爆发相空落亚相的角砾凝灰岩及浅成侵入相的流纹斑岩，属于高孔低渗/特低渗储层；本区喷溢相上部亚相的气孔块状安山岩样品，气孔及微裂缝发育较少，储层物性相对较差，属于中孔特低渗储层；喷溢相下部亚相的块状安山岩在局部构造裂缝发育的块状熔岩段，亦能够成为良好的裂缝型储集空间。

特别说明。火山碎屑岩尤其是凝灰岩，成岩作用与沉积岩相似，以压实作用为主。目前钻井揭示区内大部分火山碎屑岩埋深相对较浅(600～1 900 m)，受差异压实作用相对较弱，岩心观察岩体较为疏松、粒间孔隙发育，物性较好。这与松辽盆地埋深多大于3 000 m、物性很差的凝灰岩储层有明显不同。

3.3 储层储集性影响因素

火成岩储层储集性具有较强的非均质性，受岩性、岩相、成岩作用、构造运动、岩浆活动等多个因素的影响。

(1)岩性：岩性是火成岩成为储层的前提，不同岩性具有不同的物理、化学特征，这也导致不同岩性具有不同孔渗性。普遍认为，一般情况下酸性岩类物性最好、中性岩其次、基性岩最差[5]，即与矿物成分有关，但后期改造作用的影响使得这种规律并不绝对。

(2)岩相：火成岩的空间分布、储层特征与其所处火成岩相带密切相关，同一岩性处于不同相带，储集性差异可能很大。区内勘探实践表明，火山机构中心相带火成岩储集性能最好，其次是近缘相带，远缘相带储层储集性能最差。

(3)成岩作用：冷凝固结成岩的火山熔岩其物性特征不随埋深的增加而变差，或者变化很小，压实固结成岩的火山碎屑岩物性随埋深增加逐渐变差[3]。成岩环境的不同决定原生孔隙、裂缝发育程度的不同，而后期充填、溶蚀、风化淋滤等作用的影响决定次生孔隙及裂缝特征的差异性。研究区后期成岩作用较强，在储层改造方面起到至关重要的作用。

(4)构造运动：研究区早白垩世受燕山运动影响，构造活动频繁。强烈的构造运动使得火成岩产生了多期次构造裂缝。不仅提高了原生气孔的连通性，丰富了储集类型，对后期油气运移也提供了方便。

(5)岩浆活动：一方面岩浆活动为沉积盆地带来热液流体，携带有pH值小于或等于4的弱酸性流体，对热液经过的孔隙通道进行酸化处理，随之增加孔隙度和渗透率[6]。另一方面，相对微弱的岩浆活动使得早期形成的火成岩产生构造裂缝。

4 火成岩成藏模式

4.1 油藏控制因素分析

研究区火成岩油藏受源岩供给、构造应力作用、火山机构特征及岩浆活动时间等多重因素控制。

4.1.1 充足的油源供给是火成岩成藏的根本因素

火成岩成藏条件苛刻，充足的油源供给是根本因素[7]。陆家堡凹陷九佛堂组及沙海组中下部发育优质源岩，烃源岩最大厚度近1 400 m，总面积约800 km2。辽河外围诸凹陷特有的石油地质条件决定了油气以短距离运移为主[8]，因此与源岩充分接触的火成岩成藏条件更为有利。义县组顶部风化壳、与源岩侧向接触的义县组火成岩内幕及源内发育的火成岩体均具有充足油源供给的先决条件。

4.1.2 构造应力作用增加了火成岩成藏几率

构造应力作用主要体现在构造运动直接产生的应力或后期岩浆活动对先期形成火成岩产生的应力。区内多期次构造运动使得断裂极其发育，一是改善火成岩储集条件，裂缝更发育，气孔、杏仁发育段连通性提高，例如库2井区；二是长期持续活动的同沉积断裂更有利于油气运移疏导。岩浆活动同样具有多期次的特点，先期形成的火成岩易被后期岩浆上涌产生的应力作用形成裂缝，改善储层，以庙31井区为代表。因此，构造应力作用改善了火成岩储集性及油气疏导条件，增加了成藏几率。

4.1.3 火山机构特征决定油藏的分布

区内发育单锥复合层火山机构、火山碎屑锥火山机构及侵入岩火山机构等三种类型，该区勘探实践证实，火山机构岩相、形态特征等因素决定有效储层分布，在充足油源供给前提下，进而决定形成油藏的性质及分布特征。

4.1.4 岩浆活动时期关系到火成岩油藏能否被有效保存

陆家堡凹陷烃源岩主要排烃期为阜新末期-晚白垩初期，在此之后的岩浆活动对已形成的火成岩油藏起破坏作用，区内交力格洼陷就发现相关实例。因此岩浆活动时期决定火成岩油藏能否得到较好的保存。

