松遼盆地長嶺斷陷盆緣陡坡帶中性火山巖相模式及其對儲層的控制作用

任憲軍

中石化東北油氣分公司勘探開發研究院，長春 130062

0 引言

據統計，世界范圍內超過50%的火山巖油氣藏產于中基性火山巖(包括玄武巖30%、安山巖18%和粗面巖5%)儲層中[1-2]。如我國西北準噶爾盆地深層古生界玄武巖中發現有大規模的油氣富集[3]，四川盆地鉆探的永探1井獲得了玄武巖日產22.5萬m3天然氣的重大突破[4],這些均證明中基性火山巖具有良好的油氣勘探前景。然而，松遼盆地已經發現的幾個大型火山巖油氣藏，如慶深氣田、長嶺氣田、松南氣田，則多以酸性熔巖和凝灰巖為儲層[5]。松遼盆地中基性火山巖由于多埋藏于酸性火山巖下部，整體鉆遇程度低，在以往勘探中未受重視[6]。近年來，隨著松遼盆地深層火山巖勘探程度的增加，人們發現以長嶺斷陷為代表的斷陷盆地邊緣斜坡帶酸性火山巖多不發育，而以發育中基性火山巖為主[7-8];并且在長嶺斷陷東南部陡坡帶龍鳳山地區發現了安山質火山巖高產氣藏，最高單井產能達到1.8×104m3，開拓了長嶺斷陷中基性火山巖油氣藏勘探新方向。

火山巖相的精細刻畫是預測火山巖有利儲層的關鍵。王璞珺等[9]建立的5相15亞相火山巖相模式較好地描述了酸性火山巖的空間分布規律。酸性火山巖具有明顯的丘狀外形，不同火山巖相圍繞噴發中心大體呈環狀分布，勘探中往往以火山機構中心相帶為主要目標[10]。相比于酸性火山巖，中基性火山巖丘狀形態不明顯，火山噴發作用、噴發物的搬運和堆積特點與酸性火山巖具有明顯差異，因流動性強而受地形影響明顯，因此酸性火山巖的相模式并不適用于中基性火山巖。對于中基性火山巖相模式，Planke等[11]針對大陸邊緣裂谷盆地大量玄武質火山巖充填，綜合利用地震和鉆井資料詳細劃分了向陸流、熔巖三角洲、內流、內向海傾斜反射、外高、外向海傾斜反射、外平原、凝灰巖席、穹窿、巖床侵入體等一系列火山地震相單元，并結合大陸邊緣裂谷演化過程，提出了大陸邊緣裂谷盆地基性火山巖相模式。但該模式僅針對大陸邊緣裂谷盆地特有的構造-巖漿演化和火山噴發過程，并不適合對以松遼盆地為代表的中國東北部陸內裂谷盆地中基性火山巖充填進行刻畫和解釋。對于陸內裂谷盆地，特別是中基性火山巖較為發育的裂谷盆地陡坡帶，雖已經初步建立了玄武巖火山相模式[12-13]，但是，目前尚沒有建立針對中性火山巖的典型相模式，給以龍鳳山地區為代表的中性火山巖有利儲層預測造成了較大的困難。

本文針對松遼盆地長嶺斷陷陡坡帶龍鳳山地區火石嶺組中性火山巖，綜合利用地震和鉆井資料，建立了斷陷盆地陡坡帶中性火山巖相模式，并探討了其儲層發育規律，以期提高松遼盆地中性火山巖氣藏的勘探效率。

