泰国Phetchabun盆地Wichian Buri次盆新生界火山岩岩性识别及岩相展布特征

2019-04-28朱小二杨尚锋史超群

中国地质调查 2019年2期

朱小二，杨尚锋，史超群

(1.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249； 2.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司勘探开发研究院，库尔勒 841000)

0 引言

自1907年墨西哥Vera Cruz盆地Furbero油田的白垩系—新近系火山岩油气藏的发现后，火山岩作为油气勘探的新领域，越来越受到人们的重视[1-2]。全球已有超过50多个国家和地区300多个盆地陆续发现了与火山岩有关的油气藏或油气显示[3-4]，其中不乏一些典型的大型火山岩油气藏，例如印度尼西亚NW向Java盆地的Jatibarang油气藏[4]、纳米比亚Orange盆地的Kudu气田[4]、阿根廷Neuquen盆地的Medanito-25 de Mayo 油田等[5]。我国也自20世纪50年代开始在准噶尔盆地、塔里木盆地、辽河盆地、松辽盆地和二连盆地等陆续发现大量火山岩油气藏，尤其是徐深气田[6-7]、克拉美丽气田[8-9]和长深气田[7-8,10]取得了较好的经济效益，表明火山岩具有广阔的油气勘探前景。

随着我国油气资源“走出去”战略的实施，在国外油气勘探和开发过程中也遇到了一些火山岩油气藏[11-12]，其中泰国Phetchabun盆地Wichian Buri次盆新生界火山岩油气藏是典型的例子。新生界火山岩已经成为Wichian Buri次盆油气勘探和开发的主要层系，但由于火山岩喷发环境的复杂性，喷发旋回和期次频繁，岩性多样及后期风化蚀变程度不一，导致火山岩的岩性识别和岩相展布研究较为困难，已成为阻碍进一步勘探和开发的棘手问题。因此，本文综合岩心、岩石薄片、测井及地震响应特征的分析，对该区的火山岩特征开展了详细研究，并建立了岩性识别和储层评价的方法，以期对该区的火山岩油气勘探和开发提供相关依据。

1 研究区概况

新生代火山岩在泰国广泛分布，这些岩浆活动大多和渐新世至中新世晚期印度板块与亚洲板块碰撞，以及安达曼海海底扩张而形成的复杂区域构造应力导致的盆地伸展作用相关[3-5]。Phetchabun盆地是位于泰国中部的一个SN向裂谷盆地，长约120 km，宽约30 km(图1(a))。该盆地被NE向断层分割为5个次盆，其中最南部的为Wichian Buri次盆[14-16]，且内部沉积地层中分布有大量新生代火山岩系(图1(b))。

由于长期的油气勘探，在前人对地震和测井数据、微体古生物及放射性同位素定年等大量研究工作基础之上，Phetchabun盆地(尤其Wichian Buri次盆)已经建立了较为完善的地层层序[17](表1)。Phetchabun盆地的沉积岩层角度不整合于上覆二叠—三叠系变质沉积岩和火山岩之上，沉积岩层的底部被称为“Basal Tertiary”[16]，为一套晚始新世以冲积扇沉积和火山岩为主的同裂谷期充填层序；其上覆地层为以湖相—河流相沉积为主的Wichian Buri群，且Wichian Buri群以中中新统顶部的不整合面与晚中新世的Chaliang Lab组为界。Wichian Buri群可以细分为4个单元，最底部的Unit 4主要由湖相富有机质黏土岩和少量粉砂岩、砂岩组成，是主要的烃源岩层，后期侵入有大量中基性岩床和岩墙；其上的Unit 3、Unit 2、Unit 1也以河流相、三角洲相和湖相沉积为主，且向上粉砂和砂质含量逐渐增加，其中Unit 2和Unit 1之间存在一个喷发不整合面，且以玄武质凝灰岩为标志，代表了一次岩浆活动。Chaliang Lab组以湖相泥岩沉积为主，夹少量河流相砂岩，且以不整合面与上新统及第四系河流相沉积为界。

