中基性岩系火山地层、架构和储层:松辽盆地埋藏古火山与长白山现代火山对比研究

王璞珺,何凯伦,衣 健,王寒非,孙 松,陈海潮

(1.吉林大学地球科学学院,吉林长春130061;2.坎特伯雷大学地球科学系,新西兰基督城8041)

“油储”国家自然科学基金重大项目“30年(1988—2018)地质-地球物理综合研究”大大促进了松辽盆地火山岩油气勘探开发[1],2000年以来,在松辽盆地白垩纪火山岩层序中发现了一系列大中型火山岩气藏和油藏[2]。截止2009年,火山岩油气勘探开发主要集中在流纹岩等酸性岩类[3]。2010年以来,在松辽盆地北部安达断陷营城组和南部德惠断陷火石岭组的中基性火山岩中,实现了油气发现和勘探突破[4]。长期的勘探开发和实践研究表明,埋藏古火山与现代火山对比研究是揭示火山岩组合与分布规律的有效途径[5]。长白山地区出露的第四纪中基性火山岩系与松辽盆地白垩纪埋藏中基性火山岩系在火山架构、火山地层和叠置方式以及气孔杏仁等原生结构构造方面存在诸多相似性,二者的对比研究对于揭示埋藏古火山和更好地认识现代出露火山均具有重要的借鉴意义。出露火山能够观察到火山岩系的细节,而埋藏古火山保留了多期喷发物相互叠置的时空组合关系。

松辽盆地下白垩统断陷期充填主要为火山成因地层序列[6],其中营城组火山岩为多中心、多期次喷发的产物,表现出典型的多期叠加复合火山机构特征[7-10]。火山机构为一定空间和时间范围内,在火山通道及其附近形成的各种堆积物及其结构构造的总称,按火山堆积物距离喷发源的相对远近可以分为中心相带、中部相带和远源相带[3,11]。盆地内的火山地层和火山机构可以利用地震反射特征和测井曲线特征加以识别[12-14]。勘探和实践研究表明,可以作为良好储层的盆地火山岩组合,主要见于复合火山机构的中心相带[15-17]。

长白山地区火山活动始于早第四纪早期,一直持续到现代[18],具有喷发历时长、喷发期次多、喷发中心不断迁移的特征,属于多期喷发形成的层状复合型火山[19]。历经造盾、造锥和碱流质火山碎屑等喷发阶段[20],长白山地区相继发育了单源火山田、洪泛玄武岩田、熔岩盾火山、中心式火山和层状复合火山5种火山架构,是全球近2000年以来规模最大、形成和保存最完整的以中基性岩为主的现代火山[21-22]。孔隙度高达60%及以上的浮岩在长白山地区分布面积大,单层厚度可达近百米。在2000年前后的火山岩油气勘探早期,人们曾试图在松辽盆地寻找浮岩储层,但未获成功[3]。最新研究表明,火山岩优质储层主要出现在各个火山喷发期次之间的火山地层界面附近,但其形成机理尚有待进一步研究[23]。

本文通过对松辽盆地中基性岩系埋藏古火山和火山岩储层的典型解剖,并将其与长白山地区出露的以中基性岩系为主的现代火山进行对比,探索中基性火山岩系的火山地层、火山架构以及火山地层界面发育规律及地震、测井响应特征,进而揭示火山岩储层的发育规律及其地质-地球物理识别标志；重点探索浮岩的形成与保存规律以及火山地层界面控制火山岩有效储层的地质机理。

