火山活动对三江盆地绥滨坳陷烃源岩演化的影响

2017-02-07朱彦平

华北地质 2017年4期

朱彦平

（中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

三江盆地作为中新生代残留盆地群中最重要的盆地之一，具有“两坳一隆”三个一级构造单元格局，包括绥滨坳陷、富锦隆起、前进坳陷，其中绥滨坳陷位于三江盆地的西部，面积约为6 640 km2，具有西深东浅，南深北浅的结构特征。绥滨坳陷勘探程度较低，近几年为了评价绥滨坳陷勘探潜力，依据项目要求，本单位相继开展了坳陷构造解释、石油地质综合研究、有利区带预测和钻探目标识别等工作。本文利用新采集、处理和解释的重磁资料，结合钻井和区域露头资料，研究了火山活动对绥滨坳陷油气的促进作用，并利用航磁资料确定了滨2井区火山岩分布，滨2井区发育三套火山岩。滨1和滨2两口井相距15公里，Ro值却相差很大，本文通过两口井Ro的对比分析，解决了滨2井Ro异常增高的原因，得出火山活动对滨2井区油气形成具有促进作用，并深入研究这一地区的火山活动与油气演化、聚集的特点，对进一步开展绥滨凹陷的油气勘探具有重要意义。

1 石油地质概况

绥滨坳陷划分为江滨逆掩断裂带、福兴斜坡带、新房凹陷带、果树通断裂背斜带、南大林子凹陷、中伏屯凸起、西侧火山岩侵入隆起带、东南斜坡带8个二级构造单元（图1）。盆地区域性断裂发育，主要为北东、北西向断裂，两组断裂共23条，其中军川断裂、富锦断裂是绥滨凹陷的控陷断裂。

图1 三江盆地绥滨坳陷构造单元划分图Fig.1 The tectonic unit division of Suibin depression in Sanjiang Basin

绥滨坳陷地层从下到上依次为基底、下白垩统城子河组、穆棱组、东山组、上第三系富锦组以及第四系，地层厚度2 000～5 000 m，最大厚度5 500 m，城子河组和穆棱组地层发育，厚度大，分布广，为主要的勘探目的层。绥滨坳陷发育泥岩和煤层两类烃源岩，具备一定生烃潜力。城子河组暗色泥岩累计厚度较大，单层厚度小，泥岩累计厚度大于250 m的面积1 950 km2，累计厚度大于500 m的面积340 km2；穆棱组暗色泥岩累计厚度较大，单层厚度小，泥岩累计厚度大于250 m的面积934 km2（图2）。通过钻井资料，绥滨坳陷穆棱组、城子河组烃源岩有机质丰度较差—中等，处于成熟—过成熟阶段，烃源岩有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型，TOC-S2评价有机质丰度较差—中等，烃源岩有机质丰度南部好于北部，成熟度北高南低。砂岩储层物性北部小于南部，砂岩累计厚度大，单层厚度小，储层物性差，孔隙度大部分小于10%，渗透率大部分小于0.1 mD。

绥滨坳陷果树通断裂背斜带构造条件复杂，断层发育，包括北西和北东向两组断裂，断层的发育既有早期继承发育的特征，又有晚期区域逆冲-褶皱作用的改造特点，果树通背斜带中部鼻状构造带面积257 km2，位于有利生油气区，致密砂岩气资源潜力大，优选为有利目标，部署了滨2井。

滨2井位于三江盆地绥滨坳陷果树通断裂背斜带普阳北鼻状构造带，地理位置位于黑龙江省鹤岗市绥滨县普阳农场北约4.5 km。发现滨2井1 800～2 100 m的泥岩有机质成熟度（Ro）值高达3.1～3.7，远大于其下部（2 100 m）泥岩有机质成熟度（Ro）平均值1.71。

图2 绥滨坳陷烃源岩分布图Fig.2 The distribuion of hydrocarbon source rocks in Suibin depression

