火成巖在陽信洼陷油氣成藏中的地質意義

張 波，吳智平，劉 華

(1.中國石油大學，山東 青島 266555;2.中石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

引 言

陽信洼陷油氣勘探始于1960年鉆探的華7井，是濟陽坳陷油氣勘探最早的地區，早期勘探層系以沙三段為主，但是由于研究區地層埋藏深度相對較淺(沙三段最大埋深為3400 m)，資源潛力不足，油氣勘探一度徘徊不前，僅在洼陷西部潛山帶建成了八里泊CO2氣田，在古近系找到少量低熟油和生物氣[1－2]。2002年于陽信中部構造帶完鉆的陽101井，在沙四上段獲得日產20.2 t/d的工業油流，實現了陽信洼陷油氣勘探較大的突破。地化資料分析表明，陽101井原油來自沙四上亞段成熟烴源巖[3]，其成因與該區廣泛分布的火成巖存在著密切的關系[4]。為了進一步明確陽信洼陷勘探潛力與方向，從火成巖分布研究入手，系統總結了火成巖在陽信洼陷油氣成藏中的重要地質意義，以期為今后的油氣勘探提供地質依據。

1 地質概況

陽信洼陷位于惠民凹陷東北部，北靠無棣凸起，南與林樊家構造呈超覆接觸，是一個典型的北斷南超的箕狀斷陷盆地，勘探面積約為1300 km2。由北向南分為北部斷裂帶、中部洼陷帶、南部惠城鼻狀構造帶。由于受惠城鼻狀構造由南向北延伸，將洼陷帶分割成溫家次洼和陽信次洼。陽信次洼火成巖異常發育，是惠民凹陷乃至濟陽坳陷巖漿活動最強烈的地區之一[5]，沙三段火山巖的堆積形成局部隆起，后期沉積地層披覆其上形成了一個背斜構造帶——商店背斜構造帶(圖1)。

截至目前，研究區共完鉆探井46口，2口獲工業油流，6口獲工業氣流，5口低產。有22口探井鉆遇火成巖，除陽5井外，其余21口井均位于陽信次洼，平面分布廣，縱向厚度大，最大單井鉆遇厚度為陽17井的906 m。如此廣泛分布的火成巖，對于陽信洼陷這樣的淺洼陷的油氣成藏有著非常重要的作用。

2 火成巖空間分布特征

2.1 巖漿活動主要作用時期

根據與火成巖有關的古生物、地層對比及同位素年齡分析，陽信洼陷巖漿活動主要分為3個時期:沙四期、沙三期和館陶期[7－8]，其中以沙三期噴發最為強烈，其次是館陶沙四期強度較低。

沙四期是斷陷盆地初始發育階段，斷裂活動較弱，因此巖漿活動較弱，僅陽25、沙3這2口井鉆遇噴發巖，其中陽25井鉆遇玄武巖共25.0 m，沙3井僅為6.6 m。其余探井鉆遇的火成巖均為侵入巖，推測沙四段侵入巖主要是在后2期巖漿活動時侵入。

圖1 陽信洼陷構造綱要

沙三期是斷陷盆地發育的鼎盛時期，斷裂活動強度大，也是火成巖最為發育的時期。該期巖漿活動特點是持續時間長、噴發次數多，陽25井于沙三段鉆遇玄武巖821 m，噴發次數20余次。并且巖漿活動表現為水下噴發，證據之一是多口井在玄武巖巖心中見到螺化石，證據之二是兩期玄武巖之間往往以油頁巖、油泥巖相隔。在巖漿噴發的同時還伴隨著大規模的巖漿侵入，如陽18井在沙三段鉆遇的侵入巖累計厚度達380 m。

館陶期為盆地拗陷階段初期，斷裂活動基本停止，因此巖漿活動規模明顯低于沙三期，僅存在局部的小規模活動，主要發育在商店背斜構造帶以西，呈柱體狀刺穿沙四段—東營組地層，火山巖柱體兩側地層常常伴隨有巖漿的侵入。

2.2 火成巖空間分布特征

2.2.1 火成巖地震反射特征

在地震資料上對火成巖的識別是結合鉆井、測井和地質等信息，利用火成巖在各種地震信息上的表現來定性、定量識別以及標定火成巖[9]。通過識別與標定，陽信洼陷火成巖類型包括噴發巖與侵入巖兩大類。

