火山旋回划分方案对比及在储层预测中的意义

郝 彬

（中油勘探开发研究院，北京 100083）

引 言

近年来，随着在多个盆地火山岩地层中获得工业油气流，显示了火山岩油气藏良好的勘探前景。火山岩本身不具备生烃能力，相邻层系是否发育有效烃源岩对火山岩成藏起着至关重要的作用，目前已发现的油气藏均与烃源岩近距离接触[1]。因此，如满足近源接触条件，良好的储层发育位置和断裂共同控制着油气藏的空间分布。而火山岩储集层主要是受岩相、岩性和裂缝发育程度控制[1]。火山旋回作为反映某火山行为的一个规则层序，其划分和对比对于火山岩相空间展布特征的研究和火山岩储层预测有一定的指导意义。对此不同学者提出了不同的火山旋回划分方案，差异明显[2-6]。因此，在总结前人的研究基础之上，对比各个方案并探讨火山喷发旋回在储层预测中的适用性，望能够为火山岩油气藏的勘探和开发提供一些依据。

1 划分方案对比

目前，中国在火山岩油区进行储层精细描述和火山机构的详细解剖时，所采用的方案详见表1。如罗权生等[3]在研究三塘湖盆卡拉岗组火山岩时，提出了旋回—亚旋回—期次—韵律—层的5级划分方案，冀国盛等[4]在研究金湖凹陷以熔岩流为主的火山岩时，采用旋回—亚旋回—岩流组—岩流单元作为火山地层划分单位。

表1 火山旋回、期次划分方案

注：方案6适用于火山活动时限较短，岩性、岩相变化较慢的火山岩区

对上述方案进行对比可以看出，术语复杂，且与岩石地层单位对比，对应单位的级别相差很大。以“旋回”为例，最大到“群”[2-3]，最小到“亚段”[5-6]，总体上缺乏可操作性。大部分学者都将“旋回”对应于火山机构[2-3,5]，则“旋回”应当理解为火山活动长期的有规律的演变，且由于不同火山机构的叠置在区域呈不整合接触，“旋回”应与“组”或若干个“组”对应，建议在火山旋回划分中不使用“组”这个划分单位。

杨帝等[6]认为的“旋回”、分别与罗权生等[3]提出的“期次”、冀国盛等[5]提出的“岩流组”相当。与岩石地层单位相比，有些学者[5，6]认为其相当于段的一部分，但这种对比有些绝对，有时也可以对应于段（图1）。因此在地层划分时也不建议使用“段”这个单位。

“岩流组”作为火山岩地层划分与对比的基本单位的方案[4]可以很好的应用于以熔岩为主的火山岩地区，但在以火山碎屑岩为主的地区则无法使用。由于火山岩剖面纵向上岩相变化快，一个单层可能对应于一种岩相，因此，旋回—组—岩相—层的四级划分方案[1]不能很好的应用于纵向上岩相变化过快的区域。

另外，上述方案的级次同样也存在着显著地差异，从3级至5级。如何采用适合的方案以及对于地层级次的确定，必须考虑火山活动的特征以及火山活动的时限。从火山喷发活动的一般规律来看，总体上都是一个由强变弱的活动，风化壳层、沉积夹层或侵出相的出现意味着一次火山喷发活动的结束[7]。风化壳层和沉积夹层的厚度及其空间上的分布面积，应当是确定火山喷发级次的最关键参数之一。而火山岩相序组合合理的归纳则是确定火山喷发最小组合（即一次火山喷发）的主要依据。火山岩相序主要取决于火山喷发方式和距离火山活动中心的远近，同时火山喷发方式又与岩性密切相关[3]。一般来说，中酸性岩、碱性岩区以爆发相开始，中基性火山岩以喷溢相开始。而酸性、中性、基性都存在的岩区，主要存在基性—中性—酸性和酸性—中性—基性2种相序。远离火山活动中心的地区则主要为火山碎屑岩与沉积岩的互层。火山活动时限以及垂向上岩性的变化则是考虑采用几级划分方案的主要依据，因为“旋回”和“层”可以代表最大与最小的单位，当火山活动时限较短以及岩性单一时，其间可能只夹有一到两个单位，如冀国盛等[4]采用的4级划分方案。当活动时限较长且岩性变化较快时，则应考虑采用5级划分方案。

