火山旋回劃分方案對(duì)比及在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的意義

郝 彬

（中油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083）

引 言

近年來(lái)，隨著在多個(gè)盆地火山巖地層中獲得工業(yè)油氣流，顯示了火山巖油氣藏良好的勘探前景?；鹕綆r本身不具備生烴能力，相鄰層系是否發(fā)育有效烴源巖對(duì)火山巖成藏起著至關(guān)重要的作用，目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏均與烴源巖近距離接觸[1]。因此，如滿足近源接觸條件，良好的儲(chǔ)層發(fā)育位置和斷裂共同控制著油氣藏的空間分布。而火山巖儲(chǔ)集層主要是受巖相、巖性和裂縫發(fā)育程度控制[1]?；鹕叫刈鳛榉从衬郴鹕叫袨榈囊粋€(gè)規(guī)則層序，其劃分和對(duì)比對(duì)于火山巖相空間展布特征的研究和火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)有一定的指導(dǎo)意義。對(duì)此不同學(xué)者提出了不同的火山旋回劃分方案，差異明顯[2-6]。因此，在總結(jié)前人的研究基礎(chǔ)之上，對(duì)比各個(gè)方案并探討火山噴發(fā)旋回在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的適用性，望能夠?yàn)榛鹕綆r油氣藏的勘探和開(kāi)發(fā)提供一些依據(jù)。

1 劃分方案對(duì)比

目前，中國(guó)在火山巖油區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)層精細(xì)描述和火山機(jī)構(gòu)的詳細(xì)解剖時(shí)，所采用的方案詳見(jiàn)表1。如羅權(quán)生等[3]在研究三塘湖盆卡拉崗組火山巖時(shí)，提出了旋回—亞旋回—期次—韻律—層的5級(jí)劃分方案，冀國(guó)盛等[4]在研究金湖凹陷以熔巖流為主的火山巖時(shí)，采用旋回—亞旋回—巖流組—巖流單元作為火山地層劃分單位。

表1 火山旋回、期次劃分方案

注：方案6適用于火山活動(dòng)時(shí)限較短，巖性、巖相變化較慢的火山巖區(qū)

對(duì)上述方案進(jìn)行對(duì)比可以看出，術(shù)語(yǔ)復(fù)雜，且與巖石地層單位對(duì)比，對(duì)應(yīng)單位的級(jí)別相差很大。以“旋回”為例，最大到“群”[2-3]，最小到“亞段”[5-6]，總體上缺乏可操作性。大部分學(xué)者都將“旋回”對(duì)應(yīng)于火山機(jī)構(gòu)[2-3,5]，則“旋回”應(yīng)當(dāng)理解為火山活動(dòng)長(zhǎng)期的有規(guī)律的演變，且由于不同火山機(jī)構(gòu)的疊置在區(qū)域呈不整合接觸，“旋回”應(yīng)與“組”或若干個(gè)“組”對(duì)應(yīng)，建議在火山旋回劃分中不使用“組”這個(gè)劃分單位。

楊帝等[6]認(rèn)為的“旋回”、分別與羅權(quán)生等[3]提出的“期次”、冀國(guó)盛等[5]提出的“巖流組”相當(dāng)。與巖石地層單位相比，有些學(xué)者[5，6]認(rèn)為其相當(dāng)于段的一部分，但這種對(duì)比有些絕對(duì)，有時(shí)也可以對(duì)應(yīng)于段（圖1）。因此在地層劃分時(shí)也不建議使用“段”這個(gè)單位。

“巖流組”作為火山巖地層劃分與對(duì)比的基本單位的方案[4]可以很好的應(yīng)用于以熔巖為主的火山巖地區(qū)，但在以火山碎屑巖為主的地區(qū)則無(wú)法使用。由于火山巖剖面縱向上巖相變化快，一個(gè)單層可能對(duì)應(yīng)于一種巖相，因此，旋回—組—巖相—層的四級(jí)劃分方案[1]不能很好的應(yīng)用于縱向上巖相變化過(guò)快的區(qū)域。