噴發巖有蘑菇狀地震相和丘狀地震相2種相類型，其中蘑菇狀地震相主要為沙三段噴發巖，頂面反射為中強振幅，后期沉積地層超覆或披覆其上，內部反射雜亂，與圍巖地層反射以突變接觸(圖2a);丘狀地震相為館陶期噴發巖，頂面反射亦為中強振幅，后期沉積地層披覆其上，火山頸不清楚，內部反射有層次，與圍巖地層反射接觸面清晰可辨(圖2b);由于沙四段噴發巖規模較小、厚度薄，因此在地震資料中反射特征不明顯。

圖2 陽信洼陷火成巖地震相特征

2.2.2 火成巖空間分布

在火成巖識別的基礎上進行了全區追蹤與描述，明確了火成巖空間分布特征。從東西向火成巖分布剖面示意圖上(圖3)可以看出，橫向上火成巖主要分布東部的陽信次洼，西部僅在陽信斷層附近分布;縱向上主要分布在奧陶系、沙四段、沙三段、館陶組。奧陶系火成巖類型為侵入巖，巖性是輝長巖，侵入時期為古近紀[10];沙四段火成巖類型以侵入巖為主，巖性為輝綠巖;沙三段噴發巖、侵入巖均較發育，其中陽16—陽17井一線是主要噴發區，發育陽16、沙4井2個火山口，2口井沙三段鉆遇的地層均為玄武巖，其兩側的陽17、陽25井鉆遇地層巖性為玄武巖、凝灰巖及砂泥巖;館陶組火成巖類型為噴發巖，火山口分布較為局限，其兩側沙三、沙四段侵入巖較發育。

圖3 陽信洼陷東西向火成巖分布剖面示意

平面上(圖4)，火成巖主要分布在陽信次洼，其中沙四段火成巖以侵入巖為主，疊合面積約為165 km2，厚度中心位于陽18井區，最大厚度近400 m，噴發巖僅陽25、沙3井鉆遇，分布范圍較小;沙三段噴發巖主要分布在陽18—陽17井一帶，自西向東存在3個火山口，分別位于陽18、陽16、沙4井區，火山口集中分布在北西向展布的勞家店斷裂帶下降盤，疊合面積約150 km2，沙三段侵入巖主要分布在陽1—陽24井一帶，疊合面積約155 km2，厚度中心位于陽15井區，最大厚度近700 m;館陶組噴發巖主要分布在陽1—陽18井一線，平面上呈串珠狀分布，一共描述火山口10個，總面積為2.8 km2，最大的火山口面積為0.6 km2，最小的火山口面積僅為0.28 km2。溫家次洼僅在八里泊斷裂帶有火成巖發育，面積約為1.5 km2。各期次火成巖平面疊合面積約290 km2。

圖4 陽信洼陷火成巖平面分布

3 火成巖的石油地質意義

3.1 提升了資源潛力

陽信洼陷是一個小型淺洼陷，火成巖的加入大大提升了資源潛力，使其勘探價值倍增。

巖漿活動可以提供直接氣源[10－11]，巖漿將幔源CO2從地層深處攜帶至淺層，遇到合適圈閉聚集可形成CO2氣藏。陽信洼陷巖漿活動規模大，CO2資源量相當可觀，據郭棟等的綜合評價，認為陽信洼陷CO2資源量在100×108m3以上[10]。

另外，火成巖對烴源巖生烴具有較強的促進作用，火成巖帶來的異常熱源可以提高地溫場，形成特殊的油氣地球化學場，促使烴源巖中的有機質成熟，加大了烴源巖的生排烴量[8，12－13]，通過陽信洼陷東、西次洼烴源巖評價對比可以看出(表1)，陽信次洼火成巖發育，其烴源巖成熟度及烴產率明顯高于無火成巖發育的溫家次洼，說明火成巖作用促進了烴源巖生烴演化。在考慮火成巖作用前提下重新估算了陽信洼陷的資源量，僅沙四上亞段成熟油資源量就達到1.8×108t，具有較大的勘探潛力[3]。

表1 陽信洼陷東、西次洼烴源巖評價對比

3.2 可作為良好儲層

火成巖冷卻結晶產生的晶間孔隙、火成巖氣孔，構造運動產生的微裂縫以及油氣水介質溶解產生的次生孔隙等，這些均可成為火成巖儲層中的良好儲集空間。陽信洼陷火成巖段共解釋油層76 m(33層)，油水同層210.3 m(14層)，含油水層185.5 m(12層)。這些含油氣火成巖儲層中，玄武巖與安山質玄武巖占78%，凝灰質角礫巖占12%，輝綠巖占10%。通過統計陽16、陽161、陽25等5口井91塊巖心樣品的孔滲數據，孔隙度一般為1.6% ～25.3%，滲透率為 0.08×10－3～80.00×10－3μm2，儲集物性較好，同時也反映了火成巖儲層具有較強的非均質性。儲層的非均質性主要取決于火成巖巖相，噴發巖相的物性好于侵入巖相，而噴發巖相中頂板微相由于氣孔、溶孔十分發育，其物性較中間微相好[5]。

