火山—碎屑充填盆地的層序地層學(xué)研究
——以松遼盆地長嶺斷陷為例

王 苗，陸建林，左宗鑫，王保華，李 浩，張彥霞

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214126)

火山—碎屑充填盆地的層序地層學(xué)研究
——以松遼盆地長嶺斷陷為例

王 苗，陸建林，左宗鑫，王保華，李 浩，張彥霞

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214126)

針對長嶺斷陷早白堊世地層受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和火山改造影響，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對比困難等問題，該文運(yùn)用新采集的巖心、測井、地震及測年資料，在盆地形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及火山作用系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，以層序地層學(xué)、沉積學(xué)理論為指導(dǎo)，對斷陷層結(jié)構(gòu)及層序地層特征開展了研究。提出了“火山巖+碎屑巖”二元結(jié)構(gòu)的層序界面識(shí)別方法，建立了長嶺斷陷早白堊世斷陷層層序地層格架;提出了3種層序構(gòu)成樣式，分別為火山斷陷湖層序構(gòu)成樣式，“火山巖+碎屑巖”二元結(jié)構(gòu)的緩坡坡折型層序樣式，“火山巖+碎屑巖”復(fù)合層狀層序樣式。這3種層序構(gòu)成樣式能有效確定生儲(chǔ)蓋層的組成特征。

層序構(gòu)成樣式;層序地層學(xué);火山碎屑盆地;早白堊世;長嶺斷陷;松遼盆地

20世紀(jì)70年代，起源于被動(dòng)大陸邊緣盆地的層序地層學(xué)基本原理，以其概念的合理性、應(yīng)用的可操作性和在海相油氣預(yù)測中眾多成功的實(shí)例，展示出強(qiáng)大的生命力并在全世界得到迅速發(fā)展。該理論隨后進(jìn)入國內(nèi)并在我國陸相盆地中得到創(chuàng)新性發(fā)展，我國學(xué)者針對陸相湖盆復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候、沉積物供給、古地貌以及湖平面變化等特征，深入研究了陸相湖盆層序形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制、層序界面劃分、層序級(jí)別、層序模式及體系域構(gòu)成等關(guān)鍵問題［1－4］。對于火山—沉積地層的層序地層學(xué)的研究，前人大都運(yùn)用傳統(tǒng)的研究方法，把火山巖地層作為碎屑巖層序模式中的一個(gè)地層體，包括層序界面和體系域劃分、火山巖的充填樣式及構(gòu)造作用對火山巖地層層序的控制等［5－11］;對巖漿作用方式及其與沉積作用的關(guān)系缺乏系統(tǒng)研究，尚未開展二元結(jié)構(gòu)的層序地層樣式研究?？傮w來說，對于火山—碎屑沉積盆地中層序地層學(xué)研究相對薄弱。

松遼盆地長嶺斷陷早白堊世火山作用期次多、強(qiáng)度大、方式復(fù)雜［12］，具有火山作用和沉積作用形成的二元結(jié)構(gòu)充填特點(diǎn)，且火山巖和沉積巖疊置穿插，配置關(guān)系復(fù)雜，給地層劃分和層序地層研究帶來很大困難。本文以地震、鉆井資料為基礎(chǔ)，圍繞上述問題開展研究，對于揭示火山作用強(qiáng)烈地區(qū)層序發(fā)育和沉積充填特征，以及預(yù)測有利的生儲(chǔ)蓋組合都具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 地質(zhì)背景

長嶺斷陷位于松遼盆地中央斷陷區(qū)南部，是在前中生代變質(zhì)基底上發(fā)育的晚中生代火山巖、碎屑巖盆地。斷陷層面積約 7 000 km2，發(fā)育 NNE、NNW以及近SN向3組方向基底斷裂，將長嶺斷陷分為多個(gè)箕狀單斷的次級(jí)斷陷，包括10個(gè)亞二級(jí)構(gòu)造單元。本文的研究區(qū)為長嶺斷陷西南部長嶺次凹、查干花次凹，主要由西部控凹斷裂控制(圖1)。

長嶺斷陷下白堊統(tǒng)可分為2大構(gòu)造演化階段，泉頭組沉積前為伸展斷陷階段，發(fā)育火石嶺組、沙河子組、營城組和登婁庫組地層，包括2個(gè)裂陷期——斷陷期和斷拗轉(zhuǎn)換期，泉頭組沉積期為拗陷階段。目的層火石嶺組沉積時(shí)期斷陷作用開始，伴隨著一定規(guī)模的火山噴發(fā)，巖性為中基性火山巖和碎屑巖。沙河子組沉積期斷陷作用加強(qiáng)，沉積了大套的暗色湖相泥巖。營城組沉積期，火山作用強(qiáng)烈，形成大套火山巖，局部夾碎屑巖地層(圖2)。

