2016, Vol. 31
2. 东北石油大学石油工程学院, 大庆 163318
2. College of Petroleum Engineering Institute, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China
随着油气勘探的发展，火山岩油气藏已成为油气勘探的重要组成部分(杨辉等，2006；冯志强等，2011；唐华风等，2012).火山岩的岩石类型复杂，区域分布状况不均衡，岩性横向变化快，火山岩油气藏勘探技术是当今石油技术研究的难点(杨峰平等，2002；冯子辉等，2008；唐华风等，2012).松辽盆地营城组火山岩气藏受源岩、火山岩圈闭和断裂输导通道时空匹配关系的控制，这为寻找火山岩有利勘探区提供了依据(王璞珺等，2003；张元高等，2010；张尔华等，2010).火山喷发具有阶段性和差异性，岩性和结构复杂多样，物性差异明显，每种相带都具有不同的岩性组合、形成作用过程、成岩方式和结构构造，并有不同的孔隙结构发育特点，火山岩喷发特征研究能够揭示火山岩空间展布规律和不同岩性组合之间的成因联系，这为火山岩勘探提供了有效指导(王璞珺等，2007；唐华风等，2010; 冯子辉等，2011；张元高等，2011).前人在松辽盆地火山岩的研究中发现，油气聚集不仅与火山岩岩性有关，还与火山岩的总体特征(火山机构)有关，天然气通常在火山机构的中心部位更加富集(陈建文等，2000；任延广等，2004；黄玉龙等，2010；衣健等，2011).通过储层物性分析研究表明，有利储层主要分布在火山机构的火山口-近火山口相带的有利岩相区(Planke et al., 2000；Stewart and Allen, 2005).近年来又发现有利岩性-岩相区钻井产能与火山机构类型密切相关.火山岩储层受火山机构和岩相控制，不同类型的火山机构具有不同岩相分布特征和含油气性(唐建仁等，2001；刘万洙等，2003；刘嘉麒等，2010)，因此，研究火山喷发特征，明确火山机构分布特征及演化规律对火山岩油气勘探具有重要的指导与现实意义.
莺山地区为构造深凹区，规模较大，受张扭性断裂控制，是继徐家围子之后深层天然气勘探的主力接替区(庞彦明等，2009；郑曼等，2010).莺山地区火山岩储层非均质性强，横向变化快，单独的火山岩储层可构成独立的成藏系统(邵正奎等，1999；戴亚权等，2007)，在平面上可呈现错迭连片分布的现象，有利储层展布受相带控制，火山岩气藏勘探难度较大(姜传金等，2010；程日辉等，2011).为查明研究区各期次火山岩储层分布的宏观规律，以期指导火山岩勘探，本文对莺山地区火山岩喷发特征进行了分析.由于研究区钻井、岩心等资料较少，本次研究采用相干体和趋势面分析技术，在精细分期次层序约束的框架下，分析了各个期次火山机构分布及演化特征，详细开展了莺山地区火山岩喷发规律精细研究，总结了本区火山作用特征及规律，这对后续的储层预测及精细研究等工作具有重要的指导意义.
1 地质背景莺山地区位于松辽盆地东部(图 1)，构造上处于东南隆起区，表现为四站断裂和临江断裂共同控制下的不对称地堑式双断凹陷，与中部对青山凸起和双城凹陷表现为两凹一凸的构造格局，构造变位较为强烈，特别是断裂和构造较为复杂，受基底深大断裂的控制较强.
