渤中地區(qū)火山巖特征及其與斷裂關(guān)系

王志萍，呂丁友，王保全

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

?

渤中地區(qū)火山巖特征及其與斷裂關(guān)系

王志萍，呂丁友，王保全

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

為了更好地預(yù)測渤中地區(qū)火山巖分布，尋找有利火山巖儲(chǔ)層，在鉆井資料分析基礎(chǔ)上，采用三維地震資料進(jìn)行火山巖相地質(zhì)和地震特征研究，建立火山巖分布與斷裂關(guān)系模式。渤中地區(qū)火山巖為中基性火山巖，以安山巖最為發(fā)育、凝灰?guī)r次之；巖相以噴溢相為主，爆發(fā)相次之。渤中地區(qū)“H”型斷裂控制了火山巖分布方式及分布范圍，火山巖沿著斷裂成“串珠狀”分布。斷裂的規(guī)模和火山噴發(fā)模式控制了火山巖的規(guī)模。中生界火山巖與斷裂有不同賦存關(guān)系，火山巖沿基底或走滑斷裂面呈裂隙—中心式噴發(fā)，火山機(jī)構(gòu)串珠狀疊置或在潛山內(nèi)幕斷層的上升盤呈中心式噴發(fā)，前者發(fā)育規(guī)模大于后者?？拷鼑姲l(fā)中心，即靠近斷裂帶，物性較好的爆發(fā)相及噴溢相發(fā)育，將是火山巖油氣藏勘探的有利區(qū)域。

火山巖；分布特征；地震-地質(zhì)一體化；斷裂；渤中地區(qū)

0 引 言

火山巖油氣藏已成為中國東部中、新生代陸內(nèi)裂谷盆地的重要油氣藏類型，松遼盆地、渤海灣盆地等均在火山巖中發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流[1]。渤海中部地區(qū)在中生界白堊系火山巖地層中有良好的油氣發(fā)現(xiàn)。但目前對該區(qū)火山巖的研究程度較低，認(rèn)識(shí)程度不高，對火山巖的分布還不十分清楚，而且火山巖相對油氣藏的儲(chǔ)集性能影響很大，因此火山巖相分布規(guī)律的研究十分關(guān)鍵。在鉆井少的情況下，在巖心、巖屑觀察、巖相識(shí)別的基礎(chǔ)上，采用三維地震資料進(jìn)行火山巖地震-地質(zhì)特征研究，建立火山巖相分布與斷裂關(guān)系，為火山巖平面分布預(yù)測提供依據(jù)，將有利于降低深層火山巖勘探風(fēng)險(xiǎn)、提高鉆探成功率。

1 火山巖巖性巖相特征

通過統(tǒng)計(jì)渤海中部地區(qū)12口井的中生界火山巖巖心及巖屑資料，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)火山巖巖性主要包括火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖以及沉火山碎屑巖類?；鹕饺蹘r類包括玄武巖、安山巖、粗面安山巖以及粗面巖，主要為中性、基性火山巖，這與徐桂忠[2]通過對BZ5、BZ6、BZ13以及13B5-1井中生界火山巖化學(xué)成分分析得出火山熔巖主要為中基性火山巖(以堿性的粗面巖—粗安巖—粗面玄武巖為主)的觀點(diǎn)相符；火山碎屑熔巖類主要為凝灰熔巖；火山碎屑巖包括凝灰?guī)r和安山集塊巖；沉火山碎屑巖主要包括泥質(zhì)凝灰?guī)r、砂質(zhì)凝灰?guī)r等；其中以安山巖最為發(fā)育、凝灰?guī)r次之。

鉆井資料統(tǒng)計(jì)顯示：渤中區(qū)域以噴溢相出現(xiàn)最多，占69%；其次為爆發(fā)相，占26.1%，火山沉積相占3.8%。物性以爆發(fā)相最好，噴溢相次之[3-6]。由于火山巖噴發(fā)后又經(jīng)歷了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、剝蝕風(fēng)化等破壞，原始的火山巖相與現(xiàn)存的有較大差異。本區(qū)相序類型較為簡單，主要有噴溢相—爆發(fā)相，噴溢相—火山沉積相，噴溢相—爆發(fā)相—火山沉積相，爆發(fā)相—噴溢相，噴溢相。

