1.侵入岩附近油气的高成熟、高丰度和高气油比特征

侵入岩附近油气的高成熟、高丰度和高气油比特征

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一些人认为侵入岩高温对源岩生烃演化有显著的破坏作用，作者认为这种观点缺乏依据。首先，金刚石形成于高温高压的火山通道中;其次，地幔中存在的甲烷和氢气也未被破坏;再者，暗色泥岩或煤岩高温模拟实验(850℃，接近岩浆温度)能够继续生烃，并未发生有机质破坏或燃烧现象。这是由于地下深部和岩浆均为强还原性。另外，还有人认为岩浆或侵入岩的高温使周围源岩中的部分有机质失去生烃能力，作者也不同意这种看法。其实，源岩中总有相当部分有机质不能生烃或生烃后也无法排出，形成残余有机质。相比之下，侵入岩周围源岩中的残余有机质远低于非侵入岩区，即侵入岩不仅不能对源岩中的有机质产生破坏，而且对其有强大的生排烃能力。

图3-17 滨南玄武岩-烃源岩组合体油藏原油饱和烃色谱图

1.高成熟特征

分析发现，纯西辉长岩附近原油的CPI在1.06～1.09之间，C21/C22在0.66～0.71之间，表明油气成熟度较高(表3-8)。另外，Pr/Ph、Tm/Ts、γ蜡烷/C30藿烷和αααC29(20S/20S+20R)分别在0.50～1.17、0.76～2.57、0.14～0.41、0.40～0.64之间(表3-8、表3-10，图3-18)，变化较大，反映出纯西辉长岩附近油气性质的复杂性———多源或多阶。即纯西辉长岩及变质岩储层中的油气并非单纯的辉长岩使周围源岩异常生烃形成的，也包括远离辉长岩(未受辉长岩异常高温影响的)源岩正常演化生成的。

图3-18 纯西辉长岩区原油饱和烃色谱图

2.高丰度特征

火成岩附近油气往往比较丰富，侵入岩区尤为如此。统计表明，中国华北地区煤层气资源丰富，丰度往往较低(只有6.8m3/t，渗透率为0.2×10-3μm2)，一般达不到开发要求。研究发现，华北地区煤层气的高丰度带主要分布在侵入岩体附近，如沁水盆地南部晋城一带的瘦煤—无烟煤含气量高达15～20m3/t，渗透率一般为(0.5～1.6)×10-3μm2;北部寿阳—阳泉的贫煤、无烟煤含气量为13m3/t，渗透率＞3.0×10-3μm2;晋城潘庄井田3号煤层的渗透率达到3.6×10-3μm2，煤层气单井日产量为3000～6000m3［1］。阜新王营矿田未受侵入岩影响的煤的挥发分产率在38.46%～41.81%之间(Ro在0.42%～0.62%之间);接近侵入岩时，挥发分产率甚至降到10.99%，而Ro达4.95%。通常，侵入体两侧的天然焦与高变煤厚度分别达到侵入岩厚度的一倍。随变质程度增高，煤产气率也在不断增大。再者，观察发现侵入岩周围的天然焦裂隙密度达100条/m，高变质煤裂隙密度40条/m，储气空间增大，运移通道变宽。大量统计表明，高瓦斯矿井绝大多数都分布于高变质的贫煤、无烟煤区，而低变质煤区高瓦斯矿井很少。王营矿井既是超级瓦斯矿，又是瓦斯涌出、突出和喷出都相当普遍的矿井，该井田曾经发生过14次瓦斯突出，有11次发生在侵入体附近。自1985年12月3日至1987年10月20日共涌出瓦斯791.2×104m3。所以，经过燕山期区域岩浆热变质的煤层含气量大大增加［1，2］。

另外研究发现，侵入岩能够使周围煤层(或暗色泥岩)的厚度减薄和体积大大减小，如鹤壁的龙宫煤田，侵入岩高温导致了煤脱挥发分作用，使其体积收缩至原来的60%，一些地区岩浆侵入甚至可将煤层成片吞噬掉，形成无煤区，或使煤层部分被吞噬而形成薄煤带和造成煤层分叉现象。这是因为高温侵入岩使周围煤岩中的绝大多数有机质生烃并排出，从而大大减小了煤层的体积，这反映出侵入岩对煤成气生成及煤层改造重要的影响。

侵入岩周围煤层分带现象显著，由近而远依次为:天然焦-高变质碎裂煤-高变质煤-多节理煤-正常煤。越靠近侵入体，节理越发育，破碎越严重，孔隙度与裂隙度越高。统计发现，华北地区主要煤田侵入岩区的煤层气量是非岩浆区的3.1倍，而侵入岩区煤岩的渗透率是后者的11.8倍(表3-15)［6］。

表3-15 中国一些著名煤田含气量、渗透率与岩浆侵入的关系

通过计算，李臣等认为侵入岩对文安斜坡石炭-二叠系煤岩的生烃贡献率高达62.4%［7］(表3-16)。

济阳坳陷及其周围的黄河北、章丘、淄博等煤田中均发育大量侵入岩，而且研究发现这些侵入岩区煤层气的含气量远大于非侵入岩区［3］，无疑是侵入岩使煤岩异常生烃的结果。

从表3-1中可以发现，纯西辉长岩附近源岩中残余有机质非常低，表明辉长岩无疑大大提高了其生烃量(率)。由于侵入岩大大提高了周围源岩的生排烃率，所以必然导致侵入岩区油气的高丰度。在煤炭开采过程中，侵入岩附近常常发生瓦斯突出，这充分证明侵入岩能够大大提高源岩的生烃量。

