黃驊坳陷王官屯構(gòu)造帶白堊系火山巖油氣成藏特征

鄭慶華，尤繼元

（榆林學院化學與化工學院，陜西榆林719000）

0 引言

火成巖油氣勘探是各國油氣勘探的重點領域［1-2］，已在100多個國家或地區(qū)發(fā)現(xiàn)了火成巖油氣藏［3-4］。中國渤海灣盆地經(jīng)歷了中、新生代2個裂陷旋回，廣泛發(fā)育侵入巖、噴出巖和火山碎屑巖，分布面積廣，巖相、巖性類型多樣［5］，已在遼河坳陷、冀中坳陷、濟陽坳陷、黃驊坳陷和渤海海域發(fā)現(xiàn)了20多個火成巖油氣藏［6-7］，包括玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r、輝綠巖和火山碎屑巖等多種巖性［8］。油氣藏類型主要為斷塊-地壘油氣藏、巖性-地層油氣藏和基底隆升背斜油氣藏等，且多為“新生古儲”型油氣藏，具有較大的資源潛力和勘探前景。

黃驊坳陷火山巖較為發(fā)育。火山巖探井主要分布于孔店構(gòu)造帶、徐黑—鹽山區(qū)、羊二莊區(qū)、羊三木—南大港區(qū)、北大港—沈青莊區(qū)和王官屯等［9-10］。羅靜蘭等［11-13］、杜旭東等［14］、王乃軍［15］對黃驊坳陷火山巖的巖石學、儲層特征及成因等方面進行了研究，取得了較好的研究成果［16］。本次研究利用井-震資料、有機地球化學分析、流體包裹體分析等，對黃驊坳陷王官屯構(gòu)造帶火山巖油氣成藏地質(zhì)特征進行綜合研究，明確油氣成藏期次，以期為探討王官屯構(gòu)造帶火山巖的成藏模式及主控因素提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

王官屯地區(qū)位于黃驊坳陷南部滄東凹陷，東西夾持于滄東斷層和徐西斷層之間，其北部為孔店凸起，南部為烏馬營構(gòu)造帶（圖1）。王官屯構(gòu)造帶隨黃驊坳陷經(jīng)歷了加里東—海西運動、印支—燕山運動和喜馬拉雅運動，構(gòu)造復雜，受大型基底斷裂的控制，形成了典型的斷控型潛山構(gòu)造。王官屯構(gòu)造帶白堊系火山巖為該區(qū)油氣勘探的重點，探明儲量高于其他層系，已發(fā)現(xiàn)多口百噸級高產(chǎn)井。

圖1 王官屯地理位置（a）及火山巖分布（b）Fig.1 Location of Wangguantun area（a）and distribution of volcanic rocks（b）

2 油氣成藏條件

2.1 烴源巖條件

2.1.1 烴源巖有機地球化學特征

黃驊凹陷王官屯地區(qū)孔二段主要發(fā)育了一套黑色、深灰色富含有機質(zhì)的泥巖、灰褐色頁巖，厚度為100～250 m，分布面積為1 187 km2，最大沉積厚度分布在王官屯北部，鉆井已揭示的暗色泥巖最大厚度達360 m，為該區(qū)主要的烴源巖［17-18］。通過對孔二段進行大量的樣品分析，認為其泥巖有機質(zhì)豐度很高（表1），TOC質(zhì)量分數(shù)平均為3.07%，最高為9.23%；S1+S2平均為 19.46 mg/g，最高為 69.91 mg/g；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)平均為0.35%；HC平均體積分數(shù)為2 106.44×10-6。暗色泥巖綜合評價為好—很好烴源巖（表1）。油頁巖的有機質(zhì)豐度更高（表1），TOC質(zhì)量分數(shù)平均為4.87%，最高為8.41%；S1+S2平均為36.59 mg/g，最高為77.55 mg/g；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)平均為0.63%；HC平均體積分數(shù)為3 448.43×10-6。油頁巖綜合評價為很好烴源巖（表1）。孔二段烴源巖有機質(zhì)總體以Ⅰ-Ⅱ1型為主（圖2），偏腐泥型有機質(zhì)占絕對優(yōu)勢。其中Ⅰ型干酪根占69%，Ⅱ1型干酪根占13%，Ⅱ2型干酪根占8%，Ⅲ型干酪根占10%。Ⅰ型干酪根主要分布在王官屯以西和以北地區(qū)。

