松遼盆地下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖噴發(fā)旋回特征

唐華風(fēng)邊偉華王璞珺姜傳金王瑩

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 2.中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院

松遼盆地下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖噴發(fā)旋回特征

唐華風(fēng)1邊偉華1王璞珺1姜傳金2王瑩1

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 2.中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院

唐華風(fēng)等.松遼盆地下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖噴發(fā)旋回特征.天然氣工業(yè),2010,30(3):35-39.

松遼盆地興城地區(qū)下白堊統(tǒng)營(yíng)城組一段火山巖可劃分為下部、中部和上部3個(gè)噴發(fā)旋回。營(yíng)城組一段98%的工業(yè)氣流都富集在上部旋回,該旋回便成為火山巖勘探開發(fā)的重點(diǎn),而快速準(zhǔn)確地確定上部旋回、明確各旋回的井—震標(biāo)志則成為首要任務(wù)?；陉P(guān)鍵井鉆井資料及其地震反射特征的對(duì)比分析,建立了火山巖噴發(fā)旋回的井—震標(biāo)志:①下部旋回的巖性以酸性巖為主,含中基性巖,噴溢相占90%;部分井段伽馬值小于90API;地震特征為席狀—盾狀—錐狀、中—強(qiáng)振幅、中高頻、連續(xù)性好。②中部旋回的巖性以酸性巖為主,發(fā)育少量的中性巖,噴溢相占79.5%;伽馬值多為90～160API;地震特征為丘狀—透鏡狀—穹隆狀—板狀、中弱振幅、中低頻、連續(xù)性中—好。③上部旋回的巖性為酸性巖,噴溢相占47.1%、爆發(fā)相比例大幅度提高;伽瑪值多為130～260API;地震特征為丘狀—楔狀—席狀、中弱振幅、中低頻、連續(xù)好—差。上述火山巖噴發(fā)旋回的井—震標(biāo)志也為快速找準(zhǔn)鄰區(qū)火山巖勘探目的層提供了依據(jù)。

松遼盆地 早白堊世 火山巖 儲(chǔ)集層 噴發(fā)旋回 地球物理特征 標(biāo)志 成藏特征

經(jīng)過多年的勘探實(shí)踐,在松遼盆地徐家圍子斷陷發(fā)現(xiàn)了慶深氣田,目的層段主要是下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖。慶深氣田的發(fā)現(xiàn)過程中經(jīng)歷了3次重大突破,其標(biāo)志分別是1995年第一口工業(yè)氣流井(SS2井)的發(fā)現(xiàn)、2002年第一口高產(chǎn)氣流井(XS1井)的發(fā)現(xiàn)和2005年1000×108m3天然氣探明儲(chǔ)量的提交。表明松遼盆地火山巖油氣藏勘探完成了由偶然發(fā)現(xiàn)、局部勘探向全面勘探的轉(zhuǎn)換[1]。

這3次突破與對(duì)火山巖認(rèn)識(shí)程度的細(xì)化是密不可分的。1996年以前將斷陷層系地層統(tǒng)稱為侏羅系,這對(duì)于火山巖儲(chǔ)層的識(shí)別和對(duì)比極為不利,導(dǎo)致火山巖勘探從1995年至2001年沒有獲得重大突破。1996～1999年的斷陷層系地層對(duì)比研究結(jié)果認(rèn)為,斷陷層系主要存在3套火山巖,從下到上分別是下白堊統(tǒng)火石嶺組二段、營(yíng)城組一段和營(yíng)城組三段[2]。當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的天然氣藏主要富集在中上部的營(yíng)城組一段和三段的2套火山巖中,所以將火山巖勘探的重點(diǎn)集中在營(yíng)城組一段和三段[3],促進(jìn)了XS1井的發(fā)現(xiàn)[4]。隨著火山巖勘探的不斷深入,對(duì)營(yíng)城組一段和三段可劃分出下部、中部和上部旋回[5-6],火山巖氣藏中98%的工業(yè)氣層都富集在營(yíng)城組一段和三段的上部旋回之中。所以營(yíng)城組火山巖勘探的首要任務(wù)就是識(shí)別出各段的上部旋回?；鹕綆r噴發(fā)旋回劃分可迅速鎖定勘探目標(biāo)區(qū)和目的層,對(duì)降低勘探成本和風(fēng)險(xiǎn)有著重要意義,加速了慶深氣田的發(fā)現(xiàn)[7-8]。目前松遼盆地火山巖勘探主要集中在徐家圍子斷陷和長(zhǎng)嶺斷陷,下一步勘探范圍將擴(kuò)大到其他斷陷[9]。據(jù)徐家圍子斷陷深層火山巖勘探的經(jīng)驗(yàn)可知:在松遼盆地深層火山巖的甩開勘探中,火山巖旋回的劃分和識(shí)別是首先需要解決的難點(diǎn)問題。

