松遼盆地下白堊統營城組火山巖噴發旋回特征

唐華風邊偉華王璞珺姜傳金王瑩

1.吉林大學地球科學學院 2.中國石油大慶油田公司勘探開發研究院

松遼盆地下白堊統營城組火山巖噴發旋回特征

唐華風1邊偉華1王璞珺1姜傳金2王瑩1

1.吉林大學地球科學學院 2.中國石油大慶油田公司勘探開發研究院

唐華風等.松遼盆地下白堊統營城組火山巖噴發旋回特征.天然氣工業,2010,30(3):35-39.

松遼盆地興城地區下白堊統營城組一段火山巖可劃分為下部、中部和上部3個噴發旋回。營城組一段98%的工業氣流都富集在上部旋回,該旋回便成為火山巖勘探開發的重點,而快速準確地確定上部旋回、明確各旋回的井—震標志則成為首要任務。基于關鍵井鉆井資料及其地震反射特征的對比分析,建立了火山巖噴發旋回的井—震標志:①下部旋回的巖性以酸性巖為主,含中基性巖,噴溢相占90%;部分井段伽馬值小于90API;地震特征為席狀—盾狀—錐狀、中—強振幅、中高頻、連續性好。②中部旋回的巖性以酸性巖為主,發育少量的中性巖,噴溢相占79.5%;伽馬值多為90～160API;地震特征為丘狀—透鏡狀—穹隆狀—板狀、中弱振幅、中低頻、連續性中—好。③上部旋回的巖性為酸性巖,噴溢相占47.1%、爆發相比例大幅度提高;伽瑪值多為130～260API;地震特征為丘狀—楔狀—席狀、中弱振幅、中低頻、連續好—差。上述火山巖噴發旋回的井—震標志也為快速找準鄰區火山巖勘探目的層提供了依據。

松遼盆地 早白堊世 火山巖 儲集層 噴發旋回 地球物理特征 標志 成藏特征

經過多年的勘探實踐,在松遼盆地徐家圍子斷陷發現了慶深氣田,目的層段主要是下白堊統營城組火山巖。慶深氣田的發現過程中經歷了3次重大突破,其標志分別是1995年第一口工業氣流井(SS2井)的發現、2002年第一口高產氣流井(XS1井)的發現和2005年1000×108m3天然氣探明儲量的提交。表明松遼盆地火山巖油氣藏勘探完成了由偶然發現、局部勘探向全面勘探的轉換[1]。

這3次突破與對火山巖認識程度的細化是密不可分的。1996年以前將斷陷層系地層統稱為侏羅系,這對于火山巖儲層的識別和對比極為不利,導致火山巖勘探從1995年至2001年沒有獲得重大突破。1996～1999年的斷陷層系地層對比研究結果認為,斷陷層系主要存在3套火山巖,從下到上分別是下白堊統火石嶺組二段、營城組一段和營城組三段[2]。當時已發現的天然氣藏主要富集在中上部的營城組一段和三段的2套火山巖中,所以將火山巖勘探的重點集中在營城組一段和三段[3],促進了XS1井的發現[4]。隨著火山巖勘探的不斷深入,對營城組一段和三段可劃分出下部、中部和上部旋回[5-6],火山巖氣藏中98%的工業氣層都富集在營城組一段和三段的上部旋回之中。所以營城組火山巖勘探的首要任務就是識別出各段的上部旋回。火山巖噴發旋回劃分可迅速鎖定勘探目標區和目的層,對降低勘探成本和風險有著重要意義,加速了慶深氣田的發現[7-8]。目前松遼盆地火山巖勘探主要集中在徐家圍子斷陷和長嶺斷陷,下一步勘探范圍將擴大到其他斷陷[9]。據徐家圍子斷陷深層火山巖勘探的經驗可知:在松遼盆地深層火山巖的甩開勘探中,火山巖旋回的劃分和識別是首先需要解決的難點問題。

