任憲軍

中石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，長春 130062

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)超過50%的火山巖油氣藏產(chǎn)于中基性火山巖(包括玄武巖30%、安山巖18%和粗面巖5%)儲層中[1-2]。如我國西北準噶爾盆地深層古生界玄武巖中發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模的油氣富集[3]，四川盆地鉆探的永探1井獲得了玄武巖日產(chǎn)22.5萬m3天然氣的重大突破[4],這些均證明中基性火山巖具有良好的油氣勘探前景。然而，松遼盆地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾個大型火山巖油氣藏，如慶深氣田、長嶺氣田、松南氣田，則多以酸性熔巖和凝灰?guī)r為儲層[5]。松遼盆地中基性火山巖由于多埋藏于酸性火山巖下部，整體鉆遇程度低，在以往勘探中未受重視[6]。近年來，隨著松遼盆地深層火山巖勘探程度的增加，人們發(fā)現(xiàn)以長嶺斷陷為代表的斷陷盆地邊緣斜坡帶酸性火山巖多不發(fā)育，而以發(fā)育中基性火山巖為主[7-8];并且在長嶺斷陷東南部陡坡帶龍鳳山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了安山質(zhì)火山巖高產(chǎn)氣藏，最高單井產(chǎn)能達到1.8×104m3，開拓了長嶺斷陷中基性火山巖油氣藏勘探新方向。

火山巖相的精細刻畫是預測火山巖有利儲層的關鍵。王璞珺等[9]建立的5相15亞相火山巖相模式較好地描述了酸性火山巖的空間分布規(guī)律。酸性火山巖具有明顯的丘狀外形，不同火山巖相圍繞噴發(fā)中心大體呈環(huán)狀分布，勘探中往往以火山機構(gòu)中心相帶為主要目標[10]。相比于酸性火山巖，中基性火山巖丘狀形態(tài)不明顯，火山噴發(fā)作用、噴發(fā)物的搬運和堆積特點與酸性火山巖具有明顯差異，因流動性強而受地形影響明顯，因此酸性火山巖的相模式并不適用于中基性火山巖。對于中基性火山巖相模式，Planke等[11]針對大陸邊緣裂谷盆地大量玄武質(zhì)火山巖充填，綜合利用地震和鉆井資料詳細劃分了向陸流、熔巖三角洲、內(nèi)流、內(nèi)向海傾斜反射、外高、外向海傾斜反射、外平原、凝灰?guī)r席、穹窿、巖床侵入體等一系列火山地震相單元，并結(jié)合大陸邊緣裂谷演化過程，提出了大陸邊緣裂谷盆地基性火山巖相模式。但該模式僅針對大陸邊緣裂谷盆地特有的構(gòu)造-巖漿演化和火山噴發(fā)過程，并不適合對以松遼盆地為代表的中國東北部陸內(nèi)裂谷盆地中基性火山巖充填進行刻畫和解釋。對于陸內(nèi)裂谷盆地，特別是中基性火山巖較為發(fā)育的裂谷盆地陡坡帶，雖已經(jīng)初步建立了玄武巖火山相模式[12-13]，但是，目前尚沒有建立針對中性火山巖的典型相模式，給以龍鳳山地區(qū)為代表的中性火山巖有利儲層預測造成了較大的困難。

本文針對松遼盆地長嶺斷陷陡坡帶龍鳳山地區(qū)火石嶺組中性火山巖，綜合利用地震和鉆井資料，建立了斷陷盆地陡坡帶中性火山巖相模式，并探討了其儲層發(fā)育規(guī)律，以期提高松遼盆地中性火山巖氣藏的勘探效率。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地(圖1a)是具有斷坳雙層結(jié)構(gòu)的復合含油氣盆地[14-15]。在晚侏羅—早白堊世期間，松遼盆地下地殼和巖石圈地幔發(fā)生了拆沉作用，導致地幔上涌和區(qū)域拉張作用，形成了諸多北北東向斷陷盆地，包括長嶺斷陷、徐家圍子斷陷、德惠斷陷、王府斷陷等[16-17](圖1a)。其中長嶺斷陷位于松遼盆地中南部(圖1b)，為松遼盆地晚侏羅—早白堊世最大的裂谷盆地，斷陷期地層廣泛發(fā)育，主要由下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組組成(圖1c，d)。其中火石嶺組為斷陷早期充填，主要為火山巖夾煤系地層，巖性主要為凝灰?guī)r和安山巖，已有鋯石測年結(jié)果表明其形成時間跨度為124～118 Ma；沙河子組主要為深湖、半深湖相沉積，巖性以黑灰色泥巖為主，夾砂巖、砂礫巖；營城組除發(fā)育深湖、半深湖相暗色泥巖外，火山巖十分發(fā)育，主要巖性為玄武巖、流紋巖、英安巖及流紋質(zhì)凝灰?guī)r，同位素測年結(jié)果表明火山巖大體形成于115～103 Ma[7](圖1d)。長嶺斷陷可進一步劃分為一系列次凹、次凸和盆地邊緣斷階帶等三級構(gòu)造單元(圖1b)。本次研究所涉及的龍鳳山斜坡區(qū)即屬于長嶺斷陷南部北正斷階帶和龍鳳山次凹的一部分(圖1b)，可大致分為北部洼陷、西部剝蝕、東南緩坡3個構(gòu)造帶(圖1e)。研究區(qū)發(fā)育的火山巖屬火石嶺組，巖性主要為安山巖與安山質(zhì)凝灰?guī)r。

