渤海灣盆地火山巖油氣藏發(fā)育特征及勘探潛力

渤海灣盆地火山巖油氣藏發(fā)育特征及勘探潛力

渤海盆地經(jīng)歷了中新世和新生代的兩次褶皺，形成了大量的中酸性和中基性火山巖。在許多地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏（圖1；表1）?；鹕綆r油氣藏主要發(fā)育在遼河坳陷熱河臺、歐利坨子、大洼地區(qū),黃沙坨地區(qū),牛心坨地區(qū),榮興屯地區(qū);冀中坳陷廊固凹陷;黃驊坳陷南堡凹陷、風化店地區(qū),棗北地區(qū);濟陽坳陷惠民凹陷中部、東營凹陷和沾化凹陷南部。本文在論述中新生代渤海灣盆地的裂陷旋回與巖漿活動總體特征基礎上,總結盆地內(nèi)中、新生界火山巖分布及其油氣藏類型、發(fā)育特征及規(guī)律,探討渤海灣盆地火山巖油氣藏的勘探重點和方向。1盆地崩潰和巖漿活動1.1晚白堊世后下表現(xiàn)為古近紀裂陷盆地群形成裂陷帶渤海灣盆地是一個大型中、新生代斷陷盆地,發(fā)育兩個裂陷旋回:中生代(侏羅紀—白堊紀)和新生代。侏羅紀以來,本區(qū)由相對穩(wěn)定的地臺發(fā)育階段轉(zhuǎn)入活動性較強的裂谷盆地發(fā)育階段。進入晚侏羅世,在太平洋板塊俯沖作用和深部軟流圈大規(guī)模上涌活動的影響下,巖石圈發(fā)生減薄、軟流圈相應上涌、幔源巖漿增生到地殼底部發(fā)生侵入作用,在這兩種機制的聯(lián)合作用下,渤海灣盆地進入第一個裂陷演化階段,發(fā)生了大規(guī)模的裂陷作用。渤海灣盆地西界斷層———太行山東斷層在該時期已經(jīng)形成,由于太平洋板塊的NNW向俯沖,使得NNE向的郯廬斷裂發(fā)生大規(guī)模的左旋走滑,黃驊-聊城-蘭考斷裂也開始活動。郯廬斷裂帶的左旋走滑平移、以及受張家口-蓬萊斷裂帶和齊廣斷裂的共同作用,渤海灣中部地區(qū)形成了NE、NW和近WE向的黃驊裂陷、五號樁裂陷和惠民-東營裂陷;在鹽山-歧口-新港-蘭考-聊城斷裂以西、太行山東斷裂以東的地區(qū),受左旋走滑影響較弱,主要發(fā)育NE和NNE向斷陷盆地,形成了北京-保定-石家莊裂陷盆地群:包括北京、大廠、葛漁城、石家莊、饒陽、臨清裂陷;NNE向的遼河坳陷區(qū)和郯廬斷裂中段坳陷區(qū)則屬郯廬斷裂帶內(nèi)部的走滑拉張盆地(圖2)。在這些裂陷盆地中,沉積了較厚的下侏羅統(tǒng)—上白堊統(tǒng),并伴有強烈的火山活動,形成了廣泛發(fā)育的中酸性系列的巖漿作用。至晚白堊世,渤海灣盆地進入坳陷發(fā)育階段,逐步結束了中生代裂陷旋回。新生代早期應力場從NW-SE南東向的擠壓轉(zhuǎn)為拉張,渤海灣盆地開始了第二個裂陷旋回,經(jīng)歷了古近紀裂陷沉降階段和新近紀—第四紀后裂陷熱沉降階段。