2011, Vol. 54
2. 吉林油田公司勘探开发研究院,松原 138000;
3. 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,大庆 163712
2. Exploration and Development Research Institute of Jilin Oilfield, Songyuan 138000, China;
3. Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield, Daqing 163712, China
火山岩气藏正在成为重要的资源接替领域[1].火山机构和火山岩相是火山岩储层及其油气藏研究的重要内容[2~5].松辽盆地火山岩勘探和研究，经历了从火山岩相/亚相￫火山机构￫火山机构-岩相带的认识过程.早期(约1994~2002年)，通过野外剖面和当时仅有的少数岩心资料，建立了松辽盆地酸性火山岩5 相15 亚相模式[6].2003 年以来随着勘探和研究的深入，发现火山岩及其岩相用测井尚可识别[7~9]，而地震却只能识别岩相或亚相组合[10]；但同时也认识到，以火山口为中心划分的火山机构-岩相带在地震剖面上较易识别[11~13].近年的勘探实践证明[14~16]，将火山机构和岩相/亚相结合起来，既可实现地震识别、又可实现火山岩体内部的地质属性刻画，在勘探中可使地质-地球物理相结合的优势得到有效发挥.
所谓火山机构-岩相带(简称火山机构相带)，就是依据火山堆积物距火山口源区的远近分为火山口-近火山口、近源和远源三个相带或相组合带，它们在垂向上具有各自的序列特征，在平面上呈现围绕火山口由近及远呈环带状分布的趋势.每个火山机构相带在古地貌上通常由上凸、上凹和楔状三个单元构成(图 1).三个火山机构相带与火山岩5 相15亚相的对应关系见表 1.本文选取松辽盆地内部的密井网-三维地震工区开展火山机构相带典型解剖，分析火山岩系地震-地质属性响应关系，同时强调地质先验模型的指导作用[11]，以求对盆地火山岩能够尽量真实地进行地震-地质属性刻画.
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图 1 火山机构-岩相带地质与物理模型(据文献[17]改) (a)火山机构物理模型；(b)火山机构原型-四平塔山；(c)火山机构地质模型. Fig. 1 The geological and physical model of volcanic editice and facies(Moditied from Ref. [17]) |
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表 1 松辽盆地营城组火山机构相带与岩相/亚相的关系 Table 1 Relationship between facies belts of volcanic edifice，volcanic facies and subfacies of Ki y in the Songliao basin |
松辽盆地断陷期盆地充填可分为3组9段[18]，自下而上为火石岭组、沙河子组和营城组(图 2).其中作为勘探主要目的层的营城组分为四段[19]:一段以酸性火山岩为主，全区发育；二段为砾岩与砂泥岩及煤互层，主要发育于营一段火山岩隆起之间；三段以厚层中性基性火山岩为主，局部发育；四段为凝灰质泥岩与砂砾岩互层，仅见于盆地北部.
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图 2 松辽盆地断陷期地层与地震反射界面对比 Fig. 2 Contrast between strata and seismic reflectionhorizon during the fault-depression stagein the Songliao basin |
各个地质界面所对应的地震反射层见图 2.其中，T4 反射波组相当于营城组顶面，也是断陷层顶面，代表着本区断陷盆地充填序列的结束，表现为区域性不整合面[20].T5 反射波组相当于断陷层序底界或基地顶面.本次研究的目的层为营城组一段.值得说明的是，本区营城组一段到四段连续发育的情况少见.常见的地层缺失情况及其对应的地震反射层为:①缺失营二段和营三段(此时营一段下界面为T41、上界面为T4a)；②缺失营二段、营三段和营四段(此时营一段下界面为T41、上界面为T4).