表1 泰国Phetchabun盆地地层层序

Tab.1 Stratigraphy sequence of Phetchabun Basin in Thailand

研究区位于Phetchabun盆地最南部的Wichian Buri次盆，次盆内部断层发育，以SN向、NW向以及NNW向正断层为主(图1b)，圈闭类型主要为断块型、背斜型以及断背斜型。研究区主要有砂岩和火山岩2大类油藏。根据产量和储量报告，油气产量和储量均以火山岩为主，分别占87.7%和76.8%。

2 火山岩岩性特征及识别

2.1 火山岩岩性特征

研究区新生代火山岩具有多次喷发的特点，因而火山岩类型多样[18]。本次研究主要通过选取研究区76口已钻遇火山岩钻井的取心或岩屑资料，磨制普通薄片并进行镜下鉴定，同时选取部分样品利用X射线荧光光谱仪(XRF)进行全岩主量元素测试，同时采用国际地科联火成岩分类学分委会推荐的火山岩岩性分类法[19-20]进行化学分类，考虑其结构和构造特征，进而对研究区发育的火山岩进行全面的分类和命名。

为了方便不同样品之间对比，考虑到燃烧损失量的差别，在进行TAS图投点前，将主量元素氧化物总量重新计算为100%，且其中所有Fe都以Fe2O3来进行计算(表2)。TAS图投点结果(图2)显示：研究区火山岩岩性变化大，从基性至酸性都有分布，主体以碱性玄武岩为主，如粗面玄武岩、响岩质碱玄岩，其次包括安山岩、玄武质安山岩及酸性的英安岩和流纹岩，以及少量的碱玄质响岩和响岩。

(续表)

图2 泰国Wichian Buri次盆新生界火山岩化学分类TAS图

在确定研究区火山岩化学分类后，结合岩心、岩石薄片分析岩石的结构构造差异，认为研究区火山熔岩和火山碎屑岩都有发育。其中火山熔岩包括玄武岩、安山岩、英安岩及流纹岩等喷出岩和部分辉长岩等次火山岩(图3)；火山碎屑岩主要包括凝灰岩和角砾岩，成分以流纹质、安山质及玄武质为主，火山碎屑岩也可以向熔岩和沉积岩过渡，形成火山碎屑熔岩和沉火山碎屑岩。在显微镜下，玄武岩由于结晶程度的差异，具有典型的间粒、间隐等结构，在结晶较好的板条状斜长石格架内充填细小的辉石、磁铁矿以及隐晶质物质，气孔和杏仁构造发育(图3(a)，(b)，(c))，多为溢流相沉积；辉长岩多呈次辉绿、辉长结构，斜长石和辉石晶体较粗大，半自形—自形斜长石格架内充填它形辉石(图3(i))，此类岩石多为火山通道内的次火山作用的产物。

(a) 玄武岩，NS8-D1井，903 m (b) 玄武岩，L44G-D1井，742 m (c) 玄武岩，L44H-D2井，1 848 m

(d) 安山岩，L44G-D1井，905.3 m(e) 玄武安山岩，L44H-D2井，1 423.5 m (f) 粗面玄武岩，L44H-D2井，1 835 m

图3-1 泰国Wichian Buri次盆新生界典型火山岩显微照片

Fig.3-1 Photomicrographs of typical Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

(g) 英安岩，Bo Rang-1井，1 203.1 m(h) 流纹岩，Bo Rang-1井，1 182.2 m (i) 辉长岩，POE-9井，1 010 m

图3-2 泰国Wichian Buri次盆新生界典型火山岩显微照片

Fig.3-2 Photomicrographs of typical Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

