2017, Vol. 32
Y断陷构造位置处于松辽盆地北部东南断陷区的主体部位(刘为付等, 2000, 2001)，是双城断陷的构造深凹区，断陷长轴走向近南北向，断陷面积为1661 km2 ，是深层天然气勘探的重点突破领域，目前完钻深探井5口.2009年，Ys2井在营城组取得了突破性进展，首次在深层获得工业天然气流，取得了历史性突破，彰显了该区巨大的勘探潜力.但由于该区资料有限，勘探程度低，目前对该区深层火山机构特征尚不明确，这一关键环节势必制约下一步勘探进程.基于这一背景，笔者在综合地震、录井、测井及地质资料的基础上，探讨不同旋回期次火山喷发机构的演化特征及其对油气勘探意义.
1 火山岩旋回格架与充填序列响应同期火山喷发物质具有相同的岩石类型和相似的反射结构特征(黄玉龙等，2007)，如果反射结构发生了变化那就是火山喷发期次的物理界面(吴颜雄等，2011；杨帝等，2011).地震剖面上识别出来的层序界面是在时间和空间上有一定分布范围的，真正符合层序定义的层序界面(陈树民等，2011).而钻井上由于地层分布的横向差异性，导致岩电特征不明显，尤其是断陷期地层，产状和厚度横向变化剧烈，因此，井震联合是精确表征火山岩机构的有效手段(唐华风等，2012b).火山岩旋回划分可以从三种对比标志厘定：一是具有区域可对比的火山沉积夹层或沉凝灰岩，是划分火山旋回的重要依据；二是构造面的对比.即构造面的上下，存在火山活动的强度、岩性、岩相上的差异，并常形成假整合及角度不整合；三是基于火山机构叠置关系的对比，不同期次的火山具有不同方向的叠置组合特征.
根据上述原则，总结营城组地层的地震反射特点，营城组地层沉积及其相应的地震反射具有较强的差异性(图 1).从营城组地震反射特征来看，营城组火山岩地层内部发育两套较连续的强反射界面(罗光东，2012)，在区域上具有很好的稳定性，这两个连续的强反射界面就是火山岩中沉积岩相对发育段和火山喷发间断面，使火山岩地层具有清晰的三分结构：下部结构具有厚度横向差异小，整体以准层状分布为特征；中部结构具有厚度大，反射能量相对较弱，火山机构特征不明显；上部结构，地层厚度横向差异大，反射能量和结构横向变化快.
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图 1 断陷营城组火山岩连井地震剖面 Figure 1 Seismic section of volcanic rocks in the fault depression of Yingcheng group |
根据录井、测井、地震反射特征，并结合营城组火山活动的特点——具有明显的旋回性、存在明显的喷发间断期，将营城组划分为三大旋回、六个期次(图 2).营城组火山岩顶、底面分别表现出沉积岩(以砂砾岩为主)向火山岩、火山岩向沉积岩(以砾岩和泥岩为主)的突变特征，钻井上火山口相主要为大套灰色流纹角砾凝灰岩特征，电阻率曲线(LLD)和声波曲线(DT)的值较高，对应自然伽马曲线(GR)低值区，LLD与GR曲线总体上呈箱型，每一期次幅度向上逐渐减小，不同旋回不同期次表现出多个正韵律特征.其中，旋回Ⅰ以火山岩夹泥岩为主要特征，厚度较其他两个期次薄，且具有由下到上，由火山岩变化成沉积岩的特点；旋回Ⅱ全部表现为火山岩特征，厚度在三个旋回中厚度最大的旋回，可见主要岩类为凝灰岩、角砾岩以及喷发岩；旋回Ⅲ也全部表现为火山岩特征，仅在Ys4井底面附近可见部分泥岩特征，厚度不大，以凝灰岩为主.
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图 2 Y断陷营城组火山岩旋回格架综合图 Figure 2 The volcanic cycle framework synthetic map of Y fault depression in Yingcheng group |
针对火山口识别，目前普遍采用相干体技术判断.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.火山机构的特殊地震反射特征，对应在沿层相干切片表现出杂乱细碎的特征(姜传金等，2010).以期次五为例(图 3)，受断裂活动强度控制，该时期的相干体表现为东西成带的特征，该条带区域多为NE走向，伴随区内断裂，火山岩相发育区通常在相干体表现为相干异常区.但是，受构造起伏和复杂断裂干扰，火山口特征往往与断裂混淆一起，因此，利用相干体识别火山口仍存一定的局限性，相干体法识别火山口仅做一个辅助参考依据.
