松遼盆地安達地區營城組中基性火山巖成藏主控因素

單玄龍，高 璇，徐漢梁

吉林大學地球科學學院，長春 130061

松遼盆地安達地區營城組中基性火山巖成藏主控因素

單玄龍，高 璇，徐漢梁

吉林大學地球科學學院，長春 130061

松遼盆地中基性火山巖主要發育于安達次洼陷地區，其產出的天然氣量占研究區深層產能總量的60%左右。研究區中基性火山巖氣藏以沙河子組暗色泥巖和煤層為烴源巖，營城組三段粗面巖、玄武巖、中基性火山角礫巖等為儲層，登婁庫組二段泥巖為直接區域蓋層，并發育多種巖性、構造圈閉，具備有利的成藏條件。利用地質資料和物性數據分析有效儲層特征，結合測井綜合解釋和試氣結果分析了氣藏在剖面和平面上的分布特點，研究了安達次洼陷地區營城組中基性火山巖成藏主控因素。結果表明：巖性和巖相影響有效儲層的發育，噴溢相粗面巖和玄武巖是該區主要的有效儲層類型，爆發相中基性火山角礫巖儲層物性最好，今后勘探中應予以重視；火山旋回控制氣藏的縱向分布，即氣藏主要位于各個火山旋回／期次頂部和上部；火山機構相帶控制氣藏的平面分布，氣藏主要分布于火山口－近火山口相帶。

松遼盆地；營城組；中基性火山巖氣藏；成藏主控因素；火山巖

0 引言

全球已發現的火成巖油氣藏主要分布在中新生界，尤其以侏羅系、白堊系和第三系所占比例較大，這與中新生代全球火山活動較頻繁密切相關。火山巖油氣總計超過50%產于中基性火山巖儲層（玄武巖30%、安山巖18%和粗面巖5%）［1－2］。在2002年松遼盆地慶深大氣田火山巖氣藏勘探取得突破之前，國內絕大部分火山巖油氣藏發現于新生界和古生界的中基性火山巖之中［3－4］。上述表明，中基性火山巖無疑可以成為油氣聚集的優良儲集體。然而，松遼盆地內以往鉆井揭示和氣藏產出的火山巖絕大多數是以流紋巖和流紋質熔結凝灰巖為代表的酸性火山巖［5－6］，而中基性火山巖由于鉆遇程度低、分布局限、物性差、產能偏低，在以往勘探中未受重視。

松遼盆地中基性火山巖發育于下白堊統火石嶺組、營城組和上白堊統青山口組（盆地西南端少量發育），其中營城組是主要勘探目的層。近年來，隨著鉆遇中基性火山巖儲層增多，達深3井、達深4井中基性火山巖試氣獲得高產工業氣流后，認識到中基性火山巖也可以作為主力產層。尤其在安達次洼陷地區，中基性火山巖儲層中產出的天然氣量占深層產能總量的60%左右，而此時在儲層特征和成藏規律等方面的地質認識已突現不足，加強針對性的研究顯得十分必要。

在國內中基性火山巖油氣藏的盆地中，構成儲層的中基性火山巖多形成于古生界和新生界，儲油為主，而松遼盆地中基性火山巖形成于中生界白堊系，儲氣為主，各個盆地在盆地演化和火山巖形成的構造背景等方面也具有差異性［7－9］；因而，火山巖儲層的形成、改造以及油氣成藏過程勢必會有所不同。因此，筆者一方面借鑒國內學者在其他盆地中針對中基性火山巖油氣藏實例的研究思路和工作方法，另一方面側重研究區的實際情況，結合測井綜合解釋和鉆井試氣結果分析了有效儲層特征并在剖面和平面上研究其分布特點，總結了該區成藏條件，通過對松遼盆地營城組中基性火山巖成藏主控因素的剖析，揭示該區域火山巖氣藏的成藏規律，為勘探開發提供依據。