在盆地火山巖的勘探階段,火山噴發(fā)旋回主要指火山噴發(fā)過程中巖漿成分和噴發(fā)強(qiáng)度彼此有所區(qū)別的變化階段,旋回之間存在噴發(fā)間歇。所以旋回之間可能存在沉積巖夾層、風(fēng)化殼等噴發(fā)間斷面,巖性巖相的類型和序列也存在差別,相應(yīng)的在地球物理響應(yīng)特征上也存在差別。據(jù)此,可根據(jù)巖性特征、重磁特征、地震反射特征和同位素年齡劃分火山噴發(fā)旋回[10-11],也可依據(jù)沉積巖夾層、巖性組合特征[12-13]、噴發(fā)物相互疊置關(guān)系、風(fēng)化殼和同位素年齡資料識(shí)別火山噴發(fā)旋回[14]。

筆者以松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區(qū)為例,根據(jù)25口典型鉆井和三維地震資料,進(jìn)行營(yíng)城組一段火山巖旋回劃分對(duì)比,探討松遼盆地營(yíng)城組一段各旋回的地質(zhì)—地球物理識(shí)別標(biāo)志和噴發(fā)特征,建立營(yíng)城組一段火山噴發(fā)模型。以期為鄰區(qū)火山巖勘探的旋回劃分和識(shí)別提供依據(jù)。

1 火山巖噴發(fā)旋回地質(zhì)—地球物理特征

1.1 火山巖特征

營(yíng)城組一段和三段發(fā)育豐富的火山巖,各段火山巖具有不同的特征。據(jù)鉆井資料統(tǒng)計(jì)可知營(yíng)城組一段酸性火山巖約占86%,中—酸性巖占6%,中性巖約占3%,基性巖占2.3%,沉火山碎屑巖和砂礫巖約占2.7%。其中熔巖約占50%,碎屑熔巖約占34%,碎屑巖約占13.3%,沉火山巖和砂礫巖約占2.7%。橫向上主要有4種巖性序列:①珍珠巖—流紋巖—凝灰質(zhì)角礫熔巖;②流紋質(zhì)角礫巖—流紋質(zhì)凝灰熔巖/流紋質(zhì)角礫熔巖—砂礫巖;③安山質(zhì)角礫熔巖—安山質(zhì)凝灰/角礫巖—沉火山碎屑巖;④英安巖—英安質(zhì)凝灰/角礫熔巖—英安質(zhì)角礫巖—英安質(zhì)凝灰?guī)r。在局部地區(qū)的中上部發(fā)育一套沉積巖夾層,厚度為30～70m。

營(yíng)城組三段酸性巖占60%,中—酸性巖約占13%,中性巖約占9%,基性巖約占16%,沉凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖約占2%。其中熔巖約占68%,碎屑熔巖約占25%,碎屑巖約占5%,砂礫巖約占2%。橫向主要有3種巖性序列:①珍珠巖—流紋巖—流紋質(zhì)角礫熔巖—流紋質(zhì)凝灰?guī)r—砂礫巖/沉火山碎屑巖;②玄武巖/英安巖—角礫熔巖—沉凝灰?guī)r;③流紋質(zhì)角礫熔巖—流紋巖—流紋質(zhì)凝灰?guī)r—沉凝灰?guī)r。

本文提及的研究區(qū)位于徐家圍子斷陷中部,包括升平—興城隆起的中部、徐西斷凹的中東部邊緣和榆西斷凹的中西部邊緣處(圖1),屬于慶深氣田的中部區(qū)域。其火山巖屬于營(yíng)城組一段。

