2. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026;
3. 吉林大学校友联络和教育基金管理处, 长春 130012
2. College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China;
3. Fund Management Office, Jilin University, Changchun 130012, China
0 引言
火山机构(volcanic edifice)是指在某一段时间内，由同源喷发的火山物质围绕源区堆积形成的，并且具有一定形态和共生关系的各种火山作用产物的总和[1-3]。火山喷发后，火山机构在地表表现出各种各样的火山地形及其相关的各种构造和多种类型[3-9]。火山机构的地质内涵是在旋回时间格架内由同喷发源主火山通道及侧火山通道喷发形成的火山物质堆积体，可包含多个期次[3, 10-14]。
松辽盆地火山岩气藏勘探潜力巨大[15-19]，气藏主要分布于营城组和火石岭组，并且多属于火山机构内幕型气藏[20]，其储层岩性、岩相组合及空间展布特征十分复杂。本文针对松辽盆地南部地区营城组火山岩，通过岩心、测井、钻井及三维地震资料，总结了火山机构的类型以及地质-地球物理特征，探讨火山机构储层特征和分类，以期指导松辽盆地火山岩油气勘探。
1 火山机构类型松辽盆地南部地区本文指长岭断陷和德惠断陷，位置如图 1所示。
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| 图 1 研究区位置示意图 Fig. 1 Position of study area |
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火山机构类型按照化学成分可分为酸性火山机构、中性火山机构和基性火山机构；按照喷发方式可划分为熔岩型(熔岩比例大于60%)和碎屑岩型(火山碎屑岩和碎屑熔岩的比例大于60%)；按照火山地层单元叠置方式可划分为单熔岩流、多熔岩流和板状熔岩流。单熔岩流单元为酸性，主体由单个熔岩流单元构成，单熔岩流单元占总体积比例大于80%；多熔岩流单元为酸性，由多个熔岩流单元构成；板状熔岩流为中基性，主要发育板状熔岩流，板状熔岩流占总体积比例大于80%[16-19]。
本文根据地质识别、地震识别和测井识别方法总结松辽盆地南部地区火山机构类型为3类9种[3]。3类为熔岩类火山机构、碎屑岩类火山机构和复合火山机构；熔岩类火山机构包括粗面质熔岩火山机构、玄武质熔岩火山机构、安山质熔岩火山机构、英安质熔岩火山机构和流纹质熔岩火山机构，碎屑岩类火山机构包括玄武质碎屑岩火山机构、安山质碎屑岩火山机构和流纹质碎屑岩火山机构，以及复合火山机构, 共9种。
2 火山机构特征 2.1 典型火山机构的地质模式本文利用岩性、岩相和相序分析等地质方法，结合测井和地震等地球物理方法，主要针对流纹质熔岩火山机构、流纹质碎屑岩火山机构和复合火山机构的地质特征进行对比和分析，并将熔岩火山机构中的熔岩流单元细分成单熔岩流单元和多熔岩流单元进行分开讨论。
2.1.1 单熔岩流单元的流纹质熔岩火山机构单熔岩流单元的流纹质熔岩火山机构由独立的熔岩流单元构成，在德惠断陷中广泛分布(DS7、DS17、DS21和DS32等)，其典型的火山机构地质模式(DS7井)如图 2所示。熔岩流岩性为英安岩，岩相为喷溢相，其外形似透镜状(图 2b)。该火山机构在地震剖面上特征为典型的丘状空白反射，内部反射结构乱岗状，同相轴连续性差，弱振幅，中低频(图 2a)；其电性特征为总体上电阻率曲线、自然伽马曲线、声波和密度曲线较平稳，但在火山机构底部，电阻率曲线值较高，说明岩性致密(图 2c)。在火山机构的顶部经常发育较薄层的原生气孔带，较难形成有利储层。
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| a.过井地震剖面；b.地质模型；c. DS7井综合柱状图。GR.自然伽马；RLLS.浅侧向电阻率；RLLD.深侧向电阻率；R25.2.5 m底部梯度电阻率；CNL.补偿中子；DEN.补偿密度；AC.声波时差。 图 2 研究区单熔岩流单元流纹质熔岩火山机构地质模型 Fig. 2 Geological model of rhyolitic lava edifices (single lava flow unit) in the study area |
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多熔岩流单元的流纹质熔岩火山机构由多个熔岩流单元构成，以复合熔岩流为主，在长岭断陷中广泛分布(YS1、YS2、YS101和YS102等)，其典型的火山机构地质模式(YS1井)如图 3所示。岩性以流纹岩为主，由喷溢相熔岩流构成，外形为透镜状(图 3b)。其地震剖面特征和电性特征与单熔岩流单元相似(图 3a，c)。该类火山机构由多个熔岩流单元构成，会形成高孔渗带，可形成有利储层。