2 研究資料與方法

本次研究綜合利用鉆井及地震資料，對研究區(qū)鉆井揭示的火山巖巖性、巖相進行厘定，結(jié)合地震資料建立中性火山巖巖相發(fā)育模式，進一步利用儲層物性等資料，建立斜坡區(qū)中性火山巖巖相與儲層之間的關系。

鉆井資料：包括17口鉆井巖心、井壁取心、巖屑、常規(guī)測井及電成像測井資料，井位分布見圖1e。

地震資料：龍鳳山地區(qū)三維地震工區(qū)面積共560 km2，火石嶺組火山巖埋深通常大于3 000 m，該深度段地震數(shù)據(jù)主頻平均為40 Hz，火山巖地震平均速度為2 270 m/s，有利于火山巖巖相識別。

3 巖性、巖相特征

3.1 巖性特征

圖2為研究區(qū)的巖性巖相比例圖。研究區(qū)共發(fā)育安山質(zhì)隱爆角礫巖、安山巖、安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、英安質(zhì)凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r6種巖性(圖2a)。其中：安山質(zhì)隱爆角礫巖多呈灰色、灰白色，具有隱爆角礫結(jié)構(gòu)，火山碎屑物呈棱角狀，角礫成分相同且部分角礫可以拼接，角礫間有巖汁充填，為火山噴發(fā)中心附近巖漿上升過程中原地炸碎先期噴發(fā)火山巖形成(圖3a)；安山巖常呈灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為板狀斜長石和堿性長石，基質(zhì)交織結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、氣孔杏仁構(gòu)造，巖石總體蝕變較強，黏土礦化嚴重(圖3b)；安山質(zhì)火山角礫巖主要呈灰色，火山角礫結(jié)構(gòu)，碎屑成分主要為晶屑和巖屑，基質(zhì)為火山灰，塊狀構(gòu)造(圖3c)；安山質(zhì)凝灰?guī)r主要呈灰色，火山凝灰結(jié)構(gòu)，碎屑成分也為晶屑和巖屑(圖3d)；英安質(zhì)凝灰?guī)r晶屑中石英體積分數(shù)比安山質(zhì)凝灰?guī)r增多(圖3e)；沉凝灰?guī)r多呈灰色，碎屑物成分以斜長石和石英晶屑為主，發(fā)育有層理等沉積構(gòu)造(圖3f),多發(fā)育于靠近洼陷帶。安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山巖和英安質(zhì)凝灰?guī)r是研究區(qū)較為發(fā)育的4種火山巖類型。

3.2 巖相特征

王璞珺等[7]依據(jù)氣孔、流紋構(gòu)造等火山巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將噴溢相火山熔巖劃分為上部、中部及下部三個亞相。但該劃分方案是依據(jù)黏度較大的酸性熔巖建立的，并不適合單層厚度較小，頻繁互層的中基性熔巖。衣健等[12]、黃玉龍等[13]針對中基性熔巖的特點，將中基性噴溢相劃分為辮狀熔巖流、板狀熔巖流及玻質(zhì)碎屑巖3種亞相。本文對龍鳳山地區(qū)中性熔巖噴溢相的亞相劃分采用該劃分方案。爆發(fā)相、火山通道相和火山沉積相亞相劃分采用王璞珺等[7]5相15亞相的劃分方案。通過巖心觀察、鏡下鑒定結(jié)合常規(guī)測井和成像側(cè)井，在本區(qū)共識別出火山4種巖相5種亞相(圖2b)。

