黄河口凹陷东南缘火山活动特征及其对油气成藏条件的影响

庞小军， 宋章强， 周晓光

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



黄河口凹陷东南缘火山活动特征及其对油气成藏条件的影响

庞小军， 宋章强， 周晓光

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

为解决黄河口凹陷东南缘钻井稀少、火山岩发育及油气分布不清等问题，利用三维地震、钻井和地化分析等资料，结合沉积背景，分析该区沙二段—东一段火山岩分布、火山活动特征及其对油气成藏条件的影响。结果表明：黄河口凹陷东南缘沙二段—东一段主要发育2种火山相类型：火山通道相和溢流相。火山通道相往往成群出现，溢流相以多期叠加为主，局部发育孤立的火山通道相和溢流相。纵向上，沙二段—东一段火山活动呈“强—弱—强”的演化特点；平面上，不同时期、不同位置火山岩的分布和活动强度具有明显的差异性。火山岩的分布阻碍烃源岩的演化进程，火山活动形成的火山通道相和溢流相占据沉积可容空间，对烃源岩和储层的分布起阻碍作用；与火山岩密切相关的沸石的形成对储层物性具有明显的改善作用。火山岩发育形成局部盖层，使油气更有利于在盖层下的古近系储层富集。该结论对寻找火山岩发育区有利勘探目标提供一定的帮助。

火山活动； 火山岩； 古近系； 储层； 盖层； 黄河口凹陷

0　引言

随着人们对油气资源需求的增加，以及黄河口凹陷周边油气勘探的成熟，黄河口凹陷东南缘缓坡带古近系成为油气资源潜力勘探区。该区火山岩大量分布，但钻井资料少、地震资料品质差，勘探程度低，人们对其沉积体系展布、储层品质、油气成藏规律等认识不足，制约该区油气勘探和评价。近年来，朱秀香等[1]研究黄河口凹陷走滑转换带，认为转换带对砂体展布、圈闭发育及油气运移具有明显控制作用；于海波等[2]研究黄河口凹陷断裂特征，认为断层活动时间与储盖组合配置控制油气在垂向上的聚集，且断层活动强度对砂体平面展布具有明显控制作用，进而控制油气的平面分布；张新涛[3]、傅强等[4]研究黄河口凹陷坡折带和层序地层格架，确定古近系各沉积期主要沉积相类型及其平面展布特征；孔庆莹等[5]分析烃源岩地球化学特征，认为黄河口凹陷古近系发育沙三段、沙一段—沙二段和东三段3套湖相烃源岩；张丽萍等[6]研究黄河口凹陷沙三段砂岩储层特征，认为储层处于中成岩B期，孔隙主要以次生孔隙为主；孙和风等[7]研究黄河口凹陷成藏规律，认为该区主要以近源晚期成藏为主，并提出油气富集模式；吴俊刚等[8]研究黄河口凹陷岩浆底辟构造的地震响应特征及发育模式，认为受底辟构造影响，研究区形成岩墙遮挡的鼻状构造和岩上断层控制的断块构造。目前，对黄河口凹陷的研究侧重于整个凹陷的构造、沉积、烃源岩、储层、油气成藏等方面，针对火山活动对油气成藏条件影响的研究较少。在钻井及地化分析等资料分析基础上，笔者利用三维地震资料，研究该区火山活动特征，分析火山活动对油气成藏条件的影响，为寻找该区及相似岩性构造区的有利勘探目标提供指导。

1　研究区概况

黄河口凹陷位于烟台市西北部海域，距烟台约为200 km[1-4]，是渤海海域呈东西向展布的一个凹陷。该凹陷构造上位于渤海湾盆地渤中坳陷南部，其东、南、西、北分别与庙西凹陷、莱北低凸起、垦东—青坨子凸起和埕北低凸起相邻，为北断南超的不对称箕状断陷。该凹陷处于渤海湾盆地渤中坳陷与济阳坳陷之间的过渡区，其南北分别以渤南凸起和垦东—青坨子凸起与两坳陷主体部分相隔，郯庐断裂穿过凹陷中央，分割凹陷为东西两部分，面积约为3 300 km2(见图1)。

