王璞珺,何凱倫,衣 健,王寒非,孫 松,陳海潮

(1.吉林大學地球科學學院,吉林長春130061;2.坎特伯雷大學地球科學系,新西蘭基督城8041)

“油儲”國家自然科學基金重大項目“30年(1988—2018)地質-地球物理綜合研究”大大促進了松遼盆地火山巖油氣勘探開發(fā)[1],2000年以來,在松遼盆地白堊紀火山巖層序中發(fā)現(xiàn)了一系列大中型火山巖氣藏和油藏[2]。截止2009年,火山巖油氣勘探開發(fā)主要集中在流紋巖等酸性巖類[3]。2010年以來,在松遼盆地北部安達斷陷營城組和南部德惠斷陷火石嶺組的中基性火山巖中,實現(xiàn)了油氣發(fā)現(xiàn)和勘探突破[4]。長期的勘探開發(fā)和實踐研究表明,埋藏古火山與現(xiàn)代火山對比研究是揭示火山巖組合與分布規(guī)律的有效途徑[5]。長白山地區(qū)出露的第四紀中基性火山巖系與松遼盆地白堊紀埋藏中基性火山巖系在火山架構、火山地層和疊置方式以及氣孔杏仁等原生結構構造方面存在諸多相似性,二者的對比研究對于揭示埋藏古火山和更好地認識現(xiàn)代出露火山均具有重要的借鑒意義。出露火山能夠觀察到火山巖系的細節(jié),而埋藏古火山保留了多期噴發(fā)物相互疊置的時空組合關系。

松遼盆地下白堊統(tǒng)斷陷期充填主要為火山成因地層序列[6],其中營城組火山巖為多中心、多期次噴發(fā)的產物,表現(xiàn)出典型的多期疊加復合火山機構特征[7-10]?；鹕綑C構為一定空間和時間范圍內,在火山通道及其附近形成的各種堆積物及其結構構造的總稱,按火山堆積物距離噴發(fā)源的相對遠近可以分為中心相帶、中部相帶和遠源相帶[3,11]。盆地內的火山地層和火山機構可以利用地震反射特征和測井曲線特征加以識別[12-14]?？碧胶蛯嵺`研究表明,可以作為良好儲層的盆地火山巖組合,主要見于復合火山機構的中心相帶[15-17]。

長白山地區(qū)火山活動始于早第四紀早期,一直持續(xù)到現(xiàn)代[18],具有噴發(fā)歷時長、噴發(fā)期次多、噴發(fā)中心不斷遷移的特征,屬于多期噴發(fā)形成的層狀復合型火山[19]。歷經造盾、造錐和堿流質火山碎屑等噴發(fā)階段[20],長白山地區(qū)相繼發(fā)育了單源火山田、洪泛玄武巖田、熔巖盾火山、中心式火山和層狀復合火山5種火山架構,是全球近2000年以來規(guī)模最大、形成和保存最完整的以中基性巖為主的現(xiàn)代火山[21-22]?？紫抖雀哌_60%及以上的浮巖在長白山地區(qū)分布面積大,單層厚度可達近百米。在2000年前后的火山巖油氣勘探早期,人們曾試圖在松遼盆地尋找浮巖儲層,但未獲成功[3]。最新研究表明,火山巖優(yōu)質儲層主要出現(xiàn)在各個火山噴發(fā)期次之間的火山地層界面附近,但其形成機理尚有待進一步研究[23]。

本文通過對松遼盆地中基性巖系埋藏古火山和火山巖儲層的典型解剖,并將其與長白山地區(qū)出露的以中基性巖系為主的現(xiàn)代火山進行對比,探索中基性火山巖系的火山地層、火山架構以及火山地層界面發(fā)育規(guī)律及地震、測井響應特征,進而揭示火山巖儲層的發(fā)育規(guī)律及其地質-地球物理識別標志；重點探索浮巖的形成與保存規(guī)律以及火山地層界面控制火山巖有效儲層的地質機理。

