松遼盆地德惠斷陷營城組火山機構刻畫及儲層意義

王立武，劉智軍，劉殿密，王麗麗，岳慶友，遲喚昭,3，馬驍

1.中國石油吉林油田公司地球物理勘探研究院，吉林松原138000；2.吉林大學地球科學學院，長春130061；3.長春工程學院，長春130061

0 引言

德惠斷陷位于松遼盆地東南隆起區一級構造單元內，面積約為4 053 km2，形成于早白堊世早期，在晚古生代淺變質巖系的基底上發展起來的中生代沉積盆地[1]。截至2018年初，松遼盆地德惠斷陷已鉆探70余口井，鉆遇火山巖31口，火山巖主要分布在火石嶺組和營城組。前人研究成果表明相同規模的酸性熔巖火山機構其物性要明顯優于酸性碎屑巖火山機構[2]，但研究區鉆井顯示有些碎屑巖儲層反而優于其他火山熔巖儲層。營城組火山巖儲層發育受火山機構、期次、噴發單元和巖相等多種因素控制[2--4]。目前針對德惠斷陷火山巖儲層分布規律及其預測方法的研究較弱，已成為該區域火山巖油氣勘探開發中亟待解決的問題。筆者根據鉆井資料、測井資料以及地震資料等對火山機構內幕解剖并結合儲層空間類型分析火山機構內幕因素對儲層的控制作用，利用火山機構--噴發單元--巖相逐級精細刻畫的方法，探討有利儲層的發育規律，為下一步火山巖有利儲層評價起到指導意義。

1 地質背景

德惠斷陷北與王府斷陷相連，南鄰梨樹斷陷，西鄰登婁庫凸起。德惠斷陷為雙斷式斷陷，構造演化主要包括4個階段：斷陷期、斷坳轉換期、坳陷期和萎縮期，形成4個構造層：斷陷層、斷坳轉換層、坳陷層和萎縮層[5,6]。其中火石嶺組、沙河子組、營城組為斷陷期沉積，分別為初始斷陷期、強烈斷陷期和斷陷萎縮期。德惠斷陷的控盆斷裂以德東、德西兩大斷裂為主。受德東斷裂控制，斷陷盆地充填樣式為箕狀斷陷，火山巖沿德東斷裂串珠狀分布，靠近德東斷裂以英安質為主、火山巖為塊狀結構，遠離德東斷裂以安山質和流紋質為主、火山巖以似層狀結構為主。根據火山周期性噴發的特點，火山機構受多期火山噴發疊置而成，依次按照旋回--機構--期次--單元方法進行精細刻畫。筆者將研究區營城組劃分為3段，其中營一段鉆遇到火山巖較多，營三段鉆遇到少許火山巖，而營二段未鉆遇火山巖。營一段火山巖發育沉積間斷、風化殼層，巖性、巖相變化較大。由于冷凝單元與沉積巖層的疊置關系，在地震剖面上可見明顯的不整合面。根據鉆井、測井以及地震資料，本次研究可將營一段劃分為1個旋回3個期次(圖1)。

2 火山機構內幕

火山機構是指一定時間范圍內，來自同噴發源的火山物質圍繞源區堆積構成的，具有一定形態和共生組合關系的各種火山作用產物的總和[7--9]。研究盆地內埋藏火山機構的目的是為了解其儲層的特征。火山巖的儲層類型和物性受巖性巖相的控制，熔巖以氣孔和裂縫為主，碎屑巖以角礫間孔、溶蝕孔和裂縫為主。火山機構控制著儲層的發育程度，火山機構內部結構形態控制著儲層的展布[10]。不同火山機構內幕儲層的形成機制存在很大差別，通過對火山機構內幕儲層綜合研究實現儲層評價的目標。

2.1 火山機構

盆地埋藏火山機構識別方法以及內幕精細刻畫一直是火山巖研究領域中的重點以及難點。目前常規的方法依托于火山巖鉆遇井的巖性巖相的描述，可以判定火山巖的風化殼或者沉積夾層，通過以上界面刻畫不同的噴發期次[11]。但是這種方法只能從鉆井方面識別火山機構中的巖性和巖相組合，并不能完整地刻畫整個火山機構的形態乃至規模，還需通過地震剖面的反射軸的振幅、頻率以及連續性等手段刻畫火山機構的外部形態和內部結構[12]。

通過德惠斷陷營城組火山巖地震資料二維解釋、測井資料解釋以及巖芯資料綜合分析等，從形狀上將德惠斷陷營城組火山機構劃分為3類：層狀火山機構、穹隆狀火山機構和丘狀火山機構(表1)。

