歧中北—沙西火成岩形成机制及油气地质意义

武强，王应斌，张中巧，于喜通

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

歧中北—沙西火成岩形成机制及油气地质意义

武强，王应斌，张中巧，于喜通

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

受渤海西部区域性构造活动的影响，歧口凹陷歧中北—沙西地区火成岩大面积分布，其分布主要受控于NNE和NW向一组共轭走滑断层。平面上火成岩整体呈环形分布，火山口—近火山口地区呈条带状分布，表明火山喷发呈现整体中心式喷发和火山口附近裂隙式喷发的特征。通过研究火成岩的厚度、平面分布及发育期次，结合区域构造特征分析认为，歧中北—沙西地区火成岩的发育特征与太平洋板块对中国大陆东部俯冲挤压作用相关，在挤压作用影响下，上地幔局部熔融产生玄武质岩浆沿深大断裂侵入地壳，喷溢出地表，形成受走滑断裂带控制的火山喷发；同时，受板块俯冲速度变化的影响，形成了该区2次火山喷发活动。由于火成岩不同岩相带物性变化较大，其中以火山口—近火山口区域物性较好，因此在火山口—近火山口区域易于形成火成岩油气藏；而火成岩远源区由于物性较差，限制了油气向上运移，则形成良好的盖层。

火成岩；成因机制；共轭走滑断层；地质意义；歧中北—沙西；歧口凹陷

中国大陆东部中新生代盆地内火成岩对于油气成藏的影响近些年广受关注［1-5］。渤海湾盆地作为中国东部重要的第三系含油气盆地，受多期次复杂构造活动影响，盆地内地质构造异常复杂，盆地内部歧口凹陷、辽中凹陷、莱州湾凹陷等多个凹陷均在第三系钻遇厚层火成岩地层，其中以歧口凹陷火成岩发育规模最大，对凹陷内油气成藏具有较大的影响。然而，之前关于该区火成岩研究相对不足，对火成岩发育层系和发育期次意见不统一［6］。火成岩对油气成藏的影响等研究，相对于陆上成熟探区如大庆、华北等地还存在一定差距。因此，深入研究火成岩形成机制及其油气地质意义，对拓展歧口凹陷内部油气成藏理论和指导火成岩油气勘探具有重要意义。本文以歧口凹陷东部歧中北—沙西地区火成岩为例展开研究，以期为该凹陷或渤海湾盆地其他凹陷下步火成岩发育区的油气勘探奠定基础。

1 区域地质概况

歧口凹陷是渤海湾盆地的重要含油气区，属黄骅坳陷的一部分，是第三系以来长期发育的断陷类凹陷，也是渤海湾盆地内重要的富生烃凹陷。渤海湾盆地构造活动异常复杂，新生代以来的拉张裂陷和拉张隆升作用，以及交替的走滑变形与变位的演化过程贯穿于盆地整个构造发育历史。走滑断裂是盆地内最显著、最重要的构造，盆地内主要发育NNE向郯庐断裂和NW向张家口-蓬莱断裂一组共轭走滑断裂［7］，共同控制了整个渤海湾盆地的构造格局（见图1）。

歧口凹陷东侧与沙垒田凸起呈较缓的断坡带过渡，现主要为中国石油大港油田和中海石油天津分公司矿区，受控于歧口凹陷及周围地区的区域性沉积作用。该区发育古近系沙河街组（Es）、东营组（Ed）和新近系馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）及第四系地层。古近系东营组至新近系馆陶组，受区域性大规模火山喷发活动的影响，歧口凹陷歧中北—沙西火成岩大面积发育，对该区油气成藏影响较大。其中，东营组发育火成岩与沉积岩的交互层，分布范围有限；馆陶组发育厚层玄武岩和凝灰岩等所形成的火成岩地层。

2 火成岩分布及发育特征

歧中北—沙西地区火成岩发育规模较大，面积超过1 000 km2，广泛分布于歧口凹陷东北部、沙垒田凸起西北部、南堡凹陷南部和西部及北塘凹陷部分区域，古近系至新近系均有发育，显示了该区火山活动比较频繁。歧中北—沙西地区火成岩主要分布在东营组至馆陶组，且各个时期发育特征差异较大。地震剖面显示火山岩体基本保持原始状态，外形整体呈伞状或蘑菇状，与上覆和下伏地层差异较大，易于识别（见图2）。

