泰國Phetchabun盆地Wichian Buri次盆新生界火山巖巖性識別及巖相展布特征

朱小二， 楊尚鋒， 史超群

(1.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，庫爾勒 841000)

0 引言

自1907年墨西哥Vera Cruz盆地Furbero油田的白堊系—新近系火山巖油氣藏的發(fā)現(xiàn)后，火山巖作為油氣勘探的新領(lǐng)域，越來越受到人們的重視[1-2]。全球已有超過50多個(gè)國家和地區(qū)300多個(gè)盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了與火山巖有關(guān)的油氣藏或油氣顯示[3-4]，其中不乏一些典型的大型火山巖油氣藏，例如印度尼西亞NW向Java盆地的Jatibarang油氣藏[4]、納米比亞Orange盆地的Kudu氣田[4]、阿根廷Neuquen盆地的Medanito-25 de Mayo 油田等[5]。我國也自20世紀(jì)50年代開始在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、遼河盆地、松遼盆地和二連盆地等陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大量火山巖油氣藏，尤其是徐深氣田[6-7]、克拉美麗氣田[8-9]和長深氣田[7-8,10]取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，表明火山巖具有廣闊的油氣勘探前景。

隨著我國油氣資源“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施，在國外油氣勘探和開發(fā)過程中也遇到了一些火山巖油氣藏[11-12]，其中泰國Phetchabun盆地Wichian Buri次盆新生界火山巖油氣藏是典型的例子。新生界火山巖已經(jīng)成為Wichian Buri次盆油氣勘探和開發(fā)的主要層系，但由于火山巖噴發(fā)環(huán)境的復(fù)雜性，噴發(fā)旋回和期次頻繁，巖性多樣及后期風(fēng)化蝕變程度不一，導(dǎo)致火山巖的巖性識別和巖相展布研究較為困難，已成為阻礙進(jìn)一步勘探和開發(fā)的棘手問題。因此，本文綜合巖心、巖石薄片、測井及地震響應(yīng)特征的分析，對該區(qū)的火山巖特征開展了詳細(xì)研究，并建立了巖性識別和儲(chǔ)層評價(jià)的方法，以期對該區(qū)的火山巖油氣勘探和開發(fā)提供相關(guān)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新生代火山巖在泰國廣泛分布，這些巖漿活動(dòng)大多和漸新世至中新世晚期印度板塊與亞洲板塊碰撞，以及安達(dá)曼海海底擴(kuò)張而形成的復(fù)雜區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力導(dǎo)致的盆地伸展作用相關(guān)[3-5]。Phetchabun盆地是位于泰國中部的一個(gè)SN向裂谷盆地，長約120 km，寬約30 km(圖1(a))。該盆地被NE向斷層分割為5個(gè)次盆，其中最南部的為Wichian Buri次盆[14-16]，且內(nèi)部沉積地層中分布有大量新生代火山巖系(圖1(b))。

由于長期的油氣勘探，在前人對地震和測井?dāng)?shù)據(jù)、微體古生物及放射性同位素定年等大量研究工作基礎(chǔ)之上，Phetchabun盆地(尤其Wichian Buri次盆)已經(jīng)建立了較為完善的地層層序[17](表1)。Phetchabun盆地的沉積巖層角度不整合于上覆二疊—三疊系變質(zhì)沉積巖和火山巖之上，沉積巖層的底部被稱為“Basal Tertiary”[16]，為一套晚始新世以沖積扇沉積和火山巖為主的同裂谷期充填層序； 其上覆地層為以湖相—河流相沉積為主的Wichian Buri群，且Wichian Buri群以中中新統(tǒng)頂部的不整合面與晚中新世的Chaliang Lab組為界。Wichian Buri群可以細(xì)分為4個(gè)單元，最底部的Unit 4主要由湖相富有機(jī)質(zhì)黏土巖和少量粉砂巖、砂巖組成，是主要的烴源巖層，后期侵入有大量中基性巖床和巖墻； 其上的Unit 3、Unit 2、Unit 1也以河流相、三角洲相和湖相沉積為主，且向上粉砂和砂質(zhì)含量逐漸增加，其中Unit 2和Unit 1之間存在一個(gè)噴發(fā)不整合面，且以玄武質(zhì)凝灰?guī)r為標(biāo)志，代表了一次巖漿活動(dòng)。Chaliang Lab組以湖相泥巖沉積為主，夾少量河流相砂巖，且以不整合面與上新統(tǒng)及第四系河流相沉積為界。

