松辽盆地中生代火山岩地球物理特征及分布预测

徐淑娟，赵泽辉，姜晓华，程宏岗，崔俊峰，贾　丽，周文杰

(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；2. 中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室，河北廊坊 065007；3. 中国地质大学(北京)海洋学院，北京 100083)



松辽盆地中生代火山岩地球物理特征及分布预测

徐淑娟1，2，赵泽辉3，姜晓华1，2，程宏岗1，2，崔俊峰1，2，贾丽1，周文杰1

(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；2. 中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室，河北廊坊 065007；3. 中国地质大学(北京)海洋学院，北京 100083)

摘要：中生代火山岩是松辽盆地深层天然气藏的主力储层，主要发育在营城组和火石岭组。为预测中生代火山岩的分布及有利区带，结合地质、地震、测井等资料总结了火山岩的地球物理特征，进而对营城组、火石岭组火山岩分布及岩相进行识别，并结合烃源岩的分布对火山岩体进行了优选评价。研究结果表明，松辽盆地火山岩受基底断裂控制，地震反射剖面显示锥形或丘形火山岩多期叠置的特征，水平时间切片和相干体切片上火山岩体外形不规则，呈蚯蚓状或杂乱反射；地震相、地震属性分析等是识别火山岩岩相分布的有效手段，近火山口爆发相和溢流相为有利相带，低频弱振幅丘形地震相及代表了近火山口爆发相，低频强振幅丘形或透镜状地震相代表了近火山口溢流相；综合识别预测营城组和火石岭组火山岩363 个，面积为2.1×104km2，为火山岩勘探部署提供了依据。

关键词：松辽盆地；中生代火山岩；地球物理特征；分布预测

自20 世纪70 年代以来，中国先后在渤海湾、二连、准噶尔、松辽等盆地发现了火山岩油气藏[1-6]，松辽盆地中生代火山岩油气勘探获得重大突破，不仅打开了中国深层火山岩勘探的新局面[7]，而且推动了中国火山岩勘探和开发技术的飞速发展，一度成为近年来研究的热点[8-18]。

然而，火山岩储层非均质性强，岩相变化大，储层岩性、储集类型复杂多样，现有的各种针对火山岩储层的地球物理反演及预测技术存在局限性。特别是松辽盆地中生代火山岩储层通常埋藏深，地震资料分辨率不高，导致火山岩的时代与分组不确切，火山岩体识别、火山岩相划分不明确，有效储层识别及预测难度大[19]。前人已对松辽盆地火山岩储层识别预测开展了大量研究工作，郭洪岩等[20]利用SS2-1 井区11 口井的交叉式多极子阵列声波测井解释成果及岩心测试和录井资料，对松辽盆地营三段火山岩储层的岩石物理特征进行了研究；黄薇等[21]应用岩性、物性与测井曲线、地震属性响应等特征来识别火山岩储层，建立了火山岩储层预测方法；陆宝立等[22]综合运用地震属性分析、测井约束波阻抗反演、频谱分析等多种方法对松辽盆地南部哈尔金地区火山岩储层进行了预测；曾富英等[23]根据松辽盆地深层火山岩地质和地球物理特征，总结不同火山岩体在常规地震剖面的反射特征，建立了火山岩体的地震相识别模式，利用地震相模式识别和地震属性分析技术，对双城、王府、孤店、古龙、林甸5 个断陷开展了火山岩体识别和储层预测。本文在综合前人研究成果的基础上，结合目前应用的勘探配套技术，综合利用地质、地震和测井等资料及相应的勘探技术，对营城组和火石岭组火山岩的分布及有利区带进行了预测，旨在为火山岩油气勘探部署提供有利依据。