图2 歧中北—沙西地区火成岩体地震反射特征

对钻井及地震资料研究表明，歧中北—沙西火成岩平面分布呈环状，具有明显的中心式喷发特征，火成岩厚度明显受火山口分布的影响，等值线呈现西南陡、东北缓的近椭圆形特征（见图3a）。火山口附近椭圆形长轴方向为NE，与该区NE向走滑断层走向基本一致，而300 m厚度等值线椭圆长轴则受NW向走滑断层影响较为明显。从井资料看，H3井位于火成岩厚度的中心，属火山口—近火山口区，向外依次减薄。火山口—近火山口区局部精细三维地震识别证实，火成岩厚度呈明显的条带状分布，沿条带火成岩厚度可达700 m以上，2组条带分别呈NE向和NW向分布，表现出火山口—近火山口附近较强的裂隙式喷发特征（见图3b）。火山口—近火山口区火成岩的分布规律与区域性共轭走滑断层的展布特征基本一致，表明区域性走滑断层是火成岩向上喷发的主要通道。

钻井资料揭示，歧中北—沙西地区火成岩分布层位包括沙河街组、东营组和馆陶组，厚度0～600 m，岩相主要为喷发相、溢流相及火山沉积相，岩性主要为玄武岩、凝灰岩和玄武质、凝灰质沉积岩。横向上，火山口及近火山口附近以溢流相、爆发相为主，中间夹杂沉积相，向边缘逐渐过渡为沉积相；纵向上，火成岩呈现出以H3井为中心向周围井逐渐减薄的趋势。从火山岩相和岩性组合看，该区古近系和新近系差异较大。该区至少经历了2次火山喷发，古近系以火山爆发为主，形成各种火山碎屑岩；新近系以火山喷溢和爆发为主，形成玄武岩、凝灰岩及火山角砾岩相互叠置的特征。火山口—近火山口附近沙河街组、东营组以爆发相、沉积相叠置为主，向周围过渡为沉积相。H3井和CFD1-1井古近系火成岩厚度较大，玄武岩、凝灰岩和火山沉积岩多种岩性叠置，并见零星闪长岩分布，向周围逐渐变薄，直至边缘变为正常沉积岩，火山活动规模相对较小，但持续时间较长。新近系馆陶组和明化镇组以溢流相、爆发相为主，向周围过渡为溢流相与沉积相叠置，边缘成为沉积相。从岩性剖面看，H3井和CFD1-1井火成岩厚度最大，岩性以玄武岩为主，向周围逐渐减薄，岩性逐渐变为凝灰岩和火山角砾岩为主。从火成岩厚度看，此次火山活动持续时间较短，以馆陶组沉积早期为主，但规模较大。

图3 歧中北—沙西地区火成岩平面分布

3 火成岩形成机制

3.1 构造背景

根据盆地形成的力学机制，盆地一般划分为伸展型、挠曲型和走滑型3种。中国大陆东部受控于中生代末期到新生代早期太平洋板块向中国大陆板块的俯冲作用，主要形成伸展型盆地，如渤海湾裂谷盆地［8-9］。渤海湾盆地在古近纪早期开始形成，经过大规模伸展，形成一系列不同方向正断层控制的凹陷和凸起，奠定了渤海湾盆地的基本格局。古近纪到新近纪，随着印度板块与欧亚板块碰撞后向北推进，以及太平洋板块由NWW向变为NNW向斜向碰撞和挤压，渤海湾地区发生强烈的走滑作用，形成贯穿岩石圈的深大断裂，同时走滑作用也对早期的大型伸展构造进行叠加和改造，形成渤海湾盆地独特的走滑-伸展型构造样式，如图4所示，图中箭头方向表示板块运动方向，箭头长短表示板块运动速率［10-11］。正是渤海湾盆地特殊的构造背景，最终形成渤海湾盆地现今的构造格局，并影响着盆地内大规模火山活动的规模和期次。

受新生代以来中国大陆东部复杂应力场的作用，中生代之前发育的2组先存断裂继续发育和活动，从而形成NNE向和NW向断裂带，共同构成了中国大陆东部新生代的一套地壳共轭剪切破裂系统（见图1），歧口凹陷地区火山活动主要受这一组共轭走滑断层的影响。其中，NNE向断裂是郯庐断裂在渤海海域西部的分支断裂，为贯穿岩石圈的深大断裂，新生代以来主要表现为右旋走滑，对渤海西部构造演化具有重要影响；NW向断裂主要为张家口-蓬莱断裂，新生代主要表现为左旋走滑，属中国东部NW向断裂体系的重要组成部分。

