盆地内部火山机构的地质模式建立方法及其应用——以松辽盆地南部地区营城组火山岩为例

胡 佳，王立武，张双杰，皮 雄，迟唤昭，刑 驰，刘建松

(1.吉林油田 勘探开发研究院，吉林 松原 138000； 2.长春工程学院 勘查与测绘工程学院，吉林 长春130021)

引 言

火山机构(volcanic edifice)指在某一段时间内，由同源喷发的火山物质围绕源区堆积形成且具有一定形态和共生关系的各种火山作用产物的总和[1-2]。火山喷发后，火山机构在地表面表现出各种各样的火山地形及其相关的各种构造及多种类型[3-8]。

松辽盆地火山岩气藏勘探潜力巨大[9-14]，气藏主要分布于营城组和火石岭组。火石岭组火山岩获日产气15.4×104m3的重大突破。松辽盆地火山岩气藏多为火山机构内幕型气藏[15]，储层岩性、岩相空间展布特征复杂，精细刻画难度大，严重阻碍火山岩油气藏进一步勘探开发，因此，亟需开展对火山机构的综合性研究。火山岩储层形成受火山活动周期影响，因此，可对火山岩体按照旋回、期次、火山机构、流动单元进行精细划分。由此可见，在旋回与期次约束下的火山机构地质模式建立及其内幕刻画尤为重要。

本文将以松辽盆地德惠断陷和长岭断陷火山岩气藏为例，系统总结火山机构的地质-地球物理识别方法；综合利用火山机构叠置关系、岩性、岩相分析，结合测井、地震等特征，建立火山机构地质模式，并开展机构内部储层精细解剖。

1 火山机构的识别与建立方法

火山活动及其产物按级别可以分成旋回、火山机构和喷发期次。旋回的地质内涵是由一次大规模喷发形成的火山物质堆积体组成，包含多个同期或者喷发时间间隔不长的火山机构。火山机构的地质内涵是在旋回时间格架内由同喷发源主火山通道及侧火山通道喷发形成的火山物质堆积体，可包含多个期次。期次的地质内涵是限定在火山机构内部，同喷发源同期或者准同期喷发形成的火山物质堆积体，包含多个冷凝单元。

1.1 地质方法

1.1.1 地质界面

(1)火山喷发期次界面：火山机构因受到火山喷发期次的影响，其界面特征分为2种，一种是多期次喷发组合的火山机构，这种火山机构存在局部角度不整合界面；另一种是同期喷发包含多个火山机构，这种火山机构之间通常无明显界面。

(2)沉积夹层和喷发间断面：具有沉积夹层和短喷发间断的界面为划分火山机构的依据[1-3]。常规测井风化壳为高伽马、低电阻、低密度。搬运碎屑物夹层表现为沉积岩的曲线特征。成像测井风化壳可见角砾层，搬运沉积物夹层可见沉积岩的成像测井特征。

1.1.2 岩性岩相

岩性反映岩石特征的一些属性，如成分、颜色、机构和构造等。岩相反映火山岩形成方式的总和，如岩浆的喷发类型、搬运方式和形成环境等[16-17]。在同一旋回内部，可根据钻井岩性、岩相的变化划分不同的火山机构。

(1)岩性变化序列划分火山机构：岩性由大段熔岩类转变成大段碎屑岩类，岩性界面可以作为火山机构的分界面，划分成大规模熔岩类火山机构和大规模碎屑岩类火山机构。岩性由小段熔岩类转变成小段碎屑岩类，可以根据情况划分成2个火山机构：小规模熔岩类火山机构和小规模碎屑岩类火山机构，也可以不进行划分，统一为一个火山机构，称为复合火山机构。对于熔岩类火山机构，岩性由酸性转变为基性，岩性界面可以作为火山机构的分界面，划分流纹质熔岩火山机构和玄武质熔岩火山机构。

