胡 佳，王立武，張雙杰，皮 雄，遲喚昭，刑 馳，劉建松

(1.吉林油田 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138000； 2.長(zhǎng)春工程學(xué)院 勘查與測(cè)繪工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130021)

引 言

火山機(jī)構(gòu)(volcanic edifice)指在某一段時(shí)間內(nèi)，由同源噴發(fā)的火山物質(zhì)圍繞源區(qū)堆積形成且具有一定形態(tài)和共生關(guān)系的各種火山作用產(chǎn)物的總和[1-2]?；鹕絿姲l(fā)后，火山機(jī)構(gòu)在地表面表現(xiàn)出各種各樣的火山地形及其相關(guān)的各種構(gòu)造及多種類型[3-8]。

松遼盆地火山巖氣藏勘探潛力巨大[9-14]，氣藏主要分布于營(yíng)城組和火石嶺組?；鹗瘞X組火山巖獲日產(chǎn)氣15.4×104m3的重大突破。松遼盆地火山巖氣藏多為火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕型氣藏[15]，儲(chǔ)層巖性、巖相空間展布特征復(fù)雜，精細(xì)刻畫難度大，嚴(yán)重阻礙火山巖油氣藏進(jìn)一步勘探開發(fā)，因此，亟需開展對(duì)火山機(jī)構(gòu)的綜合性研究?；鹕綆r儲(chǔ)層形成受火山活動(dòng)周期影響，因此，可對(duì)火山巖體按照旋回、期次、火山機(jī)構(gòu)、流動(dòng)單元進(jìn)行精細(xì)劃分。由此可見(jiàn)，在旋回與期次約束下的火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式建立及其內(nèi)幕刻畫尤為重要。

本文將以松遼盆地德惠斷陷和長(zhǎng)嶺斷陷火山巖氣藏為例，系統(tǒng)總結(jié)火山機(jī)構(gòu)的地質(zhì)-地球物理識(shí)別方法；綜合利用火山機(jī)構(gòu)疊置關(guān)系、巖性、巖相分析，結(jié)合測(cè)井、地震等特征，建立火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式，并開展機(jī)構(gòu)內(nèi)部?jī)?chǔ)層精細(xì)解剖。

1 火山機(jī)構(gòu)的識(shí)別與建立方法

火山活動(dòng)及其產(chǎn)物按級(jí)別可以分成旋回、火山機(jī)構(gòu)和噴發(fā)期次。旋回的地質(zhì)內(nèi)涵是由一次大規(guī)模噴發(fā)形成的火山物質(zhì)堆積體組成，包含多個(gè)同期或者噴發(fā)時(shí)間間隔不長(zhǎng)的火山機(jī)構(gòu)。火山機(jī)構(gòu)的地質(zhì)內(nèi)涵是在旋回時(shí)間格架內(nèi)由同噴發(fā)源主火山通道及側(cè)火山通道噴發(fā)形成的火山物質(zhì)堆積體，可包含多個(gè)期次。期次的地質(zhì)內(nèi)涵是限定在火山機(jī)構(gòu)內(nèi)部，同噴發(fā)源同期或者準(zhǔn)同期噴發(fā)形成的火山物質(zhì)堆積體，包含多個(gè)冷凝單元。

1.1 地質(zhì)方法

1.1.1 地質(zhì)界面

(1)火山噴發(fā)期次界面：火山機(jī)構(gòu)因受到火山噴發(fā)期次的影響，其界面特征分為2種，一種是多期次噴發(fā)組合的火山機(jī)構(gòu)，這種火山機(jī)構(gòu)存在局部角度不整合界面；另一種是同期噴發(fā)包含多個(gè)火山機(jī)構(gòu)，這種火山機(jī)構(gòu)之間通常無(wú)明顯界面。

(2)沉積夾層和噴發(fā)間斷面：具有沉積夾層和短噴發(fā)間斷的界面為劃分火山機(jī)構(gòu)的依據(jù)[1-3]。常規(guī)測(cè)井風(fēng)化殼為高伽馬、低電阻、低密度。搬運(yùn)碎屑物夾層表現(xiàn)為沉積巖的曲線特征。成像測(cè)井風(fēng)化殼可見(jiàn)角礫層，搬運(yùn)沉積物夾層可見(jiàn)沉積巖的成像測(cè)井特征。

