盆地內部火山機構的地質模式建立方法及其應用
——以松遼盆地南部地區(qū)營城組火山巖為例

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.長春工程學院 勘查與測繪工程學院，吉林 長春130021)

引 言

火山機構(volcanic edifice)指在某一段時間內，由同源噴發(fā)的火山物質圍繞源區(qū)堆積形成且具有一定形態(tài)和共生關系的各種火山作用產物的總和[1-2]。火山噴發(fā)后，火山機構在地表面表現出各種各樣的火山地形及其相關的各種構造及多種類型[3-8]。

松遼盆地火山巖氣藏勘探潛力巨大[9-14]，氣藏主要分布于營城組和火石嶺組。火石嶺組火山巖獲日產氣15.4×104m3的重大突破。松遼盆地火山巖氣藏多為火山機構內幕型氣藏[15]，儲層巖性、巖相空間展布特征復雜，精細刻畫難度大，嚴重阻礙火山巖油氣藏進一步勘探開發(fā)，因此，亟需開展對火山機構的綜合性研究?；鹕綆r儲層形成受火山活動周期影響，因此，可對火山巖體按照旋回、期次、火山機構、流動單元進行精細劃分。由此可見，在旋回與期次約束下的火山機構地質模式建立及其內幕刻畫尤為重要。

本文將以松遼盆地德惠斷陷和長嶺斷陷火山巖氣藏為例，系統總結火山機構的地質-地球物理識別方法；綜合利用火山機構疊置關系、巖性、巖相分析，結合測井、地震等特征，建立火山機構地質模式，并開展機構內部儲層精細解剖。

1 火山機構的識別與建立方法

火山活動及其產物按級別可以分成旋回、火山機構和噴發(fā)期次。旋回的地質內涵是由一次大規(guī)模噴發(fā)形成的火山物質堆積體組成，包含多個同期或者噴發(fā)時間間隔不長的火山機構?；鹕綑C構的地質內涵是在旋回時間格架內由同噴發(fā)源主火山通道及側火山通道噴發(fā)形成的火山物質堆積體，可包含多個期次。期次的地質內涵是限定在火山機構內部，同噴發(fā)源同期或者準同期噴發(fā)形成的火山物質堆積體，包含多個冷凝單元。

1.1 地質方法

1.1.1 地質界面

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

(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構的依據[1-3]。常規(guī)測井風化殼為高伽馬、低電阻、低密度。搬運碎屑物夾層表現為沉積巖的曲線特征。成像測井風化殼可見角礫層，搬運沉積物夾層可見沉積巖的成像測井特征。

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、機構和構造等。巖相反映火山巖形成方式的總和，如巖漿的噴發(fā)類型、搬運方式和形成環(huán)境等[16-17]。在同一旋回內部，可根據鉆井巖性、巖相的變化劃分不同的火山機構。

(1)巖性變化序列劃分火山機構：巖性由大段熔巖類轉變成大段碎屑巖類，巖性界面可以作為火山機構的分界面，劃分成大規(guī)模熔巖類火山機構和大規(guī)模碎屑巖類火山機構。巖性由小段熔巖類轉變成小段碎屑巖類，可以根據情況劃分成2個火山機構：小規(guī)模熔巖類火山機構和小規(guī)模碎屑巖類火山機構，也可以不進行劃分，統一為一個火山機構，稱為復合火山機構。對于熔巖類火山機構，巖性由酸性轉變?yōu)榛?，巖性界面可以作為火山機構的分界面，劃分流紋質熔巖火山機構和玄武質熔巖火山機構。

(2)巖相變化序列劃分火山機構：由爆發(fā)相轉變?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構的標志。

1.1.3 化學成分、噴發(fā)方式和單元疊置關系

考慮化學成分，可將火山機構類型劃分為酸性火山機構、中性火山機構、基性火山機構、堿性火山機構?？紤]噴發(fā)方式，可將火山機構類型劃分為熔巖型、火山碎屑巖型和復合型?？紤]火山地層結構特征，可以將酸性熔巖火山機構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構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成的關系不如與熔巖的關系密切，因此，火山碎屑熔巖火山機構不考慮單元構成(表1)。

對于現代火山，其形態(tài)是可視的，適合采用噴發(fā)方式進行劃分；對于埋藏古火山機構，很難獲取精確的形態(tài)，適合采用巖性巖相組合特征。結合噴發(fā)方式，將火山機構劃分為熔巖類、碎屑巖類和復合類，可再按照化學成分進一步劃分[18-19]。