在盆地火山巖的勘探階段,火山噴發旋回主要指火山噴發過程中巖漿成分和噴發強度彼此有所區別的變化階段,旋回之間存在噴發間歇。所以旋回之間可能存在沉積巖夾層、風化殼等噴發間斷面,巖性巖相的類型和序列也存在差別,相應的在地球物理響應特征上也存在差別。據此,可根據巖性特征、重磁特征、地震反射特征和同位素年齡劃分火山噴發旋回[10-11],也可依據沉積巖夾層、巖性組合特征[12-13]、噴發物相互疊置關系、風化殼和同位素年齡資料識別火山噴發旋回[14]。

筆者以松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區為例,根據25口典型鉆井和三維地震資料,進行營城組一段火山巖旋回劃分對比,探討松遼盆地營城組一段各旋回的地質—地球物理識別標志和噴發特征,建立營城組一段火山噴發模型。以期為鄰區火山巖勘探的旋回劃分和識別提供依據。

1 火山巖噴發旋回地質—地球物理特征

1.1 火山巖特征

營城組一段和三段發育豐富的火山巖,各段火山巖具有不同的特征。據鉆井資料統計可知營城組一段酸性火山巖約占86%,中—酸性巖占6%,中性巖約占3%,基性巖占2.3%,沉火山碎屑巖和砂礫巖約占2.7%。其中熔巖約占50%,碎屑熔巖約占34%,碎屑巖約占13.3%,沉火山巖和砂礫巖約占2.7%。橫向上主要有4種巖性序列:①珍珠巖—流紋巖—凝灰質角礫熔巖;②流紋質角礫巖—流紋質凝灰熔巖/流紋質角礫熔巖—砂礫巖;③安山質角礫熔巖—安山質凝灰/角礫巖—沉火山碎屑巖;④英安巖—英安質凝灰/角礫熔巖—英安質角礫巖—英安質凝灰巖。在局部地區的中上部發育一套沉積巖夾層,厚度為30～70m。

營城組三段酸性巖占60%,中—酸性巖約占13%,中性巖約占9%,基性巖約占16%,沉凝灰巖和凝灰質砂巖約占2%。其中熔巖約占68%,碎屑熔巖約占25%,碎屑巖約占5%,砂礫巖約占2%。橫向主要有3種巖性序列:①珍珠巖—流紋巖—流紋質角礫熔巖—流紋質凝灰巖—砂礫巖/沉火山碎屑巖;②玄武巖/英安巖—角礫熔巖—沉凝灰巖;③流紋質角礫熔巖—流紋巖—流紋質凝灰巖—沉凝灰巖。

本文提及的研究區位于徐家圍子斷陷中部,包括升平—興城隆起的中部、徐西斷凹的中東部邊緣和榆西斷凹的中西部邊緣處(圖1),屬于慶深氣田的中部區域。其火山巖屬于營城組一段。

1.2 噴發旋回地質—地球物理特征

根據巖性組合特征、電性特征和地震反射特征將興城地區營城組一段火山巖劃分為3個旋回(圖2),并實現了井—震聯合對比(圖3)。下面介紹該區營城組一段火山巖各噴發旋回的地質—地球物理特征。

1.2.1 下部旋回

鉆井揭示下部旋回以酸性巖為主,含中基性火山巖。如,XS602井(鉆穿)巖性為玄武質角礫熔巖,XS2(未穿)井見安山巖,XS7(未穿)井見玄武巖。巖相以噴溢相為主。在伽馬測井曲線上可見值小于90API的井段(呈箱形),曲線整體上為光滑—微齒的低—中幅箱形。地震反射特征為席狀—盾狀—錐狀、中—強振幅、中高頻、連續性好,多數地區火山口位置不明顯。從巖性巖相組合特征和地震反射特征分析可知該區火山噴發方式具有裂隙式噴發的特征。從下部旋回厚度來看,噴發中心在XS7-XS3井之間,最大厚度為450m。分布范圍較局限,主要分布于研究區南部。

