1 研究区地质概况
渤海湾盆地位于华北克拉通东部，为华北克拉通之上发育起来的新生代沉积盆地，面积超过20×104 km2，是中国七大含油气盆地之一[1]。盆地基底由华北克拉通构成，包括前寒武系结晶基底及下古生界、上古生界等多套稳定的海陆交互相和海相沉积地层[2⇓-4]（见图1 ）。印支期至燕山期，受华北板块和西伯利亚板块碰撞、华北板块和华南板块拼合碰撞及古太平洋板块俯冲等大规模构造作用影响，稳定的华北克拉通发生破坏，进入强烈隆升和板内构造变形作用阶段，并发育大量陆相断陷盆地和广泛火山活动，形成全盆地范围大面积分布的中生界火成岩序列[5⇓⇓⇓-9]。喜马拉雅期渤海湾盆地受控于强烈的拉张环境形成大型沉积盆地，古近系沙河街组、东营组等沉积了大量烃源岩，为基底提供了丰富的油气来源[10]。受控于印支期—喜马拉雅期多期构造活动，盆地基底形成了凹中隆的构造格局，具有良好的生、储、盖配置关系和圈闭条件，使渤海湾盆地基底潜山形成了巨大的油气勘探潜力[11-12]。
渤海油田位于渤海湾盆地海域范围，其油气勘探始于20世纪50年代[1]，经过60余年的勘探，除了新生界碎屑岩，还相继在盆地基底太古宇变质岩潜山、古生界碳酸盐岩潜山、中生界碎屑岩潜山和中生界花岗岩潜山等基底潜山中取得大量勘探突破[10⇓⇓-13]，如2019年和2021年分别于太古宇潜山中发现了BZ19-6和BZ13-2千亿立方米级凝析气田和亿吨级油田[14]。虽然针对中生界火山岩也开展了一系列勘探，有超30口探井钻遇中生界火山岩，偶有油气发现，但总体规模有限，未获商业突破。火山岩已被证实是中国沉积盆地深层一种重要的油气储层[15]，国内相继在松辽、四川、准噶尔等盆地深层火山岩中发现了多个大中型火山岩油气田（藏），如徐家围子庆深气田、长岭断陷松南气田、准噶尔盆地石西油田等[16⇓-18]。渤海湾盆地海域发育全盆地范围内最大的富烃凹陷——渤中凹陷，烃源岩条件良好，近年来随着勘探和相关研究的不断深入，环渤中凹陷落实了多个大型中生界圈闭群[1]，并在火山岩时空分布特征、火山机构和火山岩相构成、储层发育控制因素和成藏条件等方面取得了一系列进展[19⇓⇓⇓⇓⇓⇓-26]。在这些认识的指导下，相继发现了BZ6-A、LD25-A和BZ8-A等多口高产火山岩油气井，展现了该区规模性火山岩油气藏勘探的巨大潜力。本文依据渤海油田长期以来取得的中生界火山岩勘探资料，特别是取得突破的几口火山岩高产井，系统分析渤海湾盆地海域中生界形成大中型火山岩油气藏需要具备的必要条件，指出未来渤海湾盆地海域火山岩油气藏的勘探方向。
2 白垩系义县组火山岩分布
综合利用钻井和连片地震资料，对渤海湾盆地海域中生界白垩系义县组火山岩进行了井-震骨干剖面解释和2 km×2 km网格刻画，初步查明了渤海湾盆地海域义县组火山空间分布特征（见图2 ）。渤海湾盆地海域义县组火山岩分布面积广泛，整个海域范围共识别出225个火山喷发中心，喷发中心主要集中在环渤中凹陷分布的几个凸起带上，如LD25-1、LK7-1区域，与燕山期几条大型走滑断裂具有良好的空间耦合关系。义县组火山岩可划分为3个喷发旋回（见图2a ），旋回1以基性玄武岩为主，主要分布在环渤中凹陷北部和东部，为义县组喷发初期幔源岩浆沿燕山期大型走滑断裂喷发形成（见图2b ）；旋回2火山岩以中性为主，包括安山岩、粗安岩等，该期火山岩全区发育，喷发中心主要集中在燕山期大型走滑断裂和北西西向印支期先存断裂附近（见图2c ），该阶段为义县组火山作用最为强烈的时期，岩石圈地幔强烈拆沉减薄，导致下地壳岩石部分发生强烈熔融，形成大面积的中性火山喷发[27]；旋回3火山岩以中酸性为主，喷发范围显著缩小，主要集中在燕山期走滑断裂附近（见图2c ）。