1 地质背景

松辽盆地为中—新生代大型陆相盆地，具有下断上坳的双层结构，其深层通常指泉二段及以下地层，包括上侏罗统火石岭组，下白垩统沙河子组、营城组、登娄库组、泉一段、泉二段(图1)。断陷期主要发育火石岭组、沙河子组和营城组。据目前研究成果，松辽深层是由多个独立断陷组成的断陷群，每个断陷自成含气系统[8]，沙河子组为主要烃源岩层，营城组火山岩为主要储层，登娄库组—泉头组为主要盖层[11]。松辽深层断陷发育箕状和地堑式两类结构模式，断陷内火山岩受断裂控制，具有沿基底断裂分布、呈不对称喷发模式的特征。从钻井资料来看，松辽盆地北部中生代火山岩主要发育在营城组和火石岭组(图1)，营城组火山岩是松辽盆地深层天然气勘探的主力储层，王府1 井在火石岭组火山岩获得日产气7.9×104m3工业气流，揭开了火石岭组火山岩勘探的序幕，目前王府、德惠及双辽断陷火石岭组火山岩勘探取得了良好效果。作为松辽盆地深层火山岩下一步勘探的新层系，火石岭组火山岩具有巨大的勘探潜力。

从勘探现状来看，松辽盆地深层火山岩气藏埋藏深度一般为3000～4500m，地层温度梯度一般为4～4.5℃/100m，火山熔岩类从酸性岩、中酸性岩、中性岩到中基性均有分布，包括球粒流纹岩、流纹岩、粗面岩、( 粗面) 英安岩、粗安岩、玄武粗安岩、安山岩、玄武岩等；火山碎屑岩主要有流纹质熔结凝灰岩、流纹质( 晶屑) 凝灰岩、流纹质角砾凝灰岩、流纹质火山角砾岩、火山角砾岩、集块岩等，孔隙度一般为3%～20%，渗透率一般为0.01～10mD。总体来看，火山岩储层具有埋藏深度大、地温梯度高、岩性复杂、物性变化大、非均质性强的特点。因此，如何有效识别火山岩储层成为松辽盆地深层火山岩天然气勘探的关键。

2 火山岩地球物理特征

火山岩通常具有速度较高、地震波吸收能量大、高密度、高磁化率、高电阻率的特征，这就为综合应用各种地球物理勘探方法提供了物理依据。本文结合地震剖面反射特征、水平时间切片特征、相干体技术等对松辽盆地中生代火山岩进行了识别及分布预测。

2.1 地震特征

2.1.1 地震剖面反射特征

通常而言，典型的火山机构一般具有清晰的顶底面反射边界，外形常表现为丘形或锥形反射，内部低频、强振幅、断续—较连续、蚯蚓状或杂乱状反射(图2)。通过解剖松辽盆地不同断陷的多个火山机构，发现火山岩具有以下特征：火山岩体沿基底断裂分布，由于岩浆活动基岩表现为杂乱反射；多期喷发的火山岩反射与沉积岩反射呈交错叠置特征；厚度较大的火山岩体或火山锥侧翼的沉积岩常常有超覆现象；火山锥上部常出现披覆构造或具有披覆构造特征的地震相，有的呈平行板状(图2)。

2.1.2 水平时间切片特征

徐家围子断陷安达地区营城组火山岩发育，厚度一般为50～500m(表1)，受两组断裂带控制，火山活动西强东弱，火山岩分布西厚东薄，西带以火山口相为主，东带以溢流相为主。

表1　徐家围子断陷安达地区火山岩发育统计表

通过地震剖面可以清晰地识别火山机构(图2)，而利用三维地震数据体在火山岩发育层段连续作水平时间切片，可以直接观察火山岩体在不同部位的平面形态变化(图3)。火山岩与沉积岩的岩石物性有明显区别，在火山岩发育部位，地层产状多变，相位排序无规律。其原因在于火山岩由岩浆喷出地表一般就近或经过一段距离的流动冷凝成岩，形态多变，分布无规律；而沉积岩经过长距离的搬运、分选、磨圆，再沉积成岩，一般层次清楚，分布规律性强。在水平时间切片上，火山岩表现为相对杂乱或断续的反射特点，反射规律性较差，与围岩有比较明显的边界，一般呈不规则状(图3)；厚层火山岩地震主频较低且稳定，具有较高的反射能量[24]；断陷盆地沉积岩的反射同相轴一般围绕主洼槽呈环状分布。

