火成岩油气勘探是各国油气勘探的重点领域^[1-2]，已在100多个国家或地区发现了火成岩油气藏^[3-4]。中国渤海湾盆地经历了中、新生代2个裂陷旋回，广泛发育侵入岩、喷出岩和火山碎屑岩，分布面积广，岩相、岩性类型多样^[5]，已在辽河坳陷、冀中坳陷、济阳坳陷、黄骅坳陷和渤海海域发现了20多个火成岩油气藏^[6-7]，包括玄武岩、安山岩、凝灰岩、辉绿岩和火山碎屑岩等多种岩性^[8]。油气藏类型主要为断块-地垒油气藏、岩性-地层油气藏和基底隆升背斜油气藏等，且多为“新生古储”型油气藏，具有较大的资源潜力和勘探前景。

黄骅坳陷火山岩较为发育。火山岩探井主要分布于孔店构造带、徐黑—盐山区、羊二庄区、羊三木—南大港区、北大港—沈青庄区和王官屯等^[9-10]。罗静兰等^[11-13]、杜旭东等^[14]、王乃军^[15]对黄骅坳陷火山岩的岩石学、储层特征及成因等方面进行了研究，取得了较好的研究成果^[16]。本次研究利用井-震资料、有机地球化学分析、流体包裹体分析等，对黄骅坳陷王官屯构造带火山岩油气成藏地质特征进行综合研究，明确油气成藏期次，以期为探讨王官屯构造带火山岩的成藏模式及主控因素提供依据。

王官屯地区位于黄骅坳陷南部沧东凹陷，东西夹持于沧东断层和徐西断层之间，其北部为孔店凸起，南部为乌马营构造带（图 1）。王官屯构造带随黄骅坳陷经历了加里东—海西运动、印支—燕山运动和喜马拉雅运动，构造复杂，受大型基底断裂的控制，形成了典型的断控型潜山构造。王官屯构造带白垩系火山岩为该区油气勘探的重点，探明储量高于其他层系，已发现多口百吨级高产井。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 王官屯地理位置（a）及火山岩分布（b） Fig. 1 Location of Wangguantun area (a) and distribution of volcanic rocks (b)

黄骅凹陷王官屯地区孔二段主要发育了一套黑色、深灰色富含有机质的泥岩、灰褐色页岩，厚度为100~250 m，分布面积为1 187 km²，最大沉积厚度分布在王官屯北部，钻井已揭示的暗色泥岩最大厚度达360 m，为该区主要的烃源岩^[17-18]。通过对孔二段进行大量的样品分析，认为其泥岩有机质丰度很高（表 1），TOC质量分数平均为3.07%，最高为9.23%；S₁+S₂平均为19.46 mg/g，最高为69.91 mg/g；氯仿沥青“A”质量分数平均为0.35%；HC平均体积分数为2 106.44×10^-6。暗色泥岩综合评价为好—很好烃源岩（表 1）。油页岩的有机质丰度更高（表 1），TOC质量分数平均为4.87%，最高为8.41%；S₁+S₂平均为36.59 mg/g，最高为77.55 mg/g；氯仿沥青“A”质量分数平均为0.63%；HC平均体积分数为3 448.43×10^-6。油页岩综合评价为很好烃源岩（表 1）。孔二段烃源岩有机质总体以Ⅰ-Ⅱ₁型为主（图 2），偏腐泥型有机质占绝对优势。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区。

表 1(Table 1)

表 1 王官屯地区孔二段烃源岩有机地球化学数据 Table 1 Organic geochemical data of source rocks of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area 岩性 w(TOC)/% S1+S2/(mg·g-1) w(氯仿沥青“A”)/% φ(HC), 10-6 综合评价 喑色泥岩 $\frac{{3.07(190)}}{{0.14 \sim 9.23}}$ $\frac{{19.46(130)}}{{0.03 \sim 69.91}}$ $\frac{{0.350(90)}}{{0.003 \sim 1.410}}$ $\frac{{2\; 106.44(90)}}{{14.23 \sim 10\; 332.44}}$ 好—很好烃源岩 油页岩 $\frac{{4.87(190)}}{{2.32 \sim 8.41}}$ $\frac{{36.59(30)}}{{1.23 \sim 77.55}}$ $\frac{{0.630(15)}}{{0.050 \sim 2.790}}$ $\frac{{3\; 448.43(15)}}{{396.36 \sim 14\; 278.81}}$ 很好烃源岩 注:$\frac{{平均值(样品数)}}{{最小值\sim最大值}}$