1 研究區火山巖特征

營城組中基性火山巖在松遼盆地北部徐家圍子斷陷全區均有鉆井揭示，但主要集中在斷陷北部安達次洼陷地區。目前安達地區共有20口井鉆遇營城組中基性火山巖，埋藏深度2 950～3 750m，揭示總厚度4 317m，單井揭示中基性火山巖厚度為15～550m。

安達次洼陷位于徐家圍子斷陷北部，是由宋西斷裂北段控制的西斷東超的箕狀斷陷，南端以東西向的宋站低凸起分割與杏山次洼陷相鄰（圖1），面積約650km2。根據鉆井揭示和地震解釋，區內地層發育較全，缺失營城組一段、二段，營四段局部發育，營城組三段中基性火山巖為近年來勘探目的層。

區內發育一系列北西向和北北東向（部分為近南北向）的斷裂，控制了火山巖和火山噴發中心的分布，火山巖主要呈中心式噴發。玄武巖分布面積廣，占據研究區面積2／3以上；安山巖以共生形式局部發育于玄武巖之上；粗面巖沿北西向斷裂局部發育，分布范圍相對較小，形成時間晚于玄武巖。研究區南部以流紋巖為主，在宋深井區玄武巖與流紋巖交互式發育，形成雙峰式火山巖組合［10］。

2 成藏條件

安達次洼陷在靠近基底大斷裂的一側形成沉降和沉積中心，地層沉積厚，烴源巖發育。從達深1井及鄰井鉆探情況分析，深層烴源巖目前主要有兩類：沙河子組深湖半深湖相的暗色泥巖和濱淺湖沼澤相的煤系暗色泥巖及煤層（圖2）。區塊內暗色泥巖平均厚度192.1m，煤層平均厚度26.8m。這些泥巖和煤層厚度大、有機質豐度高，有機質演化處于高成熟—過成熟階段，排氣強度可達到120×108m3／km2，為好的氣源巖。

圖1 安達次洼陷構造位置圖Fig.1 Structure location of Anda subsag

斷陷主體營城組火山巖分布連續：早期火山巖分布局限，主要為中酸性火山碎屑巖；中期火山巖分布范圍較廣，主要為中基性火山巖噴發，厚度最大，巖相以噴溢相為主；晚期火山巖分布范圍也較廣，厚度也較大，主要為中酸性火山巖夾少量中基性巖。火山巖相以爆發相為主，是火山多次爆發疊加的結果，主要也集中在中西部。由于該區的火山巖分布與宋西斷裂密切相關，該套火山巖在中央深斷陷帶厚度最大，在達深2井附近達780m，向東、西兩側厚度減小，逐漸尖滅。

泉頭組一、二段泥巖累計厚度大，埋藏深，成巖作用強，巖性致密，橫向分布穩定，是營城組主要的區域蓋層。登婁庫組二段沉積時期盆地處于斷陷向坳陷轉化的過渡時期，主要為弱補償條件下的扇三角洲—湖泊相沉積，沉積環境穩定，巖石粒度細，泥巖發育，厚度50～100m，基本覆蓋全區，是營城組直接區域蓋層。登二段與下伏營三段地層呈不整合接觸。

安達次洼陷在中部安達向斜周邊發育多個正向構造帶，東南側為宋站低凸起，西北部為古中央隆起帶，其上發育有可圈閉的臥里屯構造群及汪家屯凸起，并在向斜中部存在近南北向的層間巖性體隆起帶；這些構造背景對于聚集天然氣都比較有利。同時安達次洼陷內部火山機構中心以及火山活動引起的構造斷隆帶及斷隆區都屬于構造高點，可形成良好的構造－巖性圈閉。火山巖內部的風化殼層、氣孔帶、破碎帶等又可作為巖性圈閉。