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图 1 莺山地区构造位置图 Figure 1 Yingshan area tectonic location |
莺山地区主要经历了两大构造发育阶段，即断陷构造发育阶段和坳陷发育阶段.研究区内已钻井5口，前人对研究区断裂形成机制、油气资源潜力、岩石物理特征等做了大量工作，认为研究区具有良好的储盖条件，属于有油气希望区域.莺山地区营城组火山岩地层经历多期次活动，综合利用钻测井和三维地震资料，在井震联合标定和区域可对比的基础上，以明显的反射特征的差异和不同的岩性组合、电性特征为要素，将营城组地层划分为三个旋回，六个期次(图 2).营城组地层自西部断陷区逐渐越过边界断层，向隆起区超覆，基本上覆盖了全区，火山岩厚度大，最大厚度可达1250 m.分析认为，莺山凹陷沙河子组厚度较大，有机质丰度高，烃源岩达到成熟阶段，具有较强的生烃潜力；莺山凹陷营城组火山岩厚度大，岩性以酸性流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩等为主，中部地区溢流相和爆发相发育，具备较好的储集能力，此外，营城组火山岩直接覆盖在沙河子组烃源岩之上，具备良好的生储空间匹配关系.因此，莺山凹陷营城组具备形成原生气藏的物质条件，为双城断陷下一步勘探的重点对象.
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图 2 火山岩喷发旋回划分 Figure 2 Volcanic eruption cycle division |
火山机构是火山作用过程中形成的特定火山地质体，是最基本的地质构造单元-火山机构，这种单元是通过火山通道在一定时间(常为一个火山喷发活动周期)内火山作用形成的各种产物及其有关构造.火油气的聚集与火山机构密切相关，火山岩有利储层和岩相分布特征都受到火山机构的控制，所以在火山机构识别及空间特征分析的基础上，进行火山岩喷发特征的研究，可以有效地指导后续的储层预测及精细研究等工作，这对火山机构的识别在火山岩勘探中十分重要.下面针对莺山地区营城组火山岩，利用相干体和趋势面分析技术分期次地进行火山口及火山机构的识别，总结营城组各个期次火山机构分布特征.
山机构其外部形态常常具有近似对称的八字形反射结构(局部物源)，也常呈现上部为地堑，下部为背形构造带.火山机构特有地震波反射结构，为识别火山机构提供了更直观的信息.
2.1 火山机构地震响应特征火山机构的主体主要由火山口构成，火山口一般具有独特而典型的杂乱反射结构特征，识别标志有以下几种(图 3)：
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图 3 火山口地震识别标志(line1174) Figure 3 Crater identification mark in seismic (line1174) |
(1) 由于火山口附近多发育爆发相，分布粗粒的火山集块岩、火山角砾岩等.近火山口的爆发相的性质决定了火山口处地震反射特征不规则、断续杂乱、横向不稳定、波动较大.
(2) 在火山口附近火山岩的堆积既快又厚，从火山口向四周火山岩的沉积呈放射状逐渐散去，有别于正常沉积岩的发育形态.如果抬升和剥蚀作用不强烈，就可以较清楚地看得见锥形或盾形轮廓的厚度变化.
(3) 在相干体切片上表现为环形或半环形与放射状线形结构相交织，呈蜘蛛网状.
(4) 火山口多处于地壳发展中的矛盾集中点，存在着不同规模的地层错动带，其构造运动的持续及停息过程是缓慢的，因此在火山口下部和上部均有断裂发育，下部一般为沟通地下和地表的基底断裂，上部一般发育有断裂密集的对称式地堑带.
(5) 火山口附近火山岩呈锥形沉积，火山岩无塑性，几乎不受压实作用的影响.因此火山口顶部沉积岩一般表现披覆构造，上覆地层呈小隆起形态.
2.2 火山机构地震识别 2.2.1 相干体检测技术三维相干数据体技术利用三维地震数据体中相邻道之间地震信号的相似性来描述地层、岩性的横向非均匀性.由于火山口具有环形、放射状结构，在相干体上表现为弱相干、杂乱反射内幕(图 4).