模拟实验发现，高温不仅大大提高了源岩的生烃量，而且还大大提高了油气的汽/油(表3-17，表3-18，图3-19～图3-21)。

表3-16 文安斜坡石炭-二叠系煤岩在各地史时期资源量比较(108t)

表3-17 黄县和寻甸褐煤模拟试验生烃气量

对比发现，Ro在4.0%时(侵入岩周围源岩的保守成熟度)，源岩的总生气量、甲烷产量和重烃产量分别为1.3%时(石炭-二叠系源岩平均成熟度)的6.34～6.77倍、7.47～10倍和1.69～1.73倍，即表明侵入岩的高温大大提高了源岩的生烃量，尤其对甲烷生成影响最显著。

通常，煤岩按煤阶可分为褐煤、长烟煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤等几个级别，产气率随着煤阶的增加而大大提高。孤北地区上古生界煤系主要处于肥煤(0.85%～1.15%)和焦煤(1.15%～1.3%)阶段，而侵入岩附近达到无烟煤阶段(3.0%以上)。据此可以大致计算，侵入岩能够将孤北地区煤岩的产气率提高了至少3倍以上。另外，王新州等通过模拟实验对不同类型源岩的生气量以及气/油进行了探讨。

表3-18 不同煤阶产气率

图3-19 黄县和寻甸褐煤总生气量、甲烷产率与成熟度关系图

图3-20 不同类型源岩生气量与成熟度关系图(数据引自文献［8］)

图3-21 不同类型源岩气/油比与成熟度的关系图(数据引自文献［8］)

实验发现，源岩Ro在4.0%时的生气量分别是在1.25%时的2.48倍(Ⅰ～Ⅱ1)和2.88倍(Ⅱ2～Ⅲ);与此同时，在4.0%时所生成油气的汽油比是在1.25%时的335.89(Ⅰ～Ⅱ1)和92(Ⅱ2～Ⅲ)倍。进一步表明高温对源岩生烃(尤其气态烃)具有重要的促进作用，其中高温对腐泥型源岩的生气作用较腐殖型源岩高3倍多。

另外通过对孤北地区煤岩模拟实验也发现，义155井石炭-二叠系煤岩的生烃量和排烃量均随成熟度增高而显著增加(表3-19，图3-22，图3-23)。

表3-19 义155井石炭-二叠系煤岩生烃模拟试验结果表

图3-22 孤北地区上古生界煤岩生气量与成熟度关系

图3-23 孤北地区上古生界煤岩排气量与成熟度关系

孤北地区上古生界煤岩的有机碳为60%，有效碳为30%，而侵入岩周围煤岩成熟度非常高，有机质非常低，如渤古402井侵入岩(煌斑岩)周围煤岩Ro最高达6.6%，S1在1.32～1.88mg/g之间(平均1.56)，S2在4.17～7.86mg/g之间(平均5.42)，S1+S2在5.54～9.74mg/g之间(平均6.98mg/g)(表3-20)。所以，侵入岩能够使周围煤岩中绝大部分有效碳生烃并排出，显示出侵入岩对煤岩强大的生排烃能力。

研究区石炭系煤岩成熟度(Ro)平均为1.2%，据模拟试验，该条件煤岩的生烃量和排烃量分别为41.5m3/t煤和21.6m3/t煤，而Ro=4.0%时(侵入岩周围煤岩的保守成熟度)，煤岩生烃量达350m3/t煤，即表明侵入岩可将其周围源岩的生气量提高8.43倍。当然，距侵入岩越远，其对周围煤岩的生排烃能力也随之降低。

表3-20 渤古402井二叠系侵入岩周围煤岩地球化学分析结果表

孤西地区油气之气油比极高，如渤深6、6-1、6-5、601井油气之气油比分别为1154、579、1120、1194m3/t，其均值分别是附近车571等区块气油比的2.52-6.96倍，而渤古1和渤古4井的气油比分别为2723和2761m3/t(表3-21)，如此大的差别是非常罕见的。另外，对比发现渤深6井区汽油比与Ⅰ-Ⅱ1源岩成熟度为4.0%时的气油比接近(964m3/t)，表明这与该区岩浆活动有关。

表3-21 侵入岩及非侵入岩区油气物理性质对比表

综上所述，侵入岩不仅大大提高了附近源岩的生烃量，同时也引起煤层结构和构造的改变，能够形成大量次生空隙。其原因，首先是岩浆高温使煤中有机质生烃并排出，留下很多密集成群的浑圆状或管状气孔，提高了煤岩的孔隙度和渗透率;其次，岩浆烘烤还使煤基质收缩，产生收缩裂隙，这种裂缝数量众多，但规模一般较小;再者，岩浆侵入时的构造挤压作用也使煤岩产生的外生裂隙与内生裂隙(割理)叠加，使煤层裂隙性质、规模发生变化，裂隙度提高，渗透性增强，这种裂缝规模往往较大。尤其是靠近侵入体的天然焦，柱状节理密集发育，增大了煤层气的储藏空间，使煤层气运移储集在接近侵入体的煤层空隙中。

侵入岩显著提高了源岩的生烃强度以及油气丰度和气油比，所以，应当重视火成岩区的油气资源评价和勘探。