長嶺斷陷查干花次凹火石嶺組水下噴發(fā)火山巖相測井響應(yīng)特征

摘要：

松遼盆地長嶺斷陷查干花次凹火石嶺組發(fā)育水下噴發(fā)火山巖，分為2類巖相4種亞相，在取心井段較少的情況下，實際生產(chǎn)中識別水下噴發(fā)火山巖相具有較大困難。本文以查干花地區(qū)水下噴發(fā)火山巖相為研究對象，分析總結(jié)了2類巖相4種亞相的電性特征：氣攜水下熱碎屑流亞相火山灰球不發(fā)育段為高自然伽馬、高電阻率，曲線呈中高幅指形，成像測井為高阻亮色，火山灰球發(fā)育段為低自然伽馬、低電阻率，曲線中低幅較平直，成像測井為低阻暗色；水?dāng)y火山高密度流亞相為高自然伽馬、高電阻率，曲線呈中高幅指形，成像測井為高阻亮色；水下降落亞相為高自然伽馬、低電阻率，曲線中低幅較平直或呈中高幅指形，成像測井為低阻暗色；含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相為低自然伽馬、高電阻率，曲線呈中高幅指形，成像測井為高阻亮色。建立了巖相測井識別圖版，實現(xiàn)了水下噴發(fā)火山巖相測井識別。

關(guān)鍵詞：

查干花地區(qū)；長嶺斷陷；水下噴發(fā)；火山巖相；電性特征；松遼盆地

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240231

中圖分類號：P168.13

文獻標志碼：A

李永剛. 長嶺斷陷查干花次凹火石嶺組水下噴發(fā)火山巖相測井響應(yīng)特征. 吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2024，54（6）：20612074. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240231.

Li Yonggang. Logging Response Characteristics of Subaqueous Eruptive Volcanic Facies of Huoshiling Formation in Chaganhua Subdepression， Changling Fault Depression. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）， 2024， 54 （6）： 20612074. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240231.

收稿日期：20240927

作者簡介：李永剛（1975—），男，高級工程師，主要從事油氣田開發(fā)工作，E-mail： lig508@126.com

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（41972313）

Supported by the National Natural Science Foundation of China （41972313）

Logging Response Characteristics of Subaqueous Eruptive Volcanic Facies of Huoshiling Formation in Chaganhua Subdepression， Changling Fault Depression

Li Yonggang

Northeast Oil and Gas Branch， SINOPEC，Changchun 130062， China

Abstract：

There are subaqueous eruptive volcanic rocks in" Huoshiling Formation of Chaganhua subdepression， Songliao basin， which are divided into two types of lithofacies and four types of subfacies. It is difficult to identify the subaqueous eruptive volcanic facies in actual production when there are few well cores. Taken

the subaqueous eruptive volcanic facies of Chaganhua area" as the research object， the logging characteristics of four subfacies of two types of lithofacies are analyzed and summarized in this paper： The undeveloped section of volcanic ash ball of the gas-carried subaqueous pyroclastic flow subfacies is high natural gamma and high resistivity， the curve is in the shape of medium-high amplitude finger， and the imaging logging shows high resistivity bright color. The developed section of volcanic ash ball is low natural gamma and low resistivity， the curve is flat with low amplitude， and the imaging logging shows low resistivity dark color. The water-carried volcanic high density flow subfacies is high natural gamma and high resistivity， the curve is in the shape of high amplitude finger， and the imaging logging shows high resistance bright color. The subaqueous landing subfacies is high natural gamma and low resistivity， the curve is low amplitude flat or in the shape of high amplitude finger， and the imaging logging shows low resistivity dark. The exoclastic pyroclastic sedimentary rock subfacies is low natural gamma and high resistivity， the curve is in the shape of high amplitude finger， and the imaging logging shows high resistivity bright color. The lithology logging recognition chart is established and the subaqueous eruptive volcanic lithology logging recognition is achieved.

