長(zhǎng)嶺斷陷東部地區(qū)火山巖形成的構(gòu)造控制作用研究

王德喜 ，陸建林

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，武漢 430074；2.中國(guó)石油化工股份有限公司 東北油氣分公司，長(zhǎng)春 130062；3.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214151)

東北地區(qū)中生代巖漿侵入和噴出活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，火山巖在松遼盆地?cái)嘞輰訌V泛分布，并具有旋回發(fā)育特征，火石嶺組和營(yíng)城組尤為發(fā)育，構(gòu)成斷陷層地層的重要組成部分。火山巖儲(chǔ)層由于縫洞及氣孔發(fā)育，儲(chǔ)集性能好，是主要的深層儲(chǔ)層。長(zhǎng)嶺斷陷位于松遼盆地中央斷陷帶中南部(圖1)，近年在火山巖勘探中取得較大突破，成為深層油氣勘探的重要領(lǐng)域[1-2]。

本文從火山巖的形成分布特征、控制因素等方面闡述長(zhǎng)嶺斷陷東部地區(qū)(重點(diǎn)是腰英臺(tái)—查干花地區(qū))營(yíng)城組火山巖發(fā)育特征及其控制因素，為火山巖儲(chǔ)層及圈閉的分布研究提供參考。

1 火山巖巖性特征

1.1 火山巖巖性特征

長(zhǎng)嶺斷陷營(yíng)城組火山巖非常發(fā)育，噴發(fā)期次多、厚度大，鉆井揭示最大厚度近千米?；鹕綆r巖性變化范圍大，從基性玄武巖、中性安山巖到酸性流紋巖均有發(fā)育，局部地區(qū)發(fā)育從基性到中性的完整旋回，營(yíng)城組頂部普遍發(fā)育一套酸性流紋巖和凝灰?guī)r，并在平面上呈現(xiàn)南北、東西分帶的特點(diǎn)。

圖1 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷構(gòu)造位置示意Fig.1 The structure location of the Changling Fault Depression of the Songliao Basin

1.1.1 火山熔巖類(lèi)特征

目前已鉆遇的熔巖有玄武巖、安山巖、流紋巖、英安巖。

長(zhǎng)嶺斷陷有多口井鉆遇玄武巖，且都位于已鉆遇層位的下部和斷陷的東南部，鉆遇厚度最大的是DB10井，其次是DB11井。根據(jù)東北地區(qū)火山巖的分帶特點(diǎn)，本類(lèi)巖石應(yīng)為本地區(qū)主要的一類(lèi)火山巖。安山巖也有多口井鉆遇，鉆遇厚度和玄武巖相近。流紋巖和英安巖都屬于酸性噴出巖，大部分位于營(yíng)城組的上部。流紋巖是本區(qū)最重要的火山巖儲(chǔ)層之一，縱向上主要發(fā)育在營(yíng)城組上部，平面上在本區(qū)中東部、東北部尤為發(fā)育，厚度可達(dá)數(shù)百米。

1.1.2 火山碎屑巖類(lèi)特征

典型的火山碎屑巖按顆粒大小可分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r。本區(qū)揭示的火山碎屑巖主要有凝灰?guī)r，見(jiàn)少量角礫巖。同流紋巖一樣，凝灰?guī)r也為本區(qū)最重要的火山巖儲(chǔ)層之一，大部分井鉆遇該巖類(lèi)，且大都有油氣顯示，說(shuō)明凝灰?guī)r分布廣泛且具勘探潛力。

1.1.3 侵入巖類(lèi)特征(次火山巖類(lèi))

本區(qū)鉆探的侵入巖包括兩類(lèi)，即基性侵入巖和酸性侵入巖，DB11井鉆探的輝綠巖為基性侵入巖，DB11和DB14鉆探的斜長(zhǎng)花崗巖和花崗碎斑巖為酸性侵入巖，腰深2井鉆遇的花崗斑巖也為酸性淺成侵入巖。

1.1.4 火山沉積巖類(lèi)

火山沉積巖形成受沉積作用和火山作用的雙重控制，物質(zhì)組成來(lái)源于火山碎屑和陸源碎屑，火山碎屑物的數(shù)量可多可少，離火山口越近火山碎屑物越多。DB10,DB14井中見(jiàn)到火山沉積巖，DB10井尤其發(fā)育，主要為沉凝灰?guī)r、沉火山角礫巖、凝灰質(zhì)泥巖。