由此可見，安達次洼陷地區火山巖儲層發育，圈閉條件好，生儲蓋組合配置適當，具備形成火山巖大氣田的物質基礎。

3 成藏主控因素

圖2 安達次洼陷地區達深1－達深2－汪深102－宋深2－宋深102井地質剖面圖Fig.2 Geological section of Anda subsag

安達次洼陷位于徐家圍子斷陷相對構造低部位，多期火山噴發形成的多個火山巖體相互之間基本不連通，構成縱橫向上的孤立儲滲體，氣水關系復雜，無統一氣水界面，氣藏分布在斜坡區、深凹帶，以巖性氣藏為主。氣藏來源充足，區域蓋層發育，因此良好的儲集體是天然氣富集成藏的關鍵。

3.1 巖性和巖相影響有效儲層的發育

火山巖巖性和巖相控制孔隙和裂縫的發育以及分布，是儲層形成的基礎。安達次洼陷地區中基性火山巖主要包括玄武巖、安山巖、粗面巖、中基性火山角礫巖和中基性凝灰巖，總體上屬于中－低孔、低滲儲層類型（表1）。5類儲集巖中：火山角礫巖（圖3a，b）的孔隙度和滲透率最大，安山巖次之，但兩者分布局限，在有效儲層中所占比例小；玄武巖（圖3c，d）和粗面巖盡管總體上屬于低孔、低滲儲層，但其分布規模大，局部發育宏觀孔縫，是構成有效儲層的主體。

從研究區16口鉆井中基性火山巖井段試氣結果來看，玄武巖和粗面巖的天然氣產能總量占85%，與有效儲層的分布比例基本一致。粗面巖產能總量和單井平均產能（大于80 000m3／d）均為最高，尤其鉆遇粗面巖的4口井（DS2、DS3－1、DS3－3、DSX301）壓后均獲工業氣流；玄武巖單井平均產能相對較低，單井最高產能僅略高于工業氣層界限值（40 000m3／d），鉆遇玄武巖的井除 DSX5、DSX7壓后獲工業氣流以外，其余均為低產氣流，目前產能難以取得突破。

巖性對中基性火山巖儲層和氣藏的形成起了重要作用，主要表現在不同的巖性與裂縫形成的關系。北京大學的巖石三軸壓縮實驗結果［11］表明：玄武巖的抗壓強度最大，為72～136MPa；粗面巖（圖3e，f）和粗面質角礫巖屬于中等抗壓強度，為39～82 MPa；凝灰巖的抗壓強度很低，約為25MPa。這說明玄武巖不易破裂，最難形成構造裂縫（圖3g），而粗面巖類（尤其是粗面質角礫熔巖）和凝灰巖（位于噴發中心附近）最易破裂，容易形成構造裂縫。另外，粗面巖不僅可以形成構造裂縫，而且還可以在其頂部形成原生隱爆裂縫，它在構造作用下更容易發生脆性破碎，改善儲集性能［12］，有利于儲集油氣。

通過成像測井裂縫綜合統計（表2），表明單井產能與巖性、裂縫發育程度存在一定關系：粗面巖較玄武巖裂縫發育程度好，產能高；玄武巖中裂縫發育程度好的層段則產能較高。因此，粗面巖應為本區最重要的中基性火山巖產層類型，玄武巖次之。玄武巖中高角度裂縫的發育程度決定了滲透率的大小和儲集性能。

表1 中基性火山巖巖性與物性、產能對應關系Table 1 Porosity，permeability and productivity according to lithology

表2 中基性火山巖巖性與裂縫發育程度、產能關系Table 2 Fracture development degree and productivity according to lithology

圖3 安達次洼陷地區營城組三段中基性火山巖典型特征照片Fig.3 Typical characteristics of intermediate and mafic volcanic rocks of the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

區內巖相包括噴溢相、爆發相、火山通道相和火山沉積相（表3）。爆發相熱碎屑流亞相孔隙度、滲透率發育為最好，火山通道相火山頸亞相、隱爆角礫巖亞相次之。但爆發相和火山通道相發育厚度小、范圍局限，產能占天然氣總產能的20%，其余約80%為噴溢相。噴溢相產能總量和單井平均產能均為最高，是產層的主要巖相類型。因區內80%以上的巖相為噴溢相，占有絕對主導地位，所以巖相對成藏的控制作用體現得相對較不明顯。

