黃河口凹陷東南緣火山活動特征及其對油氣成藏條件的影響

龐小軍， 宋章強， 周曉光

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津　300452 )

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黃河口凹陷東南緣火山活動特征及其對油氣成藏條件的影響

龐小軍， 宋章強， 周曉光

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津300452 )

為解決黃河口凹陷東南緣鉆井稀少、火山巖發育及油氣分布不清等問題，利用三維地震、鉆井和地化分析等資料，結合沉積背景，分析該區沙二段—東一段火山巖分布、火山活動特征及其對油氣成藏條件的影響。結果表明：黃河口凹陷東南緣沙二段—東一段主要發育2種火山相類型：火山通道相和溢流相?；鹕酵ǖ老嗤扇撼霈F，溢流相以多期疊加為主，局部發育孤立的火山通道相和溢流相?？v向上，沙二段—東一段火山活動呈“強—弱—強”的演化特點；平面上，不同時期、不同位置火山巖的分布和活動強度具有明顯的差異性。火山巖的分布阻礙烴源巖的演化進程，火山活動形成的火山通道相和溢流相占據沉積可容空間，對烴源巖和儲層的分布起阻礙作用；與火山巖密切相關的沸石的形成對儲層物性具有明顯的改善作用。火山巖發育形成局部蓋層，使油氣更有利于在蓋層下的古近系儲層富集。該結論對尋找火山巖發育區有利勘探目標提供一定的幫助。

火山活動； 火山巖； 古近系； 儲層； 蓋層； 黃河口凹陷

0　引言

隨著人們對油氣資源需求的增加，以及黃河口凹陷周邊油氣勘探的成熟，黃河口凹陷東南緣緩坡帶古近系成為油氣資源潛力勘探區。該區火山巖大量分布，但鉆井資料少、地震資料品質差，勘探程度低，人們對其沉積體系展布、儲層品質、油氣成藏規律等認識不足，制約該區油氣勘探和評價。近年來，朱秀香等[1]研究黃河口凹陷走滑轉換帶，認為轉換帶對砂體展布、圈閉發育及油氣運移具有明顯控制作用；于海波等[2]研究黃河口凹陷斷裂特征，認為斷層活動時間與儲蓋組合配置控制油氣在垂向上的聚集，且斷層活動強度對砂體平面展布具有明顯控制作用，進而控制油氣的平面分布；張新濤[3]、傅強等[4]研究黃河口凹陷坡折帶和層序地層格架，確定古近系各沉積期主要沉積相類型及其平面展布特征；孔慶瑩等[5]分析烴源巖地球化學特征，認為黃河口凹陷古近系發育沙三段、沙一段—沙二段和東三段3套湖相烴源巖；張麗萍等[6]研究黃河口凹陷沙三段砂巖儲層特征，認為儲層處于中成巖B期，孔隙主要以次生孔隙為主；孫和風等[7]研究黃河口凹陷成藏規律，認為該區主要以近源晚期成藏為主，并提出油氣富集模式；吳俊剛等[8]研究黃河口凹陷巖漿底辟構造的地震響應特征及發育模式，認為受底辟構造影響，研究區形成巖墻遮擋的鼻狀構造和巖上斷層控制的斷塊構造。目前，對黃河口凹陷的研究側重于整個凹陷的構造、沉積、烴源巖、儲層、油氣成藏等方面，針對火山活動對油氣成藏條件影響的研究較少。在鉆井及地化分析等資料分析基礎上，筆者利用三維地震資料，研究該區火山活動特征，分析火山活動對油氣成藏條件的影響，為尋找該區及相似巖性構造區的有利勘探目標提供指導。

1　研究區概況

黃河口凹陷位于煙臺市西北部海域，距煙臺約為200 km[1-4]，是渤海海域呈東西向展布的一個凹陷。該凹陷構造上位于渤海灣盆地渤中坳陷南部，其東、南、西、北分別與廟西凹陷、萊北低凸起、墾東—青坨子凸起和埕北低凸起相鄰，為北斷南超的不對稱箕狀斷陷。該凹陷處于渤海灣盆地渤中坳陷與濟陽坳陷之間的過渡區，其南北分別以渤南凸起和墾東—青坨子凸起與兩坳陷主體部分相隔，郯廬斷裂穿過凹陷中央，分割凹陷為東西兩部分，面積約為3 300 km2(見圖1)。