1.2 長(zhǎng)嶺斷陷火山巖縱向旋回發(fā)育特征

通過(guò)層序地層研究及火山巖發(fā)育特征的分析，確定長(zhǎng)嶺斷陷構(gòu)造演化經(jīng)歷了兩次裂、斷陷旋回、一次大的拗陷和后期反轉(zhuǎn)抬升及盆地萎縮期等構(gòu)造演化階段?；鹗瘞X-沙河子期斷陷為第一裂陷期，之后運(yùn)動(dòng)停止，部分地區(qū)發(fā)生微小的反轉(zhuǎn)抬升，形成區(qū)域性不整合；營(yíng)城—登婁期斷陷為第二裂陷期，該階段區(qū)域伸展方向與第一裂陷期有所變化；營(yíng)城期末進(jìn)入斷拗轉(zhuǎn)換期。整個(gè)登婁庫(kù)期為斷拗過(guò)渡時(shí)期，地層沉積比較穩(wěn)定，厚度比較大。登婁庫(kù)期以后的整套白堊紀(jì)地層均是拗陷階段的沉積。到晚白堊世末期，區(qū)域擠壓、反轉(zhuǎn)、隆升、剝蝕。到新生代，盆地進(jìn)入萎縮階段。

構(gòu)造演化階段制約著沉積旋回，同時(shí)也制約著火山旋回。如果將斷陷期作為一個(gè)一級(jí)旋回，則斷陷期可以劃分為兩個(gè)火山活動(dòng)二級(jí)旋回，即分別是火石嶺—沙河子旋回、營(yíng)城—登婁庫(kù)期旋回，每一個(gè)二級(jí)旋回又可劃分為若干個(gè)三級(jí)火山活動(dòng)旋回。

利用鉆探和地球物理資料對(duì)火山巖地層進(jìn)行了噴發(fā)旋回和期次的劃分，認(rèn)為營(yíng)城組可劃分為3～4個(gè)三級(jí)噴發(fā)旋回和若干個(gè)四級(jí)旋回(圖2)。不同旋回火山噴發(fā)特點(diǎn)也有差異，既有爆發(fā)式噴發(fā)、溢流式噴發(fā)，也有混合式噴發(fā)。在營(yíng)城組沉積早期基本上以溢流式噴發(fā)為主，中晚期以混合式噴發(fā)為主。營(yíng)城期從早期到中晚期，火山爆發(fā)次數(shù)和爆發(fā)強(qiáng)度增加，火山活動(dòng)有逐漸加強(qiáng)的特點(diǎn)，但中期有火山活動(dòng)間歇階段，腰深2等井揭示間歇期沉積了一套以砂礫巖為主的碎屑巖地層。在營(yíng)城末期形成了以厚層的凝灰?guī)r和流紋巖為主的火山巖地層。每個(gè)旋回(或亞旋回)還有多次的火山噴發(fā)作用，導(dǎo)致不同期的火山巖相互疊置，形成十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。不同地區(qū)噴發(fā)特點(diǎn)區(qū)別較大。

對(duì)營(yíng)城組完整旋回的劃分依賴(lài)于鉆井、測(cè)井和地震資料的綜合應(yīng)用。圖3為過(guò)腰英臺(tái)地區(qū)南北向地震剖面，圖中清晰地顯示了營(yíng)城組4個(gè)次一級(jí)火山噴發(fā)旋回(Ⅰ—Ⅳ)。從下向上巖漿分布范圍逐漸減小，有向酸性巖漿過(guò)渡的趨勢(shì)。該剖面反映了營(yíng)城組從早期到晚期由基性噴發(fā)逐漸過(guò)渡到酸性噴發(fā)的特征。

圖2 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷DX1井火山活動(dòng)旋回劃分Fig.2 Volcano activity cycles of Well DX1 in the Changling Fault Depression of the Songliao Basin