表1 泰國Phetchabun盆地地層層序

Tab.1 Stratigraphy sequence of Phetchabun Basin in Thailand

研究區(qū)位于Phetchabun盆地最南部的Wichian Buri次盆，次盆內(nèi)部斷層發(fā)育，以SN向、NW向以及NNW向正斷層為主(圖1b)，圈閉類型主要為斷塊型、背斜型以及斷背斜型。研究區(qū)主要有砂巖和火山巖2大類油藏。根據(jù)產(chǎn)量和儲(chǔ)量報(bào)告，油氣產(chǎn)量和儲(chǔ)量均以火山巖為主，分別占87.7%和76.8%。

2 火山巖巖性特征及識別

2.1 火山巖巖性特征

研究區(qū)新生代火山巖具有多次噴發(fā)的特點(diǎn)，因而火山巖類型多樣[18]。本次研究主要通過選取研究區(qū)76口已鉆遇火山巖鉆井的取心或巖屑資料，磨制普通薄片并進(jìn)行鏡下鑒定，同時(shí)選取部分樣品利用X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行全巖主量元素測試，同時(shí)采用國際地科聯(lián)火成巖分類學(xué)分委會(huì)推薦的火山巖巖性分類法[19-20]進(jìn)行化學(xué)分類，考慮其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，進(jìn)而對研究區(qū)發(fā)育的火山巖進(jìn)行全面的分類和命名。

為了方便不同樣品之間對比，考慮到燃燒損失量的差別，在進(jìn)行TAS圖投點(diǎn)前，將主量元素氧化物總量重新計(jì)算為100%，且其中所有Fe都以Fe2O3來進(jìn)行計(jì)算(表2)。TAS圖投點(diǎn)結(jié)果(圖2)顯示： 研究區(qū)火山巖巖性變化大，從基性至酸性都有分布，主體以堿性玄武巖為主，如粗面玄武巖、響巖質(zhì)堿玄巖，其次包括安山巖、玄武質(zhì)安山巖及酸性的英安巖和流紋巖，以及少量的堿玄質(zhì)響巖和響巖。

(續(xù)表)

圖2 泰國Wichian Buri次盆新生界火山巖化學(xué)分類TAS圖

在確定研究區(qū)火山巖化學(xué)分類后，結(jié)合巖心、巖石薄片分析巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造差異，認(rèn)為研究區(qū)火山熔巖和火山碎屑巖都有發(fā)育。其中火山熔巖包括玄武巖、安山巖、英安巖及流紋巖等噴出巖和部分輝長巖等次火山巖(圖3)； 火山碎屑巖主要包括凝灰?guī)r和角礫巖，成分以流紋質(zhì)、安山質(zhì)及玄武質(zhì)為主，火山碎屑巖也可以向熔巖和沉積巖過渡，形成火山碎屑熔巖和沉火山碎屑巖。在顯微鏡下，玄武巖由于結(jié)晶程度的差異，具有典型的間粒、間隱等結(jié)構(gòu)，在結(jié)晶較好的板條狀斜長石格架內(nèi)充填細(xì)小的輝石、磁鐵礦以及隱晶質(zhì)物質(zhì)，氣孔和杏仁構(gòu)造發(fā)育(圖3(a)，(b)，(c))，多為溢流相沉積； 輝長巖多呈次輝綠、輝長結(jié)構(gòu)，斜長石和輝石晶體較粗大，半自形—自形斜長石格架內(nèi)充填它形輝石(圖3(i))，此類巖石多為火山通道內(nèi)的次火山作用的產(chǎn)物。

