沉积盆地中侵入岩床的油气地质意义

(西北大学地质学系，陕西 西安 710069)

近十年来，由于油气勘探范围的扩大以及技术的提高，获取了大量火成岩沉积盆地的地震资料。不少地质学家开展了基于地震剖面的火成岩研究。这不仅促进了沉积盆地内岩浆活动基本规律的认识，也有利于盆地内的油气勘探[1]。

目前，这些研究范围主要集中国内的珠江口盆地白云凹陷[2]，塔里木盆地[3]，松辽盆地[4]，准噶尔盆地[5]，中国东海盆地[6]，黄海盆地[7]，以及国外的北大西洋沿岸的V ring与M re盆地[8]，Faroe-Shetland盆地[9]，苏格兰沿岸的Rockall海槽[10]，塞内加尔沿岸[11](Hansen等，2008)以及澳大利亚北西侧Exmouth高原[12]与南岸的Bight盆地[10]等。

国内外研究侧重有所不同，国内的研究更加注重火成岩与油气的关系，而国外的研究更加注重火成岩的几何形态，侵入及喷发机制等基本问题。这可能与国内若干盆地中火成岩作为重要储层，其油气地质意义更加突出有关，但火山岩油气藏的研究大多集中在喷出岩上，侵入岩的石油地质研究显得较为薄弱。

世界上有许多的裂缝型岩床储集层，但其并不是常规储层，所以对其的认识和了解都十分有限，在岩床中寻找油气的可能性无疑是一个巨大的挑战。许多学者都对岩床侵位带来的热演化方面的影响进行了分析[13、14]，岩浆侵位能加速有机质的热演化以及普遍被人们所接受，对围岩储集的作用进行了研究[15、16]，然而很少去关注侵入岩床自身的组成特点，以及其对整个油气系统的影响。本次介绍了侵入岩床的组成特点，结合有机质的演化阶段与侵入岩床的形成时间分析了其对烃源岩热演化和储集层渗透性的影响，并剖析了侵入岩床与CO2气藏可能存在的关系。

1 侵入岩床的地质特点

沉积盆地中的岩床实际上可分为上下致密层段和中间渗透段三个部分，上下致密层段是岩床的冷凝边，中间渗透段是岩浆冷凝过程中发育的节理段(图1)。在岩浆侵位过程中，高温岩浆通常与含流体的低温围岩相接触，岩床的上下边缘便形成冷凝边抑或是玻璃质的边缘(图1A)。如果冷凝边没有破损，则其可作为低渗透的隔层，而且接触变质作用会减小冷凝边内晶体粒度的大小，这些都会导致烃类等流体运移路径的改变。具有一定厚度岩床，其水平节理和柱状节理都较为发育，纵横交错的节理使岩床内部的裂缝具有很好的连通性(图1B)，在高渗透率情况下，孔隙度值也有很好的正相关性。

倘若只有岩床下部冷凝边破损形成油气运移的通道，而上部玻璃质边缘未破损具有封闭性时则岩床具有良好的储集性；若岩床上下边缘都破裂则起具有良好的输导能力。因此，烃类流体可能进入岩床内部或者是穿过岩床发生垂向运移，也可能沿着岩床底界面发生横向运移，这取决于上下冷凝边保存的完整程度，这就意味着岩床在油气运聚着充当着隔层、运载层甚至是储层的角色。诚然，岩床对围岩的孔隙度和渗透率也具有正反两面的作用，围岩与岩床的接触边缘上由于接触变质作用形成烘烤边，使围岩孔隙度和渗透率部分降低或者是直接转变为隔层，但由于侵入时的热力作用，往往会在距岩床上部边界一定范围内的地层中产生破裂，甚至是形成密集的多边形断层，从而把低渗透或非渗透的岩层转变为储集层。这可能是高温岩浆的烘烤作用促使接触带上围岩韧性程度增大不易破裂的缘故，相反在岩床作用范围内的围岩(非直接接触)由于热增压引起的孔隙度压力增大使地层的脆性程度增大易于破裂。

图1 (A)侵入岩床的冷凝边 (B)侵入岩床内部的节理系统

此外，位于沉积岩地层中的岩床增大了该套地层的非均质性，岩床出现的位置成为构造应力集中的部位，在后期的拉伸或挤压运动中会率先发生变形甚至破裂，这就表明其具有形成次生裂缝的条件，为岩床储集性能的改善奠定了基础。

所以对形成油气的储集层来说，岩石的类型并是主要因素，关键在于其是否具有孔隙性和渗透性，在油气勘探中容易注意到的是常见储集岩类，比如碎屑岩、碳酸盐岩等，但也不能忽视具有一定孔隙度和渗透率的侵入岩床型储集层，否则将会漏掉或者推迟油气田的发现。

2 侵入岩床对含(乏)有机质沉积岩的作用

为了便于讨论侵入岩的油气地质作用，按其侵入对象的不同可分为Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型是侵入到含有机质的沉积岩中，Ⅱ型是侵入到贫乏有机质的沉积岩中。Ⅰ型可根据有机质的演化阶段与侵入体的侵入时间再细分为ⅠA型、ⅠB型、ⅠC型三种类型，即侵入时间在生烃之前，生油窗内的侵入，过成熟时的侵入。