1 中基性火山巖系的巖性巖相和地球化學特征

松遼盆地徐家圍子斷陷下白堊統(tǒng)火山巖是火山巖儲層的集中發(fā)育區(qū),巖性為中基性到酸性火山巖;巖相主要為溢流相、爆發(fā)相和火山通道相,在北部安達地區(qū)見侵出相。XS1井是徐深氣田的天然氣發(fā)現(xiàn)井,以該區(qū)塊為例介紹火山巖的巖性巖相一般特征。該區(qū)火山巖巖性主要為流紋巖、流紋質(晶屑/巖屑)凝灰熔巖、流紋質晶屑(巖屑/玻屑)凝灰?guī)r等。其中,火山碎屑(熔)巖類總量約占75%,可見本區(qū)火山作用方式以爆發(fā)和溢流等復合作用為主。厚層火山巖之間夾有少量沉積巖,約占4%,它們夾于火山旋回之間,是劃分火山旋回的重要標志層。徐深區(qū)塊火山巖巖相特征為:以爆發(fā)相為主(66.2%),其次為噴溢相(25.8%),火山通道相、侵出相和火山沉積相所占比例較少。爆發(fā)相中,熱碎屑流亞相所占比例較大(57%),是本區(qū)最常見的火山巖亞相類型。本區(qū)火山作用方式以爆炸式強烈噴發(fā)為主,噴發(fā)類型通常為武爾卡諾式(Vulcanian)和培雷式(Pelean)噴發(fā)。鉆井資料顯示,酸性巖與中基性巖互層或側向疊置是火山巖系發(fā)育的普遍規(guī)律。例如徐東地區(qū)以廣泛發(fā)育酸性火山巖為特點,但亦有多口鉆井揭示有玄武巖、安山巖和粗面巖等中基性火山巖發(fā)育。徐家圍子斷陷中基性火山巖主要見于安達-汪家屯地區(qū),該地區(qū)以廣泛發(fā)育中基性火山熔巖為特征。對徐家圍子斷陷53口井進行了全井段火山巖巖性厚度統(tǒng)計,結果顯示,該區(qū)酸性巖、中基性巖和沉火山碎屑巖都占一定比例(圖1a),巖相類型除主體的噴溢相和爆發(fā)相外,亦見火山通道相和侵出相(圖1b)。

圖1 松遼盆地徐家圍子斷陷儲層火山巖巖性(a)和巖相(b)構成

在松遼盆地,鉆遇深層火山巖序列的鉆井有200多口。將火山巖化學分析結果綜合起來繪制成TAS圖(圖2),可以看出松遼盆地深層火山巖地球化學成分類型主要有9種,分屬于亞堿性和堿性兩個系列。亞堿性系列包括玄武巖(圖中數字標號區(qū)為11,下同)、玄武安山巖(12)、安山巖(13)、英安巖(14)、流紋巖(15),以安山巖、英安巖、流紋巖居多;堿性系列包括粗面玄武巖(6)、玄武粗安巖(7)、粗安巖(8)、粗面巖(9),以玄武粗安巖、粗安巖、粗面巖居多。

圖2 火山巖TAS圖解(松遼盆地白堊紀火山巖與長白山第四紀火山巖化學成分對比)

長白山現(xiàn)代火山自2.56Ma以來,經歷了大約18期規(guī)模較大的火山噴發(fā),在火山巖地球化學成分上,構成了完整的從玄武巖經由粗面巖到堿性流紋巖的基性-中性偏堿性-酸性偏堿性的噴發(fā)旋回(圖3),巖相以溢流相為主[24]。從TAS圖(圖2)可以看出,長白山火山巖巖石化學成分類型主要有7種,分屬于亞堿性和堿性兩個系列,且堿性居多。亞堿性系列包括玄武巖(11)、玄武安山巖(12)、流紋巖(15);堿性系列包括粗面玄武巖(6)、玄武粗安巖(7)、粗安巖(8)、粗面巖(9),以粗面玄武巖、粗面巖居多。長白山現(xiàn)代火山在火山地層和火山架構上,經歷了三期火山巖序列的建造,即玄武巖臺地(造臺期)、粗面巖盾狀凸起(造盾期)和黑曜巖-堿流巖穹窿(造錐期)。將長白山火山巖地球化學分析結果投于圖2上,使其與松遼盆地埋藏古火山的對比更清晰,可見松遼盆地和長白山地區(qū)火山巖從中基性至酸性皆有發(fā)育,但長白山地區(qū)火山巖多屬于堿性系列,且中基性火山巖更發(fā)育,而松遼盆地火山巖多屬于亞堿性系列,且酸性火山巖更發(fā)育。