(a) 玄武巖，NS8-D1井，903 m (b) 玄武巖，L44G-D1井，742 m (c) 玄武巖，L44H-D2井，1 848 m

(d) 安山巖，L44G-D1井，905.3 m(e) 玄武安山巖，L44H-D2井，1 423.5 m (f) 粗面玄武巖，L44H-D2井，1 835 m

圖3-1 泰國Wichian Buri次盆新生界典型火山巖顯微照片

Fig.3-1 Photomicrographs of typical Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

(g) 英安巖，Bo Rang-1井，1 203.1 m(h) 流紋巖，Bo Rang-1井，1 182.2 m (i) 輝長巖，POE-9井，1 010 m

圖3-2 泰國Wichian Buri次盆新生界典型火山巖顯微照片

Fig.3-2 Photomicrographs of typical Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

2.2 火山巖巖性識別

通過巖心、薄片和地球化學(xué)等方法劃分火山巖的巖石類型雖然準(zhǔn)確，但是具有不連續(xù)、成本高的問題，而利用地震資料劃分精度又相對較低，無法滿足勘探和開發(fā)的需求，因而利用測井資料建立研究區(qū)火山巖巖性識別方法十分必要[21]。研究區(qū)內(nèi)，由于沉積巖與火山巖在組成成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面具有較大差異，一般容易區(qū)分，沉積巖對應(yīng)的電阻率測井?dāng)?shù)值明顯低于火山巖，且由于沉積巖巖性變化較快，測井曲線起伏明顯，而火山巖多呈齒狀。本次研究主要在巖心劃分結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過選擇對火山巖成分較為敏感的測井曲線，建立相應(yīng)識別模版，區(qū)分火山巖成分的差異； 同時(shí)，借助成像測井(FMI)資料識別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，進(jìn)而識別火山巖巖石類型。

盡管研究區(qū)的火山巖巖性較為復(fù)雜，但測井曲線響應(yīng)特征的差異主要是火山巖的致密程度和化學(xué)成分的差異所致。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)[22]及本次研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)自然伽馬(GR)、密度(DEN)和光電吸收截面系數(shù)(Pe)等3種測井對研究區(qū)火山巖巖性較為敏感。其中，GR曲線通常是對地層中U、Th、K等放射性元素釋放伽馬射線的強(qiáng)度進(jìn)行測量，而在火山巖中K元素的含量增加，酸度增大，GR值也隨著逐漸增大[21-23]； DEN曲線是根據(jù)康普頓效應(yīng)測量地層的體積密度，在火山巖中隨著酸性的增加，SiO2含量增加，而鐵鎂質(zhì)礦物含量減少，因而隨著火山巖酸性增強(qiáng)，DEN值逐漸減小[21-23]，但也受孔隙、裂縫、流體以及后期蝕變等因素的影響； Pe曲線主要是測量巖石的光電吸收截面指數(shù)，其受流體影響較小，主要取決于巖石礦物成分及其含量[24]，在火山巖中隨著酸性增強(qiáng)，Pe值逐漸降低[25]。交會(huì)圖法是常用的巖性識別方法[23]。本次研究主要在對取心段巖性識別的基礎(chǔ)上，經(jīng)取心深度校正，建立巖性和測井曲線間的響應(yīng)關(guān)系，并繪制自然伽馬(GR)、密度(DEN)、光電吸收截面指數(shù)(Pe)測井交會(huì)圖(圖4)。結(jié)果表明，所建測井識別圖能夠較好地將取心段不同巖性進(jìn)行區(qū)分。

(a) GR-DEN測井交會(huì)圖判別模版 (b) GR-Pe測井交會(huì)圖判別模版 (c) GR-DEN-Pe測井交會(huì)圖判別模版

圖4 泰國Wichian Buri次盆新生界火山巖常規(guī)測井識別圖

Fig.4 Lithology identification crossplots of conventional logging about

Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

對火山巖巖性的識別離不開對其構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的識別，這里主要借助成像測井(FMI)資料進(jìn)行識別。對于具有不同結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的火成巖，它們的成像測井響應(yīng)特征如圖5所示。

綜合所述，利用常規(guī)測井(GR、DEN和Pe測井曲線)判別火山巖成分，并結(jié)合成像測井(FMI)識別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，進(jìn)而可以對各測井段的火山巖的巖性進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的識別和定名。