古近紀裂陷作用具有幕式漸進發(fā)展的特征,進一步可以劃分為3個裂陷期,分別與孔店組-沙河街組四段(以下簡稱沙四段)(斷陷初期)、沙河街組三段(以下簡稱沙三段)(強烈斷陷期)、沙河街組一段(以下簡稱沙一段)-東營組(斷陷晚期)3套沉積層的發(fā)育期相對應,沙河街組二段(以下簡稱沙二段)沉積時期可能為強烈斷陷與晚期斷陷的過渡時期。自西向東形成了冀中坳陷帶、滄縣隆起帶、黃驊坳陷帶、內(nèi)黃-埕寧隆起帶、東濮-濟陽坳陷帶、下遼河-遼東灣坳陷帶。新生代盆地一定程度上繼承了中生代盆地特征,東部、西部構造走向以NNE向為主,中部地區(qū)則以NE,NW和近WE向為特征。1.2館陶紀火山活動的宏觀方面渤海灣盆地中、新生代的兩個裂陷旋回構成了兩個大規(guī)模的火山活動旋回:中生代火山活動以中酸性的火山巖為主,新生代的火山活動以中基性火山巖為主(圖3)。新生代火山活動通常劃分為華北Ⅰ幕(古近紀)和華北Ⅱ幕(新近紀-第四紀),本文將其稱為亞旋回Ⅱ1和亞旋回Ⅱ2,亞旋回Ⅱ1火山巖較亞旋回Ⅱ2的火山巖發(fā)育。中生代火山旋回可以劃分為兩期:侏羅紀火山活動以形成安山巖類為特征,白堊紀火山活動以形成流紋巖類為特征;古近紀火山活動可劃分為三期:分別為沙四—孔店期、沙三期和沙二—東營期。新近紀火山活動主要發(fā)生在館陶期。中生界火山巖主要由一套堿性-偏堿性火山熔巖-火山碎屑巖組成,以中酸性流紋巖、安山巖為主要巖石類型,火山碎屑巖主要為火山集塊巖、火山角礫巖和火山凝灰?guī)r。古近紀(沙四—孔店期)渤海灣盆地處于裂陷初期,構造活動強烈,華北Ⅰ幕火山活動在全盆地范圍內(nèi)表現(xiàn)都很突出,特別是沙四末期為古近紀以斷裂為主的構造活動最強烈時期,大斷裂的劇烈活動形成了沿其呈裂隙式噴發(fā)而廣泛分布的火成巖,巖性主要為以中基性為主的玄武巖系列和輝綠巖等次火山巖;沙三期為裂谷盆地發(fā)育全盛期,塊斷作用強烈,火山活動活躍,因而在渤海灣盆地普遍發(fā)育該期火山巖,既有火山噴發(fā)作用,又有火山侵入作用和侵出作用,巖性主要為玄武巖、輝綠巖、粗面巖和粗面斑巖。沙二—東營期,構造活動已明顯減弱,但由于一些斷裂仍有較強活動性,因而造成火山巖局限分布的特點,巖性以玄武巖為主。華北Ⅰ幕從孔店期至東營期的火山巖分布的變化,表明了盆地構造發(fā)展旋回隨斷裂由整體活動變?yōu)榫植啃?火山活動逐漸演變?yōu)橐灾行氖絿姲l(fā)和侵入為主。由于構造活動的遷移性,使火山活動也隨之遷移。新近紀渤海灣盆地進入坳陷發(fā)展階段,構造活動強度明顯減弱,華北Ⅱ幕(新近紀—第四紀)的火山活動也明顯減弱,主要發(fā)育在濟陽坳陷、黃驊坳陷;館陶期巖漿以裂隙式噴發(fā)為主,部分地區(qū)大面積分布,明化鎮(zhèn)期火成巖為中心式活動的特點,呈零星分布。渤海灣盆地中、新生代兩個裂陷構造旋回不僅形成了兩大火山旋回,兩大旋回火山巖的巖性也有顯著差異,中生代以中酸性火山巖為主,新生代以中基性火山巖為主,表明了盆地裂陷作用的構造發(fā)展演化歷史與火山活動強度及其分布密切相關,裂陷作用的不同階段,火山活動強度及巖性的變化也反映了渤海灣盆地的構造發(fā)展演化歷史的變遷。