1 中基性火山岩系的岩性岩相和地球化学特征

松辽盆地徐家围子断陷下白垩统火山岩是火山岩储层的集中发育区,岩性为中基性到酸性火山岩;岩相主要为溢流相、爆发相和火山通道相,在北部安达地区见侵出相。XS1井是徐深气田的天然气发现井,以该区块为例介绍火山岩的岩性岩相一般特征。该区火山岩岩性主要为流纹岩、流纹质(晶屑/岩屑)凝灰熔岩、流纹质晶屑(岩屑/玻屑)凝灰岩等。其中,火山碎屑(熔)岩类总量约占75%,可见本区火山作用方式以爆发和溢流等复合作用为主。厚层火山岩之间夹有少量沉积岩,约占4%,它们夹于火山旋回之间,是划分火山旋回的重要标志层。徐深区块火山岩岩相特征为:以爆发相为主(66.2%),其次为喷溢相(25.8%),火山通道相、侵出相和火山沉积相所占比例较少。爆发相中,热碎屑流亚相所占比例较大(57%),是本区最常见的火山岩亚相类型。本区火山作用方式以爆炸式强烈喷发为主,喷发类型通常为武尔卡诺式(Vulcanian)和培雷式(Pelean)喷发。钻井资料显示,酸性岩与中基性岩互层或侧向叠置是火山岩系发育的普遍规律。例如徐东地区以广泛发育酸性火山岩为特点,但亦有多口钻井揭示有玄武岩、安山岩和粗面岩等中基性火山岩发育。徐家围子断陷中基性火山岩主要见于安达-汪家屯地区,该地区以广泛发育中基性火山熔岩为特征。对徐家围子断陷53口井进行了全井段火山岩岩性厚度统计,结果显示,该区酸性岩、中基性岩和沉火山碎屑岩都占一定比例(图1a),岩相类型除主体的喷溢相和爆发相外,亦见火山通道相和侵出相(图1b)。

图1 松辽盆地徐家围子断陷储层火山岩岩性(a)和岩相(b)构成

在松辽盆地,钻遇深层火山岩序列的钻井有200多口。将火山岩化学分析结果综合起来绘制成TAS图(图2),可以看出松辽盆地深层火山岩地球化学成分类型主要有9种,分属于亚碱性和碱性两个系列。亚碱性系列包括玄武岩(图中数字标号区为11,下同)、玄武安山岩(12)、安山岩(13)、英安岩(14)、流纹岩(15),以安山岩、英安岩、流纹岩居多;碱性系列包括粗面玄武岩(6)、玄武粗安岩(7)、粗安岩(8)、粗面岩(9),以玄武粗安岩、粗安岩、粗面岩居多。

图2 火山岩TAS图解(松辽盆地白垩纪火山岩与长白山第四纪火山岩化学成分对比)

长白山现代火山自2.56Ma以来,经历了大约18期规模较大的火山喷发,在火山岩地球化学成分上,构成了完整的从玄武岩经由粗面岩到碱性流纹岩的基性-中性偏碱性-酸性偏碱性的喷发旋回(图3),岩相以溢流相为主[24]。从TAS图(图2)可以看出,长白山火山岩岩石化学成分类型主要有7种,分属于亚碱性和碱性两个系列,且碱性居多。亚碱性系列包括玄武岩(11)、玄武安山岩(12)、流纹岩(15);碱性系列包括粗面玄武岩(6)、玄武粗安岩(7)、粗安岩(8)、粗面岩(9),以粗面玄武岩、粗面岩居多。长白山现代火山在火山地层和火山架构上,经历了三期火山岩序列的建造,即玄武岩台地(造台期)、粗面岩盾状凸起(造盾期)和黑曜岩-碱流岩穹窿(造锥期)。将长白山火山岩地球化学分析结果投于图2上,使其与松辽盆地埋藏古火山的对比更清晰,可见松辽盆地和长白山地区火山岩从中基性至酸性皆有发育,但长白山地区火山岩多属于碱性系列,且中基性火山岩更发育,而松辽盆地火山岩多属于亚碱性系列,且酸性火山岩更发育。