3 大中型火山岩油气藏形成条件
3.1 火山岩岩性、岩相和火山机构
3.1.1 岩性和岩相
火山岩的物性特征决定了其储集油气的能力[30]。本次研究对研究区钻遇中生界义县组火山岩的30口钻井中不同岩性岩相的火山岩物性特征进行了统计（见图3 ），结果表明，火山通道相隐爆角砾岩亚相和溢流相上部亚相的储层物性最好，其中隐爆角砾岩亚相孔隙度为2.2%~30.3%，平均孔隙度为12.5%，平均渗透率为1.1×10-3 μm2；溢流相上部亚相孔隙度为1.7%~15.8%，平均孔隙度为8.8%，平均渗透率为0.6×10-3 μm2（见图3a ）。除了溢流相上部亚相和隐爆角砾岩亚相，侵出相储层物性也相对较好，其孔隙度为1.5%~11.9%，平均为6.2%，渗透率平均为0.5×10-3 μm2（见图3a ）。对比以上3种岩相，溢流相中下部亚相、爆发相空落亚相和火山沉积相含外碎屑火山碎屑岩亚相物性相对较差，其中溢流相下部亚相孔隙度为0.4%~13.7%，平均为4.8%，渗透率平均为0.2×10-3 μm2；爆发相空落亚相孔隙度为3.1%~6.0%，平均为4.5%，平均渗透率为0.2×10-3 μm2；火山沉积相含外碎屑火山碎屑岩亚相孔隙度为1.5%~7.4%，平均为4.0%，渗透率平均为0.1×10-3 μm2（见图3a ）。从岩性上来看，中酸性火山岩的物性明显好于基性火山岩（见图3b ）。同是溢流相上部亚相，气孔流纹岩、气孔英安岩和气孔安山岩的物性明显好于气孔玄武岩（见图3b ）；同为溢流相下部亚相，块状流纹岩、块状安山岩、块状英安岩的物性也明显好于块状玄武岩（见图3b ）。以上分析表明，溢流相上部亚相、隐爆角砾岩亚相是研究区形成规模性储层最为有利的岩相，中酸性火山岩对形成规模性储层更为有利。
3.1.2 火山机构
火山机构控制了火山岩岩性和岩相的空间分布特征，其规模和类型对火山岩规模性油气藏的形成至关重要。渤海湾盆地发育4种类型的火山机构，包括基性熔岩火山机构、中酸性熔岩火山机构、中酸性复合火山机构和中酸性火山碎屑岩机构（见图4 、表1 ）。基性熔岩火山机构一般为盾状，横向延伸范围大，火山机构近源—远源相带岩性变化小（见图4a 、表1 ）；中酸性火山碎屑岩机构由席状火山碎屑岩构成，从火山口到远源，岩性由火山角砾岩到凝灰岩并向沉凝灰岩过渡（见图4b 、表1 ）。由于研究区基性火山岩和火山碎屑岩、沉火山碎屑岩的储层物性较差，因此，这两种火山机构解释的储层总厚度较薄，成储效率均较低（见表1 ）。研究区形成规模性储层的火山机构主要为中酸性熔岩火山机构（见图4c ）和中酸性复合火山机构（见图4d ）。这两种火山机构由多个熔岩流单元构成，溢流相上部亚相和火山通道隐爆角砾岩亚相较发育，储层物性好，解释的储层总厚度较厚（见表1 ）。另外，火山机构中心—近源相带有利岩性、岩相发育，储集空间类型多样，平均孔隙的和渗透率好于中源和远源相带，是有效储层发育的有利部位（见图5 ）。