2 火山巖相地震響應(yīng)特征

2.1 火山機(jī)構(gòu)外形

首先對火山機(jī)構(gòu)外形進(jìn)行識(shí)別，從而與圍巖進(jìn)行區(qū)別。剖面上，外形與火山噴發(fā)方式有關(guān)，裂隙—中心式噴發(fā)的火山巖，一般垂直于斷層方向具有楔狀外形(圖1a)，平行于斷層方向具有丘狀外形(圖1b)；而中心式噴發(fā)的火山巖具有丘狀外形(火山錐)。平面上，振幅水平切片上火山巖同相軸排列有序性較差，大體呈現(xiàn)出流動(dòng)結(jié)構(gòu)，或云朵狀或絮狀或揉皺狀，具有強(qiáng)振幅特征，與圍巖往往有著明顯邊界(圖1c)；相干切片上呈現(xiàn)低相干、雜亂細(xì)碎、團(tuán)塊狀特征，但響應(yīng)不如振幅切片明顯(圖1d)。

2.2 火山巖相

(1) 火山通道相。在地震剖面上火山通道相具有獨(dú)特的柱狀或漏斗形等反射特征，與圍巖呈不整合關(guān)系，火山通道相反射波連續(xù)性明顯降低，雜亂反射特征突出(圖1e)。

(2) 噴溢相。噴溢相在區(qū)內(nèi)分布較廣，近源噴溢相多與爆發(fā)相疊置，具有中強(qiáng)振幅反射、中—低頻率反射特征，中等連續(xù)性(圖1f)。

(3) 爆發(fā)相。爆發(fā)相在區(qū)內(nèi)分布面積比噴溢相小，近源爆發(fā)相巖性復(fù)雜，呈層性差，橫向變化快，在地震剖面上常表現(xiàn)為連續(xù)性較差、變振幅—中振幅或空白反射特征(圖1g)，遠(yuǎn)源爆發(fā)相遠(yuǎn)離火山口，巖性單一，內(nèi)部巖性變化相對較小，地震同相軸接近板狀外形、中強(qiáng)振幅、中—連續(xù)反射的地震響應(yīng)特征。

(4) 火山沉積巖相。與其他火山巖相有較大的差別，距火山口較遠(yuǎn)，為遠(yuǎn)源相，巖性變化較小，地震響應(yīng)多以薄板狀外形、中強(qiáng)振幅、連續(xù)反射、中高頻為主要特征(圖1h)。

3 火山巖相分布與斷裂關(guān)系

侏羅世末至早白堊世初，由于太平洋板塊向歐亞大陸下俯沖，使中國東部淺層地殼處于NE向走滑引張[7-9]，北東向郯廬斷裂帶左旋拉張，近東西向基底逆沖斷裂活化拉張，2類斷裂組合成“H”型斷裂系統(tǒng)。經(jīng)前人研究[1]，渤海地區(qū)中生界火山巖噴發(fā)時(shí)期為早白堊世，與斷裂發(fā)育時(shí)期匹配。通過振幅切片、相干以及地震剖面相追蹤火山機(jī)構(gòu)也顯示了火山巖分布與“H”型斷裂存在密切關(guān)系，即“H”型斷裂控制大規(guī)模晚侏羅世至早白堊世的火山噴發(fā)和巖漿活動(dòng)(圖2)。

圖2 斷裂及火山巖分布

3.1 斷裂面

沿?cái)嗔衙鎳姲l(fā)的火山巖在上升盤形成串珠狀多期疊置的火山巖體，受到后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，外形及披蓋形態(tài)被剝蝕破壞，目前外形僅為殘留外形?；鹕綆r層厚度隨距斷層的距離變大而逐漸變薄。噴發(fā)的火山熔巖和火山碎屑巖隨著斷層下降充填于下降盤低洼地區(qū)，呈板狀構(gòu)型，保存較完整。