图4 中国大陆渐新世以来构造背景

3.2 成因机制

由于郯庐断裂和张家口-蓬莱断裂是渤海湾盆地断至软流圈的深大断裂，在地幔热作用过程中，成为深部岩浆释放的通道，这也是渤海海域内火成岩沿走滑断裂带大规模分布的主要原因。渐新世到新近纪，郯庐断裂带由伸展逐渐转为挤压［12］，同样与之共轭的张家口-蓬莱断裂带也逐渐变为挤压性质。在此影响下，上地幔局部熔融产生玄武质岩浆沿深大断裂侵入地壳，喷溢出地表，形成受走滑断裂带控制的火山喷发（见图5），这与歧中北—沙西区域性火成岩分布时间上具有一致性。渤海海域多处火成岩发育时间均在该时期，表明火成岩喷发明显受该时期构造挤压的影响。

图5 歧中北—沙西地区火成岩成因机制模式

由于该区处于2大走滑断裂体系的交会部位，因此该区火成岩平面分布呈现由断裂交会部位向边缘逐渐减薄的中心式喷发特征。从走滑断裂活动性看，NE向郯庐断裂其活动强度和规模均强于张家口-蓬莱断裂，这也导致火成岩边缘平面分布等值线长轴方向为NE向。同时2组走滑断裂的交会也使得该区火成岩垂向厚度、平面分布面积较渤海海域其他区域明显增大。在南堡凹陷南部、沙垒田凸起西部、歧口凹陷中东部均钻遇火成岩，厚度最大超过700 m。

自晚始新世以来，印度板块以40 mm/a的速率向欧亚板块俯冲，而太平洋板块以77～90 mm/a的速率向正西方向俯冲。可见，太平洋板块俯冲作用对渤海湾盆地影响较强，且以较弱的挤压作用为主，相应地造成东营组沉积时期岩浆沿走滑深大断裂第一期火山喷发活动，但活动规模相对较弱，形成该区东营组沉积时期的火成岩地层。到新近纪沉积时期，太平洋板块以较高的速率（69～106 mm/a）向NW向俯冲，而印度板块此时向欧亚板块俯冲速率仅为45～56 mm/a，导致中国东部的渤海湾盆地表现为NW向挤压，且挤压作用较强，相应地造成馆陶组沉积时期沿走滑深大断裂第二期大规模的火山喷发（见图4）。

4 油气地质意义

经过半个世纪的勘探实践，环歧口凹陷西侧和南侧均已发现大量油气，但东北侧长期未获得实质性突破。由于歧口凹陷大规模的生烃、排烃是在馆陶组沉积以后［13-16］，因此，古近系到新近系区域性火成岩的存在对该区油气成藏有着较大的影响［17］。火成岩由于其物性，对油气的影响主要体现在储、盖2方面，而火成岩的物性主要受控于火成岩岩性、构造运动、后期成岩改造和火成岩所处位置等4个方面。物性好的区域易形成火成岩油气藏，而物性较差的区域则易形成优质盖层，控制了油气成藏层系（见图6）。

火成岩岩性是对油气成藏影响最大的因素，经过钻探证实，歧中北—沙西地区火成岩岩性主要为玄武岩和凝灰岩，其物性普遍较差。

图6 歧中北—沙西地区油气成藏模式

通过对渤海海域近年火成岩的钻探结果及松辽、南堡等陆地油田火成岩分析证实：北堡地区火成岩平均孔隙度7.4%，渗透率0.24×10-3μm2；松辽盆地玄武岩和凝灰岩平均孔隙度7.5%～7.7%，渗透率（0.5～0.8）× 10-3μm2。因此歧中北—沙西地区火成岩主要作为区域性盖层。钻井资料揭示，油气显示以东营组及以下地层为主，馆陶组见零星显示，充分证实该区火成岩尤其是馆陶组火成岩对油气具有较强的封盖能力，南堡凹陷南缘主力油层即位于这套火成岩地层之下。因此下步该区的区域性勘探应围绕古近系东营组、沙河街组和潜山开展工作。