2 二元結(jié)構(gòu)層序地層格架的建立

2.1 層序界面的識(shí)別

圖1 松遼盆地長嶺斷陷西南部構(gòu)造單元Fig.1 Tectonic units of southwestern Changling Fault Depression，Songliao Basin

綜合運(yùn)用火山巖測年資料、巖心、測井、地震資料來進(jìn)行層序界面的劃分。(1)火山巖測年為地層劃分提供了可靠的依據(jù)。通過采用鋯石U－Pb LA－ICPMS和鋯石SHRIMP測年法，對火石嶺組和營城組20多個(gè)火山巖樣品進(jìn)行測試，明確了該地區(qū)部分地層的歸屬問題;(2)收集整理長嶺斷陷98口鉆井最新測錄井資料，結(jié)合巖心資料，對斷陷層地層發(fā)育相對齊全的重點(diǎn)鉆井進(jìn)行層序界面劃分和精細(xì)的地層對比;(3)對新收集和已有的地震資料開展層位標(biāo)定及追蹤解釋，建立研究區(qū)層序地層格架。本次研究在長嶺斷陷斷陷層，劃分出了SB1－SB7共7個(gè)層序界面(由于SB2界面是火石嶺內(nèi)部的層序界面，不是本文的研究重點(diǎn)層段，故不作描述)，其中SB1，SB3，SB5，SB7分別對應(yīng)T5，，，T4(圖2)。

圖2 松遼盆地長嶺斷陷下白堊統(tǒng)地層發(fā)育特征Fig.2 Stratigraphic characteristics of Lower Cretaceous，Changling Fault Depression，Songliao Basin

2.1.1 基底古隆起與層序界面的識(shí)別

以長嶺次凹東部—達(dá)爾罕低凸起地區(qū)為例，該地區(qū)位于長嶺次凹與查干花次凹之間，總體為南北向凸起帶。鉆井資料顯示，LS1井鉆遇基底變質(zhì)巖，之上為營城組火山巖地層。SB1界面具有較明顯的反射特征，下部為弱振幅雜亂—弱反射，為大型古火山基底;上部為中強(qiáng)振幅較連續(xù)反射特征，為營城組火山巖或沙河子組碎屑巖地層。古地貌對沙河子組地層有明顯控制，沙河子組地層超覆在基底之上，SB3、SB4、SB5界面與古隆起斜坡側(cè)向相交(圖3)。

2.1.2 后期巖漿作用對層序界面的破壞

巖漿的噴發(fā)、侵出、侵入作用均會(huì)破壞早期地層，使層序界面的識(shí)別相對困難。長嶺斷陷長嶺次凹(DB10、LS2井)和查干花次凹(YS2、YS4井)在營城組、登婁庫組沉積期的火山作用，對沙河子組及營城組早期地層起到了較強(qiáng)的破壞作用。

DB10井處登婁庫組沉積末期發(fā)生強(qiáng)烈的中心式火山噴發(fā)，火山巖刺穿上覆地層噴出地表，原始沉積界面被破壞，不整合界面應(yīng)從周邊地區(qū)追蹤過來并穿過該火山通道，按地層發(fā)育趨勢推測層序界面。LS2井附近后期巖漿部分侵入到沙河子組中，部分侵出到營城組中，SB4、SB5界面應(yīng)順著地層趨勢穿過該巖體追蹤(圖4)。部分地區(qū)后期巖漿并沒有穿過層序界面，而是侵入到地層中間，如YS2、YS4井處營城組沉積末期巖漿侵入沙河子組塑性泥巖地層中，形成透鏡狀花崗巖體，使上覆沙河子組及營城組地層發(fā)生較強(qiáng)的變形(圖4，5)。