圖3 長白山地區(qū)典型火山巖巖性剖面特征a 玄武巖;b 粗面巖;c 堿流巖;d 黑曜巖

2 中基性巖系火山地層和火山架構

近年的火山巖油氣勘探揭示,松遼盆地不僅發(fā)育酸性巖儲層及其油氣藏,而且在松遼盆地北部安達斷陷和南部梨樹斷陷中基性火山巖中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了優(yōu)質儲層和高產油氣藏[25]。為了更好地揭示中基性巖系火山噴發(fā)規(guī)律和噴發(fā)物堆積序列特征,在松遼盆地東南緣火山巖露頭區(qū)實施了一口針對營城組中基性火山巖內幕的全取心鉆井(營三D1井)。該井自地表向下深度為254m,整體上揭示了營城組中基性巖系的火山巖地層序列(圖4a)。在此基礎上,依據巖性組合、巖相序列和火山地層界面可以將營城組中基性火山巖系劃分為3個噴發(fā)旋回,由下而上依次為:旋回一,厚度約50m,巖性以流紋質火山碎屑巖為主,夾凝灰質砂巖、砂礫巖和透鏡狀流紋巖,巖相以爆發(fā)相為特征;旋回二,厚度約190m,巖性以玄武巖為主,發(fā)育氣孔構造、塊狀構造和隱爆角礫結構,大套玄武巖中間夾有薄層風化殼和風化產物構成的含外碎屑沉積巖(厚度<1m),巖相以噴溢相為主,其次為火山通道相;旋回三,鉆井揭示厚度約16m,結合剖面出露部分累計總厚度約70m,下部巖性主要為流紋質隱爆角礫巖,其次為含火山彈的流紋質凝灰角礫巖,上部巖性為柱狀節(jié)理流紋巖,巖相主要為火山通道相、爆發(fā)相和侵出相。總體而言,營城組三段由下而上呈現(xiàn)出酸性→基性→酸性的變化趨勢,3個旋回之間的厚度比例約為1∶3∶1;其中,旋回二分布規(guī)模最大,以噴溢相玄武巖為特征,是構成營三段的主體(這也是長期以來認為營城組三段主要為大套玄武巖的主要原因)。

圖4 松遼盆地(a)和長白山(b)中基性巖系火山地層垂向序列典型特征

長白山地區(qū)的火山噴發(fā)歷時較長,噴發(fā)期次多,噴發(fā)中心不斷遷移,噴發(fā)類型和噴發(fā)強度在不斷變化,屬于多期噴發(fā)形成的層狀復合型火山[21]。該地區(qū)在花崗巖基底之上發(fā)育由塊狀玄武巖、洪泛玄武巖及柱狀節(jié)理玄武巖等多個火山地層單元構成的大型洪泛玄武巖盾,厚度大于100m,由下而上依次為塊狀玄武巖、復成分角礫堆積、火山砂礫堆積、火山灰層及洪泛玄武巖組成的簡單熔巖流和復合熔巖流(圖4b)。洪泛玄武巖主體呈現(xiàn)時代越新柱狀節(jié)理越規(guī)則的趨勢。長白山地區(qū)火山巖組成了包括洪泛玄武巖、柱狀節(jié)理熔巖、渣狀熔巖、火山碎屑流沉積等共19種火山地層單元?；曰鹕絿姲l(fā)區(qū)常見的5種火山架構(臺地初期的單源火山田、臺地期的洪泛玄武巖田、造盾期的熔巖盾火山、造錐期的中心式火山和從基性底座到酸性帽子整體架構的層狀復合火山)在長白山地區(qū)相繼發(fā)育[23]。對比松遼盆地埋藏火山巖系與長白山中基性巖系火山地層垂向序列(圖4)可見,松遼盆地埋藏古火山的火山地層序列中主要巖性界面為風化殼和凝灰?guī)r夾層;而長白山現(xiàn)代火山地層垂向序列中,各個期次火山噴發(fā)物之間除發(fā)育風化殼和凝灰?guī)r夾層之外,還大量出現(xiàn)以花崗質成分為主的砂礫堆積層,單層厚度數米到十余米,按照沉積成巖作用的一般原理,該類松散層埋藏到盆地內部后,相當于中厚層狀的砂礫巖層。