2火山巖的分布特征2.1巖石學和微量元素特征中生界火山巖主要分布在渤海灣盆地東部,包括遼河坳陷和渤海海域;在黃驊坳陷、冀中坳陷、濟陽坳陷也有少量分布(圖4)。在遼河坳陷及其周緣,中生界火山巖分布廣泛。在盆地外圍,下侏羅統(tǒng)興隆溝組火山巖主要分布于遼西朝陽朱杖子、北票、興隆溝—三寶之間局部地區(qū);上侏羅統(tǒng)火山巖主要見于遼西地區(qū)以及赤峰以北大興安嶺西南部地區(qū)。在遼河坳陷,中生界火山巖主要分布在西部凹陷、大民屯凹陷的西側(cè)及東部凹陷東側(cè),白堊系火山巖較侏羅系火山巖更為發(fā)育;在西部凹陷和大民屯凹陷,火山巖位于白堊系義縣組中,在高升地區(qū)、宋家洼陷、牛心坨等地區(qū)該組都比較發(fā)育,沈208、高2、宋14、坨3等鉆井中都鉆遇了較厚的火山巖地層,鉆井揭示該套火山巖以中酸性火山巖系為主,由灰色、綠灰、深灰色和紫色安山巖、蝕變安山巖,流紋巖,安山質(zhì)、流紋質(zhì)的角礫巖、凝灰?guī)r等組成,其次還有少量的中基性熔巖;在東部凹陷,火山巖位于白堊系小嶺組中(與西部凹陷中的義縣組相當),界3、灣2、佟2等井中均鉆遇較厚的火山巖,巖性主要為紫紅色安山巖、灰紅色流紋巖、灰白色、灰綠色凝灰?guī)r為主,上部偶夾綠灰色蝕變玄武巖?？傮w上,東部與西部巖性類似,但西部中生代火山巖厚度更大,達1000~3000m。在渤海海域,中生代有比較強烈的火山活動,時代為晚侏羅世-早白堊世,以早白堊世為主。上侏羅統(tǒng)火山巖僅在石臼坨凸起鉆遇,白堊系火山巖主要分布在埕北凸起及岐南斷裂帶、萊北低凸起、石臼坨區(qū)和遼東灣地區(qū)的渤東低凸起區(qū),海20,BZ7,QHD30-1-1和PL7-1-1等井都鉆遇了較厚的白堊系火山巖,巖性以安山巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖為主,含有少量玄武巖、英安巖等。因此,渤海海域南段是渤海海域中生代火山活動最強烈地帶,萊北低凸起區(qū)的13B5-1井鉆遇了厚度達1536.4m的中生界火山巖。在黃驊坳陷,中生代火山巖主要分布在中南部前古近紀隆起區(qū),時代為晚白堊世,巖性以中性-堿性過渡類型的粗安巖,厚度為幾十米到200m。在冀中坳陷,中生代火山巖主要分布在白堊系辛莊組中,在豐臺、無極、石家莊等地揭露較完整,豐參2、極5井揭露的辛莊組火山巖以暗紫紅色、灰色安山巖為主,夾凝灰?guī)r、玄武巖,厚度達到420m。在濟陽坳陷,下白堊統(tǒng)西洼組下部發(fā)育中性火山巖,主要分布在濟陽坳陷東北部,巖性以淺灰色安山巖類為主,夾灰綠色凝灰?guī)r。郯廬斷裂帶內(nèi)部及其以西地區(qū)中生界火山巖的廣泛分布,顯示了中生代郯廬斷裂帶極為活躍;盆地中部的黃驊-聊城-蘭考斷裂和西部的太行山前斷裂此時活動相對較弱,火山活動也相對較弱。中生界火山巖多呈NEE向展布、中部地區(qū)呈NW向展布,與渤海灣盆地中生代斷裂的走向一致,反映了火山活動以裂隙式噴發(fā)為主的特征。