1.1.2 巖性巖相

巖性反映巖石特征的一些屬性，如成分、顏色、機(jī)構(gòu)和構(gòu)造等。巖相反映火山巖形成方式的總和，如巖漿的噴發(fā)類型、搬運(yùn)方式和形成環(huán)境等[16-17]。在同一旋回內(nèi)部，可根據(jù)鉆井巖性、巖相的變化劃分不同的火山機(jī)構(gòu)。

(1)巖性變化序列劃分火山機(jī)構(gòu)：巖性由大段熔巖類轉(zhuǎn)變成大段碎屑巖類，巖性界面可以作為火山機(jī)構(gòu)的分界面，劃分成大規(guī)模熔巖類火山機(jī)構(gòu)和大規(guī)模碎屑巖類火山機(jī)構(gòu)。巖性由小段熔巖類轉(zhuǎn)變成小段碎屑巖類，可以根據(jù)情況劃分成2個(gè)火山機(jī)構(gòu)：小規(guī)模熔巖類火山機(jī)構(gòu)和小規(guī)模碎屑巖類火山機(jī)構(gòu)，也可以不進(jìn)行劃分，統(tǒng)一為一個(gè)火山機(jī)構(gòu)，稱為復(fù)合火山機(jī)構(gòu)。對(duì)于熔巖類火山機(jī)構(gòu)，巖性由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)榛?，巖性界面可以作為火山機(jī)構(gòu)的分界面，劃分流紋質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)和玄武質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)。

(2)巖相變化序列劃分火山機(jī)構(gòu)：由爆發(fā)相轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹕匠练e相，這種明顯巖相變化界限可以作為劃分火山機(jī)構(gòu)的標(biāo)志。

1.1.3 化學(xué)成分、噴發(fā)方式和單元疊置關(guān)系

考慮化學(xué)成分，可將火山機(jī)構(gòu)類型劃分為酸性火山機(jī)構(gòu)、中性火山機(jī)構(gòu)、基性火山機(jī)構(gòu)、堿性火山機(jī)構(gòu)?？紤]噴發(fā)方式，可將火山機(jī)構(gòu)類型劃分為熔巖型、火山碎屑巖型和復(fù)合型?？紤]火山地層結(jié)構(gòu)特征，可以將酸性熔巖火山機(jī)構(gòu)劃分為單熔巖流單元和多熔巖流單元，將中基性熔巖火山機(jī)構(gòu)分為以辮狀熔巖流為主和以板狀熔巖流為主。由于火山碎屑熔巖中孔隙分布與單元構(gòu)成的關(guān)系不如與熔巖的關(guān)系密切，因此，火山碎屑熔巖火山機(jī)構(gòu)不考慮單元構(gòu)成(表1)。

對(duì)于現(xiàn)代火山，其形態(tài)是可視的，適合采用噴發(fā)方式進(jìn)行劃分；對(duì)于埋藏古火山機(jī)構(gòu)，很難獲取精確的形態(tài)，適合采用巖性巖相組合特征。結(jié)合噴發(fā)方式，將火山機(jī)構(gòu)劃分為熔巖類、碎屑巖類和復(fù)合類，可再按照化學(xué)成分進(jìn)一步劃分[18-19]。

1.2 測(cè)井方法

由于火山機(jī)構(gòu)是由火山巖相組成的，因此，可利用測(cè)井方法識(shí)別巖相，劃分火山機(jī)構(gòu)?？偨Y(jié)德惠地區(qū)各巖相的測(cè)井曲線特征，典型火山巖相測(cè)井響應(yīng)特征如圖1所示。

表1 基于成分-噴發(fā)方式和單元疊置的火山機(jī)構(gòu)分類方案Tab.1 Classification of volcanic edifices based on composition-eruption system and stratigraphic unit

圖1 德惠斷陷典型火山巖相測(cè)井響應(yīng)特征Fig.1 Logging response characteristics of typical volcanic rocks in Dehui fault depression

1.2.1 火山通道相

德惠斷陷火山通道相主要有火山頸亞相和隱爆角礫巖亞相，其中火山頸亞相除了玄武巖顯示低伽馬和火山頸亞相凝灰?guī)r顯示低阻外，均為高伽馬、中阻，曲線形態(tài)多以高幅齒形為特征。隱爆角礫巖亞相的原巖多為流紋質(zhì)熔巖類，顯示高伽馬、中阻的特征。