圖1 研究區位置圖

1.2.2 中部旋回

鉆井揭示中部旋回巖性以流紋巖和流紋質角礫巖為主,見少量的安山質集塊巖,巖相以噴溢相為主,爆發相次之。在伽馬測井曲線上可知,伽馬值范圍多為90～160API,曲線呈微齒光滑的中低幅箱形。地震特征為丘狀—透鏡狀—穹隆狀—板狀、中弱振幅、中低頻、連續性中—好,火山口位置較明顯。從巖性巖相組合特征和地震反射特征分析可知中部旋回的火山噴發方式具有中心式噴發的特征。從中部旋回的厚度分布特征來看,具有多個噴發中心,噴發中心的分布受斷層控制,火山巖厚度最大的區域為XS3井,厚達600m。該旋回的分布范圍在下部旋回的基礎上大面積擴大。中部旋回噴溢相分布范圍比爆發相大,爆發相在平面呈斑塊狀分布。

1.2.3 上部旋回

圖2 松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區營城組一段火山巖旋回井間對比圖注:Ⅰ1.火山頸亞相;Ⅱ1.空落亞相;Ⅱ2.熱基浪亞相;Ⅱ3.熱碎屑流亞相;Ⅲ1.下部亞相;Ⅲ2.中部亞相;Ⅲ3.上部亞相;Ⅳ1.內帶亞相;Ⅳ2.中帶亞相

圖3 松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區營城組一段火山巖噴發旋回和巖相井—震對比圖注:Ⅰ3.隱爆角礫巖亞相;Ⅳ3.外帶亞相;其他圖例同圖2

鉆井揭示上部旋回巖性以流紋巖和流紋質角礫巖為主,見少量的流紋質晶屑凝灰巖、珍珠巖,巖相以爆發相為主,噴溢相次之。在伽馬測井曲線上可知,伽馬值多為130～260API,曲線呈微齒—齒化的低—高幅鐘形或箱形。地震特征為丘狀—楔狀—席狀、中弱振幅、中低頻,連續好—差,火山口位置明顯。從巖性巖相組合特征和地震反射特征分析可知上部旋回的火山噴發方式具有中心式噴發的特征。從上部旋回的厚度分布特征來看,具有多個噴發中心,噴發中心沿斷層走向呈串珠狀分布,火山巖厚度最厚達800m。該旋回的分布范圍比中部旋回的范圍稍大。爆發相主要分布在研究區的北部,而噴溢相主要分布在研究區的南部。

2 火山巖噴發特征

根據波形分類方法的巖相識別結果和各旋回火山巖厚度估算火山爆發指數,據此推斷各旋回的噴發方式。火山噴出物包括爆發相、噴溢相、火山通道相和侵出相,將爆發相作為是火山碎屑物。所以爆發指數表示為:

根據表1列出的爆發指數來看,下部旋回火山噴發方式與裂隙式噴發相似,中部旋回和上部旋回的火山噴發方式與中心式噴發相似。中部旋回最多,上部旋回排第二,下部旋回的火山噴出物最少。下部旋回以盾形火山為主,主要分布在宋西斷裂帶附近,噴發中心在XS7-XS3井區。可能是由于風化剝蝕和地震資料精度的原因導致下部旋回的火山在地震剖面上沒有明顯的火山口,噴發時應該沒有明顯的噴發柱。中上部旋回噴發中心主要沿著宋西斷層呈現串珠狀分布,上部旋回的噴發中心比中部旋回多,中上部旋回在噴發過程中應該具有較高的噴發柱,上部旋回的噴發柱可能最高。所以,從下部旋回到上部旋回的噴發規模和猛烈程度均在增大,從下部旋回到中部旋回噴出物體積變化幅度最大;從中部旋回到上部旋回的爆發指數變化幅度最大。