表1 渤海湾盆地海域白垩系义县组火山机构地质特征 |
| 火山机构类型 | 形态特征 | 岩性特征 | 厚度范围/m | 延伸范围/km | 纵横比 | 有效储层总厚度/m | 典型钻井 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 基性熔岩火山机构 | 席状、盾状 | 玄武岩 | 132~832 | 8.5~9.9 | 0.010~0.085 | 0 | BZ13-A |
| 中酸性熔岩火山机构 | 透镜叠加状 | 中酸性熔岩为主、少量火山碎屑岩 | 193~1 139 | 3.0~5.6 | 0.210~0.320 | 125.4 | BZ8-A |
| 中酸性复合火山机构 | 丘状 | 中酸性熔岩和火山碎屑岩比例大体相当 | 2 656 | 6.2~8.9 | 0.290 | 69.1 | BZ6-A |
| 中酸性火山碎屑岩机构 | 斜坡带、充填状 | 火山碎屑岩为主 | 50~393 | 4.2~6.0 | 0~0.065 | 33.7 | CFD12-A |
3.2 火山岩有效储层特征及形成机制
3.2.1 有效储层类型
物性分析表明，渤海湾海域义县组火山岩最大孔隙度可达30%，最高渗透率为5×10-3 μm2。根据孔渗条件，可将研究区火山岩储层分为高孔-中低渗、中孔-中低渗和低孔-低渗3类（见图6 ）。其中高孔-中低渗型储层累计解释油气层占比最大，中孔-中低渗型储层累计解释油气层占比稍低，而低孔-低渗型储层仅发育差油层，致密层比例最高（见图7 ）。从目前发现的几口高产火山岩钻井来看，BZ6-A、BZ8-A井火山岩储层属于高孔-中低渗型，LD25-A井火山岩储层属于中孔-中低渗型（见图2b ），这说明研究区高孔-中低渗和中孔-中低渗储层均可作为形成大中型油气藏的有效储层类型，高孔-中低渗型火山岩储层成藏效率更高。
3.2.2 有效储层特征
研究区高孔-中低渗型火山岩储层主要发育在中酸性气孔熔岩和隐爆角砾岩中（见图6a ），由原生孔缝叠加溶蚀作用形成。其中中酸性气孔熔岩原生孔隙和次生孔缝均发育（见图8a —图8d ）。主要的原生储集空间包括原生气孔、杏仁体内孔、脱玻化孔和基质收缩裂缝（见图8a ）。原生孔隙和基质收缩裂缝在提供了大量储集空间的同时也增大了流体与火山岩的接触面积，导致了大面积溶蚀作用的发生，形成基质溶蚀孔和晶内溶蚀孔（见图8b ），溶蚀孔隙的形成进一步改善了储层的物性条件。隐爆角砾岩主要的原生储集空间为隐爆岩汁（后期的岩浆）中发育的大量脱玻化孔隙，次生储集空间为隐爆岩汁溶蚀孔隙，为后期流体沿裂缝溶蚀隐爆岩汁形成（见图8c ）。溶蚀强烈的部位流体将隐爆角砾间岩汁大部分溶蚀，往往形成开度较大的隐爆缝，不但提供了大量储集空间，还增加了火山岩的渗流能力。
研究区中孔-中低渗型火山岩储层在各种岩性中均发育，即其形成不受火山岩岩性控制，储层主要由裂缝叠加溶蚀作用形成（见图8e —图8g ）。面孔率分析表明，中孔-中低渗型储层原生孔隙发育较差，储集空间以次生孔隙为主，主要为裂缝和流体沿裂缝溶蚀形成的基质溶孔、晶内溶孔和脱玻化孔（见图8h ）。
3.2.3 规模性储层形成机制