層狀火山機構內部一般表現為噴溢相、噴溢相與爆發相互層、噴溢相與火山沉積相互層等形式。巖性較為豐富，可發育火山熔巖、火山碎屑巖和火山沉積巖等多種巖性，層狀火山機構噴發方式由弱到強。測井表現為電阻率測井曲線具有韻律性、周期性變化，火山巖層之間具有明顯的波動性；從二維地震剖面分析，該類型火山機構外部幾何形態為席狀或似層狀，偶見噴溢相中厚熔巖流為板狀，內部反射機構為波形或亞平行，反射頻率為中--高頻，振幅為中--強振幅，連續性較好，典型鉆遇井為Ds21井(圖2)。

圖1 德惠斷陷營城組火山噴發期次劃分對比Fig.1 Division and correlation on volcanic eruption period of Yingcheng Formation in Dehui fault depression

表1 德惠斷陷營城組火山機構類型與特征Table 1 Types and characteristics of volcanic edifice of Yingcheng Formation in Dehui fault depression

圖2 層狀火山機構地質模式圖Fig.2 Geological pattern of stratovolcano edifice

丘狀火山機構一般由酸性巖完整的噴發序列構成，噴發能量由強轉弱，火山機構底部可形成爆發相與噴溢相互層、中部為噴溢相且頂部可形成火山沉積相。火山巖巖性發育豐富，包含火山熔巖、火山碎屑巖以及火山沉積巖。測井表現為電阻率測井曲線齒化程度較嚴重，爆發相與噴溢相交匯界面可見電阻率測井曲線跳躍狀且呈高值；從二維地震剖面分析，該類型火山機構外部幾何形態為丘狀或渣錐狀，內部反射似層狀或亞平行，反射頻率為中頻、振幅中等、連續性一般，典型鉆遇井為Ds15井(圖3)。

圖3 丘狀火山機構地質模式圖Fig.3 Geological pattern of mound volcanic edifice

穹隆狀火山機構內部為侵出相，發生于整個火山噴發旋回的后期，破火山口形成后，巖漿受內壓力作用運移到火山口附近堆積而成，巖性為黏度較大的中--酸性巖，如Ds17井鉆遇大套的英安巖。測井表現為電阻率值為高阻，由于侵出相內帶亞相的儲層空間為大型的松散體，可以成為優質儲層，深淺側向電阻率表征為正幅度差；從二維地震剖面分析，該類型火山機構的外部幾何形態一般為塊狀或穹隆狀，內部反射較為雜亂、空白，反射頻率為低頻，反射振幅較弱，連續性極差(圖4)。

2.2 噴發單元

噴發單元是由一次大規模的火山噴發中的巖漿多次脈沖式噴發形成的，由冷凝邊等界面分割，需在火山機構內部進行刻畫，也是火山巖剖面精細刻畫的最小火山地層單元[2,11]。在火山活動的不同時期，火山噴發方式不同、火山熔漿成分差異以及后期的火山成巖作用等導致了火山噴發的熔巖流在垂向上具有韻律性特征。雖然在地震剖面上未能較好地識別火山巖的噴發單元，尤其是基性火山巖，熔巖流較薄，在地震剖面上根本無法識別。但同一噴發單元的火山巖的內部結構、孔隙特征在垂向上可通過測井曲線的韻律性的變化進行識別。由于火山熔巖中具有一定量的揮發分氣體，如CO2等，氣體自下而上匯集，單元上部由于地層溫度降低，大部分氣體無法逃逸出熔巖地層，氣孔較為發育。所以一次噴發單元的上部氣孔發育要優于下部，呈遞減趨勢，下一次的噴發單元同樣也具有這樣的氣孔發育規律，具體見氣孔結構示意圖(圖5)。通過這種周期性的變化，可以將營一段火山巖在火山噴發期次下劃分若干個單元，一個期次可以代表一個規模較大的噴發單元，也可以是幾個陣列式噴發單元的集合，一個噴發單元代表火山巖亞相的完整序列(圖5)。一個火山機構是不同時期火山巖噴發單元的集合。如丘狀火山機構，主要的噴發方式以中心式噴發為主，偶見中心--裂隙式噴發，其噴發能量較強，其火山巖表征主要以爆發相的火山碎屑巖為主，伴隨著噴溢相的火山熔巖流。爆發相自上而下的完整序列應為熱基浪亞相--熱碎屑流亞相--空落亞相；噴溢相自上而下的完整序列應為上部亞相--中部亞相--下部亞相，完整的火山亞相序列可劃分為同一噴發單元。需要特別注意的是，火山機構極易受到古環境、后期構造作用的影響，導致火山噴發序列的缺失，需要根據地化資料對本區的構造演化以及古氣候等研究來進一步精細劃分火山噴發單元。

圖4 穹隆狀火山機構地質模式圖Fig.4 Geological pattern of dome volcanic edifice

圖5 德惠斷陷營城組Ds15井火山巖噴發單元劃分與對比Fig.5 Division and correlation of volcanic eruption unit in Well Ds15 of Yingcheng Formation in Dehui fault depression

