陸家堡凹陷白堊系下統火成巖儲層特征及成藏模式

宮振超

(中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院，遼寧盤錦 124010)

火成巖是各類盆地充填序列的重要組成部分，也是油氣的主要儲集巖之一。20世紀70年代以來，我國東部許多中生代盆地陸續發現了火成巖油氣藏[1]。遼河外圍盆地各中生代凹陷白堊系下統火成巖廣泛發育，早在20世紀90年代，龍灣筒、張強等凹陷在火成巖中就獲得油氣發現，隨著勘探程度的提高，火成巖油藏逐漸成為遼河外圍重點勘探領域。本文以陸家堡凹陷為研究區，重點對白堊系下統火成巖儲層特征進行研究，結合區內近幾年火成巖勘探實例，對火成巖成藏控制因素進行分析，并建立不同類型火成巖油藏成藏模式。

1 區域地質概況

陸家堡凹陷位于內蒙古赤峰和通遼市境內，是遼河外圍盆地內的一個次級負向構造單元，是在海西褶皺基底上形成的中生代殘留型凹陷，面積約為2 620 km2，埋深4 500 m。其所在遼河外圍盆地大地構造位置處于華北板塊北緣和黑龍江板塊南緣之間的過渡帶，是中國東部大陸邊緣東西向分布的古亞洲構造域和環(濱)太平洋構造域構造疊加作用最明顯的地區，也是中國東部中生代構造活動和巖漿活動最強烈的地區之一。早白堊世是遼河外圍盆地諸多中生代凹陷的主成盆期，各凹陷在該時期構造活動可以劃分為強烈斷陷期(義縣期)、快速沉降期(九佛堂期)、穩定沉降期(沙海期)、斷陷消亡期(阜新期)四個發育時期，不同時期伴隨著不同級次、不同類型的巖漿活動，其中強烈斷陷期(義縣期)巖漿活動強度最大，波及范圍最廣。

2 火成巖巖性、巖相特征

2.1 火成巖巖石類型及分布特征

根據區內鉆井、井壁取心觀察描述及薄片分析化驗結果，采用松遼盆地火成巖巖性分類方案[2]，該區白堊系下統火成巖發育火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖和淺成侵入巖等五大類巖性，具體包括安山巖、玄武巖、粗安質凝灰熔巖、安山質凝灰巖、沉凝灰巖、流紋斑巖等23種巖石類型，以中基性為主。

目前區內完鉆井揭示，義縣組發育多個火山機構，火成巖以噴出巖為主，多圍繞火山機構環帶狀分布，火山機構中心巖性以安山質、粗安質角礫熔巖為主，近緣相帶發育安山巖、凝灰巖等，遠緣相帶發育沉火山碎屑巖(圖1)。九佛堂組局部發育火成巖，巖性多為火山碎屑巖，三十方地洼陷區發育流紋斑巖、輝綠巖等淺成侵入巖。沙海組、阜新組凹陷東部發育多套火成巖，巖性以玄武巖、輝綠巖等基性巖為主，局部見流紋巖等酸性巖類。

圖1 義縣組火成巖巖性平面分布

2.2 火成巖巖相特征

本次研究噴出巖巖相劃分主要采用松遼盆地5相15亞相劃分方案[3]，而侵入巖巖相劃分主要參照邱家驤教授2001年在《巖漿巖巖石學》一書中提出的劃分方案。以區內完鉆井揭示火成巖為依據，從火成巖的成巖方式、巖性、結構、構造特征等方面進行巖相劃分，該區噴出巖主要發育火山通道相火山頸亞相、隱爆角礫巖亞相，爆發相空落亞相、熱碎屑流亞相，噴溢相下部亞相、上部亞相，火山沉積相含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相約4相8種亞相；侵入巖本區主要為淺成侵入亞相。經統計，區內火成巖巖相以爆發相空落亞相最為發育，其次為噴溢相下部亞相及上部亞相，爆發相的熱碎屑流亞相、火山通道相、火山沉積相及侵入相相對較少(表1)。