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图 3 Y断陷区期次五火山口识别效果对比图 (a)相干体切片效果图; (b)趋势面分析效果图. Figure 3 Comparison of five volcano recognition results in Y fault depression (a)The figure of coherence cube slices; (b)The figure of trend surface. |
鉴于相干体的局限性，提出了利用趋势面分析技术识别火山口.该方法在对构造趋势面和古构造发育史综合分析的基础上，利用局部剩余构造起伏识别火山锥分布.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、沉积作用以及火山活动等原因造成了地层界面的局部变化，如凸起或下凹.因此，采用精确构造图与(滤波)区域构造趋势图相减，从而得到剩余差值构造图.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，同时，参考测井和相应的相干体平面图，采用井点定相、相干找型、剩(残)余构造划界的方法，判断其可靠程度及成因，剩余差值大的区域则为火山口的位置.
根据上述方法，完成了区内六个期次的火山口识别(图 4).从各个期次火山口分布来看，火山口规模在各个旋回时期呈弱-变强-减弱的分布规律(陈建文等，2000；唐华风等，2012a；王力圆等，2012).旋回Ⅰ沉积时期为火山口雏形时期，期次一至期次二火山口总体发育规模较小，火山口位置主要沿南部断裂带两端及断裂交叉部位分布；旋回Ⅱ沉积时期为火山口生长期，尤其是在期次三时期，火山口主要发育5口井附近均发育，其中在Ys2井附近由北到南呈条带状分布；至旋回Ⅲ沉积时期为火山口衰退期，火山口数量有所减少，但火山口规模逐渐增大，在Ys4井至Sz断裂呈条带状分布，此外，Ys1井至Ys3井间发育火山口，总体上呈现出火山口迁移的特征，期次六形成时期，火山口数量有所增加，但整体分布面积变小，仅在Ys3和Ys4西侧零星发育两个小火山口，总体上表现出减弱的过程.
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图 4 YS断陷六个期次火山口演变规律图 (a)期次一; (b)期次二; (c)期次三; (d)期次四; (e)期次五; (f)期次六. Figure 4 The evolution law of the six stages of the YS fault depression (a)The first stage; (b)The second stage; (c)The third stage; (d)The fourth stage; (e)The fifth stage; (f)The sixth stage |
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)，总结了不同期次的火山机构特征(贺电等，2009).期次一火山机构分布范围较小，幅度较低，其幅值范围为0~70 m，分布在东部边缘和Shs10井附近；期次二火山机构较期次一幅值和分布范围较小，其幅值范围为0~36 m，尤其在Shs10井附近幅值和面积有明显的减小，但在工区北部边缘、Sz断裂以及Ys3井附近有新形成的火山机构；期次三火山机构分布范围和幅度有明显的增加，其幅值最高达120 m，分布特征与火山口分布特征一致，主要分布于5口井以及Sz断裂附近；与期次三相比，期次四火山机构分布范围明显减小，其幅值范围为0~90 m，火山机构在Ys4和Ys2井附近基本不发育，在Ys1井-Ys3井呈条带状分布.期次五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分布在Ys4井-Sz断裂条带以及Ys2-Ys1-Ys3井条带，其中在Ys4-Sz断裂条带的火山机构幅度值较高；期次六火山机构分布范围减小，其幅值范围为0~160 m，主要分布在Ys4-Sz断裂条带以及Ys3井附近.
