准噶尔盆地陆西地区石炭系火山岩岩相

孙国强赵竞雪纪宏涛张国清史基安

1.中国科学院油气资源研究重点实验室 2.中国石油西南油气田公司 3.中国石油新疆油田公司

准噶尔盆地陆西地区石炭系火山岩岩相

孙国强1赵竞雪2纪宏涛3张国清3史基安1

1.中国科学院油气资源研究重点实验室 2.中国石油西南油气田公司 3.中国石油新疆油田公司

孙国强等.准噶尔盆地陆西地区石炭系火山岩岩相.天然气工业,2010,30(2):16-20.

位于准噶尔盆地腹部的陆西地区有大面积的火山岩分布,显示出良好的油气勘探前景。但该区石炭系火成岩埋藏较深,目前揭示石炭系火山岩地层或者更老火山岩地层的探井非常有限,只能利用地质资料和地震资料相结合的办法来研究该区石炭系火山岩岩相的分布特征。将该区石炭系火山岩体的地震反射特征划分为以下4种:舌状或楔状反射、板状反射、弧状反射、丘状或蘑菇状地震相反射特征;结合前人的研究成果和详细的井震对比,确定了不同的地震反射特征所对应的火山岩岩相。通过在地震剖面上的追踪对比,明确了该区石炭系火山岩岩相的分布情况:大致呈北东—南西向的条带状分布,西北部以喷溢相的基性火山岩为主,向东南依次过渡为爆发相火山岩、喷溢相中性火山岩;而储层条件也是由西北向东南逐渐变好,位于陆西地区东南部的石西凸起应作为下一步勘探的重点区域。

准噶尔盆地 陆西地区 地震反射 地震响应 特征 火山岩岩相 空间展布规律 石炭纪

陆西地区位于准噶尔盆地陆梁隆起西南部与中央坳陷相接。主要由乌夏断裂带、玛湖凹陷、石英滩凸起、英西凹陷、三个泉凸起、夏盐凸起、达巴松凸起、盆1井西凹陷、三南凹陷、石西凸起等次级构造单元组成(图1)。

前人做过很多关于准噶尔盆地的火山岩地震反射特征研究,并取得了很大的突破。发现在石炭系火山岩中不仅存在很好的储层,而且还发现了较好的油气显示,有的甚至达到了工业油流的级别。说明在该地区存在火山岩型油气藏,并发育着火山岩类优质储层[1-2],准噶尔盆地中火山岩储层油气田的勘探前景非常乐观,有必要进一步做更详细的工作。

在各大盆地都曾经有过关于火山岩地震相的研究[3],钟广法等[4]在塔里木盆地根据不同的地震相划分出3种火山岩体;在松辽盆地也有很多专家做过关于火山岩相的地震反射特征研究,都取得了很好的效果[5-10]。姚新玉等将准噶尔盆地的火山岩地震反射特征分为3类,分别代表不同的火山岩组合体;周路等[11]通过研究发现莫索湾凸起地区井下石炭系岩性与井旁地震反射特征之间具有一定的对应关系。在连井地震剖面上,可用地震相特征的明显变化来区别不同的岩性。但由于在陆西石炭系火成岩埋藏较深,目前揭示石炭系火山岩地层或者更老的火山岩地层的探井非常有限,笔者只能利用地质资料和地震资料相结合的办法来研究陆西地区石炭系火山岩岩相的分布特征。

图1 陆西地区构造单元划分图

1 陆西地区主要的地震反射特征

陆西地区火山岩体的主要反射特征多为不规则的地质体形态,大多分布于断裂带附近或断裂带中,侵入岩体与沉积岩界面不平行,有较强振幅的反射,与围岩相区别,内部缺少平整连续的反射层或偶见短轴强反射,岩体周围沉积岩反射连续性明显中断,常见有对上覆或相邻沉积岩明显的同化现象,并可对上覆地层有明显的上拱挤压变形,甚至侵穿某一地层而形成类似不整合的现象。有些地方火山岩体在地震剖面上的表现虽与沉积地层的整合性较好,但仍可看出沿地层倾向呈楔状、舌状、板状及丘状分布的形态特征,而且顺层追踪不远即行尖灭;也有与沉积地层界面大致平行,但稍有分界,内部反射不明显且反射频率一般较低或呈杂乱的断续反射,多分布在两组断裂复合控制区或区域性深大断裂附近。火山岩体的层速度比正常沉积层的层速度相对要高,但如果火山岩本身风化或蚀变较强时,则会造成层速度差异性下降。