图3 长白山地区典型火山岩岩性剖面特征a 玄武岩;b 粗面岩;c 碱流岩;d 黑曜岩

2 中基性岩系火山地层和火山架构

近年的火山岩油气勘探揭示,松辽盆地不仅发育酸性岩储层及其油气藏,而且在松辽盆地北部安达断陷和南部梨树断陷中基性火山岩中陆续发现了优质储层和高产油气藏[25]。为了更好地揭示中基性岩系火山喷发规律和喷发物堆积序列特征,在松辽盆地东南缘火山岩露头区实施了一口针对营城组中基性火山岩内幕的全取心钻井(营三D1井)。该井自地表向下深度为254m,整体上揭示了营城组中基性岩系的火山岩地层序列(图4a)。在此基础上,依据岩性组合、岩相序列和火山地层界面可以将营城组中基性火山岩系划分为3个喷发旋回,由下而上依次为:旋回一,厚度约50m,岩性以流纹质火山碎屑岩为主,夹凝灰质砂岩、砂砾岩和透镜状流纹岩,岩相以爆发相为特征;旋回二,厚度约190m,岩性以玄武岩为主,发育气孔构造、块状构造和隐爆角砾结构,大套玄武岩中间夹有薄层风化壳和风化产物构成的含外碎屑沉积岩(厚度<1m),岩相以喷溢相为主,其次为火山通道相;旋回三,钻井揭示厚度约16m,结合剖面出露部分累计总厚度约70m,下部岩性主要为流纹质隐爆角砾岩,其次为含火山弹的流纹质凝灰角砾岩,上部岩性为柱状节理流纹岩,岩相主要为火山通道相、爆发相和侵出相。总体而言,营城组三段由下而上呈现出酸性→基性→酸性的变化趋势,3个旋回之间的厚度比例约为1∶3∶1;其中,旋回二分布规模最大,以喷溢相玄武岩为特征,是构成营三段的主体(这也是长期以来认为营城组三段主要为大套玄武岩的主要原因)。

图4 松辽盆地(a)和长白山(b)中基性岩系火山地层垂向序列典型特征

长白山地区的火山喷发历时较长,喷发期次多,喷发中心不断迁移,喷发类型和喷发强度在不断变化,属于多期喷发形成的层状复合型火山[21]。该地区在花岗岩基底之上发育由块状玄武岩、洪泛玄武岩及柱状节理玄武岩等多个火山地层单元构成的大型洪泛玄武岩盾,厚度大于100m,由下而上依次为块状玄武岩、复成分角砾堆积、火山砂砾堆积、火山灰层及洪泛玄武岩组成的简单熔岩流和复合熔岩流(图4b)。洪泛玄武岩主体呈现时代越新柱状节理越规则的趋势。长白山地区火山岩组成了包括洪泛玄武岩、柱状节理熔岩、渣状熔岩、火山碎屑流沉积等共19种火山地层单元。基性火山喷发区常见的5种火山架构(台地初期的单源火山田、台地期的洪泛玄武岩田、造盾期的熔岩盾火山、造锥期的中心式火山和从基性底座到酸性帽子整体架构的层状复合火山)在长白山地区相继发育[23]。对比松辽盆地埋藏火山岩系与长白山中基性岩系火山地层垂向序列(图4)可见,松辽盆地埋藏古火山的火山地层序列中主要岩性界面为风化壳和凝灰岩夹层;而长白山现代火山地层垂向序列中,各个期次火山喷发物之间除发育风化壳和凝灰岩夹层之外,还大量出现以花岗质成分为主的砂砾堆积层,单层厚度数米到十余米,按照沉积成岩作用的一般原理,该类松散层埋藏到盆地内部后,相当于中厚层状的砂砾岩层。