2.1.3 沉積作用同期的火山作用中層序界面的劃分

前人研究認(rèn)為，整個(gè)松遼地塊的中生代沉積盆地的形成與火山活動(dòng)有密切聯(lián)系，巖漿沿深斷裂上涌，造成巖石圈下的物質(zhì)和浮力虧空，引起巖石圈的沉降形成沉積盆地?？臻g上火山巖帶的分布控制了沉積盆地的分布;時(shí)間上火山巖層的出現(xiàn)導(dǎo)致了沉積的發(fā)生和沉積盆地發(fā)展演化階段的更替，構(gòu)成了“盆嶺相間、先火后沉”的因果關(guān)系［13］;也有學(xué)者認(rèn)為一個(gè)完整的火山—沉積旋回可作為劃分層序的基礎(chǔ)。長嶺斷陷作為松遼盆地最大的斷陷，其火山活動(dòng)對層序發(fā)育有明顯的控制作用。火石嶺和營城組沉積初期2次大的火山噴發(fā)，各代表了1個(gè)二級(jí)層序的開始，該二級(jí)層序的結(jié)束分別以火石嶺組和營城組末期的抬升剝蝕為止;中間相對平靜的沙河子組為一個(gè)二級(jí)層序，頂部為構(gòu)造不整合面。本次研究，在沙河子組和營城組各識(shí)別出了1個(gè)三級(jí)層序界面，沙河子組內(nèi)部層序界面為沉積不整合面，營城組內(nèi)部層序界面為營二段碎屑巖和營三段火山巖之間的沉積不整合面。

研究區(qū)斷陷層界面反射特征明顯、相對容易追蹤的不整合界面為T5(SB1)、(SB5)和T4(SB7)， T4(SB7)界面之上為登婁庫組河流相碎屑巖，形成明顯的角度不整合界面。相對于凹陷中央而言，邊部斜坡或古隆起帶上的地層由于更容易遭受侵蝕作用形成明顯的不整合界面，層序界面易于識(shí)別。

在長嶺次凹東部—達(dá)爾罕低凸起上，SB6和SB7界面在地震剖面上具有明顯的識(shí)別標(biāo)志。SB6界面之下為中頻弱振幅反射，上部為低頻強(qiáng)振幅反射;SB7界面下部為低頻強(qiáng)振幅反射，上部為中高頻中振幅較連續(xù)反射，頂部見明顯的削截現(xiàn)象。該界面在鉆井上也反映出明顯的不整合特征，DS1和LS1井均揭示，SB6界面之下為棕色泥巖和含灰綠色礫質(zhì)凝灰?guī)r，為暴露氧化沉積。該套碎屑巖與下部火山巖構(gòu)成了一個(gè)完整的火山—沉積旋回，與上部SQK1yc2火山巖呈不整合接觸。同時(shí)，DS1和LS1井火山巖測年數(shù)據(jù)顯示，營城組下套和上套火山巖年齡分別為110 Ma和105 Ma左右，為營城組內(nèi)部2期火山活動(dòng)的產(chǎn)物，對應(yīng)SQK1yc1和SQK1yc2層序(圖3)，為層序劃分提供了依據(jù)。SB7界面在鉆井上以紫紅—棕色泥巖、雜色砂礫巖為識(shí)別標(biāo)志。

圖3 松遼盆地長嶺斷陷達(dá)爾罕地區(qū)層序界面識(shí)別Fig.3 Sequence boundaries in Daerhan area，Changling Fault Depression，Songliao Basin

圖4 松遼盆地長嶺斷陷火山作用方式模式Fig.4 Volcanism patterns in Changling Fault Depression，Songliao Basin

圖5 松遼盆地長嶺斷陷查干花次凹層序界面識(shí)別Fig.5 Sequence boundaries in Chaganhua area，Changling Fault Depression，Songliao Basin

在查干花次凹中，SB5、SB6、SB7界面在鉆井上比較容易識(shí)別。SB5界面下部為沙河子組泥巖，上部為SQK1yc1的火山巖、粗碎屑巖，該界面在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的波阻抗界面，可連續(xù)追蹤。SB6界面下部為SQK1yc1碎屑巖，為中弱振幅弱反射，上部為SQK1yc2大套火山巖，為低頻中強(qiáng)振幅較連續(xù)反射。火山巖測年表明，YS3井下部火山巖段年齡在125 Ma左右，YS3和YS5井上部火山巖年齡為104～107 Ma之間，分別對應(yīng)火石嶺組和營城組SQK1yc2地層(圖5)。SB7界面之上為登婁庫組河流相碎屑巖，振幅較下部火山巖段弱，界面容易識(shí)別。

長嶺次凹南部火山作用較弱，主要為碎屑巖地層，層序界面的識(shí)別相對容易。在長嶺次凹邊部SB5、SB7界面可見明顯的削截反射，表明在沙河子組和營城組沉積末期地層遭受強(qiáng)烈的抬升剝蝕作用。在長嶺次凹東南部SB5、SB6界面，可見明顯的上超反射，反映此時(shí)湖平面處于相對上升的過程。這些界面與火山巖地層中的不整合界面可以對應(yīng)起來。