表1 陸家堡凹陷火成巖巖石類型劃分

3 火成巖儲層特征

3.1 儲集空間類型

本區火成巖儲層為孔隙-裂縫型非均質性儲層，根據巖性、鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，儲集空間發育有原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類[4]。

3.1.1 原生孔隙

原生氣孔：為含有大量氣液包裹體的火山物質噴出地表時在流動單元的上部遺留下來的后期未充填物質所形成的氣孔，是該區主要的原生孔隙。本區常見于安山巖、玄武巖、粗面巖等火山熔巖，在火山角礫巖、酸性侵入巖中也相對發育。氣孔形態圓形、橢圓形居多，也見線型及不規則形態，分布相對均勻，連通性整體稍差。

杏仁體內孔：為原生氣孔被綠泥石、方解石、沸石等礦物未充填滿形成的殘余孔隙，孔隙形態多為不規則狀。本區多發育于安山巖、玄武巖、安山質玄武巖中。

礫/粒間孔隙：火山碎屑快速堆積時，礫石及顆粒經過壓實作用固結成巖后形成的殘余孔隙，或火山碎屑熔巖形成過程中熔漿未完全充填形成殘余孔隙。孔隙形態不規則，通常沿碎屑邊緣分布，連通性較好，是主要的原生孔隙。

3.1.2 次生孔隙

晶內溶蝕孔：斑晶被地下水或有機酸溶蝕產生的孔隙，孔隙形態不規則，若完全溶蝕礦物，則保留原晶體假象。區內安山巖、玄武巖常見。

基質內溶蝕孔：基質中的玻璃質脫玻化或微晶長石被溶蝕產生的孔隙，為細小的篩狀孔，具有一定的連通性，酸性巖常見。

3.1.3 裂縫

炸裂縫：炸裂縫是由于揮發成分在某一部位聚集，造成局部壓力劇增而發生隱蔽爆炸，或到達地表的巖漿由于壓力突然釋放而產生的礦物晶體炸裂縫，以及巖漿期后原巖在高壓熱液流體作用下形成的隱爆角礫縫，該區主要表現為長石、角閃石、輝石的炸裂縫和隱爆角礫巖中的隱爆角礫縫。

構造裂縫：火成巖成巖后受構造應力作用產生的裂縫，巖體相對致密則構造裂縫相對發育。早期形成的裂縫易被充填，晚期裂縫多被保留，形態不一，有橫向、縱向，也有交錯的。構造裂縫不僅可以作為油氣的儲集空間，還是油氣運移的主要通道。

充填-溶蝕構造裂縫：被充填的構造縫隙，后經溶蝕重新開啟成為有效儲集空間，多保留原裂隙形態，溶蝕構造孔隙，連通性較好。

3.2 儲層物性特征

火成巖儲層物性是火成巖儲層評價研究的重要參數，也是油氣成藏的關鍵。基于區內11口井136個樣品的物性分析化驗資料，從火成巖巖性、巖相與物性關系方面展開研究(圖2)。

圖2 陸家堡凹陷火成巖巖性、巖相與物性關系直方圖

火山通道相火山頸亞相的安山質角礫巖和爆發相熱碎屑流亞相的凝灰(熔)巖儲層物性最好，屬于特高孔低滲/特低滲儲層；其次為火山通道相隱爆角礫巖亞相的安山質隱爆角礫巖、爆發相空落亞相的角礫凝灰巖及淺成侵入相的流紋斑巖，屬于高孔低滲/特低滲儲層；本區噴溢相上部亞相的氣孔塊狀安山巖樣品，氣孔及微裂縫發育較少，儲層物性相對較差，屬于中孔特低滲儲層；噴溢相下部亞相的塊狀安山巖在局部構造裂縫發育的塊狀熔巖段，亦能夠成為良好的裂縫型儲集空間。

特別說明。火山碎屑巖尤其是凝灰巖，成巖作用與沉積巖相似，以壓實作用為主。目前鉆井揭示區內大部分火山碎屑巖埋深相對較淺(600～1 900 m)，受差異壓實作用相對較弱，巖心觀察巖體較為疏松、粒間孔隙發育，物性較好。這與松遼盆地埋深多大于3 000 m、物性很差的凝灰巖儲層有明顯不同。