总体来看，旋回—亚旋回—期次—韵律—层的5级划分方案[3]相对较为合理，不仅避免了和传统岩石地层单位和岩相等名称的混淆，而且能够反映火山喷发的一些特征。内蒙古地区晚中生代火山岩活动时限长且岩性岩相变化快，因此，本文采用此方案对其进行火山旋回、期次的划分，进一步讨论此方案的合理性（图1）。

从图1中看出，克什克腾旗地区晚中生代火山岩可划分为2个火山活动旋回，即早期满克头鄂博组旋回和晚期白音高老组旋回,活动时限分别为157～174Ma和123～131Ma[8]，其间约26Ma喷发间断，在炒米房地区表现为满克鄂博旋回顶部沉积一套厚约46.8m的凝灰质砂岩， 空间上分布较广。满克头鄂博旋回可分为满克头鄂博和玛尼吐2个亚旋回，分别对应于满克头鄂博组和玛尼吐组。玛尼吐亚旋回又可分为3个喷发期次，13个喷发韵律。期次Ⅰ对应于玛尼吐组下段，分为4个韵律，每个韵律都表明了火山活动由强到弱的变化，往往以爆发相的火山角砾岩开始，然后为溢流相的安山岩，最后火山活动停止，形成一些厚度较薄的砂岩、粉砂岩。期次Ⅰ与期次ⅠⅠ之间为7.3m厚的河流相砂岩，见冲刷面，粒序层理发育。期次ⅠⅠ、ⅠⅠⅠ对应于玛尼吐组的上段，其间为一层较厚的风化壳。与期次Ⅰ相比，期次ⅠⅠ、ⅠⅠⅠ以溢流相为主，爆发相与正常沉积相减少，仅在期次ⅠⅠ的底部与期次ⅠⅠⅠ的顶部发育。大部分韵律都以灰绿色辉石安山岩开始，以紫色安山岩结束，然后接受后期的改造，韵律之间一般为风化剥蚀面。因此，认为此方案中“亚旋回”不应只对应于“段”或“段”的一部分，还可对应于 “组”，“期次”也对应于 “段”或“段”的一部分。

图1 内蒙古克什克腾旗炒米房晚中生代火山岩柱状图

对于火山活动时限较短且垂向上岩相变化较慢的火山岩区，尤其是裂隙式喷发区，4级的划分方案更为合适，鉴于“旋回”“亚旋回”“韵律”“层”这些术语都能较好的反应火山喷发活动的特征，本文提出采用旋回—亚旋回—韵律—层4级地层划分命名方案来研究火山活动时限较短及垂向上岩性、岩相变化较慢的火山地层。

2 火山岩相空间展布及储层物性特征

裂隙式火山喷发没有强烈的爆炸现象，喷出物多为基性熔浆，冷凝后往往形成覆盖面积广的熔岩地台。如河北张家口以北的中新统汉诺坝玄武岩，厚度数十米至600多米，几乎为溢流相玄武岩组成，并且每层玄武岩在空间上都延伸很广，且厚度相对稳定。每一层可划分出3个不同的熔岩微相[4]，上部、下部为气孔、杏仁状玄武岩，中部为致密玄武岩。其中这些气孔并不总是相互连通的，渗透性往往不好[9-10]，但只要经过后期的构造作用、风化淋滤等作用，这些气孔状玄武岩就能形成很好的储层。在这些熔岩层之间往往能见到烘烤层（图2a），而风化壳黏土层（图2b）和沉积夹层(图2c)则少见。

