火山—碎屑充填盆地的层序地层学研究——以松辽盆地长岭断陷为例

王 苗，陆建林，左宗鑫，王保华，李 浩，张彦霞

(中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126)

火山—碎屑充填盆地的层序地层学研究
——以松辽盆地长岭断陷为例

王 苗，陆建林，左宗鑫，王保华，李 浩，张彦霞

(中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126)

针对长岭断陷早白垩世地层受多期构造运动和火山改造影响，地层结构复杂、对比困难等问题，该文运用新采集的岩心、测井、地震及测年资料，在盆地形成的动力学机制及火山作用系统分析的基础上，以层序地层学、沉积学理论为指导，对断陷层结构及层序地层特征开展了研究。提出了“火山岩+碎屑岩”二元结构的层序界面识别方法，建立了长岭断陷早白垩世断陷层层序地层格架;提出了3种层序构成样式，分别为火山断陷湖层序构成样式，“火山岩+碎屑岩”二元结构的缓坡坡折型层序样式，“火山岩+碎屑岩”复合层状层序样式。这3种层序构成样式能有效确定生储盖层的组成特征。

层序构成样式;层序地层学;火山碎屑盆地;早白垩世;长岭断陷;松辽盆地

20世纪70年代，起源于被动大陆边缘盆地的层序地层学基本原理，以其概念的合理性、应用的可操作性和在海相油气预测中众多成功的实例，展示出强大的生命力并在全世界得到迅速发展。该理论随后进入国内并在我国陆相盆地中得到创新性发展，我国学者针对陆相湖盆复杂的构造运动、气候、沉积物供给、古地貌以及湖平面变化等特征，深入研究了陆相湖盆层序形成的动力学机制、层序界面划分、层序级别、层序模式及体系域构成等关键问题［1－4］。对于火山—沉积地层的层序地层学的研究，前人大都运用传统的研究方法，把火山岩地层作为碎屑岩层序模式中的一个地层体，包括层序界面和体系域划分、火山岩的充填样式及构造作用对火山岩地层层序的控制等［5－11］;对岩浆作用方式及其与沉积作用的关系缺乏系统研究，尚未开展二元结构的层序地层样式研究。总体来说，对于火山—碎屑沉积盆地中层序地层学研究相对薄弱。

松辽盆地长岭断陷早白垩世火山作用期次多、强度大、方式复杂［12］，具有火山作用和沉积作用形成的二元结构充填特点，且火山岩和沉积岩叠置穿插，配置关系复杂，给地层划分和层序地层研究带来很大困难。本文以地震、钻井资料为基础，围绕上述问题开展研究，对于揭示火山作用强烈地区层序发育和沉积充填特征，以及预测有利的生储盖组合都具有重要的理论和实践意义。

1 地质背景

长岭断陷位于松辽盆地中央断陷区南部，是在前中生代变质基底上发育的晚中生代火山岩、碎屑岩盆地。断陷层面积约 7 000 km2，发育 NNE、NNW以及近SN向3组方向基底断裂，将长岭断陷分为多个箕状单断的次级断陷，包括10个亚二级构造单元。本文的研究区为长岭断陷西南部长岭次凹、查干花次凹，主要由西部控凹断裂控制(图1)。

长岭断陷下白垩统可分为2大构造演化阶段，泉头组沉积前为伸展断陷阶段，发育火石岭组、沙河子组、营城组和登娄库组地层，包括2个裂陷期——断陷期和断拗转换期，泉头组沉积期为拗陷阶段。目的层火石岭组沉积时期断陷作用开始，伴随着一定规模的火山喷发，岩性为中基性火山岩和碎屑岩。沙河子组沉积期断陷作用加强，沉积了大套的暗色湖相泥岩。营城组沉积期，火山作用强烈，形成大套火山岩，局部夹碎屑岩地层(图2)。

2 二元结构层序地层格架的建立

2.1 层序界面的识别

图1 松辽盆地长岭断陷西南部构造单元Fig.1 Tectonic units of southwestern Changling Fault Depression，Songliao Basin

综合运用火山岩测年资料、岩心、测井、地震资料来进行层序界面的划分。(1)火山岩测年为地层划分提供了可靠的依据。通过采用锆石U－Pb LA－ICPMS和锆石SHRIMP测年法，对火石岭组和营城组20多个火山岩样品进行测试，明确了该地区部分地层的归属问题;(2)收集整理长岭断陷98口钻井最新测录井资料，结合岩心资料，对断陷层地层发育相对齐全的重点钻井进行层序界面划分和精细的地层对比;(3)对新收集和已有的地震资料开展层位标定及追踪解释，建立研究区层序地层格架。本次研究在长岭断陷断陷层，划分出了SB1－SB7共7个层序界面(由于SB2界面是火石岭内部的层序界面，不是本文的研究重点层段，故不作描述)，其中SB1，SB3，SB5，SB7分别对应T5，，，T4(图2)。