不同的地震相对应一定的火山岩岩相,详细划分地震相有利于进一步分析该地区火山岩岩相的分布。通过研究划分出陆西地区石炭系火山岩地震反射特征主要有以下几种:舌状或楔状反射、板状反射、弧状反射、丘状或蘑菇状等反射特征(图2)。

图2 陆西地区地震反射类型及特征图

1.1 舌状或楔状和板状地震相反射特征

舌状或楔状反射和板状反射地震相主要反映顺层或穿层侵入的岩体和溢流相的熔岩层沿地形发展的岩体。具有中—强振幅、连续性好、平行—亚平行的内部反射结构,反射的成层性好,类似于沉积岩的反射特征。

在大部分地震时间剖面上仍能发现该类反射与沉积岩反射的区别:首先在横向上,内部一般都缺乏能够长距离连续追踪的反射轴,单相位强波中断现象很多且有同相轴扭曲现象,一套火山岩的顶底反射界面有时比较容易判断出,绕射波不甚明显(图2-a、b);其次,纵向上振幅变化大。本区主要包括安山岩和玄武岩,沿地形流动的熔岩凝结成岩后被后期沉积地层覆盖,或者被剥蚀后形成削截,以及被后期沉积地层覆盖形成上超以及尖灭等反射特征(图2-c)。屏蔽效应是由于熔岩的流动对下伏地层进行了包盖,在地震反射中经常表现为一个低频、强振幅、强连续的反射轴,之下为较弱的杂乱反射或者无反射的空白区(图2-d)。

1.2 弧状地震相反射特征

弧状反射主要反映喷溢而出的熔岩流层,大多沿地形倾覆趋势由高向低发展,反射同相轴呈弧形,由2到3个相位组成,表现为连续的强振幅和强反射,弧形下伏部位常由于屏蔽而表现为较弱的反射特征,一般比较杂乱或空白无反射(图2-e),这主要是由偏基性的玄武质岩浆形成的。玄武质岩浆黏度较小,易于流动,喷发到地表后,往往朝着地形低洼处流动,因而玄武岩分布受古低洼地形控制较明显。

1.3 丘状或蘑菇状地震相反射特征

丘状或蘑菇状反射主要反映了火山通道及火山锥体,具有顶部反射呈弧形,内部反射杂乱,剖面上为典型的丘状或不规则的蘑菇状特征(图2-f)。具有中—弱反射,内部结构常呈丘状的短反射,同相轴多产生扭曲,难于追踪,视频率较低,波轴变宽,与沉积岩相比较,大多数容易识别。这主要是由于中酸性的英安质岩浆黏度较大,不易流动,到达地表后很快就凝固了,易在火山口附近形成丘形或不规则的蘑菇状反射形态。

2 火山岩相的地震反射特征

由于火山岩对地震波具有较强的屏蔽作用,导致火山岩内部地震反射能量弱,加上火山岩岩性复杂,火山岩与围岩之间、火山岩内部不同岩性之间波阻抗差异较小,加大了对火山岩地震相分析解释的难度,致使储层描述精确度较低。本区石炭系火山岩储层的研究工作开展时间较短,火山岩埋藏深度大,地震剖面的信噪比较低,在该地区钻遇石炭系火山岩的探井较少。这些因素都增加了石炭系火山岩储层地震解释的难度。

2.1 喷溢相和爆发相反射特征

通过对陆西地区火山岩岩性和岩相特征的研究,结合地质、测井、样品分析数据,首先对陆西地区单井火山岩岩相进行了详细标定,划分了单井火山岩的岩相和亚相;在单井的基础上,建立了地质—测井—地震特征相关性分析模式。不同的火山岩岩相具有不同的岩石组合及岩性特征,因此在地震剖面上也会表现出不同的地震响应特征(表1)。依据这种地震响应特征和反射特征便可对各种火山岩岩相类型进行分析研究。通过井震对比,基本上可以在地震剖面上实现对火山岩体及火山岩岩相的识别。