3.3 儲層儲集性影響因素

火成巖儲層儲集性具有較強的非均質性，受巖性、巖相、成巖作用、構造運動、巖漿活動等多個因素的影響。

(1)巖性：巖性是火成巖成為儲層的前提，不同巖性具有不同的物理、化學特征，這也導致不同巖性具有不同孔滲性。普遍認為，一般情況下酸性巖類物性最好、中性巖其次、基性巖最差[5]，即與礦物成分有關，但后期改造作用的影響使得這種規律并不絕對。

(2)巖相：火成巖的空間分布、儲層特征與其所處火成巖相帶密切相關，同一巖性處于不同相帶，儲集性差異可能很大。區內勘探實踐表明，火山機構中心相帶火成巖儲集性能最好，其次是近緣相帶，遠緣相帶儲層儲集性能最差。

(3)成巖作用：冷凝固結成巖的火山熔巖其物性特征不隨埋深的增加而變差，或者變化很小，壓實固結成巖的火山碎屑巖物性隨埋深增加逐漸變差[3]。成巖環境的不同決定原生孔隙、裂縫發育程度的不同，而后期充填、溶蝕、風化淋濾等作用的影響決定次生孔隙及裂縫特征的差異性。研究區后期成巖作用較強，在儲層改造方面起到至關重要的作用。

(4)構造運動：研究區早白堊世受燕山運動影響，構造活動頻繁。強烈的構造運動使得火成巖產生了多期次構造裂縫。不僅提高了原生氣孔的連通性，豐富了儲集類型，對后期油氣運移也提供了方便。

(5)巖漿活動：一方面巖漿活動為沉積盆地帶來熱液流體，攜帶有pH值小于或等于4的弱酸性流體，對熱液經過的孔隙通道進行酸化處理，隨之增加孔隙度和滲透率[6]。另一方面，相對微弱的巖漿活動使得早期形成的火成巖產生構造裂縫。

4 火成巖成藏模式

4.1 油藏控制因素分析

研究區火成巖油藏受源巖供給、構造應力作用、火山機構特征及巖漿活動時間等多重因素控制。

4.1.1 充足的油源供給是火成巖成藏的根本因素

火成巖成藏條件苛刻，充足的油源供給是根本因素[7]。陸家堡凹陷九佛堂組及沙海組中下部發育優質源巖，烴源巖最大厚度近1 400 m，總面積約800 km2。遼河外圍諸凹陷特有的石油地質條件決定了油氣以短距離運移為主[8]，因此與源巖充分接觸的火成巖成藏條件更為有利。義縣組頂部風化殼、與源巖側向接觸的義縣組火成巖內幕及源內發育的火成巖體均具有充足油源供給的先決條件。

4.1.2 構造應力作用增加了火成巖成藏幾率

構造應力作用主要體現在構造運動直接產生的應力或后期巖漿活動對先期形成火成巖產生的應力。區內多期次構造運動使得斷裂極其發育，一是改善火成巖儲集條件，裂縫更發育，氣孔、杏仁發育段連通性提高，例如庫2井區；二是長期持續活動的同沉積斷裂更有利于油氣運移疏導。巖漿活動同樣具有多期次的特點，先期形成的火成巖易被后期巖漿上涌產生的應力作用形成裂縫，改善儲層，以廟31井區為代表。因此，構造應力作用改善了火成巖儲集性及油氣疏導條件，增加了成藏幾率。

4.1.3 火山機構特征決定油藏的分布

區內發育單錐復合層火山機構、火山碎屑錐火山機構及侵入巖火山機構等三種類型，該區勘探實踐證實，火山機構巖相、形態特征等因素決定有效儲層分布，在充足油源供給前提下，進而決定形成油藏的性質及分布特征。

4.1.4 巖漿活動時期關系到火成巖油藏能否被有效保存

陸家堡凹陷烴源巖主要排烴期為阜新末期-晚白堊初期，在此之后的巖漿活動對已形成的火成巖油藏起破壞作用，區內交力格洼陷就發現相關實例。因此巖漿活動時期決定火成巖油藏能否得到較好的保存。