2.2 相干体特征

在相干数据体和倾角数据体上，火山岩边界与相邻地震道的反射特征差异明显，因此可以利用相干数据体对火山岩体进行识别。在相干体水平时间切片上可观测到一些蚯蚓状、环状或不规则状的线形结构(图4)，利用这些线形结构可以确定火山岩体边界，推测火山岩裂缝发育程度。徐家围子断陷dash2、dash3、dashX5 等井附近火山岩体发育(图4)，通过不同深度相干体切片的观察分析，认为火山岩体表现为火山口环形结构的特点。火山岩体中部蚯蚓状线形结构明显，还存在环形结构和蚯蚓状结构共同组成的“蜘蛛网”结构。这说明徐家围子断陷火山岩裂隙较发育，且上下连通，大大改善了火山岩储层的物性。

3 火山岩识别预测

3.1 火山岩分布预测

本文结合地震反射特征及相干体等平面属性特征，对松辽盆地营城组和火石岭组火山岩的分布进行了预测，预测结果表明：

(1)营城组火山岩大面积广泛发育，主要分布在林甸、古龙、徐家围子、英台、长岭、大安等断陷(图5)，该时期的火山喷发可分为两大期次：第一期喷发以营一段的酸性流纹质火山岩系为主，第二期喷发主要为营三段中性和酸性火山喷发岩，这两套火山岩之间为营二段暗紫色砂岩、砾岩、凝灰质砾岩与深灰色、灰黑色泥岩的不等厚互层。

(2)火石岭期火山岩沿深大断裂呈裂隙式喷发，受火石岭期北北东向深大断裂的控制，发育3 条北北东向火山岩带(图5)：双辽—梨树—德惠—榆树火山岩带；长岭南部—孤店—王府—莺山—双城火山岩带；大安南—古龙东北—林甸南火山岩带。

3.2 火山岩岩相识别预测

火山岩岩相研究是储层研究和目标优选评价的重要依据，松辽盆地钻井资料显示，火山岩工业气流井大多分布于爆发相、溢流相上部和下部，说明火山岩岩相控制了火山机构内优质储层的分布，因此识别火山岩岩相是预测火山岩有利储层的关键因素。

3.2.1 地震相分析

在测井相划分的基础上，依据地震反射外部几何形态和内部反射结构，结合松辽盆地实际情况，建立了不同火山岩岩相地震识别模式(表2)，并利用地震相分析对火山岩岩相的平面分布进行预测。

通过建立不同火山岩岩相地震识别模式发现：火山岩地震反射特征主要表现为丘形和层状火山岩体，它们代表了空间上不同火山岩相带分布，从火山口相→爆发相→溢流相→火山沉积相，火山岩地震外形反射特征由丘形向层状过渡；丘形火山岩体代表火山口相及近火山口相带，厚度大、分布范围较大，以爆发相、溢流相为主；层状火山岩体则代表的是远火山口相，厚度小、规模较小，以溢流相凝灰质火山碎屑沉积为主(图2)。

3.2.2 属性分析识别火山岩岩相

地震属性分析对于火山岩岩相识别具有一定的指导作用。对于地震岩相识别而言，由于形成环境不同，岩性参数会有很大的差异，进而引起地震剖面上反射特征的变化(包括振幅、波形、频率成分等)，从而在地震剖面上表现为不同地震相属性。通过提取多种属性对松辽盆地深层火山岩进行分析发现，振幅、频率属性对火山岩岩相有很好的反映。

结合地震相(表2)及频率、振幅属性分析发现：低瞬时频率属性能很好地反映丘形火山岩体的分布范围，即反映近火山口爆发相→溢流相火山岩体的分布(图6a)；强反射振幅属性反映了离火山口较远的薄层溢流相、火山岩沉积相火山岩体的分布范围(图6b)。地震属性变化规律：火山口相→爆发相→溢流相→火山沉积相，地震频率属性为低频→高频，振幅属性变化为弱振幅→强振幅→弱振幅。

表2　松辽盆地中生代火山岩岩相地震反射综合特征表

从徐家围子断陷安达地区营城组振幅反射强度(图6b)、平均瞬时频率(图6a)和相干体(图6c)属性平面图上可以看出，蚯蚓状、低频弱振幅丘形地震相与近火山口爆发相区域吻合，如dash2、dash3 井区等；低频强振幅丘形地震相代表了近火山口溢流相分布区域，如songsh1、songsh102 井区等；高频强振幅相与远火山口溢流相分布区域吻合，如dash1、dash6 井区等；高频弱振幅与火山沉积相、碎屑岩沉积相吻合，结合地震相及地震属性分析，明确了徐家围子断陷安达地区营城组火山岩岩相分布(图6d)。