根據試氣結果，工業氣層以爆發相中基性火山角礫巖和噴溢相粗面巖為主，低產氣層主要為噴溢相玄武巖、安山巖。綜合物性和厚度、分布范圍等條件，區內有利的儲集體應為噴溢相粗面巖和玄武巖。

爆發相、火山通道相中基性火山角礫巖在本區物性最好，但由于鉆遇井數少，厚度小，目前不能作為本區的主力產層，但可作為重要的勘探方向，在今后勘探中應予以重視。

3.2 火山旋回控制氣藏的縱向分布

根據單井旋回劃分和井間對比分析，本區營城組三段火山巖總體上可劃分為3個噴發旋回［13－14］（表4）。

在安達次洼陷20口鉆井儲層綜合解釋結果和試氣結果的基礎上，對安達次洼陷火山巖噴發旋回與有效儲層、氣藏分布特征關系進行了分析。

由圖4可見：綜合解釋氣層主要發育在營三段旋回二（玄武巖和粗面巖）和旋回三（玄武巖）之中，旋回一中未見，其中，旋回二好于旋回三。試氣結果顯示，試氣產能全部集中在旋回二和旋回三之中，旋回二試氣產能總量和單井平均產能都高于旋回三。12口井在營三段旋回二中基性火山巖中有試氣結果，產能總量達到514 048m3／d，單井平均42 837 m3／d。有4口井在旋回三中基性火山巖中有試氣結果，產能總量為70 363m3／d，單井平均17 590 m3／d。營三段旋回一火山巖中未有試氣產能。

由于火山噴發具有多旋回、多期次的特點，在火山間歇期，在暴露面頂部發生的風化淋濾作用形成的裂縫，常與溶蝕縫和構造裂縫交錯相連，將巖石切割成大小不同的碎塊；同時，風化裂縫為后期構造裂縫復雜化或進入深埋藏階段后再次受到熱液溶蝕作用創造了有利條件［15］；另外，在旋回的頂部常發育拱張裂縫。所以在火山噴發期次的頂部尤其在旋回頂部或底部（有松散層存在），具備形成好的火山巖儲層的有利條件。

對于噴溢相火山巖，噴發的多期次性造成不同薄層巖類疊置頻繁，在旋回期次的界線處易發育優質儲層，形成有利氣藏［16］。如達深3、4井中基性火山碎屑巖和火山熔巖交互出現（圖5），火山噴發期次頻繁且巖性變化快，單一巖性厚度薄，總體物性好，均獲工業氣流。

現有測井綜合解釋資料和鉆井產能測試結果證實，60%以上的氣層分布在火山旋回的頂部，如達深X7井營三段旋回二為大套的玄武巖，底部夾少量安山巖，在頂部見厚38m、產能40 414m3／d的工業氣層，下部均為干層。達深2井氣層、氣水同層及水層均位于頂部旋回三，氣層位于旋回三頂部，向下為氣水同層和水層。

表3 中基性火山巖巖相與物性、產能對應關系Table 3 Porosity，permeability and productivity according to lithofacies

表4 安達次洼陷地區營城組三段旋回劃分Table 4 Cycles division of the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

圖4 安達次洼陷地區營城組三段氣藏剖面圖Fig.4 Gas reservoir sectionof the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

圖5 巖性巖相與旋回期次劃分綜合柱狀圖Fig.5 The lithology，lithofacies，cycles and stages synthetic column map

70%以上的氣藏產能來自于全井段火山巖序列的頂部旋回。如：宋深2井在旋回三解釋差氣層1層，旋回二解釋差氣層2層，僅在旋回三頂部壓后自噴獲3 779m3／d的低產氣流，其余均為干層；宋深1井在旋回二底部玄武巖中僅獲928m3／d低產氣流。