2.2主要活動期火山巖渤海灣盆地新生界火山巖,平面上具有東多西少、北多南少的特點(圖5),在孔店—沙四期、沙三期、沙二—東營期、館陶期4個主要活動期中,以孔店組、沙三段、沙一段、館陶組4個層位火山巖相對更為富集,但各時代火山巖分布變化較大。2.2.1沙六段3個火山巖分布孔店—沙四期(遼河坳陷稱為房身泡—沙四期)火山巖主要分布在盆地邊緣,多呈NNE向展布,主要分布在遼河坳陷、冀中坳陷、昌濰坳陷、濟陽坳陷東南部、東濮凹陷東南部,此外在黃驊坳陷孔店構造帶也有分布。在遼河坳陷,房身泡組時期是火山活動最強烈的時期,火山巖在全區(qū)廣泛分布,呈NNE向展布,以玄武巖系列為主、含部分凝灰?guī)r,西部凹陷主噴發(fā)中心位于高升地區(qū),鉆井揭示最大厚度為1204m未穿(高參1井),從中心向四周減薄并分為3支向南北延伸。西支位于西部斜坡帶,火山巖厚100~200m;北支向北延伸不遠,厚度較薄;東支位于臺安大洼斷裂帶上,呈帶狀斷續(xù)分布,延至大洼地區(qū),洼7井揭示房身泡組火山巖厚度169.55m。東部凹陷以小龍灣地區(qū)為主噴發(fā)中心,小3井揭示火山巖厚度為1123.39m(未穿),向北延展至四方臺附近,向南延展至榮興屯附近。在冀中坳陷,本期火山巖分布范圍也較廣,總體展布方向為NNE向,主要分布在坳陷的北部和中南部。北部的北京凹陷、大廠凹陷、廊固凹陷、霸縣凹陷內(nèi)均有孔店-沙四期的玄武巖、輝綠巖,厚度在20~200m左右;中南部本期火山巖也以玄武巖為主,包括饒陽凹陷南部、保定凹陷南部、劉村低凸起一帶、無極-葉城低凸起一帶,厚度在30~300m左右,局部較厚,劉村-深澤低凸起澤古16井沙四段玄武巖累計厚度達1027m。在濟陽坳陷,孔店-沙四期火山巖主要分布在坳陷東南部的金家-草橋一帶,在林樊家、高青、濱縣一帶也有分布,巖性以玄武巖為主,高42井鉆遇孔店組玄武巖厚38.4m、濱618井鉆遇14.2m沙四段玄武巖,整體呈近EW向展布。在昌濰坳陷沂沭斷裂帶內(nèi),廣泛分布孔店組玄武巖,厚度較大,據(jù)昌6、昌8和昌11等井資料,玄武巖厚500~700m。在東濮凹陷分布局限,僅在橋口、白廟地區(qū)局部出現(xiàn)沙四段厚層灰色玄武巖。2.2.2火山巖分布、分布特點沙三段沉積時期渤海灣盆地進入強烈斷陷期,火山活動相對孔店—沙四期明顯減弱,分布范圍減小,但發(fā)現(xiàn)的火山巖油氣藏很多?；鹕綆r主要分布在遼河坳陷、冀中坳陷和濟陽坳陷,巖性以玄武巖和次火山巖為主,在遼河坳陷東部凹陷中部地區(qū)發(fā)育粗面巖類。在遼河坳陷,沙三期火山巖主要分布在東部凹陷黃沙坨、歐利坨子、熱河臺地區(qū)和牛居-青龍臺地區(qū),南部噴發(fā)中心位于熱河臺地區(qū),火山巖厚度在600m以上,北部噴發(fā)中心位于青龍臺至茨53井區(qū),西部凹陷的陳家地區(qū)和大民屯北部地區(qū)也有分布。