區(qū)內(nèi)①、④、⑤號(hào)火山巖體均為該類火山巖(圖3 a、b、c)，該類火山巖沿長期活動(dòng)的大型斷裂多期發(fā)育[10]，火山巖規(guī)模較大。如①號(hào)火山巖發(fā)育在北西向基底逆沖斷裂，分布面積為17.2 km2；④、⑤號(hào)火山巖發(fā)育于北東向郯廬走滑斷裂分支，分布面積分別為11.3、9.4 km2。①號(hào)火山巖主要有3期噴發(fā)，不同期次火山巖沿?cái)嗔炎呦蛳驏|遷移，形成串珠狀火山結(jié)構(gòu)疊置關(guān)系。第1期火山巖體緊鄰斷層分布，與下伏古生界碳酸鹽巖呈不整合接觸，呈殘余丘狀外形，巖相從下往上為火山通道相—噴溢相—爆發(fā)相，內(nèi)部中強(qiáng)振幅，反射軸斷續(xù)分布，分布范圍較小，縱向長約2 000 m。第2期火山巖披蓋于第1期火山巖上，與第1期火山巖呈不整合接觸，火山巖頂部外形被剝蝕破壞，靠近斷裂一側(cè)反射特征呈丘狀外形，內(nèi)部中強(qiáng)振幅，中連續(xù)性，為近源噴溢相和爆發(fā)相。遠(yuǎn)離斷層一側(cè)，呈席狀披蓋，中強(qiáng)振幅，連續(xù)性變好，為遠(yuǎn)源爆發(fā)相?；鹕綆r體較小，縱向長約1 000 m。第3期火山巖披覆于第2期上，靠近斷層為板狀外形，火山巖相主要為遠(yuǎn)源爆發(fā)相，反射特征為中強(qiáng)振幅、中頻、中—好連續(xù)性，遠(yuǎn)離斷層一側(cè)巖相變?yōu)榛鹕匠练e相，反射特征為強(qiáng)振幅、中頻、連續(xù)性好，該期火山巖噴發(fā)時(shí)間長，火山巖分布范圍較大。下降盤的地層主要是噴發(fā)的火山熔巖和火山碎屑巖隨著斷層下降充填于下降盤低洼地區(qū)，厚度較大，呈板狀構(gòu)型，上超于緩坡的沉積巖上。從3期火山巖規(guī)模判斷火山巖噴發(fā)能量由弱逐漸變強(qiáng)。

3.2 上升盤

火山巖漿在斷裂的上升盤上升噴發(fā)形成規(guī)模較小的火山錐，保留有較完整的丘狀外形，并且具有明顯的漏斗形或柱形的火山通道相，從下至上為中弱振幅平緩層狀的噴溢相—中強(qiáng)振幅雜亂爆發(fā)相，爆發(fā)相和火山沉積相堆積充填在下降盤。該類火山巖的分布范圍小于沿?cái)嗔衙鎳姲l(fā)的火山巖。其中②、③號(hào)火山巖為該類火山巖(圖3d、e)，斷裂主要為潛山內(nèi)幕斷層，火山巖規(guī)模較小，②號(hào)火山巖分布面積為8.6 km2，③號(hào)火山巖為6.5 km2。其中②號(hào)火山巖火山口位于斷層上升盤，靠近斷層為丘狀外形，發(fā)育火山通道相、噴溢相和爆發(fā)相疊置，同相軸為中強(qiáng)雜亂反射，遠(yuǎn)離斷層(即遠(yuǎn)離火山口)方向，為遠(yuǎn)源爆發(fā)相和火山沉積相。該火山巖貫穿了①號(hào)火山巖的第3期火山巖，破壞了第3期火山巖結(jié)構(gòu)，與第3期火山巖的連續(xù)性反射形成明顯對比，二者呈交叉接觸(圖3a)。①號(hào)和②號(hào)火山巖屬于同一噴發(fā)源區(qū)，火山口(火山通道)相鄰，噴出物疊置。從①號(hào)到②號(hào)噴發(fā)模式由裂隙—中心式噴發(fā)變?yōu)橹行氖絿姲l(fā)，火山爆發(fā)能量由弱逐漸變強(qiáng)。①號(hào)和②號(hào)的疊置增加了火山巖的復(fù)雜性。

圖3 火山巖地震剖面

3.3 火山噴發(fā)與斷裂關(guān)系模式

通過對渤中地區(qū)白堊系火山巖剖面解剖和平面追蹤，建立了渤中地區(qū)中生界火山噴發(fā)模式(圖4)?；鹕綆r沿著基底斷裂和走滑斷裂呈“裂隙—中心式”噴發(fā)，沿潛山內(nèi)幕斷層呈“中心式”噴發(fā)，并且與斷裂存在多種賦存關(guān)系[11]，分別是斷裂上升盤火山“中心式”噴發(fā)，火山機(jī)構(gòu)發(fā)育；斷裂帶火山“裂隙—中心式”噴發(fā)，火山機(jī)構(gòu)串珠狀疊置。上升盤火山機(jī)構(gòu)分布規(guī)模小，丘狀外形，火山巖相為爆發(fā)相和噴溢相。斷裂帶火山機(jī)構(gòu)分布規(guī)模大，靠近斷裂帶為爆發(fā)相和噴溢相，遠(yuǎn)離斷裂帶為遠(yuǎn)源爆發(fā)相和火山沉積相，遠(yuǎn)源爆發(fā)相和火山沉積相堆積充填在下降盤，厚度較大，靠近斷裂帶的區(qū)域?qū)⑹腔鹕綆r油氣藏勘探的有利區(qū)域(圖2)。

