陸家堡凹陷火山活動與油氣關系探討

裴家學

（中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦124010）

陸家堡凹陷是在海西期褶皺基底上發育起來的中生代凹陷［1］，地層自下而上依次為白堊系下統義縣組、九佛堂組（分為上段和下段）、沙海組和阜新組。該凹陷位于內蒙古自治區通遼市和赤峰市境內，是開魯盆地的一個次級構造單元，是遼河外圍盆地勘探面積最大、資源量最豐富、勘探開發效果最好的凹陷。近幾年在該凹陷的火山巖中獲得重大突破，2012年，在位于陸家堡凹陷馬北斜坡帶的M31井九佛堂組下段火山碎屑巖中試油獲日產127 m3的高產工業油流；在位于陸家堡凹陷庫倫塔拉洼陷的K2井，沙海組鉆遇流紋斑巖，試油日產油30.19 m3；2013年在該凹陷五十家子廟洼陷完鉆的M35井，九下段凝灰質砂巖見油斑顯示，試油日產油18.1 m3，展示了該地區火成巖以及火山－沉積碎屑巖的良好勘探前景。

1 區域地質構造特征

圖1 陸家堡凹陷區域位置

遼河外圍盆地位于大興安嶺東南角，松遼盆地西南緣，區內發育幾條深大斷裂，其中西拉木倫河斷裂和嫩江－紅山八里罕斷裂在陸家堡凹陷交匯（圖1）。嫩江－紅山八里罕斷裂穿過陸家堡凹陷東部地區，該斷裂在淺層地震剖面上表現為一組左旋走滑斷層。義縣期，正是沿著這些斷裂發生大規模的火山活動，形成多個斷陷湖盆，這時期火山活動十分強烈、噴發期次多、巖性復雜，導致斷陷幅度大，沉降速度快，凹陷內充滿了各種火山巖。義縣期火山強烈噴發之后，在其火山巖主體部位的東側產生了新的塌陷型盆地，開始接受九佛堂組地層沉積，火山活動明顯減弱，火成巖主要分布在陸家堡凹陷東部地區。通過鉆探揭示和地震解釋，可識別出6期火山活動，九下段時期噴發一期玄武粗安巖，地震上表現為雜亂反射、中－低頻率、強振幅；九上段和沙海時期分別噴發一期玄武巖，地震上表現為連續中頻率、強振幅；阜新組早期發生一次酸性巖漿活動，在烏拉格臺地區阜新組鉆遇600 m厚流紋巖，此次巖漿活動，在局部地區侵入沙海組地層，為流紋斑巖（K2井鉆遇），地震上表現為低頻率、弱－中振幅、連續性較好；阜新中晚期噴發兩期基性玄武巖，而阜新晚期噴發的同時，在中央構造帶大量巖漿侵入沙海組或阜新組地層，形成輝綠巖，振幅見強“雙軌”現象，連續性好，易于識別。整體來看，從陸家堡凹陷西部到東部，從九佛堂早期到阜新末期，火山活動越來越強烈，個體數目越來越多、規模越來越大、并且受嫩江－紅山八里罕斷裂控制明顯、沿該斷裂呈串珠狀分布（圖2）。

2 火山活動與構造演化

圖2 陸家堡凹陷九佛堂組－阜新組火成巖分布

早白堊世早期，在上地幔熱隆起的區域背景下，地殼上部巖層出現拉張構造環境，產生一系列斷裂，殼下深部熔融物質沿深大斷裂向上運動，發生了大面積的火山噴發，堆積了巨厚的中性火山巖和火山碎屑巖（陸參1井凝灰巖揭露厚度大于700 m），一個內部凹凸不平的裂谷盆地雛形初步形成。

九佛堂組至沙海組時期，以基底卷入型生長斷層發育為特征，這類斷層斷距大，從數百米至上千米不等，全部涉及盆地基底，斷層走向主要為北東－北北東方向，與基底的區域構造線方向一致，它們控制了斷陷的形成，沿斷層走向局部發生火山活動，規模較小。

阜新組時期，構造運動伴隨著大規模的火成巖侵入和火山巖噴溢，凹陷發生了區域性抬升，遭受不同程度的剝蝕，形成與上白堊統的角度不整合接觸。受火山活動及左旋走滑斷層的影響，沿著火成巖分布的條帶，產生一系列的構造圈閉，特別是烏拉格臺地區，受阜新期三次大規模的火山活動影響，地層不斷隆升，構造發生反轉形成背斜。