3 松辽盆地营城组火山岩系地震相-地质属性分析探索盆地内火成岩地震反射特征在我国的研究已经有几十年的历史[21~25].然而，松辽盆地近十年的火山岩勘探实践证明，火山岩地震解释必须有钻井约束.随着钻井的加密，对火山岩-地震反射特征的认识也在不断深入[26~28].笔者通过合成地震记录标定、实现钻井与地震的结合，再根据钻井火山岩的岩性、岩性组合和物性特征，对火山机构相带的地震相进行地质解译.选择了对火山岩刻画较为适用的地震反射参数，主要用外部形态和内部结构划分命名地震相，辅以地震反射振幅、频率、连续性等参数.通过井-震对比分析，在松辽盆地营城组识别出6种火山岩地震相类型(表 2).下面从过井剖面地震相特征、井孔岩性岩相组合和井-震对应关系的地质解译等三个方面对营城组火山岩系6种主要地震相的地质属性分别加以分析探讨.
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表 2 松辽盆地营城组火山岩地震相及其地质解译 Table 2 Seismic facies and its geological explanation of volcanic rocks of K1y in the Songliao basin |
地震反射特征:丘状地震相顶面呈圆丘形、强振幅、连续反射，底面呈波状、中强振幅、断续反射；内部为杂乱反射结构，中频，强振幅，波状-连续.
地质特征:地震相所过xsl 井钻遇约250 m 厚的火山岩，上部为100 m 厚的熔结凝灰熔岩，下部为150厚的流纹质角砾熔岩(表 2-①照片)，岩相包括爆发相热碎屑流亚相、空落亚相和火山通道相隐爆角砾岩亚相，爆发相占主体.
响应关系:营城组火山机构野外剖面大比例尺岩性和岩相填图揭示1)，古火山口的典型岩相为火山通道相，典型岩性为隐爆角砾岩和堆砌火山角砾岩(火山口垮塌回填形成).参照表 1可知，该井钻遇的隐爆角砾岩和大量的碎屑熔岩与火山碎屑岩，反映出火山机构中心相带组合的特征.即，丘状地震相代表的是以爆发相火山碎屑熔岩和火山碎屑岩为主体的火山口-近火山口相带.其丘状外形实质上是构成残留火山机构的熔岩及其碎屑物堆积体的外部轮廓；其内部反射杂乱、连续性差等特点则是火山口喷发建造与垮塌改造交互作用的结果，是岩体内部不均一、岩性岩相变化快、成层性差造成的.另外，这种以爆发相为主的火山机构含有大量火山灰窝状-似层状堆积体，它们于火山期后频繁的吸水膨胀和脱水收缩作用会导致火山机构内部层系及其叠置关系的错动和不规则，这也是造成其内部反射杂乱的重要因素.
1) 王璞臖、刘万洙、郑长青等，2007.营城组火山岩野外露头岩石分析及地质大剖面建立.大庆油田科研项目报告和图册.
3.2 透镜状地震相-以喷溢相为主的火山机构中心相带(表 2-②)地震反射特征:透镜状地震相顶面呈上凸、强振幅、连续反射，底面呈略下凹、强振幅、中间波状-杂乱反射两翼连续发射；内部反射结构为中间呈杂乱-空白反射，弱振幅，低频，连续性差，两翼为前积反射结构，强振幅，高频，连续性较好.
地质特征:xs2-7 井钻遇680 m 互层状的厚层流纹质角砾熔岩和流纹岩，其中上部的流纹质角砾熔岩总厚180m，下部的流纹岩总厚500m，岩相包括喷溢相上、中、下部亚相，爆发相热碎屑流亚相和火山通道相隐爆角砾岩亚相，以喷溢相为主.
响应关系:隐爆角砾岩(表 2-② 照片)是火山口相带的直接证据.结合钻井揭示的岩性岩相序列，可以确定，透镜状地震相代表的是以喷溢相为主的火山口-近火山口相带；钻井(xs2-7)钻遇的透镜体中心即为古火山口.地震反射的透镜状外形是一个保留较好的复合火山机构的顶界包络面；其内部前积状层为熔岩流及火山碎屑流沿古斜坡向下流动的结果；局部出现的杂乱-空白反射可能是火山口塌陷和后期断裂-流体活动改造、导致岩层扰动的结果.透镜体两翼为近火山口区，岩性比中心区较为均一，且表现出前积反射结构较清晰和较好的连续性.
