松辽盆地安达地区营城组中基性火山岩成藏主控因素

单玄龙，高 璇，徐汉梁

吉林大学地球科学学院，长春 130061

松辽盆地安达地区营城组中基性火山岩成藏主控因素

单玄龙，高 璇，徐汉梁

吉林大学地球科学学院，长春 130061

松辽盆地中基性火山岩主要发育于安达次洼陷地区，其产出的天然气量占研究区深层产能总量的60%左右。研究区中基性火山岩气藏以沙河子组暗色泥岩和煤层为烃源岩，营城组三段粗面岩、玄武岩、中基性火山角砾岩等为储层，登娄库组二段泥岩为直接区域盖层，并发育多种岩性、构造圈闭，具备有利的成藏条件。利用地质资料和物性数据分析有效储层特征，结合测井综合解释和试气结果分析了气藏在剖面和平面上的分布特点，研究了安达次洼陷地区营城组中基性火山岩成藏主控因素。结果表明：岩性和岩相影响有效储层的发育，喷溢相粗面岩和玄武岩是该区主要的有效储层类型，爆发相中基性火山角砾岩储层物性最好，今后勘探中应予以重视；火山旋回控制气藏的纵向分布，即气藏主要位于各个火山旋回／期次顶部和上部；火山机构相带控制气藏的平面分布，气藏主要分布于火山口－近火山口相带。

松辽盆地；营城组；中基性火山岩气藏；成藏主控因素；火山岩

0 引言

全球已发现的火成岩油气藏主要分布在中新生界，尤其以侏罗系、白垩系和第三系所占比例较大，这与中新生代全球火山活动较频繁密切相关。火山岩油气总计超过50%产于中基性火山岩储层（玄武岩30%、安山岩18%和粗面岩5%）［1－2］。在2002年松辽盆地庆深大气田火山岩气藏勘探取得突破之前，国内绝大部分火山岩油气藏发现于新生界和古生界的中基性火山岩之中［3－4］。上述表明，中基性火山岩无疑可以成为油气聚集的优良储集体。然而，松辽盆地内以往钻井揭示和气藏产出的火山岩绝大多数是以流纹岩和流纹质熔结凝灰岩为代表的酸性火山岩［5－6］，而中基性火山岩由于钻遇程度低、分布局限、物性差、产能偏低，在以往勘探中未受重视。

松辽盆地中基性火山岩发育于下白垩统火石岭组、营城组和上白垩统青山口组（盆地西南端少量发育），其中营城组是主要勘探目的层。近年来，随着钻遇中基性火山岩储层增多，达深3井、达深4井中基性火山岩试气获得高产工业气流后，认识到中基性火山岩也可以作为主力产层。尤其在安达次洼陷地区，中基性火山岩储层中产出的天然气量占深层产能总量的60%左右，而此时在储层特征和成藏规律等方面的地质认识已突现不足，加强针对性的研究显得十分必要。

在国内中基性火山岩油气藏的盆地中，构成储层的中基性火山岩多形成于古生界和新生界，储油为主，而松辽盆地中基性火山岩形成于中生界白垩系，储气为主，各个盆地在盆地演化和火山岩形成的构造背景等方面也具有差异性［7－9］；因而，火山岩储层的形成、改造以及油气成藏过程势必会有所不同。因此，笔者一方面借鉴国内学者在其他盆地中针对中基性火山岩油气藏实例的研究思路和工作方法，另一方面侧重研究区的实际情况，结合测井综合解释和钻井试气结果分析了有效储层特征并在剖面和平面上研究其分布特点，总结了该区成藏条件，通过对松辽盆地营城组中基性火山岩成藏主控因素的剖析，揭示该区域火山岩气藏的成藏规律，为勘探开发提供依据。

1 研究区火山岩特征

营城组中基性火山岩在松辽盆地北部徐家围子断陷全区均有钻井揭示，但主要集中在断陷北部安达次洼陷地区。目前安达地区共有20口井钻遇营城组中基性火山岩，埋藏深度2 950～3 750m，揭示总厚度4 317m，单井揭示中基性火山岩厚度为15～550m。

安达次洼陷位于徐家围子断陷北部，是由宋西断裂北段控制的西断东超的箕状断陷，南端以东西向的宋站低凸起分割与杏山次洼陷相邻（图1），面积约650km2。根据钻井揭示和地震解释，区内地层发育较全，缺失营城组一段、二段，营四段局部发育，营城组三段中基性火山岩为近年来勘探目的层。