表1 火山岩相地震响应特征表

图3 A—A′地震剖面上火山岩相解释结果图

以陆西地区某一条地震剖面为例(图3),剖面位置见图5中A—A′。该地震剖面呈近南北向分布,在剖面中南部的石炭系为一个内部呈中强振幅中等连续的波浪状反射体,通过井震标定可以确定该地质体为喷溢相拉斑玄武岩。在其北部可见一个逆冲断层,在断层以北的石炭系中由4层地震响应特征明显的火山岩体组成,分别是:①反射特征为中等振幅,连续性差低频的舌状和板状反射,偶有帚状反射特征。反射内部成层性好,类似于沉积岩的反射特征。但其中没有长距离追踪的强反射轴,单相位强波中断非常明显,纵向上振幅变化大,在较低部位常由于屏蔽作用而表现为较弱的反射特征,一般比较杂乱或者无反射区域,初步定为具有喷溢相的火山岩体。通过井震对比,可以确定该层段为具有喷溢相的拉斑玄武岩。②反射特征为强振幅,连续性中等低频的板状反射。内部反射成层性好,类似于沉积岩的成层性反射特征明显,但其中缺少长距离追踪的强反射轴,单相位强波中断明显,纵向上振幅变化不大,层段内部未出现屏蔽效应。通过井震对比,可以确定该层段为具有喷溢相的玄武岩。③反射特征为中—强振幅,连续性差,低频率,局部可见波状或者似层状的短反射。反射内部杂乱,断续反射,同相轴延伸较近,纵向上振幅变化大,无规律可循。由于没有探井钻遇该层段,笔者根据反射特征将其定为具有爆发相的火山凝灰岩体。④该反射层从地震剖面上看和上述②反射层反射特征非常接近,几乎没有办法区别。反射特征同样为强振幅,连续性中等低频的板状反射。内部反射成层性好,类似于沉积岩的成层性反射特征明显,但其中缺少长距离追踪的强反射轴,单相位强波中断明显,纵向上振幅变化不大,层段内部没有出现屏蔽效应。该层段与上述②反射层在本区域靠近断裂处合并,没有明显的界面可循,而且由于无探井钻遇该层段,通过井震对比,确定该层段的火山岩相和上述②层段同为具有喷溢相的玄武岩。在研究区域内这4个特征明显的反射层段可以追踪对比,普遍具有该反射特征,从而可以确定主要的火山岩岩相类型及其分布范围。

2.2 火山通道相和侵入相反射特征

爆发相和喷溢相的火山岩可以通过井震对比,由地震相分析出发,通过对比追踪实现。由于火山口和火山通道相的确定比较复杂,在研究区采用的依据有:①火山口附近爆发相的火山角砾岩和集块岩比较发育,火山角砾的成分复杂多样。主要岩石类型有角砾熔岩、凝灰熔岩、熔结凝灰岩或熔结的火山角砾岩甚至有角砾集块岩和火山集块岩。②离火山口较近的岩石气孔非常发育。爆发相的火山角砾岩和熔结角砾岩、熔结凝灰岩中气孔都非常发育;喷溢相的火山岩中气孔也非常发育,具有含量高、分布厚的特点,玄武岩中常发育柱状节理。③离火山口较近的火山岩岩性和岩相变化较大,爆发相和喷溢相的火岩石常交互出现,造成火山岩中原生裂缝比较发育。④在地震剖面上常呈现为构造高点,在火山岩相带变厚处,外形为丘型,内部反射结构杂乱,与周边连续性差,具有低频、断续、空白或斜交特征。⑤由于研究区石炭系火山岩分布广泛,活动较强和经常喷发的火山口在当时的古地貌上为一个隆起的地形高点。这种古地貌特征必将对石炭纪以后的沉积地层,如二叠系的佳木河组(P1j)、风城组(P1f)、夏子街组(P2x)甚至乌尔禾组(P2w)的沉积特征产生一定影响,风城组和夏子街组地层尖灭线的特征在一定程度上反映了石炭系火山口的位置分布。

图4 B—B′地震剖面上火山通道相解释结果图

陆西地区某地震剖面(图4)呈北东—南西向分布,地震剖面位置见图5中B—B′。在该剖面中部可见一个内部为杂乱和空白反射结构的柱状—蘑菇状反射体,该反射体顶部具有明显的不规则的蘑菇状外形,下部为一个断续—杂乱的柱状反射体。其内部反射特征为强振幅、低频率的杂乱反射,内部结构常成丘状的短反射,同相轴多产生扭曲,难以追踪,视频率较低,波轴变宽。在蘑菇状反射体的两端可见平行结构,顶端具有明显的上超构造,两端具有披覆构造。根据地质和地震反射特征,笔者初步把该区域定为火山通道相的火山岩体。