圖1　研究區地質構造Fig.1 The geological structure of study area

黃河口凹陷新生代地層發育齊全，由下至上依次發育古近系孔店組、沙河街組(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、東營組(東三段、東二下段、東二上段、東一段)，新近系館陶組、明化鎮組(明下段、明上段)，以及第四系平原組。黃河口凹陷新生代經歷古近紀裂陷、新近紀裂后熱沉降和新近紀晚期(明上段至現今)新構造運動三個階段，與渤海灣盆地其他凹陷的斷陷演化同步。古近系構造演化經歷4個幕式裂陷伸展期，分別與孔店組—沙四段、沙三段、沙二段—沙一段和東營組對應。每個裂陷伸展期后，凹陷均發生短暫的區域隆升，使部分先期沉積地層遭受剝蝕[1-4]。黃河口凹陷在構造演化上具有典型的“斷—坳—斷”疊置特征，可劃分為古近紀裂陷形成的半地塹、新近紀裂后熱沉降形成的坳陷和新近紀晚期新構造運動形成的地塹[5,9]。新生代構造面貌整體表現為西深東淺、北陡南緩、凹中有隆，為北斷南超的箕狀凹陷。二級構造單元可劃分為西北次洼、西南次洼、中央隆起帶、東部次洼、西北陡坡帶、西南緩坡帶、東北緩坡帶和東南緩坡帶[5,9]。沙三段、沙二段—沙一段和東三段形成的深湖—半深湖泥巖為該區主要烴源巖。黃河口凹陷基底最大埋深約為7.0 km，其中古近系最大厚度約為3.5 km。研究區位于黃河口凹陷東南緩坡帶。

2　火山活動特征

2.1火山相類型及特征

火山巖橫向變化較快，巖相類型復雜，王璞君[10]、唐華風[11]、楊立英[12]、李勇[13]等研究松遼盆地營城組酸性火山巖和火石嶺組中基性火山巖，將火山相分為火山通道相、爆發相、溢流相、侵出相和火山沉積相等5種類型，并建立不同火山相類型對應的鉆井、測井、地震、地震屬性等特征。耳闖等[14]研究準格爾盆地克百地區佳木河組的火山巖相類型及特征，并建立巖相—地震相的響應關系；馮玉輝等[15]劃分遼河盆地東部凹陷中基性火山巖巖相類型，并建立其對應的地震識別模板。文中利用地震和鉆井資料，在火山巖相模式指導下，對黃河口凹陷東南緣緩坡帶火山巖相進行刻畫。

鉆井資料揭示，黃河口凹陷東南緣緩坡帶古近系火山巖發育(見圖2)，且在垂向和平面上變化較大。如A1井區各層段火山巖均有發育，其中沙三段厚度為17 m，沙一段—沙二段厚度為21 m，東三段厚度為15 m，東二下段厚度為47 m，東二上段—東一段厚度為39 m；A11、A9、A8井區局部層段發育火山巖，且厚度較??；A1、AE1井區火山巖較發育，且以玄武巖為主。

圖2　研究區古近系各層段中火山分布特征Fig.2 The volcanic distribution characteristics of Paleogene in the study area

根據地震反射形態和鉆井資料，研究區識別出火山通道相和溢流相2種火山相(見圖3)，按照火山噴發期次，將火山通道相進一步劃分為孤立火山通道相和火山通道群2種類型；溢流相劃分為單期溢流相和多期溢流相2種類型。

孤立火山通道相一般單獨存在，具有獨立火山通道，與周圍火山口有一定距離，在地震剖面上呈扇形或柱形，表現為弱振幅、雜亂反射特征；平面上，均方根振幅屬性呈橢圓形或橢圓狀環形，位于低值區?；鹕酵ǖ廊河啥鄠€火山通道緊密排列組成，在地震剖面上表現為弱振幅、雜亂反射特征；平面上，均方根振幅屬性呈密集排列的橢圓狀分布，位于低值區。

單期溢流相呈孤立或界限清楚的線狀，在地震剖面上，表現為一根強振幅低頻強連續反射軸；平面上，均方根振幅屬性呈餅狀、流線狀，位于強值區。多期溢流相呈連片分布，在地震剖面上，表現為多條強振幅、低頻、強連續反射軸縱向上多層疊加分布；平面上，均方根振幅屬性呈連片分布，位于強值區。