1.2 測井方法

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

表1 基于成分-噴發(fā)方式和單元疊置的火山機構分類方案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井響應特征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，見中伽馬，低阻為特征，高伽馬凝灰?guī)r為流紋質，中伽馬凝灰?guī)r為安山質；熱碎屑流亞相顯示高伽馬、低阻的特征，雙側向測井顯示中低阻。

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，細晶結構，電阻率曲線多為中—高幅齒形。中部亞相發(fā)育流紋層理間縫構造，電阻率呈中低阻。上部亞相為球粒結構、細晶結構和氣孔結構，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

侵出相劃分為內帶亞相和外帶亞相，整體呈較高電阻率，較低聲波時差的特征。

1.2.5 火山沉積相

火山沉積相劃分為3個亞相：含外碎屑火山碎屑沉積亞相、再搬運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井曲線接近一般沉積巖的特征，但其曲線振動幅度大于所有其他火山巖，且是高伽馬、低阻特征。再搬運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

火山機構由火山巖相組成，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，可以在火山機構-地震相單元內，依據地震參數區(qū)別進行火山巖相-地震相單元識別。

1.3.2 地震反射

(1)期次之間：通過火山機構間地震反射軸“角度不整合”相交或同相軸出現反向識別相鄰火山機構分界線。

(2)期次內部：期次內部火山機構的識別主要依據地震火山地層學方法，在期次界面限定下，對同一個噴發(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象識別火山機構的地震反射界面[20-23]。

1.3.3 屬性

依據相干屬性和波形分類屬性進行火山機構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)、內部反射結構和地震參數)，同時火山巖相刻畫主要依據地震相特征，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應關系，從而利用火山巖相解釋剖面對波形分類屬性進行標定，進行火山巖相平面解釋。

2 火山機構地質模式的建立及應用

本文綜合運用鉆井-測井-地震等手段在松遼盆地南部地區(qū)建立火山機構地質模式，探討不同類型火山機構的儲層特征。

2.1 建立火山機構地質模式

2.1.1 流紋質熔巖火山機構

酸性熔巖火山機構(單流動單元)由單一熔巖流單元構成。典型實例：腰深202井鉆遇的酸性熔巖火山機構由噴溢相熔巖流構成(圖2(b))，外形為丘狀，巖性為流紋巖，火山機構頂部發(fā)育一薄層原生氣孔帶。該火山機構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，該火山機構的自然伽馬曲線、電阻率曲線、聲波曲線和密度曲線都較為平穩(wěn)，火山機構底部電阻率值稍有升高，反映巖性致密(圖2(c))。

圖2 流紋質熔巖火山機構(單熔巖流單元)地質模型Fig.2 Geological model of rhyolitic lava edifices(single lava flow unit)

2.1.2 流紋質碎屑巖火山機構

流紋質碎屑巖火山機構由多個火山碎屑堆積單元疊置構成。圖3為典型的該類火山機構，其特點為空間上局部丘狀、大面積席狀或充填狀。根據常規(guī)測井和成像測井界面特征，該火山機構縱向由3個火山碎屑堆積單元構成，每個單元均由流紋質角礫熔巖、流紋質凝灰熔巖構成，縱向序列較為均一(圖3(b))。該火山機構在地震剖面上，表現為大面積、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常發(fā)生齒化(圖(c))。

圖3 流紋質碎屑巖火山機構地質模型Fig.3 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices

2.1.3 復合火山機構

復合火山機構最典型的特征是由多個酸性熔巖流單元和火山碎屑堆積單元疊置構成。典型的酸性復合火山機構(圖4)發(fā)育在達爾罕大斷裂上盤一側，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成(圖4(b))。該火山機構的電性特征和地震剖面反射特征與酸性熔巖火山機構(多流動單元)類似，無鉆井揭示不易區(qū)分。

2.1.4 英安質熔巖火山機構

圖5為工區(qū)典型的英安質熔巖火山機構，巖性為英安巖。該火山機構外形一般為透鏡狀，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，內部反射結構為亂崗狀，同相軸連續(xù)性差，弱振幅，中低頻(圖5(a))。

2.1.5 安山質碎屑巖火山機構

圖6為德深32井典型的安山質碎屑巖火山機構，巖性為安山質凝灰?guī)r，其特點為空間上局部丘狀，大面積席狀或充填狀。該火山機構在地震剖面表現為大面積、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常發(fā)生齒化(圖6(c))。