(2)岩相变化序列划分火山机构：由爆发相转变为火山沉积相，这种明显岩相变化界限可以作为划分火山机构的标志。

1.1.3 化学成分、喷发方式和单元叠置关系

考虑化学成分，可将火山机构类型划分为酸性火山机构、中性火山机构、基性火山机构、碱性火山机构。考虑喷发方式，可将火山机构类型划分为熔岩型、火山碎屑岩型和复合型。考虑火山地层结构特征，可以将酸性熔岩火山机构划分为单熔岩流单元和多熔岩流单元，将中基性熔岩火山机构分为以辫状熔岩流为主和以板状熔岩流为主。由于火山碎屑熔岩中孔隙分布与单元构成的关系不如与熔岩的关系密切，因此，火山碎屑熔岩火山机构不考虑单元构成(表1)。

对于现代火山，其形态是可视的，适合采用喷发方式进行划分；对于埋藏古火山机构，很难获取精确的形态，适合采用岩性岩相组合特征。结合喷发方式，将火山机构划分为熔岩类、碎屑岩类和复合类，可再按照化学成分进一步划分[18-19]。

1.2 测井方法

由于火山机构是由火山岩相组成的，因此，可利用测井方法识别岩相，划分火山机构。总结德惠地区各岩相的测井曲线特征，典型火山岩相测井响应特征如图1所示。

表1 基于成分-喷发方式和单元叠置的火山机构分类方案Tab.1 Classification of volcanic edifices based on composition-eruption system and stratigraphic unit

图1 德惠断陷典型火山岩相测井响应特征Fig.1 Logging response characteristics of typical volcanic rocks in Dehui fault depression

1.2.1 火山通道相

德惠断陷火山通道相主要有火山颈亚相和隐爆角砾岩亚相，其中火山颈亚相除了玄武岩显示低伽马和火山颈亚相凝灰岩显示低阻外，均为高伽马、中阻，曲线形态多以高幅齿形为特征。隐爆角砾岩亚相的原岩多为流纹质熔岩类，显示高伽马、中阻的特征。

1.2.2 爆发相

研究区爆发相可分为空落亚相、热基浪亚相、热碎屑流亚相。空落亚相自然伽马曲线为高幅度齿形，双侧向曲线为低幅齿化箱形；热基浪亚相凝灰岩以高伽马为主，见中伽马，低阻为特征，高伽马凝灰岩为流纹质，中伽马凝灰岩为安山质；热碎屑流亚相显示高伽马、低阻的特征，双侧向测井显示中低阻。

1.2.3 喷溢相

研究区喷溢相可分为下部亚相、中部亚相和上部亚相。由于下部亚相多为块状，细晶结构，电阻率曲线多为中—高幅齿形。中部亚相发育流纹层理间缝构造，电阻率呈中低阻。上部亚相为球粒结构、细晶结构和气孔结构，自然伽马曲线为低振幅齿形，电阻率曲线为中振幅指状、峰状。

1.2.4 侵出相

侵出相划分为内带亚相和外带亚相，整体呈较高电阻率，较低声波时差的特征。

1.2.5 火山沉积相

火山沉积相划分为3个亚相：含外碎屑火山碎屑沉积亚相、再搬运火山碎屑沉积亚相和凝灰岩夹煤沉积亚相。含外碎屑火山碎屑沉积亚相测井曲线接近一般沉积岩的特征，但其曲线振动幅度大于所有其他火山岩，且是高伽马、低阻特征。再搬运火山岩沉积亚相以中伽马、中阻为特征。凝灰岩夹煤沉积亚相的显著特点为低阻高伽马，自然伽马曲线呈正向刺状，密度曲线为反向峰状，非常特别。

1.3 地震方法

1.3.1 地震相

火山机构由火山岩相组成，不同的火山岩相由于岩石组成存在差异，在地震剖面上显示为不同的地震特征(振幅、频率和连续性)。因此，可以在火山机构-地震相单元内，依据地震参数区别进行火山岩相-地震相单元识别。

1.3.2 地震反射

(1)期次之间：通过火山机构间地震反射轴“角度不整合”相交或同相轴出现反向识别相邻火山机构分界线。

(2)期次内部：期次内部火山机构的识别主要依据地震火山地层学方法，在期次界面限定下，对同一个喷发期次的火山岩，利用顶超、底超(包括上超和下超)、削截等地震反射终止现象识别火山机构的地震反射界面[20-23]。

