陆家堡凹陷火山活动与油气关系探讨

2015-04-27裴家学

石油地质与工程 2015年2期

裴家学

（中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦124010）

陆家堡凹陷是在海西期褶皱基底上发育起来的中生代凹陷［1］，地层自下而上依次为白垩系下统义县组、九佛堂组（分为上段和下段）、沙海组和阜新组。该凹陷位于内蒙古自治区通辽市和赤峰市境内，是开鲁盆地的一个次级构造单元，是辽河外围盆地勘探面积最大、资源量最丰富、勘探开发效果最好的凹陷。近几年在该凹陷的火山岩中获得重大突破，2012年，在位于陆家堡凹陷马北斜坡带的M31井九佛堂组下段火山碎屑岩中试油获日产127 m3的高产工业油流；在位于陆家堡凹陷库伦塔拉洼陷的K2井，沙海组钻遇流纹斑岩，试油日产油30.19 m3；2013年在该凹陷五十家子庙洼陷完钻的M35井，九下段凝灰质砂岩见油斑显示，试油日产油18.1 m3，展示了该地区火成岩以及火山－沉积碎屑岩的良好勘探前景。

1 区域地质构造特征

图1 陆家堡凹陷区域位置

辽河外围盆地位于大兴安岭东南角，松辽盆地西南缘，区内发育几条深大断裂，其中西拉木伦河断裂和嫩江－红山八里罕断裂在陆家堡凹陷交汇（图1）。嫩江－红山八里罕断裂穿过陆家堡凹陷东部地区，该断裂在浅层地震剖面上表现为一组左旋走滑断层。义县期，正是沿着这些断裂发生大规模的火山活动，形成多个断陷湖盆，这时期火山活动十分强烈、喷发期次多、岩性复杂，导致断陷幅度大，沉降速度快，凹陷内充满了各种火山岩。义县期火山强烈喷发之后，在其火山岩主体部位的东侧产生了新的塌陷型盆地，开始接受九佛堂组地层沉积，火山活动明显减弱，火成岩主要分布在陆家堡凹陷东部地区。通过钻探揭示和地震解释，可识别出6期火山活动，九下段时期喷发一期玄武粗安岩，地震上表现为杂乱反射、中－低频率、强振幅；九上段和沙海时期分别喷发一期玄武岩，地震上表现为连续中频率、强振幅；阜新组早期发生一次酸性岩浆活动，在乌拉格台地区阜新组钻遇600 m厚流纹岩，此次岩浆活动，在局部地区侵入沙海组地层，为流纹斑岩（K2井钻遇），地震上表现为低频率、弱－中振幅、连续性较好；阜新中晚期喷发两期基性玄武岩，而阜新晚期喷发的同时，在中央构造带大量岩浆侵入沙海组或阜新组地层，形成辉绿岩，振幅见强“双轨”现象，连续性好，易于识别。整体来看，从陆家堡凹陷西部到东部，从九佛堂早期到阜新末期，火山活动越来越强烈，个体数目越来越多、规模越来越大、并且受嫩江－红山八里罕断裂控制明显、沿该断裂呈串珠状分布（图2）。

2 火山活动与构造演化

图2 陆家堡凹陷九佛堂组－阜新组火成岩分布

早白垩世早期，在上地幔热隆起的区域背景下，地壳上部岩层出现拉张构造环境，产生一系列断裂，壳下深部熔融物质沿深大断裂向上运动，发生了大面积的火山喷发，堆积了巨厚的中性火山岩和火山碎屑岩（陆参1井凝灰岩揭露厚度大于700 m），一个内部凹凸不平的裂谷盆地雏形初步形成。

九佛堂组至沙海组时期，以基底卷入型生长断层发育为特征，这类断层断距大，从数百米至上千米不等，全部涉及盆地基底，断层走向主要为北东－北北东方向，与基底的区域构造线方向一致，它们控制了断陷的形成，沿断层走向局部发生火山活动，规模较小。