火山机构或火山架构是火山喷出物的组合体,其内部的叠置关系(层结构)由岩相决定,即火山机构的内部特征需要用岩相来描述和刻画。换言之,火山机构主要指火山岩体的外部形态,而火山岩相及其组合和叠置关系是对火山岩体内部构成和变化规律的表征。因此,本次研究中提出火山机构-岩相这一术语,并以此为基础刻画火山岩储层。首先按照火山机构主体部分熔岩与碎屑(熔)岩组成的体积比例将迄今为止钻探和野外露头揭示的火山架构划分为3类:①碎屑岩火山机构(火山碎屑岩和碎屑熔岩体积含量>70%);②熔岩火山机构(熔岩体积含量>70%);③复合火山机构(熔岩与火山碎屑岩以不同比例混合堆积)。然后根据火山机构岩石的化学成分比例,将上述3类火山机构分别细划为酸性(酸性岩含量≥50%)和中基性(酸性岩含量<50%)2型。最后,将各型火山机构根据火山锥数目细分为无锥、单锥和多锥。通过岩性组成、成分和火山锥数目组合,将徐家围子断陷钻井揭示与盆缘、长白山野外剖面观测的火山岩系组合体构成的火山机构划分为16种(表1)。无论是松辽盆地内钻井、盆缘剖面,还是长白山野外露头剖面,观测到的火山机构都表现出以下特征:碎屑岩火山机构以爆发相火山碎屑岩和碎屑熔岩为主,熔岩火山机构以喷溢相熔岩为主,复合火山机构则同时发育爆发相碎屑岩及喷溢相熔岩。

表1 火山机构-岩性岩相-发育规模-储集空间关系

3 盆地埋藏中基性火山岩系的测井和地震识别

本次研究将松辽盆地营城组火山机构划分为酸性碎屑岩火山机构、酸性熔岩火山机构、酸性复合火山机构、中基性熔岩火山机构和中基性复合火山机构5类。下面概述各类火山机构的地质、地震及测井特征。

1) 酸性熔岩火山机构。该类火山机构以喷溢相酸性熔岩为主,常见流纹岩等,典型地震、测井特征见图5。地震反射特征呈亚平行-波状反射、中等频率、强-中等振幅、好-差连续性的特点。自然伽马(GR)曲线呈低幅齿化近平直形态,伽马值一般大于90API。深浅侧向(LLD/LLS)曲线呈中低幅齿化近平直形态。声波时差(AC)曲线呈微齿化平直形态。占火山机构70%厚度的曲线符合上述特征时,可识别为酸性熔岩火山机构。

2) 酸性碎屑岩火山机构。碎屑岩火山机构以爆发相为主体,由流纹质熔结角砾岩和流纹质熔结凝灰岩组成,典型地震、测井特征见图6。地震反射特征呈平行反射、中等频率、强振幅、连续性好的特点。自然伽马(GR)曲线呈低幅齿化-高幅齿化不平直形态,伽马值一般大于90API。深浅侧向(LLD/LLS)曲线呈微齿化-高幅齿化不平直形态。声波时差(AC)曲线呈微齿化-高幅齿化不平直形态。占火山机构70%厚度的曲线符合上述特征时,可识别为酸性碎屑岩火山机构。

3) 酸性复合火山机构。该类火山机构以爆发相和喷溢相为主,岩性以酸性熔岩和火山碎屑(熔)岩叠置发育为特征,典型地震、测井特征见图7。地震反射特征呈亚平行反射、中-低频率、强-中等振幅、中等连续性的特点。自然伽马(GR)曲线呈低幅齿化不平直形态,伽马值一般大于90API。深浅侧向(LLD/LLS)曲线呈中高幅齿化指形-箱形形态。当伽马值大于90API,曲线特征不符合酸性熔岩和酸性碎屑岩火山类型时,可识别为酸性复合火山机构。

4) 中基性熔岩火山机构。该类火山机构以喷溢相中基性熔岩为主,常见气孔-杏仁构造玄武岩、安山岩和粗面岩,典型地震、测井特征见图8。地震反射特征呈平行反射、高频率、强振幅、连续性好的特点。自然伽马(GR)曲线呈微齿化平直形态,伽马值一般小于90API。深浅侧向(LLD/LLS)曲线呈低幅齿化平直形态。声波时差(AC)曲线呈低幅齿化近平直形态。占火山机构70%厚度的曲线符合上述特征时,可识别为中基性熔岩火山机构。

