渤中地区火山岩特征及其与断裂关系

2015-02-17王志萍吕丁友王保全

特种油气藏 2015年4期

关键词：渤中火山岩外形

王志萍，吕丁友，王保全

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

渤中地区火山岩特征及其与断裂关系

王志萍，吕丁友，王保全

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

为了更好地预测渤中地区火山岩分布，寻找有利火山岩储层，在钻井资料分析基础上，采用三维地震资料进行火山岩相地质和地震特征研究，建立火山岩分布与断裂关系模式。渤中地区火山岩为中基性火山岩，以安山岩最为发育、凝灰岩次之；岩相以喷溢相为主，爆发相次之。渤中地区“H”型断裂控制了火山岩分布方式及分布范围，火山岩沿着断裂成“串珠状”分布。断裂的规模和火山喷发模式控制了火山岩的规模。中生界火山岩与断裂有不同赋存关系，火山岩沿基底或走滑断裂面呈裂隙—中心式喷发，火山机构串珠状叠置或在潜山内幕断层的上升盘呈中心式喷发，前者发育规模大于后者。靠近喷发中心，即靠近断裂带，物性较好的爆发相及喷溢相发育，将是火山岩油气藏勘探的有利区域。

火山岩；分布特征；地震-地质一体化；断裂；渤中地区

0 引言

火山岩油气藏已成为中国东部中、新生代陆内裂谷盆地的重要油气藏类型，松辽盆地、渤海湾盆地等均在火山岩中发现工业油气流[1]。渤海中部地区在中生界白垩系火山岩地层中有良好的油气发现。但目前对该区火山岩的研究程度较低，认识程度不高，对火山岩的分布还不十分清楚，而且火山岩相对油气藏的储集性能影响很大，因此火山岩相分布规律的研究十分关键。在钻井少的情况下，在岩心、岩屑观察、岩相识别的基础上，采用三维地震资料进行火山岩地震-地质特征研究，建立火山岩相分布与断裂关系，为火山岩平面分布预测提供依据，将有利于降低深层火山岩勘探风险、提高钻探成功率。

1 火山岩岩性岩相特征

通过统计渤海中部地区12口井的中生界火山岩岩心及岩屑资料，发现区内火山岩岩性主要包括火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩以及沉火山碎屑岩类。火山熔岩类包括玄武岩、安山岩、粗面安山岩以及粗面岩，主要为中性、基性火山岩，这与徐桂忠[2]通过对BZ5、BZ6、BZ13以及13B5-1井中生界火山岩化学成分分析得出火山熔岩主要为中基性火山岩(以碱性的粗面岩—粗安岩—粗面玄武岩为主)的观点相符；火山碎屑熔岩类主要为凝灰熔岩；火山碎屑岩包括凝灰岩和安山集块岩；沉火山碎屑岩主要包括泥质凝灰岩、砂质凝灰岩等；其中以安山岩最为发育、凝灰岩次之。

钻井资料统计显示：渤中区域以喷溢相出现最多，占69%；其次为爆发相，占26.1%，火山沉积相占3.8%。物性以爆发相最好，喷溢相次之[3-6]。由于火山岩喷发后又经历了构造运动、剥蚀风化等破坏，原始的火山岩相与现存的有较大差异。本区相序类型较为简单，主要有喷溢相—爆发相，喷溢相—火山沉积相，喷溢相—爆发相—火山沉积相，爆发相—喷溢相，喷溢相。

2 火山岩相地震响应特征

2.1 火山机构外形

首先对火山机构外形进行识别，从而与围岩进行区别。剖面上，外形与火山喷发方式有关，裂隙—中心式喷发的火山岩，一般垂直于断层方向具有楔状外形(图1a)，平行于断层方向具有丘状外形(图1b)；而中心式喷发的火山岩具有丘状外形(火山锥)。平面上，振幅水平切片上火山岩同相轴排列有序性较差，大体呈现出流动结构，或云朵状或絮状或揉皱状，具有强振幅特征，与围岩往往有着明显边界(图1c)；相干切片上呈现低相干、杂乱细碎、团块状特征，但响应不如振幅切片明显(图1d)。