1 區域地質概況

松遼盆地(圖1a)是具有斷坳雙層結構的復合含油氣盆地[14-15]。在晚侏羅—早白堊世期間，松遼盆地下地殼和巖石圈地幔發生了拆沉作用，導致地幔上涌和區域拉張作用，形成了諸多北北東向斷陷盆地，包括長嶺斷陷、徐家圍子斷陷、德惠斷陷、王府斷陷等[16-17](圖1a)。其中長嶺斷陷位于松遼盆地中南部(圖1b)，為松遼盆地晚侏羅—早白堊世最大的裂谷盆地，斷陷期地層廣泛發育，主要由下白堊統火石嶺組、沙河子組、營城組組成(圖1c，d)。其中火石嶺組為斷陷早期充填，主要為火山巖夾煤系地層，巖性主要為凝灰巖和安山巖，已有鋯石測年結果表明其形成時間跨度為124～118 Ma；沙河子組主要為深湖、半深湖相沉積，巖性以黑灰色泥巖為主，夾砂巖、砂礫巖；營城組除發育深湖、半深湖相暗色泥巖外，火山巖十分發育，主要巖性為玄武巖、流紋巖、英安巖及流紋質凝灰巖，同位素測年結果表明火山巖大體形成于115～103 Ma[7](圖1d)。長嶺斷陷可進一步劃分為一系列次凹、次凸和盆地邊緣斷階帶等三級構造單元(圖1b)。本次研究所涉及的龍鳳山斜坡區即屬于長嶺斷陷南部北正斷階帶和龍鳳山次凹的一部分(圖1b)，可大致分為北部洼陷、西部剝蝕、東南緩坡3個構造帶(圖1e)。研究區發育的火山巖屬火石嶺組，巖性主要為安山巖與安山質凝灰巖。

2 研究資料與方法

本次研究綜合利用鉆井及地震資料，對研究區鉆井揭示的火山巖巖性、巖相進行厘定，結合地震資料建立中性火山巖巖相發育模式，進一步利用儲層物性等資料，建立斜坡區中性火山巖巖相與儲層之間的關系。

鉆井資料：包括17口鉆井巖心、井壁取心、巖屑、常規測井及電成像測井資料，井位分布見圖1e。

地震資料：龍鳳山地區三維地震工區面積共560 km2，火石嶺組火山巖埋深通常大于3 000 m，該深度段地震數據主頻平均為40 Hz，火山巖地震平均速度為2 270 m/s，有利于火山巖巖相識別。

3 巖性、巖相特征

3.1 巖性特征

圖2為研究區的巖性巖相比例圖。研究區共發育安山質隱爆角礫巖、安山巖、安山質火山角礫巖、安山質凝灰巖、英安質凝灰巖和沉凝灰巖6種巖性(圖2a)。其中：安山質隱爆角礫巖多呈灰色、灰白色，具有隱爆角礫結構，火山碎屑物呈棱角狀，角礫成分相同且部分角礫可以拼接，角礫間有巖汁充填，為火山噴發中心附近巖漿上升過程中原地炸碎先期噴發火山巖形成(圖3a)；安山巖常呈灰色，斑狀結構，斑晶主要為板狀斜長石和堿性長石，基質交織結構，塊狀構造、氣孔杏仁構造，巖石總體蝕變較強，黏土礦化嚴重(圖3b)；安山質火山角礫巖主要呈灰色，火山角礫結構，碎屑成分主要為晶屑和巖屑，基質為火山灰，塊狀構造(圖3c)；安山質凝灰巖主要呈灰色，火山凝灰結構，碎屑成分也為晶屑和巖屑(圖3d)；英安質凝灰巖晶屑中石英體積分數比安山質凝灰巖增多(圖3e)；沉凝灰巖多呈灰色，碎屑物成分以斜長石和石英晶屑為主，發育有層理等沉積構造(圖3f),多發育于靠近洼陷帶。安山質火山角礫巖、安山質凝灰巖、安山巖和英安質凝灰巖是研究區較為發育的4種火山巖類型。

3.2 巖相特征

王璞珺等[7]依據氣孔、流紋構造等火山巖結構構造，將噴溢相火山熔巖劃分為上部、中部及下部三個亞相。但該劃分方案是依據黏度較大的酸性熔巖建立的，并不適合單層厚度較小，頻繁互層的中基性熔巖。衣健等[12]、黃玉龍等[13]針對中基性熔巖的特點，將中基性噴溢相劃分為辮狀熔巖流、板狀熔巖流及玻質碎屑巖3種亞相。本文對龍鳳山地區中性熔巖噴溢相的亞相劃分采用該劃分方案。爆發相、火山通道相和火山沉積相亞相劃分采用王璞珺等[7]5相15亞相的劃分方案。通過巖心觀察、鏡下鑒定結合常規測井和成像側井，在本區共識別出火山4種巖相5種亞相(圖2b)。