2.2火山巖分布及火山活動特征

利用研究區均方根振幅屬性和平面特征(見圖4(a))，以及各井不同層段火山巖厚度，繪制均方根振幅屬性與火山巖厚度交會圖(見圖4(b))，建立均方根振幅屬性與火山巖厚度關系，得到研究區火山巖厚度平面展布(見圖5)特征。由圖4(a)可見，溢流相均方根振幅屬性位于強值區(紅色、黃色、白色)，與火山巖厚度為正相關關系；火山通道相均方根振幅位于低值區(中黑色)，與火山巖厚度為負相關關系，在剖面上貫穿溢流相下部地層，形成的火山巖厚度遠大于溢流相的。通過井震結合，按照火山巖厚度從溢流相向火山通道相由小逐漸變大規律，得到較為準確的火山巖厚度的平面分布(見圖5)。

由圖5可見，沙一段—沙二段火山巖厚度較大，平面分布較為分散，其中東南部厚度大、分布集中，西北部厚度小分布分散；東南部厚度大于20 m的火山巖連片分布，呈東北—西南向展布；西北部厚度大于20 m的火山巖呈分散狀孤立分布(見圖5(a))。東三段，除火山通道相外，火山巖厚度減小，多數呈分散狀孤立存在，東南部厚度略大于西北部的，厚度大于20 m的火山巖僅在東南部局部分布(見圖5(b))。東二下段，火山巖厚度增大，連片分布，并向西北方向延伸，厚度大于20 m的火成巖分布較廣、范圍較大，與沙一段—沙二段相比，西北角(A8和A11井區)火山巖不發育，西北與東南方向的火山巖連接在一起，形成較為廣泛的火山巖分布(見圖5(c))。東二上段—東一段，火山活動繼續增強，分布更加集中并向北部偏移，分布范圍廣、厚度大，厚度大于20 m的火山巖分布更廣、連片分布(見圖5(d))。

圖3　研究區火山相類型及其地震相、均方根地震屬性特征Fig.3 The volcanic facies, seismic facies, RMS characteristics in the study area

圖4　研究區東二上段—東一段均方根振幅屬性與火山巖厚度的關系Fig.4 The determined thickness of volcanic rocks in the study area

由圖5可知，沙一段—二段沉積時期，火山活動較強，東南部呈連片狀噴發，西北部呈孤立狀噴發。東三段沉積時期，火山活動減弱，僅在東南部局部噴發，噴發的強度和范圍較??；西北部發育的火山巖是東二下段和東二上段—東一段火山通道的殘留產物，不反映該處發生過強烈的火山噴發作用。東二下段沉積時期，火山活動增強，在東、南、西、北4個方向發生不同程度的強烈火山活動和噴發作用，東南方向火山活動密集，發生連片強烈噴發作用；西部和北部僅發生局部強烈的孤立噴發作用。東二上段—東一段沉積時期，火山活動比其他沉積時期更為強烈，且向研究區中部偏移，噴發作用主要集中在研究區中部，向四周發生溢流作用。整體上，沙二段—東一段火山活動具有“強—弱—強”的特點。

圖5　研究區古近系火山巖厚度平面分布Fig.5 The horizontal distribution of volcanic rocks in the study area

3　火山活動對油氣成藏條件的影響

3.1烴源巖

圖6研究區古近系不同井鏡質體反射率隨深度變化關系

Fig.6 The vitrinite reflectance variation with depth of different wells in the study area

火山活動對烴源巖的生烴作用具有明顯的影響[16-18]，黃河口凹陷烴源巖主要為沙三段、沙一段—沙二段和東三段[5]。統計黃河口凹陷東南緣火山巖分布區15口井、213個樣品的有機質鏡質體反射率(Ro)，發現該區烴源巖Ro為0.46%～0.76%，平均為0.69%；孢粉顏色指數為2.53～2.75，平均為2.63。與未發育火山巖區(B4、A13井區)的烴源巖成熟度相比，火山巖發育區(A1、A2、A4井區)的偏低(見圖6)。原因是該區古近系火山通道相與溢流相組成的火山巖呈橋墩狀分布，使上部地層對下部地層的壓實作用減弱，對烴源巖層起抗壓實作用，進而阻礙烴源巖的熱演化進程。另外，火山活動形成的火山通道相和溢流相占據湖相泥巖發育空間(見圖7(a))，影響烴源巖在空間上的分布。

3.2儲層和蓋層

黃河口凹陷東南緣古近系儲層主要為沙一段—沙二段、東三段、東二下段和東二上段—東一段，儲層類型為辮狀河三角洲[3-4,6,9]。以東二下段為例，利用三維地震反射特征和地震屬性，結合鉆井、壁心及文獻資料[3-4]，繪制研究區東二下段沉積相與火山巖厚度的疊合圖(見圖7)，得到沉積相展布與火山巖分布關系。