4.2 成藏模式建立

依據火成巖油藏賦存層位及儲層巖石類型，將區內火成巖油藏劃分為義縣組火成巖油藏、九佛堂組火山碎屑巖油藏及九佛堂組侵入巖油藏等三種類型，并建立相應的成藏模式。

4.2.1 義縣組火成巖油藏成藏模式

義縣期火成巖油藏按其所處部位可細分為義縣組頂部風化殼油藏和內幕油藏。油氣主要來自九佛堂組優質源巖，供油方式以側向供油為主，以長期活動的大斷裂為主要窗口，義縣組頂部風化殼可通過地層不整合面接受來自九佛堂組底部源巖倒灌的油氣。該組主要發育單錐復合層火山機構，存在多個旋回期次，儲層與致密層互層分布，火山機構近緣有利相帶火成巖裂縫、氣孔發育，儲層物性好，為主要的儲集體(圖3)。

圖3 義縣組火成巖油藏成藏模式

4.2.2 九佛堂組火山碎屑巖油藏成藏模式

火山碎屑巖油藏是一種特殊的火成巖油藏類型，其儲集體為火山碎屑巖，形成于富含揮發分的熔漿猛烈噴發，在空中撕裂成細小的碎片，冷凝固結并降落在火山口附近形成的錐體，即火山碎屑錐體。目前區內廟31塊為該類型油藏的代表，火山碎屑錐發育在義縣組古構造背景之上。儲集層巖性主要為安山質凝灰角礫巖、沉凝灰巖等，儲層埋深在1 200 m左右，受差異壓實作用不強，后期受構造應力及溶蝕作用改造，儲集性能大大改善。九佛堂組發育的優質源巖保證了油氣的充注(圖4)。

4.2.3 九佛堂組侵入巖油藏成藏模式

鉆井揭示九佛堂組及沙海組發育多期侵入巖體，目前僅庫倫塔拉洼陷區的庫2井在九佛堂組獲高產工業油流。儲層巖性為流紋斑巖，氣孔發育，斑晶主要成分為石英、堿性長石，含量20%左右。該套巖體經鑒年為阜新早期侵入，而庫2井區阜新末期構造活動頻繁，儲層在構造應力作用下形成多期裂縫，鉆井取心、成像測井資料顯示裂縫非常發育，具有較好的儲集條件。該套巖體直接深入到九佛堂組湖相暗色泥巖中，源儲充分接觸。沙海組沉積的大套泥巖及阜新組頂部發育的厚層玄武巖提供了較好的封蓋條件(圖5)。

圖4 九佛堂組火山碎屑巖油藏成藏模式

圖5 九佛堂組侵入巖油藏成藏模式圖

5 結論

(1)陸家堡凹陷白堊系下統發育5類23種火成巖巖石類型，以中基性為主：義縣組火成巖廣泛發育，主要為噴出巖；九佛堂組火山碎屑巖最發育，局部揭示淺成侵入巖；沙海組、阜新組以基性巖為主，局部見酸性巖類。區內主要發育火山通道相、爆發相、噴溢相、火山沉積相、淺成侵入相等5相9種亞相，爆發相最為發育，噴溢相其次。

(2)本區火成巖儲層為孔隙-裂縫型非均質性儲層，主要發育3類8種儲集空間類型。初步建立儲層物性與巖性、巖相關系，火山通道相火山頸亞相的安山質角礫巖和爆發相熱碎屑流亞相的凝灰(熔)巖儲層物性最好。儲層儲集性受巖性、巖相、成巖作用、構造運動、巖漿活動等多個因素的影響。

(3)火成巖油藏形成受多重因素控制：充足的油源供給是火成巖成藏的根本因素；構造應力作用增加了火成巖成藏幾率；火山機構特征決定油藏的分布；巖漿活動時期關系到火成巖油藏能否被有效保存。依據火成巖油藏賦存層位及儲層巖石類型，劃分為義縣組火成巖、九佛堂組火山碎屑巖及九佛堂組侵入巖三類油藏，并建立相應的成藏模式。

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