阜新组时期，构造运动伴随着大规模的火成岩侵入和火山岩喷溢，凹陷发生了区域性抬升，遭受不同程度的剥蚀，形成与上白垩统的角度不整合接触。受火山活动及左旋走滑断层的影响，沿着火成岩分布的条带，产生一系列的构造圈闭，特别是乌拉格台地区，受阜新期三次大规模的火山活动影响，地层不断隆升，构造发生反转形成背斜。

3 火山活动与生油

根据干酪根热解成油理论，干酪根需要一定的热环境才能向烃类转化，火山活动形成的岩浆带来了1 020～1 200℃的热能，火山活动形成了热液流体也带来了300～400℃的热能，这些热能向围岩传热，使围岩经历一个异常的热演化阶段。火成岩发育的LC1井地温梯度为4.13℃／100 m，而火成岩欠发育的交力格洼陷的LC2井地温梯度为3.66℃／100 m，火山活动对地温梯度影响较大。从镜质体反射率来看，LC1井1 000 m 至1 600 m 镜质体反射率值明显大于LC2井，均大于0.5%，进入成熟生油门限（LC2井的生烃门限为1 650 m）。乌拉格台地区火山活动十分强烈，乌3井钻遇多期厚层火成岩，该地区烃源岩成熟度高，达到高成熟和过成熟阶段（表1）。因此大量火山活动，使得地温梯度增高，加速了生油岩有机质的成熟演化［2－5］。

表1 陆家堡凹陷镜质体反射率

4 火山活动与储集层

火山活动使岩浆喷出地表或侵入沉积岩中，直接带来了火成岩储集层，同时同沉积火山活动或物源区火成岩的风化剥蚀为沉积岩带来了火山碎屑成分形成火山－沉积碎屑岩储集层。

4.1 火成岩储集层

根据目前的钻探情况，陆家堡地区义县组火山活动频繁，火山岩广覆式分布（只有陆西的M30井揭示碎屑岩夹层）。岩性主要有安山岩、玄武岩、玄武安山岩、粗安岩等。岩相主要发育火山通道相、喷溢相、爆发相和火山沉积相。从九佛堂时期开始，该地区以沉积为主，但在东部地区火成岩相对较为发育，主要发育玄武粗安岩、玄武岩、流纹岩、流纹斑岩、辉绿岩等。储集空间类型主要有原生气孔、杏仁体内孔、溶蚀孔、砾间孔、构造缝、炸裂缝。从钻井取心和成像测井资料来看，每一期次旋回的底部与顶部气孔较发育，而断层附近构造应力集中地区裂缝更为发育，气孔与裂缝发育程度与岩性关系不大，因此大断层附近的火成岩可以作为优质储层。

4.2 火山－沉积碎屑岩储集层

陆家堡凹陷九下段普遍发育凝灰质砂岩，按岩石分类标准，为火山－沉积碎屑岩类。砂岩中的凝灰质可分为降落型成因与搬运型成因［6－8］，本地区九下段凝灰质成因主要是空落型，原因有三点：①该地区九下段、九上段、沙海组以及阜新组沉积时期物源区基本不变，但只有九下段含有大量凝灰质；②同一期砂体中凝灰质含量变化不大，如果是搬运型成因，随着搬运距离的长短，分选磨圆的变化凝灰质含量也会有较大的变化，同时该地区泥岩中也含有大量凝灰质；③九下段时期火山活动还未完全停止，洼陷内存在一些小规模火山活动，但大兴安岭仍在大规模持续火山喷发，大量火山灰随风飘至该地区降落于凹陷中沉积下来。

