火成岩在阳信洼陷油气成藏中的地质意义

2014-10-18吴智平

特种油气藏 2014年4期

张波，吴智平，刘华

(1.中国石油大学，山东青岛 266555;2.中石化胜利油田分公司，山东东营 257015)

引言

阳信洼陷油气勘探始于1960年钻探的华7井，是济阳坳陷油气勘探最早的地区，早期勘探层系以沙三段为主，但是由于研究区地层埋藏深度相对较浅(沙三段最大埋深为3400 m)，资源潜力不足，油气勘探一度徘徊不前，仅在洼陷西部潜山带建成了八里泊CO2气田，在古近系找到少量低熟油和生物气[1－2]。2002年于阳信中部构造带完钻的阳101井，在沙四上段获得日产20.2 t/d的工业油流，实现了阳信洼陷油气勘探较大的突破。地化资料分析表明，阳101井原油来自沙四上亚段成熟烃源岩[3]，其成因与该区广泛分布的火成岩存在着密切的关系[4]。为了进一步明确阳信洼陷勘探潜力与方向，从火成岩分布研究入手，系统总结了火成岩在阳信洼陷油气成藏中的重要地质意义，以期为今后的油气勘探提供地质依据。

1 地质概况

阳信洼陷位于惠民凹陷东北部，北靠无棣凸起，南与林樊家构造呈超覆接触，是一个典型的北断南超的箕状断陷盆地，勘探面积约为1300 km2。由北向南分为北部断裂带、中部洼陷带、南部惠城鼻状构造带。由于受惠城鼻状构造由南向北延伸，将洼陷带分割成温家次洼和阳信次洼。阳信次洼火成岩异常发育，是惠民凹陷乃至济阳坳陷岩浆活动最强烈的地区之一[5]，沙三段火山岩的堆积形成局部隆起，后期沉积地层披覆其上形成了一个背斜构造带——商店背斜构造带(图1)。

截至目前，研究区共完钻探井46口，2口获工业油流，6口获工业气流，5口低产。有22口探井钻遇火成岩，除阳5井外，其余21口井均位于阳信次洼，平面分布广，纵向厚度大，最大单井钻遇厚度为阳17井的906 m。如此广泛分布的火成岩，对于阳信洼陷这样的浅洼陷的油气成藏有着非常重要的作用。

2 火成岩空间分布特征

2.1 岩浆活动主要作用时期

根据与火成岩有关的古生物、地层对比及同位素年龄分析，阳信洼陷岩浆活动主要分为3个时期:沙四期、沙三期和馆陶期[7－8]，其中以沙三期喷发最为强烈，其次是馆陶沙四期强度较低。

沙四期是断陷盆地初始发育阶段，断裂活动较弱，因此岩浆活动较弱，仅阳25、沙3这2口井钻遇喷发岩，其中阳25井钻遇玄武岩共25.0 m，沙3井仅为6.6 m。其余探井钻遇的火成岩均为侵入岩，推测沙四段侵入岩主要是在后2期岩浆活动时侵入。

图1 阳信洼陷构造纲要

沙三期是断陷盆地发育的鼎盛时期，断裂活动强度大，也是火成岩最为发育的时期。该期岩浆活动特点是持续时间长、喷发次数多，阳25井于沙三段钻遇玄武岩821 m，喷发次数20余次。并且岩浆活动表现为水下喷发，证据之一是多口井在玄武岩岩心中见到螺化石，证据之二是两期玄武岩之间往往以油页岩、油泥岩相隔。在岩浆喷发的同时还伴随着大规模的岩浆侵入，如阳18井在沙三段钻遇的侵入岩累计厚度达380 m。

馆陶期为盆地拗陷阶段初期，断裂活动基本停止，因此岩浆活动规模明显低于沙三期，仅存在局部的小规模活动，主要发育在商店背斜构造带以西，呈柱体状刺穿沙四段—东营组地层，火山岩柱体两侧地层常常伴随有岩浆的侵入。