在冀中坳陷,沙三期火山巖主要分布在北部的大廠凹陷、廊固凹陷的舊州-固安構造帶、霸縣凹陷的蘇橋和文安斜坡區(qū),火山巖厚10~200m;南部晉縣凹陷也有分布,趙28井沙三期玄武巖厚174m。在濟陽坳陷,火山巖主要分布在幾條近EW向斷裂帶附近,夏口斷裂帶東部商河南、陽信斷裂帶東部陽信—濱縣一帶、高青—金家一帶,主要巖性為玄武巖,B358井玄武巖厚達168m,此外輝綠巖等次火山巖也很發(fā)育,在商741井等發(fā)現(xiàn)了次火山巖油藏。此外,在渤海海域CFD16-3-1、CFD23-1-1和LD16-3-1三口井中鉆遇了沙三期玄武巖,厚度分別為15.5,76.5和63.0m;黃驊坳陷孔店構造帶發(fā)育該期的玄武巖和火山角礫巖,但總體為零星分布。2.2.3陰山南部火山活動區(qū)域本期火山巖在沙一段和東營組中富集,巖性以玄武巖為主,在渤海海域的渤中坳陷、黃驊坳陷東北部、濟陽坳陷東北部以及遼河坳陷段均廣泛發(fā)育,此外,在遼河坳陷東部凹陷的南部和北部地區(qū),在黃驊坳陷張西、扣村地區(qū),濟陽坳陷夏口斷裂帶附近,冀中坳陷南部地區(qū)也有分布。在南堡凹陷,本期火山巖不僅分布廣,厚度也大,沙一段最大鉆遇玄武巖厚度達578.5m;東營組三段火山巖最大鉆遇厚度120m;東營組一段火山巖最大鉆遇厚度600m。在遼河坳陷東部凹陷本期火山活動也較強烈,且南部噴發(fā)強度比北部大得多,南部沙一段火山巖最厚為181m(于34井),噴發(fā)中心位于黃金帶地區(qū),北部噴發(fā)中心位于茨榆坨地區(qū);東營組火山巖最厚達828m(桃6井),南部噴發(fā)中心位于溝沿-紅星一帶,北部位于茨榆坨地區(qū)。渤海海域本期火山巖分布廣,但厚度不大,BZ34-5-2井鉆遇沙一段火山巖厚度51m,BZ19-2-1井鉆遇東營組火山巖厚度54m。2.2.4新生代火山巖的分布格局館陶期火山巖在渤海灣中部南北兩邊大面積分布,主要集中在濟陽坳陷的南部、黃驊坳陷的東北部,此外在冀中坳陷和遼河坳陷也有零星分布,巖性主要為玄武巖。濟陽坳陷本期火山巖厚度較薄,主要沿夏口斷裂帶分布,肖莊、商河、林樊家地區(qū)分布較廣,南部的高青、金家和樂安一帶也有分布。黃驊坳陷的北塘凹陷、南堡凹陷和樂亭凹陷均有較大分布,南堡凹陷最大鉆遇厚度為200m。綜上所述,新生代火山巖總體分布特征為:孔店—沙四期火山巖分布范圍較廣,包括冀中坳陷、遼河坳陷、濟陽坳陷東南部、東濮凹陷東南部,本期火山巖主要分布在盆地邊緣;沙三期火山巖活動相對孔店—沙四期明顯減弱,分布范圍減小,火山巖向盆地內(nèi)部遷移,主要分布在濟陽坳陷、冀中坳陷和遼河坳陷;沙二-東營期火山巖主要分布在渤海海域,在渤海海域最為發(fā)育;進入新近紀,隨著構造活動強度減弱,巖漿活動較弱,火山巖零星分布,館陶期火山巖主要分布在盆地中部的南北兩側(cè)。新生界火山巖從老到新,從盆地邊緣向中心、再向盆地邊部遷移的趨勢(圖5)主要受制于控制火山活動的深部斷裂組系在各時期的發(fā)育和演化。