另外，上述方案的級(jí)次同樣也存在著顯著地差異，從3級(jí)至5級(jí)。如何采用適合的方案以及對(duì)于地層級(jí)次的確定，必須考慮火山活動(dòng)的特征以及火山活動(dòng)的時(shí)限。從火山噴發(fā)活動(dòng)的一般規(guī)律來(lái)看，總體上都是一個(gè)由強(qiáng)變?nèi)醯幕顒?dòng)，風(fēng)化殼層、沉積夾層或侵出相的出現(xiàn)意味著一次火山噴發(fā)活動(dòng)的結(jié)束[7]。風(fēng)化殼層和沉積夾層的厚度及其空間上的分布面積，應(yīng)當(dāng)是確定火山噴發(fā)級(jí)次的最關(guān)鍵參數(shù)之一。而火山巖相序組合合理的歸納則是確定火山噴發(fā)最小組合（即一次火山噴發(fā)）的主要依據(jù)?；鹕綆r相序主要取決于火山噴發(fā)方式和距離火山活動(dòng)中心的遠(yuǎn)近，同時(shí)火山噴發(fā)方式又與巖性密切相關(guān)[3]。一般來(lái)說(shuō)，中酸性巖、堿性巖區(qū)以爆發(fā)相開(kāi)始，中基性火山巖以噴溢相開(kāi)始。而酸性、中性、基性都存在的巖區(qū)，主要存在基性—中性—酸性和酸性—中性—基性2種相序。遠(yuǎn)離火山活動(dòng)中心的地區(qū)則主要為火山碎屑巖與沉積巖的互層?；鹕交顒?dòng)時(shí)限以及垂向上巖性的變化則是考慮采用幾級(jí)劃分方案的主要依據(jù)，因?yàn)椤靶亍焙汀皩印笨梢源碜畲笈c最小的單位，當(dāng)火山活動(dòng)時(shí)限較短以及巖性單一時(shí)，其間可能只夾有一到兩個(gè)單位，如冀國(guó)盛等[4]采用的4級(jí)劃分方案。當(dāng)活動(dòng)時(shí)限較長(zhǎng)且?guī)r性變化較快時(shí)，則應(yīng)考慮采用5級(jí)劃分方案。

總體來(lái)看，旋回—亞旋回—期次—韻律—層的5級(jí)劃分方案[3]相對(duì)較為合理，不僅避免了和傳統(tǒng)巖石地層單位和巖相等名稱的混淆，而且能夠反映火山噴發(fā)的一些特征。內(nèi)蒙古地區(qū)晚中生代火山巖活動(dòng)時(shí)限長(zhǎng)且?guī)r性巖相變化快，因此，本文采用此方案對(duì)其進(jìn)行火山旋回、期次的劃分，進(jìn)一步討論此方案的合理性（圖1）。

從圖1中看出，克什克騰旗地區(qū)晚中生代火山巖可劃分為2個(gè)火山活動(dòng)旋回，即早期滿克頭鄂博組旋回和晚期白音高老組旋回,活動(dòng)時(shí)限分別為157～174Ma和123～131Ma[8]，其間約26Ma噴發(fā)間斷，在炒米房地區(qū)表現(xiàn)為滿克鄂博旋回頂部沉積一套厚約46.8m的凝灰質(zhì)砂巖， 空間上分布較廣。滿克頭鄂博旋回可分為滿克頭鄂博和瑪尼吐2個(gè)亞旋回，分別對(duì)應(yīng)于滿克頭鄂博組和瑪尼吐組?，斈嵬聛喰赜挚煞譃?個(gè)噴發(fā)期次，13個(gè)噴發(fā)韻律。期次Ⅰ對(duì)應(yīng)于瑪尼吐組下段，分為4個(gè)韻律，每個(gè)韻律都表明了火山活動(dòng)由強(qiáng)到弱的變化，往往以爆發(fā)相的火山角礫巖開(kāi)始，然后為溢流相的安山巖，最后火山活動(dòng)停止，形成一些厚度較薄的砂巖、粉砂巖。期次Ⅰ與期次ⅠⅠ之間為7.3m厚的河流相砂巖，見(jiàn)沖刷面，粒序?qū)永戆l(fā)育。期次ⅠⅠ、ⅠⅠⅠ對(duì)應(yīng)于瑪尼吐組的上段，其間為一層較厚的風(fēng)化殼。與期次Ⅰ相比，期次ⅠⅠ、ⅠⅠⅠ以溢流相為主，爆發(fā)相與正常沉積相減少，僅在期次ⅠⅠ的底部與期次ⅠⅠⅠ的頂部發(fā)育。大部分韻律都以灰綠色輝石安山巖開(kāi)始，以紫色安山巖結(jié)束，然后接受后期的改造，韻律之間一般為風(fēng)化剝蝕面。因此，認(rèn)為此方案中“亞旋回”不應(yīng)只對(duì)應(yīng)于“段”或“段”的一部分，還可對(duì)應(yīng)于 “組”，“期次”也對(duì)應(yīng)于 “段”或“段”的一部分。

