日青威盆地桃林地区白垩纪热...动特征及其对储层物性的影响_刘汉青.pdf

刘汉青，周瑶琪，陈彤彤，等.日青威盆地桃林地区白垩纪热流体活动特征及其对储层物性的影响J.海洋地质前沿，2023，39（2）：38-48.LIU Hanqing,ZHOU Yaoqi,CHEN Tongtong,et al.Characteristics of cretaceous thermofluid activity and its influence on reservoir physicalproperties in Taolin area,Ri-Qing-Wei BasinJ.Marine Geology Frontiers,2023,39(2):38-48.日青威盆地桃林地区白垩纪热流体活动特征及其对储层物性的影响刘汉青1,2,3，周瑶琪1,2,3*，陈彤彤1,2,3，穆宏玉3，刘英杰3（1 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京 102206；2 中国石化油气成藏重点实验室，无锡 214126；3 中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，青岛 266580）摘要：山东东部日青威盆地为近年来新发现的裂陷盆地，盆内广泛发育深水重力沉积岩并且有机质含量丰富，具有非常规油气勘探远景。为了查明盆地内热流体活动的发育特征及其对储层物性的改造作用，以桃林地区长玢岩及其围岩为研究对象，通过岩相学观察及 X-射线衍射、流体包裹体、物性测试等实验分析方法，探讨了热流体活动特征及其对储层物性的影响。研究结果表明：闪长玢岩与围岩的岩性组合主要有 2 种类型：闪长玢岩+砂岩(下部)、闪长玢岩+角砾岩+火山碎屑岩+砂岩+粉砂岩(上部)；热流体活动对围岩的影响主要体现在独特的脉体特征、碎屑颗粒的热液蚀变、黏土矿物出现异常变化、流体包裹体均一温度出现异常高值 4个方面；桃林地区热流体活动在砂岩储层中以横向运移为主，随着距离侵入体距离的增加，热流体对储层物性的影响减弱，但在地层中部出现物性相对好的区域，推测是多期次热流体以及次生断裂作为运移通道的叠加结果。关键词：日青威盆地；桃林地区；热流体；耦合作用；储层改造中图分类号：TE122文献标识码：ADOI：10.16028/j.1009-2722.2021.322 0 引言近十几年来，随着盆地动力学研究的不断开展和深入，沉积盆地中的深部热流体活动研究已成为广大专家学者关注的焦点1-6。由于目前对深部热流体尚未有系统的定义及认识，本文中提及的热流体是指与岩浆火山活动有关，包括深部地壳热流体和上地幔热流体在内的高温流体7。岩浆活动在世界各大含油气盆地中广泛存在8-9，与岩浆活动有关的深部热流体活动不仅对盆地的温度场会产生重要影响（如有机质加速生烃、盆地的地质构造、岩石演化、油气运移和圈闭的形成等方面）10-13，还会对储层造成影响：一方面，侵入体就位时带来的高温会持续热烘烤围岩；另一方面，地壳中深部热液流体沿深部断裂运移到浅部岩层中，由于上部致密岩层的封堵而侧向运移，进而与围岩发生水岩反应，导致围岩物性改变。因此，深入研究深部热流体活动，对深部热流体活动频繁的盆地进行油气分布规律预测和油气勘探都具有重要的指导作用。日青威盆地在晚中生代火山活动活跃，盆地内桃林地区火山岩体发育，主要以闪长玢岩等浅层侵入体为主。目前，该盆地相关研究主要集中于物源、沉积环境、构造背景等方面14-19，而关于研究区内热流体活动在围岩中有何特征以及热流体如何影响储层物性并未进行系统研究。