区内发育一系列北西向和北北东向（部分为近南北向）的断裂，控制了火山岩和火山喷发中心的分布，火山岩主要呈中心式喷发。玄武岩分布面积广，占据研究区面积2／3以上；安山岩以共生形式局部发育于玄武岩之上；粗面岩沿北西向断裂局部发育，分布范围相对较小，形成时间晚于玄武岩。研究区南部以流纹岩为主，在宋深井区玄武岩与流纹岩交互式发育，形成双峰式火山岩组合［10］。

2 成藏条件

安达次洼陷在靠近基底大断裂的一侧形成沉降和沉积中心，地层沉积厚，烃源岩发育。从达深1井及邻井钻探情况分析，深层烃源岩目前主要有两类：沙河子组深湖半深湖相的暗色泥岩和滨浅湖沼泽相的煤系暗色泥岩及煤层（图2）。区块内暗色泥岩平均厚度192.1m，煤层平均厚度26.8m。这些泥岩和煤层厚度大、有机质丰度高，有机质演化处于高成熟—过成熟阶段，排气强度可达到120×108m3／km2，为好的气源岩。

图1 安达次洼陷构造位置图Fig.1 Structure location of Anda subsag

断陷主体营城组火山岩分布连续：早期火山岩分布局限，主要为中酸性火山碎屑岩；中期火山岩分布范围较广，主要为中基性火山岩喷发，厚度最大，岩相以喷溢相为主；晚期火山岩分布范围也较广，厚度也较大，主要为中酸性火山岩夹少量中基性岩。火山岩相以爆发相为主，是火山多次爆发叠加的结果，主要也集中在中西部。由于该区的火山岩分布与宋西断裂密切相关，该套火山岩在中央深断陷带厚度最大，在达深2井附近达780m，向东、西两侧厚度减小，逐渐尖灭。

泉头组一、二段泥岩累计厚度大，埋藏深，成岩作用强，岩性致密，横向分布稳定，是营城组主要的区域盖层。登娄库组二段沉积时期盆地处于断陷向坳陷转化的过渡时期，主要为弱补偿条件下的扇三角洲—湖泊相沉积，沉积环境稳定，岩石粒度细，泥岩发育，厚度50～100m，基本覆盖全区，是营城组直接区域盖层。登二段与下伏营三段地层呈不整合接触。

安达次洼陷在中部安达向斜周边发育多个正向构造带，东南侧为宋站低凸起，西北部为古中央隆起带，其上发育有可圈闭的卧里屯构造群及汪家屯凸起，并在向斜中部存在近南北向的层间岩性体隆起带；这些构造背景对于聚集天然气都比较有利。同时安达次洼陷内部火山机构中心以及火山活动引起的构造断隆带及断隆区都属于构造高点，可形成良好的构造－岩性圈闭。火山岩内部的风化壳层、气孔带、破碎带等又可作为岩性圈闭。

由此可见，安达次洼陷地区火山岩储层发育，圈闭条件好，生储盖组合配置适当，具备形成火山岩大气田的物质基础。

3 成藏主控因素

图2 安达次洼陷地区达深1－达深2－汪深102－宋深2－宋深102井地质剖面图Fig.2 Geological section of Anda subsag

安达次洼陷位于徐家围子断陷相对构造低部位，多期火山喷发形成的多个火山岩体相互之间基本不连通，构成纵横向上的孤立储渗体，气水关系复杂，无统一气水界面，气藏分布在斜坡区、深凹带，以岩性气藏为主。气藏来源充足，区域盖层发育，因此良好的储集体是天然气富集成藏的关键。

3.1 岩性和岩相影响有效储层的发育

火山岩岩性和岩相控制孔隙和裂缝的发育以及分布，是储层形成的基础。安达次洼陷地区中基性火山岩主要包括玄武岩、安山岩、粗面岩、中基性火山角砾岩和中基性凝灰岩，总体上属于中－低孔、低渗储层类型（表1）。5类储集岩中：火山角砾岩（图3a，b）的孔隙度和渗透率最大，安山岩次之，但两者分布局限，在有效储层中所占比例小；玄武岩（图3c，d）和粗面岩尽管总体上属于低孔、低渗储层，但其分布规模大，局部发育宏观孔缝，是构成有效储层的主体。

从研究区16口钻井中基性火山岩井段试气结果来看，玄武岩和粗面岩的天然气产能总量占85%，与有效储层的分布比例基本一致。粗面岩产能总量和单井平均产能（大于80 000m3／d）均为最高，尤其钻遇粗面岩的4口井（DS2、DS3－1、DS3－3、DSX301）压后均获工业气流；玄武岩单井平均产能相对较低，单井最高产能仅略高于工业气层界限值（40 000m3／d），钻遇玄武岩的井除 DSX5、DSX7压后获工业气流以外，其余均为低产气流，目前产能难以取得突破。