2 滨2井Ro异常增高及其成因分析

2.1 滨2井Ro异常增高

滨2井城子河组烃源岩有机质丰度较好，达到成熟阶段。将滨1井和滨2井的镜质体反射率数据[1-2]投在同一个图内（图3），可以看出,滨1井的Ro值随着深度呈正常的指数规律上升，该井所处位置的地层有机质演化是连续的，没有受到其他因素的影响。而滨2井的Ro值演化呈现低-高-低的异常变化，即1 420 m的0.8～1.4迅猛上升到1 800～2 100 m的3.1～3.7，随后到2 200 m迅速下降到1.3～1.7。滨2井的Ro值随深度呈不连续变化，与正常的指数上升规律出现较大矛盾，呈现出高异常的特征，远远高于盆地正常热演化所能达到的成熟度。

2.2 滨2井Ro成因分析研究

镜质体对热量非常敏感，能在较短的时间内使镜质体反射率迅速上升（＜0.5 Ma）。从理论上讲，造成镜质体反射率不连续的原因有4个[3-4]：1）有机质生源或沉积成岩条件变化引起的活化能差异；2）对流热传导对有机质热演化和油气生成的影响；3）超压对有机质演化的抑制作用与岩性、孔隙度或孔隙流体组成有关的热导率的差异；4）外来热流体的作用。滨1井和滨2井共同位于三江盆地绥滨坳陷果树通断裂背斜带处，距离仅约15 km，两口井地层、岩性、烃源岩和构造演化历史近似相同，地层压力正常。因此上述的前3种因素不可能造成滨2井Ro值的不连续性变化，所以造成滨2井有机质演化不连续性的原因只有外来热流体的作用，也就是火山活动造成滨2井出现异常高值。

图3 滨1井和滨2井Ro随深度变化演化规律对比图Fig.3 The evolution regularities contrast chart between Bin1 well and Bin2 well that vitrinite reflectance changed with depth

有机质生成烃的方式主要包括3种：CO2还原、发酵、热降解。前人研究认为[5-15]，火山活动带来的大量热会使烃源岩中有机质更快地热降解，引起有机质的进一步演化，促进烃源岩的生烃进程。火山活动还为盆地带来了地球内部的无机物质，其中包括无机CO2、H2、气态烃、液态烃和多种元素。火山活动不仅可以提高盆地的地温梯度，加速烃源岩的热成熟，促进油气的生成，同时也为油气运移和聚集提供了运移通道、储集空间、封盖遮挡条件和圈闭构造，有利于油气的运移、聚集和成藏。

3 火山活动对绥滨坳陷油气的影响

3.1 绥滨坳陷基底断裂发育及火山活动频繁

根据重磁资料研究，沿断裂火山活动频繁，火山岩分布广泛。

三江盆地火山岩分布明显受基底断裂控制，岩性分基性火山岩和中酸性火山岩两大类，其中绥滨坳陷可分为东、中、西部三个火山岩带（图4），绥滨坳陷火山岩带面积为634.62 km2。东部火山岩带包括桦川南、中伏屯、军川农场一带的5个火山岩体，面积281.48 km2，由于军川断裂切割深、规模大，该区火山岩岩性以基性为主。中部火山岩带包括四方林子、绥滨县西一带的5个火山岩体，面积212.38 km2，该区北东向及北西向基底断裂均很发育，推测切割深度不大、故火山岩岩性以中酸性为主，火山活动强度也不及其它两个火山岩带。西部火山岩带包括坳陷东部富锦-二道岗一带的两个火山岩体，面积140.76 km2，该区的火山活动主要沿富锦断裂深大展布，火山岩岩性以中酸性为主，火山活动具有多期次、规模大、强度高的特点。

图5所显示的区域自西向东发育西、中、东3个火山岩带，主要受4条北西向深大断裂控制，其中滨2井位F1断裂附近分布大片基性火山岩，而滨1井所处地区无火山岩。图4显示滨2井区发育4条北西向和1条北东向深大断裂，这些深大断裂为岩浆的侵入及喷发提供了通道。在城子河组地层，滨2井的井筒位置与火山岩带的位置关系有两种情况：1）滨2井的井筒穿过火山岩带；2）滨2井的井筒穿过火山熔岩带，这两种情况很显然具备产生外来热流体的热源。火山活动带来的岩浆携带有1 020～1 200℃的热能，火山活动带来的地球深部的高温熔融物质携带有300～400℃的热能，这两种热能提供了独特的火山活动热源[16]，为滨2井的有机质演化提供了热力学条件。