2.2 火成岩空间分布特征

2.2.1 火成岩地震反射特征

在地震资料上对火成岩的识别是结合钻井、测井和地质等信息，利用火成岩在各种地震信息上的表现来定性、定量识别以及标定火成岩[9]。通过识别与标定，阳信洼陷火成岩类型包括喷发岩与侵入岩两大类。

喷发岩有蘑菇状地震相和丘状地震相2种相类型，其中蘑菇状地震相主要为沙三段喷发岩，顶面反射为中强振幅，后期沉积地层超覆或披覆其上，内部反射杂乱，与围岩地层反射以突变接触(图2a);丘状地震相为馆陶期喷发岩，顶面反射亦为中强振幅，后期沉积地层披覆其上，火山颈不清楚，内部反射有层次，与围岩地层反射接触面清晰可辨(图2b);由于沙四段喷发岩规模较小、厚度薄，因此在地震资料中反射特征不明显。

图2 阳信洼陷火成岩地震相特征

2.2.2 火成岩空间分布

在火成岩识别的基础上进行了全区追踪与描述，明确了火成岩空间分布特征。从东西向火成岩分布剖面示意图上(图3)可以看出，横向上火成岩主要分布东部的阳信次洼，西部仅在阳信断层附近分布;纵向上主要分布在奥陶系、沙四段、沙三段、馆陶组。奥陶系火成岩类型为侵入岩，岩性是辉长岩，侵入时期为古近纪[10];沙四段火成岩类型以侵入岩为主，岩性为辉绿岩;沙三段喷发岩、侵入岩均较发育，其中阳16—阳17井一线是主要喷发区，发育阳16、沙4井2个火山口，2口井沙三段钻遇的地层均为玄武岩，其两侧的阳17、阳25井钻遇地层岩性为玄武岩、凝灰岩及砂泥岩;馆陶组火成岩类型为喷发岩，火山口分布较为局限，其两侧沙三、沙四段侵入岩较发育。

图3 阳信洼陷东西向火成岩分布剖面示意

平面上(图4)，火成岩主要分布在阳信次洼，其中沙四段火成岩以侵入岩为主，叠合面积约为165 km2，厚度中心位于阳18井区，最大厚度近400 m，喷发岩仅阳25、沙3井钻遇，分布范围较小;沙三段喷发岩主要分布在阳18—阳17井一带，自西向东存在3个火山口，分别位于阳18、阳16、沙4井区，火山口集中分布在北西向展布的劳家店断裂带下降盘，叠合面积约150 km2，沙三段侵入岩主要分布在阳1—阳24井一带，叠合面积约155 km2，厚度中心位于阳15井区，最大厚度近700 m;馆陶组喷发岩主要分布在阳1—阳18井一线，平面上呈串珠状分布，一共描述火山口10个，总面积为2.8 km2，最大的火山口面积为0.6 km2，最小的火山口面积仅为0.28 km2。温家次洼仅在八里泊断裂带有火成岩发育，面积约为1.5 km2。各期次火成岩平面叠合面积约290 km2。

图4 阳信洼陷火成岩平面分布

3 火成岩的石油地质意义

3.1 提升了资源潜力

阳信洼陷是一个小型浅洼陷，火成岩的加入大大提升了资源潜力，使其勘探价值倍增。

岩浆活动可以提供直接气源[10－11]，岩浆将幔源CO2从地层深处携带至浅层，遇到合适圈闭聚集可形成CO2气藏。阳信洼陷岩浆活动规模大，CO2资源量相当可观，据郭栋等的综合评价，认为阳信洼陷CO2资源量在100×108m3以上[10]。

另外，火成岩对烃源岩生烃具有较强的促进作用，火成岩带来的异常热源可以提高地温场，形成特殊的油气地球化学场，促使烃源岩中的有机质成熟，加大了烃源岩的生排烃量[8，12－13]，通过阳信洼陷东、西次洼烃源岩评价对比可以看出(表1)，阳信次洼火成岩发育，其烃源岩成熟度及烃产率明显高于无火成岩发育的温家次洼，说明火成岩作用促进了烃源岩生烃演化。在考虑火成岩作用前提下重新估算了阳信洼陷的资源量，仅沙四上亚段成熟油资源量就达到1.8×108t，具有较大的勘探潜力[3]。