3.2.1 火山通道相

研究區火山通道相隱爆角礫巖亞相較為發育，火山頸亞相和次火山巖亞相少見。隱爆角礫巖亞相巖性主要為安山質隱爆角礫巖，測井曲線近平滑微齒狀(圖4)。電阻率成像測井(FMI)上角礫顯示為高阻亮斑，且具有拼合性(圖5a)。

3.2.2 噴溢相

研究區中性火山巖噴溢相主要發育板狀熔巖流與辮狀熔巖流兩種亞相，巖性均為安山巖。板狀熔巖流流動單元呈厚層平板狀，單層厚度較大，熔巖流頂部發育氣孔帶，中部和下部巖性較為致密。自然伽馬與電阻率曲線為中低幅齒型，聲波曲線常表現為多個正反箱型組合(圖4)；電成像測井圖像中，單個流動單元中下部致密帶為亮白色，上部氣孔帶因被鉆井液充填顯示暗色斑狀(圖5b)。而辮狀熔巖流為多個薄層流動單元疊加形成的交織狀熔巖流，單個熔巖流單元厚度小，導致自然伽馬曲線為低幅微齒狀，聲波時差和電阻率等曲線呈現指狀特征(圖4)。因其氣孔帶較為發育，多數被鉆井液充填呈暗色斑狀(圖5c)。

a. 松遼盆地地理位置和斷陷分布；b. 長嶺斷陷構造分區；c. 過長嶺斷陷地層結構剖面；d. 龍鳳山地區斷陷層地層綜合柱狀圖；e. 龍鳳山地區構造和井位圖。

a. 火山巖巖性比例；b. 火山巖巖相比例。

a. 安山質隱爆角礫巖，b. 安山巖，c. 安山質火山角礫巖，d. 安山質凝灰巖，e. 英安質凝灰巖， f. 沉凝灰巖. Pl. 斜長石；Cpx. 單斜輝石；Q. 石英。

GR. 自然伽馬；RD. 深側向電阻率；AC. 聲波時差。

a. 火山通道相(隱爆角礫巖亞相)；b. 噴溢相(板狀熔巖流亞相)；c. 噴溢相(辮狀熔巖流亞相)；d. 爆發相(熱碎屑流亞相)；e. 火山沉積相(含外碎屑火山碎屑巖亞相)。紅線.高導縫；綠線.高阻縫。

3.2.3 爆發相

爆發相常形成于火山作用的早期, 是指火山強烈爆發作用而產生的各種火山碎屑堆積物的總和。依據火山噴發機制與火山碎屑物搬運方式又可分為空落、熱碎屑流、熱基浪(基底涌流)亞相[7]。研究區主要發育熱碎屑流亞相，特征巖性為安山質凝灰巖和(含集塊)火山角礫巖。熱碎屑流亞相中火山巖由棱角狀-次棱角狀火山碎屑巖組成, 因此碎屑之間呈明顯的“焊接”特征，測井曲線整體呈微齒型(圖4)。成像測井總體呈雜色，可見高阻的亮黃色角礫(圖5d)。

3.2.4 火山沉積相

火山沉積相是經常與火山巖共生的一種巖相,可出現在火山活動的各個時期, 碎屑成分中含有大量火山巖巖屑。火山沉積相可分為含外碎屑亞相和再搬運亞相，研究區主要發育含外碎屑亞相；聲波曲線齒化明顯，呈指狀特征，伽馬和電阻曲線呈微齒型(圖4)。電成像測井上可見明顯的層理特征(圖5e)。