圖4 渤中地區(qū)中生界火山噴發(fā)與斷裂關(guān)系模式

4 結(jié) 論

(1) 渤中地區(qū)火山巖巖性為中基性的玄武巖、安山巖、粗面安山巖、粗面巖，凝灰熔巖、凝灰?guī)r和安山集塊巖等，其中以安山巖最為發(fā)育、凝灰?guī)r次之?；鹕綆r巖相以噴溢相為主，爆發(fā)相次之。

(2) 裂隙—中心式火山巖垂直于斷層方向具有楔狀外形，平行于斷層方向具有丘狀外形，中心式火山巖的具有丘狀外形(火山錐)。振幅水平切片上呈現(xiàn)出流動(dòng)結(jié)構(gòu)，或云朵狀或絮狀或揉皺狀，相干切片上呈現(xiàn)低相干性特征?；鹕酵ǖ老嗑哂歇?dú)特的柱狀或漏斗形、反射波連續(xù)性明顯降低、雜亂反射等反射特征；噴溢相為中強(qiáng)振幅反射，中—低頻、中等連續(xù)性反射特征；近源爆發(fā)相表現(xiàn)為連續(xù)性較差、變振幅—中振幅或空白反射特征，遠(yuǎn)源爆發(fā)相接近板狀外形，中強(qiáng)振幅，中—連續(xù)反射；火山沉積巖相反射特征為振幅較強(qiáng)、連續(xù)性較好、中高頻。

(3) 渤中地區(qū)“H”型斷裂控制了火山巖分布方式及分布范圍，火山巖沿著斷裂形成“串珠狀”分布。斷裂的規(guī)模和噴發(fā)模式控制了火山巖的規(guī)模。中生界火山巖與斷裂有不同賦存關(guān)系，火山巖在基底或走滑斷裂面呈裂隙—中心式噴發(fā)，火山機(jī)構(gòu)串珠狀疊置，或在潛山內(nèi)幕斷層的上升盤呈中心式噴發(fā)，前者發(fā)育規(guī)模大于后者。

(4) 不同期次不同賦存狀態(tài)不同噴發(fā)中心的火山巖巖體疊置分布，造成了火山巖分布的復(fù)雜性，給勘探帶來難度；但靠近噴發(fā)中心，即靠近斷裂帶，物性較好的爆發(fā)相及噴溢相發(fā)育，將是火山巖油氣藏勘探的有利區(qū)域。

[1] 賀電，李江海，劉守偈.松遼盆地北部徐家圍子斷陷下白堊統(tǒng)營城組火山機(jī)構(gòu)類型與噴發(fā)模式研究[J].巖石學(xué)報(bào)，2009，25(3)：659-666.

[2] 徐桂忠.渤海裂谷中生代火山巖特征及其地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報(bào)，1986，2(1)：81-90.

[3] 王璞珺，吳河勇，龐顏明，等.松遼盆地火山巖相：相序、相模式與儲(chǔ)層物性的定量關(guān)系[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2006，36(5)：805-812.

[4] 高斌，等.三種典型火山巖儲(chǔ)層的特征和綜合預(yù)測研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35(2)：207-212.

[5] 王璞珺，遲元林，劉萬洙，等.松遼盆地火山巖相類型、特征和儲(chǔ)層意義[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2003，33(4)：449-456.

[6] 王鵬，羅明高，杜洋，等.北三臺(tái)地區(qū)石炭系火山巖儲(chǔ)層控制因素研究[J].特種油氣藏，2010，17(3)：41-45.

[7] 唐華風(fēng)，王璞珺，姜傳金，等.松遼盆地火山巖相地震特征及其與控陷斷裂的關(guān)系[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2007，37(1)：73-77.

[8] 陳歡慶，胡永樂，冉啟全，等.松遼盆地徐東地區(qū)營城組一段火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，31(3)：7-12.

[9] 李三忠，索艷慧，戴黎明，等.渤海灣盆地形成與華北克拉通破壞[J].地學(xué)前緣，2010，17(4)：64-89.

[10] 王玲，孫夕平，張研.松遼盆地深層斷裂體系對火山巖成因和火山巖相帶的控制：以徐深地區(qū)為例[J].天然氣地球科學(xué)，2007，18(3)：389-393.

[11] 王盛鵬，等.兩種不同沉積環(huán)境下火山巖儲(chǔ)層成巖作用研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34(2)：145-152.

編輯 林樹龍

20150309；改回日期：20150615

國家科技重大專項(xiàng)“近海隱蔽油氣藏勘探技術(shù)”(2011ZX05023-002)

王志萍(1981-)，女，工程師，2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2012年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事地震儲(chǔ)層預(yù)測研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.006

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0020-05