Key words：

Chaganhua area; Changling fault depression; subaqueous eruption; volcanic facies; electrical characteristics; Songliao basin

0" 引言

水下噴發(fā)火山在全球分布范圍廣［1］，國外發(fā)現(xiàn)的水下火山噴發(fā)主要發(fā)生在海洋中［23］。近年來，國內(nèi)對松遼盆地白堊紀湖盆地質(zhì)進一步的深入研究表明，松遼盆地查干花地區(qū)陸相湖盆中也存在水下火山噴發(fā)［4］，并蘊藏著大量工業(yè)天然氣藏。這一發(fā)現(xiàn)開拓了盆地水下噴發(fā)油氣勘探新局面，具有廣闊的油氣勘探前景。儲層對于油氣藏勘探至為關(guān)鍵［56］，火山巖的有效儲層主要受到火山巖亞相的控制［78］。查干花地區(qū)儲層非均質(zhì)性強，取心率低［9］，給有效儲層的探明造成了較大困難，故需要運用測井方法詳細刻畫火山巖巖相，建立單井水下噴發(fā)火山巖相測井劃分方案，為查干花地區(qū)火山巖有利儲層預(yù)測和油氣藏勘探開發(fā)提供參考依據(jù)。

松遼盆地陸上噴發(fā)火山巖相包括爆發(fā)相、噴溢相、火山通道相、侵出相和火山沉積相［10］5種；而松遼盆地水下噴發(fā)火山巖則可劃分為2類巖相［4］，分別為水下爆發(fā)相和火山沉積相，其中，水下爆發(fā)相劃分為氣攜水下熱碎屑流、水?dāng)y火山高密度流和水下降落3種亞相，火山沉積相則包括含外碎屑火山碎屑沉積巖1種亞相。對于湖盆火山巖相的測井識別，現(xiàn)今國內(nèi)已進行過深入研究，建立了詳細的測井識別圖版［1112］；而水下噴發(fā)火山巖巖性主要以凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r為主［13］，火山巖噴發(fā)類型不同，噴發(fā)期次數(shù)多，在縱向上具有多旋回和頻繁互層的現(xiàn)象。相對于陸上噴發(fā)火山，水下噴發(fā)火山機制更為復(fù)雜［1415］，我國尚未建立水下噴發(fā)火山巖相測井劃分方案。因此，如何利用測井?dāng)?shù)據(jù)進行凝灰?guī)r以及沉凝灰?guī)r的進一步識別是亟待解決的問題。

本文對查干花地區(qū)火石嶺組5口井20筒140 m巖心測井資料進行整理與分析，利用取心段分析水下噴發(fā)火山巖巖相的常規(guī)測井和成像測井特征，并進行巖電實驗驗證，建立巖相測井識別圖版，為識別預(yù)測未取心段水下噴發(fā)火山巖相和尋找有利儲層提供理論依據(jù)。

1" 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地位于我國東北地區(qū)，在晚中生代主動板塊邊緣的裂谷作用下形成，是我國早白堊世大型含油氣盆地之一［16］。松遼盆地為下部斷陷層上部坳陷層的二元結(jié)構(gòu)，在演化過程中經(jīng)歷了地殼和巖石圈地幔的拆沉作用，形成了長嶺斷陷等多個北北東向斷陷盆地［17］。長嶺斷陷位于松遼盆地中南部，分為西部陡坡帶、中部洼陷帶和東部斜坡帶，其中發(fā)育查干花次凹、達爾罕斷凸帶、長嶺次凹和東嶺轉(zhuǎn)換帶等7個三級構(gòu)造單元（圖1a）［4］。研究區(qū)查干花次凹走向接近南北方向，該區(qū)斷陷層火山巖主要發(fā)育火石嶺組和營城組（圖1b）［16］。其中火石嶺組（距今120～130 Ma）形成于斷陷形成初期，火山活動頻繁，以中基性熔巖和火山碎屑巖為主。該時期湖盆內(nèi)水下火山噴發(fā)和火山噴發(fā)間歇期主要形成火山碎屑巖、沉火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖。營城組（距今120～130 Ma）代表白堊紀最大的區(qū)域性火山事件，火山巖以流紋巖、玄武巖和火山碎屑巖為主［18］?；鹗瘞X組和營城組之間的沙河子組形成于盆地擴張時期，為湖盆的廣泛沉積，泥巖粉砂巖發(fā)育，是長嶺斷陷的主力烴源巖地層。