表1 王官屯地區(qū)孔二段烴源巖有機地球化學數(shù)據(jù)Table 1 Organic geochemical data of source rocks of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area

圖2 王官屯地區(qū)孔二段有機質(zhì)類型（a）與有機質(zhì)類型頻率（b）Fig.2 Organic matter types（a）and frequency（b）of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area

2.1.2 油源對比

利用原油樣品的地球化學分析資料，對生物標志物特征進行了油源對比（圖3），明確了火山巖油氣藏原油的主要來源。從原油及孔東斷層下降盤孔二段暗色泥巖的色譜-質(zhì)譜圖來看，研究區(qū)原油與孔二段泥巖具有相似的γ-蠟烷、C30藿烷與重排藿烷，主要表現(xiàn)在原油與孔二段泥巖都具有較高的γ-蠟烷含量和異常高的C30藿烷含量，表明二者具有親源關系。從反映原油生源特征的參數(shù)C27甾烷與C29甾烷的峰值特征來看，研究區(qū)原油的C27和C28與C29甾烷的分布呈反“L”型，且與該區(qū)孔二段烴源巖具有很強的可比性。綜合分析認為，王官屯構(gòu)造帶中生界油氣主要來源于孔東斷層下降盤的孔二段暗色泥巖和頁巖。

圖3 王官屯地區(qū)火山巖原油與孔店組孔二段烴源巖生物標志化合物特征圖譜Fig.3 Biomarker atlas of crude oil in volcanic rock and source rocks of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area

2.2 儲層條件

2.2.1 巖石類型

研究區(qū)白堊系火山巖主要分為熔巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖三大類。熔巖類基質(zhì)中火山碎屑體積分數(shù)小于10%，且以冷凝固結(jié)為特征，包括基性塊狀玄武巖、氣孔杏仁玄武巖、自碎角礫熔巖及中性噴出巖。其中，中性噴出巖以安山巖為主。火山碎屑巖類為火山碎屑體積分數(shù)大于90%，且以壓實固結(jié)為主，包括堆砌火山角礫、集塊巖、火山角礫巖和火山凝灰?guī)r。火山碎屑沉積巖類以沉積成因固結(jié)為主，包括沉火山角礫巖、沉凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖。

2.2.2 巖相特征

基于薄片成分結(jié)構(gòu)鑒定和巖心構(gòu)造觀察，結(jié)合現(xiàn)代火山噴發(fā)模式，將王官屯及周邊地區(qū)火山巖巖相劃分為4類巖相、7種亞相（表2）。其中，溢流相和爆發(fā)相主要位于王官屯構(gòu)造帶頂部地區(qū)，巖性以玄武巖、安山巖和火山凝灰?guī)r為主［圖4（a），（b），（c），（d）］；火山通道相沿孔東斷層附近發(fā)育，主要為角礫巖［圖4（e），（f）］；火山沉積相發(fā)育在王官屯構(gòu)造帶邊緣地區(qū)，主要為凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖［圖4（g），（h）］。

表2 王官屯及周邊地區(qū)火山巖巖相類型Table 2 Lithofacies types of volcanic rocks in Wangguantun and its surrounding areas