3.2.1 火山通道相

研究區(qū)火山通道相隱爆角礫巖亞相較為發(fā)育，火山頸亞相和次火山巖亞相少見。隱爆角礫巖亞相巖性主要為安山質(zhì)隱爆角礫巖，測井曲線近平滑微齒狀(圖4)。電阻率成像測井(FMI)上角礫顯示為高阻亮斑，且具有拼合性(圖5a)。

3.2.2 噴溢相

研究區(qū)中性火山巖噴溢相主要發(fā)育板狀熔巖流與辮狀熔巖流兩種亞相，巖性均為安山巖。板狀熔巖流流動單元呈厚層平板狀，單層厚度較大，熔巖流頂部發(fā)育氣孔帶，中部和下部巖性較為致密。自然伽馬與電阻率曲線為中低幅齒型，聲波曲線常表現(xiàn)為多個正反箱型組合(圖4)；電成像測井圖像中，單個流動單元中下部致密帶為亮白色，上部氣孔帶因被鉆井液充填顯示暗色斑狀(圖5b)。而辮狀熔巖流為多個薄層流動單元疊加形成的交織狀熔巖流，單個熔巖流單元厚度小，導致自然伽馬曲線為低幅微齒狀，聲波時差和電阻率等曲線呈現(xiàn)指狀特征(圖4)。因其氣孔帶較為發(fā)育，多數(shù)被鉆井液充填呈暗色斑狀(圖5c)。

a. 松遼盆地地理位置和斷陷分布；b. 長嶺斷陷構(gòu)造分區(qū)；c. 過長嶺斷陷地層結(jié)構(gòu)剖面；d. 龍鳳山地區(qū)斷陷層地層綜合柱狀圖；e. 龍鳳山地區(qū)構(gòu)造和井位圖。

a. 火山巖巖性比例；b. 火山巖巖相比例。

a. 安山質(zhì)隱爆角礫巖，b. 安山巖，c. 安山質(zhì)火山角礫巖，d. 安山質(zhì)凝灰?guī)r，e. 英安質(zhì)凝灰?guī)r， f. 沉凝灰?guī)r. Pl. 斜長石；Cpx. 單斜輝石；Q. 石英。

GR. 自然伽馬；RD. 深側(cè)向電阻率；AC. 聲波時差。

a. 火山通道相(隱爆角礫巖亞相)；b. 噴溢相(板狀熔巖流亞相)；c. 噴溢相(辮狀熔巖流亞相)；d. 爆發(fā)相(熱碎屑流亞相)；e. 火山沉積相(含外碎屑火山碎屑巖亞相)。紅線.高導縫；綠線.高阻縫。

3.2.3 爆發(fā)相

爆發(fā)相常形成于火山作用的早期, 是指火山強烈爆發(fā)作用而產(chǎn)生的各種火山碎屑堆積物的總和。依據(jù)火山噴發(fā)機制與火山碎屑物搬運方式又可分為空落、熱碎屑流、熱基浪(基底涌流)亞相[7]。研究區(qū)主要發(fā)育熱碎屑流亞相，特征巖性為安山質(zhì)凝灰?guī)r和(含集塊)火山角礫巖。熱碎屑流亞相中火山巖由棱角狀-次棱角狀火山碎屑巖組成, 因此碎屑之間呈明顯的“焊接”特征，測井曲線整體呈微齒型(圖4)。成像測井總體呈雜色，可見高阻的亮黃色角礫(圖5d)。

3.2.4 火山沉積相

火山沉積相是經(jīng)常與火山巖共生的一種巖相,可出現(xiàn)在火山活動的各個時期, 碎屑成分中含有大量火山巖巖屑?；鹕匠练e相可分為含外碎屑亞相和再搬運亞相，研究區(qū)主要發(fā)育含外碎屑亞相；聲波曲線齒化明顯，呈指狀特征，伽馬和電阻曲線呈微齒型(圖4)。電成像測井上可見明顯的層理特征(圖5e)。