圖5 泰國Wichian Buri次盆新生界典型

總體上，火山熔巖表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造，整體由色調(diào)均勻的高阻亮色基質(zhì)組成(圖6(a))，部分氣孔和杏仁構(gòu)造發(fā)育，表現(xiàn)為亮色斑點(diǎn)狀或拉長的蠕蟲狀(圖6(b))，可能為溢流相的上部或者下部的殘余氣孔或后期溶蝕形成的擴(kuò)大孔； 熔結(jié)火山碎屑巖為爆發(fā)相和溢流相間的過渡沉積類型，在成像測井上表現(xiàn)為大小不均的高阻亮色角礫，且具有微弱的定向性(圖6(c))。由此可見，成像測井能夠較好地區(qū)分火山碎屑巖和熔巖類。

(a) B段塊狀安山玄武質(zhì)熔結(jié)熔巖FMI測井響應(yīng)特征 (b) A段玄武質(zhì)熔結(jié)熔巖(含氣孔、杏仁構(gòu)造)FMI測井響應(yīng)特征 (c) C段安山質(zhì)熔結(jié)火山碎屑巖FMI測井響應(yīng)特征

圖6 泰圖Wichian Buri次盆新生界FMI測井響應(yīng)特征

Fig.6 FMI logging response of typical structures in Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

3 火山巖發(fā)育期次及巖相展布

火山巖巖相控制著儲(chǔ)集空間的發(fā)育程度和組合規(guī)律[26]，是火山巖油氣勘探和開發(fā)中必不可少的研究內(nèi)容。本次在巖性識別的基礎(chǔ)上，結(jié)合測井、地震等資料對研究區(qū)新生界火山巖發(fā)育期次和巖相展布進(jìn)行了研究。

研究區(qū)新生界火山巖是多期次、間歇噴發(fā)過程中疊置、沉積而成，而不同期次的火山巖在物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的差異是劃分火山噴發(fā)旋回和期次的基礎(chǔ)[27]。不同火山噴發(fā)旋回或同一噴發(fā)旋回的不同噴發(fā)期次之間，由于噴發(fā)能量變化和巖漿作用，導(dǎo)致火山巖巖性在縱向上具有規(guī)律性的變化。通常單一期次中，隨著噴發(fā)的持續(xù)，形成的火山巖中SiO2含量具有逐漸增加的趨勢，與之對應(yīng)的測井曲線也具有韻律性響應(yīng)特征，地震反射在連續(xù)性和成層性、振幅強(qiáng)度等方面也有不同的響應(yīng)特征(圖7)。

圖7 泰國Wichian Buri次盆新生界火山巖測井響應(yīng)特征

在巖性識別的基礎(chǔ)上，通過對火山巖旋回、期次界面上的沉積夾層、風(fēng)化殼、巖性界面和火山灰層的識別[27]，可以劃分出單井剖面的火山巖發(fā)育期次。從劃分結(jié)果來看，單一期次噴發(fā)過程中，火山巖由中基性逐漸過渡為中酸性，GR測井值逐漸增大，DEN測井值和Pe測井值逐漸減?。?而不同期次間火山巖由中酸性向基性突變，GR測井值變小，DEN測井值和Pe測井值增大(圖7)。

同樣，一般火山巖與沉積巖間的波阻抗差異大，在地震剖面上同一期次形成的火山巖通常表現(xiàn)為強(qiáng)振幅連續(xù)反射特征。同時(shí)，結(jié)合鉆測井資料，對橫向上可對比的不同火山巖相類型的地震反射結(jié)構(gòu)、振幅強(qiáng)弱和連續(xù)性等變化進(jìn)行研究。在地震剖面上，火山通道相為強(qiáng)振幅弱連續(xù)的雜亂反射，與區(qū)域性斷層相伴生，由下向上延伸、切割圍巖地層，呈丘狀體和倒喇叭狀產(chǎn)出； 近火山口的溢流相和爆發(fā)相表現(xiàn)為層狀、連續(xù)、強(qiáng)振幅反射，并與火山通道相相連，且爆發(fā)相較溢流相的地震同相軸連續(xù)性略差、振幅略弱； 向外緣逐漸減薄過渡為中連續(xù)、中振幅、高頻反射特征的遠(yuǎn)火山口的火山沉積相沉積； 而與火山通道相伴生的次火山巖相以強(qiáng)振幅、強(qiáng)連續(xù)性發(fā)射為特征，平行或切割圍巖層面分布(圖8(a))。因此，結(jié)合測井巖性識別和地震相分析，能夠?qū)鹕綆r的巖相分布進(jìn)行較好的劃分。但在判定單一期次火山巖巖相時(shí)，必須滿足以下條件： ①地震剖面上連續(xù)可追蹤; ②測井曲線上可以識別和對比。根據(jù)研究，本地區(qū)新生界火山巖主要為3期噴發(fā)—沉積形成(圖8(b))。