2.3 火山巖相

基于火山噴發方式、火山巖性識別以及火山巖孔、縫結構的配置關系可將松遼盆地火山巖相劃分為5相15亞相。5相為火山通道相、爆發相、噴溢相、侵出相和火山沉積相[13--15]。

火山通道相電阻率測井值呈中--高值，測井曲線均波動范圍較大，且具有典型的高振幅齒狀形態。地震波反射呈團塊狀、管狀以及透鏡狀，內部反射雜亂，頻率為低頻，振幅弱且連續性差。

爆發相電阻率測井值呈中--低值，聲波及密度測井曲線有一定的波動，且呈指狀形態或弱齒化形態。地震波反射特征一般呈板狀或楔狀，內部反射特征一般雜亂，頻率為中--低頻，振幅較弱且連續性較差。

噴溢相電阻率測井值呈中值，測井曲線波動一般，偶見平緩曲線段，且呈指形或鐘形，具有較好的韻律性。地震波反射特征一般呈席狀或亞平行層狀，內部反射可見雜亂或波狀，頻率為中頻，中等振幅，連續性一般。

侵出相電阻率測井值為高值，測井曲線較為平緩。地震波反射特征雜亂，頻率為低頻，振幅極弱且連續性非常差。

火山沉積相在伽馬測井曲線上顯示中--高值，電阻率一般為中--低值，測井曲線形態為高幅度齒化，振動幅度較大。地震波反射特征一般呈席狀和層狀，頻率較高，振幅較強，連續性較好。

通過對研究區測井資料和地震資料解譯，可將德惠斷陷營城組鉆遇13口井火山巖巖相劃分為5相13亞相，將其按鉆遇厚度統計：火山通道相比例約占為2%，共分為2個亞相：火山頸亞相和隱爆角礫巖亞相；爆發相比例約占26%，共分為3個亞相：熱基浪亞相、熱碎屑流亞相和空落亞相；噴溢相比例約占57%，共分為3個亞相：上部亞相、中部亞相和下部亞相；侵出相比例約占9%，共分為2個亞相：內帶亞相和外帶亞相；火山沉積相比例約占6%，共分為3個亞相：含外碎屑火山碎屑沉積巖亞相、 再搬運火山碎屑沉積巖亞相和凝灰巖夾煤沉積亞相(圖6)。

圖6 德惠斷陷營城組火山巖相統計圖Fig.6 Statistics of volcanic facies of Yingcheng Formation in Dehui fault depression

3 儲層特征及發育規律

3.1 儲層類型

通過對13口井的巖芯觀察、鑄體薄片等分析，總結出德惠斷陷營城組一段火山巖4類8種儲集空間，分別為原生孔隙類型發育原生氣孔和粒間孔；次生孔隙類型發育晶體溶蝕孔、基質溶蝕孔和杏仁體溶蝕孔；原生裂縫為收縮縫；次生裂縫為構造縫和溶蝕縫。

原生氣孔發育在火山熔巖中，在噴溢相和爆發相中較為常見，主要成因是巖漿到達地表后，所處低壓強環境(相對于噴發前地層壓力)，部分揮發分氣體逃逸形成的氣孔也可出現在火山角礫巖內部[16,17]。一般呈橢圓狀、拉長狀和不規則狀，后期易被方解石或黏土礦物充填形成杏仁體(圖7-F)。

粒間孔常發育在火山碎屑巖中，在火山通道相和爆發相中較為常見，主要成因是火山噴發期間[12]。由于噴發能量較強，易在地表形成火山碎屑堆，受壓實固結成巖作用形成的孔隙，形狀不規則，巖石顆粒分選程度較差(圖7-G)。

次生孔隙常發育在滲透性較好的火山巖中，與裂縫具有共生的關系[18]。有利于酸性流體作用于火山巖礦物中，使火山巖中的斑晶、基質中的玻璃質礦物以及充填原生氣孔的杏仁體易蝕變溶解，形成晶體溶蝕孔、基質溶蝕孔和杏仁體溶孔(圖7-A、7-E、7-G)。

收縮縫主要發育在火山熔巖中，由于火山噴發期熔結流經地表快速冷凝結晶而形成，受熔巖流中下部發育的火山巖礦物的影響，形成不同的節理縫或噴發單元間的層理縫(圖7-C)。

次生裂縫主要發育在鄰近斷裂的致密熔巖和原生裂縫中，主要受后期的構造作用而形成的構造裂縫和成巖作用后期酸性流體經原生裂縫進一步蝕變作用下形成的溶蝕縫(圖7-A、7-B)。