1.2 噴發(fā)旋回地質(zhì)—地球物理特征

根據(jù)巖性組合特征、電性特征和地震反射特征將興城地區(qū)營(yíng)城組一段火山巖劃分為3個(gè)旋回(圖2),并實(shí)現(xiàn)了井—震聯(lián)合對(duì)比(圖3)。下面介紹該區(qū)營(yíng)城組一段火山巖各噴發(fā)旋回的地質(zhì)—地球物理特征。

1.2.1 下部旋回

鉆井揭示下部旋回以酸性巖為主,含中基性火山巖。如,XS602井(鉆穿)巖性為玄武質(zhì)角礫熔巖,XS2(未穿)井見安山巖,XS7(未穿)井見玄武巖。巖相以噴溢相為主。在伽馬測(cè)井曲線上可見值小于90API的井段(呈箱形),曲線整體上為光滑—微齒的低—中幅箱形。地震反射特征為席狀—盾狀—錐狀、中—強(qiáng)振幅、中高頻、連續(xù)性好,多數(shù)地區(qū)火山口位置不明顯。從巖性巖相組合特征和地震反射特征分析可知該區(qū)火山噴發(fā)方式具有裂隙式噴發(fā)的特征。從下部旋回厚度來看,噴發(fā)中心在XS7-XS3井之間,最大厚度為450m。分布范圍較局限,主要分布于研究區(qū)南部。

圖1 研究區(qū)位置圖

1.2.2 中部旋回

鉆井揭示中部旋回巖性以流紋巖和流紋質(zhì)角礫巖為主,見少量的安山質(zhì)集塊巖,巖相以噴溢相為主,爆發(fā)相次之。在伽馬測(cè)井曲線上可知,伽馬值范圍多為90～160API,曲線呈微齒光滑的中低幅箱形。地震特征為丘狀—透鏡狀—穹隆狀—板狀、中弱振幅、中低頻、連續(xù)性中—好,火山口位置較明顯。從巖性巖相組合特征和地震反射特征分析可知中部旋回的火山噴發(fā)方式具有中心式噴發(fā)的特征。從中部旋回的厚度分布特征來看,具有多個(gè)噴發(fā)中心,噴發(fā)中心的分布受斷層控制,火山巖厚度最大的區(qū)域?yàn)閄S3井,厚達(dá)600m。該旋回的分布范圍在下部旋回的基礎(chǔ)上大面積擴(kuò)大。中部旋回噴溢相分布范圍比爆發(fā)相大,爆發(fā)相在平面呈斑塊狀分布。

1.2.3 上部旋回

圖2 松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區(qū)營(yíng)城組一段火山巖旋回井間對(duì)比圖注:Ⅰ1.火山頸亞相;Ⅱ1.空落亞相;Ⅱ2.熱基浪亞相;Ⅱ3.熱碎屑流亞相;Ⅲ1.下部亞相;Ⅲ2.中部亞相;Ⅲ3.上部亞相;Ⅳ1.內(nèi)帶亞相;Ⅳ2.中帶亞相

圖3 松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區(qū)營(yíng)城組一段火山巖噴發(fā)旋回和巖相井—震對(duì)比圖注:Ⅰ3.隱爆角礫巖亞相;Ⅳ3.外帶亞相;其他圖例同圖2

鉆井揭示上部旋回巖性以流紋巖和流紋質(zhì)角礫巖為主,見少量的流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、珍珠巖,巖相以爆發(fā)相為主,噴溢相次之。在伽馬測(cè)井曲線上可知,伽馬值多為130～260API,曲線呈微齒—齒化的低—高幅鐘形或箱形。地震特征為丘狀—楔狀—席狀、中弱振幅、中低頻,連續(xù)好—差,火山口位置明顯。從巖性巖相組合特征和地震反射特征分析可知上部旋回的火山噴發(fā)方式具有中心式噴發(fā)的特征。從上部旋回的厚度分布特征來看,具有多個(gè)噴發(fā)中心,噴發(fā)中心沿?cái)鄬幼呦虺蚀闋罘植?火山巖厚度最厚達(dá)800m。該旋回的分布范圍比中部旋回的范圍稍大。爆發(fā)相主要分布在研究區(qū)的北部,而噴溢相主要分布在研究區(qū)的南部。

