龙凤山地区火石岭组火山岩输导体系特征与油气分布的关系

侯帅 蒋有录 苏圣民 金帅 陈杏霞

摘要：受構造、风化淋滤等作用影响，长岭断陷龙凤山地区火石岭组发育断层-不整合-有效输导层复合输导体系，影响油气运聚与分布。火石岭组内发育有上下两套含油气层，平面上自北部洼陷带至西部构造带，均有油气发现。通过分析不同类型输导体系分布特征及演化规律，探讨输导体系与油气分布的关系。结果表明：研究区油气平面上分布广泛性以及纵向分布差异性与输导体系组合类型及演化过程密切相关;早期活动断裂以及有效输导层是原油运移至西部构造带形成下部含油气层的重要通道，晚期断裂、不整合结构以及有效输导层则是天然气运移至东部斜坡带形成上部气层的重要输导体系；输导体系组合及演化造成现今油气平面分布差异显著，表现为“早期远源含油，晚期近源富气”的特征。

关键词：火山岩； 油气分布； 断裂； 不整合； 有效输导层； 输导体系

中图分类号：TE 122.1 文献标志码：A

引用格式：侯帅，蒋有录，苏圣民，等.龙凤山地区火石岭组火山岩输导体系特征与油气分布的关系［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2023，47（1）：38-49.

HOU Shuai， JIANG Youlu， SU Shengmin， et al. Relationship between characteristics of volcanic migration system and distribution of hydrocarbon in Huoshiling Formation， Longfengshan area［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2023，47（1）：38-49.

Relationship between characteristics of volcanic migration system

and distribution of hydrocarbon in Huoshiling Formation，

Longfengshan area

HOU Shuai¹， JIANG Youlu¹， SU Shengmin¹， JIN Shuai¹， CHEN Xingxia²

（1.School of Geosciences in China University of Petroleum（East China）， Qingdao 266580， China;

2.Northeast Oil-Gas Branch Company， SINOPEC， Changchun 130062， China）

Abstract：Influenced by the tectonics and weathering leaching， the complex pathway networks developed in  Huoshiling Formation in Longfengshan area， contists of fault， unconformity and effective transport bed， which affects the migration， accumulation and distribution of oil and gas.

In Huoshiling Formation， two sets of upper and lower oil-bearing reservoirs are developed， and oil and gas are found in the plane from the northern depression belt to the western tectonic belt.

By analyzing the distribution characteristics and evolution rules of different transport systems， the relationship between the transport system and oil and gas distribution is discussed. The results show that the horizontal and vertical distribution of oil and gas in the study area are closely related to the combination type and evolution process of the transport system. The early active faults and effective transport layers are important channels for oil to migrate to the western tectonic belt and form the lower oil-bearing strata， while the late faults， unconformity structures and effective transport layers are important transport systems for gas to migrate to the eastern slope belt and form the upper gas-bearing strata. The combination and evolution of the transport systems result in significant differences in the plane distribution of oil and gas， which is characterized by "early far source oil bearing， late near source rich gas".

Keywords： volcanic rocks; distribution of hydrocarbon;

faults; unconformity structure; effective transporting layer; migration system

近年来随油气成藏理论的发展，连接“烃源灶”与圈闭的输导体系逐渐成为含油气盆地成藏研究的核心与关键^［1-4］。许多学者针对输导要素输导性能、输导体系类型、组合样式以及对油气分布的影响进行了大量研究，定量或半定量地对输导体系输导能力进行评价，明确了输导体系在油气运聚成藏过程中发挥的重要作用^［5-6］。火山岩油气藏逐渐成为油气勘探的重要领域，近年来在准噶尔、渤海湾、塔里木等盆地取得了重大突破^［7-9］。松辽盆地长岭断陷龙凤山地区火山岩油气藏的发现展现了该区火山岩的勘探开发前景。针对火山岩层系，前人研究多集中在火山岩储层特征、发育主控因素以及分布预测方面^［10-11］，对于成藏过程中的输导体系研究较少，前人认为油（气）源断层、风化淋滤带以及裂缝是火山岩体内重要的输导通道^［12-13］。勘探实践表明，龙凤山地区油气主要来自于北部洼陷带沙河子组与火石岭组烃源岩，笔者通过识别龙凤山地区火山岩内部发育的输导通道，对明确油气沿火山岩内部输导体系如何运移方面的研究具有一定的推进作用，为下一步勘探提供理论依据。