图1　研究区地质构造Fig.1 The geological structure of study area

黄河口凹陷新生代地层发育齐全，由下至上依次发育古近系孔店组、沙河街组(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、东营组(东三段、东二下段、东二上段、东一段)，新近系馆陶组、明化镇组(明下段、明上段)，以及第四系平原组。黄河口凹陷新生代经历古近纪裂陷、新近纪裂后热沉降和新近纪晚期(明上段至现今)新构造运动三个阶段，与渤海湾盆地其他凹陷的断陷演化同步。古近系构造演化经历4个幕式裂陷伸展期，分别与孔店组—沙四段、沙三段、沙二段—沙一段和东营组对应。每个裂陷伸展期后，凹陷均发生短暂的区域隆升，使部分先期沉积地层遭受剥蚀[1-4]。黄河口凹陷在构造演化上具有典型的“断—坳—断”叠置特征，可划分为古近纪裂陷形成的半地堑、新近纪裂后热沉降形成的坳陷和新近纪晚期新构造运动形成的地堑[5,9]。新生代构造面貌整体表现为西深东浅、北陡南缓、凹中有隆，为北断南超的箕状凹陷。二级构造单元可划分为西北次洼、西南次洼、中央隆起带、东部次洼、西北陡坡带、西南缓坡带、东北缓坡带和东南缓坡带[5,9]。沙三段、沙二段—沙一段和东三段形成的深湖—半深湖泥岩为该区主要烃源岩。黄河口凹陷基底最大埋深约为7.0 km，其中古近系最大厚度约为3.5 km。研究区位于黄河口凹陷东南缓坡带。

2　火山活动特征

2.1火山相类型及特征

火山岩横向变化较快，岩相类型复杂，王璞君[10]、唐华风[11]、杨立英[12]、李勇[13]等研究松辽盆地营城组酸性火山岩和火石岭组中基性火山岩，将火山相分为火山通道相、爆发相、溢流相、侵出相和火山沉积相等5种类型，并建立不同火山相类型对应的钻井、测井、地震、地震属性等特征。耳闯等[14]研究准格尔盆地克百地区佳木河组的火山岩相类型及特征，并建立岩相—地震相的响应关系；冯玉辉等[15]划分辽河盆地东部凹陷中基性火山岩岩相类型，并建立其对应的地震识别模板。文中利用地震和钻井资料，在火山岩相模式指导下，对黄河口凹陷东南缘缓坡带火山岩相进行刻画。

钻井资料揭示，黄河口凹陷东南缘缓坡带古近系火山岩发育(见图2)，且在垂向和平面上变化较大。如A1井区各层段火山岩均有发育，其中沙三段厚度为17 m，沙一段—沙二段厚度为21 m，东三段厚度为15 m，东二下段厚度为47 m，东二上段—东一段厚度为39 m；A11、A9、A8井区局部层段发育火山岩，且厚度较小；A1、AE1井区火山岩较发育，且以玄武岩为主。

图2　研究区古近系各层段中火山分布特征Fig.2 The volcanic distribution characteristics of Paleogene in the study area

根据地震反射形态和钻井资料，研究区识别出火山通道相和溢流相2种火山相(见图3)，按照火山喷发期次，将火山通道相进一步划分为孤立火山通道相和火山通道群2种类型；溢流相划分为单期溢流相和多期溢流相2种类型。

孤立火山通道相一般单独存在，具有独立火山通道，与周围火山口有一定距离，在地震剖面上呈扇形或柱形，表现为弱振幅、杂乱反射特征；平面上，均方根振幅属性呈椭圆形或椭圆状环形，位于低值区。火山通道群由多个火山通道紧密排列组成，在地震剖面上表现为弱振幅、杂乱反射特征；平面上，均方根振幅属性呈密集排列的椭圆状分布，位于低值区。

单期溢流相呈孤立或界限清楚的线状，在地震剖面上，表现为一根强振幅低频强连续反射轴；平面上，均方根振幅属性呈饼状、流线状，位于强值区。多期溢流相呈连片分布，在地震剖面上，表现为多条强振幅、低频、强连续反射轴纵向上多层叠加分布；平面上，均方根振幅属性呈连片分布，位于强值区。