为了全面深入研究该盆地，本文运用薄片镜下观察、X-射线衍射、流体包裹体、物性测试等实验分析方法，重点探讨 收稿日期：2021-12-22资助项目：山东省重点研发计划项目（2017CXGC1608）；中国石化科技部独立课题项目（P20028）；中国石化油气成藏重点实验室开放基金（HX20220005）作者简介：刘汉青（1992），男，硕士，主要从事油气地质方面的研究工作.E-mail：*通讯作者：周瑶琪（1963），男，博士，教授，主要从事地球化学及盆地动力学等方面的研究工作.E-mail： ISSN 1009-2722海洋地质前沿第 39 卷第 2 期CN37-1475/PMarine Geology FrontiersVol 39 No 2闪长玢岩侵位后围岩中热流体活动的特征，并探讨其对碎屑岩储层物性的影响机制，以期为今后深入研究本区孔隙演化和后期资源勘探开发提供基础地质信息上的借鉴。1 区域地质背景山东东部日青威盆地是苏鲁造山带中段的晚中生代裂陷盆地，位于华北克拉通和扬子克拉通结合部位20。盆地整体走向呈 NESW 延伸，发育受早白垩世大陆裂谷作用和热隆滑脱作用的共同影响21-22。盆地北部被青岛五莲断裂带与邻近的胶莱盆地所分隔，南至南黄海西北海域，东到海阳凹陷，西临胶南隆起（图 1a）。由于盆地地处东亚大陆边缘，在白垩纪受太平洋板块与欧亚板块相互作用俯冲的影响，因而岩浆活动频繁。图例日青威盆地边界王氏期潜玄武岩新生代沉积断层观测点040km343536373839N119120121122 E莱阳群青山群王氏群基底白垩纪侵入岩03 km桃林b bN青岛-五莲断裂图 1山东东部大地构造示意图、桃林地区构造位置图15Fig.1 Geotectonic diagram of the eastern Shandong and the location of the Taolin area15 研究区诸城市桃林地区位于日青威盆地西南部，青岛五莲断裂带以东（图 1a）。区内出露地层较齐全，自下而上依次发育有前寒武纪地层基底、下白垩统莱阳组和青山组地层（图 1b）。其中莱阳组自下而上可划分为 4 个岩性段：第一段为砂砾岩和粉砂岩、硅质岩互层，下部可见穿层侵位的闪长玢岩侵入体、少量角砾岩和火山碎屑岩；第二段为厚层砂岩；第三段主要为硅质岩、粉砂岩互层，上部可见粉砂岩和泥岩互层；第四段为砂岩、粉砂岩，与上部青山组流纹岩层不整合接触。该剖面自下而上发育冲积扇相-浊积扇相-扇三角洲相-火山溢流相，整体表现出水体环境由浅水到深水再到浅水的变化过程23。桃林地区发育穿地壳岩浆系统火山机构，这些机构主要分布在深大断裂及派生断裂带附近，说明了火山作用与早期构造活动或准同期的构造活动有着密切的联系。火山作用以青山期后夼组酸性岩浆爆发和八亩地组中基性岩浆爆发为主24。2 火山岩及围岩组合特征2.1火山岩岩相学及地球化学特征桃林地区火山机构整体呈环带状24，在主岩体周围发育有许多脉状的分支岩体（图 1b），岩体与围岩的交界面沿走向和倾向都有极大的变化。经过实地踏勘（354739N，1193158E），对出露火山岩和碎屑围岩系统取样，岩性组合主要有 2 种类型（图 2）：闪长玢岩+砂岩（下部）、闪长玢岩+角砾岩+火山碎屑岩+砂岩+粉砂岩（上部）。闪长玢岩手标本呈灰白色，具全晶质斑状结构和块状构造（图 3a）。主要组成矿物为斜长石（55%）和钾长石（20%），次要矿物为石英（15%）、角闪石（5%）和黑云母（5%）（图 4a）。斑晶以斜长石、角闪石和黑云母为主，其中斜长石呈半自形板状，可见明显的聚片双晶、卡钠复合双晶，局部被绢云母及绿帘石交代；角闪石第 39 卷 第 2 期刘汉青，等：日青威盆地桃林地区白垩纪热流体活动特征及其对储层物性的影响39呈半自形柱状，可见绿色、浅黄绿色的多色性，可见绿泥石交代；黑云母呈片状，发生绿泥石化。基质以斜长石、钾长石、石英为主，杂乱分布，可见少量裂隙被铁质矿物充填。本区莱阳组底部发育闪长玢岩，根据前人研究表明其属于高钾钙碱性，稀土元素总量较高，显示出 LREE 富集、HREE 亏损，微量元素表现出富集Rb、Th、U 等大离子亲石元素，其中 Ba 与 Pb 强烈富集，高场强元素 Nb、Ti 出现强烈亏损，Sr 与 Ta 也呈现出不同程度的亏损，分析认为不存在明显的地壳混染作用15,22。据激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）锆石 U-Pb 定年测试表明闪长玢岩侵入时间为 120 Ma，在苏鲁造山带中广泛分布的早白垩世岩浆岩锆石 U-Pb 年龄为 105129 Ma16。