松辽盆地长岭断陷盆缘陡坡带中性火山岩相模式及其对储层的控制作用

任宪军

中石化东北油气分公司勘探开发研究院，长春 130062

0 引言

据统计，世界范围内超过50%的火山岩油气藏产于中基性火山岩(包括玄武岩30%、安山岩18%和粗面岩5%)储层中[1-2]。如我国西北准噶尔盆地深层古生界玄武岩中发现有大规模的油气富集[3]，四川盆地钻探的永探1井获得了玄武岩日产22.5万m3天然气的重大突破[4],这些均证明中基性火山岩具有良好的油气勘探前景。然而，松辽盆地已经发现的几个大型火山岩油气藏，如庆深气田、长岭气田、松南气田，则多以酸性熔岩和凝灰岩为储层[5]。松辽盆地中基性火山岩由于多埋藏于酸性火山岩下部，整体钻遇程度低，在以往勘探中未受重视[6]。近年来，随着松辽盆地深层火山岩勘探程度的增加，人们发现以长岭断陷为代表的断陷盆地边缘斜坡带酸性火山岩多不发育，而以发育中基性火山岩为主[7-8];并且在长岭断陷东南部陡坡带龙凤山地区发现了安山质火山岩高产气藏，最高单井产能达到1.8×104m3，开拓了长岭断陷中基性火山岩油气藏勘探新方向。

火山岩相的精细刻画是预测火山岩有利储层的关键。王璞珺等[9]建立的5相15亚相火山岩相模式较好地描述了酸性火山岩的空间分布规律。酸性火山岩具有明显的丘状外形，不同火山岩相围绕喷发中心大体呈环状分布，勘探中往往以火山机构中心相带为主要目标[10]。相比于酸性火山岩，中基性火山岩丘状形态不明显，火山喷发作用、喷发物的搬运和堆积特点与酸性火山岩具有明显差异，因流动性强而受地形影响明显，因此酸性火山岩的相模式并不适用于中基性火山岩。对于中基性火山岩相模式，Planke等[11]针对大陆边缘裂谷盆地大量玄武质火山岩充填，综合利用地震和钻井资料详细划分了向陆流、熔岩三角洲、内流、内向海倾斜反射、外高、外向海倾斜反射、外平原、凝灰岩席、穹窿、岩床侵入体等一系列火山地震相单元，并结合大陆边缘裂谷演化过程，提出了大陆边缘裂谷盆地基性火山岩相模式。但该模式仅针对大陆边缘裂谷盆地特有的构造-岩浆演化和火山喷发过程，并不适合对以松辽盆地为代表的中国东北部陆内裂谷盆地中基性火山岩充填进行刻画和解释。对于陆内裂谷盆地，特别是中基性火山岩较为发育的裂谷盆地陡坡带，虽已经初步建立了玄武岩火山相模式[12-13]，但是，目前尚没有建立针对中性火山岩的典型相模式，给以龙凤山地区为代表的中性火山岩有利储层预测造成了较大的困难。

本文针对松辽盆地长岭断陷陡坡带龙凤山地区火石岭组中性火山岩，综合利用地震和钻井资料，建立了断陷盆地陡坡带中性火山岩相模式，并探讨了其储层发育规律，以期提高松辽盆地中性火山岩气藏的勘探效率。

1 区域地质概况

松辽盆地(图1a)是具有断坳双层结构的复合含油气盆地[14-15]。在晚侏罗—早白垩世期间，松辽盆地下地壳和岩石圈地幔发生了拆沉作用，导致地幔上涌和区域拉张作用，形成了诸多北北东向断陷盆地，包括长岭断陷、徐家围子断陷、德惠断陷、王府断陷等[16-17](图1a)。其中长岭断陷位于松辽盆地中南部(图1b)，为松辽盆地晚侏罗—早白垩世最大的裂谷盆地，断陷期地层广泛发育，主要由下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组组成(图1c，d)。其中火石岭组为断陷早期充填，主要为火山岩夹煤系地层，岩性主要为凝灰岩和安山岩，已有锆石测年结果表明其形成时间跨度为124～118 Ma；沙河子组主要为深湖、半深湖相沉积，岩性以黑灰色泥岩为主，夹砂岩、砂砾岩；营城组除发育深湖、半深湖相暗色泥岩外，火山岩十分发育，主要岩性为玄武岩、流纹岩、英安岩及流纹质凝灰岩，同位素测年结果表明火山岩大体形成于115～103 Ma[7](图1d)。长岭断陷可进一步划分为一系列次凹、次凸和盆地边缘断阶带等三级构造单元(图1b)。本次研究所涉及的龙凤山斜坡区即属于长岭断陷南部北正断阶带和龙凤山次凹的一部分(图1b)，可大致分为北部洼陷、西部剥蚀、东南缓坡3个构造带(图1e)。研究区发育的火山岩属火石岭组，岩性主要为安山岩与安山质凝灰岩。