2.2火山岩分布及火山活动特征

利用研究区均方根振幅属性和平面特征(见图4(a))，以及各井不同层段火山岩厚度，绘制均方根振幅属性与火山岩厚度交会图(见图4(b))，建立均方根振幅属性与火山岩厚度关系，得到研究区火山岩厚度平面展布(见图5)特征。由图4(a)可见，溢流相均方根振幅属性位于强值区(红色、黄色、白色)，与火山岩厚度为正相关关系；火山通道相均方根振幅位于低值区(中黑色)，与火山岩厚度为负相关关系，在剖面上贯穿溢流相下部地层，形成的火山岩厚度远大于溢流相的。通过井震结合，按照火山岩厚度从溢流相向火山通道相由小逐渐变大规律，得到较为准确的火山岩厚度的平面分布(见图5)。

由图5可见，沙一段—沙二段火山岩厚度较大，平面分布较为分散，其中东南部厚度大、分布集中，西北部厚度小分布分散；东南部厚度大于20 m的火山岩连片分布，呈东北—西南向展布；西北部厚度大于20 m的火山岩呈分散状孤立分布(见图5(a))。东三段，除火山通道相外，火山岩厚度减小，多数呈分散状孤立存在，东南部厚度略大于西北部的，厚度大于20 m的火山岩仅在东南部局部分布(见图5(b))。东二下段，火山岩厚度增大，连片分布，并向西北方向延伸，厚度大于20 m的火成岩分布较广、范围较大，与沙一段—沙二段相比，西北角(A8和A11井区)火山岩不发育，西北与东南方向的火山岩连接在一起，形成较为广泛的火山岩分布(见图5(c))。东二上段—东一段，火山活动继续增强，分布更加集中并向北部偏移，分布范围广、厚度大，厚度大于20 m的火山岩分布更广、连片分布(见图5(d))。

图3　研究区火山相类型及其地震相、均方根地震属性特征Fig.3 The volcanic facies, seismic facies, RMS characteristics in the study area

图4　研究区东二上段—东一段均方根振幅属性与火山岩厚度的关系Fig.4 The determined thickness of volcanic rocks in the study area

由图5可知，沙一段—二段沉积时期，火山活动较强，东南部呈连片状喷发，西北部呈孤立状喷发。东三段沉积时期，火山活动减弱，仅在东南部局部喷发，喷发的强度和范围较小；西北部发育的火山岩是东二下段和东二上段—东一段火山通道的残留产物，不反映该处发生过强烈的火山喷发作用。东二下段沉积时期，火山活动增强，在东、南、西、北4个方向发生不同程度的强烈火山活动和喷发作用，东南方向火山活动密集，发生连片强烈喷发作用；西部和北部仅发生局部强烈的孤立喷发作用。东二上段—东一段沉积时期，火山活动比其他沉积时期更为强烈，且向研究区中部偏移，喷发作用主要集中在研究区中部，向四周发生溢流作用。整体上，沙二段—东一段火山活动具有“强—弱—强”的特点。

图5　研究区古近系火山岩厚度平面分布Fig.5 The horizontal distribution of volcanic rocks in the study area

3　火山活动对油气成藏条件的影响

3.1烃源岩

图6研究区古近系不同井镜质体反射率随深度变化关系

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

火山活动对烃源岩的生烃作用具有明显的影响[16-18]，黄河口凹陷烃源岩主要为沙三段、沙一段—沙二段和东三段[5]。统计黄河口凹陷东南缘火山岩分布区15口井、213个样品的有机质镜质体反射率(Ro)，发现该区烃源岩Ro为0.46%～0.76%，平均为0.69%；孢粉颜色指数为2.53～2.75，平均为2.63。与未发育火山岩区(B4、A13井区)的烃源岩成熟度相比，火山岩发育区(A1、A2、A4井区)的偏低(见图6)。原因是该区古近系火山通道相与溢流相组成的火山岩呈桥墩状分布，使上部地层对下部地层的压实作用减弱，对烃源岩层起抗压实作用，进而阻碍烃源岩的热演化进程。另外，火山活动形成的火山通道相和溢流相占据湖相泥岩发育空间(见图7(a))，影响烃源岩在空间上的分布。

3.2储层和盖层

黄河口凹陷东南缘古近系储层主要为沙一段—沙二段、东三段、东二下段和东二上段—东一段，储层类型为辫状河三角洲[3-4,6,9]。以东二下段为例，利用三维地震反射特征和地震属性，结合钻井、壁心及文献资料[3-4]，绘制研究区东二下段沉积相与火山岩厚度的叠合图(见图7)，得到沉积相展布与火山岩分布关系。