2" 水下噴發(fā)火山巖巖相分類

查干花地區(qū)水下噴發(fā)火山巖可分為2類巖相和4種亞相［4］，分別為水下爆發(fā)相氣攜水下熱碎屑流亞相、水?dāng)y火山高密度流亞相和水下降落亞相，以及火山沉積相含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相。氣攜水下熱碎屑流亞相為水下火山噴發(fā)時火山口附近形成的巖漿、礦物碎屑、火山氣及少量水組成的高溫、高密度碎屑流體，其表層與水接觸形成的水蒸氣膜阻隔周圍水體進入，使碎屑流長時間保持高溫、高密度；主要發(fā)育凝灰?guī)r（圖2a—d），其中火山碎屑體積分數(shù)＞90％，部分可見淬碎角礫（圖2c）和大量火山灰球（圖2d）；層理不發(fā)育，塊狀構(gòu)造。水?dāng)y火山高密度流亞相為水下噴發(fā)過程中水體劇烈攪動，使火山碎屑物與正常沉積物混和的產(chǎn)物，主要發(fā)育細砂級沉凝灰?guī)r（圖2e）和粉砂級沉凝灰?guī)r（圖2f）；細砂級沉凝灰?guī)r發(fā)育脈狀層理，粉砂級沉凝灰?guī)r發(fā)育波狀層理。水下降落亞相為極細粒火山碎屑顆粒，呈懸浮狀逐漸降落堆積而成，主要發(fā)育泥級沉凝灰?guī)r（圖2g），水平層理發(fā)育。

含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相是火山噴發(fā)間歇期陸源碎屑和火山碎屑經(jīng)水流改造，再經(jīng)長距離搬運入湖沉積形成；主要發(fā)育凝灰質(zhì)細礫巖（圖2h）和凝灰質(zhì)粗礫巖（圖2i）

，發(fā)育平行層理。

3" 水下噴發(fā)火山巖巖相測井響應(yīng)特征

本文對查干花地區(qū)火石嶺組5口井20筒140 m巖心測井資料的整理與分析表明，水下噴發(fā)火山巖巖性主要為凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r?？紤]到水下火山巖研究過程中由于巖性分類太細，電性特征大

范圍疊合，測井曲線區(qū)分度較差，故本文以巖相作為劃分依據(jù)，以更好地進行水下噴發(fā)火山巖的電性特征識別。

不同火山巖相的成分、巖性不同，結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，每種巖相的測井參數(shù)、測井曲線變化幅度及形狀也不同［19］，導(dǎo)致巖石電性資料多而雜亂，僅利用單井單曲線測井資料進行巖相分析具有一定的不確定性［20］；在研究區(qū)所有測井曲線中，自然伽馬、聲波時差、電阻率等測井曲線較齊全，因此需要綜合多種測井曲線［21］特征進行巖相分析。查干花地區(qū)水下噴發(fā)火山巖主要為凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r，水下火山巖噴發(fā)類型不同，噴發(fā)期次數(shù)多，巖性在縱向上表現(xiàn)出多旋回和頻繁互層的現(xiàn)象，不同巖石構(gòu)造特征明顯。對于非均質(zhì)性較強、互層較多的沉積層構(gòu)造識別，成像測井可以更直觀地展現(xiàn)其特征，相比于常規(guī)測井更有優(yōu)勢［22］。因此，綜合研究區(qū)實際，本次選取自然伽馬（GR）、深側(cè)向電阻率（RD）、聲波時差（AC）和密度（DEN）等參數(shù)對查干花地區(qū)5口井進行水下噴發(fā)火山巖相測井識別，先后綜合測井參數(shù)（表1）、常規(guī)測井曲線特征（圖3—圖7）和成像測井特征（圖3—圖7）分析水下噴發(fā)火山巖巖相的測井特征，并繪制巖相測井識別圖版（圖8）。

