李忠誠

(吉林油田勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 132000)

小城子氣田位于長春市農(nóng)安縣內(nèi)，包括王府1-城深6和城深2兩個區(qū)塊。小城子火成巖氣藏主要發(fā)育于上侏羅統(tǒng)火石嶺組，火石嶺組沉積早期發(fā)生大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)，形成洼隆相間格局[1]；中期地層掀斜，東部抬升形成隆起剝蝕區(qū)，西部地層沉降沉積一套濱淺湖-半深湖相、扇三角洲相泥巖與砂礫巖互層組合；晚期火山活動規(guī)模小，形成一套薄層流紋質(zhì)火山巖。其中，凝灰質(zhì)砂礫巖、粗安巖、流紋巖是主要的儲集層[2]。因此，通過火山巖體識別及內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖，尋找有利儲層發(fā)育區(qū)是氣藏勘探開發(fā)的關(guān)鍵。由于火山巖、火山沉積巖、沉積巖交互發(fā)育，火山機(jī)構(gòu)類型及形態(tài)復(fù)雜，后期遭受風(fēng)化剝蝕及蝕變，儲層呈多中心、非層狀、窄相帶分布，其內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖及儲層識別預(yù)測難度大。本文通過火山口、火山通道及火山機(jī)構(gòu)識別火山巖體；通過單井相序分析劃分火山巖體界面，標(biāo)定地震并利用火山巖體接觸關(guān)系識別、追蹤巖體界面，解剖火山巖體，表征巖體內(nèi)幕結(jié)構(gòu)。

1 火山機(jī)構(gòu)識別

火山機(jī)構(gòu)是一定地質(zhì)時限內(nèi)同源或同一火山口源區(qū)的火山噴發(fā)物的總和，其構(gòu)成包括火山口、火山通道及火山噴發(fā)物三大要素。

1.1 火山口及火山通道識別

火山口位于火山機(jī)構(gòu)頂部，由火山噴出物四周堆積而形成環(huán)狀坑；火山通道是位于火山機(jī)構(gòu)近中心部位的，連接巖漿囊和火山口的巖漿導(dǎo)運(yùn)系統(tǒng)；二者共生共存，活動于整個火山活動周期，控制了火山機(jī)構(gòu)的類型、規(guī)模、形態(tài)、巖性巖相分布等[3]。小城子氣田共識別出8個火山口?；鹕娇谧R別方法根據(jù)保存程度劃分為兩種：一是針對風(fēng)化剝蝕及后期充填破壞的火山口，地震響應(yīng)特征不明顯，但由于火山口上部斷裂分布密集，上部地層多形成花狀斷裂組合，具有地塹、半地塹式斷裂特征；二是針對保存較完整的火山口，地震響應(yīng)特征明顯。保存完整的火山口通常具有以下特征：①多呈環(huán)狀下凹形，相干屬性為環(huán)形-密集-雜亂特征，時間切片為異于周圍地震的環(huán)狀響應(yīng)構(gòu)型；②微構(gòu)造上表現(xiàn)為殘留的正向凸起特征；③隨著水平切片向火山體內(nèi)部深入，環(huán)狀構(gòu)型以火山口為中心逐漸向四周呈環(huán)狀絮狀展開，反映火山巖整體致密堅硬，局部疏松、裂縫斷裂發(fā)育的巖石堆積過程。

小城子氣田共識別出典型火山通道13個，火山通道的特征包括：①發(fā)育隱爆角礫巖、珍珠巖、角礫熔巖等巖性[2]；②位于火山山機(jī)構(gòu)軸部，地震同相軸產(chǎn)狀為近直立狀、分支狀，水平切片呈環(huán)狀；③地震剖面上雜亂、弱能量狀，表現(xiàn)為強(qiáng)振幅-低頻特征，單頻體屬性具調(diào)諧響應(yīng)；④兩側(cè)地層多呈對稱狀且沿下侵方向尖滅(圖1)。