由图7可见，东二下段沉积时期，火山活动强烈，整体呈连片状喷发，形成的火山岩及较高的火山地貌阻碍三角洲砂体向火山活动强的区域进积，而向火山活动弱的区域进积。因此，在火山活动强的区域三角洲砂体不发育，而主要发育在火山活动弱的区域。

图7　研究区东二下段沉积相与火山岩厚度的叠合图Fig.7 The volcanic activity effect on the reservoir distribution in the study area

分析研究区古近系火山活动对储层分布的控制。沙一段—沙二段沉积时期，火山活动较强烈，东南部呈连片状喷发，西北部呈孤立状喷发；火山喷发后形成的锥状火山地貌地势较高，且东南部地势整体较高，三角洲砂体主要向火山活动较弱的东北方向迁移。东三段沉积时期，火山活动整体较弱，三角洲砂体主要向东北方向进积，但相比沙一段—沙二段，该沉积时期三角洲砂体明显具有向东南方向偏移的特征。东二下段—东一段沉积时期，火山活动明显增强，喷发的强度和范围扩大，火山岩呈连片分布，三角洲砂体绕开火山岩发育区域进积，或停止于火山岩发育区域。纵向上，东三段三角洲砂体发育、厚度较大，沙一段—沙二段次之，东二下段—东一段三角洲砂体相对不发育。

东二下段—东一段强烈的火山活动在水下形成范围较大、连续性较好的玄武岩和凝灰岩，被碎屑沉积物很快填埋，没有遭受长时间的剥蚀淋滤作用，孔渗性极差，在局部构造中，火山岩和泥岩结合在一起可形成较好的盖层。

受火山活动的影响，火山碎屑岩中火山物质水解形成的沸石、方解石等胶结物充填于岩石骨架颗粒之间(见图8)，增大储层抗压强度，保存大量原生孔隙；早期火山活动形成碱性环境，有利于早期原生孔隙的保存；晚期生、排烃产生有机酸流体，形成酸性环境，对沸石和方解石的溶蚀促使次生孔隙大量形成。因此，火山活动极大地改善储层的物性。

总之，火山活动形成的火山通道和溢流相组成的桥墩具有抗压实作用，阻碍烃源岩的热演化进程，并占据烃源岩的分布空间，对烃源岩发育不利。火山岩占据沉积空间，形成局部地势较高的古地貌，影响碎屑岩储层的平面和纵向分布。由火山物质水解形成沸石等矿物有利于早期原生孔隙的保存和后期溶蚀孔的形成。东二下段—东一段的火山岩和泥岩可作为较好的盖层，使油气更有利于在古近系富集。与火山活动密切相关的断裂，为油气的输导和运移提供良好的通道条件[19]。

图8　研究区典型成岩矿物特征Fig.8 The typical diagenetic mineral characteristics in the study area

4　结论

(1)黄河口凹陷东南缘古近系主要发育火山通道相和溢流相2种火山相类型，火山通道主要成群出现，局部发育孤立的火山通道，地震上表现为弱振幅，呈柱状或扇形，均方根振幅属性位于低值区，呈椭圆状；溢流相主要以多期叠加为主，地震上表现为强振幅，均方根振幅属性位于强值区，呈连片状分布，局部出现单期，均方根振幅属性位于强值区，具有流线状或环带状特征。

(2)纵向上，沙二段—东一段火山活动具有“强—弱—强”的特征。平面上，沙二段—沙一段火山活动整体较分散，但东南部强而集中，西北部强而分散，火山岩东南部厚，西北部稍薄；东三段火山活动整体较弱，分布较散，火山岩厚度整体较薄；东二下段—东一段火山活动强，火山岩分布集中，且向北部偏移，范围广，厚度大。

(3)火山通道相和溢流相组成的桥墩阻碍烃源岩热演化进程，火山岩占据烃源岩和储层的分布空间，对烃源岩和储层的发育不利。沸石等矿物的形成有利于早期原生孔隙的保存和后期溶蚀孔的形成，火山活动形成的裂缝有利于储层物性的改善。火山岩在平面上可以形成局部盖层，使研究区古近系更有利于油气富集。

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2016-02-19；编辑：张兆虹

国家科技重大专项(2011ZX05023-001-004)

庞小军(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事沉积学和储层地质学方面的研究。

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.04.006

P618.13；TE121.3

A

2095-4107(2016)04-0045-09