表1 阳信洼陷东、西次洼烃源岩评价对比

3.2 可作为良好储层

火成岩冷却结晶产生的晶间孔隙、火成岩气孔，构造运动产生的微裂缝以及油气水介质溶解产生的次生孔隙等，这些均可成为火成岩储层中的良好储集空间。阳信洼陷火成岩段共解释油层76 m(33层)，油水同层210.3 m(14层)，含油水层185.5 m(12层)。这些含油气火成岩储层中，玄武岩与安山质玄武岩占78%，凝灰质角砾岩占12%，辉绿岩占10%。通过统计阳16、阳161、阳25等5口井91块岩心样品的孔渗数据，孔隙度一般为1.6% ～25.3%，渗透率为 0.08×10－3～80.00×10－3μm2，储集物性较好，同时也反映了火成岩储层具有较强的非均质性。储层的非均质性主要取决于火成岩岩相，喷发岩相的物性好于侵入岩相，而喷发岩相中顶板微相由于气孔、溶孔十分发育，其物性较中间微相好[5]。

3.3 形成了良好盖层

当大面积分布的火成岩覆盖于砂岩储层之上时，可形成良好的盖层条件。如商店背斜构造带，大面积分布的喷发岩形成了良好的区域盖层，火成岩覆盖之下已有4口井获得油气流。又如阳101井底部钻遇的侵入岩在地震上呈岩床状，岩性致密，分布面积约60 km2，厚度为100～200 m，可作为好的局部盖层，阳103、104井均于该套火成岩下部解释了油气层。

3.4 丰富了圈闭类型

研究区火成岩常以刺穿或斜交方式与砂泥岩接触，造成砂体不连通，可形成火成岩遮挡的岩性或构造－岩性圈闭。阳101井沙四段圈闭就属于构造－岩性圈闭，该圈闭向东部洼陷倾覆、向西尖灭于火成岩上，形成了在背斜构造背景上由火成岩遮挡的构造－岩性油气藏。

在喷发岩形成蘑菇状和丘状背景之上，后期沉积地层可形成超覆或披覆圈闭，这些圈闭是非常良好的聚油气圈闭[14]。在商店背斜构造带已经钻探到这种类型的油气藏，如阳25井火成岩顶部的稠油油藏和沙一段的构造气藏。

4 勘探方向

纵向上，阳信洼陷油气成藏主要受油气源所控制。2000年以前研究区主力勘探目的层为沙三段，共钻探探井35口，由于沙三段埋藏浅，烃源岩成熟度偏低，资源量较小[3]，因此钻探成功率非常低，所钻遇油藏均为低产稠油油藏。2000年以后随着对研究区火成岩及沙四上亚段资源潜力认识的深入，认为沙四上亚段成熟烃源岩资源潜力较大，并将沙四上亚段作为主力勘探目的层段，先后部署井位11口，分别在惠城鼻状构造带和商店背斜构造带获得勘探突破，如阳101井在沙四上亚段获得日产20.2 t/d的成熟油工业油流、在沙一段获得1.2×104m3/d的生物气流，阳251井在沙四上亚段获得的日产2.3×104m3/d的CO2气流，沙一段解释气层10.6 m，取得了较好的勘探效果。因此研究区有利勘探层系应以沙四上亚段为主，兼探沙一段。

平面上，工业油气流井主要分布在研究区东部火成岩发育区(图3)，因此阳信次洼是今后油气勘探的重点地区。由于喷发岩形成的蘑菇状和丘状正向背景上形成的超覆或披覆圈闭，埋深较浅，构造易于落实，并且距离油气源近，是油气聚集的最有利场所，应是下步优先勘探部署的区带;而对于因火成岩刺穿形成岩性或构造－岩性圈闭，多分布于沙三、沙四段，由于该层段火成岩发育规模大，且连片分布，大大降低了地震资料品质，造成该类圈闭落实难度较大，是研究区中远期重点勘探方向，在获得较好品质的地震资料的前提下可以进行勘探。