通过详细的研究分析在陆西地区找到4个地区具有火山通道相(图4),其反射特征具有可对比性。

3 火山岩相空间展布规律

通过对地震反射特征的分析,结合测井及岩心识别将陆西地区的石炭系火山岩岩相分为火山通道相、爆发相、喷溢相、侵出相4种类型。周路等[11]研究发现在准噶尔盆地腹部地区石炭系火山岩储层的物性明显好于西北缘和盆地东部五彩湾地区。火山岩、碎屑岩储层物性与埋深关系分析表明,火山岩储层物性不受埋深的影响,即压实作用对火山岩储层物性影响较小[12-13]。火山岩储层物性与火山岩类型密切相关,中酸性火山岩及火山碎屑岩比基性火山岩和侵入岩的孔隙度要高2倍左右[11]。因此,在本区中酸性火山熔岩及火山碎屑岩是石炭系的主要储层,也是研究的重点所在。

在准噶尔盆地腹部陆西地区为大面积火山岩分布地区,石炭系火山岩是由同期或不同期的火山经多次多火山口喷发作用,由各种不同火山岩相的火山岩堆积而成。因此要了解该地区火山岩的岩性或岩相的空间展布特征,必须首先寻找火山喷发物的来源地,以恢复古火山面貌和历史,在此基础上,分析同一时期不同火山机构喷发物分布范围及相互关系,了解其火山作用特点及演化规律,才能客观认识研究区火山岩岩相的分布特征,进一步确定火山岩储层类型。

通过不同地震剖面各种地震相的追踪对比,结合研究区钻遇石炭系—二叠系佳木河组火山岩的20口探井、录井、测井资料和分析化验数据,对研究区火山岩相的平面分布特征进行了分析(图5)。

火山岩相的分布具有一定规律,基性喷溢相主要分布于玛东地区,在玛东地区以东陆梁隆起一带为爆发相火山岩,反映出陆梁隆起较早,火山喷发时喷溢相(玄武岩)向西边低处流动,而在东边陆梁一带主要发育沉降的爆发相火山角砾岩和凝灰岩。

在夏盐地区的夏盐2井和盐001井附近发育有一个古火山口,因此不仅夏盐2井有火山岩分布,而且盐001井也有较多爆发相火山角砾岩分布,而在夏盐2井西南一带为爆发相。在夏盐1井附近有火山口分布,据推测在夏盐3井和夏盐4井以南也有火山口存在,这一带的火山岩主要为中性喷溢相的安山岩类,在研究区呈北东—南西向带状分布。在石南4井中见有熔渣状玄武岩,这类玄武岩常分布于火山口附近,此外在石南4井和石南3井中都见到火山角砾岩。因此推测在石南4井附近(以北)和石南3井(以西)有火山口分布。在石南地区石炭系顶部主要为爆发相的凝灰岩和火山角砾岩。从钻井岩性中可见,石西地区出露的火山岩主要为中酸性喷溢相英安岩、流纹质英安岩和安山岩。在石西2井中见有较多的火山角砾岩分布,此外研究区西南部当时地势较低,为沉积岩分布区。结合石炭系地层中中酸性火山岩及火山碎屑岩比基性火山岩和侵入岩的孔隙度要高2倍左右。本研究区有利的火山岩储层应该位于本区东南部的石西凸起,该区也是下一步研究和工作的重点。

图5 陆西地区石炭系火山岩相分布图

4 结论

准噶尔盆地陆西地区在石炭系火山岩中已经发现了较好的油气显示,如夏盐2井、玛东3井等。并且有许多埋深超过4000m的火山岩储层仍然具有较好的物性条件。这些现象表明该地区深部存在火山岩型油气藏,发育着火山岩类优质储层。

本区石炭系火山岩岩相分布基本确定,大致呈北东—南西向的条带状分布,西北部地区绝大部分是喷溢相的基性火山岩,向东南依次过渡为爆发相火山岩、喷溢相的中性火山岩;向北西方向再次出现了爆发相火山岩,该地区东南角是喷溢相的中酸性火山岩。从地震剖面上识别出本区有4个比较明显的古火山口。在石炭纪时期,本区经历了大范围的火山爆发,喷发出的大量岩浆沿地势向四周扩散,岩浆由西北角的基性逐渐向南东过渡为中酸性。储集条件也是由西北向东南逐渐变好,所以位于陆西地区东南部的石西凸起应作为下一步勘探的重点区域。

[1]秦启荣,苏培东,吴明军,等.准噶尔盆地西北缘九区火山岩储层裂缝预测[J].天然气工业,2008,28(5):24-27.

