肖明國，郭建華，焦鵬，郭祥偉，吳詩情，譚慧,

(1.湖南繼善高科有限公司，湖南 長沙，410083；2.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙，410083；3.有色金屬成礦預(yù)測與環(huán)境監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083)

火山巖油氣藏勘探最早始于國外，已先后在印度尼西亞、日本和阿塞拜疆等國發(fā)現(xiàn)了多個不同類型的火山巖油氣藏，其具有產(chǎn)層厚、產(chǎn)率高、儲量大的特點(diǎn)，是重要的勘探目標(biāo)[1-2]。中國沉積盆地內(nèi)部及其周緣火山巖分布廣泛，具備較好的火山巖油氣藏勘探基礎(chǔ)[3]，已先后發(fā)現(xiàn)了一批火山巖油氣田[4-6]。遼河盆地是國內(nèi)開展火山巖研究較早的地區(qū)，始于 20世紀(jì)70—80年代，并在盆地內(nèi)部大洼油田一批鉆遇火山巖儲集層的鉆井中獲得了工業(yè)油流[7-9]。但是，由于對該區(qū)火山巖層位、巖性、巖相及其空間展布特征認(rèn)識不足，制約了勘探效果。為此，本文作者研究該區(qū)火山巖的形成時代，總結(jié)火山巖的測井響應(yīng)特征及識別方法，以便為區(qū)內(nèi)火山巖層的劃分、對比提供簡捷的新方法。遼河盆地是環(huán)渤海灣盆地東北部的1個構(gòu)造單元，是1個中、新生代大陸裂谷盆地，可劃分為西部凸起、西部凹陷、大民屯凹陷、中央凸起、東部凹陷和東部凸起5個次級構(gòu)造單元(圖1)。大洼油田位于中央凸起帶南部傾沒端，其西北以大洼斷層為界。區(qū)內(nèi)中、新生代火山巖主要分布于洼609井區(qū)塊，面積約30 km2。區(qū)內(nèi)發(fā)育2組正斷層，其中，一組為北西向南掉正斷層，另一組為近東西向南掉正斷層、向東轉(zhuǎn)為北東向延伸。在這2組斷層作用下，研究區(qū)中生界及房身泡組的頂面呈北東高、南西低并向北東方向節(jié)節(jié)抬升的構(gòu)造格局。這一構(gòu)造格局將火山巖層分割為多個小斷塊，具備了形成良好的火山巖油氣圈閉條件[10-13]。房身泡組是重要的目的層，由于構(gòu)造活動和剝蝕作用，房身泡組分布復(fù)雜。研究區(qū)東北部缺失房身泡組，厚度最大的區(qū)域分布在洼604至洼605井一線，并呈東西向展布，洼605井及周圍最大厚度可達(dá)200 m。厚度較大的區(qū)域分布在大洼斷層?xùn)|側(cè)洼27、洼45和洼15井一線及周圍，最大厚度可達(dá)150 m。厚度分布特征表明房身泡組玄武巖以大洼斷裂為噴發(fā)通道，殘余玄武巖厚度的分布受到噴發(fā)時期地貌形態(tài)以及后期風(fēng)化雙重因素的控制。

圖1 遼河西部凹陷大洼油田斷裂與油氣分布Fig.1 Distribution of faults and oilfields in DaWan,Liaohe subbasin

1 火山巖的形成時代與分布

長期以來，人們一直認(rèn)為研究區(qū)火山巖的形成時期屬中生代，呈塊狀產(chǎn)出，并作為古近系的基底潛山。但對區(qū)內(nèi) 51口鉆遇火山巖層的鉆井進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)及巖性對比發(fā)現(xiàn)有 31口井的火山巖層分為上、下兩部分，其中下套火山巖可分為5層。上部火山巖為黑褐色的玄武巖—安山巖，下部主要為灰色、褐紅色的安山巖、英安巖及凝灰?guī)r。對部分井取樣進(jìn)行同位素年齡測量分析[14]，發(fā)現(xiàn)黑褐色玄武巖—安山巖同位素年齡介于45.72～51.25 Ma，其下伏火山巖同位素年齡則介于86.42～107.36 Ma(見表1)，形成時期分別為始新世早期(房身泡期)及早白堊世晚期—晚白堊世早中期(阿爾比期—康尼亞克期)。很顯然，這 2套火山巖之間存在跨時約35 Ma的沉積間斷。