ⅠA型侵入的时间不早于烃源岩成熟的时间，即此时有机质尚未成熟或接近成熟了，此时应该考虑输导层与生烃区的位置关系以及侵入作用下产生的断层或裂缝的延伸距离与连通程度。在输导层连通性差的情况下，初始高温岩浆侵入导致相邻烃源岩的成熟，并开始初次运移，由于输导层的延伸范围有限，加上岩浆的供应并不充分，很快发生冷凝。烃源岩内部极为可能形成了一个封闭的对流体系，早期运移的烃类受热对流的影响又转回已发生固结的岩床附近，若此时的岩床冷凝边已发生破损，即其可作为储集层，捕获生成的少量烃类。若发生在一个开放的系统中，则生成的烃类就会顺利的运移到生烃层外，完成初次运移。

ⅠB型侵入的时间在生油窗内，此时岩浆的影响程度与烃源岩的热演化程度有关，因为加强生油窗内烃源岩的热演化速率需要更大的热能，而形成岩床的岩浆温度范围是一定的，这过程类似于二次生烃，除此之外还有烃源岩的剩余生油潜力有关，一些情况下岩浆的侵位会导致早期的烃类裂解形成天然气。

ⅠC型是在烃源岩过成熟时期发生的侵入，此时烃源岩的生油潜力已经快枯竭，此时可能在岩浆作用下会生成少量的烃气。

Ⅱ型亦可细分为ⅡA型、ⅡB型、ⅡC型三种类型，即侵入到储集层中，侵入到致密层中，侵入岩床作为油气运移的遮挡物。

侵入到常规类型的储集中，比如砂岩和碳酸盐岩，倘若侵入到含烃类的储集层中，岩浆自然会引起烃类的裂解，而储集层的保存程度取决于岩床造成何种方式的构造变形。侵入到致密层中，侵入作用产生的裂缝以及携带的热液流体会改善岩床附近致密层的储集性。

3 侵入活动与CO2气体的关系

侵入岩床除了对含油气系统地质要素的影响的外，还能带来别的勘探风险，在勘探过程中如何避免或减少二氧化碳带来的危害成为工作重点，准确判定浅层事件性岩浆活动的特征期次及其与其他成藏条件的匹配关系，对二氧化碳的成藏研究起关键作用。岩浆活动带来的CO2气体对早期存在的油气藏产生破坏作用，给勘探带来经济上和时间的耗费。

侵入岩作为CO2气体来源的一种主要方式，给CO2成藏提供了物质基础，断裂的两面性决定着其在勘探阶段的重要性，在油气勘探中人们一般注重断裂带危害性，作为通道显得并不是那么重要，而对于岩浆活动带来的CO2则相反。断裂的存在不仅给岩浆侵入提供通道，也增加断裂周围地层的次级断裂，间接的提高了地层的储存能力。又断裂可为碳酸盐岩热变质作用提供热源，热源来自两个方面：(1)深部热流沿断裂上升；(2)断裂本身的动力变质生热。压剪性断裂的动力变质增温效应明显，但不利于深部热流上升；相反，张性断裂为深部热流上升的良好通道，本身的动力增温效应弱[17]。断面的开启使得岩浆沿着断面侵入，给围岩为碳酸盐的地层提供了热源，打破地层热能平衡，使围岩在烘烤作用下释放出CO2气体，加上岩浆本身携带大量气体使得岩浆活动和火成岩的分布空间上和CO2气藏的分布具有一定的相关性。

CO2气体从岩浆中释放的速度取决于岩浆上升、侵入及冷凝结晶的时间，以及压力条件等。岩浆以及岩浆房侵入、喷发的时间小至几千年大至上万年甚至更长，可一次完成，也可多期次叠加完成。冷凝结晶时间可小于几千年内完成。

CO2气藏的储存与否根据具体的地层情况而定，在岩浆上涌和喷发过程中，熔岩自身条件的改变使得CO2释放，如果上部存在有效圈闭，则可有效捕捉CO2气体，如果没有则散失；另外当岩浆沿作为侵入岩侵入地下、喷出岩喷出地表后，随着温度的降低会形成并发育节理系统，使自身形成一定的储存空间，如果上部存在有效盖层和侧向封堵，可形成CO2气藏，反之则无。

4 结语

岩浆活动与油气并不是处于互不相容的对立地位，事实上岩浆活动与盆地的油气分布密切相关，并不一定总是产生破坏作用，不能轻易否定掉该区的勘探前景。

通常冷凝结晶过程中产生的原生节理可以使其作为储集层，而分析过程中必须把侵入岩床与围岩的相互作用视为一个整体来考虑，放到含油气系统中去评价。

岩浆侵入过程中会伴随CO2气的释放，如何有效的规模勘探过程中可能出现的CO2气藏应是以后重点研究的方向。

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