圖6 德深32井流紋質碎屑巖火山機構地質模型Fig.6 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices in well Deshen32

2.2 火山機構地質模式分類

本文將德惠斷陷北部地區(qū)火山機構建立3類6種地質模式。3類為熔巖類、碎屑巖類和復合類火山機構，6種為流紋質熔巖、英安質熔巖、安山質熔巖、流紋質碎屑巖、安山質碎屑巖和復合火山機構。各個類型火山機構的巖性、巖相特點詳見表2。

表2 德惠北部地區(qū)火山機構統計Tab.2 Statistics of volcanic edifices in the north area of Dehui fault depression

2.3 火山機構地質模式與儲層關系

2.3.1 不同火山機構儲層特征對比

針對長嶺斷陷營城組一段不同類型的流紋質火山機構儲層特征進行研究，統計了研究區(qū)發(fā)育的3種不同成分-單元構成-形態(tài)的火山機構測井孔隙度及儲集空間類型的分布特征(圖7)。

圖7 不同類型火山機構儲層特征Fig.7 Reservoir characteristics of different types of volcanic edifices

統計表明，流紋質熔巖火山機構的孔隙度均值為2.94%(圖7(a))，發(fā)育流紋間溶孔(圖7(d))，該類火山機構通常由一個熔巖流單元構成，最多形成一個高孔滲帶，也有部分不發(fā)育高孔滲帶，長嶺斷陷帶產能較差，成藏效率不高。流紋質碎屑巖火山機構的孔隙度均值為5.65%(圖7(b))，溶蝕孔較為發(fā)育(圖7(e))，該類火山機構由多個堆積單元構成，整體可形成低孔低滲型儲層，在堆積單元頂部，受溶蝕作用影響，儲集性能改善較大，產能高、成藏效率高。流紋質復合火山機構的孔隙度均值為6.84%(圖7(c))，晶內溶孔較為發(fā)育(圖7(f))，該類火山機構由多個流動和堆積單元疊合形成，可具有多個高孔滲帶，產能高、成藏效率高。

因此，流紋質復合火山機構的儲層物性較好，流紋質碎屑巖火山機構的儲層物性次之，流紋質熔巖火山機構的儲層物性較差。

2.3.2 酸性火山熔巖機構內部結構

選取長嶺斷陷營城組一段建組剖面的酸性熔巖機構特征進行分析，建組剖面為一典型的熔巖穹丘。熔巖穹丘為一種具有大縱-橫比的丘狀流動單元，多由黏度較高的酸性熔巖構成，營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個相帶構成。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20%；中部亞相巖性由流紋構造流紋巖和氣孔流紋巖構成，原生孔隙較發(fā)育，孔隙度多數在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。

該酸性火山熔巖機構的儲層物性在縱向上有著明顯的特征，即火山機構頂部物性最好，中部物性次之，底部物性最差，這可能與風化淋濾作用有關。

2.3.3 火山碎屑熔巖機構內部結構

成像測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，通過盆內井-震對比發(fā)現，流紋質火山碎屑熔巖火山機構在橫向上分布較為廣泛，在縱向上通常由多個堆積單元構成(圖8)。

3 結 論

(1)火山機構的識別與建立方法包括地質方法、測井方法和地震方法。地質上通過地質界面特征、巖性巖相特征、化學成分、噴發(fā)方式和單元疊置關系進行識別；測井上可以利用自然伽馬、電阻率和聲波時差等進行識別；地震上利用地震相特征、地震反射特征和地震屬性進行識別。

(2)德惠斷陷北部地區(qū)火山機構分成3類6種，即：流紋質熔巖機構、英安質熔巖機構、安山質熔巖機構、流紋質碎屑巖機構、安山質碎屑巖機構和復合火山機構。

圖8 流紋質熔巖堆積單元構成圖Fig.8 Accumulation unit composition of rhyolitic lava

(3)長嶺斷陷流紋質不同類型火山機構儲層特征：復合火山機構的儲層物性較好，碎屑巖火山機構的儲層物性次之，熔巖火山機構的儲層物性較差；酸性火山熔巖機構頂部物性最好，中部物性次之，底部物性最差；火山碎屑熔巖機構在橫向上分布較為廣泛，在縱向上由多個堆積單元組成。