1.3.3 属性

依据相干属性和波形分类属性进行火山机构和火山岩相平面刻画。波形分类属性在一定程度上可以反映地震相特征(外部形态、内部反射结构和地震参数)，同时火山岩相刻画主要依据地震相特征，因此，以地震相为桥梁可以建立火山岩相与波形分类属性的对应关系，从而利用火山岩相解释剖面对波形分类属性进行标定，进行火山岩相平面解释。

2 火山机构地质模式的建立及应用

本文综合运用钻井-测井-地震等手段在松辽盆地南部地区建立火山机构地质模式，探讨不同类型火山机构的储层特征。

2.1 建立火山机构地质模式

2.1.1 流纹质熔岩火山机构

酸性熔岩火山机构(单流动单元)由单一熔岩流单元构成。典型实例：腰深202井钻遇的酸性熔岩火山机构由喷溢相熔岩流构成(图2(b))，外形为丘状，岩性为流纹岩，火山机构顶部发育一薄层原生气孔带。该火山机构在地震剖面上的特征为典型的丘状空白反射(图2(a))。在电性上，该火山机构的自然伽马曲线、电阻率曲线、声波曲线和密度曲线都较为平稳，火山机构底部电阻率值稍有升高，反映岩性致密(图2(c))。

图2 流纹质熔岩火山机构(单熔岩流单元)地质模型Fig.2 Geological model of rhyolitic lava edifices(single lava flow unit)

2.1.2 流纹质碎屑岩火山机构

流纹质碎屑岩火山机构由多个火山碎屑堆积单元叠置构成。图3为典型的该类火山机构，其特点为空间上局部丘状、大面积席状或充填状。根据常规测井和成像测井界面特征，该火山机构纵向由3个火山碎屑堆积单元构成，每个单元均由流纹质角砾熔岩、流纹质凝灰熔岩构成，纵向序列较为均一(图3(b))。该火山机构在地震剖面上，表现为大面积、披盖状，连续平行反射(图3(a))；在电性特征上，表现为电阻率曲线、声波曲线和密度曲线较为平直，自然伽马曲线在单元界面处经常发生齿化(图(c))。

图3 流纹质碎屑岩火山机构地质模型Fig.3 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices

2.1.3 复合火山机构

复合火山机构最典型的特征是由多个酸性熔岩流单元和火山碎屑堆积单元叠置构成。典型的酸性复合火山机构(图4)发育在达尔罕大断裂上盘一侧，外形为楔形，纵向由多层板状熔岩流单元和层状火山碎屑堆积单元叠置构成(图4(b))。该火山机构的电性特征和地震剖面反射特征与酸性熔岩火山机构(多流动单元)类似，无钻井揭示不易区分。

2.1.4 英安质熔岩火山机构

图5为工区典型的英安质熔岩火山机构，岩性为英安岩。该火山机构外形一般为透镜状，岩相序列为中下部亚相(图5(b))；在地震剖面特征上，外部形态呈透镜状，内部反射结构为乱岗状，同相轴连续性差，弱振幅，中低频(图5(a))。

2.1.5 安山质碎屑岩火山机构

图6为德深32井典型的安山质碎屑岩火山机构，岩性为安山质凝灰岩，其特点为空间上局部丘状，大面积席状或充填状。该火山机构在地震剖面表现为大面积、披盖状，连续平行反射(图6(a))；在电性特征上，表现为声波和密度曲线较为平直，自然伽马曲线在单元界面处经常发生齿化(图6(c))。

图6 德深32井流纹质碎屑岩火山机构地质模型Fig.6 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices in well Deshen32

2.2 火山机构地质模式分类

本文将德惠断陷北部地区火山机构建立3类6种地质模式。3类为熔岩类、碎屑岩类和复合类火山机构，6种为流纹质熔岩、英安质熔岩、安山质熔岩、流纹质碎屑岩、安山质碎屑岩和复合火山机构。各个类型火山机构的岩性、岩相特点详见表2。