3.3 穹状地震相-以侵出相为主的火山机构中心相带(表 2-③)地震反射特征:穹状地震相顶面呈穹窿状、强振幅、连续反射，底面呈波状、强振幅、连续反射；内部为局部杂乱，整体波状反射结构，强振幅，低频，连续性中-好.
地质特征:xsl-3井钻遇200m 厚的火山岩，上部为50m 厚的流纹质角砾熔岩，下部150 m 为流纹岩夹两薄层流纹质角砾熔岩，亦见珍珠岩，其中流纹岩见变形流纹构造(表 2-②照片)，这些都是侵出相的标志.岩相包括侵出相外带亚相、喷溢相中上部亚相、爆发相热碎屑流亚相和火山通道相隐爆角砾岩亚相，主体岩相为侵出相及喷溢相.
响应关系:两口钻井(xsl-3 和xsl-203)所揭示的强揉曲状流纹岩为高黏度岩浆于近火山口区沿古斜坡流动时，岩浆流前端冷凝、流速变缓、后续熔岩流强烈推挤共同作用的结果.珍珠岩为岩浆于火山口湖环境遇水快速冷凝形成.珍珠岩是火山口的标志，变形构造流纹岩是近火山口古斜坡的标志.它们共同构成了火山口-近火山口相带组合.纵横比(熔岩流厚度与宽度比)与岩浆黏度有关，黏度越大熔岩流厚度越大、流动距离越小、纵横比越高[20].地震反射的穹状外形反映的是，酸性高黏度岩浆所形成的、高纵横比熔岩流，在火山口附近聚集而形成的、熔岩穹丘的、外部轮廓.其内部的清晰界面为不同期次熔岩间有火山灰夹层所致；局部呈现的杂乱反射为岩石蚀变、垮塌、岩层错动的综合结果.
3.4 池塘状-空白地震相-以喷溢相辫状熔岩流为主的近源相带(表 2-④)地震反射特征:池塘状-空白地震相顶面为平行及不规则状削截、强振幅、断续反射，底面为下凹收敛、强振幅、杂乱反射；内部为空白-杂乱反射，中高频，弱振幅，连续性差.
地质特征:ss202 井钻遇310m 厚的火山岩，大套岩性为流纹岩(表 2-④ 照片)，夹两薄层凝灰岩，岩相包括喷溢相上、中、下部亚相和爆发相热碎屑流亚相，以喷溢相辫状复合熔岩流为主.
响应关系:钻井右边为深大断裂，可构成岩浆运移通道.钻井揭示的火山岩序列主要由3 期辫状熔岩流构成，其间夹两层爆发相凝灰岩，表现为喷溢相为主夹爆发相的近源组合.其池塘状或碗状轮廓是火山熔岩及其碎屑喷发物就近于低洼处快速堆积的结果，属于小型的靠近主断层的半地堑式充填.其内部的空白地震相为近源快速充填的辫状、复合熔岩流，岩性比较均一、物性界面不明显和后期构造反转、岩层错动的共同结果.其顶部的不规则状削截是营一段末期(T4a反射层)构造反转推覆隆升、导致顶面剥蚀的结果.
3.5 楔状地震相-爆发相火山碎屑岩与喷溢相熔岩互层的近源相带(表 2-⑤)地震反射特征:楔状地震相顶面为倾斜、强振幅、连续反射；底面为平行、强振幅、连续反射；内部是由一组向同一方向倾斜的同相轴组成的前积反射结构，中高频，强振幅，连续性整体较好，局部有杂乱.
地质特征:xs5井钻遇450m 厚火山岩，岩性包括流纹质熔结凝灰熔岩(表 2-⑤照片)，流纹质角砾熔岩和流纹岩，三者呈互层关系.岩相组合为爆发相、喷溢相和火山通道相，以爆发相为主.xs6-108井钻遇250 m 厚火山岩，上部为60m 厚的凝灰熔岩、下部为190 m 厚的流纹岩(表 2-⑤ 照片).岩相包括爆发相热碎屑流亚相和喷溢相，呈现喷溢相与爆发相互层的特点.