圖1 內(nèi)蒙古克什克騰旗炒米房晚中生代火山巖柱狀圖

對(duì)于火山活動(dòng)時(shí)限較短且垂向上巖相變化較慢的火山巖區(qū)，尤其是裂隙式噴發(fā)區(qū)，4級(jí)的劃分方案更為合適，鑒于“旋回”“亞旋回”“韻律”“層”這些術(shù)語(yǔ)都能較好的反應(yīng)火山噴發(fā)活動(dòng)的特征，本文提出采用旋回—亞旋回—韻律—層4級(jí)地層劃分命名方案來(lái)研究火山活動(dòng)時(shí)限較短及垂向上巖性、巖相變化較慢的火山地層。

2 火山巖相空間展布及儲(chǔ)層物性特征

裂隙式火山噴發(fā)沒(méi)有強(qiáng)烈的爆炸現(xiàn)象，噴出物多為基性熔漿，冷凝后往往形成覆蓋面積廣的熔巖地臺(tái)。如河北張家口以北的中新統(tǒng)漢諾壩玄武巖，厚度數(shù)十米至600多米，幾乎為溢流相玄武巖組成，并且每層玄武巖在空間上都延伸很廣，且厚度相對(duì)穩(wěn)定。每一層可劃分出3個(gè)不同的熔巖微相[4]，上部、下部為氣孔、杏仁狀玄武巖，中部為致密玄武巖。其中這些氣孔并不總是相互連通的，滲透性往往不好[9-10]，但只要經(jīng)過(guò)后期的構(gòu)造作用、風(fēng)化淋濾等作用，這些氣孔狀玄武巖就能形成很好的儲(chǔ)層。在這些熔巖層之間往往能見(jiàn)到烘烤層（圖2a），而風(fēng)化殼黏土層（圖2b）和沉積夾層(圖2c)則少見(jiàn)。

圖2 內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)中新生代火山巖地層的部分露頭

呈中心式噴發(fā)的火山機(jī)構(gòu)，一般分為火山口—近火山口、近源和遠(yuǎn)源3個(gè)相帶。火山口—近火山口相組由火山通道相、次火山巖相、侵出相組成，有時(shí)存在火山口湖相(圖 2f)，該相帶的火山巖厚度大、傾角大、并具有孔隙大、裂縫寬長(zhǎng)、孔喉半徑大且分選好的特征，多屬于高孔高滲透的儲(chǔ)層，但延伸距離小，巖相變化快[11]。近源相組由層狀或楔狀熔巖和粒徑較大的火山碎屑巖構(gòu)成，該相帶火山巖厚度中等、傾角大、延伸較遠(yuǎn)，并具有孔隙中等、裂縫窄小、孔喉半徑較大且分選較好的特征,多屬于高孔中滲透的儲(chǔ)層。遠(yuǎn)源相組由粒徑較小的火山碎屑巖和沉凝灰?guī)r，以及薄層狀的熔巖構(gòu)成，一般情況下儲(chǔ)層物性較差，后期的改造作用是其能否成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要作用，如有機(jī)酸對(duì)火山碎屑物的溶蝕。