火成岩物性虽然普遍较差，但其内部仍然具有形成规模性油气藏的可能性。近些年大庆油田围绕火成岩油气藏勘探获得一系列突破，如庆深大气藏［14］，歧中北—沙西区内H3井也在东营组火成岩内部成功钻遇43 m油层。受构造运动、后期成岩改造和火成岩所处位置的影响，仍有物性较发育的区域。在研究区2次火山活动间隙，渤海地区经历了较强的构造运动，此时暴露的火成岩易受风化淋滤作用和构造改造作用，使得储层物性得到显著改善；同时，由于作为岩浆通道的深大断层长期活动，导致火山口—近火山口区域储层形成大量的不同规模的微裂隙，大大加强了孔隙之间的连通性，提高了火成岩储层的储集性能。这就使得火山口—近火山口区成为物性最好的区域，并向远源区逐渐变差。

该区火山口附近CFD1-1井东营组火成岩孔隙度达7.8%～20.0%，渗透率超过1.1×10-3μm2，充分证实火山口—近火山口区域具备形成油气藏的条件。因此，该区下一步区域勘探不应忽视H3井和CFD1-1井围区东营组顶部不整合面附近成藏的可能性。

5 结论

1）受控于NNE向和NW向一组共轭走滑断层，歧中北—沙西地区火成岩广泛发育。该区至少经历了2次火山喷发，其中古近系以火山爆发为主，新近系以火山喷溢和爆发为主。火成岩平面上呈环形分布，火山口—近火山口地区呈条带状分布，表明火山喷发呈现整体中心式喷发和火山口附近裂隙式喷发的特征。

2）歧中北—沙西地区火成岩的发育特征与太平洋板块对中国大陆东部俯冲挤压作用相关。在挤压作用下，上地幔局部熔融产生玄武质岩浆，并沿深大断裂侵入地壳，喷溢出地表，形成受走滑断裂带控制的火山喷发。同时，受板块俯冲速率变化的影响，形成了古近系以来的2次火山喷发活动。

3）火成岩不同岩相带物性变化较大，其中以火山口—近火山口区域物性较好，因此在该区域易形成火成岩油气藏，而火成岩远源区由于物性较差，限制了油气向上运移，则形成良好盖层，使得油气主要集中在火成岩之下成藏。

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（编辑 王淑玉）

Formation mechanism of igneous rock and its geological significance in Qizhongbei-Shaxi Area

Wu Qiang,Wang Yingbin,Zhang Zhongqiao,Yu Xitong
(Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China)

Igneous rocks show a large-scale distribution in Qizhongbei-Shaxi Area of Qikou Sag,affected by regional tectonic activity in the western area of Bohai Sea.Their distribution was controlled by a set of conjugate strike-slip faults included NNE and NW trends.The distribution of igneous rocks has the characteristics of the ring plane,while the crater-near crater areas are banded structure,which show that the volcanic eruption has the characteristics of overall central eruption and fissure eruption near the crater.We can conclude that the upgrowth characteristics of igneous rocks in Qizhongbei-Shaxi Area are related with the underthrusting and compaction of Pacific plate on eastern Chinese mainland.Under the influence of compaction,partial melting of the upper mantle results in basaltia magma to intrude the crust and to spray to the surface along the deep faults,which form the volcanic eruption along strike-slip fault zone.At the same time,twice volcanic eruptions formed in the area by the speed of changes of plate subduction.The igneous rocks of different facies have different properties,in which the crater-near the crater area has better properties,so igneous reservoirs are formed easily in the crater-near the crater area.While the upward migration of hydrocarbon is controlled because igneous rock of far source area has poor properties,which forms a good cap rock.

igneous rock;genesis mechanism;conjugate strike-slip fault;geological significance;Qizhongbei-Shaxi Area;Qikou Sag

国家科技重大专项“渤海海域大中型油气田地质特征”（2011ZX05023-006）

TE122.2+22

A

10.6056/dkyqt201204015

2011-12-01；改回日期：2012-05-15。

武强，男，1981年生，工程师，主要从事油气勘探工作。电话：（022）25804526，E-mail：wuqiang2@cnooc.com.cn。

武强，王应斌，张中巧，等.歧中北—沙西火成岩形成机制及油气地质意义［J］.断块油气田，2012，19（4）：467-471.

Wu Qiang，Wang Yingbin，Zhang Zhongqiao，et al.Formation mechanism of igneous rock and its geological significance in Qizhongbei-Shaxi Area of Qikou Sag［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：467-471.