3 火山活動與生油

根據干酪根熱解成油理論，干酪根需要一定的熱環境才能向烴類轉化，火山活動形成的巖漿帶來了1 020～1 200℃的熱能，火山活動形成了熱液流體也帶來了300～400℃的熱能，這些熱能向圍巖傳熱，使圍巖經歷一個異常的熱演化階段?；鸪蓭r發育的LC1井地溫梯度為4.13℃／100 m，而火成巖欠發育的交力格洼陷的LC2井地溫梯度為3.66℃／100 m，火山活動對地溫梯度影響較大。從鏡質體反射率來看，LC1井1 000 m 至1 600 m 鏡質體反射率值明顯大于LC2井，均大于0.5%，進入成熟生油門限（LC2井的生烴門限為1 650 m）。烏拉格臺地區火山活動十分強烈，烏3井鉆遇多期厚層火成巖，該地區烴源巖成熟度高，達到高成熟和過成熟階段（表1）。因此大量火山活動，使得地溫梯度增高，加速了生油巖有機質的成熟演化［2－5］。

表1 陸家堡凹陷鏡質體反射率

4 火山活動與儲集層

火山活動使巖漿噴出地表或侵入沉積巖中，直接帶來了火成巖儲集層，同時同沉積火山活動或物源區火成巖的風化剝蝕為沉積巖帶來了火山碎屑成分形成火山－沉積碎屑巖儲集層。

4.1 火成巖儲集層

根據目前的鉆探情況，陸家堡地區義縣組火山活動頻繁，火山巖廣覆式分布（只有陸西的M30井揭示碎屑巖夾層）。巖性主要有安山巖、玄武巖、玄武安山巖、粗安巖等。巖相主要發育火山通道相、噴溢相、爆發相和火山沉積相。從九佛堂時期開始，該地區以沉積為主，但在東部地區火成巖相對較為發育，主要發育玄武粗安巖、玄武巖、流紋巖、流紋斑巖、輝綠巖等。儲集空間類型主要有原生氣孔、杏仁體內孔、溶蝕孔、礫間孔、構造縫、炸裂縫。從鉆井取心和成像測井資料來看，每一期次旋回的底部與頂部氣孔較發育，而斷層附近構造應力集中地區裂縫更為發育，氣孔與裂縫發育程度與巖性關系不大，因此大斷層附近的火成巖可以作為優質儲層。

4.2 火山－沉積碎屑巖儲集層

陸家堡凹陷九下段普遍發育凝灰質砂巖，按巖石分類標準，為火山－沉積碎屑巖類。砂巖中的凝灰質可分為降落型成因與搬運型成因［6－8］，本地區九下段凝灰質成因主要是空落型，原因有三點：①該地區九下段、九上段、沙海組以及阜新組沉積時期物源區基本不變，但只有九下段含有大量凝灰質；②同一期砂體中凝灰質含量變化不大，如果是搬運型成因，隨著搬運距離的長短，分選磨圓的變化凝灰質含量也會有較大的變化，同時該地區泥巖中也含有大量凝灰質；③九下段時期火山活動還未完全停止，洼陷內存在一些小規模火山活動，但大興安嶺仍在大規模持續火山噴發，大量火山灰隨風飄至該地區降落于凹陷中沉積下來。

整體來看，凝灰質砂巖儲層物性差，屬于低孔低滲特低滲儲層，但在局部地區，儲層物性較好，例如馬家鋪高壘帶九下段平均孔隙度為19.2%，滲透率為16×10－3μm2，前河L1塊九下段平均孔隙度為20%，滲透率為29.8×10－3μm2，為中孔低滲儲層。從鏡下微觀照片和巖心可以看出，溶蝕孔和微裂縫非常發育，儲層物性較好。分析認為，一方面，凝灰質為砂巖提供易溶組分，給次生孔隙的發育提供了物質基礎，而且中基性火山成因凝灰質比酸性的更容易被溶蝕；另一方面馬家鋪和前河L1塊九下段均位于生油洼陷中，沉積厚層深灰色泥巖或凝灰質泥巖，烴源巖在排烴的過程中生成大量的有機酸，為凝灰質的溶蝕提供酸性物質［2］，所以次生溶蝕孔發育。遠離烴源巖，像B1塊九下段，發育大套凝灰質砂巖，缺乏生油巖，溶蝕作用微弱，儲層物性差。溶蝕作用大大增加了儲層孔隙度，而后期火山活動、構造運動產生大量微裂縫，大大提高了儲層滲透率。因此九下段凝灰質砂巖發育優質儲層，分布在烴原巖范圍內、火山活動頻繁或斷裂發育的地區，這也改變了長期以來認為九下段凝灰質砂巖儲層物性差的傳統認識。