图2 松辽盆地长岭断陷下白垩统地层发育特征Fig.2 Stratigraphic characteristics of Lower Cretaceous，Changling Fault Depression，Songliao Basin

2.1.1 基底古隆起与层序界面的识别

以长岭次凹东部—达尔罕低凸起地区为例，该地区位于长岭次凹与查干花次凹之间，总体为南北向凸起带。钻井资料显示，LS1井钻遇基底变质岩，之上为营城组火山岩地层。SB1界面具有较明显的反射特征，下部为弱振幅杂乱—弱反射，为大型古火山基底;上部为中强振幅较连续反射特征，为营城组火山岩或沙河子组碎屑岩地层。古地貌对沙河子组地层有明显控制，沙河子组地层超覆在基底之上，SB3、SB4、SB5界面与古隆起斜坡侧向相交(图3)。

2.1.2 后期岩浆作用对层序界面的破坏

岩浆的喷发、侵出、侵入作用均会破坏早期地层，使层序界面的识别相对困难。长岭断陷长岭次凹(DB10、LS2井)和查干花次凹(YS2、YS4井)在营城组、登娄库组沉积期的火山作用，对沙河子组及营城组早期地层起到了较强的破坏作用。

DB10井处登娄库组沉积末期发生强烈的中心式火山喷发，火山岩刺穿上覆地层喷出地表，原始沉积界面被破坏，不整合界面应从周边地区追踪过来并穿过该火山通道，按地层发育趋势推测层序界面。LS2井附近后期岩浆部分侵入到沙河子组中，部分侵出到营城组中，SB4、SB5界面应顺着地层趋势穿过该岩体追踪(图4)。部分地区后期岩浆并没有穿过层序界面，而是侵入到地层中间，如YS2、YS4井处营城组沉积末期岩浆侵入沙河子组塑性泥岩地层中，形成透镜状花岗岩体，使上覆沙河子组及营城组地层发生较强的变形(图4，5)。

2.1.3 沉积作用同期的火山作用中层序界面的划分

前人研究认为，整个松辽地块的中生代沉积盆地的形成与火山活动有密切联系，岩浆沿深断裂上涌，造成岩石圈下的物质和浮力亏空，引起岩石圈的沉降形成沉积盆地。空间上火山岩带的分布控制了沉积盆地的分布;时间上火山岩层的出现导致了沉积的发生和沉积盆地发展演化阶段的更替，构成了“盆岭相间、先火后沉”的因果关系［13］;也有学者认为一个完整的火山—沉积旋回可作为划分层序的基础。长岭断陷作为松辽盆地最大的断陷，其火山活动对层序发育有明显的控制作用。火石岭和营城组沉积初期2次大的火山喷发，各代表了1个二级层序的开始，该二级层序的结束分别以火石岭组和营城组末期的抬升剥蚀为止;中间相对平静的沙河子组为一个二级层序，顶部为构造不整合面。本次研究，在沙河子组和营城组各识别出了1个三级层序界面，沙河子组内部层序界面为沉积不整合面，营城组内部层序界面为营二段碎屑岩和营三段火山岩之间的沉积不整合面。

研究区断陷层界面反射特征明显、相对容易追踪的不整合界面为T5(SB1)、(SB5)和T4(SB7)， T4(SB7)界面之上为登娄库组河流相碎屑岩，形成明显的角度不整合界面。相对于凹陷中央而言，边部斜坡或古隆起带上的地层由于更容易遭受侵蚀作用形成明显的不整合界面，层序界面易于识别。

在长岭次凹东部—达尔罕低凸起上，SB6和SB7界面在地震剖面上具有明显的识别标志。SB6界面之下为中频弱振幅反射，上部为低频强振幅反射;SB7界面下部为低频强振幅反射，上部为中高频中振幅较连续反射，顶部见明显的削截现象。该界面在钻井上也反映出明显的不整合特征，DS1和LS1井均揭示，SB6界面之下为棕色泥岩和含灰绿色砾质凝灰岩，为暴露氧化沉积。该套碎屑岩与下部火山岩构成了一个完整的火山—沉积旋回，与上部SQK1yc2火山岩呈不整合接触。同时，DS1和LS1井火山岩测年数据显示，营城组下套和上套火山岩年龄分别为110 Ma和105 Ma左右，为营城组内部2期火山活动的产物，对应SQK1yc1和SQK1yc2层序(图3)，为层序划分提供了依据。SB7界面在钻井上以紫红—棕色泥岩、杂色砂砾岩为识别标志。