3.1" 氣攜水下熱碎屑流亞相

氣攜水下熱碎屑流亞相主要巖性為凝灰?guī)r，常見發(fā)育火山灰球（圖2d）?；鹕交仪?qū)δ規(guī)r電性特征影響較大，有無火山灰球發(fā)育的氣攜水下熱碎屑流亞相測井?dāng)?shù)據(jù)有很大差別。

不發(fā)育火山灰球段典型井為C3井第3回次4 624.00～4 634.00 m（圖3a、b）。常規(guī)測井?dāng)?shù)值GRgt;115 API，平均值為138.0 API，RDgt;170 Ω·m，平均值為496.6 Ω·m，AC為190～210 μs·m-1，平均值為199.9 μs·m-1，DENlt;2.60 g·cm-3，平均值為2.490 g·cm-3（表1）。常規(guī)測井曲線呈現(xiàn)高自然伽馬、高電阻率、中聲波時差的中高幅指形特點；成像測井顯示高阻亮色，塊狀構(gòu)造，成像上表現(xiàn)為空白的特征，無層理（圖3b）。

氣攜水下熱碎屑流亞相中火山灰球發(fā)育段典型井為C23井第1回次4 219.60～4 226.60 m（圖4a、b），與不發(fā)育火山灰球段氣攜水下熱碎屑流亞相呈現(xiàn)不同的電性特征：常規(guī)測井?dāng)?shù)值GRlt;115 API，平均值為91.6 API，RDlt;170 Ω·m，平均值為55.3 Ω·m，AC為190～250 μs·m-1，平均值為207.7 μs·m-1，DENgt;2.55 g·cm-3，平均值為2.630 g·cm-3（表1）。常規(guī)測井曲線呈現(xiàn)低自然伽馬、低電阻率、中高聲波時差的中高幅指形特點；成像測井顯示低阻暗色，呈塊狀構(gòu)造，成像上表現(xiàn)為雜亂的特征，可見少量層理（圖4b）。

3.2" 水?dāng)y火山高密度流亞相

水?dāng)y火山高密度流亞相典型井為C23井第2回次4 271.52～4 273.60 m和4 274.80～4 277.10 m（圖5a、b）。常規(guī)測井?dāng)?shù)值GRgt;115 API，平均值為128.4 API，RDgt;170 Ω·m，平均值為349.6 Ω·m，AClt;190 μs·m-1，平均值為188.3 μs·m-1，DENgt;2.60 g·cm-3，平均值為2.630 g·cm-3（表1）。常規(guī)測井曲線呈現(xiàn)高自然伽馬、高電阻率、低聲波時差的中高幅指形特點；水?dāng)y火山高密度流亞相成像測井顯示高阻亮白色，可見波狀層理，成像特征上表現(xiàn)為一組總體上與層面基本平行的正弦曲線，正弦曲線幅度差別不大（圖5b）。

3.3" 水下降落亞相

水下降落亞相典型井為C23井第2回次4 273.60～4 274.80 m和4 277.10～4 278.52 m與水?dāng)y火山高密度流亞相互層（圖5a、b），以及C2井第2回次4 566.00～4 574.00 m（圖6a、b）。常規(guī)測

井?dāng)?shù)值GRgt;115 API，平均值為125.2 API，RDlt;170 Ω·m，平均值為25.4 Ω·m，ACgt;210 μs·m-1，平均值為229.2 μs·m-1，DENgt;2.60 g·cm-3，平均值為2.640 g·cm-3（表1），呈現(xiàn)高自然伽馬、低電阻率、高聲波時差的特點。常規(guī)測井曲線呈現(xiàn)兩種不同特征，水下降落亞相與水?dāng)y火山高密度流亞相互層段曲線呈中高幅指形（圖5a），厚層水下降落亞相段曲線低幅較平直（圖6a）；成像測井顯示顯示低阻暗色，可見水平層理，成像特征上表現(xiàn)為一組與層面基本平行的正弦曲線（圖6b）。

3.4" 含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相

含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相典型井為C3井第2回次4 526.13～4 528.00 m和4 528.50～