4.2 成藏模式建立

依据火成岩油藏赋存层位及储层岩石类型，将区内火成岩油藏划分为义县组火成岩油藏、九佛堂组火山碎屑岩油藏及九佛堂组侵入岩油藏等三种类型，并建立相应的成藏模式。

4.2.1 义县组火成岩油藏成藏模式

义县期火成岩油藏按其所处部位可细分为义县组顶部风化壳油藏和内幕油藏。油气主要来自九佛堂组优质源岩，供油方式以侧向供油为主，以长期活动的大断裂为主要窗口，义县组顶部风化壳可通过地层不整合面接受来自九佛堂组底部源岩倒灌的油气。该组主要发育单锥复合层火山机构，存在多个旋回期次，储层与致密层互层分布，火山机构近缘有利相带火成岩裂缝、气孔发育，储层物性好，为主要的储集体(图3)。

图3 义县组火成岩油藏成藏模式

4.2.2 九佛堂组火山碎屑岩油藏成藏模式

火山碎屑岩油藏是一种特殊的火成岩油藏类型，其储集体为火山碎屑岩，形成于富含挥发分的熔浆猛烈喷发，在空中撕裂成细小的碎片，冷凝固结并降落在火山口附近形成的锥体，即火山碎屑锥体。目前区内庙31块为该类型油藏的代表，火山碎屑锥发育在义县组古构造背景之上。储集层岩性主要为安山质凝灰角砾岩、沉凝灰岩等，储层埋深在1 200 m左右，受差异压实作用不强，后期受构造应力及溶蚀作用改造，储集性能大大改善。九佛堂组发育的优质源岩保证了油气的充注(图4)。

4.2.3 九佛堂组侵入岩油藏成藏模式

钻井揭示九佛堂组及沙海组发育多期侵入岩体，目前仅库伦塔拉洼陷区的库2井在九佛堂组获高产工业油流。储层岩性为流纹斑岩，气孔发育，斑晶主要成分为石英、碱性长石，含量20%左右。该套岩体经鉴年为阜新早期侵入，而库2井区阜新末期构造活动频繁，储层在构造应力作用下形成多期裂缝，钻井取心、成像测井资料显示裂缝非常发育，具有较好的储集条件。该套岩体直接深入到九佛堂组湖相暗色泥岩中，源储充分接触。沙海组沉积的大套泥岩及阜新组顶部发育的厚层玄武岩提供了较好的封盖条件(图5)。

图4 九佛堂组火山碎屑岩油藏成藏模式

图5 九佛堂组侵入岩油藏成藏模式图

5 结论

(1)陆家堡凹陷白垩系下统发育5类23种火成岩岩石类型，以中基性为主：义县组火成岩广泛发育，主要为喷出岩；九佛堂组火山碎屑岩最发育，局部揭示浅成侵入岩；沙海组、阜新组以基性岩为主，局部见酸性岩类。区内主要发育火山通道相、爆发相、喷溢相、火山沉积相、浅成侵入相等5相9种亚相，爆发相最为发育，喷溢相其次。

(2)本区火成岩储层为孔隙-裂缝型非均质性储层，主要发育3类8种储集空间类型。初步建立储层物性与岩性、岩相关系，火山通道相火山颈亚相的安山质角砾岩和爆发相热碎屑流亚相的凝灰(熔)岩储层物性最好。储层储集性受岩性、岩相、成岩作用、构造运动、岩浆活动等多个因素的影响。

(3)火成岩油藏形成受多重因素控制：充足的油源供给是火成岩成藏的根本因素；构造应力作用增加了火成岩成藏几率；火山机构特征决定油藏的分布；岩浆活动时期关系到火成岩油藏能否被有效保存。依据火成岩油藏赋存层位及储层岩石类型，划分为义县组火成岩、九佛堂组火山碎屑岩及九佛堂组侵入岩三类油藏，并建立相应的成藏模式。

[1] 邵正奎，孟宪禄，王洪艳，等. 松辽盆地火山岩地震反射特征及其分布规律[J].长春科技大学学报，1999，29(1):33-36．

[2] 王璞珺，郑常青，舒萍，等．松辽盆地深层火山岩岩性分类方案[J].大庆石油地质与开发，2007，26(3)：6-14．

[3] 王璞珺，迟元林，刘万洙，等．松辽盆地火山岩相：类型、特征和储层意义[J].吉林大学学报(地球科学版)，2003，33(4)：449-456．

[4] 王璞珺.盆地火山岩：岩性·岩相·储层·气藏·勘探[M].北京：科学出版社，2007：9-113．

[5] 赵澄林，孟卫工，金春爽，等.辽河盆地火山岩与油气[M].北京：石油工业出版社，1999：64-90．

[6] 郭占谦，康大臣，王卓卓.具中国特色的石油地质理论-火山活动在中国油气田形成中的重要作用[J].新疆石油地质，2010，31(4):429-433．

[7] 李辉, 李媛, 谢伟. 辽河油田东部凹陷中段火山岩油气藏成藏特征[J].石油地质与工程，2011，25(6):5-8．

[8] 殷敬红, 雷安贵, 方炳钟，等. 辽河外围中生代盆地“下洼找油气”理念[J].石油勘探与开发，2008，35(1):6-10．