图2 内蒙古赤峰地区中新生代火山岩地层的部分露头

呈中心式喷发的火山机构，一般分为火山口—近火山口、近源和远源3个相带。火山口—近火山口相组由火山通道相、次火山岩相、侵出相组成，有时存在火山口湖相(图 2f)，该相带的火山岩厚度大、倾角大、并具有孔隙大、裂缝宽长、孔喉半径大且分选好的特征，多属于高孔高渗透的储层，但延伸距离小，岩相变化快[11]。近源相组由层状或楔状熔岩和粒径较大的火山碎屑岩构成，该相带火山岩厚度中等、倾角大、延伸较远，并具有孔隙中等、裂缝窄小、孔喉半径较大且分选较好的特征,多属于高孔中渗透的储层。远源相组由粒径较小的火山碎屑岩和沉凝灰岩，以及薄层状的熔岩构成，一般情况下储层物性较差，后期的改造作用是其能否成为优质储层的重要作用，如有机酸对火山碎屑物的溶蚀。

3 火山旋回划分在储层预测中的适用性

庆深气田勘探经验表明，火山旋回划分最主要的意义在于可以迅速锁定勘探目标区和目的层，降低勘探成本和风险[12]。但在火山岩区不同的区域，对于火山旋回划分的精度要求不一。火山口区不仅储层发育（如隐爆角砾岩、火山渣以及风化淋滤作用发育），更是油气运移的指向区，但每一期喷发都对前一期有不同程度的改造，造成火山口区成层性差，且地层序列混乱，因此在火山口区进行火山旋回划分时，对于“韵律”与“层”的划分就显得意义不大，因为即使是在距离很短的情况下，“韵律”在空间上是无法横向对比的，所以，在火山口区或者是近火山口区，主要以进行含油气的“期次”识别为主。 随着距火山口距离增大，火山岩成层性变好，岩相变化变慢，那么在距火山口较远的地区，在较小的范围内进行“韵律”甚至是“层”这种小级别的储层横向预测对比是可行的。而裂隙式喷发由于岩相单一，每个喷发“韵律”甚至“层”的空间延伸范围更广，所以相对于中心式火山喷发区，横向上储层可对比的范围更大。

火山旋回划分另一个重要的意义是对不同级别，不同类型地质界面的识别。不同的地质界面往往对火山岩成藏起着不同的作用。“旋回”、“亚旋回”之间的火山喷发不整合面不仅仅可以作为区域上油气运移的通道，长期的风化淋滤对于储层的改善有也着显著地作用，而且“期次”、“韵律”间的短期喷发间歇面也会对储层的物性起到一定的作用（图2b）。孔渗较好的沉积夹层一般有利于储集空间的扩展[13]，同时当埋藏较浅时也可以作为油气的运移通道，但有时也导致无法形成有效的储盖组合[14]，徐春华等[14]讨论了火山岩盖层体系域构成与圈闭有效性的关系，认为只有低位体系域和湖扩张体系域的泥岩直接覆盖的火山岩体才能成藏，而低位体系域、 湖扩张体系域和高位体系域形成的砂体所覆盖的火山岩体,因缺乏有效盖层而难以成藏。另外，如果“旋回”、“亚旋回”间存在比较厚的煤层或暗色泥岩，其上下的火山岩则会成为油气富集的有利层位。

4 结 论

（1）通过对各个火山旋回划分方案对比，认为“旋回”、“亚旋回”、“期次”、“韵律”、“层”这些术语更能够反映火山喷发的特征。旋回—亚旋回—期次—韵律—层的 5级划分方案适用于火山活动时限较长，岩性、岩相变化较快的火山岩区。旋回—亚旋回—韵律—层的4级划分方案则更适用于火山活动时限较短，岩性、岩相变化较慢的火山岩区。

（2）“旋回”、“韵律”的识别应当是进行火山岩地层划分的首先任务，这决定了该采用几级的划分方案。针对不同方式的火山喷发区，以及火山机构不同的位置，对于火山旋回、期次的划分精度要求是不一样的。

（3）“旋回”、“亚旋回”、“期次”、“韵律”之间的界面，与火山岩油气藏成藏有着密切的联系，对其正确的认识是提高勘探成功率的关键。

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