(a)AA′剖面不同火山巖相的地震響應(yīng)特征 (b)BB′剖面火山巖的地震響應(yīng)特征及發(fā)育期次

圖8 泰國Wichian Buri次盆新生界火山巖測井地震響應(yīng)特征

Fig.8 Seismic responses of Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

火山通道具有獨(dú)特的丘狀外形以及雜亂的反射結(jié)構(gòu)，提取和分析地震相干、地震傾角-方位角等屬性切片，可以對火山口等火山機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效識別。切片表明，研究區(qū)新生代火山噴發(fā)方式主要為裂隙式中心噴發(fā)，地層中火山口保存較為完整，在切片上表現(xiàn)為弱相干、雜亂反射的環(huán)狀分布(圖9(a)，(b))。因此，在結(jié)合測井和地震資料分析的基礎(chǔ)上，可以恢復(fù)研究區(qū)火山巖巖相的平面分布情況，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)新生代大約共有10座火山活動(dòng)，平面上從火山口向其外圍依次分布近火山口的溢流相和爆發(fā)相沉積以及遠(yuǎn)火山口的火山沉積相沉積(圖9(b)、圖9(c))。中基性火山巖噴發(fā)所形成的火山機(jī)構(gòu)通常為沿?cái)鄬映蚀闋畹鸟窢罨鹕?，而中酸性火山噴發(fā)所形成的火山機(jī)構(gòu)多為孤立的中心式破火山口形態(tài)。

(a) 地震相干屬性切片(b) 地震傾角-方位屬性切片 (c) 火山巖巖相

圖9 泰國Wichian Buri次盆新生界火山巖地震相干性、傾角-方位屬性切片圖及火山巖巖相

Fig.9 Seismic coherence and dip-azimuth orientation attribute slices， and lithofacies of Cenozoic volcanic rocks in Wichian Buri Sub-basin, Thailand

4 結(jié)論

結(jié)合巖心、薄片、地化測試、地震和測井等資料對泰國Phetchabun盆地Wichian Buri次盆新生界火山巖的巖性特征、識別方法以及巖相分布等進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要得到以下結(jié)論。

(1)巖心觀察、薄片鑒定以及地化分析結(jié)果表明，研究區(qū)新生界火山巖類型豐富，但以堿性玄武巖為主，部分安山巖和酸性英安巖、流紋巖，以及少量的輝綠巖、火山熔巖和火山碎屑巖皆有發(fā)育。

(2)在巖心巖性識別的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)火山巖進(jìn)行測井識別，認(rèn)為自然伽馬(GR)、密度(DEN)和光電吸收截面指數(shù)(Pe)等測井曲線對火山巖成分最為敏感，并建立相應(yīng)識別模版； 結(jié)合成像測井(FMI)對火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行分析，可以對研究區(qū)火山巖儲(chǔ)層進(jìn)行較好的識別和定名。

(3)研究區(qū)火山巖在測井和地震剖面上具有明顯的期次性，綜合分析不同火山巖相在測井和地震剖面上響應(yīng)特征的差異，可將研究區(qū)火山巖劃分為火山通道相、溢流相、爆發(fā)相和火山沉積相等巖相類型。經(jīng)預(yù)測，其具有不同期次的火山垂向疊置、同期次的火山巖按前述巖相順序由中心向外依次分布的規(guī)律。