1.3 火山巖平面分布的分帶性

長(zhǎng)嶺斷陷火山巖的分布可分成3個(gè)帶，即南帶、中帶和北帶[3]。

南帶以DB10井中心式噴發(fā)形成的中、基性火山巖體為代表，主要分布在長(zhǎng)嶺斷陷南部地區(qū)。中帶火山巖最為發(fā)育，沿近南北向斷裂連片大面積分布，覆蓋老英臺(tái)—伏龍泉低凸起大部分地區(qū)。明顯地形成了以深大斷裂控制的裂隙式噴發(fā)形成的巨型熔巖體，并沿?cái)嗔殉蕳l帶狀規(guī)律性展布。尤以晚期酸性火山巖(包括流紋巖和凝灰?guī)r)最為發(fā)育，火山活動(dòng)最強(qiáng)。

北帶主要在乾安斷陷，火山巖也呈連片分布，盡管面積不小，但火山巖體數(shù)量明顯減少。

圖3 長(zhǎng)嶺斷陷過(guò)腰英臺(tái)南北向地震剖面Fig.3 Seismic section in the SN direction across Well YX1 in the Changling Fault Depression

1.4 火山巖相分布特征

許多學(xué)者由于研究目的不同、認(rèn)識(shí)的限制，對(duì)火山巖相有不同的劃分，形成多種劃分方案。陶奎元、邱家驤[4-5]劃分了11種火山巖相，謝家瑩[6]等劃分出13種巖相。劉文燦等通過(guò)對(duì)大別山北麓安徽金寨—河南商城一帶上侏羅統(tǒng)金剛臺(tái)組火山巖研究，劃分出爆發(fā)相、噴溢相、噴發(fā)—沉積相、潛火山相。

陳建文等[7]、王璞珺等[8]、謝家瑩等[9]都從不同角度對(duì)松遼盆地營(yíng)城組及火石嶺組火山巖相進(jìn)行了研究，分別將松遼盆地徐家圍子斷陷內(nèi)火山巖劃分為4～6種巖相類(lèi)型，包括溢流相、噴溢相、爆發(fā)相、火山碎屑流相、基底涌流相和火山—沉積相。蒙啟安等[10]根據(jù)火成巖系的產(chǎn)出狀態(tài)及其空間分布規(guī)律，將松遼盆地深層火山巖相劃分為2種相帶共5種亞相。

隨著火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)和研究工作的逐步深入，對(duì)火山巖相的劃分方案也在增加，但劃分方案總體差異不大，沒(méi)有能夠象沉積相劃分一樣比較成熟。

結(jié)合前人劃分方案和長(zhǎng)嶺斷陷實(shí)際勘探情況，長(zhǎng)嶺斷陷火山巖相分為5種相，即溢流相、爆發(fā)相、火山通道相、潛火山巖相、火山沉積相。

火山巖有利儲(chǔ)層受巖相及其在火山機(jī)構(gòu)所處位置控制，對(duì)油氣聚集影響很大。從目前的勘探分析，長(zhǎng)嶺斷陷溢流相和爆發(fā)相的近火口亞相比較有利，尤其是溢流相的上部微相和爆發(fā)相的上部和下部微相均是非常有利的勘探層位，可成為好的儲(chǔ)層。

2 火山巖形成特征及其控制作用

2.1 斷陷構(gòu)造演化特征

晚侏羅世，由于上地慢巖石圈的上隆，地殼張裂，沿裂隙出現(xiàn)大規(guī)模的中基性火山噴發(fā)，早期的部分沖斷層負(fù)反轉(zhuǎn)為鏟式正斷層，形成了火石嶺期鏟狀正斷層控制的一系列箕狀凹陷火山盆地。早白堊世沙河子期為火山作用間歇階段，但拉張作用繼續(xù)，北東—南西向拉張，北北東向斷裂左行走滑，北西走向的鏟狀正斷層拉分，控制箕狀斷陷進(jìn)一步發(fā)育，沉積作用僅局限在箕狀斷陷中?；鹕絿姲l(fā)只是局部的、小范圍的，主要為斷陷的穩(wěn)定沉積作用。沙河子末期斷陷盆地發(fā)生擠壓反轉(zhuǎn)，形成北西向背斜和逆沖斷層，以及沙河子組與營(yíng)城組之間的角度不整合。