1 研究区概况

龙凤山地区位于长岭断陷南部（图1（b）），面积约为300 km²，主要发育白垩纪地层，自下而上分别发育火石岭组（K₁h）、沙河子组（K₁sh）、营城组（K₁yc）、登娄库组（K₁d）、泉头组（K₂q）、青山口组（K₂qn）、姚家组（K₂y）和嫩江组（K₂n）等^［14］（图1（c））。研究区经历了断陷期、断-坳转换期和坳陷期3期构造演化，形成现今的构造格局，根据地质构造特征可将其划分为西部构造带、东南缓坡带以及北部洼陷带3个构造单元（图1（a））。本文研究目的层系为火石岭组火山岩以及沙河子组底部地层，火山岩油气平面上集中分布于东南缓坡带，其次为西部构造带；纵向上包括火石岭组顶部不整合界面附近处的上部油气藏以及火山岩中部喷发间断界面处的下部气藏（图1）。

2 输导要素特征

研究区断裂具有活动时间长、延伸距离大的特征，被认为是由北部洼陷带烃源灶向东南缓坡带以及西部构造带输导油气的主要通道^［15］，除此之外，不整合及火山岩体内部输导层也是潜在的输导通道，三者共同作用控制着油气运移方向以及富集位置。

2.1 斷裂输导特征

在油气大量生成并排出时具有活动性的断层，可作为大规模垂向输导油气的通道^［16］。根据断至层位差异，将断裂划分为Ⅰ～Ⅳ级（图1和2），其中Ⅰ级断裂为主要的输导断裂。根据烃源岩埋藏史及热演化史，沙河子组泥岩在登娄库组沉积期进入低熟阶段，并在持续埋深过程中于嫩江组沉积期进入成熟阶段^［17］；火石岭组烃源岩整体热演化程度高于沙河子组烃源岩，在沙河子组沉积期进入低熟阶段，在登娄库组沉积期进入成熟阶段。综合烃源岩热演化史和包裹体观察测温结果，龙凤山地区主要经历两期成藏，分别对应登娄库组沉积中期和嫩江组沉积期，以晚期成藏为主^［18-19］。

从断层纵向切穿层系及两盘地层厚度差异来看，龙凤山地区断层主要活动时期为火石岭组-登娄库组沉积期。在第一期大规模排烃过程中，研究区断层整体活动，表现为输导断层；而在晚期成藏时，断层不活动，主要起到封闭遮挡的作用。对比研究区各条断层活动特征（图2），F1、F2、F3、F4、F5、F6和F13断层与第一期成藏时期匹配关系较好，其周围有良好的油气显示，说明早期断层活动控制油气输导运移至该类断层附近；随着断层活动性减弱，在第二期成藏时断层整体输导性能降低直至完全封闭，受断层封闭遮挡的断块类油气藏形成（图2）。

2.2 不整合输导特征

不整合结构作为一个包含风化黏土层、风化带以及下伏母岩的三维地质体^［20］，受淋滤形成的风化带结构层由于物性条件好、连通程度高，一般可看作油气侧向运移的通道；而上覆高泥质含量的风化黏土层结构则可看做是良好的盖层，防止侧向运移过程中的油气向上逸散，或已形成的油气藏被破坏。

2.2.1 不整合结构划分

根据不整合结构内不同结构层岩性组合、测井响应特征的差异，并结合测井资料恢复的孔隙度、薄片等资料研究发现，龙凤山地区主要发育火山喷发间断不整合^［21］，共有以下两种类型：一种发育风化黏土层（Ⅰ类不整合结构），一种不具有风化黏土层（Ⅱ类不整合结构）。

Ⅰ类不整合结构主要分布于东南缓坡带以及北部洼陷带内，以北203、北213、北213-1等井为例，不整合结构纵向上划分为风化黏土层、强风化带、弱风化带和母岩4个部分。风化黏土层以泥岩和砂砾岩为主，底部发育有凝灰岩或凝灰质泥岩，孔隙度为2%～4%；强风化带岩性以凝灰岩为主，受淋滤溶蚀作用的影响，孔隙度为8%～10%，厚度范围为20～30 m；而弱风化带由于渗流溶蚀强度较弱，孔隙度为4%～8%，但厚度可达40～60 m。Ⅱ类不整合结构主要分布在构造高部位，以北204、北215、北216等井为例，纵向上缺少风化黏土层。强风化带以安山岩为主，该类岩石抗风化能力强，孔隙度为4%～8%，厚度为40～50 m，弱风化带孔隙度为4%～6%，厚度为20～40 m（图3）。