岩性对中基性火山岩储层和气藏的形成起了重要作用，主要表现在不同的岩性与裂缝形成的关系。北京大学的岩石三轴压缩实验结果［11］表明：玄武岩的抗压强度最大，为72～136MPa；粗面岩（图3e，f）和粗面质角砾岩属于中等抗压强度，为39～82 MPa；凝灰岩的抗压强度很低，约为25MPa。这说明玄武岩不易破裂，最难形成构造裂缝（图3g），而粗面岩类（尤其是粗面质角砾熔岩）和凝灰岩（位于喷发中心附近）最易破裂，容易形成构造裂缝。另外，粗面岩不仅可以形成构造裂缝，而且还可以在其顶部形成原生隐爆裂缝，它在构造作用下更容易发生脆性破碎，改善储集性能［12］，有利于储集油气。

通过成像测井裂缝综合统计（表2），表明单井产能与岩性、裂缝发育程度存在一定关系：粗面岩较玄武岩裂缝发育程度好，产能高；玄武岩中裂缝发育程度好的层段则产能较高。因此，粗面岩应为本区最重要的中基性火山岩产层类型，玄武岩次之。玄武岩中高角度裂缝的发育程度决定了渗透率的大小和储集性能。

表1 中基性火山岩岩性与物性、产能对应关系Table 1 Porosity，permeability and productivity according to lithology

表2 中基性火山岩岩性与裂缝发育程度、产能关系Table 2 Fracture development degree and productivity according to lithology

图3 安达次洼陷地区营城组三段中基性火山岩典型特征照片Fig.3 Typical characteristics of intermediate and mafic volcanic rocks of the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

区内岩相包括喷溢相、爆发相、火山通道相和火山沉积相（表3）。爆发相热碎屑流亚相孔隙度、渗透率发育为最好，火山通道相火山颈亚相、隐爆角砾岩亚相次之。但爆发相和火山通道相发育厚度小、范围局限，产能占天然气总产能的20%，其余约80%为喷溢相。喷溢相产能总量和单井平均产能均为最高，是产层的主要岩相类型。因区内80%以上的岩相为喷溢相，占有绝对主导地位，所以岩相对成藏的控制作用体现得相对较不明显。

根据试气结果，工业气层以爆发相中基性火山角砾岩和喷溢相粗面岩为主，低产气层主要为喷溢相玄武岩、安山岩。综合物性和厚度、分布范围等条件，区内有利的储集体应为喷溢相粗面岩和玄武岩。

爆发相、火山通道相中基性火山角砾岩在本区物性最好，但由于钻遇井数少，厚度小，目前不能作为本区的主力产层，但可作为重要的勘探方向，在今后勘探中应予以重视。

3.2 火山旋回控制气藏的纵向分布

根据单井旋回划分和井间对比分析，本区营城组三段火山岩总体上可划分为3个喷发旋回［13－14］（表4）。

在安达次洼陷20口钻井储层综合解释结果和试气结果的基础上，对安达次洼陷火山岩喷发旋回与有效储层、气藏分布特征关系进行了分析。

由图4可见：综合解释气层主要发育在营三段旋回二（玄武岩和粗面岩）和旋回三（玄武岩）之中，旋回一中未见，其中，旋回二好于旋回三。试气结果显示，试气产能全部集中在旋回二和旋回三之中，旋回二试气产能总量和单井平均产能都高于旋回三。12口井在营三段旋回二中基性火山岩中有试气结果，产能总量达到514 048m3／d，单井平均42 837 m3／d。有4口井在旋回三中基性火山岩中有试气结果，产能总量为70 363m3／d，单井平均17 590 m3／d。营三段旋回一火山岩中未有试气产能。

由于火山喷发具有多旋回、多期次的特点，在火山间歇期，在暴露面顶部发生的风化淋滤作用形成的裂缝，常与溶蚀缝和构造裂缝交错相连，将岩石切割成大小不同的碎块；同时，风化裂缝为后期构造裂缝复杂化或进入深埋藏阶段后再次受到热液溶蚀作用创造了有利条件［15］；另外，在旋回的顶部常发育拱张裂缝。所以在火山喷发期次的顶部尤其在旋回顶部或底部（有松散层存在），具备形成好的火山岩储层的有利条件。