2 研究资料与方法

本次研究综合利用钻井及地震资料，对研究区钻井揭示的火山岩岩性、岩相进行厘定，结合地震资料建立中性火山岩岩相发育模式，进一步利用储层物性等资料，建立斜坡区中性火山岩岩相与储层之间的关系。

钻井资料：包括17口钻井岩心、井壁取心、岩屑、常规测井及电成像测井资料，井位分布见图1e。

地震资料：龙凤山地区三维地震工区面积共560 km2，火石岭组火山岩埋深通常大于3 000 m，该深度段地震数据主频平均为40 Hz，火山岩地震平均速度为2 270 m/s，有利于火山岩岩相识别。

3 岩性、岩相特征

3.1 岩性特征

图2为研究区的岩性岩相比例图。研究区共发育安山质隐爆角砾岩、安山岩、安山质火山角砾岩、安山质凝灰岩、英安质凝灰岩和沉凝灰岩6种岩性(图2a)。其中：安山质隐爆角砾岩多呈灰色、灰白色，具有隐爆角砾结构，火山碎屑物呈棱角状，角砾成分相同且部分角砾可以拼接，角砾间有岩汁充填，为火山喷发中心附近岩浆上升过程中原地炸碎先期喷发火山岩形成(图3a)；安山岩常呈灰色，斑状结构，斑晶主要为板状斜长石和碱性长石，基质交织结构，块状构造、气孔杏仁构造，岩石总体蚀变较强，黏土矿化严重(图3b)；安山质火山角砾岩主要呈灰色，火山角砾结构，碎屑成分主要为晶屑和岩屑，基质为火山灰，块状构造(图3c)；安山质凝灰岩主要呈灰色，火山凝灰结构，碎屑成分也为晶屑和岩屑(图3d)；英安质凝灰岩晶屑中石英体积分数比安山质凝灰岩增多(图3e)；沉凝灰岩多呈灰色，碎屑物成分以斜长石和石英晶屑为主，发育有层理等沉积构造(图3f),多发育于靠近洼陷带。安山质火山角砾岩、安山质凝灰岩、安山岩和英安质凝灰岩是研究区较为发育的4种火山岩类型。

3.2 岩相特征

王璞珺等[7]依据气孔、流纹构造等火山岩结构构造，将喷溢相火山熔岩划分为上部、中部及下部三个亚相。但该划分方案是依据黏度较大的酸性熔岩建立的，并不适合单层厚度较小，频繁互层的中基性熔岩。衣健等[12]、黄玉龙等[13]针对中基性熔岩的特点，将中基性喷溢相划分为辫状熔岩流、板状熔岩流及玻质碎屑岩3种亚相。本文对龙凤山地区中性熔岩喷溢相的亚相划分采用该划分方案。爆发相、火山通道相和火山沉积相亚相划分采用王璞珺等[7]5相15亚相的划分方案。通过岩心观察、镜下鉴定结合常规测井和成像侧井，在本区共识别出火山4种岩相5种亚相(图2b)。

3.2.1 火山通道相

研究区火山通道相隐爆角砾岩亚相较为发育，火山颈亚相和次火山岩亚相少见。隐爆角砾岩亚相岩性主要为安山质隐爆角砾岩，测井曲线近平滑微齿状(图4)。电阻率成像测井(FMI)上角砾显示为高阻亮斑，且具有拼合性(图5a)。

3.2.2 喷溢相

研究区中性火山岩喷溢相主要发育板状熔岩流与辫状熔岩流两种亚相，岩性均为安山岩。板状熔岩流流动单元呈厚层平板状，单层厚度较大，熔岩流顶部发育气孔带，中部和下部岩性较为致密。自然伽马与电阻率曲线为中低幅齿型，声波曲线常表现为多个正反箱型组合(图4)；电成像测井图像中，单个流动单元中下部致密带为亮白色，上部气孔带因被钻井液充填显示暗色斑状(图5b)。而辫状熔岩流为多个薄层流动单元叠加形成的交织状熔岩流，单个熔岩流单元厚度小，导致自然伽马曲线为低幅微齿状，声波时差和电阻率等曲线呈现指状特征(图4)。因其气孔带较为发育，多数被钻井液充填呈暗色斑状(图5c)。

a. 松辽盆地地理位置和断陷分布；b. 长岭断陷构造分区；c. 过长岭断陷地层结构剖面；d. 龙凤山地区断陷层地层综合柱状图；e. 龙凤山地区构造和井位图。

a. 火山岩岩性比例；b. 火山岩岩相比例。

a. 安山质隐爆角砾岩，b. 安山岩，c. 安山质火山角砾岩，d. 安山质凝灰岩，e. 英安质凝灰岩， f. 沉凝灰岩. Pl. 斜长石；Cpx. 单斜辉石；Q. 石英。