图5 酸性熔岩火山机构(XS23井)典型测井、地震响应特征

图6 酸性碎屑岩火山机构(XS21-1井)典型测井、地震响应特征

图7 酸性复合火山机构(XS21井)典型测井、地震响应特征

图8 中基性熔岩火山机构(DS302井)典型测井、地震响应特征

5) 中基性复合火山机构。该类火山机构以爆发相和喷溢相为主,岩性以中基性熔岩和火山碎屑(熔)岩叠置发育为特征,典型地震、测井特征见图9。地震反射特征呈平行-亚平行、中等频率、强-中等振幅、好-中等连续性的特点。自然伽马(GR)曲线呈低幅齿化反向箱形形态。深浅侧向(LLD/LLS)曲线呈低幅齿化箱形形态。声波时差(AC)曲线呈低幅齿化箱形形态。占火山机构70%厚度的曲线符合上述特征时,可识别为中基性复合火山机构。

火山旋回是指火山岩的纵向序列关系,代表地质时代先后顺序喷出物的垂向叠置;而火山机构是同源或准同源喷出物堆积体的空间展布。即,前者侧重时间关系,后者侧重空间关系。因此,对某个区块(一定空间单元)、某一火山岩旋回(一定时间跨度)而言,不同类型的火山机构会出现重叠。火山岩喷发主要依据岩性变化、岩相序列、沉积夹层、测井曲线变化、地震相特征[26]来划分旋回期次。以安达-汪家屯地区DS1井为例(图10):旋回一为爆发相与火山沉积相的酸性火山碎屑岩和沉火山碎屑岩旋回,地震反射特征呈席状、平行-亚平行、中等频率、强-中等振幅、中等连续性的特点;自然伽马曲线呈低幅齿化-高幅齿化不平直形态、伽马值一般大于90API,深浅侧向、声波时差曲线呈微齿化-高幅齿化不平直形态;分为两个期次,1期为爆发相凝灰岩和火山沉积相沉火山角砾岩互层,2期为爆发相凝灰岩(下部)和火山沉积相沉火山角砾岩及凝灰岩(上部)。旋回二为喷溢相中基性岩旋回,地震反射特征呈席状、平行-亚平行、高-中频率、强振幅、连续性好的特点;自然伽马曲线呈低幅齿化近平直形态、伽马值一般小于90API,深浅侧向、声波时差曲线呈低幅齿化近平直形态;分为两个期次,1期为喷溢相玄武岩夹凝灰岩,2期为喷溢相粗安岩。旋回三为以爆发相和喷溢相为主的酸性火山碎屑岩夹中基性岩旋回,地震反射特征呈楔状、平行-亚平行、高-中频率、强-中等振幅、中等连续性的特点;自然伽马曲线呈低幅齿化反向箱形形态,深浅侧向、声波时差曲线呈低幅齿化箱形形态;分为两个期次,1期为爆发相凝灰岩(下部)和喷溢相安山岩与爆发相凝灰岩互层(上部),2期为喷溢相玄武岩与爆发相凝灰岩互层,中间夹喷溢相与火山沉积相的沉凝灰岩。旋回一和旋回二通过旋回一顶部的火山沉积相地层划分,旋回二和旋回三通过中间火山喷发间歇期的沉积岩夹层划分。