4 地震相特征

研究區(qū)5種火山巖亞相的地震反射特征見表1。其中火山通道相具有穿時反射特征，外形常為丘狀、蘑菇狀，內(nèi)部雜亂或空白反射；噴溢相板狀熔巖流亞相和辮狀熔巖流亞相地震反射特征明顯不同，板狀熔巖流亞相常呈席狀--板狀反射外形，內(nèi)部平行—亞平行連續(xù)反射，而辮狀熔巖流亞相則呈席狀、丘狀外形，內(nèi)部波狀-雜亂斷續(xù)反射；爆發(fā)相熱碎屑流亞相為席狀反射外形，內(nèi)部為較連續(xù)平行反射，常發(fā)育在盆地斜坡部位，厚度通常較大；火山沉積相地震反射特征類似沉積巖，常呈板狀反射外形，內(nèi)部為平行—亞平行連續(xù)反射。根據(jù)地震相特征，可利用地震剖面對火山巖相進行刻畫(圖6)。地震屬性可刻畫火山巖相的空間分布特征[18]?；鹕酵ǖ老嘣诓ㄐ尉垲悓傩陨铣３恃矍驙钐卣鳎瑘D案混雜(呈多種顏色雜亂分布)；噴溢相和爆發(fā)相在波形分類屬性上常呈均勻的團塊狀，包含的波形類別較少，均一性較強(研究區(qū)噴溢相為黃色和紅色色塊組合；爆發(fā)相為綠色和淺藍色色塊組合)；火山沉積相在波形分類屬性上表現(xiàn)為多種波形雜亂分布特征(圖7a)。

表1 研究區(qū)各火山巖相的地震反射特征

5 火山巖相模式

綜合利用鉆井、地震剖面和地震屬性對研究區(qū)火山機構(gòu)、火山巖相進行了精細刻畫(圖6、7)。結(jié)果表明，長嶺斷陷西部陡坡帶火石嶺組火山噴發(fā)以爆發(fā)作用為主，溢流作用為輔。基于巖性、巖相、火山機構(gòu)空間分布特征，建立了研究區(qū)中性火山巖相模式：火山口主要分布在盆緣構(gòu)造高部位，分別位于B215井、B213-20井及B216井附近，沿斷裂分布，近火山口主要發(fā)育火山通道相，噴溢相的辮狀熔巖流和板狀熔巖流亞相，厚度總體較??；向盆地沉積中心方向的火山斜坡處主要發(fā)育爆發(fā)相熱碎屑流亞相，厚度較大，進一步靠近盆地沉積中心則過渡為火山沉積相(圖6—8)。

6 討論

6.1 盆緣斜坡帶火山噴發(fā)模式

在火山學理論[19-20]指導下，根據(jù)建立的火山機構(gòu)空間分布模式和火山巖相模式，結(jié)合盆地斜坡帶古地形地貌，還原了該區(qū)火石嶺組火山噴發(fā)模式。在火山口-近火山口相帶，火山縱向序列為安山巖和火山角礫巖互層，每個噴發(fā)單元由火山角礫巖開始，到安山巖結(jié)束。這種由爆發(fā)到溢流的相序反映了一次完整的亞普林尼式火山噴發(fā)作用過程，即火山噴發(fā)作用由強烈的爆發(fā)式噴發(fā)開始，形成最初的火山碎屑噴發(fā)柱和火山灰云，隨著火山噴發(fā)能量的減弱，火山逐漸進入溢流式噴發(fā)階段，形成熔巖流[21]。由于中性熔巖流的黏度較大，熔巖流流動距離受限，中性熔巖僅在火山噴發(fā)中心附近堆積分布，但分布范圍較酸性噴發(fā)稍大[22]；火山噴發(fā)能量的減弱還引起了火山口上方巨大噴發(fā)柱的崩塌，坍塌的噴發(fā)柱具有巨大能量，能沿火山斜坡遠距離搬運火山碎屑流，就位后形成了盆地斜坡，火山機構(gòu)中源相帶廣泛分布、厚度較大的火山碎屑流堆積[23]；火山碎屑流向盆地凹陷中心搬運，進入水體后形成火山沉積[23]。因此，長嶺斷陷陡坡帶火山巖相模式，是火山噴發(fā)源、火山噴發(fā)作用、搬運和就位過程，以及古地形等綜合控制的結(jié)果(圖9)。