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| a.过井地震剖面；b.地质模型；c. YS1井综合柱状图。VSP.自然电位。 图 3 研究区多熔岩流单元的流纹质熔岩火山机构地质模型 Fig. 3 Geological model of rhyolitic lava edifices(more lava flow units) in the study area |
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流纹质碎屑岩火山机构由单个火山碎屑堆积单元或多个火山碎屑堆积单元组合构成，在德惠断陷中分布较少，其典型的该类火山机构地质模式(DS21井)如图 4所示。岩性以凝灰岩为主，外形以席状或者充填状为主(图 4b)。其地震剖面特征为连续平行反射，表现为披盖状(图 4a)；电性特征为总体上电阻率、密度和声波曲线近平直状，但自然伽马曲线呈锯齿状(图 4c)。该类火山机构通常可形成有利储层。
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| a.过井地震剖面；b.地质模型；c. DS21井综合柱状图。 图 4 研究区流纹质碎屑岩火山机构地质模型 Fig. 4 Geological model of rhyolitic clastic rock edifices in the study area |
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流纹质复合火山机构地质模式是典型的酸性复合火山机构，纵向上由多个熔岩流单元和层状火山碎屑堆积单元叠置构成，外形呈楔形，通常会形成多个高孔渗带，为有利储层。该火山机构的地震剖面反射特征和电性特征与酸性熔岩火山机构类似[3]。
2.1.5 三维地质模式根据钻井和三维地震资料，建立研究区火山机构三维地质模式。DS7井的熔岩火山机构在德惠断陷中最为典型，因此，建立DS7井的熔岩火山机构三维地质模式(图 5)。图 5中展示不同方向的三维地质模型，DS7井火山机构横向展布约为400 m，厚度近500 m。
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| a.北偏西90°；b.北偏西60°.；c.北偏西30°；d.南北向。 图 5 DS7井不同角度的火山机构三维地质模型 Fig. 5 3D geological model of volcanic edifices in different angle in the Well DS7 |
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根据德惠断陷鲍家地区岩心薄片统计，火山机构发育的储集空间类型如下。
原生孔隙特征 其原生气孔隙发育于各类熔岩中，气孔形态有圆状、椭圆状和不规则状。气孔杏仁构造是在后期的成岩过程中被钙质等物质充填所形成的(图 6a)；收缩缝是岩浆在冷凝或者结晶过程中所形成的张裂缝(图 6b)。此外，在DS17井中还发现枝杈状的炸裂缝，可能是由于岩浆喷发时气液爆炸所引起的。
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| a. DS7井，2 341 m，气孔杏仁构造，英安岩；b. DS17井，2 247 m，冷凝收缩缝；c. DS17井，2 231 m，基质溶蚀孔；d. DS17井，2 224 m，溶蚀缝；e. DS17井，2 224 m，构造缝；f. DS16井，2 185 m，粒间缝。 图 6 鲍家地区火山机构储集空间类型 Fig. 6 Types of reservoir spaceof volcanic edifices in Baojia area |
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次生孔隙特征 鲍家地区火山岩发育的次生孔隙有溶蚀孔、溶蚀缝、构造缝和粒间缝。基质溶蚀孔由组成基质的玻璃质发生溶解作用所形成的(图 6c)；溶蚀缝是矿物沿着裂缝的边缘发生溶解作用所形成的(图 6d)；构造缝是岩石在构造应力作用下产生破裂而形成的裂缝(图 6e)；粒间缝是颗粒间的缝隙(图 6f)。
统计鲍家地区火山岩储集空间发育频次，原生孔缝占16.8%，次生孔缝占83.2%，可见该区主要发育的储集空间类型为基质溶蚀孔和溶蚀缝，溶蚀作用为最有利的成岩作用。
2.2.2 储层特征对松辽盆地南部地区长岭断陷和德惠断陷营城组不同类型的火山机构储层特征进行研究，并对研究区流纹质火山岩的3类不同成分-单元构成-形态的火山机构规模、有利储层比例及其分布模式进行统计(表 1)。
| 流纹质火山机构类型 | 机构规模 | 孔隙度均值/% | 渗透率均值/(10-3 μm2) | 有利储层比例/% | 单层有利储层规模 |