研究區(qū)火山通道類型多樣，王府1井北部火山通道類型屬于扁平、開放型、直立狀，傾角近90°，靠近火山巖頂面傾角大；城深5井南部火山通道依托斷裂呈斜交“Y”字形展布，為裂隙溝通扁平狀，表明該區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，火山噴發(fā)以裂隙式為主，通道分布受斷裂影響大；城深6井火山通道近直立狀，靠近火山巖頂面時分叉成“Y”字形，這是由于“中心式”火山噴發(fā)快速堆積形成的。

圖1 過城深6-城深11-城深5-王府1單頻體剖面(火山通道響應(yīng)特征)
Fig.1 Single-frequency profile of CS6-CS11-CS5-WF1

1.2 火山機(jī)構(gòu)識別

小城子氣田共識別出3個火山機(jī)構(gòu)群共10個火山機(jī)構(gòu)?；鹕綑C(jī)構(gòu)頂?shù)捉缑嬖诘卣鹕媳憩F(xiàn)為強(qiáng)反射且可連續(xù)追蹤，內(nèi)部則多為中-強(qiáng)振幅、雜亂反射特征，可顯著區(qū)別于沉積巖的中弱振幅、平行-亞平行反射結(jié)構(gòu)，在振幅屬性上火山機(jī)構(gòu)表現(xiàn)為高值。不同火山機(jī)構(gòu)空間幾何形態(tài)及產(chǎn)狀不同，地震剖面表現(xiàn)為同相軸尖滅、錯斷或能量突變，振幅、波形聚類上表現(xiàn)為多個不同的分布區(qū)。

2 火山巖體識別與解剖

火山巖體是介于火山機(jī)構(gòu)與火山巖相之間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，是具有成因聯(lián)系的一套火山巖組合。在成因上受火山口、火山通道及火山機(jī)構(gòu)類型控制，其噴發(fā)方式、噴發(fā)能量和熔漿性質(zhì)存在著差異，從而導(dǎo)致火山巖體形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀不同?；鹕絿姲l(fā)大多具有期次性，多次噴發(fā)的火山巖之間若間斷時間長，容易形成古風(fēng)化夾層或沉積層，從而將不同時期噴發(fā)的火山巖分割開來。研究中以火山機(jī)構(gòu)為研究單元，通過分析火山巖體的地質(zhì)、測井、地震響應(yīng)特征來識別火山巖體；通過分析火山巖體界面的地質(zhì)、測井響應(yīng)特征劃分火山巖體，進(jìn)而通過井震標(biāo)定、地震層位追蹤解剖火山巖體。

2.1 火山巖體類型

火山機(jī)構(gòu)內(nèi)部由于多期噴發(fā)存在多個火山巖體，根據(jù)形成時間、相對位置及疊置關(guān)系，火山巖體可劃分為沉積巖接觸型、風(fēng)化殼接觸型、巖體直接接觸型。

2.1.1 火山巖-沉積巖接觸型

小城子氣田在火山活動各時期都發(fā)育與正常沉積巖伴生的火山沉積巖，該類巖石沉火山碎屑含量為90%～50%，發(fā)育各種層理如粒序?qū)永怼⑵叫袑永?，巖體包括濁積巖透鏡體、波狀層理凝灰?guī)r等，都是各種粒級火山碎屑經(jīng)再搬運(yùn)后在一定的沉積環(huán)境中沉積形成的?；鹕匠练e巖在搬運(yùn)過程中有少量的外碎屑加入，搬運(yùn)距離一般很近，也有搬運(yùn)距離很遠(yuǎn)的火山灰在靜水環(huán)境中沉積而保持很純的成分?？傮w來講，火山沉積巖形成于火山噴發(fā)期末，標(biāo)志著一期火山噴發(fā)的結(jié)束，是小城子氣田火山巖體劃分的重要標(biāo)志。

2.1.2 風(fēng)化殼接觸型

風(fēng)化殼是地殼表層巖石風(fēng)化的結(jié)果，自上而下的垂直分帶依次為土壤層、風(fēng)化土層帶、風(fēng)化碎石帶、風(fēng)化塊石帶及風(fēng)化裂隙帶。風(fēng)化殼的厚度受氣候、地形、構(gòu)造等因素控制。一般說來，在氣候濕熱、地形平坦、構(gòu)造活動比較穩(wěn)定的地區(qū)，風(fēng)化作用較強(qiáng)，剝蝕作用較弱，風(fēng)化殘余物質(zhì)易于保存，風(fēng)化殼厚度較大；在相反條件下，風(fēng)化殼厚度小。風(fēng)化殼標(biāo)志著火山巖體建造的結(jié)束，是小城子氣田識別火山巖體的重要標(biāo)志。