營(yíng)城期北北東向斷裂走滑剪切作用加強(qiáng)，深切巖石圈，成為地殼薄弱帶并使地殼變薄，地幔熱流沿剪切帶上涌，上地幔隆起，沿剪切帶兩側(cè)的伸展作用加強(qiáng)，又開(kāi)始新一輪火山作用旋回。營(yíng)城早期沉積主要表現(xiàn)為拉張凹陷內(nèi)的填平補(bǔ)齊，到晚期拉張作用趨于結(jié)束，沉積范圍擴(kuò)大，形成了松遼盆地的雛形。營(yíng)城末期發(fā)生擠壓，盆地大范圍隆升剝蝕，形成區(qū)域性角度不整合面。

2.2 東部地區(qū)火山巖形成特征

構(gòu)造活動(dòng)不僅控制了火山活動(dòng)旋回，也控制了火山活動(dòng)時(shí)空分布。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)嶺東部三維地震工區(qū)的火山巖精細(xì)地震解釋?zhuān)J(rèn)為長(zhǎng)嶺營(yíng)城組火山巖的發(fā)育在東部地區(qū)具有如下特點(diǎn)：

2.2.1 火山活動(dòng)期次

腰英臺(tái)—達(dá)爾罕地區(qū)(達(dá)爾罕斷裂西翼)火山活動(dòng)可分3個(gè)三級(jí)旋回，11個(gè)四級(jí)旋回，活動(dòng)期次多，火山巖厚度大，且?guī)r性從基性到酸性均有發(fā)育，構(gòu)成一個(gè)完整的巖性旋回。各個(gè)旋回之間，火山活動(dòng)間歇時(shí)間短，沉積地層薄。斷裂在東查干花地區(qū)，具有另外的特點(diǎn)，整個(gè)營(yíng)城期僅發(fā)育酸性火山巖(凝灰?guī)r和流紋巖等)，不發(fā)育中基性火山巖，說(shuō)明火山活動(dòng)較晚，達(dá)爾罕斷裂兩側(cè)活動(dòng)具有明顯的差異性。其火山巖僅發(fā)育2個(gè)三級(jí)旋回，旋回之間是一個(gè)長(zhǎng)的活動(dòng)間斷，沉積了大套的碎屑巖。因此發(fā)育時(shí)間晚于斷裂西翼，在活動(dòng)次數(shù)上也少于西翼，這與達(dá)爾罕斷裂東翼幕式下掉有關(guān)。

2.2.2 火山活動(dòng)時(shí)間

查干花地區(qū)火山活動(dòng)時(shí)間開(kāi)始于腰英臺(tái)—達(dá)爾罕地區(qū)火山活動(dòng)的中后期，是達(dá)爾罕斷裂產(chǎn)生明顯位移，東掉以后才開(kāi)始的。這是該地區(qū)營(yíng)城期的首次火山活動(dòng)，這次火山活動(dòng)規(guī)模較小，同時(shí)還受東翼乾安斷裂的控制，因此，形成的火山巖厚度較小，尤其是在查干花東翼僅分布薄層火山巖，厚度一般在100 m以?xún)?nèi)。初期的火山活動(dòng)結(jié)束后，盆地進(jìn)入湖擴(kuò)展期，產(chǎn)生穩(wěn)定的碎屑巖沉積，在查干花深凹區(qū)厚度可達(dá)400 m以上。在這一期間，查干花地區(qū)一直處于穩(wěn)定沉積階段，沒(méi)有火山活動(dòng)。而達(dá)爾罕斷裂西翼及其它地區(qū)仍有火山活動(dòng)。之后，在區(qū)域構(gòu)造作用下，達(dá)爾罕斷裂繼續(xù)活動(dòng)，新的一期火山活動(dòng)開(kāi)始，形成大規(guī)模的酸性火山噴發(fā)。由于該斷裂的活動(dòng)，斷裂東側(cè)地層下掉，產(chǎn)生較大位移，該位移的產(chǎn)生，在查干花地區(qū)從西向東產(chǎn)生一系列的近NNW向東掉正斷層。劇烈的、高強(qiáng)度的巖漿活動(dòng)，使巖漿沿著這些斷裂上涌，形成劇烈的噴發(fā)，構(gòu)成營(yíng)城組最后一期火山噴發(fā)。同時(shí)在腰深2—腰深4井一帶形成酸性巖漿侵入，導(dǎo)致先期形成的地層強(qiáng)烈上拱，形成底劈構(gòu)造。由于次生斷裂發(fā)育，火山活動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致后一期火山活動(dòng)沿次生斷裂普遍發(fā)育，火山巖橫向疊置，火山口沿?cái)嗔殉蚀闋罘植迹纬山麼NW向的條帶狀構(gòu)造。因此，由于達(dá)爾罕斷裂的幕式活動(dòng)使斷裂東翼地區(qū)火山活動(dòng)和火山巖分布呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性。