图3 松辽盆地长岭断陷达尔罕地区层序界面识别Fig.3 Sequence boundaries in Daerhan area，Changling Fault Depression，Songliao Basin

图4 松辽盆地长岭断陷火山作用方式模式Fig.4 Volcanism patterns in Changling Fault Depression，Songliao Basin

图5 松辽盆地长岭断陷查干花次凹层序界面识别Fig.5 Sequence boundaries in Chaganhua area，Changling Fault Depression，Songliao Basin

在查干花次凹中，SB5、SB6、SB7界面在钻井上比较容易识别。SB5界面下部为沙河子组泥岩，上部为SQK1yc1的火山岩、粗碎屑岩，该界面在地震剖面上表现为明显的波阻抗界面，可连续追踪。SB6界面下部为SQK1yc1碎屑岩，为中弱振幅弱反射，上部为SQK1yc2大套火山岩，为低频中强振幅较连续反射。火山岩测年表明，YS3井下部火山岩段年龄在125 Ma左右，YS3和YS5井上部火山岩年龄为104～107 Ma之间，分别对应火石岭组和营城组SQK1yc2地层(图5)。SB7界面之上为登娄库组河流相碎屑岩，振幅较下部火山岩段弱，界面容易识别。

长岭次凹南部火山作用较弱，主要为碎屑岩地层，层序界面的识别相对容易。在长岭次凹边部SB5、SB7界面可见明显的削截反射，表明在沙河子组和营城组沉积末期地层遭受强烈的抬升剥蚀作用。在长岭次凹东南部SB5、SB6界面，可见明显的上超反射，反映此时湖平面处于相对上升的过程。这些界面与火山岩地层中的不整合界面可以对应起来。

2.2 层序格架的建立

通过以上方法，建立了研究区层序地层格架，并对二元结构的地层充填特征进行了分析。

在长岭次凹南部，沙河子组地层厚达700 m，SQK1sh1、SQK1sh2层序中均发育低位、湖扩、高位体系域，在SQK1sh2中湖扩体系域相对更为发育，表现为厚度大，分布范围更广泛，在钻井上表现为大套暗色泥岩或煤层。营城组火山主要位于洼陷东南部东岭及达尔罕断凸附近，火山岩分布范围相对较小，洼陷中央仍以碎屑岩为主。营城组SQK1yc1层序相对更发育，包括低位、湖扩、高位体系域，SQK1yc2受营城组沉积末期构造运动影响，顶部地层遭受剥蚀，高位体系域相对不发育。在长岭次凹北部，SQK1sh1、SQK1sh2层序均发育。营城组沉积期岩浆作用强烈，部分岩浆侵入地层，部分岩浆喷出或侵出地表。SQK1yc1和 SQK1yc2层序均发育2个火山—沉积旋回，即下部为火山岩，上部为碎屑岩。

在查干花次凹中，SQK1sh1、SQK1sh2层序整体具有西厚东薄的特征，厚度中心分别位于查干花南北断裂附近，地层厚度在500 m以上。SQK1yc1底部火山岩层较薄，碎屑岩相对更为发育，SQK1yc2中火山岩厚度大，分布广，在整个凹陷中均十分发育，碎屑岩仅在局部可见(图6)。

3 沉积充填模式

在以上建立的层序格架基础上，对长岭断陷“水火”二元结构进行了综合研究，提出了以下3种典型的层序构成样式(图7－9)。

3.1 火山断陷湖层序构成样式

图6 松辽盆地长岭断陷火山—碎屑充填的层序发育模式Fig.6 Sequence model of volcanic and clastic sediment in Changling Fault Depression，Songliao Basin

图7 火山断陷湖盆层序构成样式Fig.7 Sequence architecture of volcanic fault lake sequence pattern

图8 火山岩—碎屑岩二元结构的缓坡坡折型层序样式Fig.8 Sequence architecture of gentle slope composed by“volcanic and sedimentary rocks”dual structure

图9 火山岩—碎屑岩复合层状层序样式Fig.9 Sequence architecture of“volcanic and sedimentary rocks”constitute straticulate structure

该层序构成样式表现为古火山在沙河子组沉积期相对稳定，和西部控洼断裂共同控制龙凤山次洼沙河子组湖相地层，古火山附近SQK1sh1、SQK1sh2低位体系域中发育盆底扇，由古火山提供物源，SQK1sh1、SQK1sh2湖扩和高位体系域也发育，沉积了大套湖相暗色泥岩。控洼断裂附近沙河子组主要发育扇三角洲相(图7)。