结合研究区地层厚度及构造演化特征，对不整合结构的形成过程进行了恢复（图4）。火石岭组火山喷发时期形成的母岩在火山喷发间断期遭受剥蚀（图4（e）～（g）），由于受母岩分布及古地形的影响，不同地区受剥蚀程度存在差异，表现为由构造高部位至洼陷带处强风化带的厚度逐渐减薄。斜坡以及洼陷带处的剥蚀物质原地堆积，而构造高部位处产生的剥蚀物则需经过搬运至他处堆积，因此在斜坡带以及洼陷带附近形成了上覆的再搬运堆积夹层（风化黏土层，内部发育的凝灰质泥岩即为典型代表），而高部位处缺失该结构（图4（a）～（c））。之后地层整体经历沉降并保存至今，因此在不同地区会出现不同类型的不整合结构（图4（d））。

2.2.2 不整合顶底岩性

不整合结构上下发育多套岩性组合模式，明确不整合顶底岩性特征及分布对其输导特征研究至关重要^［22-23］。龙凤山地区不整合顶部巖性主要为砂砾岩和泥岩，其中泥岩主要分布于北部洼陷带的北9、北211等井区及东南缓坡带处的北213、北2等井区，砂砾岩主要分布于构造高部位的北201、北206以及北218井区（图5）。不整合结构底部岩性主要有泥岩、砂砾岩和火山岩（凝灰岩、安山岩和火山角砾岩），以砂砾岩和火山岩分布范围最广。泥岩主要分布于凹陷西南部的北215井区，砂砾岩主要分布于北部洼陷带的北9、北211等井区及东南缓坡带处的北213、北2等井区；火山岩集中分布在构造高部位处的北201、北204以及北218井区（图5）。龙凤山地区原油分布于不整合结构底部火山岩储层中，天然气主要集中于底部砂砾岩储层之内；砂砾岩储层物性优于火山岩（图3），自北213井区向周围不整合输导能力^［24］下降显著，在上覆泥岩封盖作用下避免了油气运移过程中纵向上的散失。

2.3 输导层特征

输导层是油气输导的重要形式，为区域盖层之下在油气运聚过程中具有流体连通性的储集岩体的总和^［25］。火山岩内是否发育侧向连续储集层是判断其内部输导层发育的关键^［25-26］。

2.3.1 输导层识别

油气由烃源岩排出并运移至储层聚集成藏的过程中，运移动、阻力二者共同主导着油气运移的方向。换言之，通过判断能否克服储层最大毛细管阻力以及在该动力条件下储层对应的含油饱和度，进而根据研究区油气层对应的含油（气）饱和度下限值，即可在一定程度上明确连通储层对应的孔隙度及渗透率下限。

根据Zhang等建立的温压关系的等容式^［27］，利用流体包裹体均一温度、捕获温度、盐度和古地层压力之间的函数关系，通过测定包裹体均一温度和盐度，确定包裹体形成时的温度，从而计算包裹体形成时的压力，恢复地层古压力（表1）。

结合各类岩性压汞曲线，当含油饱和度大于10%时对应最大成藏阻力，即研究区内最小成藏动力为24.7 MPa。将此压力作为油气充注进入火山岩储层时的下限，上述方法恢复出的成藏动力均大于此下限（表1），并结合压汞曲线变化及进汞饱和度界限值来判断各岩性内部是否存在连通的输导层（图6），当最小成藏动力对应的进汞饱和度大于油（气）层对应含油饱和度时，储层横向上具有一定的连续性。将上述压汞曲线对应的数据点做孔隙度-渗透率交会图（图6），根据其含油气性情况确定出有效输导层连通物性下限，并明确输导层在油气运移过程中是否起到侧向连通的作用（表2）。

通过压汞参数、含油（气）饱和度以及含油气特征，判断出不同岩性输导层的渗透率下限。安山岩储层致密化严重，储层连通性差，随深度增加，其孔隙结构及连通性逐渐变差，而识别侧向连通输导层的过程中对于其物性要求较高，综合压汞数据、含油气显示情况，定义渗透率大于0.37×10^-3μm²时为有效的安山岩输导层；凝灰岩储层物性略好于安山岩^［10］，储层侧向连通程度优于其他两类岩性，综合压汞测试以及油气层孔渗性数据认为凝灰岩渗透率大于0.18×10^-3μm²时即可作为有效输导层；火山角砾岩内部由于角砾物质的存在，其物性与连通性介于二者之间^［10］，综合分析认为其作为有效输导层的渗透率下限为0.14×10^-3μm²。