A.英安巖，構造縫(巖芯)；B.英安巖，溶蝕縫(單偏光)；C.英安巖，冷凝收縮縫(巖芯)；D.英安巖，基質溶蝕孔(單偏光)；E.安山玄武巖，杏仁體溶蝕孔(正交偏光)；F.安山玄武巖，原生氣孔(巖芯)；G.沉凝灰巖，晶體溶蝕孔(單偏光)；H.沉火山角礫巖，粒間孔(單偏光)；I.流紋質凝灰熔巖，基質溶蝕孔(單偏光鑄體薄片)圖7 德惠斷陷營城組火山巖儲集空間類型Fig.7 Reservoir spaces types of volcanic rocks of Yingcheng Formation in Dehui fault depression

3.2 儲層發育規律

根據對火山機構內幕精細剖析，雖然火山巖儲層的非均質性較強，但仍然有一定的規律可循，其分布主要受控于巖漿成分、火山噴發方式以及后期的構造、溶蝕等地質作用。

本次研究將火山機構劃分3種類型，分別為層狀火山機構、丘狀火山機構和穹隆狀火山機構。火山機構橫向上可劃分為火山口--近火山口相帶、近源相帶和遠源相帶，火山口--近火山口相帶發育火山通道相和侵出相，近源相帶發育爆發相及噴溢相，遠源相帶為噴溢相和火山沉積相。一般來說，火山巖噴發能量的強弱以及火山巖的噴發方式等，都會對儲層分布有一定的影響[18,19]。火山機構中心一般為火山碎屑巖，原生儲層類型為粒間孔、原生氣孔和收縮縫等。火山噴發中心或側向中心有利儲層較為發育，不同的火山機構儲層的規模不同，共同規律為火山機構頂部受環境因素影響，易受風化淋濾作用，可形成較好的次生儲集空間。火山機構頂部儲層物性要優于火山機構內部儲層。

火山機構內部噴發單元可根據熔巖性質劃分為基性巖噴發單元和酸性巖噴發單元[3]。基性巖噴發單元較薄，縱向分辨率較差，根據單元間的疊置關系可進一步劃分為板狀熔巖流和復合熔巖流，板狀熔巖流中氣孔發育自上而下逐漸稀疏。復合熔巖流上部橢圓狀氣孔發育，下部管狀氣孔發育，中部則發育一些圓狀氣孔。復合熔巖流疊置不整合面可形成交織--透鏡狀氣孔帶，板狀熔巖流發育層狀氣孔帶，整體上復合熔巖流的物性要優于板狀熔巖流。酸性噴發單元較厚，可根據測井曲線明顯地將噴發單元劃分為上部、中部及下部。噴發單元上部和下部或者火山角礫內部一般原生氣孔較為發育；噴發單元中部則晶間孔和收縮縫較為發育，噴發單元一般發育韻律性儲層，噴發單元上部優于下部，中部最差，但中部一般滲透性較好，與上下部氣孔帶形成了一套優質的孔隙--裂縫配置關系，所以噴發單元上部一般是主要的油氣儲層(圖8)。

火山巖相對火山巖儲層具有較好的控制作用[10]。火山通道相具有典型的堆砌結構、碎裂結構和凝灰結構，角礫間孔隙以及晶內裂縫較為發育。爆發相具有熔巖凝灰結構和火山碎屑結構，晶體粒間孔隙和角礫間孔縫較為發育。噴溢相具有球粒結構，一般呈氣孔構造，儲集空間為杏仁體內孔和晶間微孔。侵出相具有枕狀和斑狀結構，一般為巖球或巖枕構造，整體可見明顯的穹隆狀特征，原生裂縫較為發育且呈環帶狀。火山沉積相與沉積巖沉積相較為類似，具有典型的層理構造特征，含有晶屑、玻屑和漿屑等，儲層類型可見粒間孔隙和次生裂縫等。一般來說，爆發相中熱碎屑流亞相、噴溢相上部亞相和侵出相內帶亞相可形成較好的孔--滲組合，是重要的油氣富集帶。

4 結論

(1)在德惠斷陷營城組旋回格架劃分下，通過地球物理方法將大型火山機構劃分為層狀火山機構、丘狀火山機構以及穹隆狀火山機構。火山機構內部通過沉積間斷和風化殼層劃分為3個期次，并利用測井和地震反射特征應用火山機構--噴發單元--巖相方法對德惠斷陷營城組火山機構逐級進行解剖和精細刻畫。

圖8 Ds15井火山巖井段儲層物性垂向變化特征Fig.8 Vertical distribution of reservoir physical properties on Ds15 volcanic well section

(2)德惠斷陷營城組火山巖發育3種原生儲集空間和5種次生儲集空間，縱向上，火山巖有利儲層發育在火山噴發單元上部或火山噴發旋回和期次的上部；橫向上，火山巖有利儲層主要分布在火山口--近火山口處，其次是火山機構近源相，遠源相儲層物性最差。研究區儲層發育整體受火山機構內部火山巖相及亞相的控制。