火山岩储层的形成包括挥发分出溶作用形成原生孔隙，火山岩冷凝收缩作用形成冷凝收缩裂缝，火山喷发期后脱玻化作用形成脱玻化微孔，风化作用形成溶蚀孔隙和风化裂缝，构造作用形成构造裂缝和伴生的溶蚀孔隙等。规模火山岩储层的形成，往往是这些储层形成机制综合作用的结果，其中尤其以风化作用和构造作用最为重要。
3.2.3.1 风化作用
渤海湾盆地中生界火山岩形成于中侏罗世—早白垩世，晚燕山期区域挤压作用导致该地区缺失上白垩统，火山岩普遍经历了20~30 Ma的沉积间断[26]。对比松辽盆地，火山岩储层受风化改造作用控制十分明显。主量元素分析表明，渤海湾盆地火山岩顶部不易迁移的Fe、Al等元素富集，易于迁移的Ca、Mg、Na等元素发生亏损（见图9 ），说明火山岩顶部受到风化作用影响显著，易溶元素发生了迁移；化学风化指数从顶面向下逐渐减小，至300 m处形成拐点，提示受风化影响的火山岩厚度达300 m，在该厚度范围内，火山岩次生溶蚀孔隙发育（见图9 ）。在风化壳范围内，如果发育易于受风化改造的有利岩性、岩相，如溢流相上部亚相和火山通道相隐爆角砾岩亚相，则可能形成规模性储层[31]。典型如BZ8-A井，该井钻遇酸性熔岩火山机构，溢流相上部亚相和隐爆角砾岩亚相发育。声波成像测井显示该井上部存在近百米厚的麻点状高声波异常带，铸体薄片显示该段长石溶孔和基质溶孔发育，溶蚀作用强烈，为近百米厚的风化壳，发育高孔-中高渗型有效储层（见图10 ）。
3.2.3.2 构造作用
渤海湾盆地义县组火山岩形成后，受燕山晚期古太平洋板块俯冲影响，区域发生强烈的北西西向挤压作用，形成北北东向走滑断裂，靠近走滑断裂及其伴生断裂附近，往往形成大量构造破碎带和裂缝，给暴露阶段风化流体和埋藏阶段有机酸等流体进入火山岩创造了良好条件，形成受岩性、岩相影响相对较弱，纵向厚度大，横向延伸范围受断裂控制的中孔-中低渗型储层，为规模性火山岩油气藏形成创造了良好条件。LD25-1构造区发育典型的构造控制型火山岩规模油气藏（见图11 ），该区发育多条燕山晚期北北东向走滑断裂，并伴生近东西向断裂（见图11f ），靠近该主断裂的LD25-A井岩性为块状流纹岩（见图11a ），壁心和铸体薄片观察发现裂缝发育，裂缝伴生了大量溶蚀孔隙，形成全井段发育的裂缝和溶蚀孔隙带（见图11b —图11e ），油层厚度近百米（见图11a ），形成了规模性火山岩储层。
3.3 火山岩潜山的源-储配置
渤中凹陷是渤海湾盆地最大的富烃凹陷，中生界火山岩周边古近系沙河街组烃源条件优越，生排烃强度大，成藏基础良好[10]。但由于渤海油田中生界火山岩具有新生古储的成藏组合特征，火山岩储层非均质性强，具有近源成藏的特点，因此要求火山岩与烃源岩之间有良好的源-储接触关系，即源-储配置关系是形成大中型火山岩油气藏的关键。渤海海域中生界火山岩潜山包括源内低位“源-储披覆对接型”和源边中位“源-储侧向窗口对接型”2类有利源-储对接模式（见图12 ）。
3.3.1 源内低位“源-储披覆对接型”