| 熔岩火山机构 (单熔岩流单元) |
厚度200~300 m, 延伸2~5 km |
1.53 | 0.04 | 8 | 厚度12~50 m, 延伸0.5~2.0 km |
| 熔岩火山机构 (多熔岩流单元) |
厚度300~500 m, 延伸5~8 km |
3.61 | 0.10 | 22 | 厚度10~28 m, 延伸1.0~3.0 km |
| 碎屑岩火山机构 | 厚度50~200 m, 延伸5~15 km |
5.38 | 1.73 | 30 | 厚度25~55 m, 延伸2.0~5.0 km |
| 复合火山机构 | 厚度250~800 m, 延伸2~10 km |
13.25 | 5.26 | 38 | 厚度30~80 m, 延伸3.0~8.0 km |
另外，统计这3种类型火山机构的测井孔隙度及储集空间类型，其分布特征如图 7。统计表明：流纹质熔岩火山机构频数和孔隙度分布情况如图 7a所示，其孔隙度均值为2.94%，发育少量粒间孔和流纹间溶孔(图 7d)，流纹质熔岩火山机构不发育高孔渗带，通常情况下由单一熔岩流组成，很难形成有利储层。流纹质碎屑岩火山机构频数和孔隙度分布情况如图 7b所示，其孔隙度均值为5.65%，溶蚀孔及粒间缝较为发育(图 7e)，流纹质碎屑岩火山机构顶部受到溶蚀作用，发育溶蚀孔，储集性能得到改善，通常情况下由多个堆积单元构成，可形成有利储层。流纹质复合火山机构频数和孔隙度分布情况如图 7c所示，其孔隙度均值为6.84%，晶内溶孔、溶蚀缝和构造裂缝十分发育(图 7f)，流纹质复合火山机构发育多个高孔渗带，在火山机构顶部受到强烈的溶蚀作用，储集性能得到较大程度改善，通常情况下由多个流动和堆积单元叠合组成，能够形成良好储层。
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| a.熔岩火山机构孔隙度；b.碎屑岩火山机构孔隙度；c.复合火山机构孔隙度；d.流纹间溶孔；e.溶蚀孔；f.晶内溶孔。 图 7 研究区不同流纹质类型的火山机构储层特征 Fig. 7 Reservoir characteristics of different rhyolitic volcanic edifices in the study area |
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因此，对于流纹质的3种火山机构类型而言：流纹质复合火山机构储集空间类型复杂，储层溶蚀孔缝十分发育，储层物性最好；流纹质碎屑岩火山机构储层溶蚀孔缝较为发育，储层物性中等；流纹质熔岩火山机构储集空间类型单一，储层物性最差。
2.3 火山机构的储层划分根据松辽盆地南部地区长岭断陷21口钻井孔隙度和渗透率的资料，结合地震相和钻井岩相，将火山机构内部储层分为3类：第一类储层为高孔-高渗型(即孔隙度大于10.00%, 渗透率大于3.00×10-3 μm2)；第二类储层为中孔-中渗型(即孔隙度为4.00%~10.00%，渗透率为(0.10~0.3)×10-3 μm2)；第三类储层为低孔-低渗型(即孔隙度小于4.00%，渗透率小于0.10×10-3 μm2)。储层的划分能够有效指导火山岩的勘探精度，关于盆地内部火山岩的研究，多数学者认为储层的好坏与火山岩相有着较好的对应关系，尤其是火山岩岩相中爆发相的热碎屑流亚相、喷溢相的上部亚相和火山通道相的火山颈亚相与储层物性对应较好[21-24]。
本文统计了长岭断陷各个火山机构有利储层的岩性和岩相比例情况，有利储层的岩性种类繁多，包括流纹岩(30.22%)、凝灰岩(28.56%)、火山角砾岩(18.39%)、英安岩(9.15%)、安山岩(6.71%)、玄武岩(5.16%)和粗面岩(1.81%)，并且各种岩性所占比例相差相对较小；而有利储层的岩相种类较少，包括喷溢相(74.65%)、爆发相(21.35%)、火山通道相(2.00%)、火山沉积相(1.00%)和侵出相(1.00%)，火山通道相、火山沉积相和侵出相比例很小，可以忽略统计，喷溢相和爆发相所占比例相差相对较大。因此，研究区有利储层受火山岩岩性影响较小，受火山岩岩相影响较大。
3 结论1) 松辽盆地南部地区火山机构分成3类9种：3类为熔岩类火山机构、碎屑岩类火山机构和复合火山机构；熔岩类火山机构包括粗面质熔岩火山机构、玄武质熔岩火山机构、安山质熔岩火山机构、英安质熔岩火山机构和流纹质熔岩火山机构，碎屑岩类火山机构包括玄武质碎屑岩火山机构、安山质碎屑岩火山机构和流纹质碎屑岩火山机构，以及复合火山机构。
2) 松辽盆地南部地区流纹质复合火山机构储集空间类型复杂，储层溶蚀孔缝十分发育，储层物性最好；流纹质碎屑岩火山机构储层溶蚀孔缝较为发育，储层物性中等；流纹质熔岩火山机构储集空间类型单一，储层物性最差。
3) 将长岭断陷火山机构内部储层分为高孔-高渗型、中孔-中渗型和低孔-低渗型3类，且有利储层受岩性影响较小，受岩相影响较大。
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