2 火山巖巖石類型及特征

2.1 巖石類型

通過取心井段的巖石薄片觀察，按其礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特點(diǎn)，研究區(qū)火山巖可分為3類，即熔巖類、火山碎屑巖類和火山沉積巖類。

2.1.1 熔巖類

熔巖類主要發(fā)育于房身泡組和中生界第4層火山巖層中，主要巖石類型有玄武巖、玄武—安山巖、安山巖。

鉆遇玄武巖的井主要有洼29、洼609、洼19-26、洼7、洼2、洼605、洼604、洼603、洼19、洼32、洼39等29口井，玄武巖主要分布于房身泡組。玄武巖的密度r＞2.4 g/cm3，自然伽馬GR＜42 API；巖心呈灰黑色、致密堅(jiān)硬，以斑狀結(jié)構(gòu)為主，其次是玻璃質(zhì)和半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。主要構(gòu)造類型有氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造和拉斑玄武構(gòu)造，但氣孔構(gòu)造不如安山巖發(fā)育。

鉆遇安山巖的井主要有洼7、洼19-22、洼19-26、洼2、洼605、洼604、洼603、洼19、洼32、洼39等27口，安山巖主要分布于房身泡組，在白堊紀(jì)第3層和第5層火山巖中亦有安山巖。安山巖的密度r＞2.3 g/cm3，GR為42～108 API，巖心為灰黑色、棕紅色，呈半晶質(zhì)—玻璃質(zhì)、斑狀、似斑狀、微粒交織、交織細(xì)粒、中粒等結(jié)構(gòu)。主要構(gòu)造類型有流動構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造，氣孔構(gòu)造發(fā)育。

2.1.2 火山碎屑巖類

火山碎屑巖類主要發(fā)育于白堊紀(jì)第2和第3層火山巖層，主要巖石類型有火山角礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)火山巖、凝灰質(zhì)火山砂礫巖。

凝灰?guī)r主要發(fā)育于白堊紀(jì)第2和第4層火山巖層，巖石呈灰色，以玻璃質(zhì)、微晶—泥狀、變余凝灰斑狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)為主，其r為 2.2～2.6 g/cm3，GR為 104～170 API。

火山(砂)角礫巖主要發(fā)育于白堊紀(jì)第三層火山巖層，巖石呈棕紅色，以角礫狀結(jié)構(gòu)為主，粒間被玻璃質(zhì)熔巖或凝灰質(zhì)火山灰充填。

2.1.3 火山沉積巖類

火山沉積巖類包括復(fù)成分火山碎屑巖、凝灰質(zhì)砂巖、復(fù)成分砂礫巖。該類沉積巖的r變化較大，介于1.6～2.3，GR介于 40～95 API。

表1 遼河大洼油田火山巖同位素年齡Table 1 Isotopic age of volcanic rocks in Dawa Oilfield,Liaohe basin

另外，還見火山—沉積過渡巖類，主要發(fā)育于白堊紀(jì)各層火山巖中，與正常沉積巖過渡。以砂—礫狀、砂狀、礫狀、角礫狀火山碎屑為主，可見正常沉積碎屑。主要組分有?；鶉姵鰩r礫石、安山巖礫石、黑云母微晶—細(xì)晶安山巖、(微)斜長石、石英、黑云母、凝灰?guī)r巖屑、石英片巖巖屑、泥巖巖屑、花崗巖礫石、角巖礫石、橄欖石；膠結(jié)物主要有白云石、方解石、硅質(zhì)、綠泥石、凝灰質(zhì)、火山玻璃質(zhì)。

