本文關(guān)鍵詞：遼河盆地東部凹陷古近紀(jì)火山巖：從巖石成因到勘探應(yīng)用　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：遼河盆地位于郯廬斷裂南、北兩段過渡帶構(gòu)造蜂腰部位,中國最主要的中新生代含油氣盆地之一,是近幾十年來地質(zhì)學(xué)家研究的熱點地區(qū)。遼河盆地東部凹陷是其中一個北東向展布的箕狀凹陷,其古近紀(jì)地層包括房身泡組、沙三段、沙一段和東營組,地層內(nèi)發(fā)育了大量的火山巖,這些火山巖不僅完整地記錄了本區(qū)古近紀(jì)火山作用過程,而且還是本區(qū)最主要的油氣儲層,對其進行全面、深入而系統(tǒng)的研究,對于遼河及渤海灣盆地古近紀(jì)構(gòu)造演化和動力學(xué)過程以及油氣實際勘探和應(yīng)用均具有十分重要作用。因此,本文在明確火山巖分布特征基礎(chǔ)上,開展了火山巖的巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、巖石成因和儲層主控因素、評價標(biāo)準(zhǔn)及物性下限研究,進行了鋯石U-Pb定年、主量微量元素、Sr-Nd同位素和孔隙度、滲透率分析,討論了火山巖的源區(qū)特征、形成過程和大地構(gòu)造背景。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合其結(jié)構(gòu)構(gòu)造和儲層物性特征,開展了火山巖儲集層物性研究,探討了火山巖作為一種十分重要的油氣儲集層的發(fā)育特征、控制因素和物性下限,并制定了專門針對于遼河盆地火山巖的分類評價標(biāo)準(zhǔn)。主要結(jié)論與認(rèn)識如下:1.火山巖巖石組合及閃長玢巖的發(fā)現(xiàn)研究區(qū)古近紀(jì)火山巖以中-基性的玄武質(zhì)和粗面質(zhì)巖石以及與其共生的次火山巖為主,不發(fā)育酸性巖石。按巖石結(jié)構(gòu)可分為4類:火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山角礫巖和次火山巖,進一步細分為玄武巖、玄武安山巖、安山巖、粗安巖、粗面巖、角礫化粗面巖、凝灰熔巖、角礫熔巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、輝綠巖和閃長玢巖12亞類。這其中的閃長玢巖在前人的研究中均認(rèn)為是噴出的粗面巖,但本人在研究中發(fā)現(xiàn),其與發(fā)育在研究區(qū)中部和北部的粗面巖相比,具有結(jié)晶程度好,縱向、側(cè)向上延伸小,分布連續(xù)性差,以薄層狀或穿層的形式出現(xiàn)在地層之中的特點。同時測得其鋯石U-Pb年齡為31.47±0.35Ma,較其所在沙三段地層年齡(42.4~38Ma)明顯年輕,而與上覆東營組(32.6~24.5Ma)的地層時代相同。根據(jù)以上特點,判斷其不是沙三段時期噴出的粗面巖,而是侵入成因的閃長玢巖,屬次火山巖。2.火山巖地球化學(xué)特征和巖石成因本區(qū)古近紀(jì)各個時期均有基性火山巖發(fā)育,但地化特征不盡相同。房身泡組基性火山巖主量元素表現(xiàn)出低堿低鉀的特征,其K2O含量0.08%~0.15%,Na2O+K2O含量3.72%~3.79%。稀土元素總量低,輕重稀土元素?zé)o明顯分餾,虧損大離子親石元素Rb和K,具較低的εNd(t)值=1.58,其源區(qū)為受到俯沖大洋板片流體影響的軟流圈地幔。其后沙三段、沙一段和東營組基性火山巖富鋁富鈉,Al2O3含量16.08%~18.36%,Na2O含量2.33%~5.04%。輕重稀土強烈分異,弱富集大離子親石元素,富集Nb、Ta等高場強元素,ISr=0.7033~0.7042、εNd(t)=3.56~5.86,具有近OIB的地化特征和同位素值,其源區(qū)同樣為軟流圈地幔,房身泡組和沙三段玄武質(zhì)巖漿不是原始地幔巖漿組成,而是原始巖漿經(jīng)歷了單斜輝石和磷灰石的分離結(jié)晶作用形成。沙一段和東營組玄武質(zhì)火山巖可以代表原始巖漿組成,未經(jīng)歷分離結(jié)晶過程。各期玄武質(zhì)火山巖形成過程中均未受到地殼物質(zhì)明顯的混染。沙三段地層中還發(fā)育有粗面質(zhì)火山巖和東營期侵入的次火山巖閃長玢巖,粗面巖Si O2含量59.84%~64.04%,富鉀富鋁,Na2O含量2.98%~6.19%,K2O含量3.95%~9.28%,K2O/Na2O大于1,屬鉀質(zhì)火山巖。稀土元素、微量元素曲線變化趨勢與同期玄武質(zhì)火山巖一致,且有相類似的同位素值ISr=0.7035~0.7045、εNd(t)=3.25~4.46,說明兩者有著相同的來源。明顯的Eu負異常和Sr、P和Ti元素的虧損,表明粗面質(zhì)火山巖經(jīng)歷了斜長石、磷灰石、金紅石、鈦鐵礦等的分離結(jié)晶。閃長玢巖具有和玄武巖相似的稀土和微量元素曲線形態(tài),幾乎無Eu的正負異常,有明顯的P和Ti元素虧損,不虧損Nb、Ta,說明閃長玢巖形成過程中巖漿可能經(jīng)歷了磷灰石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶,幾乎無地殼物質(zhì)混染。