4 529.50 m，主要巖性為凝灰質(zhì)細礫巖（圖7a、b）。常規(guī)測井?dāng)?shù)值GRlt;115 API，平均值為100.6 API，RDgt;170 Ω·m，平均值為657.0 Ω·m，AClt;190 μs·m-1，平均值為183.4 μs·m-1，DENlt;2.60 g·cm-3，平均值為2.560 g·cm-3（表1）。常規(guī)測井呈現(xiàn)低自然伽馬、高電阻率、低聲波時差的中高幅指形特點；成像測井顯示為高阻亮白色，可見塊狀層理或少量平行層理，成像特征上表現(xiàn)為空白或一組平行的正弦曲線，正弦曲線產(chǎn)狀一致（圖7b）。

4" 討論

4.1" 常規(guī)測井分析

巖相的電性特征受巖石本身的性質(zhì)和所處地質(zhì)環(huán)境等多種因素的控制，測井值一般與巖石泥質(zhì)體積分數(shù)等因素有關(guān)［23］，測井曲線的形態(tài)一般與沉積層韻律和裂縫等因素有關(guān)［24］。

電阻率與巖石泥質(zhì)體積分數(shù)一般呈負相關(guān)關(guān)系［25］。對于氣攜水下熱碎屑流亞相，有無火山灰球段電性差異較大。由于火山灰球是被氣體包裹著的火山灰在噴發(fā)搬運時受氣流影響相互碰撞固結(jié)而成［26］，火山灰球段一般連續(xù)發(fā)育，堆積量大，故其中所含火山灰較多，黏土礦物體積分數(shù)可達54.9%（圖4b），而不發(fā)育火山灰球的凝灰?guī)r黏土礦物體積分數(shù)為26.6%（圖3b），低于火山灰球發(fā)育段，導(dǎo)致火山灰球發(fā)育段氣攜水下熱碎屑流亞相的電阻率低于火山灰球不發(fā)育段。同理，水下降落亞相是懸浮在水中的火山灰沉降形成，黏土礦物體積分數(shù)較高，可達52.5%（圖6b），所以其電阻率較低；而水?dāng)y火山密度流亞相和含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相黏土礦物體積分數(shù)低（圖5b、圖7b），電阻率較高。

測井曲線的形態(tài)一般與沉積層韻律和裂縫等因素有關(guān)。水下降落亞相呈現(xiàn)兩種不同的曲線形態(tài)，這是因為厚層水下降落亞相是由火山灰均質(zhì)沉降形成的［27］，所以其測井曲線幅度小較平直（圖6a、b）；而水下降落亞相與水?dāng)y火山高密度流亞相互層段為非均質(zhì)，故其測井曲線有波動，為中高幅指形（圖5a、b）。同理，氣攜水下熱碎屑流亞相和含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相都是在氣體或者水流波動條件下形成的［2829］，沉積層的非均質(zhì)性強，測井曲線形態(tài)均為中高幅指形（圖3，圖4，圖7a、b）。

4.2" 成像測井分析

層理的形成與沉積環(huán)境密切相關(guān)［30］。水下火山噴發(fā)初期，由氣膜包裹的火山灰完全與水隔絕，發(fā)生垮塌后形成由氣體搬運的火山熱碎屑流［4］，其性質(zhì)類似重力流，所以沉積后形成的氣攜水下熱碎屑流亞相層理不太發(fā)育，呈塊狀構(gòu)造?；鹕剿樾嘉镔|(zhì)與水混合后，在水的作用下形成水?dāng)y火山密度流，水下環(huán)境波動振蕩，波浪的起伏使之易沉積形成波狀層理?；鹕剿樾寂c水充分混合后，懸浮在水中極

細粒的火山塵在靜水環(huán)境中發(fā)生沉降，形成的水下降落亞相發(fā)育水平層理。在火山噴發(fā)間歇期，陸上火山碎屑被剝蝕搬運入水沉積［4］，與水中火山碎屑混合沉積后形成含外碎屑火山碎屑沉積巖，直接沉積的形成塊狀層理，在較強水動力條件下沉積的易形成少量平行層理。