1.2.2 爆發(fā)相

研究區(qū)爆發(fā)相可分為空落亞相、熱基浪亞相、熱碎屑流亞相?？章鋪喯嘧匀毁ゑR曲線為高幅度齒形，雙側(cè)向曲線為低幅齒化箱形；熱基浪亞相凝灰?guī)r以高伽馬為主，見(jiàn)中伽馬，低阻為特征，高伽馬凝灰?guī)r為流紋質(zhì)，中伽馬凝灰?guī)r為安山質(zhì)；熱碎屑流亞相顯示高伽馬、低阻的特征，雙側(cè)向測(cè)井顯示中低阻。

1.2.3 噴溢相

研究區(qū)噴溢相可分為下部亞相、中部亞相和上部亞相。由于下部亞相多為塊狀，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，電阻率曲線多為中—高幅齒形。中部亞相發(fā)育流紋層理間縫構(gòu)造，電阻率呈中低阻。上部亞相為球粒結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)和氣孔結(jié)構(gòu)，自然伽馬曲線為低振幅齒形，電阻率曲線為中振幅指狀、峰狀。

1.2.4 侵出相

侵出相劃分為內(nèi)帶亞相和外帶亞相，整體呈較高電阻率，較低聲波時(shí)差的特征。

1.2.5 火山沉積相

火山沉積相劃分為3個(gè)亞相：含外碎屑火山碎屑沉積亞相、再搬運(yùn)火山碎屑沉積亞相和凝灰?guī)r夾煤沉積亞相。含外碎屑火山碎屑沉積亞相測(cè)井曲線接近一般沉積巖的特征，但其曲線振動(dòng)幅度大于所有其他火山巖，且是高伽馬、低阻特征。再搬運(yùn)火山巖沉積亞相以中伽馬、中阻為特征。凝灰?guī)r夾煤沉積亞相的顯著特點(diǎn)為低阻高伽馬，自然伽馬曲線呈正向刺狀，密度曲線為反向峰狀，非常特別。

1.3 地震方法

1.3.1 地震相

火山機(jī)構(gòu)由火山巖相組成，不同的火山巖相由于巖石組成存在差異，在地震剖面上顯示為不同的地震特征(振幅、頻率和連續(xù)性)。因此，可以在火山機(jī)構(gòu)-地震相單元內(nèi)，依據(jù)地震參數(shù)區(qū)別進(jìn)行火山巖相-地震相單元識(shí)別。

1.3.2 地震反射

(1)期次之間：通過(guò)火山機(jī)構(gòu)間地震反射軸“角度不整合”相交或同相軸出現(xiàn)反向識(shí)別相鄰火山機(jī)構(gòu)分界線。

(2)期次內(nèi)部：期次內(nèi)部火山機(jī)構(gòu)的識(shí)別主要依據(jù)地震火山地層學(xué)方法，在期次界面限定下，對(duì)同一個(gè)噴發(fā)期次的火山巖，利用頂超、底超(包括上超和下超)、削截等地震反射終止現(xiàn)象識(shí)別火山機(jī)構(gòu)的地震反射界面[20-23]。

1.3.3 屬性

依據(jù)相干屬性和波形分類屬性進(jìn)行火山機(jī)構(gòu)和火山巖相平面刻畫。波形分類屬性在一定程度上可以反映地震相特征(外部形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)和地震參數(shù))，同時(shí)火山巖相刻畫主要依據(jù)地震相特征，因此，以地震相為橋梁可以建立火山巖相與波形分類屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而利用火山巖相解釋剖面對(duì)波形分類屬性進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)行火山巖相平面解釋。

2 火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式的建立及應(yīng)用

本文綜合運(yùn)用鉆井-測(cè)井-地震等手段在松遼盆地南部地區(qū)建立火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式，探討不同類型火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層特征。

2.1 建立火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式

2.1.1 流紋質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)

酸性熔巖火山機(jī)構(gòu)(單流動(dòng)單元)由單一熔巖流單元構(gòu)成。典型實(shí)例：腰深202井鉆遇的酸性熔巖火山機(jī)構(gòu)由噴溢相熔巖流構(gòu)成(圖2(b))，外形為丘狀，巖性為流紋巖，火山機(jī)構(gòu)頂部發(fā)育一薄層原生氣孔帶。該火山機(jī)構(gòu)在地震剖面上的特征為典型的丘狀空白反射(圖2(a))。在電性上，該火山機(jī)構(gòu)的自然伽馬曲線、電阻率曲線、聲波曲線和密度曲線都較為平穩(wěn)，火山機(jī)構(gòu)底部電阻率值稍有升高，反映巖性致密(圖2(c))。

圖2 流紋質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)(單熔巖流單元)地質(zhì)模型Fig.2 Geological model of rhyolitic lava edifices(single lava flow unit)