2.2 層序格架的建立

通過以上方法，建立了研究區(qū)層序地層格架，并對二元結(jié)構(gòu)的地層充填特征進(jìn)行了分析。

在長嶺次凹南部，沙河子組地層厚達(dá)700 m，SQK1sh1、SQK1sh2層序中均發(fā)育低位、湖擴(kuò)、高位體系域，在SQK1sh2中湖擴(kuò)體系域相對更為發(fā)育，表現(xiàn)為厚度大，分布范圍更廣泛，在鉆井上表現(xiàn)為大套暗色泥巖或煤層。營城組火山主要位于洼陷東南部東嶺及達(dá)爾罕斷凸附近，火山巖分布范圍相對較小，洼陷中央仍以碎屑巖為主。營城組SQK1yc1層序相對更發(fā)育，包括低位、湖擴(kuò)、高位體系域，SQK1yc2受營城組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，頂部地層遭受剝蝕，高位體系域相對不發(fā)育。在長嶺次凹北部，SQK1sh1、SQK1sh2層序均發(fā)育。營城組沉積期巖漿作用強(qiáng)烈，部分巖漿侵入地層，部分巖漿噴出或侵出地表。SQK1yc1和 SQK1yc2層序均發(fā)育2個(gè)火山—沉積旋回，即下部為火山巖，上部為碎屑巖。

在查干花次凹中，SQK1sh1、SQK1sh2層序整體具有西厚東薄的特征，厚度中心分別位于查干花南北斷裂附近，地層厚度在500 m以上。SQK1yc1底部火山巖層較薄，碎屑巖相對更為發(fā)育，SQK1yc2中火山巖厚度大，分布廣，在整個(gè)凹陷中均十分發(fā)育，碎屑巖僅在局部可見(圖6)。

3 沉積充填模式

在以上建立的層序格架基礎(chǔ)上，對長嶺斷陷“水火”二元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合研究，提出了以下3種典型的層序構(gòu)成樣式(圖7－9)。

3.1 火山斷陷湖層序構(gòu)成樣式

圖6 松遼盆地長嶺斷陷火山—碎屑充填的層序發(fā)育模式Fig.6 Sequence model of volcanic and clastic sediment in Changling Fault Depression，Songliao Basin

圖7 火山斷陷湖盆層序構(gòu)成樣式Fig.7 Sequence architecture of volcanic fault lake sequence pattern

圖8 火山巖—碎屑巖二元結(jié)構(gòu)的緩坡坡折型層序樣式Fig.8 Sequence architecture of gentle slope composed by“volcanic and sedimentary rocks”dual structure

圖9 火山巖—碎屑巖復(fù)合層狀層序樣式Fig.9 Sequence architecture of“volcanic and sedimentary rocks”constitute straticulate structure

該層序構(gòu)成樣式表現(xiàn)為古火山在沙河子組沉積期相對穩(wěn)定，和西部控洼斷裂共同控制龍鳳山次洼沙河子組湖相地層，古火山附近SQK1sh1、SQK1sh2低位體系域中發(fā)育盆底扇，由古火山提供物源，SQK1sh1、SQK1sh2湖擴(kuò)和高位體系域也發(fā)育，沉積了大套湖相暗色泥巖?？赝輸嗔迅浇澈幼咏M主要發(fā)育扇三角洲相(圖7)。

古火山在營城組沉積期活動(dòng)，發(fā)生較大規(guī)模的火山噴發(fā)，在營城組頂部形成大面積中基性板狀熔巖流，與營城組下部的碎屑巖縱向疊置。

3.2“火山巖+碎屑巖”緩坡坡折型層序樣式

在東嶺斜坡帶營城組沉積期火山作用強(qiáng)烈，部分噴出地表形成玄武巖臺(tái)地，部分侵入沙河子組地層。在SQK1yc1火山噴發(fā)末期，由于底部巖漿壓力降低，部分巖漿侵入沙河子組，改變了原始地層形態(tài)并形成明顯的坡折。在后期沉積作用下，形成了“火山巖+碎屑巖”二元結(jié)構(gòu)的緩坡坡折型層序樣式(圖8)。