4.3" 巖電實驗分析

除巖石物性以外，測井信息可能受到井眼環(huán)境、

測量方式、儀器結(jié)構(gòu)及操作者處理方式等其他外界因素的影響［31］；因此，需要對研究對象進行巖電實驗測試，以排除巖石測井?dāng)?shù)據(jù)在地下所受圍巖、井壓、泥漿和儀器等其他因素的干擾［3233］，使結(jié)果只受巖石本身性質(zhì)控制。本文取4種亞相的巖心樣品進行巖電實驗電阻率測試（表2）發(fā)現(xiàn)，氣攜水下熱碎屑流亞相（火山灰球不發(fā)育）、水?dāng)y火山高密度流亞相和含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相電阻率較高；氣攜水下熱碎屑流亞相（火山灰球發(fā)育）和水下降落亞相電阻率較低。巖電實驗測試所得結(jié)果與第3節(jié)測井響應(yīng)特征基本吻合，進一步證實了上述水下噴發(fā)巖相電性特征的可靠性。

將上述水下噴發(fā)火山巖4種亞相的測井?dāng)?shù)據(jù)投到直角坐標系中，繪制成雙參數(shù)散點交會圖［34］，即研究區(qū)巖相測井識別圖版（圖8）。在ACGR和RDGR交會圖中，火山灰球發(fā)育段氣攜水下熱碎屑流亞相、水下降落亞相和含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相界限較為清晰，火山灰球不發(fā)育段氣攜水下熱碎屑流亞相和水?dāng)y火山高密度流亞相數(shù)據(jù)有部分重疊

（圖8a、b）；而在DENGR交會圖中，火山灰球不發(fā)育段氣攜水下熱碎屑流亞相和水?dāng)y火山高密度流亞相之間界限比較清晰，可以較好地識別兩者。因此，該水下噴發(fā)巖相測井交會圖版可以準確有效地預(yù)測火石嶺組水下噴發(fā)火山巖相。

a. C2井4 546.00～4 600.00 m測井曲線及亞相預(yù)測；b. C2井4 566.00～4 574.00 m取心段電性特征；c. C2井，4 570.00 m，泥級沉凝灰?guī)r巖心照片；d. C2井，4 568.50 m，晶屑玻屑凝灰?guī)r巖心照片；e. C2井，4 570.00 m，泥級沉凝灰?guī)r薄片照片；f. C2井，4 568.90 m，晶屑玻屑凝灰?guī)r薄片照片。

5" 結(jié)論

查干花次凹水下噴發(fā)火山巖分為2種巖相4種亞相，根據(jù)測井曲線形態(tài)特征和測井參數(shù)值結(jié)合常規(guī)測井和成像測井總結(jié)了查干花地區(qū)水下噴發(fā)火山巖相電性特征，建立了水下噴發(fā)火山巖的測井識別模板。

1）氣攜水下熱碎屑流亞相火山灰球不發(fā)育段顯示高自然伽馬、高電阻率、中聲波時差和低密度的特征，曲線呈中高幅指形，成像測井顯示高阻亮色，塊狀構(gòu)造；火山灰球發(fā)育段顯示低自然伽馬、低電阻率、高聲波時差和中密度的特征，曲線中低幅光滑，形態(tài)較為平直，成像測井顯示低阻暗色，塊狀構(gòu)造，可見少量層理。

2）水?dāng)y火山高密度流亞相顯示高自然伽馬、高電阻率、低聲波時差和中高密度的特征，曲線中高幅，形態(tài)為指形，成像測井顯示高阻亮色，可見波狀層理。

3）水下降落亞相顯示高自然伽馬、低電阻率、高聲波時差和中低密度的特征，曲線中低幅較平直或呈中高幅指形，成像測井顯示低阻暗色，可見水平層理。

4）含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相顯示低自然伽馬、高電阻率、低聲波時差和中低密度的特征，曲線為中高幅指形，成像測井顯示高阻亮色，可見平行層理發(fā)育。

根據(jù)不同巖相常規(guī)測井和成像測井的特點，可準確、有效地進行水下噴發(fā)火山巖相識別。

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