2.2 礦物成分與化學(xué)成分特征

安山巖造巖礦物主要有斜長石、角閃石、輝石、石英、正長石，無橄欖石；成巖期后自生礦物主要有片沸石、方解石和(鐵)白云石；玄武巖造巖礦物主要有斜長石、輝石、角閃石、橄欖石、正長石；成巖期后自生礦物主要有石英、方解石和(鐵)白云石，無片沸石；凝灰?guī)r成巖礦物主要有斜長石、正長石、石英，見表2。

安山巖中的黏土礦物以蒙皂石和伊/蒙混層礦物為主，伊利石、高嶺石、綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，個別樣品以伊利石和綠/蒙混層礦物為主。玄武巖中黏土礦物以蒙皂石為主，部分樣品伊/蒙混層礦物為主，伊利石、高嶺石、綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。凝灰?guī)r中的黏土礦物則以蒙皂石為主，伊利石、高嶺石、綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。

化學(xué)成分分析結(jié)果見表3。從表3可見：區(qū)內(nèi)玄武巖屬超堿性拉斑玄武巖系列[15]，屬大陸非造山帶拉張盆地典型火山巖類型[16-17]，安山巖為富鈉型粗安巖。需注意的是凝灰?guī)rSiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，可能與成巖期后蒙皂石化及硅化有關(guān)。

表2 遼河盆地大洼油田洼609井區(qū)火山巖非黏土礦物成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Mass fraction of non-clay mineral of volcanic rocks in 609 well area of Dawa Oilfield,Liaohe Basin %

表3 遼河盆地大洼油田洼609井區(qū)火山巖化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 3 Mass fraction of chemical composites of volcanic rocks in 609 well area of Dawa Oilfield,Liaohe Basin %

3 火山巖巖相及其模式

火山巖相是一定地質(zhì)環(huán)境下火山活動產(chǎn)物的總稱[12]。目前國內(nèi)外對于火山巖相劃分意見不統(tǒng)一，比較公認(rèn)的火山巖相劃分方案是按火山活動產(chǎn)物的產(chǎn)出形態(tài)及巖石特征來劃分，它不僅包括噴出的各種火山巖，而且包括火山頸、次火山、火巖沉積巖等與火山活動有關(guān)的巖石。這種劃分方案全面地反映了火山活動在特定地質(zhì)作用下形成的地質(zhì)體，概括了火山雜巖的基本組成部分，為研究火山作用的產(chǎn)物特征、發(fā)展階段、巖漿演化、形成條件及與礦產(chǎn)的關(guān)系等提供了系統(tǒng)資料[18-19]。在這種劃分方案基礎(chǔ)上，邱家驤等[12]結(jié)合對我國東部陸相火山巖研究的具體工作和實(shí)踐認(rèn)為火山巖巖相劃分必須考慮以下幾方面：1)火山噴發(fā)基本方式即爆發(fā)、噴溢、侵出；2)火山噴發(fā)環(huán)境即陸上、水下；3)火山產(chǎn)物堆積環(huán)境即陸上、水下；4)火山碎屑物搬運(yùn)、堆積機(jī)理即空落、火山碎屑流、火山涌流、火山泥流；5)火山巖在地表以下一定深度侵位機(jī)制即次火山、次爆發(fā)角礫巖；6)在火山機(jī)構(gòu)中的特定位置即火山頸相、火山口相、近火山口相、遠(yuǎn)火山口相。

在上述原則上，將研究區(qū)內(nèi)已鉆遇的火山巖巖相類型劃分為以下 4類：1)溢流相；2)火山碎屑相；3)空落堆積相；4)火山沉積相。

4 火山巖測井響應(yīng)及其識別

由于巖性差異、成巖后生變化等使得火山巖測井響應(yīng)特征變化復(fù)雜，同時，由于火山巖與砂泥巖不等厚互層，火山巖與砂泥巖亦可能具有較相似的測井響應(yīng)特征，因此，如何根據(jù)測井曲線特征識別火山巖較困難[20-21]。本文通過對取心井段、井壁取樣、巖屑資料所揭示的巖性對測井曲線的響應(yīng)特征的詳細(xì)研究，建立區(qū)內(nèi)不同地層及火山巖的識別方程，通過識別方程能較容易的區(qū)分出火山巖層和砂泥巖層以及不同火山巖類。