响应关系:楔状地震相在火山岩地区常见.表 2-⑤中2口钻井(xs5和xs6-108)分别揭示了楔状体的顶部和中部斜坡部位.二者均呈现爆发相与喷溢相互层的特点，但顶部以爆发相火山碎屑岩居多，斜坡处以喷溢相熔岩为主.楔状地震相是顺坡而下的火山喷出物顺次叠置，并随着距火山口源区距离的增加而逐渐减薄、尖灭的结果.其前积结构代表火山堆积物侧向和垂向同时加积.底面反射的清晰程度与下伏岩层暴露剥蚀强度有关，剥蚀越强、与上覆岩石物性差别越大，底面反射层越清晰.楔状体的上部通常被下一期爆发相火山碎屑岩所披盖，二者间呈现连续且清晰的反射界面.楔状体内部的反射特征(连续性等)取决于原始岩浆的黏度，黏度越大、流动越不规则、成层性越差，则地震反射连续性越差.
3.6 席状地震相-以火山沉积相为特征的远源相带为主(表 2-⑥)地震反射特征:席状地震相顶、底面均为平行、强振幅、连续反射；内部是由一组平行的地震反射同相轴构成的平行反射结构，强振幅，中频，连续性好.
地质特征:wl-3 钻遇厚约200 m 的火山熔岩，其中上部厚约100m 为流纹质凝灰熔岩(表 2-⑥照片)，下部100m 为流纹岩；为喷溢相与爆发相热碎屑流亚相互层.岩性呈致密块状，孔缝极不发育.这些特点说明，熔岩流就位环境为地形平坦、流动缓慢、挥发充分逸散.cwl05钻遇厚约120m 的两套火山沉积岩夹一套火山碎屑岩(61 m)，属火山沉积相组合，是火山碎屑物再搬运的结果.
响应关系:席状地震相是平坦地形条件下，火山物质按地层层序率、规则而相对缓慢垂向加积的产物.它可以是近源相带也可以是远源相带，以远源相带为主.席状地震相常见于火山岩体之间的低洼平坦地带，相当于湖沼相环境；岩性多为侧向延伸好的互层状火山碎屑岩与火山沉积岩，常夹煤层或煤线，也见层状熔岩.席状反射是层状火山岩类叠置体的宏观表现，内部平行、连续反射是物性不同的火山物质垂向加积、叠置的结果.
4 火山机构-岩相带分布特征及其规律性 4.1 平面分布露头火山机构地层倾角研究表明，不同的火山机构相带倾角不同，火山口-近火山口相带的倾角最大，近源相带次之，远源相带倾角最小(图 1).因此，选用地震的地层倾角属性可以较好地识别火山机构相带.图 3a是对CL 地区自营城组顶部(T4)下延80ms时间域内的地层倾角属性计算结果.图中暖、冷色调分别表示地层倾角值相对大小.图中有断层的地区倾角值也明显变大.用井孔钻遇火山机构相带对倾角属性进行标定，结果显示，倾角值普遍大、且呈块状或团块状的区域为火山口近火山口相带；倾角值小、且呈片状分布的区域为远源相带；介于二者之间的区域为近源相带.据此识别出火山机构相带分布图(图 3b).由图可见，火山口近火山口相带一般分布在断裂附近，远源相的长轴方向与断裂方向基本一致，近源相成连片分布.