由上可見，火山旋回對于中基性火山巖氣藏的縱向分布具有重要的控制作用。

3.3 火山機構相帶控制氣藏的平面分布

安達次洼陷地區主要發育3種類型火山機構：中基性熔巖火山機構、酸性熔巖火山機構和中基性復合火山機構。

中基性熔巖火山機構在本區分布廣泛，主要包括兩種類型：一類是由粗面巖形成的外成穹丘，另一類是由玄武巖形成的熔巖流和熔巖被。玄武巖巖流和巖被是安達次洼陷地區分布最為廣泛的火山機構類型，鉆井揭示厚度250m左右，延伸最大可達22 km，一般為10～14km。酸性熔巖火山機構主要分布在汪家屯地區，由酸性熔巖組成。中基性復合火山機構主要分布在宋站地區，巖性以中基性熔巖和火山碎屑（熔）巖疊置發育為特征。

中基性熔巖火山機構主要發育在旋回二，僅達深6井、宋深2井獲低產氣流，其余鉆遇旋回二中基性熔巖火山機構的鉆井試氣均獲工業氣流；旋回三中達深2井鉆遇中基性熔巖火山機構粗面巖也獲42 065m3／d的工業氣流。中基性復合火山機構主要發育于旋回三，除達深1井、宋深1井獲低產氣流以外其余均無氣流顯示。由此可見，安達次洼陷地區，中基性熔巖火山機構中氣藏發育程度好于中基性復合火山機構。

本次研究選用3道求取平均地層傾角屬性和火山巖頂面構造資料進行火山機構相帶劃分：將大傾角值和正地形區域劃分為火山口－近火山口相帶，將小地層傾角值區域劃分為遠源相帶，將剩余區域劃分為近源相帶。在營三段中基性火山巖層中共識別出13個火山口－近火山口相帶。其直徑最小1km，最大5km，主要范圍1～2.5km。

根據地震剖面和火山機構與氣藏平面分布疊合圖（圖6），主要鉆井和氣藏均位于火山機構中心部位，即火山口－近火山口相帶是有效儲層集中發育區。

平面上，遠源相火山巖厚度小，后期充填作用占主導，成藏幾率小；火山口－近火山口相和近源相火山巖厚度大，儲層發育厚度也相對較大，而且受溶解作用、構造作用等多期改造，易于形成良好的孔隙和裂縫配置，并且該類火山巖儲層改善作用早于烴類運移，可構成有利于成藏的時空配置，成藏幾率大。由于火山噴發作用及構造演化的繼承性，使得火山口附近既是儲層發育帶也是構造高部位，對氣藏的形成十分有利。試氣結果顯示，火山口－近火山口相和近源相的氣藏產能分別占總量的62%和38%，而遠源相占0%，并且呈現出距離火山口越遠，單井產能越低的趨勢。

汪深102井巖性主要為安山質玄武巖、玄武巖，綜合解釋均為干層，試氣結果壓后自噴＋氣舉日產氣43m3，干層；其主要原因為距火山口遠，儲層物性差。距離火山口較遠的達深6井巖性為玄武巖、安山質玄武巖，厚度小，僅102m，綜合解釋為差氣層，試氣結果壓后自噴產氣1 988m3／d，低產氣層。

達深302井與汪深102井、達深6井試氣井段巖性巖相相同，同為旋回二，深度相近，但達深302井獲10 496m3／d工業氣流，這與其距離火山口較近、儲層物性較好密切相關。