4 地震相特征

研究區5種火山巖亞相的地震反射特征見表1。其中火山通道相具有穿時反射特征，外形常為丘狀、蘑菇狀，內部雜亂或空白反射；噴溢相板狀熔巖流亞相和辮狀熔巖流亞相地震反射特征明顯不同，板狀熔巖流亞相常呈席狀--板狀反射外形，內部平行—亞平行連續反射，而辮狀熔巖流亞相則呈席狀、丘狀外形，內部波狀-雜亂斷續反射；爆發相熱碎屑流亞相為席狀反射外形，內部為較連續平行反射，常發育在盆地斜坡部位，厚度通常較大；火山沉積相地震反射特征類似沉積巖，常呈板狀反射外形，內部為平行—亞平行連續反射。根據地震相特征，可利用地震剖面對火山巖相進行刻畫(圖6)。地震屬性可刻畫火山巖相的空間分布特征[18]。火山通道相在波形聚類屬性上常呈眼球狀特征，圖案混雜(呈多種顏色雜亂分布)；噴溢相和爆發相在波形分類屬性上常呈均勻的團塊狀，包含的波形類別較少，均一性較強(研究區噴溢相為黃色和紅色色塊組合；爆發相為綠色和淺藍色色塊組合)；火山沉積相在波形分類屬性上表現為多種波形雜亂分布特征(圖7a)。

表1 研究區各火山巖相的地震反射特征

5 火山巖相模式

綜合利用鉆井、地震剖面和地震屬性對研究區火山機構、火山巖相進行了精細刻畫(圖6、7)。結果表明，長嶺斷陷西部陡坡帶火石嶺組火山噴發以爆發作用為主，溢流作用為輔。基于巖性、巖相、火山機構空間分布特征，建立了研究區中性火山巖相模式：火山口主要分布在盆緣構造高部位，分別位于B215井、B213-20井及B216井附近，沿斷裂分布，近火山口主要發育火山通道相，噴溢相的辮狀熔巖流和板狀熔巖流亞相，厚度總體較薄；向盆地沉積中心方向的火山斜坡處主要發育爆發相熱碎屑流亞相，厚度較大，進一步靠近盆地沉積中心則過渡為火山沉積相(圖6—8)。

6 討論

6.1 盆緣斜坡帶火山噴發模式

在火山學理論[19-20]指導下，根據建立的火山機構空間分布模式和火山巖相模式，結合盆地斜坡帶古地形地貌，還原了該區火石嶺組火山噴發模式。在火山口-近火山口相帶，火山縱向序列為安山巖和火山角礫巖互層，每個噴發單元由火山角礫巖開始，到安山巖結束。這種由爆發到溢流的相序反映了一次完整的亞普林尼式火山噴發作用過程，即火山噴發作用由強烈的爆發式噴發開始，形成最初的火山碎屑噴發柱和火山灰云，隨著火山噴發能量的減弱，火山逐漸進入溢流式噴發階段，形成熔巖流[21]。由于中性熔巖流的黏度較大，熔巖流流動距離受限，中性熔巖僅在火山噴發中心附近堆積分布，但分布范圍較酸性噴發稍大[22]；火山噴發能量的減弱還引起了火山口上方巨大噴發柱的崩塌，坍塌的噴發柱具有巨大能量，能沿火山斜坡遠距離搬運火山碎屑流，就位后形成了盆地斜坡，火山機構中源相帶廣泛分布、厚度較大的火山碎屑流堆積[23]；火山碎屑流向盆地凹陷中心搬運，進入水體后形成火山沉積[23]。因此，長嶺斷陷陡坡帶火山巖相模式，是火山噴發源、火山噴發作用、搬運和就位過程，以及古地形等綜合控制的結果(圖9)。