GR. 自然伽马；RD. 深侧向电阻率；AC. 声波时差。

a. 火山通道相(隐爆角砾岩亚相)；b. 喷溢相(板状熔岩流亚相)；c. 喷溢相(辫状熔岩流亚相)；d. 爆发相(热碎屑流亚相)；e. 火山沉积相(含外碎屑火山碎屑岩亚相)。红线.高导缝；绿线.高阻缝。

3.2.3 爆发相

爆发相常形成于火山作用的早期, 是指火山强烈爆发作用而产生的各种火山碎屑堆积物的总和。依据火山喷发机制与火山碎屑物搬运方式又可分为空落、热碎屑流、热基浪(基底涌流)亚相[7]。研究区主要发育热碎屑流亚相，特征岩性为安山质凝灰岩和(含集块)火山角砾岩。热碎屑流亚相中火山岩由棱角状-次棱角状火山碎屑岩组成, 因此碎屑之间呈明显的“焊接”特征，测井曲线整体呈微齿型(图4)。成像测井总体呈杂色，可见高阻的亮黄色角砾(图5d)。

3.2.4 火山沉积相

火山沉积相是经常与火山岩共生的一种岩相,可出现在火山活动的各个时期, 碎屑成分中含有大量火山岩岩屑。火山沉积相可分为含外碎屑亚相和再搬运亚相，研究区主要发育含外碎屑亚相；声波曲线齿化明显，呈指状特征，伽马和电阻曲线呈微齿型(图4)。电成像测井上可见明显的层理特征(图5e)。

4 地震相特征

研究区5种火山岩亚相的地震反射特征见表1。其中火山通道相具有穿时反射特征，外形常为丘状、蘑菇状，内部杂乱或空白反射；喷溢相板状熔岩流亚相和辫状熔岩流亚相地震反射特征明显不同，板状熔岩流亚相常呈席状--板状反射外形，内部平行—亚平行连续反射，而辫状熔岩流亚相则呈席状、丘状外形，内部波状-杂乱断续反射；爆发相热碎屑流亚相为席状反射外形，内部为较连续平行反射，常发育在盆地斜坡部位，厚度通常较大；火山沉积相地震反射特征类似沉积岩，常呈板状反射外形，内部为平行—亚平行连续反射。根据地震相特征，可利用地震剖面对火山岩相进行刻画(图6)。地震属性可刻画火山岩相的空间分布特征[18]。火山通道相在波形聚类属性上常呈眼球状特征，图案混杂(呈多种颜色杂乱分布)；喷溢相和爆发相在波形分类属性上常呈均匀的团块状，包含的波形类别较少，均一性较强(研究区喷溢相为黄色和红色色块组合；爆发相为绿色和浅蓝色色块组合)；火山沉积相在波形分类属性上表现为多种波形杂乱分布特征(图7a)。

表1 研究区各火山岩相的地震反射特征

5 火山岩相模式

综合利用钻井、地震剖面和地震属性对研究区火山机构、火山岩相进行了精细刻画(图6、7)。结果表明，长岭断陷西部陡坡带火石岭组火山喷发以爆发作用为主，溢流作用为辅。基于岩性、岩相、火山机构空间分布特征，建立了研究区中性火山岩相模式：火山口主要分布在盆缘构造高部位，分别位于B215井、B213-20井及B216井附近，沿断裂分布，近火山口主要发育火山通道相，喷溢相的辫状熔岩流和板状熔岩流亚相，厚度总体较薄；向盆地沉积中心方向的火山斜坡处主要发育爆发相热碎屑流亚相，厚度较大，进一步靠近盆地沉积中心则过渡为火山沉积相(图6—8)。

6 讨论

6.1 盆缘斜坡带火山喷发模式

在火山学理论[19-20]指导下，根据建立的火山机构空间分布模式和火山岩相模式，结合盆地斜坡带古地形地貌，还原了该区火石岭组火山喷发模式。在火山口-近火山口相带，火山纵向序列为安山岩和火山角砾岩互层，每个喷发单元由火山角砾岩开始，到安山岩结束。这种由爆发到溢流的相序反映了一次完整的亚普林尼式火山喷发作用过程，即火山喷发作用由强烈的爆发式喷发开始，形成最初的火山碎屑喷发柱和火山灰云，随着火山喷发能量的减弱，火山逐渐进入溢流式喷发阶段，形成熔岩流[21]。由于中性熔岩流的黏度较大，熔岩流流动距离受限，中性熔岩仅在火山喷发中心附近堆积分布，但分布范围较酸性喷发稍大[22]；火山喷发能量的减弱还引起了火山口上方巨大喷发柱的崩塌，坍塌的喷发柱具有巨大能量，能沿火山斜坡远距离搬运火山碎屑流，就位后形成了盆地斜坡，火山机构中源相带广泛分布、厚度较大的火山碎屑流堆积[23]；火山碎屑流向盆地凹陷中心搬运，进入水体后形成火山沉积[23]。因此，长岭断陷陡坡带火山岩相模式，是火山喷发源、火山喷发作用、搬运和就位过程，以及古地形等综合控制的结果(图9)。