表1 松遼盆地徐家圍子斷陷營城組一段各旋回的噴發物和爆發指數統計表

綜上所述從下部到上部火山規模擴大,爆發強度增強,噴發方式由裂隙式變為中心式噴發,火山口數目也在增多(圖4)。當火山建造結束后,火山的高部位遭受剝蝕,同時形成風化殼。在火山與火山之間的洼地接受火山物質再搬運沉積。

圖4 松遼盆地徐家圍子斷陷營城組一段多旋回—多中心火山噴發模型注:其他圖例同圖2

3 噴發旋回的有效儲層和成藏效應特征

將儲集空間中有無流體作為判斷有效和無效儲層的依據,圖5中無效儲層包括干層和非儲層的井段,其余含有流體的均為有效儲層。由此可知,上部旋回成為有效儲層的能力最好,中部旋回成為有效儲層的能力稍差,下部旋回成為有效儲層的能力顯著變差。從成藏效應來看,目前的鉆井還沒有在下部旋回中獲得工業氣流,中部旋回只有極少量井段成為了氣層,而上部旋回中占21.0%的井段成為了氣層,成藏效應顯著。并且上部旋回對氣層的貢獻為98.0%,所以上部旋回就是目前火山巖勘探的重點層段。

圖5 松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區營城組一段火山噴發旋回的有效儲層和成藏效性特征

從圖5中可知鉆遇下部和中部旋回的鉆井較少,特別是下部旋回更少,所以下部和中部旋回的儲層特征更多的是反映該旋回上段的特征,隨著鉆遇中下部旋回的鉆井增多,其成儲成藏特征應該有所變化。

4 結論

1)從下至上將營城組一段劃分為下部、中部和上部3個旋回。下部旋回巖性以酸性巖為主,含部分中基性巖,巖相以噴溢相為主;見伽馬值小于90API的井段,地震特征為席狀—盾狀—錐狀、中—強振幅、中高頻、連續性好,火山口位置不明顯。中部旋回的巖性以酸性巖為主,發育少量的中性巖,巖相以噴溢相為主;伽馬值多為90～160API,地震特征為丘狀—透鏡狀—穹隆狀—板狀、中弱振幅、中低頻、連續性中—好,火山口位置較明顯。上部旋回的巖性為酸性巖,巖相以噴溢相為主、爆發相比例較中下旋回明顯增多;伽馬值多為130～260API,地震特征為丘狀—楔狀—席狀、中弱振幅、中低頻,連續好—差,火山口位置明顯。

2)從下部旋回到上部旋回的噴發規模和猛烈程度均在增大,從下部旋回到中部旋回噴出物體積變化幅度最大;從中部旋回到上部旋回的爆發指數變化幅度最大。噴發方式由裂隙式變為中心式噴發,火山口數目也在增多。

[1]鄒才能,趙文智,賈承造,等.中國沉積盆地火山巖油氣藏形成與分布[J].石油勘探與開發,2008,35(3):257-271.

[2]WANG PU-JUN,REN YAN-GUANG,SHAN XUANLING,et al.The Cretaceous volcanic succession around the Songliao Basin,NE China:Relationship between volcanism and sedimentation[J].Geological Journal,2002,37(2):97-115.

[3]宋吉杰.松遼盆地北部興城地區火山巖地震預測[J].石油地球物理勘探,2007,42(3):315-317.

[4]侯啟軍.大慶探區油氣勘探新進展與下步勘探方向[J].中國石油勘探,2004,9(4):1-5.

[5]唐華風,王璞珺,姜傳金,等.松遼盆地火山巖相地震特征及其與控陷斷裂的關系[J].吉林大學學報:地球科學版,2007,37(1):73-78.

[6]舒萍,丁日新,曲延明,等.徐深氣田火山巖儲層巖性巖相模式[J].天然氣工業,2007,27(8):23-27.

[7]馮志強.松遼盆地慶深大型氣田的勘探前景[J].天然氣工業,2006,26(6):1-5.

[8]徐正順,王渝明,龐彥明,等.大慶徐深氣田火山巖氣藏儲集層識別與評價[J].石油勘探與開發,2006,33(5):521-531.