3 火山岩喷发特征及演化 3.1 火山岩喷发特征受火山喷发机制、构造活动等因素影响，不同旋回时期火山岩喷发强度和规模等差异较大.旋回Ⅰ主要发育中酸性火山岩，火山口规模较小、零星分布，火山岩厚度不受断裂和火山口控制，表现为残余火山岩的特征.旋回Ⅱ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，厚度受断裂和火山口控制.旋回Ⅲ早期火山猛烈喷发，火山口连片呈条带状分布，规模大，保存形态完整，厚度受火山机构控制，晚期火山活动减弱，在早期火山口处，局部活动、直至消亡，厚度受火山机构控制作用减弱.旋回Ⅰ时期火山活动最弱，厚度最薄.最大值为327 m，高值范围位于Ys2井北部和工区南部Ys3井附近，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.在期次一火山厚度分布与部分火山口相对应，期次二火山活动减弱，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；旋回Ⅱ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.其中，期次三厚度范围在0~460 m，高值区位于Ys2井和Ys3井附近，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，期次四厚度范围略有降低，高值区从Ys2井到西南部的Ys3井呈弧形条带分布，研究区中北部厚度较高，但火山口和断裂并不发育，这是因为该区域期次三火山活动较强烈，后期改造，致使部分火山口不发育，但仍有残余厚度.旋回Ⅲ时期火山活动规模和强度有所减弱，厚度开始减小，厚度范围在0~579 m，高值区位于Ys4井西侧，靠近Sz断裂.期次五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，期次六厚度变薄，火山口和断裂控制作用减弱，其中在Sz断裂附近发育的高值区并不与火山机构和火山口相对应.
3.2 火山喷发机构演化特征火山岩地层旋回划分再现营城组火山岩建造过程(唐华风等，2012a).三大喷发旋回火山活动整体上表现弱—强—弱的特点.在每一喷发旋回中，火山活动具有各自的特点.旋回Ⅰ的岩性组合为火山岩演变为沉积岩，表现为火山活动由强变弱的特征，在地震上表现为下部似层状，上部相对强振幅高连续的特征；旋回Ⅱ由多火山口喷发逐渐演变为联合大型火山口喷发特征，在地震上表现为下部杂乱，上部相对层状的特征；旋回Ⅲ岩性组合为火山岩向沉积岩过渡的特征，反映了火山活动逐渐结束的过程，地震上表现为下部杂乱，上部相对成层性好的特征.
三大旋回火山喷发具有迁移叠置、多厚度中心的特征，不同期次火山岩喷发特征差异较大，火山口面积逐渐扩大，火山机构幅值和分布范围逐渐增大，且活动强度由东南向西北迁移、主要形成三个主要火山发育带，即东、中、西三个大的火山机构发育带.其中东部火山机构条带位于Shs10井附近，中部火山机构条带主要为Ys2井-Ys1井-Ys3井东侧一带，西部火山机构条带主要指Ys4井-Ys3井西侧一带.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.
3.3 火山岩相特征在Y凹陷的中心，发育含火山物质的沉积岩地层.在凹陷西北角的局部地区，火山岩厚度很薄，在火山岩下部发育一套沉积岩，该套沉积岩与沙河子组地层的沉积岩具有明显的差异，在地震剖面上与沙河子组地层呈角度不整合接触.表明在营城组火山岩发育时期，Y凹陷并不是火山岩全区发育，火山活动与沉积作用共同控制了营城组地层的时空分布特征.在火山主喷发区，火山岩具有多次喷发的特征，形成大面积连片的火山熔岩、火山碎屑岩发育区；在火山活动波及范围外，营城组地层为一套碎屑岩沉积.营城组地层的发育特征是火山建造与沉积作用共生的结果.火山活动从开始到结束，不是连续的过程，而是间歇性的.火山岩中的沉积夹层是火山活动平静期的一种代表岩性.区域性的沉积夹层则代表了区域性的火山活动间歇期，是最明显的火山旋回界面的标志.如Ys2井区就存在两个明显的沉积夹层，上部夹层的厚度约为40 m，下部夹层的厚度约为120 m；Ys1井存在多套沉积夹层和水携火山物质的沉积层.
火山喷发机构演化决定了火山岩相的发育类型，不同旋回时期不同期次，火山岩相的空间分布模式不同.火山岩相在横向上，遵循火山口-近源相组-远源相组-火山沉积相组的发育模式；在纵向上，基本遵循近源相组-火山沉积相相组-火山口的发育模式.这表明火山岩活动从开始增强到减弱再到增强的过程.火山沉积相组的大面积增加表明火山活动有消亡或停止的趋势，因而造成沉凝灰岩、泥岩以及砂砾岩的沉积，而远源相组的增加表明火山活动减弱，但是仍以火山岩为主体.从总体上看，从旋回Ⅰ至旋回Ⅲ，火山活动逐渐增强，且在各个旋回的内部表现出下强上弱的特征.以期次五为例(图 5)，在该期次发育火山口、近源相组、远源相组和火山沉积相组四种火山岩相.与期次四相比，火山活动明显增强，火山口面积增大，在全工区连片分布，占工区面积70%左右，受断裂控制明显，基本与中部和西部火山机构条带相当.在工区南部发育火山沉积相，面积较小，呈不规则圆形.远源相组主要发育在此区域，面积大小与期次四基本相同，近源相组面积较小.目前钻井含气资料表明，火山口相是富集天然气的有利区，是下一步油气勘探的重点.