古火山在营城组沉积期活动，发生较大规模的火山喷发，在营城组顶部形成大面积中基性板状熔岩流，与营城组下部的碎屑岩纵向叠置。

3.2“火山岩+碎屑岩”缓坡坡折型层序样式

在东岭斜坡带营城组沉积期火山作用强烈，部分喷出地表形成玄武岩台地，部分侵入沙河子组地层。在SQK1yc1火山喷发末期，由于底部岩浆压力降低，部分岩浆侵入沙河子组，改变了原始地层形态并形成明显的坡折。在后期沉积作用下，形成了“火山岩+碎屑岩”二元结构的缓坡坡折型层序样式(图8)。

3.3 “火山岩+碎屑岩”复合层状层序样式

在查干花地区火山活动更频繁，火山岩分布范围更广。营城组沉积期火山呈混合式喷发，包括早期和晚期2次火山作用，早期喷发的层状火山岩与上覆沉积岩构成一个完整的火山—沉积旋回，晚期喷发的火山岩覆盖在沉积岩之上，呈不整合接触，总体为复合层状层序样式(图9)。

4 油气勘探意义

对火山断陷湖盆层序构成样式分析表明，在龙凤山次洼SQK1sh1、SQK1sh2中湖扩体系域发育，可作为良好的烃源岩，SQK1sh2和SQK1yc1中低位浊积和高位三角洲砂体是良好的储层，上部湖扩体系域和高位体系域中泥岩可作为盖层，形成岩性油气藏。目前在该地区钻探的多口井获得高产工业油气流。东岭斜坡带处于长岭断陷的斜坡区，是油气运移的长期指向区。该地区断陷层发育火山岩—碎屑岩二元结构的缓坡坡折，砂岩十分发育，可作为良好的储层。前期勘探证实，在东岭地区沙河子组和营城组碎屑岩中均获得了工业油气流，在火山岩中也获得了油气显示。查干花地区火山岩—碎屑岩呈复合层状发育，勘探证实，营城组顶部火山岩和砂砾岩中均有气发现，均可形成良好储层。

5 结论

(1)在对盆地形成的动力机制及火山岩与沉积岩形成过程的研究基础上，将长岭断陷早白垩世断陷层划分为3个二级层序，6个三级层序，确定了长岭火山断陷盆地三级层序地层格架。

(2)在等时地层格架基础上，对长岭断陷“水火”二元结构进行了综合研究，提出了3种典型的层序构成样式:古火山断陷湖盆层序构成样式，火山岩—碎屑岩二元结构的缓坡坡折型层序样式，火山岩—碎屑岩复合层状层序样式。

(3)勘探实践表明，这3种层序构成样式对于明确该地区复杂的二元结构，揭示生储盖层发育特征，落实有利区带和目标具有现实指导意义。

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(编辑 徐文明)

Sequence stratigraphic research of volcanic and clastic sediment basins: A case study of Changling Fault Depression in Songliao Basin

Wang Miao，Lu Jianlin，Zuo Zongxin，Wang Baohua，Li Hao，Zhang Yanxia
(Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi，Jiangsu 214126，China)

The Early Cretaceous is complicated and hard to compare since it was influenced by multiple tectonic movements and volcanism.In order to resolve the problems mentioned above，we studied stratum structure and sequence stratigraphy based on freshly obtained outcrop，core，well logs，seismic and dating data，using basic principles of sequence stratigraphy and sedimentology.The kinetic mechanism and volcanism in this area were also considered in the research.Some identification methods for dual-structure basins with“volcanic rocks and sedimentary rocks”were put forward，and the stratigraphic sequence framework of the Early Cretaceous in the Changling Fault Depression was set up.Three sequence patterns were proposed:volcanic fault lake sequence，gentle slope composed of“volcanic and sedimentary rocks”in a dual structure sequence，and“volcanic and sedimentary rocks”constitute straticulate(finely laminated)sequence.These sequence patterns have a guiding significance for identifying source，reservoir and cap rock assemblages.

sequence stratigraphic pattern;sequence stratigraphy;volcanic debris basin;Early Cretaceous; Changling Fault Depression;Songliao Basin

TE121.34

A

1001－6112(2016)06－0796－07

10.11781/sysydz201606796

2015－09－01;

2016－10－09。

王苗(1985—)，女，硕士，工程师，从事层序地层学、沉积学研究。E-mail:wangmiaowx.syky@sinopec.com。

中国石化科技开发部项目“长岭断陷结构与充填特征及成藏组合研究”(P13073)资助。