[9]馮志強,王玉華,雷茂盛,等.松遼盆地深層火山巖氣藏勘探技術與進展[J].天然氣工業,2007,27(8):9-12.

[10]DAVY B W,CALDWELL T G.Gravity,magnetic and seismic surveys of the caldera complex,Lake Taupo, North Island,New Zealand[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research,1998,81:69-89.

[11]NAPPI G,ANTONELLI F,COL TORTI M.Volcanological and petrological evolution of the Eastern Vulsini District,Central Italy[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research,1998,87:211-232.

[12]謝家瑩.試論陸相火山巖區火山地層單位與劃分——關于火山巖區填圖單元劃分的討論[J].火山地質與礦產,1996,17(3/4):85-94.

[13]張立東,郭勝哲,張長捷,等.北票—義縣地區義縣組火山構造及其與化石沉積層的關系[J].地球學報,2004,25(6):639-646.

[14]白志達,徐德斌,張秉良,等.龍崗火山群第四紀爆破火山作用類型與期次研究[J].巖石學報,2006,22(6):1473-1480.

(修改回稿日期 2009-12-03 編輯 羅冬梅)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.008

Tang Fenghua,born in1979,is mainly engaged in geologic-geophysical research of volcanic reservoirs.

Add:Gezilou,No.2199,Jianshe Street,Changchun,Jilin130061,P.R.China

Tel:+86-431-88502620 E-mail:tanghfhc@jlu.edu.cn

Characteristics of volcanic eruption cycles of the Yingcheng Formation in the Songliao Basin

Tang Huafeng1,Bian Weihua1,Wang Pujun1,Jiang Chuanjin2,Wang Ying1
(1.College ofEarth Sciences,J ilin University,Changchun,J ilin130061,China;2.Research Institute of Petroleum Ex ploration and Development,PetroChina Daqing Oilf ield Company,Daqing,Heilongjiang163007,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE3,pp.35-39,3/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The volcanic rocks in the first member of the Yingcheng Formation in Xingcheng area,Songliao Basin,can be divided into three eruption cycles,including lower,middle and upper cycles.In the first member of the Yingcheng Formation,98%of the industrial gas flow is obtained in the upper cycle.Therefore,the upper cycle is the primary target of volcanic reservoir exploration and de-velopment,and the primary task is to define the well-seismic correlation marks of each cycle.①The lower cycle is dominated by acidic rocks and contains some intermediate and basic rocks.Effusive facies occupies90%.The GR value of some intervals is less than90API.The seismic reflections are in sheet-shield-cone shape and feature in medium-high amplitude,medium-high frequency and good continuity.②The middle cycle is dominated by acidic rocks and contain minor intermediate rocks.Effusive facies occupies79.5%.The GR values are mostly in the range of90-160API.The seismic reflections are in mound,lenticular,dome or slab shapes and feature in medium-low amplitude,medium-low frequency and fair-good continuity.③The upper cycle is completely acidic rocks.Effusive facies occupies47.1%,while the percentage of eruptive facies increases remarkably.Most of the GR values are in the range of130-260API.The seismic reflections are in mound,wedge or sheet shapes,featured by medium-low amplitude,medium-low frequency,good-poor continuity.The well-seismic correlation marks of the volcanic eruptive cycles also provide bases for rapidly identifying exploration targets of volcanic rocks in the adjacent blocks.

Songliao Basin,Early Cretaceous,Yingcheng Formation,volcanic rock,reservoir,eruptive cycle,geophysical feature, hydrocarbon accumulation feature

book=35,ebook=294

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.008

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(編號:2009CB219300)。

唐華風,1979年生,副教授,博士;主要從事火山巖儲層地質—地球物理識別研究工作。地址:(130061)吉林省長春市建設街2199號鴿子樓吉林大學地球科學學院。電話:(0431)88502620。E-mail:tanghfhc@jlu.edu.cn