鐘建華，王德金，李 佳，陳 熙

（1.中國石油大學(xué)（華東）資源與信息學(xué)院，山東 青島 266555；2.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640）

0 引言

地震活動是一種常見的災(zāi)變性地質(zhì)事

件，記錄地震災(zāi)變事件的巖層稱為震積巖。

震積巖是由Seilacher A最早提出的，指的是在一個構(gòu)造活動區(qū)水下沉積物在未固結(jié)之前由于地震作用發(fā)生再次改造之后重新沉積的巖層［1－2］，這種沉積層不是單一的巖石名稱，而是存在成因上有某種關(guān)聯(lián)的一組巖石總稱［3］。最近幾年，不斷有關(guān)于陸相斷陷盆地震積巖的文章發(fā)表，陳世悅［5］、楊劍萍［4］、袁靜［6］、魏垂高［2－3］、付文利［7］、鐘建華［8－10］等在對中國東部渤海灣盆地濟陽坳陷古近系震積巖特征研究的基礎(chǔ)上，建立了陸相斷陷湖盆碎屑巖地震序列，從而開啟了從古生代海相地層向東部新生代陸相震積巖轉(zhuǎn)變的時代［11］。

本文以松遼盆地塔拉哈—齊家地區(qū)巖心資料為基礎(chǔ)，在觀察和描述大量具有震積巖特征的變形構(gòu)造前提下，對研究區(qū)的地層特征和沉積體系進行研究分析，力圖建立該區(qū)震積巖的垂向序列，并探討震積巖的油氣儲集問題。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Locatiomn map of the study area

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔拉哈—齊家地區(qū)位于松遼盆地中部，包括龍虎泡階地及齊家—古龍凹陷的北部，東與大慶長垣相連，西以西部斜坡與中央凹陷的一級構(gòu)造邊界為界，南至塔拉哈油田，北至齊家油田。包括齊家、金騰、薩西、龍虎泡、杏西、龍南等油田以及龍西地區(qū)（圖1）。

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松遼盆地是中新生代的大型陸相沉積盆地，白堊系是盆地內(nèi)主要的沉積巖系，總厚達5 000 m以上，分布廣泛。大慶長垣以西地區(qū)自下而上發(fā)育下白堊統(tǒng)登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組，上白堊統(tǒng)四方臺子組、明水組，第三系大安組、泰康組和第四系。其中，下白堊統(tǒng)是本次研究工作中的主要目的層段。侏羅紀(jì)晚期形成分割性的斷陷盆地，早白堊世登婁庫組沉積時期斷陷盆地有連片的趨勢，并由斷陷向坳陷轉(zhuǎn)化。從泉頭組沉積時期開始，松遼盆地以坳陷盆地為特征。

2 震積巖的特征

在巖心觀察過程中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)存在廣泛的震積巖。就目前而言，國內(nèi)學(xué)者發(fā)現(xiàn)的有關(guān)震積巖的信息主要來自于野外的露頭剖面，巖性主要是碳酸鹽巖，在鉆井取心中很少能獲取到關(guān)于震積巖的信息［12－13］。而筆者在研究區(qū)的巖心中發(fā)現(xiàn)了廣泛而豐富的震積變形現(xiàn)象，幾乎涵蓋了震積巖的所有形態(tài)，其中包括在固結(jié)地層中和軟沉積中的震積巖特征。

2.1 固結(jié)地層中的震積巖特征

筆者認(rèn)為無論是未固結(jié)的軟沉積物還是已固結(jié)巖層，地震活動都對其具有一定程度的改造作用，由于地震級別的不同，地震活動所產(chǎn)生的能量也有很大不同，對地層的改造程度也不相同，主要表現(xiàn)為裂縫、微型斷層和地層破碎。

2.1.1 裂縫

根據(jù)裂縫的發(fā)育位置可將其分為沉積物表面形成的地裂縫和地下沉積物內(nèi)部的裂縫2種。地裂縫內(nèi)部可以充填上覆的沉積物砂泥，形成沉積巖墻（脈），地下沉積物內(nèi)部的裂縫中一般充填液化的砂，形成液化脈。地下沉積物內(nèi)部的裂縫也可以稱為震裂縫，在砂巖或砂巖所夾的薄層泥巖中廣泛存在。

震裂縫主要是由于振動作用產(chǎn)生，性質(zhì)以張性為主，在砂巖或者砂巖所夾薄層泥巖中可見，產(chǎn)狀較陡。研究區(qū)古708井和古921井是典型震裂縫集中發(fā)育的區(qū)域，這些震裂縫均是發(fā)育在粉砂巖中的垂向裂縫。古708井部分巖心特征如圖2和圖3所示。