图9 中基性复合火山机构(DS1井)典型测井、地震响应特征

目前开展盆地火山岩地层和火山旋回划分对比的基本原则是:组内划段、段内划分旋回、同一旋回在区域内可对比、同源火山形成的同一旋回内部划分的期次可对比。现以松辽盆地北部徐家围子断陷为例说明复合型火山机构的地震识别与刻画。本区XS13井和XS13-1井相距约1100m,均发育营城组一段旋回二和旋回三,其中旋回二包含4个期次,旋回三仅包含1个期次,各期次内部岩性组合、岩相序列和测井曲线变化特征都可以很好地进行对比(图11)。旋回二为中基性火山岩与火山碎屑岩旋回,地震相特征为席状、平行-亚平行、中等频率、强振幅、连续性好的特点;自然伽马曲线呈中低幅齿化反向箱形形态、伽马值较小,深浅侧向、声波时差曲线呈中-高幅齿化不平直形态。该火山旋回分为4个期次,1期为沉火山碎屑岩,2期XS13井为中基性岩和酸性火山碎屑岩,而XS13-1井为沉积岩及角砾岩,3期为熔结凝灰岩和凝灰熔岩,4期为基性火山岩和角砾岩,不同期次之间的地震相与测井曲线特征不同,期次界面处存在突变点。旋回三为酸性火山岩旋回,地震相特征为席状、亚平行、中等频率、强振幅、连续性好的特点;自然伽马曲线呈低幅齿化近平直形态、伽马值中等,深浅侧向、声波时差曲线呈中-低幅齿化近平直形态。相应地,在连井地震剖面上,也可以实现旋回和期次的划分和对比。从图11可以看出,旋回二与旋回三之间呈不整合接触,主要是由于两个旋回之间的岩性差异所造成的岩层产状不一致而形成的喷发不整合界面(旋回二岩性为中基性熔岩与酸性火山碎屑岩互层、产状内倾,旋回三岩性为酸性火山岩、产状外倾)。

图10 安达断陷营城组三段中基性岩系火山岩岩石类型-测井曲线-地震反射特征对应关系

图11 XS13—XS13-1井区营城组一段中基性岩系地震-测井特征

4 讨论

4.1 火山岩原生属性与储层关系

火山岩原生属性是指火山喷发物形成和就位过程中产生和保留下来的地质属性,主要包括火山岩的岩性岩相、结构构造、火山地层单元、界面和叠置关系等。在徐家围子地区,包括徐东和安达-汪家屯地区,火山岩有效储层及其含气性都与火山岩旋回有显著相关性,说明火山旋回与有效储层及其含气性之间存在一定的内在联系。本节重点讨论火山地层界面对火山岩有效储层的控制作用和火山岩的岩性岩相与储集空间构成的关系。

4.1.1 火山旋回与储层对应关系(火山地层界面控储)

在徐东地区,综合解释的有效储层统计结果显示,营城组一段旋回二的旋回顶部储层最为发育,旋回中部次之,旋回下部储层发育相对较差。试气结果显示,营城组一段旋回三的旋回顶部含气性最好,是主要的产气层位,旋回中部次之,旋回下部含气性最差(图12a)。

在安达-汪家屯地区,综合解释的有效储层统计结果显示,各类有效储层主要分布在营城组三段的旋回顶部和旋回中部,其中,旋回顶部好于旋回中部且气层数量较多,而旋回中部中-差气层发育较多;旋回下部揭示钻井少,基本都是干层。试气结果显示,试气产能全部集中在营城组三段旋回二的旋回顶部和旋回中部,旋回顶部试气产能总量和单井平均产能都高于旋回中部。气层主要发育在营三段旋回三的旋回顶部(流纹岩)和旋回中部(玄武岩和粗面岩),旋回底部未见气层(图12b)。

图12 徐东地区营城组一段(a)与安达-汪家屯地区营城组三段(b)试气产能与旋回对应关系

4.1.2 岩性岩相对原生储集空间的控制作用

火山岩岩性、岩相共同决定了火山岩储集空间类型、组合和发育程度,从而控制着火山岩的储集性能。结合旋回研究结果,可知松辽盆地有效储层发育的最有利层段是营城组一段旋回三和营城组三段旋回三,它们包括从流纹岩到玄武岩的各种地化成分,从熔岩到碎屑岩的各种结构类型。由岩性岩相与储集空间关系研究结果可知,无论何种岩性,有效储层的储集空间均以原生气孔发育为特征,而且其岩石骨架要足够坚硬,以便原生孔隙在深埋条件下得以保存,较之碎屑岩成为深层较好的储层;而(熔结)凝灰岩和火山碎屑岩类压实成岩作用明显,其储集空间则以次生溶蚀孔隙为主,成岩后期的溶蚀作用通常是决定这类火山岩能否成为有利储层的关键因素,在次生溶蚀较为适度的条件下可以形成较好储层(图13a)。