2.2.3 構(gòu)造對(duì)火山構(gòu)造帶形成的控制

東嶺地區(qū)在營(yíng)城期是一個(gè)繼承性的古隆起，受查干花西斷裂和達(dá)爾罕斷裂南延部分的共同控制，使這一古隆起和長(zhǎng)嶺牧場(chǎng)形成一個(gè)構(gòu)造應(yīng)力帶，因此斷裂南北火山活動(dòng)具有明顯不同的特點(diǎn)，火山巖的分布也具有明顯不同的特點(diǎn)。斷裂南翼(東嶺地區(qū))在營(yíng)城期火山活動(dòng)僅有1～2期，且僅分布中性的凝灰?guī)r(代表性的如龍深1井等)，而斷裂北翼無(wú)論火山活動(dòng)期次和規(guī)模都要大得多。斷裂北翼最靠近東嶺地區(qū)的雙深1井發(fā)育有近250 m的酸性凝灰?guī)r，與緊鄰的斷裂南翼的雙深2井大相徑庭。因此，斷裂的控制作用及其造成的分帶性明顯。

2.3 深大斷裂的主控作用

大型構(gòu)造主要分布于長(zhǎng)嶺斷陷兩側(cè)，包括背斜、斷背斜、鼻狀構(gòu)造等構(gòu)造樣式。受深大斷裂走滑作用控制，在長(zhǎng)嶺斷陷發(fā)育3個(gè)與北西向斷裂走滑作用相關(guān)的走滑擠壓繼承性鼻狀隆起帶，分別是老英臺(tái)低凸起、龍鳳山—東嶺構(gòu)造帶、八十八構(gòu)造帶，對(duì)天然氣成藏的控制作用明顯，是油氣勘探的有利區(qū)帶。區(qū)帶內(nèi)腰深1井營(yíng)城組火山巖獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示了復(fù)合圈閉大面積含氣的場(chǎng)面。這些大型構(gòu)造為構(gòu)造油氣藏、構(gòu)造—巖性油氣藏的形成提供了有利條件，是尋找構(gòu)造—巖性油氣藏的有利勘探目標(biāo)區(qū)[11-12]。

長(zhǎng)嶺中央斷裂帶在左行張扭應(yīng)力場(chǎng)控制下，在其兩側(cè)形成了大量成帶分布的NW 向次級(jí)斷層。次級(jí)斷層與火山巖體配置，有利形成構(gòu)造—火山巖巖性圈閉，同時(shí)控制了斷裂兩側(cè)的油氣分布。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是火山活動(dòng)的原始動(dòng)力，火石嶺組和營(yíng)城組2期大的火山活動(dòng)旋回受控于這一動(dòng)力學(xué)背景，主要是深大斷裂走滑、拉張作用的結(jié)果。這些斷裂控制著火山巖體沿大斷裂帶分布，形成中心式噴發(fā)、裂隙式噴發(fā)以及混合式噴發(fā)等多種火山噴發(fā)類(lèi)型，同一斷裂不同部位活動(dòng)時(shí)間的先后控制火山噴發(fā)的先后和巖性的變化，并使火山巖體的分布具有明顯的分帶性和巖性分布的差異性。

3 結(jié)論

長(zhǎng)嶺斷陷火山巖受構(gòu)造的控制作用明顯，各構(gòu)造帶火山巖的差異分布、旋回特性明顯。這種控制作用使火山巖的分布研究具有了預(yù)測(cè)功能，給下一步火山巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和火山巖的勘探提供了依據(jù)，使火山巖的地球物理解釋具有了針對(duì)性。

隨著松遼盆地營(yíng)城組火山巖油氣勘探不斷突破，對(duì)火山巖成藏研究和勘探領(lǐng)域預(yù)測(cè)日趨重要，而構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和后期改造是控制火山巖圈閉的主要因素，斷裂發(fā)育的程度不僅控制了火山巖的分布，也控制了火山巖圈閉的分布，因此斷裂帶應(yīng)是火山巖油氣藏勘探的最重要地區(qū)。

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