2.1.2 微型斷層

微型斷層代表了地震活動的發(fā)生，指的是由于地震振動液化在層內(nèi)形成的一系列規(guī)模較小的階梯狀正斷層。我們在研究區(qū)高臺子油層巖心中觀察到了大量微型斷層，微斷層之間的巖層常發(fā)生褶曲和揉皺現(xiàn)象，有的斷層沿著斷層面可見砂質(zhì)充填。在研究觀察了包括其他沉積盆地在內(nèi)的大量的巖心之后可知，微型斷層不僅僅可以在軟沉積物中發(fā)育，還可以在已固結(jié)的地層中發(fā)育（圖4）。

圖2 巖心中的砂巖震裂脈Fig.2 Seismic crack filling vein in sandstone observed at the core古708井：充填物為粉砂質(zhì)泥

圖3 巖心中的灰綠色泥巖震裂脈Fig.3 Seismic crack filling vein in grey green mudstone observed at the core古708井：充填物為泥質(zhì)粉砂

圖4 巖心中的微型斷層Fig.4 Micro-faults observed at the core

2.1.3 地層破碎

在地震活動中，由于地震強度、地層物性、坡度、固結(jié)程度等因素的不同，使沉積物地震響應(yīng)的過程變得復(fù)雜，在已固結(jié)的巖層中由于地震活動發(fā)生的破碎稱為地層破碎。在研究區(qū)可見典型的地層破碎。由于鉆井并不能完全鉆遇地下所有的地質(zhì)現(xiàn)象，因此，此處采用其他區(qū)域的巖心圖片來說明。海拉爾盆地霍3井巖心中地震造成的巖層破碎帶（圖5）和巖心360°掃描特征（圖6）。

地震作用在固結(jié)巖層中還會形成龜裂式破裂，這種破裂在巖心表面呈現(xiàn)出類似于龜殼的紋理或長頸鹿的斑紋形態(tài)。其形成的原理是前期地震活動作用形成了寬約0.5 mm的小裂縫，以此為基礎(chǔ)流體或者氣體充填，并沿著小裂縫浸染兩側(cè)巖石，逐漸形成龜裂式形態(tài)特征，巖心中的裂縫錯綜交叉，形成了裂縫系統(tǒng)（圖7）。

圖5 地震形成的巖層破碎帶（海拉爾盆地霍3井）Fig.5 Seismic fractural zones

圖7 龜裂式破碎Fig.7 Polygonal fractures

2.2 軟沉積地層中的震積巖特征

沉積物在沉積之后、固結(jié)之前由于差異壓實、液化、滑移、滑塌等作用形成的各種變形構(gòu)造被稱為軟沉積變形，也稱準(zhǔn)同生變形。這種變形構(gòu)造往往與地震作用相關(guān)，地震活動使軟沉積物產(chǎn)生不同程度的變形，產(chǎn)生了不同的變形構(gòu)造。

2.2.1 液化砂巖脈

液化砂巖脈在震積巖中是最為常見的的一種構(gòu)造類型，形成機理是地震－斷裂活動使軟沉積物液化泄水。砂巖脈指的是發(fā)育在砂、泥巖互層沉積物中的砂質(zhì)巖墻或巖脈，其形態(tài)呈不規(guī)則狀，并向周圍延伸，切穿圍巖層理。根據(jù)砂巖脈刺穿體的巖性差別，將其分為2種類型：

（1）腸狀、串珠狀、蠕蟲狀砂脈。這種砂巖脈常見于暗色泥巖，形狀大多呈腸狀，極易分叉，向不同的方向延伸展布，垂向上切穿巖層，水平方向則是順著巖層發(fā)育，且前者較后者發(fā)育得粗一些（圖8）。

（2）豎向液化砂脈。此類砂巖脈發(fā)育于砂泥巖薄互層中，脈體往往刺穿砂泥質(zhì)薄層，薄層層理受擠壓往往向上、下兩端發(fā)生明顯彎曲，巖脈中間膨大，走向以垂向為主，是一種比較典型的震積巖類型。在金191井中見到一條高度為1.2 m的完整的液化砂脈，巖心恰巧從砂脈中穿過，這是非常罕見的、具有很高的研究價值一組巖心標(biāo)本（圖9）。

圖8 腸狀、串珠狀、蠕蟲狀砂脈巖心照片F(xiàn)ig.8 Core photo showing ptigmatic，beaded and verm-like sand vein