2.1.2 流紋質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)

流紋質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)由多個(gè)火山碎屑堆積單元疊置構(gòu)成。圖3為典型的該類火山機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)為空間上局部丘狀、大面積席狀或充填狀。根據(jù)常規(guī)測(cè)井和成像測(cè)井界面特征，該火山機(jī)構(gòu)縱向由3個(gè)火山碎屑堆積單元構(gòu)成，每個(gè)單元均由流紋質(zhì)角礫熔巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖構(gòu)成，縱向序列較為均一(圖3(b))。該火山機(jī)構(gòu)在地震剖面上，表現(xiàn)為大面積、披蓋狀，連續(xù)平行反射(圖3(a))；在電性特征上，表現(xiàn)為電阻率曲線、聲波曲線和密度曲線較為平直，自然伽馬曲線在單元界面處經(jīng)常發(fā)生齒化(圖(c))。

圖3 流紋質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模型Fig.3 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices

2.1.3 復(fù)合火山機(jī)構(gòu)

復(fù)合火山機(jī)構(gòu)最典型的特征是由多個(gè)酸性熔巖流單元和火山碎屑堆積單元疊置構(gòu)成。典型的酸性復(fù)合火山機(jī)構(gòu)(圖4)發(fā)育在達(dá)爾罕大斷裂上盤一側(cè)，外形為楔形，縱向由多層板狀熔巖流單元和層狀火山碎屑堆積單元疊置構(gòu)成(圖4(b))。該火山機(jī)構(gòu)的電性特征和地震剖面反射特征與酸性熔巖火山機(jī)構(gòu)(多流動(dòng)單元)類似，無(wú)鉆井揭示不易區(qū)分。

2.1.4 英安質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)

圖5為工區(qū)典型的英安質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)，巖性為英安巖。該火山機(jī)構(gòu)外形一般為透鏡狀，巖相序列為中下部亞相(圖5(b))；在地震剖面特征上，外部形態(tài)呈透鏡狀，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)為亂崗狀，同相軸連續(xù)性差，弱振幅，中低頻(圖5(a))。

2.1.5 安山質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)

圖6為德深32井典型的安山質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)，巖性為安山質(zhì)凝灰?guī)r，其特點(diǎn)為空間上局部丘狀，大面積席狀或充填狀。該火山機(jī)構(gòu)在地震剖面表現(xiàn)為大面積、披蓋狀，連續(xù)平行反射(圖6(a))；在電性特征上，表現(xiàn)為聲波和密度曲線較為平直，自然伽馬曲線在單元界面處經(jīng)常發(fā)生齒化(圖6(c))。

圖6 德深32井流紋質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模型Fig.6 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices in well Deshen32

2.2 火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式分類

本文將德惠斷陷北部地區(qū)火山機(jī)構(gòu)建立3類6種地質(zhì)模式。3類為熔巖類、碎屑巖類和復(fù)合類火山機(jī)構(gòu)，6種為流紋質(zhì)熔巖、英安質(zhì)熔巖、安山質(zhì)熔巖、流紋質(zhì)碎屑巖、安山質(zhì)碎屑巖和復(fù)合火山機(jī)構(gòu)。各個(gè)類型火山機(jī)構(gòu)的巖性、巖相特點(diǎn)詳見(jiàn)表2。

表2 德惠北部地區(qū)火山機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of volcanic edifices in the north area of Dehui fault depression

2.3 火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模式與儲(chǔ)層關(guān)系

2.3.1 不同火山機(jī)構(gòu)儲(chǔ)層特征對(duì)比

針對(duì)長(zhǎng)嶺斷陷營(yíng)城組一段不同類型的流紋質(zhì)火山機(jī)構(gòu)儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)發(fā)育的3種不同成分-單元構(gòu)成-形態(tài)的火山機(jī)構(gòu)測(cè)井孔隙度及儲(chǔ)集空間類型的分布特征(圖7)。

圖7 不同類型火山機(jī)構(gòu)儲(chǔ)層特征Fig.7 Reservoir characteristics of different types of volcanic edifices