3.2.3 有利区带分布预测

在火山岩及岩相分布预测的基础上，依据目前深层火山岩天然气勘探现状，综合利用全区地质、地震和测井等资料，结合火山岩岩相及烃源岩的分布特征，充分考虑火山岩优质储层主控因素，对条件充分、勘探程度较高的地区开展了火山岩有利区带分布预测。根据火山岩与生烃断槽的配置关系将其划分为3 类：一类火山岩近邻生烃主断槽，是天然气运聚的有利位置，源储配置关系最佳；二类火山岩源储配置关系次之；三类火山岩最差。共识别预测营城组火山岩245 个，面积为1.38×104km2，其中一类火山岩103 个，面积为0.85×104km2；二类火山岩81 个，面积为0.35×104km2；三类火山岩61 个，面积为0.18×104km2(图5)。识别预测火石岭组火山岩共118 个，面积为0.72×104km2，其中一类火山岩58 个，面积为0.39×104km2；二类火山岩38 个，面积为0.25×104km2；三类火山岩22 个，面积为0.08×104km2(图5)。

4 结论

松辽盆地中生代火山岩沿基底断裂大面积分布，通过对松辽盆地不同断陷多个火山结构解剖，发现火山岩具有多期叠置的特点，利用地震剖面反射特征、水平时间切片和相干体技术等可对火山机构进行刻画，从而落实徐家围子、长岭、英台等重点断陷的火山岩分布；在此基础上，利用地震相分析、瞬时频率属性和振幅反射强度属性对火山岩相进行划分，认为低频弱振幅丘形地震相与近火山口爆发相吻合，低频强振幅丘形或透镜状地震相代表了近火山口溢流相分布，从而落实了有利相带分布；在火山岩地球物理分析的基础上，结合烃源岩和储层的配置关系，预测一类火山岩面积1.24×104km2，预测成果可作为勘探探部署的依据。

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Geophysical Features and Distribution Prediction of Mesozoic Volcanic Rocks in Songliao Basin

Xu Shujuan1,2，Zhao Zehui3，Jiang Xiaohua1,2，Cheng Honggang1,2，Cui Junfeng1,2，Jia Li1Zhou Wenjie1

(1. Langfang Branch, PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Langfang，Hebei 065007, China;2.KeyLaboratoryofGasReservoirFormation&Development,CNPC,Langfang，Hebei065007,China;3.SchoolofOceanSciences,ChinaUniversityofGeoscience(Beijing),Beijing100083,China)

Abstract:Mesozoic volcanic rocks are the major payzone of deep gas reservoir in Songliao Basin, developed in Yingcheng and Huoshiling formation. In order to predict the distribution of Mesozoic volcanic rocks and the favorable zones, combined with the data from geological, sesmic and logging operations, the geophysical characteristics of volcano rocks has been summarized, and identified the volcano rock and facies from Ying Cheng and Huoshiling formations, the optimization and evaluation of volcanic rock body are also carried out based on the distribution of source rock. Research results show that: Volcano rocks were controlled by basement fault in Songliao basin, the seismic profile showing a cone or dome shape with multi period stacked feature of volcano rock, irregular appearance found in horizontal and coherent slices, with earthworm or complex shape reflection；Analysis of seismic facies and seismic attribute is an effective means for identifying the distribution of volcanic rock facies, the explosive facies and overflow facies around volcanic crater are the best favorable zone, the low frequency and weak amplitude seismic dome facies and zigzag logging facies with low resistivity are coincide with the explosive facies near the crater. Low frequency and high amplitude dome or lens-type seismic facies and medium-high resistance thick layered micro-tooth logging facies represented the overflow facies near the carter. All the 363 volcanic rocks were identified with area of 2.1×104km2 in Songliao basin, and provided a basis for exploration deployment in volcanic rock reservoir.

Key words:Songliao basin； Mesozoic volcanic rocks； geophysical characteristics； distribution prediction

基金项目：国家重大科技专项(2011ZX05007-005)资助。

第一作者简介：徐淑娟(1983 年生)，女，硕士，工程师，主要从事地震资料解释和储层预测研究工作。邮箱：xsj69@petrochina.com.cn。

中图分类号：TE122

文献标识码:A