下载CSV 表 1 王官屯地区孔二段烃源岩有机地球化学数据 Table 1 Organic geochemical data of source rocks of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 王官屯地区孔二段有机质类型（a）与有机质类型频率（b） Fig. 2 Organic matter types (a) and frequency (b) of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area

利用原油样品的地球化学分析资料，对生物标志物特征进行了油源对比（图 3），明确了火山岩油气藏原油的主要来源。从原油及孔东断层下降盘孔二段暗色泥岩的色谱-质谱图来看，研究区原油与孔二段泥岩具有相似的γ-蜡烷、C₃₀藿烷与重排藿烷，主要表现在原油与孔二段泥岩都具有较高的γ-蜡烷含量和异常高的C₃₀藿烷含量，表明二者具有亲源关系。从反映原油生源特征的参数C₂₇甾烷与C₂₉甾烷的峰值特征来看，研究区原油的C₂₇和C₂₈与C₂₉甾烷的分布呈反“L”型，且与该区孔二段烃源岩具有很强的可比性。综合分析认为，王官屯构造带中生界油气主要来源于孔东断层下降盘的孔二段暗色泥岩和页岩。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 王官屯地区火山岩原油与孔店组孔二段烃源岩生物标志化合物特征图谱 Fig. 3 Biomarker atlas of crude oil in volcanic rock and source rocks of the second member of Kongdian Formation in Wangguantun area

研究区白垩系火山岩主要分为熔岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩三大类。熔岩类基质中火山碎屑体积分数小于10%，且以冷凝固结为特征，包括基性块状玄武岩、气孔杏仁玄武岩、自碎角砾熔岩及中性喷出岩。其中，中性喷出岩以安山岩为主。火山碎屑岩类为火山碎屑体积分数大于90%，且以压实固结为主，包括堆砌火山角砾、集块岩、火山角砾岩和火山凝灰岩。火山碎屑沉积岩类以沉积成因固结为主，包括沉火山角砾岩、沉凝灰岩和凝灰质砂岩。

基于薄片成分结构鉴定和岩心构造观察，结合现代火山喷发模式，将王官屯及周边地区火山岩岩相划分为4类岩相、7种亚相（表 2）。其中，溢流相和爆发相主要位于王官屯构造带顶部地区，岩性以玄武岩、安山岩和火山凝灰岩为主[图 4（a），（b），（c），（d）]；火山通道相沿孔东断层附近发育，主要为角砾岩[图 4（e），（f）]；火山沉积相发育在王官屯构造带边缘地区，主要为凝灰岩和凝灰质砂岩[图 4（g），（h）]。

表 2(Table 2)

表 2 王官屯及周边地区火山岩岩相类型 Table 2 Lithofacies types of volcanic rocks in Wangguantun and its surrounding areas 岩相 亚相 结构、构造 典型岩石 形成机理 分布 溢流相 板状熔岩流亚相 全晶质结构/块状构造 玄武岩/安山岩 结晶缓慢 溢流相中部 自碎熔岩流亚相 自碎角砾结构 气孔杏仁玄武岩/玄武质自碎角砾熔岩 常发育气孔构造/自碎角砾 溢流相上部/远端 爆发相 近火山口空落亚相 粒序层理/角砾结构 火山角砾岩 气射作用的固态和塑性喷出物在风的影响下作自由落体运动 多在爆发相下部，向上变细、变薄，也可以呈夹层 远火山口空落亚相 粒序层理/凝灰结构 火山凝灰岩 火山通道相 火山颈亚相 堆砌结构 火山集块角砾岩 火山口周围集块岩掉人火山口内堆积 火山通道上部 火山沉积相 沉火山碎屑沉积亚相 沉积凝灰/角砾结构 沉凝灰岩、沉火山角砾岩 火山碎屑(凝灰/角砾）直接空落水中沉积 一般远离火山口 含火山碎屑沉积亚相 碎屑结构 凝灰质砂岩 沉积成因 火山口周围低洼含水地带