源内低位“源-储披覆对接型”火山岩潜山往往发育于凹陷内部，其中BZ8-3S中生界火山岩潜山是典型代表。该潜山位于渤中凹陷内，古近系沙河街组烃源岩直接披覆于潜山之上，烃源岩既可向潜山风化带和内幕带储层供给油气，又可作为盖层封盖潜山高部位阻止油气向上逸散。在上覆厚层优质区域盖层条件、晚期深层构造活动相对较弱以及持续供给的背景下，BZ8-3S中生界火山岩具有优越的成藏条件（见图13 ）。源内低位“源-储披覆对接型”火山岩潜山成藏具有良好的充注条件和保存条件，烃源岩与潜山广泛接触，具备规模充注的条件，同时烃源岩层作为盖层，具有良好的保存条件，一旦火山岩潜山发育规模储层，则具备形成大中型油气田的优越条件。
3.3.2 源边中位“源-储侧向窗口对接型”
源边中位“源-储侧向窗口对接型”火山岩潜山往往发育于凹陷的一侧或凹陷之间，分别对应单侧对接型和双侧对接型。在渤海海域，位于渤中凹陷和秦南凹陷之间的BZ428中生界火山岩潜山是双侧对接型的典型代表。BZ428中生界火山岩潜山两侧与渤中凹陷和秦南凹陷两大生烃凹陷烃源岩直接对接，供油窗口大，具有规模充注条件，且BZ428中生界潜山之上覆盖沙河街组泥岩盖层，源-储-盖配置关系好，具备规模成藏条件（见图14 ）。源边中位“源-储侧向窗口对接型”火山岩潜山往往具有优越的烃源充注条件，但较之源内低位“源-储披覆对接型”潜山，其保存条件存在不确定性。
4 有利勘探方向
渤海海域广泛分布的中生界火山岩为大中型火山岩油气田的形成提供了良好基础。自20世纪70年代至今，渤海油田相继发现了428w，锦州20-2，渤中22-2，秦皇岛30-1等多个火山岩油气藏，但尚无规模性火山岩油气藏发现。过去多年针对中生界火山岩的勘探主要借鉴太古宇花岗岩的勘探经验，以风化壳控储作为优质储层形成的关键因素，未能从火山机构的复杂性、构造活动的多期性及储层横向的不稳定性等方面进行深入研究，导致对储层发育规律认识不清，制约了火山岩油气藏的勘探。近年来，根据陆上火山岩勘探的成功经验，开展渤海海域中生界火山岩油气藏的攻关，系统分析渤海海域中生界火山岩分布规律、火山机构及岩相展布等规律认识，结合源-储-盖配置关系研究，指出规模优质储层和规模性充注是火山岩形成大中型油气田的必要条件，渤中凹陷源内型中生界火山岩潜山、渤东低凸起源边型火山岩潜山等为有利的勘探方向，该类潜山处于构造断裂带内，且位于富生烃凹陷内或紧邻富生烃凹陷，油气充注条件好，以烃源岩层或古近系东营组厚层泥岩作为盖层，保存条件好，如BZ8-3S、LK7-1等是有利的勘探突破目标（见图15 ）。
5 结论
渤海湾盆地中生界义县组火山岩大面积分布，整个海域范围共识别出225个火山喷发中心，分为3个喷发旋回。旋回1以基性玄武岩为主，分布在环渤中凹陷北部和东部，沿燕山期大型走滑断裂发育；旋回2火山岩以中性为主，全区发育，喷发中心主要集中在燕山期大型走滑断裂和北西西向印支期先存断裂附近；旋回3以中酸性为主，喷发范围显著缩小，主要集中在燕山期走滑断裂附近。
中生界大型的中酸性熔岩火山机构和中酸性复合火山机构是该区大中型火山岩油气藏储层形成的物质基础，火山口-近源相带中发育的溢流相上部亚相和火山通道相隐爆角砾岩亚相是规模性储层的有利发育部位。高孔-中低渗型和中孔-中低渗型两种有效储层是大、中型火山岩油气藏形成的核心，风化作用和构造作用是大中型火山岩油气藏形成的主要成储机制，源内低位“源-储披覆对接型”源储配置关系是大中型火山岩油气藏形成的关键。以BZ8-3、LK7-1区为代表的渤中凹陷源内型中生界火山岩潜山、渤东低凸起、辽东凸起及莱州湾凸起源边型火山岩潜山等为未来有利的勘探地区。