2.2 火山岩岩性识别

通过岩心、薄片和地球化学等方法划分火山岩的岩石类型虽然准确，但是具有不连续、成本高的问题，而利用地震资料划分精度又相对较低，无法满足勘探和开发的需求，因而利用测井资料建立研究区火山岩岩性识别方法十分必要[21]。研究区内，由于沉积岩与火山岩在组成成分、结构和构造等方面具有较大差异，一般容易区分，沉积岩对应的电阻率测井数值明显低于火山岩，且由于沉积岩岩性变化较快，测井曲线起伏明显，而火山岩多呈齿状。本次研究主要在岩心划分结果的基础上，通过选择对火山岩成分较为敏感的测井曲线，建立相应识别模版，区分火山岩成分的差异；同时，借助成像测井(FMI)资料识别火山岩的结构和构造特征，进而识别火山岩岩石类型。

尽管研究区的火山岩岩性较为复杂，但测井曲线响应特征的差异主要是火山岩的致密程度和化学成分的差异所致。根据前人经验[22]及本次研究结果，发现自然伽马(GR)、密度(DEN)和光电吸收截面系数(Pe)等3种测井对研究区火山岩岩性较为敏感。其中，GR曲线通常是对地层中U、Th、K等放射性元素释放伽马射线的强度进行测量，而在火山岩中K元素的含量增加，酸度增大，GR值也随着逐渐增大[21-23]； DEN曲线是根据康普顿效应测量地层的体积密度，在火山岩中随着酸性的增加，SiO2含量增加，而铁镁质矿物含量减少，因而随着火山岩酸性增强，DEN值逐渐减小[21-23]，但也受孔隙、裂缝、流体以及后期蚀变等因素的影响； Pe曲线主要是测量岩石的光电吸收截面指数，其受流体影响较小，主要取决于岩石矿物成分及其含量[24]，在火山岩中随着酸性增强，Pe值逐渐降低[25]。交会图法是常用的岩性识别方法[23]。本次研究主要在对取心段岩性识别的基础上，经取心深度校正，建立岩性和测井曲线间的响应关系，并绘制自然伽马(GR)、密度(DEN)、光电吸收截面指数(Pe)测井交会图(图4)。结果表明，所建测井识别图能够较好地将取心段不同岩性进行区分。

(a) GR-DEN测井交会图判别模版 (b) GR-Pe测井交会图判别模版 (c) GR-DEN-Pe测井交会图判别模版

图4 泰国Wichian Buri次盆新生界火山岩常规测井识别图

Fig.4 Lithology identification crossplots of conventional logging about

Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

对火山岩岩性的识别离不开对其构造和结构的识别，这里主要借助成像测井(FMI)资料进行识别。对于具有不同结构和构造的火成岩，它们的成像测井响应特征如图5所示。

综合所述，利用常规测井(GR、DEN和Pe测井曲线)判别火山岩成分，并结合成像测井(FMI)识别火山岩的结构和构造，进而可以对各测井段的火山岩的岩性进行详细、准确的识别和定名。

图5 泰国Wichian Buri次盆新生界典型

总体上，火山熔岩表现为块状构造，整体由色调均匀的高阻亮色基质组成(图6(a))，部分气孔和杏仁构造发育，表现为亮色斑点状或拉长的蠕虫状(图6(b))，可能为溢流相的上部或者下部的残余气孔或后期溶蚀形成的扩大孔；熔结火山碎屑岩为爆发相和溢流相间的过渡沉积类型，在成像测井上表现为大小不均的高阻亮色角砾，且具有微弱的定向性(图6(c))。由此可见，成像测井能够较好地区分火山碎屑岩和熔岩类。

(a) B段块状安山玄武质熔结熔岩FMI测井响应特征 (b) A段玄武质熔结熔岩(含气孔、杏仁构造)FMI测井响应特征 (c) C段安山质熔结火山碎屑岩FMI测井响应特征

图6 泰图Wichian Buri次盆新生界FMI测井响应特征

Fig.6 FMI logging response of typical structures in Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