統(tǒng)計(jì)表明，流紋質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)的孔隙度均值為2.94%(圖7(a))，發(fā)育流紋間溶孔(圖7(d))，該類火山機(jī)構(gòu)通常由一個(gè)熔巖流單元構(gòu)成，最多形成一個(gè)高孔滲帶，也有部分不發(fā)育高孔滲帶，長(zhǎng)嶺斷陷帶產(chǎn)能較差，成藏效率不高。流紋質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)的孔隙度均值為5.65%(圖7(b))，溶蝕孔較為發(fā)育(圖7(e))，該類火山機(jī)構(gòu)由多個(gè)堆積單元構(gòu)成，整體可形成低孔低滲型儲(chǔ)層，在堆積單元頂部，受溶蝕作用影響，儲(chǔ)集性能改善較大，產(chǎn)能高、成藏效率高。流紋質(zhì)復(fù)合火山機(jī)構(gòu)的孔隙度均值為6.84%(圖7(c))，晶內(nèi)溶孔較為發(fā)育(圖7(f))，該類火山機(jī)構(gòu)由多個(gè)流動(dòng)和堆積單元疊合形成，可具有多個(gè)高孔滲帶，產(chǎn)能高、成藏效率高。

因此，流紋質(zhì)復(fù)合火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性較好，流紋質(zhì)碎屑巖火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性次之，流紋質(zhì)熔巖火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性較差。

2.3.2 酸性火山熔巖機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

選取長(zhǎng)嶺斷陷營(yíng)城組一段建組剖面的酸性熔巖機(jī)構(gòu)特征進(jìn)行分析，建組剖面為一典型的熔巖穹丘。熔巖穹丘為一種具有大縱-橫比的丘狀流動(dòng)單元，多由黏度較高的酸性熔巖構(gòu)成，營(yíng)城組全取芯淺鉆井揭示了其縱向序列。該熔巖穹丘自上而下由上部亞相、中部亞相和下部亞相3個(gè)相帶構(gòu)成。上部亞相厚度較大，巖性為氣孔、石泡流紋巖，原生孔隙較為發(fā)育，其孔隙度大于10%，最頂部的孔隙度可達(dá)20%；中部亞相巖性由流紋構(gòu)造流紋巖和氣孔流紋巖構(gòu)成，原生孔隙較發(fā)育，孔隙度多數(shù)在5%～10%；下部亞相只在頂部有氣孔發(fā)育，其孔隙度小于5%，向下巖性逐漸致密，原生孔隙不發(fā)育。

該酸性火山熔巖機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性在縱向上有著明顯的特征，即火山機(jī)構(gòu)頂部物性最好，中部物性次之，底部物性最差，這可能與風(fēng)化淋濾作用有關(guān)。

2.3.3 火山碎屑熔巖機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

成像測(cè)井和三維地震為刻畫研究區(qū)火山碎屑熔巖火山地層單元提供了分辨率較高的資料，通過(guò)盆內(nèi)井-震對(duì)比發(fā)現(xiàn)，流紋質(zhì)火山碎屑熔巖火山機(jī)構(gòu)在橫向上分布較為廣泛，在縱向上通常由多個(gè)堆積單元構(gòu)成(圖8)。

3 結(jié) 論

(1)火山機(jī)構(gòu)的識(shí)別與建立方法包括地質(zhì)方法、測(cè)井方法和地震方法。地質(zhì)上通過(guò)地質(zhì)界面特征、巖性巖相特征、化學(xué)成分、噴發(fā)方式和單元疊置關(guān)系進(jìn)行識(shí)別；測(cè)井上可以利用自然伽馬、電阻率和聲波時(shí)差等進(jìn)行識(shí)別；地震上利用地震相特征、地震反射特征和地震屬性進(jìn)行識(shí)別。

(2)德惠斷陷北部地區(qū)火山機(jī)構(gòu)分成3類6種，即：流紋質(zhì)熔巖機(jī)構(gòu)、英安質(zhì)熔巖機(jī)構(gòu)、安山質(zhì)熔巖機(jī)構(gòu)、流紋質(zhì)碎屑巖機(jī)構(gòu)、安山質(zhì)碎屑巖機(jī)構(gòu)和復(fù)合火山機(jī)構(gòu)。

圖8 流紋質(zhì)熔巖堆積單元構(gòu)成圖Fig.8 Accumulation unit composition of rhyolitic lava

(3)長(zhǎng)嶺斷陷流紋質(zhì)不同類型火山機(jī)構(gòu)儲(chǔ)層特征：復(fù)合火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性較好，碎屑巖火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性次之，熔巖火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層物性較差；酸性火山熔巖機(jī)構(gòu)頂部物性最好，中部物性次之，底部物性最差；火山碎屑熔巖機(jī)構(gòu)在橫向上分布較為廣泛，在縱向上由多個(gè)堆積單元組成。