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图 5 Y断陷期次五火山岩相平面图 Figure 5 The cycle five of Y fault depression Volcanic lithofacies planar graph |
Y断陷区位于松辽盆地东南断陷内，是深层天然气勘探的重要领域.经研究表明营城组火山口喷发机构形成的火山口相较发育，钻井揭示火山口相主要为大套灰色流纹角砾凝灰岩特征，测井LLD与GR曲线总体上呈木桶型，每一期次幅度向上逐渐减小，不同旋回不同期次表现出多个正韵律特征，测井高电阻率、高声波、低孔低渗特点，与上覆登娄库组泥质沉积可形成良好的储盖组合.同时，Y断陷内部发育的大量断层、裂缝等油气通道搭建了营城组储层与营城组下部和火石岭组烃源岩的桥梁，有利于形成大型火山岩气藏，通过对研究区各旋回各期次火山岩相纵向和横向的展布及演化分析，对于下一步寻找岩性油藏奠定了基础，目前钻井含气资料表明，火山口相是富集天然气的有利区，是下一步油气勘探的重点.
5 结论与认识 5.1综合地震、录井、测井及地质资料的基础上，总结建立了营城组火山岩旋回格架，并对火山岩演化规律进行了研究.研究认为，营城组火山活动具有明显的旋回性、存在明显的喷发间断期，可以划分为三大旋回、六个期次.
5.2利用趋势面分析技术，采用井点定相、相干找型、剩(残)余构造划界的方法，完成了区内六个期次的火山口识别，并对不同期次火山口规模进行总结.在火山口精细识别的基础上，根据火山机构的三要素，分期次识别并总结了Y断陷营城组火山机构特征.
5.3受火山喷发机制、构造活动等因素影响，不同旋回时期火山岩喷发强度和规模等差异较大.火山岩地层旋回划分再现营城组火山岩建造过程.三大旋回火山喷发具有迁移叠置、多厚度中心的特征，不同期次火山岩喷发特征差异较大，火山口面积逐渐扩大，火山机构幅值和分布范围逐渐增大，且活动强度由东南向西北迁移、主要形成三个主要火山发育带，即东、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.
5.4火山喷发机构演化决定了火山岩相的发育类型，不同旋回时期不同期次，火山岩相的空间分布模式不同.并以期次五为例，总结了火山岩相平面特征，主要发育火山口、近源相组、远源相组合火山沉积相四种类型.
致谢 感谢审稿专家提出的宝贵修改意见和编辑部的大力支持！| [] | Chen J W, Wang D F, Zhang X D, et al. 2000. Analysis of volcanic facies and apparatus of Yingcheng formation in Xujiaweizi faulting depression, Songliao Basin Northeast China[J]. Earth Science Frontiers, 7(4): 371–379. |
| [] | Chen S M, Zhang Y G, Jiang C J. 2011. The analysis of Volcanic edifice superimposition and its digital model parameters establishment[J]. Chinese Journal of Geophysics, 54(2): 499–507. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.029 |
| [] | He D, Li J H, Liu S J. 2009. Volcanic edifice types and eruption model of Yingcheng formation, lower cretaceous, in Xujiaweizi fault depression. northern Songliao Basin[J]. Acta Petrologica Sinica, 25(3): 659–666. |
| [] | Huang Y L, Wang P J, Feng Z Q, et al. 2007. Analogy of volcanic edifices between modern volcanoes and ancient remnant volcanoes in Songliao Basin[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 37(1): 65–72. |
| [] | Jiang C J, Chen S M, Chu L L, et al. 2010. A new understanding about the volcanic distribution characteristics and eruption mechanism of Yingcheng formation in Xujiaweizi fault depression[J]. Acta Petrologica Sinica, 26(1): 63–72. |
| [] | Liu W F, Liu S L, Sun L X. 2001. Petrophysical study on andesite gas reservoir in Yingshan Downcast of Songliao Basin[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 8(6): 5–8. |
| [] | Liu W F, Sun L X, Liu S L. 2000. Seismic reflection features and distribution law of volcanic rocks in the Yingshan Fault Depression of Songliao Basin[J]. Experimental Petroleum Geology, 22(3): 256–259, 286. |