3.火山巖的構(gòu)造背景活動大陸邊緣區(qū)被廣泛認(rèn)為是地球上最為復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境區(qū),而古近紀(jì)時期正值太平洋板塊西緣俯沖方向和速率再次發(fā)生變化的時期,這使得此階段遼河盆地的構(gòu)造環(huán)境尤為復(fù)雜,地球化學(xué)和同位素表現(xiàn)出不同的特征,同時古近紀(jì)時期內(nèi)部不同時期巖石也表現(xiàn)出不同的特征。其中古近紀(jì)房身泡組火山巖稀土元素總量較低且輕重稀土分餾不強,微量元素含量也較低,虧損大離子親石元素Ba和K,表現(xiàn)出類似于MORB的特征。而從沙三段開始,以及其后的沙一段和東營組,地化特征與房身泡組截然不同,與房身泡組相比其稀土元素總量明顯升高,輕重稀土分異程度加大,微量元素含量也同樣高于房身泡組火山巖。地化特征和同位素均表現(xiàn)出類似于OIB的特征,但與典型的OIB相比,不相容元素含量總體上較低,同時具有弱虧損Nb和相對富集K的特點。根據(jù)對本區(qū)古近紀(jì)火山巖地球化學(xué)和同位素特征進一步的分析,認(rèn)為古近紀(jì)始新世和漸新世時期遼河盆地屬于板內(nèi)的構(gòu)造背景,而古新世是遼河盆地由活動大陸邊緣向陸內(nèi)裂谷環(huán)境轉(zhuǎn)化時期�；鹕綆r形成于類似弧后拉張的構(gòu)造環(huán)境,本區(qū)古近紀(jì)構(gòu)造環(huán)境的變化主要受控于太平洋板塊俯沖方向和速率的變化。中生代開始,太平洋板塊向歐亞大陸板塊開始俯沖。古近紀(jì)時期,俯沖速率變緩,同時俯沖進入軟流圈的大洋板片由于重力作用下沉,使俯沖下去的板片后退,并帶動海溝也向洋后退,這使得大陸邊緣遭受板緣拉應(yīng)力從而造成弧后區(qū)的拉張。在此背景下,巖石圈遭受拉伸,軟流圈上涌,深部也有可能伴隨因拆沉作用造成的巖石圈減薄。與此同時,郯廬斷裂系活化并發(fā)生大規(guī)模走滑運動,導(dǎo)致遼河裂谷盆地同期地幔來源的火山巖漿活動。4.火山巖的儲層意義火山巖有效儲層主要受斷裂、噴發(fā)旋回、巖相、巖性四方面控制。斷裂控制著火山巖體的空間展布和次生裂縫發(fā)育情況,火山巖儲層沿大型走滑斷裂、尤其主斷裂與派生斷裂交匯部位集中發(fā)育,巖石的滲透率主要由次生裂縫的發(fā)育情況所決定;噴發(fā)旋回控制著火山巖儲層的縱向分布,本區(qū)自下而上共發(fā)育3個火山噴發(fā)旋回,14個期次,有效儲層集中發(fā)育在旋回二中部的粗面巖期次(S3q3);根據(jù)巖性組合、就位型式將本區(qū)火山巖相劃分為火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、侵出相和火山沉積相5種,又可細分為14種亞相。巖相控制著儲層的規(guī)模和原生孔縫發(fā)育帶,本區(qū)爆發(fā)相火山碎屑流亞相,侵出相的外帶、中帶和內(nèi)帶,四個亞相是有效儲層發(fā)育最集中的相帶;巖性決定儲集空間類型及后期蝕變改造程度,儲集空間分為原生和次生2大類,進一步根據(jù)儲集空間的形成機制、形態(tài)和分布特征,劃分9種類型14種亞類。原生儲集空間是指形成于火山巖完全冷卻之前的封閉系統(tǒng)條件下,在原生成巖作用下形成的各種開放式孔縫,包括原生氣孔、格架孔、收縮縫和碎裂縫4類。次生儲集空間形成于火山巖完全冷卻之后的開放系統(tǒng)條件下,在次生成巖作用下,由原生儲集空間發(fā)生改造或新的儲集空間形成,包括溶蝕孔、隱爆縫、風(fēng)化縫、溶蝕縫和構(gòu)造縫5種。有效儲層是在現(xiàn)有工藝技術(shù)和經(jīng)濟效益條件下能夠采出具有工業(yè)價值產(chǎn)液量的儲集層。依據(jù)孔隙度、滲透率、含油產(chǎn)狀、試油結(jié)果等資料確定了本區(qū)火山巖的儲層物性下限、建立儲層分類評價標(biāo)準(zhǔn)。采用經(jīng)驗系數(shù)法、最小含油喉道半徑法、含油產(chǎn)狀法和試油法分別求取了儲層物性下限,綜合此四種方法將本區(qū)火山巖儲層的有效儲層物性下限值確定為:孔隙度3%,滲透率0.03×10-3μm2,當(dāng)孔隙度3%或者滲透率0.03×10-3μm2時,通常不會形成工業(yè)或低產(chǎn)油氣層。根據(jù)儲層物性將火山巖儲層劃分4類,I類儲層為高孔高滲儲層(Φ13%,高滲K0.4×10-3μm2),II類儲層為較高孔較高滲儲層(Φ=13~8.5%,K=0.4~0.1×10-3μm2),III類儲層為中孔中滲儲層(Φ=8.5~3%,K=0.1~0.03×10-3μm2),IV類儲層為低孔低滲儲層(Φ3%,K0.03×10-3μm2)。油層主要發(fā)育在I類和II類儲層中。
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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P618.13;P588.14

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