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图 4 火山口相干体特征图 Figure 4 Crater coherence characteristics |
相干数据体是通过分析在三维地震纵横测线方向上的局部波形变化，逐点计算三维地震数据相干值生成相干体.在三维相干体生成之后，应用统计学从不相干性、随机的同相轴中，勾绘出相干的空间同相轴变化，如断面和岩性的反射等.由于断层的存在和岩性的变化，使逐道相干的数据突然中断，造成沿断面存在的弱相干的轮廓.地层构造产生类似的中断和不连续的特征，从中能清楚地分辨和解释断层或地层岩性的变化.由于火山机构的特殊地震反射特征，在层相干切片上显示出杂乱细碎的反射特征.本次研究采用矩阵特征结构进行相干计算的方法，即基于特征结构的第三代相干算法识别各个期次的火山口.
2.2.2 趋势面分析技术本次研究采用趋势面分析技术识别火山机构.该方法通过对构造趋势面和古构造发育史的分析，研究局部构造起伏来识别火山锥发育情况.地层界面的趋势变化是区域构造背景的反映，而在此背景上由于构造运动、沉积作用、压实作用，以及火山活动等原因造成了地层界面的局部变化，凸起或下凹.可以利用趋势面分析的方法进行火山活动识别.
实现方法：
(1) 对火山岩顶面反射层形成等T0图，选好速度参数进行时深转换.在成构造图时，用最小曲率法进行网格化，网格大小视地震测网而定，所得构造图可作为区域构造趋势背景(设为X(x，y)).
(2) 用克里金法进行网格化，缩小扫描半径，网格可依定图精度要求而定，可获得本区精确构造图(设为X1(x，y))，等值线可采用50~5 m间距.
(3) 用精确构造图减去(滤波)区域构造趋势背景，得剩余差值构造图(ΔX(x，y))，即ΔX(x，y)=X1(x，y)-X(x，y).为进一步落实剩余构造，将剩余差值转换回数据体，调整扫描半径，重新网格化形成剩余构造图.并对剩余构造进行古构造发育史分析和地质研究，确定其可靠程度及成因.剩余差值构造图就是火山机构的位置.
2.3 火山机构分布特征通过相干体技术，并根据火山口在相干体上的特征，识别各期次火山口.在火山口精细识别的基础上，根据火山机构的三要素(火山堆积高地、围斜构造和火山口)，分期次识别本区的火山机构(图 5)，总结了各个期次火山机构的分布特征与规律.
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图 5 莺山地区营城组火山岩各期次火山机构图 Figure 5 Volcanic edifice of each period in Yingcheng Formation of Yingshan area |
期次1火山机构分布范围较小，幅度较低，其幅值范围为0~70 m，分布在东部边缘及东南部.与期次1相比，期次2火山机构幅值和分布范围较小，其幅值范围为0~36 m，尤其工区东南部幅值和面积有明显的减小，但在工区北部边缘、四站断裂以及南部边缘有新形成的火山机构，但幅值较小.期次3火山机构分布范围和幅度有明显的增加，其幅值范围为0~90 m，沿断裂带两端及断裂交叉部位在工区中部和南部大面积分布.与期次3相比，期次4火山机构分布范围明显减小，其幅值范围为0~100 m，工区北部火山机构基本不分布，火山机构主要在中部和南部呈条带状分布.与期次4相比，期次5火山机构的分布范围和幅值有明显增大，其幅值范围为0~120 m，该期次火山机构主要在工区中部和南部呈片状分布，其中高值区主要集中在中部.与期次5相比，火山机构分布范围减小，其幅值范围为0~160 m，主要分布工区西部和南部，东部有少量分布.