2.2.3 儲層空間類型及特征

研究區(qū)中生界原生儲集空間主要包括氣孔、晶間孔、粒間孔及收縮縫等。其中，氣孔主要分布于中生界熔巖頂?shù)撞考盎鹕剿樾紟r內(nèi)，多呈橢圓形，經(jīng)改造呈不規(guī)則狀，大小不一，大者可達到2～3 cm，若被部分充填則形成杏仁內(nèi)孔［圖 4（a），（b）］。實測孔隙度為15%～35%，平均滲透率為25 mD。粒間孔、縫多見于火山碎屑巖與沉火山巖中，類似砂巖的孔隙網(wǎng)絡［圖4（g），（h）］，一般孔徑小于 0.5 mm。晶間孔存在于礦物晶體之間，巖石結(jié)晶程度越高，該類孔隙越發(fā)育。

研究區(qū)火山巖次生儲集空間主要為高孔構(gòu)造裂縫及溶蝕孔隙縫。構(gòu)造裂縫呈多組有規(guī)律地分布于火山巖中［圖4（e），（f）］，它既能有效溝通孔隙，又可提供滲流通道，改善了火山巖的儲集性能。實測孔隙度為3%～15%，平均滲透率為109 mD。溶蝕孔-縫多見于火山巖頂部，為巖層接受風化淋濾改造，不穩(wěn)定組分被選擇性溶蝕而形成［圖4（c），（d）］。

圖4 王官屯地區(qū)中生界火山巖巖心與鑄體薄片F(xiàn)ig.4 Core and cast slice characteristics of Mesozoic volcanic rocks in Wangguantun area

2.2.4 構(gòu)造縫與溶蝕作用改善儲集性能

王官屯構(gòu)造帶隨黃驊坳陷經(jīng)歷了燕山、喜馬拉雅構(gòu)造運動，二級斷裂及次級均斷裂較為發(fā)育，誘發(fā)多期構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫不僅提高了火山巖儲層儲集性能，而且連接了大量孤立的原生孔隙，使儲層滲透性大幅度提升。該區(qū)中生界火山巖與上覆古近系之間沉積間隔近45 Ma，火山巖儲層長時間暴露于地表之上，并接受大氣淋濾，巖溶改造強烈，儲層溶孔較為發(fā)育，這就大大地改善了儲層的儲集性能。構(gòu)造縫與溶蝕孔相互連接溝通，共同促進了火山巖優(yōu)質(zhì)儲層的形成。

2.3 圈閉條件

2.3.1 圈閉類型

利用地震資料分析，將研究區(qū)圈閉類型劃分為2種，即地壘構(gòu)造圈閉和斷鼻構(gòu)造圈閉。地壘構(gòu)造圈閉主要分布在王官屯南、北兩端中生界剝蝕程度較弱的地區(qū)；斷鼻構(gòu)造圈閉主要分布在王官屯中部中生界剝蝕程度較強的地區(qū)。這2種圈閉特征均受構(gòu)造運動的差異性控制，中部構(gòu)造埋深淺，抬升幅度高，頂部中生界遭受風化剝蝕作用較強；南、北兩端構(gòu)造埋深較深，抬升幅度低，遭受風化剝蝕作用弱。

2.3.2 構(gòu)造運動及演化控制油氣保存與聚集

王官屯構(gòu)造帶為大型基底斷裂（孔東斷層）所控制的斷鼻式構(gòu)造帶。中生代以來，斷裂活動強烈，基底斷裂翹傾作用形成王官屯斷鼻構(gòu)造，構(gòu)造帶內(nèi)幕調(diào)節(jié)運動形成以地壘構(gòu)造和斷鼻構(gòu)造為特征的圈閉。隨著古近紀區(qū)域大幅沉降，孔店組覆蓋于中生界火山巖之上，厚層泥巖形成良好的蓋層。自晚漸新世，構(gòu)造活動減弱［19］，構(gòu)造宏觀形態(tài)基本定型，有利于油氣保存；烴源巖進入大規(guī)模生烴期，由孔東斷層供烴窗口進入儲層聚集成藏。