圖6 長嶺斷陷龍鳳山地區地震(a)和火山巖相(b)剖面圖

圖7 長嶺斷陷龍鳳山地區地震波形分類(a)和火山巖相(b)平面分布圖

6.2 儲層發育規律

火山巖儲層的形成、改造受多種地質條件控制，其中火山巖相是控制優質儲層發育的關鍵因素之一[24-25]。通過對研究區火山巖相與儲層關系進行分析，可以發現不同火山巖相的儲集空間類型和儲層物性存在較大的差異。爆發相熱碎屑流亞相火山碎屑巖的儲集空間類型多樣，包括基質溶孔、粒內溶孔、晶內溶孔、解理縫等(圖10a,b,c,d)，這些溶蝕孔隙主要與其火山灰體積分數較高、易于發生溶蝕的特點有關。爆發相熱碎屑流亞相孔隙度為3.1%～13.8%，平均孔隙度為5.7%，平均滲透率為1.0×10-3μm2左右，在該區所有亞相中儲層物性最好。噴溢相不同亞相之間儲層發育情況存在較大差別。辮狀熔巖流由薄層熔巖流疊加形成，原生氣孔帶整體較為發育[14]，后期經過溶蝕作用能形成大量溶蝕孔隙(圖10e)。辮狀熔巖流孔隙度為3.0%～7.7%，平均孔隙度為4.9%，平均滲透率為0.2×10-3μm2；而板狀熔巖流由多個厚層熔巖流疊加形成，所含氣孔帶比例小[14](圖10f)，物性相對較差。隱爆角礫巖亞相雖然解理縫較為發育，但整體上較為致密，原生氣孔少(圖10g)。火山沉積相中泥質體積分數較高，后期遭受強烈的壓實作用，儲集空間主要為少量構造裂縫(圖10h),儲層儲集物性也較差(圖11)。對研究區儲集空間和儲層物性與火山巖相的相關性進行了分析，我們發現，長嶺斷陷盆緣斜坡區的火山巖有效儲層主要發育在盆地斜坡處火山機構中源相帶的爆發相熱碎屑流亞相中，該部位恰好與靠近次凹沉積中心的烴源巖接觸，更有利于油氣成藏。另外，盆地邊緣高部位火山口附近，發育的辮狀熔巖流也為有利儲層發育帶。

圖8 長嶺斷陷龍鳳山地區火山巖相發育模式圖

圖9 長嶺斷陷龍鳳山地區火山噴發模式

a. 基質溶孔，凝灰巖，熱碎屑流亞相；b. 角礫內溶孔，凝灰巖，熱碎屑流亞相；c. 晶內溶孔，凝灰巖, 熱碎屑流亞相；d. 解理縫，凝灰巖，熱碎屑流亞相；e. 原生氣孔，杏仁體溶孔，安山巖，辮狀熔巖流亞相；f. 構造縫，安山巖，板狀熔巖流亞相；g. 解理縫，隱爆角礫巖亞相；h. 構造縫，火山沉積相。

圖11 長嶺斷陷龍鳳山地區不同火山巖相的儲層物性特征

7 結論

1)松遼盆地長嶺斷陷盆緣陡坡帶發育安山質隱爆角礫巖、安山巖、安山質火山角礫巖、安山質凝灰巖、英安質凝灰巖和沉凝灰巖等6種巖性；發育隱爆角礫巖、板狀熔巖流、辮狀熔巖流、熱碎屑流和含外碎屑火山沉積5種火山巖亞相。

2)該區火山噴發中心分布在盆緣斜坡帶靠近盆地邊緣高部位，沿斷裂分布，多期亞普林尼式噴發作用在噴發中心附近形成了辮狀熔巖流、板狀熔巖流和火山碎屑流互層堆積；噴發柱垮塌形成的火山碎屑流沿斜坡流動，在斜坡向盆方向形成厚層火山碎屑流堆積；火山碎屑流進一步向盆地沉積中心搬運，逐漸過渡為火山沉積相。

3)該區優質火山巖儲層以溶蝕作用強烈的火山凝灰巖和氣孔安山巖為主，位于盆緣斜坡的火山機構中源相帶和發育辮狀熔巖流的近火山口相帶是該區優質火山巖儲層的有利發育部位。