由此认为，桃林地区后期的侵入岩体的活动时期为白垩纪。2.2围岩岩相学特征角砾岩呈青灰色具有角砾结构、块状构造，由于紧邻闪长玢岩侵入体，受到高温烘烤，出现热褪色现象（图 3b）。角砾为黏土质细砂粉砂岩及细粒岩屑砂岩，棱角状，杂乱分布。砂级碎屑为斜长石、钾长石、单晶石英、岩屑为主，大小一般 0.010.05 mm，棱角次棱状为主，少次圆状，定向分布（图 4b）。填隙物为黏土杂基、钙硅质胶结物。黏土杂基隐晶细小鳞片状，直径为 0.0010.05 mm，定向分布，重结晶明显，部分变为绢云母等；钙硅质胶结物重结晶明显，已变为绿帘石等，它形粒状，大小一般0.010.05 mm，填隙状分布。镜下以上各组分、粒度分布不均匀，构成层状构造，局部可见褶皱，可见较细小裂隙分布与黏土质细砂粉砂岩内。凝灰岩呈灰黄色，块状构造，具有凝灰结构（图 3c）。岩石组分主要为火山角砾和凝灰物（图 4c）。火山角砾为流纹岩、细中粒长石岩屑砂岩及黏土质粉砂岩岩屑，棱角状，大小一般 25 mm，星散状分布；晶屑为斜长石、钾长石、石英，棱角状，热流体流动方向侵入体深大断裂 采样编号次生断裂砂岩粉砂岩角砾岩凝灰岩热流体+酸性气体图 2桃林地区侵入体与围岩组合类型及采样层位Fig.2 Assemblage types and sampling horizon of intrusions and surrounding rocks in the Taolin area abcda.闪长玢岩；b.角砾岩；c.凝灰岩；d.碎屑砂岩图 3典型手标本照片Fig.3 Photos of typical hand specimens40Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 2 月大小一般 0.20.5 mm，星散状分布。玻屑弧面棱角状，杂乱分布，均脱玻、重结晶，已变为霏细微晶状长英质，呈假象产出，界限多模糊不清或消失。岩屑为蚀变流纹岩及蚀变安山岩、流纹质凝灰岩等，棱角状，大小一般 0.51 mm，杂乱分布。岩石轻碎裂，沿裂隙有绿泥石、不透明矿物充填交代。岩石蚀变弱，蚀变矿物为绢云母、高岭土、方解石、绿泥石。砂岩呈青灰色，具有块状构造（图 3d）。碎屑组分中长石含量 30%40%，长石类型以斜长石为主（图 4d）。岩屑含量 40%50%，主要为火山岩岩屑，呈星点状、纤维状分布，部分发生绢云母化或绿泥石化（图 4e、4f）。石英含量为 10%30%，可见溶蚀及次生加大现象。砂岩粒度较细，以细砂为主；杂基支撑为主要支撑类型，接触类型以缝合线接触为主，分选较好，磨圆度为次棱角次圆，裂缝虽然发育但被方解石脉体充填（图 4e）。岩性以长石岩屑砂岩（图 5）为主，砂岩的平均组分为 Q18.46F34.23R47.31，成分成熟度（Q/F+R）为 22.64%，成熟度较低。3 围岩中热流体活动的特征3.1脉体特征脉体的发育一般是热流体活动的产物，是证明热流体存在最直接的证据25。桃林地区围岩中发育多种脉体，主要类型为方解石脉（图 6a）、石英脉（图 6b）和蚀变的高岭石脉（图 6c）。根据脉体之间的切割穿插关系，可以确定脉体形成的先后顺序为：方解石脉石英脉。方解石脉体中央一般发育平行于脉壁的“中央”线，脉体中矿物生长方向由两边脉壁向中间垂直生长。这些特征表明它们是典型的张性水力破裂的直接产物26，而这种脉体也被认为是超压体系的结晶作用产物27。3.2碎屑颗粒的热液蚀变深部岩浆总是寻找薄弱之处（例如构造应力场 800 mabcdef500 m200 m500 m200 m500 ma.闪长玢岩镜下照片，TL-0；b.角砾岩中碎屑石英发生应力破裂，TL-1；c.凝灰岩镜下照片，TL-2；d.可见条纹长石和石英次生加大边，TL-10；e.可见方解石脉和斜长石绢云母化，TL-7；f.在石英次生加大边与碎屑颗粒边缘可见绿泥石，TL-11图 4桃林地区闪长岩侵入体和围岩镜下照片Fig.4 Micro