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2.1.3 火山巖體直接接觸型

間隔期較短的火山巖體之間通常直接接觸，其識別主要是火山巖相序組合及變化，如火山噴發(fā)過程中火山能量弱-強(qiáng)-弱、強(qiáng)-弱等變化形式在噴發(fā)組合上表現(xiàn)為溢流-爆發(fā)-溢流-火山沉積或爆發(fā)-溢流-火山沉積等相序組合或突變。

小城子氣田火山巖相序變化以爆發(fā)相火山角礫巖、凝灰質(zhì)角礫巖開始，向上變化為晶屑凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r，噴發(fā)期末發(fā)育細(xì)粒凝灰?guī)r或火山熔巖。通過火山巖體成分(酸性、中性、基性成分的突變)、結(jié)構(gòu)(細(xì)晶、球粒結(jié)構(gòu)向火山碎屑結(jié)構(gòu)突變)、構(gòu)造(火山塵或火山熔巖向火山角礫突變)的突變劃分火山巖體。

2.2 火山巖體測井識別

火山巖體成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及相序組合上的變化在測井曲線上也有相應(yīng)的特征或變化，因此可用測井曲線識別火山巖體。

2.2.1 火山巖-沉積巖接觸型

圖2 沉積巖接觸型火山巖體測井響應(yīng)特征(王府1井)Fig.2 Logging response of sedimentary rock contact volcanic rocks (well WF1)

火山巖體之間的沉積巖充填在測井曲線上表現(xiàn)為電阻率、密度及伽馬曲線的突變。例如王府1井2850～3042 m段為火山巖體之間的沉積巖，在測井上具有低電阻率、低密度、高伽馬、測井曲線犬齒狀特征，其上下段正?；鹕綆r(下部為粗安巖，上部為凝灰?guī)r)在測井上表現(xiàn)為高電阻率、高密度、低伽馬、測井曲線箱形特征[5](圖2)。

2.2.2 風(fēng)化殼接觸型

當(dāng)火山巖體之間存在風(fēng)化殼時，由于風(fēng)化剝蝕造成溶解物質(zhì)的流失及母巖穩(wěn)定性的破壞，在測井曲線上表現(xiàn)為井徑垮塌、伽馬異常及密度變小。例如城深6井2622～2636 m段為凝灰?guī)r風(fēng)化形成的風(fēng)化碎裂角礫巖帶，在測井上具有低電阻、高聲波，測井曲線漏斗狀等特征，其下伏地層為未經(jīng)風(fēng)化的正?；鹕綆r，在測井上表現(xiàn)為高電阻、低聲波、測井曲線鋸齒狀特征。對成分結(jié)構(gòu)相同的火山巖，從風(fēng)化殼頂部向下，巖石孔縫發(fā)育程度降低、聲波時差降低。

2.2.3 直接接觸型

當(dāng)火山巖體之間直接接觸時，由于形成時間及成分的不同，造成伽馬曲線及電阻率、密度的突變。例如城深5井2442.8 m上部火山巖體主要發(fā)育安山質(zhì)火山角礫巖，在測井上具有低伽馬、較低電阻率特征；下部火山巖體主要發(fā)育安山巖，在測井上具有較高伽馬、較高電阻率特征。綜合判定上下為兩個不同成分的火山巖體。

2.3 火山巖體地震識別

在火山巖體地質(zhì)、測井識別的基礎(chǔ)上，通過井震標(biāo)定開展火山巖體地震識別研究，其方法包括地震標(biāo)志性反射特征識別及井震標(biāo)定的地震屬性識別。

2.3.1 地震剖面識別

圖3 水平切片上火山巖體響應(yīng)特征圖Fig.3 Response characteristic map of volcanic rock mass on horizontal slice