图4 绥滨坳陷基底断裂与火山岩叠合图Fig.4 The basement rift superimposed with volcanic rock in Suibin depression

图5 滨2井区火山岩分布图Fig.5 The volcanic rock distribution of Bin-2 well area

3.2 火山活动对绥滨坳陷油气的影响

火山活动带来的高温熔融物质主要通过深大断裂和岩浆喷发进入盆地，打破了原有的物质能量平衡[17]，从多个方面对油气成藏造成影响，对生烃的影响是一个重要方面，从3个方面影响烃类的生成：1）热量，无论是侵入还是喷出作用，火山活动都伴随着巨大的热量，使局部地温梯度明显增高，提高有机质成熟度，加快有机质生烃；2）矿物催化剂，火山活动提供了地球深部来源的热液水，而热液水中含有自然元素状态的众多金属与非金属元素，其中金属元素有Ni、Co、Cu、Mn等，这些元素在有机质向烃类的转化中起着重要的催化作用，加大了向烃类物质转化的程度；3）火山气体，火山作用过程中常伴有CO2、H2和CH4等气体，这些气体除可以作为火山岩气藏的气源外，还能提高有机质转化率，如CO2可以促使湖盆水体沉淀出碳酸盐矿物，H2可以促进生油岩有机质产生更多的烃类[18]。

火山活动对油气生成、运移、储集、封盖有着十分密切的关系。火山活动对油气的生成、油气藏的形成既起到积极作用，也存在一定破坏作用。以往观点认为，火山作用对油气主要起破坏作用。当火山活动发生于含油气盆地油气大量运移或者大规模成藏之后，火山活动会破坏油气的保存，切穿油气藏的火山通道或伴生断裂破坏油气圈闭的完整性，导致油气泄漏；火山喷发形成的高温物质使烃类发生变质并对附近油气藏起破坏作用[18-19]。

绥滨坳陷火山活动主要发生在城子河组沉积以前，主力生油岩在城子河组中后期和穆棱组时期成熟，因此在滨2井区火山破坏作用较不明显。火山活动对绥滨坳陷油气的形成起到的积极作用主要体现在以下几个方面：1）火山活动提供1 020～1 200℃的岩浆和300～400℃的热液流体携带的热能，为绥滨坳陷油气运移提供热动力条件，促进油气运移；2）火山活动带来的岩浆，冷凝后成为大面积孔渗较好的火山岩或结晶岩，这些岩层或岩体都可以成为油气的储集层，绥滨坳陷具有火山岩、沉积岩兼有的二元结构，因此油气储集层也是火山岩、沉积岩兼有的二元结构；3）火山活动为绥滨坳陷带来的火山灰，不仅粒度微小，而且具有遇水膨胀和分散的特点，地层孔隙被其充填后，能够成为良好的封存盖层，并能抗御新构造运动的破坏，从而有利于油气田的保存；4）火山活动在绥滨坳陷内形成的火山岩体与侵入岩体，都有一定的规模，每一个岩体就是一个非构造的隐伏圈闭，为绥滨坳陷增加了一种非构造圈闭-火山岩岩性圈闭，对油气聚集较为重要；5）断裂是油气运移很好的通道；多期次断裂不同方向组断裂对火山岩储层起到了改装作用，使储层物性得以改善，有利于油气聚集。相反，火成岩的形成时间早，可作为油气的有利储层，促进有机质向油气转化，绥滨坳陷烃源岩有利于生气，伴随火山作用形成一系列有效的、与火成岩有关的圈闭，为绥滨坳陷致密砂岩气的成藏奠定了物质基础。绥滨坳陷砂岩储层物性差，油气生储盖组合条件好，为有利勘探区，需要进一步开展勘探工作。