3油氣成藏條件在渤海灣盆地,由于火山巖廣泛分布于不同時代,并緊鄰沙三段、沙四段、孔店組以及東營組有效烴源巖(圖3),生成的油氣可就近運移到火山巖儲集體中聚集成藏,在所有的火山巖層段中都發(fā)現(xiàn)了油氣藏(圖3),儲層的巖石類型主要有玄武巖、流紋巖、安山巖、輝綠巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r,裂縫和孔隙均為主要儲集空間。操應長等對渤海灣盆地古近系火山巖油氣藏油氣地質(zhì)儲量的統(tǒng)計,表明沙三段火山巖聚集的油氣地質(zhì)儲量最多。沙三段火山巖具有最優(yōu)越的油氣儲聚、成藏條件,主要是因為沙三段發(fā)育巨厚的有效烴源巖;另一方面,沙三期發(fā)育的火山巖多為水下噴發(fā),巖漿遇水冷凝形成了大量的冷凝收縮縫,這種以自碎角礫巖為主的火山巖原生裂縫、氣孔、溢氣孔等原生儲集空間相當發(fā)育,為成藏奠定了良好的儲集條件。說明了近油源、富油源與優(yōu)質(zhì)儲集條件相匹配是火成巖成藏的重要條件。勘探成果表明,渤海灣盆地火山巖油氣藏主要有3種類型:潛山型火山巖油氣藏、斷塊型火山巖油氣藏、地層-巖性油氣藏(圖6)。3.1火山巖油氣藏及油氣運移規(guī)律潛山型火山巖油氣藏是指油氣儲聚在具有潛山形態(tài)的火山巖體內(nèi)形成的油氣藏。在渤海灣盆地,發(fā)現(xiàn)的潛山型火山巖油氣藏有:興隆臺火山巖油氣藏、洼609井區(qū)中生界火山巖油氣藏、秦皇島36-1火山巖油氣藏(圖6a)、風化店流紋巖油氣藏。這類油氣藏主要發(fā)育于中生界火山巖不整合面之下,由于風化作用或火山間歇噴發(fā)作用形成的不整合面、邊界斷層以及滲透性地層是油氣運移的良好通道,與火山巖體鄰近的生油洼陷內(nèi)的油氣在地層壓力、浮力及水動力等油氣運移驅(qū)動力作用下,沿著連通砂體、斷面、不整合面向上傾方向火山巖體的風化殼圈閉中運移聚集形成油氣藏。油氣藏多位于火山巖體的頂部;通常爆發(fā)相上部為有利相帶,巖性以中酸性的凝灰?guī)r、火山角礫巖及熔巖為主;火山巖儲層的儲集空間主要為氣孔,風化淋濾作用形成的溶蝕孔、洞、縫,以及斷裂作用形成的構造裂縫。3.2火山巖體頂部發(fā)育不整合面為油氣運移的主要通道斷塊型火山巖油氣藏是指主要由斷層控制的火山巖油氣藏,火山巖呈層狀或塊狀形態(tài),通常位于凹(洼)陷的斜坡區(qū)或凹(洼)內(nèi)高地內(nèi),形成抬斜斷塊、斷鼻或地壘斷塊型圈閉,油氣沿斷層和滲透性地層運移至圈閉中成藏。當火山巖體頂部發(fā)育不整合面時,不整合面也是油氣運移的主要通道。在渤海灣盆地,發(fā)現(xiàn)的斷塊型火山巖油氣藏有:高青孔店組火山巖油藏(圖6b)、小22井區(qū)沙三段火山巖油藏、扣22井區(qū)沙一段輝綠巖油藏、官187井區(qū)沙三段火山巖油藏、大平房地區(qū)東營組火山巖油藏。此類油氣藏主要發(fā)育在新生代孔店-沙四期,火山巖油氣藏頂部常發(fā)育不整合面;巖性以玄武巖、次火山巖為主,位于斜坡區(qū)的溢流相和淺