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图 3 松辽盆地CL地区营城组火山岩(a)平均倾角属性(T4反射层下沿80 ms)和(b)火山机构相带平面分布图(T4反射层下沿80 ms)，(c)地震相解释剖面图 Fig. 3 Distribution of average dip angle(Down along 80 ms from T4) (a) and volcanic edifices(Down along 80ms from T4) (b)，section of seismic facies(c) of k1y in CL，Songliao basin |
通过钻井约束并用表 2 总结的地震相特征外推，可以对连井地震剖面的火山机构相带进行识别.如图 3c所示，通过追踪强轴反射或同相轴分叉现象可以识别出5个叠置的火山机构(图 3c中的V1至V5).纵向上火山口-近火山口相带一般位于构造高处，因此在地震剖面上表现为上凸，如丘状、透镜状和穹状，该相带岩性杂乱，物性不均一，因此呈强振幅，连续性中-差.近源相带常位于火山斜坡处，所以呈楔状(如图 3c中V5 的PF)，也可以位于平坦地形区(如图 3c中V2 的PF).远源相带距离火山口较远，地势较平坦，岩性物性也比较均匀，所以呈席状(如图 3c中V5的DF)，强振幅，连续性好.另外，火山机构相带常出现缺失，这是由于地层暴露剥蚀的结果.一般远源相的火山碎屑沉积岩由于发育于层序顶部首先遭受剥蚀，不易保存(如图 3c中V1无DF).通过对CL 地区火山机构相带的解剖可以看出，该区火山口-近火山口相带直径一般不超过5km，近源相带延伸一般10km 以内，远源相延伸一般8km 以内.
5 结果与讨论 5.1 关于火山机构中心相带火山机构中心相带岩性、岩相复杂，有三个原因:一是各种火山喷发物都趋向于近源快速堆积，致使该区的原始喷发相带多样、岩性组合复杂；二是在火山喷发过程中火山穹窿垮塌作用频繁发生[29]，岩层同生错位现象普遍；三是火山口附近属构造薄弱带，也是后期断裂-热液活动的多发地带[30]，其改造效应主要表现为岩石的切割破碎和流体充填，导致古火山中心部位岩石成层性和叠置关系的更加不规则.由于火山口及其附近复杂的地质因素，通常会使地震波阻抗界面变的粗糙且产生衍射，因而内部呈杂乱或空白反射.勘探实践证明，火山机构中心相带是油气聚集的有利地区[17].
5.2 钻井和地质模型共同约束地震相的地质解译可有效降低其多解性火山岩类地震解释中的多解性是很常见的，例如同为席状地震相对应的可以是层状火山碎屑岩或熔岩流.钻井约束无疑是最理想的办法，但多数情况下难以实现.在无井区用火山岩相模型约束井旁地震解释也是行之有效的[31].例如，近源相的喷溢相和爆发相一般都处于火山斜坡处且均呈楔状，但两者剖面展布存在差异.距离火山口越远，爆发相厚度快速减薄，而喷溢相的厚度变化率要小得多.因此，可以根据地震剖面楔状体的厚度变化快慢来将二者区分开来(表 2-⑤).同样，席状地震相也可以通过岩体厚度来区分，在同一火山机构下，近源相熔岩一般较远源相火山碎屑岩厚度大.
5.3 孔隙及其流体对地震相解释的影响火山岩储层发育孔、缝和洞三类储集空间，且分布不均匀，于火山口-近火山口相带最为发育.各种孔隙与岩石之间都会构成显微尺度的物性界面，势必对地震反射产生某种复杂影响[32, 33].另外，岩石孔隙中所含流体会导致地震波的衰减[34, 35]，而火山口-近火山口区域是流体最活跃的地方.这些都可能是造成火山机构中心相带反射结构复杂的重要因素.因此，火山机构岩相带的地震反射特征实质，是岩性、岩相、孔隙和流体综合作用的结果，但总的来看，地震相主要受岩性岩相及其叠置关系和分布特征控制.
5.4 相关结论通过钻井岩心、岩屑和测井对井旁地震剖面进行综合地质解译，总结出松辽盆地营城组火山机构-岩相带有6种地震相类型.火山岩地震相是岩性、岩相、孔隙和流体综合作用的结果，不同的火山机构相带表现出不同的地震反射特征.丘状地震相、透镜状地震相和穹状地震相反映火山口-近火山口相带，池塘状-空白地震相和楔状地震相反映近源相带，席状地震相以远源相为主、近源相为辅.火山岩地震相多解性可以通过钻井和地质模型约束来降低.6 种火山岩地震相在空间上常呈规律性叠置.本文所研究的内容属于近年国际上新兴的火山地层学或地震火山地层学范畴[36].
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