火山機構或火山架構是火山噴出物的組合體,其內部的疊置關系(層結構)由巖相決定,即火山機構的內部特征需要用巖相來描述和刻畫。換言之,火山機構主要指火山巖體的外部形態(tài),而火山巖相及其組合和疊置關系是對火山巖體內部構成和變化規(guī)律的表征。因此,本次研究中提出火山機構-巖相這一術語,并以此為基礎刻畫火山巖儲層。首先按照火山機構主體部分熔巖與碎屑(熔)巖組成的體積比例將迄今為止鉆探和野外露頭揭示的火山架構劃分為3類:①碎屑巖火山機構(火山碎屑巖和碎屑熔巖體積含量>70%);②熔巖火山機構(熔巖體積含量>70%);③復合火山機構(熔巖與火山碎屑巖以不同比例混合堆積)。然后根據火山機構巖石的化學成分比例,將上述3類火山機構分別細劃為酸性(酸性巖含量≥50%)和中基性(酸性巖含量<50%)2型。最后,將各型火山機構根據火山錐數目細分為無錐、單錐和多錐。通過巖性組成、成分和火山錐數目組合,將徐家圍子斷陷鉆井揭示與盆緣、長白山野外剖面觀測的火山巖系組合體構成的火山機構劃分為16種(表1)。無論是松遼盆地內鉆井、盆緣剖面,還是長白山野外露頭剖面,觀測到的火山機構都表現(xiàn)出以下特征:碎屑巖火山機構以爆發(fā)相火山碎屑巖和碎屑熔巖為主,熔巖火山機構以噴溢相熔巖為主,復合火山機構則同時發(fā)育爆發(fā)相碎屑巖及噴溢相熔巖。

表1 火山機構-巖性巖相-發(fā)育規(guī)模-儲集空間關系

3 盆地埋藏中基性火山巖系的測井和地震識別

本次研究將松遼盆地營城組火山機構劃分為酸性碎屑巖火山機構、酸性熔巖火山機構、酸性復合火山機構、中基性熔巖火山機構和中基性復合火山機構5類。下面概述各類火山機構的地質、地震及測井特征。

1) 酸性熔巖火山機構。該類火山機構以噴溢相酸性熔巖為主,常見流紋巖等,典型地震、測井特征見圖5。地震反射特征呈亞平行-波狀反射、中等頻率、強-中等振幅、好-差連續(xù)性的特點。自然伽馬(GR)曲線呈低幅齒化近平直形態(tài),伽馬值一般大于90API。深淺側向(LLD/LLS)曲線呈中低幅齒化近平直形態(tài)。聲波時差(AC)曲線呈微齒化平直形態(tài)。占火山機構70%厚度的曲線符合上述特征時,可識別為酸性熔巖火山機構。

2) 酸性碎屑巖火山機構。碎屑巖火山機構以爆發(fā)相為主體,由流紋質熔結角礫巖和流紋質熔結凝灰?guī)r組成,典型地震、測井特征見圖6。地震反射特征呈平行反射、中等頻率、強振幅、連續(xù)性好的特點。自然伽馬(GR)曲線呈低幅齒化-高幅齒化不平直形態(tài),伽馬值一般大于90API。深淺側向(LLD/LLS)曲線呈微齒化-高幅齒化不平直形態(tài)。聲波時差(AC)曲線呈微齒化-高幅齒化不平直形態(tài)。占火山機構70%厚度的曲線符合上述特征時,可識別為酸性碎屑巖火山機構。

3) 酸性復合火山機構。該類火山機構以爆發(fā)相和噴溢相為主,巖性以酸性熔巖和火山碎屑(熔)巖疊置發(fā)育為特征,典型地震、測井特征見圖7。地震反射特征呈亞平行反射、中-低頻率、強-中等振幅、中等連續(xù)性的特點。自然伽馬(GR)曲線呈低幅齒化不平直形態(tài),伽馬值一般大于90API。深淺側向(LLD/LLS)曲線呈中高幅齒化指形-箱形形態(tài)。當伽馬值大于90API,曲線特征不符合酸性熔巖和酸性碎屑巖火山類型時,可識別為酸性復合火山機構。