2.3.2 侧向连通输导层

以东部斜坡带为例，北213井区内主要发育凝灰岩储层，火山岩内部喷发间断的相界面突变处储集物性相对较好，连通性中等^［10］。火山岩顶部强风化带内发育受风化淋滤作用影响下形成的侧向凝灰岩输导层。因此在北213井区内即形成了上覆砂砾岩输导层、强风化带及附近输导层以及火山岩内部侧向连通的有效输导层组合（图7），上述三者是油气自北部斜坡带向东南缓坡带以及西部构造带发生大规模侧向运移的主力通道。

3 输导体系组合类型

由于单输导要素输导能力有限，各输导要素相互组合共同控制了油气的运移和聚集。综合考虑各类输导要素发育主控因素及对油气的输导能力，将研究区的输导体系划分为断裂-输导层型、不整合-输导层型、不整合-断裂型、不整合-断裂-输导层型等类型（图8）。

龙凤山地区烃源岩与火石岭组储层呈现源储紧邻或源储侧接的特征，因此在油气成藏过程中输导体系发挥着不可或缺的作用。其中与有效输导层相关的输导体系分布于近中源相带的相界面突变处^［10］，以火山岩内部优质储层形成的连通层侧向输导为主；不整合相关输导体系在构造高部位较为常见，是火山岩顶部油气侧向输导、聚集的重要通道；而断裂相关类输导体系则需考虑其活动性与成藏期匹配关系，为研究区内主要的垂向输导通道。

上述三类输导要素共同组合形成的不整合-断裂-输导层型复合输导体系，分布于靠近火山口的北213井区，该井区处于中心裂隙式喷发相带的近中源相带^［10］，以凝灰岩储层为主，并发育沟通源储的油源断裂，成藏期时断裂活动强烈，是油气运移的垂向通道；火山岩内部及顶部各存在一期喷发间断和沉积间断，构造位置相对较高接受风化淋滤，同时发育侧向连通性较好的不整合强风化带及有效输导层，为油气侧向运移提供了有利条件。

4 输导体系演化与油气分布

输导体系在油气成藏过程中发挥着沟通源岩与圈闭的重要作用，是油气能否成藏的关键，不同输导要素的演化导致其对于油气成藏的作用有所不同^［28］。

根据断裂活动性演化过程、不整合发育过程以及有效输导层致密化过程，并结合龙凤山地区烴源岩热演化过程（图9），明确了研究区输导体系演化与油气分布的关系。沙河子组烃源岩早期以生油为主，晚期生气；火山岩上部以气层为主，下部以含油气层为主。北部洼陷带早期生成的原油沿强烈活动的断裂、火石岭组中部喷发间断处物性相对较好的火山岩输导层以及火石岭组顶部砂砾岩复合输导体系，运移至西部构造带处，在西部F12封闭断层遮挡下于火石岭组中部成藏，形成了龙凤山地区火山岩内部下部含油气层；第二期成藏时，研究区内断裂几乎不活动，只能实现天然气的侧向输导，因此晚期生成的天然气沿断裂、火石岭组中部喷发间断处物性较差的火山岩输导层以及强风化带复合输导体系运移，运移至东南斜坡带北213井区内成藏（图7～9），并富集于火石岭组中部及顶部优质储层内，是火山岩上部气层形成、发育的关键。

5 结 论

（1）龙凤山地区火石岭组油气来源于北部洼陷带，早期活动的断裂主要起到纵向输导油气的作用，而火山岩顶部不整合及火山岩内部有效输导层则是油气发生侧向运移的重要通道。

（2）火山岩体内的断裂、不整合以及有效输导层等输导要素，相互组合形成复杂的输导体系；各输导要素发育主控因素不同，不同类型输导体系分布存在差异，其中断裂-不整合-输导层输导体系分布于近中源相带的构造高部位。

（3）输导体系组合类型及输导体系演化导致现今火山岩内油气分布差异，其中早期生成原油经断裂、有效输导层运移至西部构造带形成下部含油气层，而晚期生成天然气则在断裂、有效输导层及不整合的作用下发育东南缓坡带处的上部气层；整体上表现为“早期远源含油，晚期近源富气”，纵向富集于火山喷发间断以及沉积间断附近的储层内。

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（編辑 修荣荣）