表2 德惠北部地区火山机构统计Tab.2 Statistics of volcanic edifices in the north area of Dehui fault depression

2.3 火山机构地质模式与储层关系

2.3.1 不同火山机构储层特征对比

针对长岭断陷营城组一段不同类型的流纹质火山机构储层特征进行研究，统计了研究区发育的3种不同成分-单元构成-形态的火山机构测井孔隙度及储集空间类型的分布特征(图7)。

图7 不同类型火山机构储层特征Fig.7 Reservoir characteristics of different types of volcanic edifices

统计表明，流纹质熔岩火山机构的孔隙度均值为2.94%(图7(a))，发育流纹间溶孔(图7(d))，该类火山机构通常由一个熔岩流单元构成，最多形成一个高孔渗带，也有部分不发育高孔渗带，长岭断陷带产能较差，成藏效率不高。流纹质碎屑岩火山机构的孔隙度均值为5.65%(图7(b))，溶蚀孔较为发育(图7(e))，该类火山机构由多个堆积单元构成，整体可形成低孔低渗型储层，在堆积单元顶部，受溶蚀作用影响，储集性能改善较大，产能高、成藏效率高。流纹质复合火山机构的孔隙度均值为6.84%(图7(c))，晶内溶孔较为发育(图7(f))，该类火山机构由多个流动和堆积单元叠合形成，可具有多个高孔渗带，产能高、成藏效率高。

因此，流纹质复合火山机构的储层物性较好，流纹质碎屑岩火山机构的储层物性次之，流纹质熔岩火山机构的储层物性较差。

2.3.2 酸性火山熔岩机构内部结构

选取长岭断陷营城组一段建组剖面的酸性熔岩机构特征进行分析，建组剖面为一典型的熔岩穹丘。熔岩穹丘为一种具有大纵-横比的丘状流动单元，多由黏度较高的酸性熔岩构成，营城组全取芯浅钻井揭示了其纵向序列。该熔岩穹丘自上而下由上部亚相、中部亚相和下部亚相3个相带构成。上部亚相厚度较大，岩性为气孔、石泡流纹岩，原生孔隙较为发育，其孔隙度大于10%，最顶部的孔隙度可达20%；中部亚相岩性由流纹构造流纹岩和气孔流纹岩构成，原生孔隙较发育，孔隙度多数在5%～10%；下部亚相只在顶部有气孔发育，其孔隙度小于5%，向下岩性逐渐致密，原生孔隙不发育。

该酸性火山熔岩机构的储层物性在纵向上有着明显的特征，即火山机构顶部物性最好，中部物性次之，底部物性最差，这可能与风化淋滤作用有关。

2.3.3 火山碎屑熔岩机构内部结构

成像测井和三维地震为刻画研究区火山碎屑熔岩火山地层单元提供了分辨率较高的资料，通过盆内井-震对比发现，流纹质火山碎屑熔岩火山机构在横向上分布较为广泛，在纵向上通常由多个堆积单元构成(图8)。

3 结 论

(1)火山机构的识别与建立方法包括地质方法、测井方法和地震方法。地质上通过地质界面特征、岩性岩相特征、化学成分、喷发方式和单元叠置关系进行识别；测井上可以利用自然伽马、电阻率和声波时差等进行识别；地震上利用地震相特征、地震反射特征和地震属性进行识别。

(2)德惠断陷北部地区火山机构分成3类6种，即：流纹质熔岩机构、英安质熔岩机构、安山质熔岩机构、流纹质碎屑岩机构、安山质碎屑岩机构和复合火山机构。

图8 流纹质熔岩堆积单元构成图Fig.8 Accumulation unit composition of rhyolitic lava

(3)长岭断陷流纹质不同类型火山机构储层特征：复合火山机构的储层物性较好，碎屑岩火山机构的储层物性次之，熔岩火山机构的储层物性较差；酸性火山熔岩机构顶部物性最好，中部物性次之，底部物性最差；火山碎屑熔岩机构在横向上分布较为广泛，在纵向上由多个堆积单元组成。