4) 中基性熔巖火山機構。該類火山機構以噴溢相中基性熔巖為主,常見氣孔-杏仁構造玄武巖、安山巖和粗面巖,典型地震、測井特征見圖8。地震反射特征呈平行反射、高頻率、強振幅、連續(xù)性好的特點。自然伽馬(GR)曲線呈微齒化平直形態(tài),伽馬值一般小于90API。深淺側向(LLD/LLS)曲線呈低幅齒化平直形態(tài)。聲波時差(AC)曲線呈低幅齒化近平直形態(tài)。占火山機構70%厚度的曲線符合上述特征時,可識別為中基性熔巖火山機構。

圖5 酸性熔巖火山機構(XS23井)典型測井、地震響應特征

圖6 酸性碎屑巖火山機構(XS21-1井)典型測井、地震響應特征

圖7 酸性復合火山機構(XS21井)典型測井、地震響應特征

圖8 中基性熔巖火山機構(DS302井)典型測井、地震響應特征

5) 中基性復合火山機構。該類火山機構以爆發(fā)相和噴溢相為主,巖性以中基性熔巖和火山碎屑(熔)巖疊置發(fā)育為特征,典型地震、測井特征見圖9。地震反射特征呈平行-亞平行、中等頻率、強-中等振幅、好-中等連續(xù)性的特點。自然伽馬(GR)曲線呈低幅齒化反向箱形形態(tài)。深淺側向(LLD/LLS)曲線呈低幅齒化箱形形態(tài)。聲波時差(AC)曲線呈低幅齒化箱形形態(tài)。占火山機構70%厚度的曲線符合上述特征時,可識別為中基性復合火山機構。

火山旋回是指火山巖的縱向序列關系,代表地質時代先后順序噴出物的垂向疊置;而火山機構是同源或準同源噴出物堆積體的空間展布。即,前者側重時間關系,后者側重空間關系。因此,對某個區(qū)塊(一定空間單元)、某一火山巖旋回(一定時間跨度)而言,不同類型的火山機構會出現(xiàn)重疊?；鹕綆r噴發(fā)主要依據巖性變化、巖相序列、沉積夾層、測井曲線變化、地震相特征[26]來劃分旋回期次。以安達-汪家屯地區(qū)DS1井為例(圖10):旋回一為爆發(fā)相與火山沉積相的酸性火山碎屑巖和沉火山碎屑巖旋回,地震反射特征呈席狀、平行-亞平行、中等頻率、強-中等振幅、中等連續(xù)性的特點;自然伽馬曲線呈低幅齒化-高幅齒化不平直形態(tài)、伽馬值一般大于90API,深淺側向、聲波時差曲線呈微齒化-高幅齒化不平直形態(tài);分為兩個期次,1期為爆發(fā)相凝灰?guī)r和火山沉積相沉火山角礫巖互層,2期為爆發(fā)相凝灰?guī)r(下部)和火山沉積相沉火山角礫巖及凝灰?guī)r(上部)。旋回二為噴溢相中基性巖旋回,地震反射特征呈席狀、平行-亞平行、高-中頻率、強振幅、連續(xù)性好的特點;自然伽馬曲線呈低幅齒化近平直形態(tài)、伽馬值一般小于90API,深淺側向、聲波時差曲線呈低幅齒化近平直形態(tài);分為兩個期次,1期為噴溢相玄武巖夾凝灰?guī)r,2期為噴溢相粗安巖。旋回三為以爆發(fā)相和噴溢相為主的酸性火山碎屑巖夾中基性巖旋回,地震反射特征呈楔狀、平行-亞平行、高-中頻率、強-中等振幅、中等連續(xù)性的特點;自然伽馬曲線呈低幅齒化反向箱形形態(tài),深淺側向、聲波時差曲線呈低幅齒化箱形形態(tài);分為兩個期次,1期為爆發(fā)相凝灰?guī)r(下部)和噴溢相安山巖與爆發(fā)相凝灰?guī)r互層(上部),2期為噴溢相玄武巖與爆發(fā)相凝灰?guī)r互層,中間夾噴溢相與火山沉積相的沉凝灰?guī)r。旋回一和旋回二通過旋回一頂部的火山沉積相地層劃分,旋回二和旋回三通過中間火山噴發(fā)間歇期的沉積巖夾層劃分。