由于形成時間和相對位置差異，火山巖體存在各種疊置關(guān)系，巖體之間在地震剖面上表現(xiàn)為振幅強(qiáng)弱和同相軸連續(xù)性、頻率的變化。地震剖面的火山巖體界面表現(xiàn)為同相軸尖滅、錯斷及能量突變，內(nèi)部則為空白和雜亂反射。同時，不同火山巖體的形態(tài)差異在地震上也有顯示，其中火山碎屑錐火山巖體剖面上多表現(xiàn)為丘狀、傘狀及透鏡狀，平面上表現(xiàn)為近圓形、橢圓狀、土豆?fàn)畹龋哂休^小的長寬比；熔巖火山巖體剖面上多表現(xiàn)為似層狀、楔狀，在平面上表現(xiàn)為圓形或橢圓形；次火山巖體剖面上表現(xiàn)為條帶、帶狀和透鏡狀，平面上表現(xiàn)為不規(guī)則圓形或條帶柱狀、楔形、透鏡狀等。

火山巖與沉積巖反射特征的區(qū)別：①沉積巖反射較連續(xù)、穩(wěn)定，而火山巖反射不穩(wěn)定；②沉積巖反射多以中弱振幅為主，而火山巖反射多以強(qiáng)振幅為主；③火山巖反射頻率與沉積巖反射頻率相比相對較低；④火山巖體上部常出現(xiàn)披覆構(gòu)造，側(cè)翼沉積巖常有上超現(xiàn)象或沉積巖與火山巖反射軸呈“指狀”交錯。

2.3.2 水平切片識別

火山巖與圍巖地震反射的差異性造成它們在反射同相軸的疏密、寬窄、走向等方面存在特征差異(圖3)，主要包括：①火山巖與圍巖(沉積巖)邊界清晰，產(chǎn)狀截然不同。沉積巖波峰到波谷變化相對平穩(wěn)，同相軸寬，排列比較規(guī)則；火山巖則呈流動構(gòu)造和揉皺狀,或云朵狀、絮狀等。②火山巖體形態(tài)完整，邊界清晰，由于地層傾角較大，同相軸呈密集條帶狀，同相軸較窄，波峰到波谷變化快。因此地震水平切片可以較好地識別火山巖體。

2.4 火山巖體表征

采用上述識別方法，在小城子氣田共識別出10個火山巖體，主要在北部、中部、南部三個區(qū)帶分布)。在火山巖體識別基礎(chǔ)上，采用井震結(jié)合方法，實現(xiàn)了火山巖體形態(tài)、規(guī)模、分布等定量表征。

其中，南部發(fā)育兩大裂隙夾中心式火山口，按“下部裂隙式、上部中心式”的判別原則刻畫8、9、10號火山巖體。這三個火山巖體的火山通道和噴發(fā)中心明顯，8號體與9號體界面清晰，9號體與10號體相互疊置；9號體(城深6)與10號體(城深11)內(nèi)部噴發(fā)期次響應(yīng)特征較明顯(圖4)。

圖4 小城子氣田南部火山巖體地震剖面Fig.4 Seismic profile of volcanic massif in the South of Xiaochen zi gas field

2.5 火山巖體疊置關(guān)系

火山巖體常見的疊置方式包括縱向式、側(cè)向式、嵌入式和孤立式等。小城子氣田火山巖體以側(cè)向疊置為主，反映古地貌環(huán)境下小規(guī)模多火山口多期次噴發(fā)形成火山巖體的疊置特點(diǎn)。

圖5 小城子氣田火山巖體空間疊置關(guān)系圖Fig.5 Spatial superposition diagram of volcanic rock mass in Xiaochengzi gas field

3 結(jié)論

(1)小城子氣田共識別出8個火山口，13個火山通道、10個火山機(jī)構(gòu)、10個火山巖體，在北部、中部、南部呈區(qū)帶分布。

(2)小城子氣田各火山巖體多呈錐狀和盾狀臺地特征，體現(xiàn)多火山口多中心噴發(fā)的特點(diǎn)，巖體長軸方向以北東向和近南北向為主。

(3)小城子氣田火山巖體以側(cè)向疊置為主，反映古地貌環(huán)境下小規(guī)模多火山口多期次噴發(fā)形成火山巖體的疊置特點(diǎn)。