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惠民凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的西部,是济阳坳陷内最大的次级凹陷。惠民凹陷是在前寒武纪结晶型和古生代地台型双基底上发育的中新生代大陆裂谷盆地。由于盆地的强烈扩张带动盆地中深大断裂,特别是郯庐断裂及其次级断裂的强烈活动,发生火山喷发和岩浆侵入作用,因此惠民凹陷新生代发育大量岩浆岩。本文以惠民凹陷侵入岩形成的异常热场为重点研究对象,通过对侵入岩地质及地球物理特征的研究,明确了惠民凹陷侵入岩的成因、类型及分布,建立了两种侵入岩异常热传递机制模型,定量研究了侵入岩热场对成烃的影响,并划分了三种与侵入岩有关的油气成藏模式。该研究成果不仅丰富和发展了现代油气成烃成藏理论,也对精确评价烃源岩生烃能力,认识侵入岩区油气运移成藏规律,指导油气勘探具有重要的实际意义。
论文主要取得以下成果和结论:
1.发现了侵入岩的分布规律及围岩热变质特征通过对侵入岩地球物理特征、测井响应特征的研究,结合钻井岩芯,确定了惠民凹陷侵入岩的分布状态和规律。惠民凹陷侵入岩主要为辉绿岩和辉长岩,可以将侵入岩相划分为中心亚相、过渡亚相和边缘亚相;通过对30口钻井侵入岩及其围岩岩芯的观察,发现围岩因受岩浆热烘烤作用,普遍存在明显的呈规律性变化的接触变质分带;侵入岩周围因热作用产生明显的环状角岩-板岩变质带、碳质泥岩变余带以及未变质泥岩带;侵入岩的分布以辉绿岩为中心呈环状分布。
2.确立了岩浆岩的识别标志、空间展布规律和成因期次阳信洼陷岩浆岩岩性致密,其测井响应具有“两高四低”的特征,即高电阻率、高密度,低自然电位、低自然伽马、低补偿中子、低声波时差;岩浆岩在地震剖面上表现为强振幅、低频率、粗同相轴、两侧变弱等特征;运用地质、钻井、测井等多种信息进行岩浆岩反射层的层位标定和识别,分别采用调谐厚度法和厚度求差法计算了岩浆岩的厚度,并详细刻画了阳信洼陷沙四段4套岩浆岩的空间展布,认为沙四段地层中广泛分布的侵入岩形成于沙三段沉积时期。
3.对侵入岩周围地球化学特征及生烃量进行了深入研究通过对临南、阳信地区侵入岩周围1200余块次样品的有机地化分析,对受侵入岩影响的油气地化特征进行了深入研究。发现受岩浆岩热烘烤作用影响,侵入岩周围及侵入区烃源岩成熟度明显升高,有机质强烈降解,生油门限深度变浅,烃源岩中的总烃含量明显增加,生排烃量巨增;距离侵入体距离越近,烃源岩中的镜质体反射率越高,姥鲛烷/植烷比值越大,残余有机碳、氯仿沥青“A”和S1+S2含量逐渐降低,荧光越弱,贫氢次生组分增加,干酪根样品颜色变深、类型明显变差。
受侵入岩的热作用结果,烃源岩可溶有机质中的正构烷烃组成发生了明显变化,离侵入岩越近低分子烃类含量越高;侵入岩周围烃源岩所生成油气的生物标志物参数也发生了明显变化,孕甾烷、三环萜烷含量增加,正烷烃主峰碳数减小、OEP减小、C21+C22/C28+C29增加。与侵入岩有关的油气与正常成熟的油气在地化特征上有明显的不同:在正构烷烃组成特征方面常出现谱峰前移和双峰现象,部分生物标志化合物指标转化速率小于正常成熟油气。
侵入岩对烃源岩的影响不仅局限于岩体周围,也对盆地整体地温的提升发挥明显的作用,通过对惠民凹陷阳信洼陷计算,发现因岩浆侵入可导致本区资源量增加一倍以上。对阳信地区资源量计算表明,因侵入岩影响该区增加的油气资源量在0.8×108t以上。
4.建立了两种侵入岩热作用模式,确定了侵入岩周围温度场的分布不同地质条件下侵入岩热能传递具有不同方式。当岩浆侵入到孔隙不发育的泥页岩时,热主要以传导方式传递,热作用对围岩的影响显著而有规律,从内向外成熟度依次降低;当侵入岩体周围发育孔渗性较好的砂岩时,热传递以对流方式为主,侵入岩异常热主要对侵入岩上覆地层产生影响,且影响范围形状复杂,温度相对较低。本文利用有机岩石学方法对侵入体周围的最高古地温进行了计算,并通过计算机模拟的方法进行了验证,确定了岩浆侵入到厚层泥岩时周围的温度分布状况。一般当岩浆侵入到厚层泥岩时,岩体附近受影响大的温度较高,可达600℃以上,但范围较小;有大约相当于侵入体厚度三分之一左右的围岩温度可上升400℃以上,烃源岩可进入过成熟阶段;在大约相当于岩体厚度3倍左右的范围内,温度可上升到150℃,烃源岩进入成熟阶段,这比正常沉积条件下济阳坳陷古近系的成熟温度100℃略高;侵入岩异常热场可使6倍于侵入体体积的烃源岩进入生油门限。
5.深入分析了侵入岩对成藏条件的影响通过对与侵入岩有关的典型油气藏的详细解剖,发现侵入岩在侵入和冷却过程会造成大量的原生裂隙,同时侵入岩中大量的暗色矿物在成岩后也容易发生溶蚀和交代作用,因而形成大量次生孔隙,并伴随着大量构造剪裂缝和构造拱张缝的形成,为油气提供了丰富的储集空间和良好的运聚通道:惠民凹陷侵入岩主要发生在湖盆断陷中早期,侵入岩对油气成藏的影响主要表现为增大储集空间、形成新的圈闭类型等方面,对油气的聚集成藏起到促进作用。
6.划分了三种与侵入岩有关的油气藏的成藏模式不同地区侵入岩的热传递模式不同,与其有关的成藏模式也不同,按成藏动力、成藏时间、油气来源、成藏部位以及后期构造运动影响程度等,把与侵入岩有关的油气藏划分为外生内储型、外生外储型和构造复合型三种油气成藏模式。研究认为,外生外储型油气区的勘探重点为根据侵入岩的不同形成期次,寻找侵入岩上部的构造圈闭;外生内储型油气藏区的侵入岩发育在厚层烃源岩中,侵入体及其周围的变质岩带成为油气聚集的有利场所;对于构造复合型油气藏勘探应把侵入岩体作为主要目标,寻找侵入岩岩性-构造油气藏。