下载CSV 表 2 王官屯及周边地区火山岩岩相类型 Table 2 Lithofacies types of volcanic rocks in Wangguantun and its surrounding areas

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 王官屯地区中生界火山岩岩心与铸体薄片 （a）中生界玄武岩，气孔较为发育，部分气孔方解石填充，G177井，2 311.00 m；（b）中生界玄武岩，原生气孔被方解石填充并溶蚀，G177井，2 311.00 m；（c）中生界粗面安山岩，黑云母较为发育，存在擦痕，方解石填充，Z60井，2 940.60 m；（d）中生界火山凝灰岩，泥质含少量云母化泥晶碳酸盐，见破碎的安山岩，G1611井，3 202.80 m；（e）中生界角砾岩，破碎变形，泥质填充，Z1270-2井，2 858.50 m；（f）中生界安山岩，发育角砾大小不均，棱角状特征明显，Z1517井，2833.10 m；（g）中生界凝灰岩，溶蚀孔发育，方解石填充，GG1601井，2 778.51 m；（h）中生界岩屑凝灰岩，发育熔蚀孔、内溶孔，见构造缝，Z78井，1 505.08 m Fig. 4 Core and cast slice characteristics of Mesozoic volcanic rocks in Wangguantun area

研究区中生界原生储集空间主要包括气孔、晶间孔、粒间孔及收缩缝等。其中，气孔主要分布于中生界熔岩顶底部及火山碎屑岩内，多呈椭圆形，经改造呈不规则状，大小不一，大者可达到2~3 cm，若被部分充填则形成杏仁内孔[图 4（a），（b）]。实测孔隙度为15%~35%，平均渗透率为25 mD。粒间孔、缝多见于火山碎屑岩与沉火山岩中，类似砂岩的孔隙网络[图 4（g），（h）]，一般孔径小于0.5 mm。晶间孔存在于矿物晶体之间, 岩石结晶程度越高，该类孔隙越发育。

研究区火山岩次生储集空间主要为高孔构造裂缝及溶蚀孔隙缝。构造裂缝呈多组有规律地分布于火山岩中[图 4（e），（f）]，它既能有效沟通孔隙，又可提供渗流通道，改善了火山岩的储集性能。实测孔隙度为3%~15%，平均渗透率为109 mD。溶蚀孔-缝多见于火山岩顶部，为岩层接受风化淋滤改造，不稳定组分被选择性溶蚀而形成[图 4（c），（d）]。

王官屯构造带随黄骅坳陷经历了燕山、喜马拉雅构造运动，二级断裂及次级均断裂较为发育，诱发多期构造裂缝。构造裂缝不仅提高了火山岩储层储集性能，而且连接了大量孤立的原生孔隙，使储层渗透性大幅度提升。该区中生界火山岩与上覆古近系之间沉积间隔近45 Ma，火山岩储层长时间暴露于地表之上，并接受大气淋滤，岩溶改造强烈，储层溶孔较为发育，这就大大地改善了储层的储集性能。构造缝与溶蚀孔相互连接沟通，共同促进了火山岩优质储层的形成。

利用地震资料分析，将研究区圈闭类型划分为2种，即地垒构造圈闭和断鼻构造圈闭。地垒构造圈闭主要分布在王官屯南、北两端中生界剥蚀程度较弱的地区；断鼻构造圈闭主要分布在王官屯中部中生界剥蚀程度较强的地区。这2种圈闭特征均受构造运动的差异性控制，中部构造埋深浅，抬升幅度高，顶部中生界遭受风化剥蚀作用较强；南、北两端构造埋深较深，抬升幅度低，遭受风化剥蚀作用弱。