2 火山巖噴發(fā)特征

根據(jù)波形分類方法的巖相識(shí)別結(jié)果和各旋回火山巖厚度估算火山爆發(fā)指數(shù),據(jù)此推斷各旋回的噴發(fā)方式。火山噴出物包括爆發(fā)相、噴溢相、火山通道相和侵出相,將爆發(fā)相作為是火山碎屑物。所以爆發(fā)指數(shù)表示為:

根據(jù)表1列出的爆發(fā)指數(shù)來看,下部旋回火山噴發(fā)方式與裂隙式噴發(fā)相似,中部旋回和上部旋回的火山噴發(fā)方式與中心式噴發(fā)相似。中部旋回最多,上部旋回排第二,下部旋回的火山噴出物最少。下部旋回以盾形火山為主,主要分布在宋西斷裂帶附近,噴發(fā)中心在XS7-XS3井區(qū)。可能是由于風(fēng)化剝蝕和地震資料精度的原因?qū)е孪虏啃氐幕鹕皆诘卣鹌拭嫔蠜]有明顯的火山口,噴發(fā)時(shí)應(yīng)該沒有明顯的噴發(fā)柱。中上部旋回噴發(fā)中心主要沿著宋西斷層呈現(xiàn)串珠狀分布,上部旋回的噴發(fā)中心比中部旋回多,中上部旋回在噴發(fā)過程中應(yīng)該具有較高的噴發(fā)柱,上部旋回的噴發(fā)柱可能最高。所以,從下部旋回到上部旋回的噴發(fā)規(guī)模和猛烈程度均在增大,從下部旋回到中部旋回噴出物體積變化幅度最大;從中部旋回到上部旋回的爆發(fā)指數(shù)變化幅度最大。

表1 松遼盆地徐家圍子斷陷營(yíng)城組一段各旋回的噴發(fā)物和爆發(fā)指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

綜上所述從下部到上部火山規(guī)模擴(kuò)大,爆發(fā)強(qiáng)度增強(qiáng),噴發(fā)方式由裂隙式變?yōu)橹行氖絿姲l(fā),火山口數(shù)目也在增多(圖4)。當(dāng)火山建造結(jié)束后,火山的高部位遭受剝蝕,同時(shí)形成風(fēng)化殼。在火山與火山之間的洼地接受火山物質(zhì)再搬運(yùn)沉積。

圖4 松遼盆地徐家圍子斷陷營(yíng)城組一段多旋回—多中心火山噴發(fā)模型注:其他圖例同圖2

3 噴發(fā)旋回的有效儲(chǔ)層和成藏效應(yīng)特征

將儲(chǔ)集空間中有無流體作為判斷有效和無效儲(chǔ)層的依據(jù),圖5中無效儲(chǔ)層包括干層和非儲(chǔ)層的井段,其余含有流體的均為有效儲(chǔ)層。由此可知,上部旋回成為有效儲(chǔ)層的能力最好,中部旋回成為有效儲(chǔ)層的能力稍差,下部旋回成為有效儲(chǔ)層的能力顯著變差。從成藏效應(yīng)來看,目前的鉆井還沒有在下部旋回中獲得工業(yè)氣流,中部旋回只有極少量井段成為了氣層,而上部旋回中占21.0%的井段成為了氣層,成藏效應(yīng)顯著。并且上部旋回對(duì)氣層的貢獻(xiàn)為98.0%,所以上部旋回就是目前火山巖勘探的重點(diǎn)層段。

圖5 松遼盆地徐家圍子斷陷興城地區(qū)營(yíng)城組一段火山噴發(fā)旋回的有效儲(chǔ)層和成藏效性特征

從圖5中可知鉆遇下部和中部旋回的鉆井較少,特別是下部旋回更少,所以下部和中部旋回的儲(chǔ)層特征更多的是反映該旋回上段的特征,隨著鉆遇中下部旋回的鉆井增多,其成儲(chǔ)成藏特征應(yīng)該有所變化。