2.2 火山岩相

(1) 火山通道相。在地震剖面上火山通道相具有独特的柱状或漏斗形等反射特征，与围岩呈不整合关系，火山通道相反射波连续性明显降低，杂乱反射特征突出(图1e)。

(2) 喷溢相。喷溢相在区内分布较广，近源喷溢相多与爆发相叠置，具有中强振幅反射、中—低频率反射特征，中等连续性(图1f)。

(3) 爆发相。爆发相在区内分布面积比喷溢相小，近源爆发相岩性复杂，呈层性差，横向变化快，在地震剖面上常表现为连续性较差、变振幅—中振幅或空白反射特征(图1g)，远源爆发相远离火山口，岩性单一，内部岩性变化相对较小，地震同相轴接近板状外形、中强振幅、中—连续反射的地震响应特征。

(4) 火山沉积岩相。与其他火山岩相有较大的差别，距火山口较远，为远源相，岩性变化较小，地震响应多以薄板状外形、中强振幅、连续反射、中高频为主要特征(图1h)。

3 火山岩相分布与断裂关系

侏罗世末至早白垩世初，由于太平洋板块向欧亚大陆下俯冲，使中国东部浅层地壳处于NE向走滑引张[7-9]，北东向郯庐断裂带左旋拉张，近东西向基底逆冲断裂活化拉张，2类断裂组合成“H”型断裂系统。经前人研究[1]，渤海地区中生界火山岩喷发时期为早白垩世，与断裂发育时期匹配。通过振幅切片、相干以及地震剖面相追踪火山机构也显示了火山岩分布与“H”型断裂存在密切关系，即“H”型断裂控制大规模晚侏罗世至早白垩世的火山喷发和岩浆活动(图2)。

图2 断裂及火山岩分布

3.1 断裂面

沿断裂面喷发的火山岩在上升盘形成串珠状多期叠置的火山岩体，受到后期构造运动影响，外形及披盖形态被剥蚀破坏，目前外形仅为残留外形。火山岩层厚度随距断层的距离变大而逐渐变薄。喷发的火山熔岩和火山碎屑岩随着断层下降充填于下降盘低洼地区，呈板状构型，保存较完整。

区内①、④、⑤号火山岩体均为该类火山岩(图3 a、b、c)，该类火山岩沿长期活动的大型断裂多期发育[10]，火山岩规模较大。如①号火山岩发育在北西向基底逆冲断裂，分布面积为17.2 km2；④、⑤号火山岩发育于北东向郯庐走滑断裂分支，分布面积分别为11.3、9.4 km2。①号火山岩主要有3期喷发，不同期次火山岩沿断裂走向向东迁移，形成串珠状火山结构叠置关系。第1期火山岩体紧邻断层分布，与下伏古生界碳酸盐岩呈不整合接触，呈残余丘状外形，岩相从下往上为火山通道相—喷溢相—爆发相，内部中强振幅，反射轴断续分布，分布范围较小，纵向长约2 000 m。第2期火山岩披盖于第1期火山岩上，与第1期火山岩呈不整合接触，火山岩顶部外形被剥蚀破坏，靠近断裂一侧反射特征呈丘状外形，内部中强振幅，中连续性，为近源喷溢相和爆发相。远离断层一侧，呈席状披盖，中强振幅，连续性变好，为远源爆发相。火山岩体较小，纵向长约1 000 m。第3期火山岩披覆于第2期上，靠近断层为板状外形，火山岩相主要为远源爆发相，反射特征为中强振幅、中频、中—好连续性，远离断层一侧岩相变为火山沉积相，反射特征为强振幅、中频、连续性好，该期火山岩喷发时间长，火山岩分布范围较大。下降盘的地层主要是喷发的火山熔岩和火山碎屑岩随着断层下降充填于下降盘低洼地区，厚度较大，呈板状构型，上超于缓坡的沉积岩上。从3期火山岩规模判断火山岩喷发能量由弱逐渐变强。