4.1 不同時代的地層測井響應(yīng)及其識別

據(jù)取芯井段和井壁取心層段對應(yīng)的不同測井?dāng)?shù)值作出巖電交會圖，不同測井對中生界、房身泡組、沙河街組、東營組的反映不同，見圖2和圖3。

圖2 洼19-26井聲波時差與密度(Δt-r)交會圖Fig.2 Acoustic moveout and density crossplot of Wa19-26 well

圖3 洼19-26井自然伽馬與電阻率GR-ρt交會圖Fig.3 Natural gamma and resistivity crossplot of Wa19-26 well

從聲波時差(Δt)與密度(r)測井交會圖(圖2)可以看出：中生界和房身泡組基本上位于 Δt＜87 μs/m 和r＞2.3 g/cm3范圍內(nèi)，而沙河街組和東營組基本上位于Δt＞87 μs/m和r＜2.3 g/cm3范圍內(nèi)；除房身泡組泥巖多數(shù)投入沙河街組和東營組范圍內(nèi)，火山巖和中生代沉積巖與沙河街組或東營組地層投點(diǎn)區(qū)分離很好，采集的3 500個數(shù)據(jù)點(diǎn)(有鉆井取芯或井壁取芯標(biāo)定巖性)只有 31個中生界泥巖樣投入沙河街組和東營組的投點(diǎn)范圍，樣點(diǎn)分離率達(dá)98%，層位分離率達(dá)100%。

伽馬(GR)聲波時差(Δt)與電阻率(ρt)測井交會圖(圖3)中，中生界、房身泡組和沙河街組分區(qū)界線簡單，可作為地層劃分圖版。

對洼19-26、洼609、洼606這3口有鉆井取心或井壁取心確定巖性的層段測井、地質(zhì)綜合分析，采集數(shù)據(jù)樣點(diǎn)11 590個，通過反演求出地層劃分方程。

1)在洼19-26、洼609等探井的3700系列測井中，對于中生界沉積巖，Δt-82＞0，且ρt-922.99×10-0.023202Δt＜0；對于房身泡組，Δt-82＜0(玄武—安山巖)；對于沙河街組或東營組，Δt-82＞0且ρt-922.99×10-0.023202Δt＞0。

2)在洼17-29、洼13-31、洼19-21等開發(fā)井的回放測井中，對于中生界沉積巖，Δt-288＞0且ρt-1167.745×10-0.007663Δt＜0；對于房身泡組，Δt-288＜0(玄武—安山巖)；對于沙河街組或東營組，Δt-288＞0 且ρt-1 167.745×10-0.007663Δt＞0。

利用地層劃分方程，劃分程序簡單，劃分準(zhǔn)確性高。

4.2 火山巖測井響應(yīng)及其識別

不同類型火山巖在自然伽馬(GR)與密度(r)測井交會圖中，樣點(diǎn)分離好，分離界線清楚。

在洼606井中，玄武巖界于GR＜46 API和r＞2.42 g/cm3范圍內(nèi)，安山巖界于GR＞46 API和r-0.01013×GR-1.762＞0范圍內(nèi)，凝灰?guī)r界于GR＜107.7 API范圍內(nèi)。

在洼19-26井中(圖4)，對于玄武巖，當(dāng)2.42＜r＜2.55 g/cm3時，GR＞0.005 435×r+2.3；當(dāng)r＞2.55 g/cm3時，GR＜46 API；安山巖界于GR＞46 API和r-0.010 13×GR-1.762＞0范圍內(nèi)；凝灰?guī)r界于GR＞107.7 API范圍內(nèi)。

圖4 洼19-26井自然伽馬與密度(GR-r)交會圖Fig.4 Natural gamma and density crossplot of Wa19-26 well