[2]靳军,刘洛夫,余兴云,等.陆东—五彩湾地区石炭系火山岩气藏勘探进展[J].天然气工业,2008,28(5):21-23.

[3]曹宝军,李相方,姚约东.火山岩气藏开发难点与对策[J].天然气工业,2007,27(8):82-84.

[4]钟广法,邓常念,周志松,等.塔中地区火山岩的地震相及圈闭特征[J].江汉石油学院学报,1997,19(3):34-37.

[5]邵正奎,孟宪禄,王洪艳,等.松辽盆地火山岩地震反射特征及其分布规律[J].长春科技大学学报,1999,29(1):33-36.

[6]唐华风,王璞珺,姜传金,等.松辽盆地火山岩相地震特征及其与控陷断裂的关系[J].吉林大学学报:地球科学版,2007,37(1):73-78.

[7]阮宝涛,孙圆辉,苏爱武,等.松辽盆地长岭1号气田营城组火山岩岩相分析[J].天然气工业,2009,29(4):27-29.

[8]舒萍,丁日新,曲延明,等.徐深气田火山岩储层岩性岩相模式[J].天然气工业,2007,27(8):23-27.

[9]刘为付,孙立新,刘双龙.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,2000,22(3):256-259.

[10]郭振华,王璞珺,印长海,等.松辽盆地北部火山岩岩相与测井相关系研究[J].吉林大学学报:地球科学版,2006,36(2):208-214.

[11]周路,王绪龙,雷德文,等.准噶尔盆地莫索湾凸起石炭系上部岩性预测[J].中国石油勘探,2006,11(1):69-79.

[12]岑芳,罗明高,姚鹏翔.深埋藏火山岩高孔隙形成机制探讨[J].西南石油学院学报,2005,27(3):8-10.

[13]张年富,曹耀华,况军,等.准噶尔盆地腹部石炭系火山岩风化壳模式[J].新疆石油地质,1998,19(6):450-452.

(修改回稿日期 2009-12-18 编辑 罗冬梅)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.16-20,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

Lithofacies of Carboniferous volcanic rocks in the Luxi area,Junggar Basin

Sun Guoqiang1,Zhao Jingxue2,Ji Hongtao3,Zhang Guoqing3,Shi Ji’an1
(1.Key L aboratory ofPetroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,L anzhou,Gansu730000,China;2.PetroChina Southwest Oil&Gasf ield Company,Chengdu, Sichuan610051,China;3.PetroChina Xinjiang Oilf ield Company,Karamay,Xinjiang834000,China)

Volcanic rocks are widely distributed in the Luxi area in the central Junggar Basin and show great potential of petroleum exploration.However,few exploratory wells have penetrated the Carboniferous or earlier volcanic rocks in the study area due to their great burial depth.The lithofacies distribution of the Carboniferous volcanic rocks can be identified only through the integration of geologic and seismic data.The seismic reflectance signatures of the Carboniferous volcanic rocks in the study area are divided into four types,including lobate/wedge reflection,tabular reflection,arc reflection,and mound/mushroom reflection.Based on previous studies and detailed well-seismic correlation,the lithofacies of volcanic rocks corresponding to different seismic reflectance signatures are recognized.Tracing and correlation on seismic section reveal that the lithofacies of the volcanic rocks are in roughly NE-SW trending zonal distribution.Eruption-facies basic lava dominate in the northwestern part,and they progressively transform into explosion-facies lava and eruption-facies intermediate lava to the south.Correspondingly,the reservoir conditions are also getting more and more favorable from the northwest to the southeast.The Shixi salient in the southeastern Luxi area should be the primary target for future exploration.

Junggar Basin,Luxi area,seismic reflection,seismic response,feature,lithofacies of volcanic rocks,spatial distribution pattern,Carboniferous

book=16,ebook=115

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.004

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(编号:2008ZX05025)与国家科技重大专项“深层有效储集体形成、分布规律与预测技术”(编号:2008ZX05008-003)。

孙国强,1977年生,博士;主要从事石油地质和构造地质学研究工作。地址:(730000)甘肃省兰州市东岗西路382号中国科学院兰州地质研究所。电话:(0931)4960853,13919119923。E-mail:sguoqiang@lzb.ac.cn

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.004

Sun Guoqiang,born in1977,holds a Ph.D degree and is mainly engaged in research of petroleum geology and structural geology. Add:No.382,Donggangxi Rd.,Lanzhou,Gansu730000,P.R.China

Tel:+86-931-4960853 Mobile:+86-13919119923 E-mail:sguoqiang@lzb.ac.cn