3.2 上升盘

火山岩浆在断裂的上升盘上升喷发形成规模较小的火山锥，保留有较完整的丘状外形，并且具有明显的漏斗形或柱形的火山通道相，从下至上为中弱振幅平缓层状的喷溢相—中强振幅杂乱爆发相，爆发相和火山沉积相堆积充填在下降盘。该类火山岩的分布范围小于沿断裂面喷发的火山岩。其中②、③号火山岩为该类火山岩(图3d、e)，断裂主要为潜山内幕断层，火山岩规模较小，②号火山岩分布面积为8.6 km2，③号火山岩为6.5 km2。其中②号火山岩火山口位于断层上升盘，靠近断层为丘状外形，发育火山通道相、喷溢相和爆发相叠置，同相轴为中强杂乱反射，远离断层(即远离火山口)方向，为远源爆发相和火山沉积相。该火山岩贯穿了①号火山岩的第3期火山岩，破坏了第3期火山岩结构，与第3期火山岩的连续性反射形成明显对比，二者呈交叉接触(图3a)。①号和②号火山岩属于同一喷发源区，火山口(火山通道)相邻，喷出物叠置。从①号到②号喷发模式由裂隙—中心式喷发变为中心式喷发，火山爆发能量由弱逐渐变强。①号和②号的叠置增加了火山岩的复杂性。

图3 火山岩地震剖面

3.3 火山喷发与断裂关系模式

通过对渤中地区白垩系火山岩剖面解剖和平面追踪，建立了渤中地区中生界火山喷发模式(图4)。火山岩沿着基底断裂和走滑断裂呈“裂隙—中心式”喷发，沿潜山内幕断层呈“中心式”喷发，并且与断裂存在多种赋存关系[11]，分别是断裂上升盘火山“中心式”喷发，火山机构发育；断裂带火山“裂隙—中心式”喷发，火山机构串珠状叠置。上升盘火山机构分布规模小，丘状外形，火山岩相为爆发相和喷溢相。断裂带火山机构分布规模大，靠近断裂带为爆发相和喷溢相，远离断裂带为远源爆发相和火山沉积相，远源爆发相和火山沉积相堆积充填在下降盘，厚度较大，靠近断裂带的区域将是火山岩油气藏勘探的有利区域(图2)。

图4 渤中地区中生界火山喷发与断裂关系模式

4 结论

(1) 渤中地区火山岩岩性为中基性的玄武岩、安山岩、粗面安山岩、粗面岩，凝灰熔岩、凝灰岩和安山集块岩等，其中以安山岩最为发育、凝灰岩次之。火山岩岩相以喷溢相为主，爆发相次之。

(2) 裂隙—中心式火山岩垂直于断层方向具有楔状外形，平行于断层方向具有丘状外形，中心式火山岩的具有丘状外形(火山锥)。振幅水平切片上呈现出流动结构，或云朵状或絮状或揉皱状，相干切片上呈现低相干性特征。火山通道相具有独特的柱状或漏斗形、反射波连续性明显降低、杂乱反射等反射特征；喷溢相为中强振幅反射，中—低频、中等连续性反射特征；近源爆发相表现为连续性较差、变振幅—中振幅或空白反射特征，远源爆发相接近板状外形，中强振幅，中—连续反射；火山沉积岩相反射特征为振幅较强、连续性较好、中高频。

(3) 渤中地区“H”型断裂控制了火山岩分布方式及分布范围，火山岩沿着断裂形成“串珠状”分布。断裂的规模和喷发模式控制了火山岩的规模。中生界火山岩与断裂有不同赋存关系，火山岩在基底或走滑断裂面呈裂隙—中心式喷发，火山机构串珠状叠置，或在潜山内幕断层的上升盘呈中心式喷发，前者发育规模大于后者。

(4) 不同期次不同赋存状态不同喷发中心的火山岩岩体叠置分布，造成了火山岩分布的复杂性，给勘探带来难度；但靠近喷发中心，即靠近断裂带，物性较好的爆发相及喷溢相发育，将是火山岩油气藏勘探的有利区域。

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