| [] | Luo G D. 2012. Division and correlation of volcanic cycles and stages of Yingcheng formation of Xingcheng Area in Xujiaweizi Depression[J]. Sino-Global Energy, 17(5): 69–72. |
| [] | Tang H F, Bai B, Bian W H, et al. 2012a. Quantitative models of strata texture within volcanic edifices of Yingcheng Formation in Songliao Basin, NE China[J]. Acta Petrolei Sinica, 33(4): 541–550. |
| [] | Tang H F, Wang P J, Li R L, et al. 2012b. Classification of volcanic edifices and its characteristics of gas pool in faulted sequence of the Songliao Basin, NE China[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 42(3): 583–589. DOI:10.13278/j.cnki.jjuese.2012.03.001 |
| [] | Wang L Y, Tang H F, Wang P J, et al. 2012. The seismic reflection characteristics and response relationship of volcanic rocks lithofacies in Changling fault depression, Songliao Basin[J]. Progress in Geophysics, 27(1): 271–278. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.01.030 |
| [] | Wu Y X, Wang P J, Song L Z, et al. 2011. Seismic volcanostratigraphy of Yingcheng Formation in the Songliao Basin, Cretaceous, NE China[J]. Chinese Journal of Geophysics, 54(2): 545–555. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.034 |
| [] | Yang D, Wang P J, Lang J P, et al. 2011. Volcanic eruption cycles of the Cretaceous Yingcheng Formation in the Songliao Basin[J]. Journal of Stratigraphy, 35(2): 122–128. |
| [] | 陈建文, 王德发, 张晓东, 等. 2000. 松辽盆地徐家围子断陷营城组火山岩相和火山机构分析[J]. 地学前缘, 7(4): 371–379. |
| [] | 陈树民, 张元高, 姜传金. 2011. 徐家围子断陷火山机构叠置关系解析及其数字化模型参数建立[J]. 地球物理学报, 54(2): 499–507. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.029 |
| [] | 贺电, 李江海, 刘守偈. 2009. 松辽盆地北部徐家围子断陷下白垩统营城组火山机构类型与喷发模式研究[J]. 岩石学报, 25(3): 659–666. |
| [] | 黄玉龙, 王璞珺, 冯志强, 等. 2007. 松辽盆地改造残留的古火山机构与现代火山机构的类比分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 37(1): 65–72. |
| [] | 姜传金, 陈树民, 初丽兰, 等. 2010. 徐家围子断陷营城组火山岩分布特征及火山喷发机制的新认识[J]. 岩石学报, 26(1): 63–72. |
| [] | 刘为付, 刘双龙, 孙立新. 2001. 松辽盆地莺山断陷安山岩储气层岩石物理特征研究[J]. 断块油气田, 8(6): 5–8. |
| [] | 刘为付, 孙立新, 刘双龙. 2000. 松辽盆地莺山断陷火山岩地震反射特征及分布规律[J]. 石油实验地质, 22(3): 256–259, 286. DOI:10.11781/sysydz200003256 |
| [] | 罗光东. 2012. 徐家围子断陷兴城地区营城组火山岩旋回和期次的划分与对比[J]. 中外能源, 17(5): 69–72. |
| [] | 唐华风, 白冰, 边伟华, 等. 2012a. 松辽盆地营城组火山机构地层结构定量模型[J]. 石油学报, 33(4): 541–550. |
| [] | 唐华风, 王璞珺, 李瑞磊, 等. 2012b. 松辽盆地断陷层火山机构类型及其气藏特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 42(3): 583–589. DOI:10.13278/j.cnki.jjuese.2012.03.001 |
| [] | 王力圆, 唐华风, 王璞珺, 等. 2012. 松辽盆地长岭断陷火山岩相地震特征及其响应关系[J]. 地球物理学进展, 27(1): 271–278. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.01.030 |
| [] | 吴颜雄, 王璞珺, 宋立忠, 等. 2011. 松辽盆地营城组火山机构相带地震-地质解译[J]. 地球物理学报, 54(2): 545–555. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.034 |
| [] | 杨帝, 王璞珺, 梁江平, 等. 2011. 松辽盆地白垩系营城组火山岩喷发旋回划分[J]. 地层学杂志, 35(2): 122–128. |