3 油氣成藏分析

3.1 成藏期次

埋藏史分析顯示（圖5），黃驊凹陷王官屯構(gòu)造帶主要經(jīng)歷了3次大幅度沉降期。第1次為晚二疊世至早三疊世，古地溫達到60℃；第2次為早白堊世至晚白堊世，古地溫達到80℃；第3次為古新世至今，地溫達到120℃以上。王官屯構(gòu)造帶主斷塊區(qū)WG1井中生界儲層中氣-液態(tài)烴包裹體分析顯示（圖6），包裹體均一溫度為100～160℃，峰值為110～140℃。因此，油氣充注期應開始于晚漸新世，持續(xù)至今。

3.2 成藏模式

研究區(qū)火山巖油氣具有典型的“新生古儲”斷控側(cè)向供烴特征（圖7），已發(fā)現(xiàn)的油氣均位于孔東斷層上升盤，斷層下降盤發(fā)育孔店組孔二段暗色泥巖和頁巖。該套烴源巖為區(qū)域性烴源巖，與火山巖儲層具有較好的對接關系，供烴窗口面積較大。孔二段自晚漸新世進入生烴門限，烴類物質(zhì)通過孔東斷層進入儲層，在潛山中生界火山巖優(yōu)勢儲層聚集成藏。另外，研究區(qū)頂部上覆層系亦為孔店組，孔二段烴源巖生烴后層內(nèi)壓力增大，可通過頂部裂縫發(fā)育區(qū)向下進入中生界火山巖優(yōu)勢儲層中聚集成藏。

供烴窗口是斷控型構(gòu)造“新生古儲”型油氣成藏的重要因素［20-22］。王官屯構(gòu)造帶中生界火山巖與古近系孔店組孔二段烴源巖具備良好的供烴窗口，烴類物質(zhì)從烴源巖通過孔東斷層供烴窗口側(cè)向進入火山巖儲層，從而控制油氣聚集。中生界與孔二段對接關系（圖8）顯示，控烴窗口優(yōu)勢區(qū)位于王官屯構(gòu)造帶北部區(qū)塊。孔東斷層北部下降盤為孔二段構(gòu)造高部位，上升盤為中生界圈閉范圍內(nèi)，兩層對接厚度約300 m，接觸面積可達到100%，具備高效、較大范圍的供烴條件。

圖5 王官屯構(gòu)造帶油氣成藏史Fig.5 Hydrocarbon accumulation history in Wangguantun tectonic zone

圖6 王官屯地區(qū)WG1井中生界包裹體均一溫度頻率Fig.6 Homogeneous temperature frequency of Cretaceous inclusions in well WG1 in Wangguantun area

圖7 王官屯構(gòu)造帶油氣成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation model in Wangguantun tectonic zone

4 結(jié)論

（1）王官屯構(gòu)造帶火山巖油氣來源于孔店組孔二段暗色泥巖和頁巖，孔二段烴源巖有機質(zhì)總體以Ⅰ—Ⅱ1型為主，偏腐泥型有機質(zhì)占絕對優(yōu)勢，生烴潛力大。

（2）王官屯火山巖主要分為熔巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖三大類，可劃分為4類巖相、7種亞相。原生儲集空間主要包括氣孔、晶間孔、粒間孔及收縮縫等，次生儲集空間主要為高孔構(gòu)造裂縫及溶蝕孔隙縫。構(gòu)造縫與溶蝕孔相互連接溝通，共同改善了儲層的儲集性能。

（3）王官屯構(gòu)造帶圈閉類型分為地壘構(gòu)造圈閉和斷鼻構(gòu)造圈閉2種，構(gòu)造運動與演化控制了圈閉的形成，晚期的構(gòu)造活動減弱，利于油氣保存。王官屯構(gòu)造帶供烴窗口控制源巖側(cè)向供烴，兩層對接厚度約300 m，接觸面積可達到100%；多期構(gòu)造活動，誘發(fā)構(gòu)造縫；45 Ma沉積間斷期，促使儲層溶蝕孔隙發(fā)育；油氣成藏模式為典型“新生古儲”斷控側(cè)向供烴模式，油氣充注期應開始于晚漸新世，持續(xù)至今。