3 火山旋回劃分在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的適用性

慶深氣田勘探經(jīng)驗(yàn)表明，火山旋回劃分最主要的意義在于可以迅速鎖定勘探目標(biāo)區(qū)和目的層，降低勘探成本和風(fēng)險(xiǎn)[12]。但在火山巖區(qū)不同的區(qū)域，對(duì)于火山旋回劃分的精度要求不一?；鹕娇趨^(qū)不僅儲(chǔ)層發(fā)育（如隱爆角礫巖、火山渣以及風(fēng)化淋濾作用發(fā)育），更是油氣運(yùn)移的指向區(qū)，但每一期噴發(fā)都對(duì)前一期有不同程度的改造，造成火山口區(qū)成層性差，且地層序列混亂，因此在火山口區(qū)進(jìn)行火山旋回劃分時(shí)，對(duì)于“韻律”與“層”的劃分就顯得意義不大，因?yàn)榧词故窃诰嚯x很短的情況下，“韻律”在空間上是無(wú)法橫向?qū)Ρ鹊?，所以，在火山口區(qū)或者是近火山口區(qū)，主要以進(jìn)行含油氣的“期次”識(shí)別為主。 隨著距火山口距離增大，火山巖成層性變好，巖相變化變慢，那么在距火山口較遠(yuǎn)的地區(qū)，在較小的范圍內(nèi)進(jìn)行“韻律”甚至是“層”這種小級(jí)別的儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)對(duì)比是可行的。而裂隙式噴發(fā)由于巖相單一，每個(gè)噴發(fā)“韻律”甚至“層”的空間延伸范圍更廣，所以相對(duì)于中心式火山噴發(fā)區(qū)，橫向上儲(chǔ)層可對(duì)比的范圍更大。

火山旋回劃分另一個(gè)重要的意義是對(duì)不同級(jí)別，不同類型地質(zhì)界面的識(shí)別。不同的地質(zhì)界面往往對(duì)火山巖成藏起著不同的作用。“旋回”、“亞旋回”之間的火山噴發(fā)不整合面不僅僅可以作為區(qū)域上油氣運(yùn)移的通道，長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾對(duì)于儲(chǔ)層的改善有也著顯著地作用，而且“期次”、“韻律”間的短期噴發(fā)間歇面也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的物性起到一定的作用（圖2b）?？诐B較好的沉積夾層一般有利于儲(chǔ)集空間的擴(kuò)展[13]，同時(shí)當(dāng)埋藏較淺時(shí)也可以作為油氣的運(yùn)移通道，但有時(shí)也導(dǎo)致無(wú)法形成有效的儲(chǔ)蓋組合[14]，徐春華等[14]討論了火山巖蓋層體系域構(gòu)成與圈閉有效性的關(guān)系，認(rèn)為只有低位體系域和湖擴(kuò)張?bào)w系域的泥巖直接覆蓋的火山巖體才能成藏，而低位體系域、 湖擴(kuò)張?bào)w系域和高位體系域形成的砂體所覆蓋的火山巖體,因缺乏有效蓋層而難以成藏。另外，如果“旋回”、“亞旋回”間存在比較厚的煤層或暗色泥巖，其上下的火山巖則會(huì)成為油氣富集的有利層位。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)各個(gè)火山旋回劃分方案對(duì)比，認(rèn)為“旋回”、“亞旋回”、“期次”、“韻律”、“層”這些術(shù)語(yǔ)更能夠反映火山噴發(fā)的特征。旋回—亞旋回—期次—韻律—層的 5級(jí)劃分方案適用于火山活動(dòng)時(shí)限較長(zhǎng)，巖性、巖相變化較快的火山巖區(qū)。旋回—亞旋回—韻律—層的4級(jí)劃分方案則更適用于火山活動(dòng)時(shí)限較短，巖性、巖相變化較慢的火山巖區(qū)。

（2）“旋回”、“韻律”的識(shí)別應(yīng)當(dāng)是進(jìn)行火山巖地層劃分的首先任務(wù)，這決定了該采用幾級(jí)的劃分方案。針對(duì)不同方式的火山噴發(fā)區(qū)，以及火山機(jī)構(gòu)不同的位置，對(duì)于火山旋回、期次的劃分精度要求是不一樣的。

（3）“旋回”、“亞旋回”、“期次”、“韻律”之間的界面，與火山巖油氣藏成藏有著密切的聯(lián)系，對(duì)其正確的認(rèn)識(shí)是提高勘探成功率的關(guān)鍵。

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