4 結(jié)論

1)從下至上將營(yíng)城組一段劃分為下部、中部和上部3個(gè)旋回。下部旋回巖性以酸性巖為主,含部分中基性巖,巖相以噴溢相為主;見伽馬值小于90API的井段,地震特征為席狀—盾狀—錐狀、中—強(qiáng)振幅、中高頻、連續(xù)性好,火山口位置不明顯。中部旋回的巖性以酸性巖為主,發(fā)育少量的中性巖,巖相以噴溢相為主;伽馬值多為90～160API,地震特征為丘狀—透鏡狀—穹隆狀—板狀、中弱振幅、中低頻、連續(xù)性中—好,火山口位置較明顯。上部旋回的巖性為酸性巖,巖相以噴溢相為主、爆發(fā)相比例較中下旋回明顯增多;伽馬值多為130～260API,地震特征為丘狀—楔狀—席狀、中弱振幅、中低頻,連續(xù)好—差,火山口位置明顯。

2)從下部旋回到上部旋回的噴發(fā)規(guī)模和猛烈程度均在增大,從下部旋回到中部旋回噴出物體積變化幅度最大;從中部旋回到上部旋回的爆發(fā)指數(shù)變化幅度最大。噴發(fā)方式由裂隙式變?yōu)橹行氖絿姲l(fā),火山口數(shù)目也在增多。

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(修改回稿日期 2009-12-03 編輯 羅冬梅)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.008

Tang Fenghua,born in1979,is mainly engaged in geologic-geophysical research of volcanic reservoirs.

Add:Gezilou,No.2199,Jianshe Street,Changchun,Jilin130061,P.R.China

Tel:+86-431-88502620 E-mail:tanghfhc@jlu.edu.cn

Characteristics of volcanic eruption cycles of the Yingcheng Formation in the Songliao Basin

Tang Huafeng1,Bian Weihua1,Wang Pujun1,Jiang Chuanjin2,Wang Ying1
(1.College ofEarth Sciences,J ilin University,Changchun,J ilin130061,China;2.Research Institute of Petroleum Ex ploration and Development,PetroChina Daqing Oilf ield Company,Daqing,Heilongjiang163007,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE3,pp.35-39,3/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The volcanic rocks in the first member of the Yingcheng Formation in Xingcheng area,Songliao Basin,can be divided into three eruption cycles,including lower,middle and upper cycles.In the first member of the Yingcheng Formation,98%of the industrial gas flow is obtained in the upper cycle.Therefore,the upper cycle is the primary target of volcanic reservoir exploration and de-velopment,and the primary task is to define the well-seismic correlation marks of each cycle.①The lower cycle is dominated by acidic rocks and contains some intermediate and basic rocks.Effusive facies occupies90%.The GR value of some intervals is less than90API.The seismic reflections are in sheet-shield-cone shape and feature in medium-high amplitude,medium-high frequency and good continuity.②The middle cycle is dominated by acidic rocks and contain minor intermediate rocks.Effusive facies occupies79.5%.The GR values are mostly in the range of90-160API.The seismic reflections are in mound,lenticular,dome or slab shapes and feature in medium-low amplitude,medium-low frequency and fair-good continuity.③The upper cycle is completely acidic rocks.Effusive facies occupies47.1%,while the percentage of eruptive facies increases remarkably.Most of the GR values are in the range of130-260API.The seismic reflections are in mound,wedge or sheet shapes,featured by medium-low amplitude,medium-low frequency,good-poor continuity.The well-seismic correlation marks of the volcanic eruptive cycles also provide bases for rapidly identifying exploration targets of volcanic rocks in the adjacent blocks.

Songliao Basin,Early Cretaceous,Yingcheng Formation,volcanic rock,reservoir,eruptive cycle,geophysical feature, hydrocarbon accumulation feature

book=35,ebook=294

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.008

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(編號(hào):2009CB219300)。

唐華風(fēng),1979年生,副教授,博士;主要從事火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)—地球物理識(shí)別研究工作。地址:(130061)吉林省長(zhǎng)春市建設(shè)街2199號(hào)鴿子樓吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院。電話:(0431)88502620。E-mail:tanghfhc@jlu.edu.cn