3.3 “火山巖+碎屑巖”復(fù)合層狀層序樣式

在查干花地區(qū)火山活動(dòng)更頻繁，火山巖分布范圍更廣。營城組沉積期火山呈混合式噴發(fā)，包括早期和晚期2次火山作用，早期噴發(fā)的層狀火山巖與上覆沉積巖構(gòu)成一個(gè)完整的火山—沉積旋回，晚期噴發(fā)的火山巖覆蓋在沉積巖之上，呈不整合接觸，總體為復(fù)合層狀層序樣式(圖9)。

4 油氣勘探意義

對火山斷陷湖盆層序構(gòu)成樣式分析表明，在龍鳳山次洼SQK1sh1、SQK1sh2中湖擴(kuò)體系域發(fā)育，可作為良好的烴源巖，SQK1sh2和SQK1yc1中低位濁積和高位三角洲砂體是良好的儲(chǔ)層，上部湖擴(kuò)體系域和高位體系域中泥巖可作為蓋層，形成巖性油氣藏。目前在該地區(qū)鉆探的多口井獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流。東嶺斜坡帶處于長嶺斷陷的斜坡區(qū)，是油氣運(yùn)移的長期指向區(qū)。該地區(qū)斷陷層發(fā)育火山巖—碎屑巖二元結(jié)構(gòu)的緩坡坡折，砂巖十分發(fā)育，可作為良好的儲(chǔ)層。前期勘探證實(shí)，在東嶺地區(qū)沙河子組和營城組碎屑巖中均獲得了工業(yè)油氣流，在火山巖中也獲得了油氣顯示。查干花地區(qū)火山巖—碎屑巖呈復(fù)合層狀發(fā)育，勘探證實(shí)，營城組頂部火山巖和砂礫巖中均有氣發(fā)現(xiàn)，均可形成良好儲(chǔ)層。

5 結(jié)論

(1)在對盆地形成的動(dòng)力機(jī)制及火山巖與沉積巖形成過程的研究基礎(chǔ)上，將長嶺斷陷早白堊世斷陷層劃分為3個(gè)二級(jí)層序，6個(gè)三級(jí)層序，確定了長嶺火山斷陷盆地三級(jí)層序地層格架。

(2)在等時(shí)地層格架基礎(chǔ)上，對長嶺斷陷“水火”二元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合研究，提出了3種典型的層序構(gòu)成樣式:古火山斷陷湖盆層序構(gòu)成樣式，火山巖—碎屑巖二元結(jié)構(gòu)的緩坡坡折型層序樣式，火山巖—碎屑巖復(fù)合層狀層序樣式。

(3)勘探實(shí)踐表明，這3種層序構(gòu)成樣式對于明確該地區(qū)復(fù)雜的二元結(jié)構(gòu)，揭示生儲(chǔ)蓋層發(fā)育特征，落實(shí)有利區(qū)帶和目標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

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(編輯 徐文明)

Sequence stratigraphic research of volcanic and clastic sediment basins: A case study of Changling Fault Depression in Songliao Basin

Wang Miao，Lu Jianlin，Zuo Zongxin，Wang Baohua，Li Hao，Zhang Yanxia
(Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi，Jiangsu 214126，China)

The Early Cretaceous is complicated and hard to compare since it was influenced by multiple tectonic movements and volcanism.In order to resolve the problems mentioned above，we studied stratum structure and sequence stratigraphy based on freshly obtained outcrop，core，well logs，seismic and dating data，using basic principles of sequence stratigraphy and sedimentology.The kinetic mechanism and volcanism in this area were also considered in the research.Some identification methods for dual-structure basins with“volcanic rocks and sedimentary rocks”were put forward，and the stratigraphic sequence framework of the Early Cretaceous in the Changling Fault Depression was set up.Three sequence patterns were proposed:volcanic fault lake sequence，gentle slope composed of“volcanic and sedimentary rocks”in a dual structure sequence，and“volcanic and sedimentary rocks”constitute straticulate(finely laminated)sequence.These sequence patterns have a guiding significance for identifying source，reservoir and cap rock assemblages.

sequence stratigraphic pattern;sequence stratigraphy;volcanic debris basin;Early Cretaceous; Changling Fault Depression;Songliao Basin

TE121.34

A

1001－6112(2016)06－0796－07

10.11781/sysydz201606796

2015－09－01;

2016－10－09。

王苗(1985—)，女，碩士，工程師，從事層序地層學(xué)、沉積學(xué)研究。E-mail:wangmiaowx.syky@sinopec.com。

中國石化科技開發(fā)部項(xiàng)目“長嶺斷陷結(jié)構(gòu)與充填特征及成藏組合研究”(P13073)資助。