图6 长岭断陷龙凤山地区地震(a)和火山岩相(b)剖面图

图7 长岭断陷龙凤山地区地震波形分类(a)和火山岩相(b)平面分布图

6.2 储层发育规律

火山岩储层的形成、改造受多种地质条件控制，其中火山岩相是控制优质储层发育的关键因素之一[24-25]。通过对研究区火山岩相与储层关系进行分析，可以发现不同火山岩相的储集空间类型和储层物性存在较大的差异。爆发相热碎屑流亚相火山碎屑岩的储集空间类型多样，包括基质溶孔、粒内溶孔、晶内溶孔、解理缝等(图10a,b,c,d)，这些溶蚀孔隙主要与其火山灰体积分数较高、易于发生溶蚀的特点有关。爆发相热碎屑流亚相孔隙度为3.1%～13.8%，平均孔隙度为5.7%，平均渗透率为1.0×10-3μm2左右，在该区所有亚相中储层物性最好。喷溢相不同亚相之间储层发育情况存在较大差别。辫状熔岩流由薄层熔岩流叠加形成，原生气孔带整体较为发育[14]，后期经过溶蚀作用能形成大量溶蚀孔隙(图10e)。辫状熔岩流孔隙度为3.0%～7.7%，平均孔隙度为4.9%，平均渗透率为0.2×10-3μm2；而板状熔岩流由多个厚层熔岩流叠加形成，所含气孔带比例小[14](图10f)，物性相对较差。隐爆角砾岩亚相虽然解理缝较为发育，但整体上较为致密，原生气孔少(图10g)。火山沉积相中泥质体积分数较高，后期遭受强烈的压实作用，储集空间主要为少量构造裂缝(图10h),储层储集物性也较差(图11)。对研究区储集空间和储层物性与火山岩相的相关性进行了分析，我们发现，长岭断陷盆缘斜坡区的火山岩有效储层主要发育在盆地斜坡处火山机构中源相带的爆发相热碎屑流亚相中，该部位恰好与靠近次凹沉积中心的烃源岩接触，更有利于油气成藏。另外，盆地边缘高部位火山口附近，发育的辫状熔岩流也为有利储层发育带。

图8 长岭断陷龙凤山地区火山岩相发育模式图

图9 长岭断陷龙凤山地区火山喷发模式

a. 基质溶孔，凝灰岩，热碎屑流亚相；b. 角砾内溶孔，凝灰岩，热碎屑流亚相；c. 晶内溶孔，凝灰岩, 热碎屑流亚相；d. 解理缝，凝灰岩，热碎屑流亚相；e. 原生气孔，杏仁体溶孔，安山岩，辫状熔岩流亚相；f. 构造缝，安山岩，板状熔岩流亚相；g. 解理缝，隐爆角砾岩亚相；h. 构造缝，火山沉积相。

图11 长岭断陷龙凤山地区不同火山岩相的储层物性特征

7 结论

1)松辽盆地长岭断陷盆缘陡坡带发育安山质隐爆角砾岩、安山岩、安山质火山角砾岩、安山质凝灰岩、英安质凝灰岩和沉凝灰岩等6种岩性；发育隐爆角砾岩、板状熔岩流、辫状熔岩流、热碎屑流和含外碎屑火山沉积5种火山岩亚相。

2)该区火山喷发中心分布在盆缘斜坡带靠近盆地边缘高部位，沿断裂分布，多期亚普林尼式喷发作用在喷发中心附近形成了辫状熔岩流、板状熔岩流和火山碎屑流互层堆积；喷发柱垮塌形成的火山碎屑流沿斜坡流动，在斜坡向盆方向形成厚层火山碎屑流堆积；火山碎屑流进一步向盆地沉积中心搬运，逐渐过渡为火山沉积相。

3)该区优质火山岩储层以溶蚀作用强烈的火山凝灰岩和气孔安山岩为主，位于盆缘斜坡的火山机构中源相带和发育辫状熔岩流的近火山口相带是该区优质火山岩储层的有利发育部位。