3 营城组火山岩喷发特征 3.1 营城组火山机构构造演化特征本研究区大部分火山机构、火山口分布受构造和断裂控制，以裂隙式喷发为主，中心式喷发为辅.在研究各期次火山口和火山机构空间分布的基础上，研究本区火山岩喷发规律演化特征(图 6).总体上，不同期次火山岩喷发特征差异较大，在地震剖面上有明显的反射特征差异，每一期次具有不同方向的叠置组合，反映了火山活动的变化特征.从旋回Ⅰ到旋回Ⅲ，火山作用强度由东南向西北迁移，火山口面积逐渐扩大，火山机构幅值和分布范围逐渐增大，主要形成东、中、西三个大的火山机构发育带.东部较小，中部和西部较大，且西部火山机构保存较完整.每一期次的火山喷发早期，形成高大的火山机构，地形落差大；晚期火山喷发，具有填平补齐、局部持续造山的特征.
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图 6 火山岩喷发规律演化图 Figure 6 Volcanic rock eruption evolution law |
本研究区大部分火山机构、火山口分布受构造和断裂控制，以裂隙式喷发为主，中心式喷发为辅.营城组火山岩分布具有中南部厚度大，北部和西北部及东南部厚度小的特征，厚度为0~1420 m.中部洼陷部位厚度整体较大，且横向上变化较大.在上述研究的基础上，总结各期次喷发特征如下：
(1) 旋回Ⅰ喷发特征：火山活动最弱，厚度最薄，火山口规模较小、零星分布.最大值为327 m，高值位于工区东北部和南部小范围分布，两个高值区被次高值条带连接.厚度变化基本不受断裂和火山口控制.在期次1，厚度范围在0~246 m，厚度分布与部分火山口相对应.在期次2，火山活动减弱，厚度较薄，无明显高值区，横向上变化较小，厚度在0~170 m，不受火山口控制.
(2) 旋回Ⅱ喷发特征：火山活动最强，厚度最大.最大值为716 m，高值范围位于中部凹陷部位.火山活动规模和强度显著增强，火山口沿断裂带两端及断裂交叉部位分布，火山岩厚度受断裂和火山口控制.在期次3，厚度范围在0~460 m，高值区位工区中部，沿碎裂断层带和火山口分布，受断裂和火山口控制作用明显.在期次4，厚度范围在0~352 m，高值区从工区中部西南部呈弧形条带分布，研究区中北部厚度较高但是火山口和断裂并不发育，但是期次3在此区域火山活动较强烈，经后期改造，部分火山口不发育，但仍有残余厚度.
(3) 旋回Ⅲ喷发特征：火山活动规模和强度整体有所减弱，厚度减小，厚度范围在0~579 m，高值区位于工区中部，靠近四站断裂.在期次5，火山猛烈喷发，火山口连片呈条带状分布，规模大，保存形态完整，厚度范围在0~390 m，高值区分布在中部洼陷部位和西南隆起部位，受火山口和断裂控制，在火山口和断裂带附近厚度值较高.随着火山活动的减弱，期次6厚度变薄，最大值为375 m，火山活动在早期火山口处，局部活动、直至消亡，火山口和断裂控制作用减弱，其中在四站断裂附近发育的高值区并不与火山机构和火山口相对应.
4 结论 4.1火山机构的成因方式使得它具有特殊的地震响应，在沿层相干切片上表现为杂乱、细碎的反射特征.针对本区火山岩地层，本次研究采用第三代相干体技术与趋势面分析技术相结合，研究莺山地区营城组火山喷发特征及规律，并取得了较好的效果.
4.2根据岩性组合、电性及地震反射特征将莺山地区营城组火山岩划分为3个旋回、6个期次.莺山地区营城组火山岩喷发具有明显的阶段性和差异性，各个期次喷发强度不同，总体表现为逐渐增强的趋势，旋回内部表现为先强后弱的特征.
4.3火山作用强度由东南向西北迁移，主要形成东、中、西三个大的火山机构发育带.各期次的火山喷发早期，形成高大的火山机构，地形落差大；晚期火山喷发具有填平补齐、局部持续造山的特征.后期火山喷发受先成火山机构和断裂的影响，多呈现裂隙式喷发，火山口沿断裂带两端及断裂交叉部位呈条带状分布.
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