令 Δt′=Δt-82，Δρt=ρt-922.99×10-0.023202Δt，作 3700測井系列的 Δt′-Δρt交會圖，見圖5。結(jié)合GR-r交會圖，區(qū)內(nèi)火山巖層及不同火山巖類的測井識別標(biāo)準(zhǔn)(巖性識別方程)可歸納如下：

1)對于火山巖巖層，Δt′＜12 且 Δt′＜-0.404 6×Δρt2+5.113 2×Δρt-16；

2)對于玄武巖，當(dāng) 2.42＜r＜2.55 g/cm3時，GR＞0.005 435×r+2.3；當(dāng)r＞2.55 g/cm3時，GR＜46 API。

3)對于安山巖：GR＞46 API，且有r-0.010 13×GR-1.762＞0。

4)對于凝灰?guī)r，GR＞107.7 API。

利用上述巖性識別方程，結(jié)合測井曲線形態(tài)特征，可對區(qū)內(nèi)火山巖巖層及其巖性進(jìn)行有效識別。

圖5 洼19-26 井 Δt′-Δρt交會圖Fig.5 Δt′ and Δρt crossplot of Wa19-26 well

4.3 實(shí)例分析

以洼19-26井和洼605井為例。

洼19-26井：1 966～2 107 m為一套箱狀低伽馬、鋸齒狀高密度且Δt′＜0和中低值電阻率的巖層，測井巖性識別方程和地層劃分方程解釋為玄武巖夾薄層泥巖，井壁取芯亦為玄武巖。2 250～2 575，2 301～2 323，2 384～2 401和2 525～2 584 m具中密度、高伽馬，解釋為凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖，井壁取芯為凝灰?guī)r。2 401～2 525 m井段鉆井解釋為凝灰?guī)r，而據(jù)鉆井取芯薄片證實(shí)為安山巖，而據(jù)地層劃分方程和巖性識別方程也應(yīng)解釋為安山巖。

洼605井：據(jù)地層劃分方程及巖性識別方程，出現(xiàn)火山巖的井段位于1 860～2 034 m之間，1 860 m以上為沙河街組砂泥巖，2 034 m以下為中生界砂(礫)泥巖。在GR曲線上：1 860 m以上出現(xiàn)鐘形巖層，為沙河街組底部向上變細(xì)砂泥巖；1 860～2 034 m呈箱狀，是以玄武巖為主夾薄層砂泥巖巖層；2 034 m以下呈鋸齒狀或指狀，為中生界砂泥巖。在測井曲線上，1 860～2 034 m之間的玄武巖呈塊狀高密度值，砂泥巖夾層呈指狀負(fù)異常低密度值。1 860 m以上沙河街組砂巖呈鋸齒狀低密度值，泥巖由于欠壓實(shí)出現(xiàn)極低異常，r小至1.7 g/cm3左右；2 034 m以下呈中低密度值鋸齒狀，為中生界砂泥巖。

5 結(jié)論

1)大洼油田火山巖層分為上、下2部分，其中下套火山巖可分為5層。上部火山巖為黑褐色的玄武巖—安山巖，下部主要為灰色、褐紅色的安山巖、英安巖及凝灰?guī)r。前者同位素年齡介于45.72～51.25 Ma(形成時期分別為始新世早期(房身泡期))，其下伏火山巖同位素年齡則介于86.42～107.36 Ma(早白堊世晚期—晚白堊世早中期(阿爾比期—康尼亞克期))。這2套火山巖之間存在跨時約35 Ma的沉積間斷。

2)大洼油田主要的火山巖巖石類型有熔巖類、火山碎屑巖類及火山沉積巖類，始新世早期以熔巖類為主，白堊紀(jì)以火山碎屑巖類為主，它們分別產(chǎn)于溢流相、火山碎屑相、空落堆積相及火山沉積相中。

3)通過對取心井段、井壁取樣、巖屑資料所揭示的巖性對測井曲線的響應(yīng)特征研究，建立了區(qū)內(nèi)不同地層及火山巖的識別方程，通過識別方程能較容易地區(qū)分出火山巖層和砂泥巖層以及不同火山巖類。