圖9 垂向液化砂脈巖心照片F(xiàn)ig.9 Core photo showing vertical liquified sand vein

2.2.2 折彎砂脈

原本平直的砂脈發(fā)生折彎，從毫米級的砂脈到幾十厘米的砂脈均可以見到折彎，同時也常常與其他震積巖的變形現(xiàn)象如腸狀、串珠狀砂脈、微斷層等共生（圖10）。

圖10 折彎砂脈巖心照片F(xiàn)ig.10 Core photo showing bending of sand vein

2.2.3 絮狀砂脈

主要見于砂泥小互層頻繁混合發(fā)育的巖層中，受地震作用的影響，砂質(zhì)顆粒向下墜入下部的未固結(jié)疏松泥巖中，并在自重和橫向振動等作用下發(fā)生擺動，形成類似于棉絮狀的下沉砂脈（圖11）。

2.2.4 振動液化卷曲變形構(gòu)造

圖11 絮狀砂脈巖心照片F(xiàn)ig.11 Core photo showing flocculent sand vein

振動液化卷曲變形是在地震活動時液化作用形成的一種變形構(gòu)造［14］，典型特征是薄層的砂巖在一特定層內(nèi)發(fā)生的揉皺變形。由于地震波的作用，使得原先作用于顆粒支撐沉積物上的有效壓力被作用到了孔隙流體中，造成孔隙中超高的壓力，導(dǎo)致顆粒間摩擦力減小而發(fā)生液化，沉積物亦可以在較小的作用力下產(chǎn)生流動，在層內(nèi)出現(xiàn)揉皺變形，形成各種形態(tài)迥異的小型緊閉褶曲，這一類小揉皺的卷曲變形構(gòu)造相互連接、各不相同，構(gòu)造的褶曲面沒有規(guī)律，以此區(qū)別于層間由于構(gòu)造活動產(chǎn)生的褶皺構(gòu)造和沉積物沿滑坡滑動產(chǎn)生的變形構(gòu)造［15］。

2.2.5 震積砂枕及其伴生構(gòu)造

這種構(gòu)造形成于地震液化結(jié)束之后，由于上覆和下伏沉積物之間存在密度差會使得沉積物的體積收縮，導(dǎo)致地面的下沉，在振動和重力雙重的作用下，上覆的砂巖層發(fā)生斷裂，解體成形狀、大小不同的砂塊，沉陷于下伏的泥質(zhì)沉積物中。砂塊的級別從幾厘米到幾毫米不等，在向下伏泥質(zhì)沉積物沉陷的過程中，由于粒度較細(xì)并富含水，砂塊發(fā)生塑性變形，呈球狀、枕狀、不規(guī)則碎塊狀、拖曳拉長狀等不同形態(tài)，這樣就形成了Rope等所謂的枕狀層（圖12）。

圖12 眼球、蝌蚪及丘形微隆起構(gòu)造巖心照片F(xiàn)ig.12 Core photo showing eye ball，tadpole and dome structure

同沉積變形構(gòu)造是指沉積物在沉積之后、固結(jié)之前所產(chǎn)生的變形構(gòu)造，包括枕狀構(gòu)造、球狀構(gòu)造、負(fù)荷構(gòu)造、泄水構(gòu)造、包卷層理構(gòu)造等。沉積物液化、顫動、沿著裂隙泄水與這些變形構(gòu)造的形成息息相關(guān)。雖然不能肯定這些構(gòu)造的形成是否還與非地震因素有關(guān)，但是在地震活動中可以形成這些變形構(gòu)造，如與包卷層理和火焰構(gòu)造很相近的砂泥交互變形（圖13）。

圖13 火焰構(gòu)造巖心照片F(xiàn)ig.13 Core photo showing flame structure

3 震積巖垂向序列

沉積單元中有規(guī)律的沉積組合稱為沉積序列。沉積序列能夠反映出沉積環(huán)境的變化規(guī)律和沉積作用的過程［14，16］。在地震作用下形成的沉積序列為地震沉積序列，這種沉積序列能夠指示地震沉積作用的過程。在塔拉哈—齊家地區(qū)發(fā)現(xiàn)了震積巖的垂向序列［17－19］，從下到上可以分為7層（圖14）：

圖14 震積巖垂向沉積序列Fig.14 Core photo showing verticalsequence of seismite

（1）下伏未震層。這一層段未受到地震活動的影響，主要發(fā)育湖相深灰色泥巖夾有薄層的砂巖，發(fā)育的沉積構(gòu)造為原生的水平層理和小型交錯層理。

（2）階梯狀斷層。常常在砂質(zhì)、灰質(zhì)等脆性較大的沉積物含量較高的情況下發(fā)育，往往伴有重荷模、火焰構(gòu)造及微褶皺等，垂向上斷層主要發(fā)育在上部，向下逐漸變疏變少，組合方式表現(xiàn)為小型地塹，最后漸變?yōu)槲词艿秸駝拥牡貙印?/p>