3.3 形成了良好蓋層

當大面積分布的火成巖覆蓋于砂巖儲層之上時，可形成良好的蓋層條件。如商店背斜構造帶，大面積分布的噴發巖形成了良好的區域蓋層，火成巖覆蓋之下已有4口井獲得油氣流。又如陽101井底部鉆遇的侵入巖在地震上呈巖床狀，巖性致密，分布面積約60 km2，厚度為100～200 m，可作為好的局部蓋層，陽103、104井均于該套火成巖下部解釋了油氣層。

3.4 豐富了圈閉類型

研究區火成巖常以刺穿或斜交方式與砂泥巖接觸，造成砂體不連通，可形成火成巖遮擋的巖性或構造－巖性圈閉。陽101井沙四段圈閉就屬于構造－巖性圈閉，該圈閉向東部洼陷傾覆、向西尖滅于火成巖上，形成了在背斜構造背景上由火成巖遮擋的構造－巖性油氣藏。

在噴發巖形成蘑菇狀和丘狀背景之上，后期沉積地層可形成超覆或披覆圈閉，這些圈閉是非常良好的聚油氣圈閉[14]。在商店背斜構造帶已經鉆探到這種類型的油氣藏，如陽25井火成巖頂部的稠油油藏和沙一段的構造氣藏。

4 勘探方向

縱向上，陽信洼陷油氣成藏主要受油氣源所控制。2000年以前研究區主力勘探目的層為沙三段，共鉆探探井35口，由于沙三段埋藏淺，烴源巖成熟度偏低，資源量較小[3]，因此鉆探成功率非常低，所鉆遇油藏均為低產稠油油藏。2000年以后隨著對研究區火成巖及沙四上亞段資源潛力認識的深入，認為沙四上亞段成熟烴源巖資源潛力較大，并將沙四上亞段作為主力勘探目的層段，先后部署井位11口，分別在惠城鼻狀構造帶和商店背斜構造帶獲得勘探突破，如陽101井在沙四上亞段獲得日產20.2 t/d的成熟油工業油流、在沙一段獲得1.2×104m3/d的生物氣流，陽251井在沙四上亞段獲得的日產2.3×104m3/d的CO2氣流，沙一段解釋氣層10.6 m，取得了較好的勘探效果。因此研究區有利勘探層系應以沙四上亞段為主，兼探沙一段。

平面上，工業油氣流井主要分布在研究區東部火成巖發育區(圖3)，因此陽信次洼是今后油氣勘探的重點地區。由于噴發巖形成的蘑菇狀和丘狀正向背景上形成的超覆或披覆圈閉，埋深較淺，構造易于落實，并且距離油氣源近，是油氣聚集的最有利場所，應是下步優先勘探部署的區帶;而對于因火成巖刺穿形成巖性或構造－巖性圈閉，多分布于沙三、沙四段，由于該層段火成巖發育規模大，且連片分布，大大降低了地震資料品質，造成該類圈閉落實難度較大，是研究區中遠期重點勘探方向，在獲得較好品質的地震資料的前提下可以進行勘探。

5 結論

(1)利用鉆井、測井和地震資料對火成巖進行了標定與描述。地震資料上噴發巖具有蘑菇狀地震相和丘狀地震相2種類型，侵入巖為板狀地震相。縱向上，火成巖主要分布在沙四段和沙三段，奧陶系和館陶組分布較為局限。平面上，火成巖集中分布在陽信次洼，各期次火成巖平面疊合面積約為290 km2。

(2)火成巖不僅可以提供直接的氣源條件，而且能夠促進烴源巖生烴演化，加大加速烴源巖的生排烴量;同時火成巖冷卻時形成的晶間孔隙、火成巖氣孔、微裂縫以及次生孔隙，均可使火成巖成為良好儲集空間，大面積分布的致密厚層火成巖還可以形成有良好的蓋層，并形成多種與火成巖有關的油氣藏。

(3)陽信次洼是研究區今后油氣勘探的重點地區，層系應以沙四上亞段為主，兼探沙一段。噴發巖形成的蘑菇狀和丘狀正向背景上形成的超覆或披覆構造帶是優先勘探部署的區帶。

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