圖9 中基性復合火山機構(DS1井)典型測井、地震響應特征

目前開展盆地火山巖地層和火山旋回劃分對比的基本原則是:組內劃段、段內劃分旋回、同一旋回在區(qū)域內可對比、同源火山形成的同一旋回內部劃分的期次可對比?，F(xiàn)以松遼盆地北部徐家圍子斷陷為例說明復合型火山機構的地震識別與刻畫。本區(qū)XS13井和XS13-1井相距約1100m,均發(fā)育營城組一段旋回二和旋回三,其中旋回二包含4個期次,旋回三僅包含1個期次,各期次內部巖性組合、巖相序列和測井曲線變化特征都可以很好地進行對比(圖11)。旋回二為中基性火山巖與火山碎屑巖旋回,地震相特征為席狀、平行-亞平行、中等頻率、強振幅、連續(xù)性好的特點;自然伽馬曲線呈中低幅齒化反向箱形形態(tài)、伽馬值較小,深淺側向、聲波時差曲線呈中-高幅齒化不平直形態(tài)。該火山旋回分為4個期次,1期為沉火山碎屑巖,2期XS13井為中基性巖和酸性火山碎屑巖,而XS13-1井為沉積巖及角礫巖,3期為熔結凝灰?guī)r和凝灰熔巖,4期為基性火山巖和角礫巖,不同期次之間的地震相與測井曲線特征不同,期次界面處存在突變點。旋回三為酸性火山巖旋回,地震相特征為席狀、亞平行、中等頻率、強振幅、連續(xù)性好的特點;自然伽馬曲線呈低幅齒化近平直形態(tài)、伽馬值中等,深淺側向、聲波時差曲線呈中-低幅齒化近平直形態(tài)。相應地,在連井地震剖面上,也可以實現(xiàn)旋回和期次的劃分和對比。從圖11可以看出,旋回二與旋回三之間呈不整合接觸,主要是由于兩個旋回之間的巖性差異所造成的巖層產狀不一致而形成的噴發(fā)不整合界面(旋回二巖性為中基性熔巖與酸性火山碎屑巖互層、產狀內傾,旋回三巖性為酸性火山巖、產狀外傾)。

圖10 安達斷陷營城組三段中基性巖系火山巖巖石類型-測井曲線-地震反射特征對應關系

圖11 XS13—XS13-1井區(qū)營城組一段中基性巖系地震-測井特征

4 討論

4.1 火山巖原生屬性與儲層關系

火山巖原生屬性是指火山噴發(fā)物形成和就位過程中產生和保留下來的地質屬性,主要包括火山巖的巖性巖相、結構構造、火山地層單元、界面和疊置關系等。在徐家圍子地區(qū),包括徐東和安達-汪家屯地區(qū),火山巖有效儲層及其含氣性都與火山巖旋回有顯著相關性,說明火山旋回與有效儲層及其含氣性之間存在一定的內在聯(lián)系。本節(jié)重點討論火山地層界面對火山巖有效儲層的控制作用和火山巖的巖性巖相與儲集空間構成的關系。

4.1.1 火山旋回與儲層對應關系(火山地層界面控儲)

在徐東地區(qū),綜合解釋的有效儲層統(tǒng)計結果顯示,營城組一段旋回二的旋回頂部儲層最為發(fā)育,旋回中部次之,旋回下部儲層發(fā)育相對較差。試氣結果顯示,營城組一段旋回三的旋回頂部含氣性最好,是主要的產氣層位,旋回中部次之,旋回下部含氣性最差(圖12a)。

在安達-汪家屯地區(qū),綜合解釋的有效儲層統(tǒng)計結果顯示,各類有效儲層主要分布在營城組三段的旋回頂部和旋回中部,其中,旋回頂部好于旋回中部且氣層數量較多,而旋回中部中-差氣層發(fā)育較多;旋回下部揭示鉆井少,基本都是干層。試氣結果顯示,試氣產能全部集中在營城組三段旋回二的旋回頂部和旋回中部,旋回頂部試氣產能總量和單井平均產能都高于旋回中部。氣層主要發(fā)育在營三段旋回三的旋回頂部(流紋巖)和旋回中部(玄武巖和粗面巖),旋回底部未見氣層(圖12b)。