3 火山岩发育期次及岩相展布

火山岩岩相控制着储集空间的发育程度和组合规律[26]，是火山岩油气勘探和开发中必不可少的研究内容。本次在岩性识别的基础上，结合测井、地震等资料对研究区新生界火山岩发育期次和岩相展布进行了研究。

研究区新生界火山岩是多期次、间歇喷发过程中叠置、沉积而成，而不同期次的火山岩在物质成分、结构和构造的差异是划分火山喷发旋回和期次的基础[27]。不同火山喷发旋回或同一喷发旋回的不同喷发期次之间，由于喷发能量变化和岩浆作用，导致火山岩岩性在纵向上具有规律性的变化。通常单一期次中，随着喷发的持续，形成的火山岩中SiO2含量具有逐渐增加的趋势，与之对应的测井曲线也具有韵律性响应特征，地震反射在连续性和成层性、振幅强度等方面也有不同的响应特征(图7)。

图7 泰国Wichian Buri次盆新生界火山岩测井响应特征

在岩性识别的基础上，通过对火山岩旋回、期次界面上的沉积夹层、风化壳、岩性界面和火山灰层的识别[27]，可以划分出单井剖面的火山岩发育期次。从划分结果来看，单一期次喷发过程中，火山岩由中基性逐渐过渡为中酸性，GR测井值逐渐增大，DEN测井值和Pe测井值逐渐减小；而不同期次间火山岩由中酸性向基性突变，GR测井值变小，DEN测井值和Pe测井值增大(图7)。

同样，一般火山岩与沉积岩间的波阻抗差异大，在地震剖面上同一期次形成的火山岩通常表现为强振幅连续反射特征。同时，结合钻测井资料，对横向上可对比的不同火山岩相类型的地震反射结构、振幅强弱和连续性等变化进行研究。在地震剖面上，火山通道相为强振幅弱连续的杂乱反射，与区域性断层相伴生，由下向上延伸、切割围岩地层，呈丘状体和倒喇叭状产出；近火山口的溢流相和爆发相表现为层状、连续、强振幅反射，并与火山通道相相连，且爆发相较溢流相的地震同相轴连续性略差、振幅略弱；向外缘逐渐减薄过渡为中连续、中振幅、高频反射特征的远火山口的火山沉积相沉积；而与火山通道相伴生的次火山岩相以强振幅、强连续性发射为特征，平行或切割围岩层面分布(图8(a))。因此，结合测井岩性识别和地震相分析，能够对火山岩的岩相分布进行较好的划分。但在判定单一期次火山岩岩相时，必须满足以下条件： ①地震剖面上连续可追踪; ②测井曲线上可以识别和对比。根据研究，本地区新生界火山岩主要为3期喷发—沉积形成(图8(b))。

(a)AA′剖面不同火山岩相的地震响应特征 (b)BB′剖面火山岩的地震响应特征及发育期次

图8 泰国Wichian Buri次盆新生界火山岩测井地震响应特征

Fig.8 Seismic responses of Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

火山通道具有独特的丘状外形以及杂乱的反射结构，提取和分析地震相干、地震倾角-方位角等属性切片，可以对火山口等火山机构进行有效识别。切片表明，研究区新生代火山喷发方式主要为裂隙式中心喷发，地层中火山口保存较为完整，在切片上表现为弱相干、杂乱反射的环状分布(图9(a)，(b))。因此，在结合测井和地震资料分析的基础上，可以恢复研究区火山岩岩相的平面分布情况，发现研究区新生代大约共有10座火山活动，平面上从火山口向其外围依次分布近火山口的溢流相和爆发相沉积以及远火山口的火山沉积相沉积(图9(b)、图9(c))。中基性火山岩喷发所形成的火山机构通常为沿断层呈串珠状的穹状火山，而中酸性火山喷发所形成的火山机构多为孤立的中心式破火山口形态。