（3）軟沉積物震動液化卷曲變形層。主要發(fā)育在泥巖和砂質(zhì)泥巖中，這些巖層發(fā)生顯著的褶曲變形，從而在層內(nèi)產(chǎn)生揉皺，形成各種形態(tài)迥異的小型緊閉褶曲，這類小揉皺的卷曲變形構(gòu)造相互連接、各不相同，往往還發(fā)育有微同沉積斷層。

（4）液化砂巖墻（脈）層。在剖面上可見砂巖脈分布不規(guī)律，平面上走向也不一致，砂巖脈的周緣可見撕裂現(xiàn)象。砂巖脈是由于多層薄砂層同時被液化所致。根據(jù)前人研究結(jié)果，震級高于5級的地震才可能產(chǎn)生噴砂冒水的現(xiàn)象［5］，故此可知砂泥液化是強地震活動的結(jié)果。

（5）震積砂巖及其伴生構(gòu)造層。在研究區(qū)部分井段可見，碎裂的巖石主要呈多種形狀的砂球、砂枕，垂向上碎塊依著形狀大小排列分布，在某些巖塊中還可以觀察到彎曲層理。研究表明這些巖塊在地震作用中只是發(fā)生了破碎而沒有被液化的跡象，上部緊鄰發(fā)育液化均一層。泥巖撕裂屑也常見，有時相鄰泥巖可以對接，甚至可見到彎曲層理。

（6）液化均一層。這一層段與下伏震積砂枕及伴生構(gòu)造層段呈過渡關(guān)系，是由于細(xì)粒沉積物在振動、晃蕩的過程中被稀釋液化，使得層段的性質(zhì)趨于均一。層段主要是砂巖或者粉砂質(zhì)泥巖層段，未發(fā)育層理等沉積構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較為均一。

（7）上覆未震層。形成于地震結(jié)束后，屬于正常的沉積，向下突變?yōu)橐夯粚印Ｊ窃汲练e作用的結(jié)果，不具備震積巖的特點。

4 震積巖的油氣儲集問題

迄今為止，國內(nèi)對震積巖的研究主要集中在震積巖的成因、變形過程及機制、構(gòu)造變形形態(tài)等方面，很少見及震積巖油氣儲集問題方面的研究。在大量研究觀察基礎(chǔ)上，我們首次在巖心中發(fā)現(xiàn)了有油氣顯示的震積巖層段。這一發(fā)現(xiàn)給震積巖的儲層研究提出了新的方向和目標(biāo)，同時對整個長垣以西水下沉積成因儲層的研究具有積極意義［20－23］。

地震作用往往從以下3方面改變原有地層的油氣成藏條件。

（1）儲層物性方面。未固結(jié)的疏松、飽含水的非膠性沉積物在地震過程中發(fā)生了液化作用，對于含油儲層而言，水下的砂泥質(zhì)沉積物在地震過程中更為緊密結(jié)實，經(jīng)歷成巖固結(jié)作用后孔滲性較差，不利于油氣的儲集、連通，由此可知地震活動使儲層物性發(fā)生了改變，儲層的滲透率和孔隙度有所降低，極易形成低孔隙度、低滲透率的儲層。

（2）運移方面。地震活動不僅對未固結(jié)的沉積物進行改造，對已固結(jié)的地層同樣具有改造作用，地震活動使巖層產(chǎn)生裂縫或者發(fā)生破碎，而這些裂縫在油氣的運移、聚集方面發(fā)揮著不可小覷的作用。

（3）蓋層方面。由于地震震級的不同對巖層產(chǎn)生的影響也不相同，在強烈的地震作用下泥巖和砂巖均會發(fā)生破裂，破裂改善了砂巖的儲集性能，而有可能導(dǎo)致良好的蓋層被破壞，作為蓋層的泥巖遭受地震產(chǎn)生裂縫，之后被砂質(zhì)沉積物充填，使得蓋層的隔擋性減弱，如果發(fā)育有大量的地震裂縫很可能加速油氣的散失，不利于油氣成藏，故地震活動對油氣成藏的影響是我們在研究中不能忽視的課題。

在研究區(qū)內(nèi)，尤其是在高臺子油層的巖心中見到了廣泛發(fā)育的震積巖，這對本區(qū)以致整個長垣以西地區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究和油氣成藏研究都具有重要意義。

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