对于喷溢相火山岩，喷发的多期次性造成不同薄层岩类叠置频繁，在旋回期次的界线处易发育优质储层，形成有利气藏［16］。如达深3、4井中基性火山碎屑岩和火山熔岩交互出现（图5），火山喷发期次频繁且岩性变化快，单一岩性厚度薄，总体物性好，均获工业气流。

现有测井综合解释资料和钻井产能测试结果证实，60%以上的气层分布在火山旋回的顶部，如达深X7井营三段旋回二为大套的玄武岩，底部夹少量安山岩，在顶部见厚38m、产能40 414m3／d的工业气层，下部均为干层。达深2井气层、气水同层及水层均位于顶部旋回三，气层位于旋回三顶部，向下为气水同层和水层。

表3 中基性火山岩岩相与物性、产能对应关系Table 3 Porosity，permeability and productivity according to lithofacies

表4 安达次洼陷地区营城组三段旋回划分Table 4 Cycles division of the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

图4 安达次洼陷地区营城组三段气藏剖面图Fig.4 Gas reservoir sectionof the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

图5 岩性岩相与旋回期次划分综合柱状图Fig.5 The lithology，lithofacies，cycles and stages synthetic column map

70%以上的气藏产能来自于全井段火山岩序列的顶部旋回。如：宋深2井在旋回三解释差气层1层，旋回二解释差气层2层，仅在旋回三顶部压后自喷获3 779m3／d的低产气流，其余均为干层；宋深1井在旋回二底部玄武岩中仅获928m3／d低产气流。

由上可见，火山旋回对于中基性火山岩气藏的纵向分布具有重要的控制作用。

3.3 火山机构相带控制气藏的平面分布

安达次洼陷地区主要发育3种类型火山机构：中基性熔岩火山机构、酸性熔岩火山机构和中基性复合火山机构。

中基性熔岩火山机构在本区分布广泛，主要包括两种类型：一类是由粗面岩形成的外成穹丘，另一类是由玄武岩形成的熔岩流和熔岩被。玄武岩岩流和岩被是安达次洼陷地区分布最为广泛的火山机构类型，钻井揭示厚度250m左右，延伸最大可达22 km，一般为10～14km。酸性熔岩火山机构主要分布在汪家屯地区，由酸性熔岩组成。中基性复合火山机构主要分布在宋站地区，岩性以中基性熔岩和火山碎屑（熔）岩叠置发育为特征。

中基性熔岩火山机构主要发育在旋回二，仅达深6井、宋深2井获低产气流，其余钻遇旋回二中基性熔岩火山机构的钻井试气均获工业气流；旋回三中达深2井钻遇中基性熔岩火山机构粗面岩也获42 065m3／d的工业气流。中基性复合火山机构主要发育于旋回三，除达深1井、宋深1井获低产气流以外其余均无气流显示。由此可见，安达次洼陷地区，中基性熔岩火山机构中气藏发育程度好于中基性复合火山机构。

本次研究选用3道求取平均地层倾角属性和火山岩顶面构造资料进行火山机构相带划分：将大倾角值和正地形区域划分为火山口－近火山口相带，将小地层倾角值区域划分为远源相带，将剩余区域划分为近源相带。在营三段中基性火山岩层中共识别出13个火山口－近火山口相带。其直径最小1km，最大5km，主要范围1～2.5km。

根据地震剖面和火山机构与气藏平面分布叠合图（图6），主要钻井和气藏均位于火山机构中心部位，即火山口－近火山口相带是有效储层集中发育区。

平面上，远源相火山岩厚度小，后期充填作用占主导，成藏几率小；火山口－近火山口相和近源相火山岩厚度大，储层发育厚度也相对较大，而且受溶解作用、构造作用等多期改造，易于形成良好的孔隙和裂缝配置，并且该类火山岩储层改善作用早于烃类运移，可构成有利于成藏的时空配置，成藏几率大。由于火山喷发作用及构造演化的继承性，使得火山口附近既是储层发育带也是构造高部位，对气藏的形成十分有利。试气结果显示，火山口－近火山口相和近源相的气藏产能分别占总量的62%和38%，而远源相占0%，并且呈现出距离火山口越远，单井产能越低的趋势。

汪深102井岩性主要为安山质玄武岩、玄武岩，综合解释均为干层，试气结果压后自喷＋气举日产气43m3，干层；其主要原因为距火山口远，储层物性差。距离火山口较远的达深6井岩性为玄武岩、安山质玄武岩，厚度小，仅102m，综合解释为差气层，试气结果压后自喷产气1 988m3／d，低产气层。