圖12 徐東地區(qū)營城組一段(a)與安達-汪家屯地區(qū)營城組三段(b)試氣產能與旋回對應關系

4.1.2 巖性巖相對原生儲集空間的控制作用

火山巖巖性、巖相共同決定了火山巖儲集空間類型、組合和發(fā)育程度,從而控制著火山巖的儲集性能。結合旋回研究結果,可知松遼盆地有效儲層發(fā)育的最有利層段是營城組一段旋回三和營城組三段旋回三,它們包括從流紋巖到玄武巖的各種地化成分,從熔巖到碎屑巖的各種結構類型。由巖性巖相與儲集空間關系研究結果可知,無論何種巖性,有效儲層的儲集空間均以原生氣孔發(fā)育為特征,而且其巖石骨架要足夠堅硬,以便原生孔隙在深埋條件下得以保存,較之碎屑巖成為深層較好的儲層;而(熔結)凝灰?guī)r和火山碎屑巖類壓實成巖作用明顯,其儲集空間則以次生溶蝕孔隙為主,成巖后期的溶蝕作用通常是決定這類火山巖能否成為有利儲層的關鍵因素,在次生溶蝕較為適度的條件下可以形成較好儲層(圖13a)。

4.2 火山巖次生屬性與儲層關系

需要指出的是,原生孔縫通常是彼此不連通的,因此,只憑原生孔縫通常不能夠成為有效儲層,后期改造作用是形成有效儲層的必要條件。研究認為,次生過程主要包括構造運動與流體蝕變、改造作用,兩種改造作用都趨向于在旋回上部或頂部形成有利儲層。構造運動是本區(qū)儲層改造作用的最重要的宏觀因素。地震解釋成果顯示,在營一段末期,南北向、北北東向的逆斷層持續(xù)活動,可見強度不等的逆沖活動,斷層位移量大,局部形成營一段和營二段之間的微角度不整合接觸。在營三段沉積之后又發(fā)生擠壓逆沖作用,部分南北向、北北東向的逆斷層繼續(xù)活動,形成斷展褶皺。因此,頂部旋回受構造活動影響較大,斷裂帶附近是尋找火山巖油氣藏的有利區(qū)帶;同時,后期的構造作用導致儲層形成大量不同規(guī)模的節(jié)理縫和裂隙,在構成儲集空間的同時,加強了各類孔隙之間的連通性,提高了儲集性能(圖13b)。這可能是松遼盆地有效儲層多見于旋回頂部的主要原因。

流體蝕變作用是儲層微觀改造的主要地質營力。流體可來自表層風化淋濾,也可來自地下流體或巖漿期后的熱液作用,但以風化淋濾為主。火山噴發(fā)旋回的末期,火山活動逐漸減弱并進入間歇期,在此后較長的一段時間內,火山巖地層一直出露地表遭受風化淋濾和剝蝕改造。這種作用主要發(fā)生在火山巖序列旋回頂部,因為火山噴發(fā)末期或火山噴發(fā)間歇期形成的不整合面和沉積間斷面是流體運移的有利通道,即使在后期埋藏條件下,旋回頂部也容易成為流體活躍帶。后期構造運動、流體溶蝕作用、風化淋濾是相互促進的,相互作用的結果往往促使火山巖儲層孔隙和裂縫進一步增大(圖13c)。

圖13 松遼盆地中基性火山巖儲集空間類型及其組合a 玄武巖鑄體薄片照片(單偏光),原生氣孔、基質溶蝕孔,孔隙之間有裂縫連通;b 粗面巖巖心照片,兩組裂縫近垂直相交,原生節(jié)理縫被后期構造裂縫切割;c 粗面巖鑄體薄片照片(單偏光),角礫間縫隙被溶蝕擴大,在裂縫交叉部位形成溶蝕孔洞