5 成藏主控因素分析

通過上述對火山活動與油氣成藏各地質要素關系的研究探討，根據儲集體類型及分布層位，總結出不同油藏的成藏主控因素。

5.1 義縣組火成巖成藏主控因素

研究區義縣組時期火山活動頻繁，火成巖分布廣泛，不同期次旋回頂部儲集條件較好。九佛堂組發育的暗色泥巖可作為優質烴源巖，尤其是九佛堂早期沉積的一套較為穩定的暗色泥巖對于義縣組油藏的形成至關重要，該套泥巖既是源巖，同時還可以作為局部蓋層。早期斷層以及部分同沉積斷層的持續活動，使得源儲直接接觸，有利于油氣輸導。義縣組火成巖油藏為新生古儲式組合，類型為“風化殼”型和“內幕”型［9］（圖3），油源斷層的發育、火成巖巖性巖相及義縣組頂部暗色泥巖的分布是成藏的關鍵。

5.2 九佛堂組－阜新組火成巖成藏主控因素

（1）火成巖賦存層位控制縱向分布。M31－N3井九下段安山巖、K2井沙海組底部流紋斑巖獲高產工業油流，B1九上段玄武粗安巖見良好油氣顯示，而沙海組上部以及阜新大量火成巖油氣顯示不活躍，主要原因是陸家堡凹陷好烴源巖主要發育于九佛堂組和沙海組底部，因此賦存于九佛堂組以及沙海組底部的火成巖成藏幾率最大。

圖3 義縣組火成巖油藏剖面

（2）巖相控制油藏平面分布范圍。M31井、M31－N3井處于火山口和近火山口相帶，裂縫發育，儲層物性好，試油均獲高產工業油流，而遠離火山口相帶的M21、M36井（圖4），鉆遇火成巖，但裂縫不發育，儲層物性差，油氣顯示不活躍［10－12］。

圖4 九佛堂組－阜新組火成巖油藏剖面

九佛堂組－阜新組火成巖油藏為自生自儲和下生上儲式油藏，其成藏主控因素為火成巖巖相和源儲配置關系。

5.3 九下段凝灰質砂巖成藏主控因素

（1）烴源巖范圍控制油藏分布。陸家堡凹陷為狹長型凹陷，優質烴源巖主要分布在靠近陡坡帶一側的洼陷中心，而與烴源巖直接接觸的凝灰質砂巖次生溶蝕孔發育，儲層物性相對較好，遠離烴源巖，物性變差，因此油氣以垂向及側向短距離運移為主，近源成藏。

（2）斷裂控富集。位于中央構造帶走滑斷裂附近廣發地區，九下段凝灰質砂巖儲層中見良好油氣顯示，多口井獲工業油流，主要原因是該走滑斷層附近火山活動頻繁，火山活動為沉積盆地帶來了熱液流體，攜有pH值小于或等于4的弱酸性功能，對熱液經過的孔隙通道進行酸化處理，使之增加孔隙度和滲透率［13］。同時火山活動使周緣斷裂活動加強或產生新的斷裂、劈理、節理以及其他構造裂縫并連通已存在的孔縫，改善圍巖的儲滲性能。

九下段凝灰質砂巖油藏為自生自儲式油藏，其成藏主控因素為優質烴源巖的分布范圍和儲層的后期改造情況。

6 結論

（1）初步研究認為，在陸家堡凹陷，從九佛堂組早期到阜新組末期一共發生6期火山活動，總體上從西部到東部，火山活動越來越強烈，個體數目越來越多、規模越來越大、并且受嫩江－紅山八里罕斷裂控制明顯、沿該斷裂呈串珠狀分布。

（2）義縣組時期和九佛堂組早期火山活動，使地貌高低起伏不平，形成洼隆相間的構造格局，并控制九佛堂組早期沉積；阜新組時期大規模的火山活動，使構造發生反轉，造就多個正向構造。

（3）火山活動使地溫梯度增加，加速烴源巖有機質成熟演化。

（4）火山活動不僅提供裂縫性火成巖儲層，而且還提供受到后期溶蝕和應力改造后的孔隙－裂縫型火山－沉積碎屑巖儲層，為油氣聚集提供了良好的儲集空間。

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