达深302井与汪深102井、达深6井试气井段岩性岩相相同，同为旋回二，深度相近，但达深302井获10 496m3／d工业气流，这与其距离火山口较近、储层物性较好密切相关。

由此可见，火山机构相带对气藏的平面分布具有重要的控制作用。

4 讨论

1）中基性火山岩与中酸性火山岩成藏存在差异。松辽盆地北部徐家围子断陷以往钻遇的气藏主要以流纹岩和流纹质碎屑岩为主，这类火山岩不仅原生孔隙最为发育，次生孔隙也很发育，是松辽盆地火山岩大气田发现的主力产层。对于中基性火山岩而言，随着岩浆酸度降低，黏度因此降低，流动性增加，岩浆中气体较易逸出，原生孔隙发育程度较酸性熔岩低，次生孔隙后期充填作用强烈，充填矿物类型多样：钙质、硅质、黏土矿物等；因此，研究区中基性火山岩“先天不足”，物性较差。所以，裂缝的发育程度对改善储层物性尤为重要，裂缝发育区是寻找中基性火山岩气藏的关键区域。

2）研究区中基性火山岩气藏的分布规律。粗面岩储集体厚度大，分布局限但较易发育裂缝，储层物性好；玄武岩具有发育多期储层单元、单层厚度小、分布广、面积大等特点，是该区主要的储层。平面上火山口－近火山口相带的爆发相和喷溢相位于相对构造高部位，靠近断裂，有利于天然气的运移和聚集。纵向上气藏主要分布在火山口－近火山口相带的火山岩序列顶部旋回，以及各个火山旋回／期次顶部和上部。该区具有下生上储短距离近火山口构造高部位成藏的特点，受岩性、火山旋回和火山机构相带的控制作用明显。

图6 安达次洼陷地区营城组三段中基性火山岩火山机构与气藏平面分布叠合图Fig.6 Congruency of intermediate and mafic volcanic edifices and gas reservoir horizontal distribution of the Third Member of Yingcheng Formation in the study area

目前松辽盆地安达次洼陷地区勘探程度较低，营三段钻遇大套中基性火山岩的钻井仅16口。随着勘探进程的加快以及地质情况认识的不断深入，中基性火山岩的成藏主控因素仍将不断完善。

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The Main Factors of Intermediate and Mafic Volcanic Gas Reservoir－Forming of Yingcheng Formation in Anda Area of Songliao Basin

Shan Xuan－long，Gao Xuan，Xu Han－liang

CollegeofEarthSciences，JilinUniversity，Changchun130061，China

Intermediate and mafic volcanic rocks of Songliao basin mainly are developed in Anda subsag，which gas productivity takes about 60%of total productivity in the deep layers of the study area.The source rocks of intermediate and mafic volcanic gas reservoir are dark mudstone and coal developed in Shahezi Formation.Reservoirs are dominated by trachyte，basalt and volcanic breccia of the Third Member of Yingcheng Formation.Regional cap is mudstone of the Second Member of Denglouku Formation，besides these，there are many kinds of lithologic and structural traps，which benefit to reservoir－forming.The characteristics of effective reservoir are analysised by property and permeability data.Then combining comprehensive log interpretation and gas testing results，the distribution of gas reservoir both on longitudinal and horizontal sections is analysised.The main factors of intermediate and mafic volcanic gas reservoir－forming of Yingcheng Formation in Anda subsag are studied.Lithology and lithofacies influence the development of effective reservoir，and trachyte and basalt of effusive facies are mainly effective reservoir type.Intermediate and mafic volcanic breccia of explosive facies have best property and permeability which should be paid special attention.Volcanic cycles control the longitudinal distribution of gas reservoir，that is gas reservoirs mainly locate in the top and upper of each volcanic cycles／stages.Volcanic edifice facies belts control the horizontal distribution of gas reservoirs.The gas reservoirs distribute mainly in cracter－near cracter facies belts.

Songliao basin；Yingcheng Formation；intermediate and mafic volcanic gas reservoir；reservoir－forming main factors；volcanic rocks

P618.13

A

1671－5888（2012）05－1348－10

2011－12－29

国家“973”计划项目（2009CB219306）；东北亚生物演化与环境教育部重点实验室项目；吉林大学“211”工程三期建设项目；2009年教育部基本科研业务经费项目（吉林大学创新团队发展计划）

单玄龙（1969—），男，教授，博士生导师，主要从事石油天然气勘探与开发的教学与研究，E－mail：shanxl＠jlu.edu.cn。