由此可見，火山機構相帶對氣藏的平面分布具有重要的控制作用。

4 討論

1）中基性火山巖與中酸性火山巖成藏存在差異。松遼盆地北部徐家圍子斷陷以往鉆遇的氣藏主要以流紋巖和流紋質碎屑巖為主，這類火山巖不僅原生孔隙最為發育，次生孔隙也很發育，是松遼盆地火山巖大氣田發現的主力產層。對于中基性火山巖而言，隨著巖漿酸度降低，黏度因此降低，流動性增加，巖漿中氣體較易逸出，原生孔隙發育程度較酸性熔巖低，次生孔隙后期充填作用強烈，充填礦物類型多樣：鈣質、硅質、黏土礦物等；因此，研究區中基性火山巖“先天不足”，物性較差。所以，裂縫的發育程度對改善儲層物性尤為重要，裂縫發育區是尋找中基性火山巖氣藏的關鍵區域。

2）研究區中基性火山巖氣藏的分布規律。粗面巖儲集體厚度大，分布局限但較易發育裂縫，儲層物性好；玄武巖具有發育多期儲層單元、單層厚度小、分布廣、面積大等特點，是該區主要的儲層。平面上火山口－近火山口相帶的爆發相和噴溢相位于相對構造高部位，靠近斷裂，有利于天然氣的運移和聚集。縱向上氣藏主要分布在火山口－近火山口相帶的火山巖序列頂部旋回，以及各個火山旋回／期次頂部和上部。該區具有下生上儲短距離近火山口構造高部位成藏的特點，受巖性、火山旋回和火山機構相帶的控制作用明顯。

圖6 安達次洼陷地區營城組三段中基性火山巖火山機構與氣藏平面分布疊合圖Fig.6 Congruency of intermediate and mafic volcanic edifices and gas reservoir horizontal distribution of the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

目前松遼盆地安達次洼陷地區勘探程度較低，營三段鉆遇大套中基性火山巖的鉆井僅16口。隨著勘探進程的加快以及地質情況認識的不斷深入，中基性火山巖的成藏主控因素仍將不斷完善。

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The Main Factors of Intermediate and Mafic Volcanic Gas Reservoir－Forming of Yingcheng Formation in Anda Area of Songliao Basin

Shan Xuan－long，Gao Xuan，Xu Han－liang

CollegeofEarthSciences，JilinUniversity，Changchun130061，China

Intermediate and mafic volcanic rocks of Songliao basin mainly are developed in Anda subsag，which gas productivity takes about 60%of total productivity in the deep layers of the study area.The source rocks of intermediate and mafic volcanic gas reservoir are dark mudstone and coal developed in Shahezi Formation.Reservoirs are dominated by trachyte，basalt and volcanic breccia of the Third Member of Yingcheng Formation.Regional cap is mudstone of the Second Member of Denglouku Formation，besides these，there are many kinds of lithologic and structural traps，which benefit to reservoir－forming.The characteristics of effective reservoir are analysised by property and permeability data.Then combining comprehensive log interpretation and gas testing results，the distribution of gas reservoir both on longitudinal and horizontal sections is analysised.The main factors of intermediate and mafic volcanic gas reservoir－forming of Yingcheng Formation in Anda subsag are studied.Lithology and lithofacies influence the development of effective reservoir，and trachyte and basalt of effusive facies are mainly effective reservoir type.Intermediate and mafic volcanic breccia of explosive facies have best property and permeability which should be paid special attention.Volcanic cycles control the longitudinal distribution of gas reservoir，that is gas reservoirs mainly locate in the top and upper of each volcanic cycles／stages.Volcanic edifice facies belts control the horizontal distribution of gas reservoirs.The gas reservoirs distribute mainly in cracter－near cracter facies belts.

Songliao basin；Yingcheng Formation；intermediate and mafic volcanic gas reservoir；reservoir－forming main factors；volcanic rocks

P618.13

A

1671－5888（2012）05－1348－10

2011－12－29

國家“973”計劃項目（2009CB219306）；東北亞生物演化與環境教育部重點實驗室項目；吉林大學“211”工程三期建設項目；2009年教育部基本科研業務經費項目（吉林大學創新團隊發展計劃）

單玄龍（1969—），男，教授，博士生導師，主要從事石油天然氣勘探與開發的教學與研究，E－mail：shanxl＠jlu.edu.cn。