王官屯构造带为大型基底断裂（孔东断层）所控制的断鼻式构造带。中生代以来，断裂活动强烈，基底断裂翘倾作用形成王官屯断鼻构造，构造带内幕调节运动形成以地垒构造和断鼻构造为特征的圈闭。随着古近纪区域大幅沉降，孔店组覆盖于中生界火山岩之上，厚层泥岩形成良好的盖层。自晚渐新世，构造活动减弱^[19]，构造宏观形态基本定型，有利于油气保存；烃源岩进入大规模生烃期，由孔东断层供烃窗口进入储层聚集成藏。

埋藏史分析显示（图 5），黄骅凹陷王官屯构造带主要经历了3次大幅度沉降期。第1次为晚二叠世至早三叠世，古地温达到60 ℃；第2次为早白垩世至晚白垩世，古地温达到80 ℃；第3次为古新世至今，地温达到120 ℃以上。王官屯构造带主断块区WG1井中生界储层中气-液态烃包裹体分析显示（图 6），包裹体均一温度为100~160 ℃，峰值为110~140 ℃。因此，油气充注期应开始于晚渐新世，持续至今。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 王官屯构造带油气成藏史 Fig. 5 Hydrocarbon accumulation history in Wangguantun tectonic zone

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 王官屯地区WG1井中生界包裹体均—温度频率 Fig. 6 Homogeneous temperature frequency of Cretaceous inclusions in well WG1 in Wangguantun area

研究区火山岩油气具有典型的“新生古储”断控侧向供烃特征（图 7），已发现的油气均位于孔东断层上升盘，断层下降盘发育孔店组孔二段暗色泥岩和页岩。该套烃源岩为区域性烃源岩，与火山岩储层具有较好的对接关系，供烃窗口面积较大。孔二段自晚渐新世进入生烃门限，烃类物质通过孔东断层进入储层，在潜山中生界火山岩优势储层聚集成藏。另外，研究区顶部上覆层系亦为孔店组，孔二段烃源岩生烃后层内压力增大，可通过顶部裂缝发育区向下进入中生界火山岩优势储层中聚集成藏。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 王官屯构造带油气成藏模式 Fig. 7 Hydrocarbon accumulation model in Wangguantun tectonic zone

供烃窗口是断控型构造“新生古储”型油气成藏的重要因素^[20-22]。王官屯构造带中生界火山岩与古近系孔店组孔二段烃源岩具备良好的供烃窗口，烃类物质从烃源岩通过孔东断层供烃窗口侧向进入火山岩储层，从而控制油气聚集。中生界与孔二段对接关系（图 8）显示，控烃窗口优势区位于王官屯构造带北部区块。孔东断层北部下降盘为孔二段构造高部位，上升盘为中生界圈闭范围内，两层对接厚度约300 m，接触面积可达到100%，具备高效、较大范围的供烃条件。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 王官屯构造带供烃窗口展布 Fig. 8 Characteristics of hydrocarbon supply window in Wangguantun tectonic zone

（1）王官屯构造带火山岩油气来源于孔店组孔二段暗色泥岩和页岩，孔二段烃源岩有机质总体以Ⅰ—Ⅱ₁型为主，偏腐泥型有机质占绝对优势，生烃潜力大。

（2）王官屯火山岩主要分为熔岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩三大类，可划分为4类岩相、7种亚相。原生储集空间主要包括气孔、晶间孔、粒间孔及收缩缝等，次生储集空间主要为高孔构造裂缝及溶蚀孔隙缝。构造缝与溶蚀孔相互连接沟通，共同改善了储层的储集性能。

（3）王官屯构造带圈闭类型分为地垒构造圈闭和断鼻构造圈闭2种，构造运动与演化控制了圈闭的形成，晚期的构造活动减弱，利于油气保存。王官屯构造带供烃窗口控制源岩侧向供烃，两层对接厚度约300 m，接触面积可达到100%；多期构造活动，诱发构造缝；45 Ma沉积间断期，促使储层溶蚀孔隙发育；油气成藏模式为典型“新生古储”断控侧向供烃模式，油气充注期应开始于晚渐新世，持续至今。