整体来看，凝灰质砂岩储层物性差，属于低孔低渗特低渗储层，但在局部地区，储层物性较好，例如马家铺高垒带九下段平均孔隙度为19.2%，渗透率为16×10－3μm2，前河L1块九下段平均孔隙度为20%，渗透率为29.8×10－3μm2，为中孔低渗储层。从镜下微观照片和岩心可以看出，溶蚀孔和微裂缝非常发育，储层物性较好。分析认为，一方面，凝灰质为砂岩提供易溶组分，给次生孔隙的发育提供了物质基础，而且中基性火山成因凝灰质比酸性的更容易被溶蚀；另一方面马家铺和前河L1块九下段均位于生油洼陷中，沉积厚层深灰色泥岩或凝灰质泥岩，烃源岩在排烃的过程中生成大量的有机酸，为凝灰质的溶蚀提供酸性物质［2］，所以次生溶蚀孔发育。远离烃源岩，像B1块九下段，发育大套凝灰质砂岩，缺乏生油岩，溶蚀作用微弱，储层物性差。溶蚀作用大大增加了储层孔隙度，而后期火山活动、构造运动产生大量微裂缝，大大提高了储层渗透率。因此九下段凝灰质砂岩发育优质储层，分布在烃原岩范围内、火山活动频繁或断裂发育的地区，这也改变了长期以来认为九下段凝灰质砂岩储层物性差的传统认识。

5 成藏主控因素分析

通过上述对火山活动与油气成藏各地质要素关系的研究探讨，根据储集体类型及分布层位，总结出不同油藏的成藏主控因素。

5.1 义县组火成岩成藏主控因素

研究区义县组时期火山活动频繁，火成岩分布广泛，不同期次旋回顶部储集条件较好。九佛堂组发育的暗色泥岩可作为优质烃源岩，尤其是九佛堂早期沉积的一套较为稳定的暗色泥岩对于义县组油藏的形成至关重要，该套泥岩既是源岩，同时还可以作为局部盖层。早期断层以及部分同沉积断层的持续活动，使得源储直接接触，有利于油气输导。义县组火成岩油藏为新生古储式组合，类型为“风化壳”型和“内幕”型［9］（图3），油源断层的发育、火成岩岩性岩相及义县组顶部暗色泥岩的分布是成藏的关键。

5.2 九佛堂组－阜新组火成岩成藏主控因素

（1）火成岩赋存层位控制纵向分布。M31－N3井九下段安山岩、K2井沙海组底部流纹斑岩获高产工业油流，B1九上段玄武粗安岩见良好油气显示，而沙海组上部以及阜新大量火成岩油气显示不活跃，主要原因是陆家堡凹陷好烃源岩主要发育于九佛堂组和沙海组底部，因此赋存于九佛堂组以及沙海组底部的火成岩成藏几率最大。

图3 义县组火成岩油藏剖面

（2）岩相控制油藏平面分布范围。M31井、M31－N3井处于火山口和近火山口相带，裂缝发育，储层物性好，试油均获高产工业油流，而远离火山口相带的M21、M36井（图4），钻遇火成岩，但裂缝不发育，储层物性差，油气显示不活跃［10－12］。

图4 九佛堂组－阜新组火成岩油藏剖面

九佛堂组－阜新组火成岩油藏为自生自储和下生上储式油藏，其成藏主控因素为火成岩岩相和源储配置关系。

5.3 九下段凝灰质砂岩成藏主控因素

（1）烃源岩范围控制油藏分布。陆家堡凹陷为狭长型凹陷，优质烃源岩主要分布在靠近陡坡带一侧的洼陷中心，而与烃源岩直接接触的凝灰质砂岩次生溶蚀孔发育，储层物性相对较好，远离烃源岩，物性变差，因此油气以垂向及侧向短距离运移为主，近源成藏。

（2）断裂控富集。位于中央构造带走滑断裂附近广发地区，九下段凝灰质砂岩储层中见良好油气显示，多口井获工业油流，主要原因是该走滑断层附近火山活动频繁，火山活动为沉积盆地带来了热液流体，携有pH值小于或等于4的弱酸性功能，对热液经过的孔隙通道进行酸化处理，使之增加孔隙度和渗透率［13］。同时火山活动使周缘断裂活动加强或产生新的断裂、劈理、节理以及其他构造裂缝并连通已存在的孔缝，改善围岩的储渗性能。

九下段凝灰质砂岩油藏为自生自储式油藏，其成藏主控因素为优质烃源岩的分布范围和储层的后期改造情况。