由圖7可見，東二下段沉積時期，火山活動強烈，整體呈連片狀噴發，形成的火山巖及較高的火山地貌阻礙三角洲砂體向火山活動強的區域進積，而向火山活動弱的區域進積。因此，在火山活動強的區域三角洲砂體不發育，而主要發育在火山活動弱的區域。

圖7　研究區東二下段沉積相與火山巖厚度的疊合圖Fig.7 The volcanic activity effect on the reservoir distribution in the study area

分析研究區古近系火山活動對儲層分布的控制。沙一段—沙二段沉積時期，火山活動較強烈，東南部呈連片狀噴發，西北部呈孤立狀噴發；火山噴發后形成的錐狀火山地貌地勢較高，且東南部地勢整體較高，三角洲砂體主要向火山活動較弱的東北方向遷移。東三段沉積時期，火山活動整體較弱，三角洲砂體主要向東北方向進積，但相比沙一段—沙二段，該沉積時期三角洲砂體明顯具有向東南方向偏移的特征。東二下段—東一段沉積時期，火山活動明顯增強，噴發的強度和范圍擴大，火山巖呈連片分布，三角洲砂體繞開火山巖發育區域進積，或停止于火山巖發育區域?？v向上，東三段三角洲砂體發育、厚度較大，沙一段—沙二段次之，東二下段—東一段三角洲砂體相對不發育。

東二下段—東一段強烈的火山活動在水下形成范圍較大、連續性較好的玄武巖和凝灰巖，被碎屑沉積物很快填埋，沒有遭受長時間的剝蝕淋濾作用，孔滲性極差，在局部構造中，火山巖和泥巖結合在一起可形成較好的蓋層。

受火山活動的影響，火山碎屑巖中火山物質水解形成的沸石、方解石等膠結物充填于巖石骨架顆粒之間(見圖8)，增大儲層抗壓強度，保存大量原生孔隙；早期火山活動形成堿性環境，有利于早期原生孔隙的保存；晚期生、排烴產生有機酸流體，形成酸性環境，對沸石和方解石的溶蝕促使次生孔隙大量形成。因此，火山活動極大地改善儲層的物性。

總之，火山活動形成的火山通道和溢流相組成的橋墩具有抗壓實作用，阻礙烴源巖的熱演化進程，并占據烴源巖的分布空間，對烴源巖發育不利。火山巖占據沉積空間，形成局部地勢較高的古地貌，影響碎屑巖儲層的平面和縱向分布。由火山物質水解形成沸石等礦物有利于早期原生孔隙的保存和后期溶蝕孔的形成。東二下段—東一段的火山巖和泥巖可作為較好的蓋層，使油氣更有利于在古近系富集。與火山活動密切相關的斷裂，為油氣的輸導和運移提供良好的通道條件[19]。

圖8　研究區典型成巖礦物特征Fig.8 The typical diagenetic mineral characteristics in the study area

4　結論

(1)黃河口凹陷東南緣古近系主要發育火山通道相和溢流相2種火山相類型，火山通道主要成群出現，局部發育孤立的火山通道，地震上表現為弱振幅，呈柱狀或扇形，均方根振幅屬性位于低值區，呈橢圓狀；溢流相主要以多期疊加為主，地震上表現為強振幅，均方根振幅屬性位于強值區，呈連片狀分布，局部出現單期，均方根振幅屬性位于強值區，具有流線狀或環帶狀特征。

(2)縱向上，沙二段—東一段火山活動具有“強—弱—強”的特征。平面上，沙二段—沙一段火山活動整體較分散，但東南部強而集中，西北部強而分散，火山巖東南部厚，西北部稍??；東三段火山活動整體較弱，分布較散，火山巖厚度整體較??；東二下段—東一段火山活動強，火山巖分布集中，且向北部偏移，范圍廣，厚度大。

(3)火山通道相和溢流相組成的橋墩阻礙烴源巖熱演化進程，火山巖占據烴源巖和儲層的分布空間，對烴源巖和儲層的發育不利。沸石等礦物的形成有利于早期原生孔隙的保存和后期溶蝕孔的形成，火山活動形成的裂縫有利于儲層物性的改善?；鹕綆r在平面上可以形成局部蓋層，使研究區古近系更有利于油氣富集。

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2016-02-19；編輯：張兆虹

國家科技重大專項(2011ZX05023-001-004)

龐小軍(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事沉積學和儲層地質學方面的研究。

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.04.006

P618.13；TE121.3

A

2095-4107(2016)04-0045-09