4.3 埋藏古火山與現(xiàn)代火山對比所揭示的儲層發(fā)育規(guī)律

4.3.1 多孔浮巖的形成與保存和改造

浮巖是指密度小于1g/cm3能夠在水中漂浮的多孔火山巖,通常以中基性火山巖為主,堿流巖等酸性偏堿性巖類也很常見。在火山巖中,浮巖的氣孔發(fā)育,通過原生或次生微裂縫聯(lián)通能夠成為優(yōu)質儲層。然而,多年勘探實踐表明,在松遼盆地深層埋藏火山中并沒有發(fā)現(xiàn)浮巖類儲層。我們通過松遼盆地埋藏古火山與長白山現(xiàn)代火山形成與改造的異同點對比,認為浮巖類在松遼盆地和長白山地區(qū)原始噴發(fā)和初始形成時都應該大量發(fā)育。然而,浮巖通常發(fā)育于火山旋回的頂部,在后期改造中最先遭受剝蝕、不易保存;又因其氣孔特別發(fā)育,孔隙度特別大,巖石抗壓性弱,被埋藏后經歷明顯的壓實成巖和再膠結作用。換言之,松遼盆地即便在原始噴發(fā)期有浮巖形成并被埋藏在盆地中,也會在后期持續(xù)強烈的深埋壓實作用下失去原始孔隙。意即,浮巖在松遼盆地和長白山中基性火山巖原始噴發(fā)期都有發(fā)育,但松遼盆地中的浮巖由于旋回頂部遭受剝蝕且易在深埋壓實成巖作用下難以保存,因此浮巖在松遼盆地埋藏古火山中很少見到,而在長白山地區(qū)大量發(fā)育。

4.3.2 火山地層界面控儲機理探討

從油氣產能與火山地層位置的對應關系看,無論營城組下部的營一段火山巖還是上部的營三段火山巖,有效儲層發(fā)育位置主要出現(xiàn)在火山地層界面附近,尤其集中在各期火山噴發(fā)旋回的頂部。對于火山巖儲層來講,孔隙發(fā)育程度與風化淋濾作用密切相關。火山旋回頂部風化帶暴露時間長,受風化淋濾作用改造強烈,易產生溶蝕孔縫,從而改善孔隙和裂縫之間的連通性,易形成有效火山巖儲層?；鹕叫睾偷貙咏缑婵貎C制除火山旋回頂部的風化殼外,還有砂礫質堆積物構成的松散層,這一特征在長白山現(xiàn)代火山垂向地層序列中有很清楚的表現(xiàn)(圖4b)。在火山間歇期,由于新生的火山建造改變了原來的地貌特點,使得原有的從源到匯的剝蝕-搬運-沉積平衡關系被打破,在建立新的源-匯平衡關系過程中,必然要在兩期噴發(fā)的火山地層之間形成一套近源的沉積層,一般為松散的砂礫巖堆積層。而后一次的火山活動形成的火山堆積物會快速覆蓋在該套沉積松散層之上,起到一定的上覆保護層作用,使得火山噴發(fā)期次間的這些松散層得以長期保存。

5 結論

松遼盆地徐家圍子斷陷集中發(fā)育火山巖儲層,其中酸性巖、中基性巖和火山碎屑巖都占一定比例,巖相類型以噴溢相為主,其次是爆發(fā)相。松遼盆地和長白山地區(qū)都廣泛發(fā)育多種巖相的各類火山巖,其中松遼盆地以溢流相、爆發(fā)相和火山通道相為主,巖性從酸性到基性均有。而長白山地區(qū)主要發(fā)育以溢流相和爆發(fā)相為主的巖相組合,巖性以中基性巖及堿性巖為主。

松遼盆地營城組三段可劃分為三個旋回,由下而上呈現(xiàn)酸性→基性→酸性的變化,以中基性巖為主;火山地層界面為風化殼及凝灰?guī)r夾層。長白山地區(qū)在花崗巖基底之上發(fā)育由玄武巖→粗面巖→堿流巖構成的以中基性巖為主的火山噴發(fā)序列,在各個期次之間普遍出現(xiàn)由未膠結的砂礫質松散堆積物構成的夾層(松散層)。這些松散層是火山噴發(fā)間歇期火山地貌受外動力地質作用改造、各種粒度和成分的沉積物近源堆積的結果。

松遼盆地火山巖油氣勘探中,“界面控儲”是儲層發(fā)育的普遍規(guī)律,即優(yōu)質儲層多出現(xiàn)在火山地層界面附近。松遼盆地與長白山對比研究表明,界面控儲與松散層密切相關。松遼盆地白堊紀火山巖系在長期的形成演化過程中(150～105Ma),各噴發(fā)期次之間不僅有松散層,還發(fā)育有一系列風化剝蝕面,因此推測松散層及其附近的風化面是火山地層界面控儲的地質成因。同時,這些地層的高孔滲段也是火山巖有效儲層的有利發(fā)育部位。