圖6 長嶺斷陷龍鳳山地區(qū)地震(a)和火山巖相(b)剖面圖

圖7 長嶺斷陷龍鳳山地區(qū)地震波形分類(a)和火山巖相(b)平面分布圖

6.2 儲層發(fā)育規(guī)律

火山巖儲層的形成、改造受多種地質(zhì)條件控制，其中火山巖相是控制優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的關鍵因素之一[24-25]。通過對研究區(qū)火山巖相與儲層關系進行分析，可以發(fā)現(xiàn)不同火山巖相的儲集空間類型和儲層物性存在較大的差異。爆發(fā)相熱碎屑流亞相火山碎屑巖的儲集空間類型多樣，包括基質(zhì)溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶內(nèi)溶孔、解理縫等(圖10a,b,c,d)，這些溶蝕孔隙主要與其火山灰體積分數(shù)較高、易于發(fā)生溶蝕的特點有關。爆發(fā)相熱碎屑流亞相孔隙度為3.1%～13.8%，平均孔隙度為5.7%，平均滲透率為1.0×10-3μm2左右，在該區(qū)所有亞相中儲層物性最好。噴溢相不同亞相之間儲層發(fā)育情況存在較大差別。辮狀熔巖流由薄層熔巖流疊加形成，原生氣孔帶整體較為發(fā)育[14]，后期經(jīng)過溶蝕作用能形成大量溶蝕孔隙(圖10e)。辮狀熔巖流孔隙度為3.0%～7.7%，平均孔隙度為4.9%，平均滲透率為0.2×10-3μm2；而板狀熔巖流由多個厚層熔巖流疊加形成，所含氣孔帶比例小[14](圖10f)，物性相對較差。隱爆角礫巖亞相雖然解理縫較為發(fā)育，但整體上較為致密，原生氣孔少(圖10g)?；鹕匠练e相中泥質(zhì)體積分數(shù)較高，后期遭受強烈的壓實作用，儲集空間主要為少量構(gòu)造裂縫(圖10h),儲層儲集物性也較差(圖11)。對研究區(qū)儲集空間和儲層物性與火山巖相的相關性進行了分析，我們發(fā)現(xiàn)，長嶺斷陷盆緣斜坡區(qū)的火山巖有效儲層主要發(fā)育在盆地斜坡處火山機構(gòu)中源相帶的爆發(fā)相熱碎屑流亞相中，該部位恰好與靠近次凹沉積中心的烴源巖接觸，更有利于油氣成藏。另外，盆地邊緣高部位火山口附近，發(fā)育的辮狀熔巖流也為有利儲層發(fā)育帶。

圖8 長嶺斷陷龍鳳山地區(qū)火山巖相發(fā)育模式圖

圖9 長嶺斷陷龍鳳山地區(qū)火山噴發(fā)模式

a. 基質(zhì)溶孔，凝灰?guī)r，熱碎屑流亞相；b. 角礫內(nèi)溶孔，凝灰?guī)r，熱碎屑流亞相；c. 晶內(nèi)溶孔，凝灰?guī)r, 熱碎屑流亞相；d. 解理縫，凝灰?guī)r，熱碎屑流亞相；e. 原生氣孔，杏仁體溶孔，安山巖，辮狀熔巖流亞相；f. 構(gòu)造縫，安山巖，板狀熔巖流亞相；g. 解理縫，隱爆角礫巖亞相；h. 構(gòu)造縫，火山沉積相。

圖11 長嶺斷陷龍鳳山地區(qū)不同火山巖相的儲層物性特征

7 結(jié)論

1)松遼盆地長嶺斷陷盆緣陡坡帶發(fā)育安山質(zhì)隱爆角礫巖、安山巖、安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、英安質(zhì)凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r等6種巖性；發(fā)育隱爆角礫巖、板狀熔巖流、辮狀熔巖流、熱碎屑流和含外碎屑火山沉積5種火山巖亞相。

2)該區(qū)火山噴發(fā)中心分布在盆緣斜坡帶靠近盆地邊緣高部位，沿斷裂分布，多期亞普林尼式噴發(fā)作用在噴發(fā)中心附近形成了辮狀熔巖流、板狀熔巖流和火山碎屑流互層堆積；噴發(fā)柱垮塌形成的火山碎屑流沿斜坡流動，在斜坡向盆方向形成厚層火山碎屑流堆積；火山碎屑流進一步向盆地沉積中心搬運，逐漸過渡為火山沉積相。

3)該區(qū)優(yōu)質(zhì)火山巖儲層以溶蝕作用強烈的火山凝灰?guī)r和氣孔安山巖為主，位于盆緣斜坡的火山機構(gòu)中源相帶和發(fā)育辮狀熔巖流的近火山口相帶是該區(qū)優(yōu)質(zhì)火山巖儲層的有利發(fā)育部位。