4.2 火山岩次生属性与储层关系

需要指出的是,原生孔缝通常是彼此不连通的,因此,只凭原生孔缝通常不能够成为有效储层,后期改造作用是形成有效储层的必要条件。研究认为,次生过程主要包括构造运动与流体蚀变、改造作用,两种改造作用都趋向于在旋回上部或顶部形成有利储层。构造运动是本区储层改造作用的最重要的宏观因素。地震解释成果显示,在营一段末期,南北向、北北东向的逆断层持续活动,可见强度不等的逆冲活动,断层位移量大,局部形成营一段和营二段之间的微角度不整合接触。在营三段沉积之后又发生挤压逆冲作用,部分南北向、北北东向的逆断层继续活动,形成断展褶皱。因此,顶部旋回受构造活动影响较大,断裂带附近是寻找火山岩油气藏的有利区带;同时,后期的构造作用导致储层形成大量不同规模的节理缝和裂隙,在构成储集空间的同时,加强了各类孔隙之间的连通性,提高了储集性能(图13b)。这可能是松辽盆地有效储层多见于旋回顶部的主要原因。

流体蚀变作用是储层微观改造的主要地质营力。流体可来自表层风化淋滤,也可来自地下流体或岩浆期后的热液作用,但以风化淋滤为主。火山喷发旋回的末期,火山活动逐渐减弱并进入间歇期,在此后较长的一段时间内,火山岩地层一直出露地表遭受风化淋滤和剥蚀改造。这种作用主要发生在火山岩序列旋回顶部,因为火山喷发末期或火山喷发间歇期形成的不整合面和沉积间断面是流体运移的有利通道,即使在后期埋藏条件下,旋回顶部也容易成为流体活跃带。后期构造运动、流体溶蚀作用、风化淋滤是相互促进的,相互作用的结果往往促使火山岩储层孔隙和裂缝进一步增大(图13c)。

图13 松辽盆地中基性火山岩储集空间类型及其组合a 玄武岩铸体薄片照片(单偏光),原生气孔、基质溶蚀孔,孔隙之间有裂缝连通;b 粗面岩岩心照片,两组裂缝近垂直相交,原生节理缝被后期构造裂缝切割;c 粗面岩铸体薄片照片(单偏光),角砾间缝隙被溶蚀扩大,在裂缝交叉部位形成溶蚀孔洞

4.3 埋藏古火山与现代火山对比所揭示的储层发育规律

4.3.1 多孔浮岩的形成与保存和改造

浮岩是指密度小于1g/cm3能够在水中漂浮的多孔火山岩,通常以中基性火山岩为主,碱流岩等酸性偏碱性岩类也很常见。在火山岩中,浮岩的气孔发育,通过原生或次生微裂缝联通能够成为优质储层。然而,多年勘探实践表明,在松辽盆地深层埋藏火山中并没有发现浮岩类储层。我们通过松辽盆地埋藏古火山与长白山现代火山形成与改造的异同点对比,认为浮岩类在松辽盆地和长白山地区原始喷发和初始形成时都应该大量发育。然而,浮岩通常发育于火山旋回的顶部,在后期改造中最先遭受剥蚀、不易保存;又因其气孔特别发育,孔隙度特别大,岩石抗压性弱,被埋藏后经历明显的压实成岩和再胶结作用。换言之,松辽盆地即便在原始喷发期有浮岩形成并被埋藏在盆地中,也会在后期持续强烈的深埋压实作用下失去原始孔隙。意即,浮岩在松辽盆地和长白山中基性火山岩原始喷发期都有发育,但松辽盆地中的浮岩由于旋回顶部遭受剥蚀且易在深埋压实成岩作用下难以保存,因此浮岩在松辽盆地埋藏古火山中很少见到,而在长白山地区大量发育。

4.3.2 火山地层界面控储机理探讨

从油气产能与火山地层位置的对应关系看,无论营城组下部的营一段火山岩还是上部的营三段火山岩,有效储层发育位置主要出现在火山地层界面附近,尤其集中在各期火山喷发旋回的顶部。对于火山岩储层来讲,孔隙发育程度与风化淋滤作用密切相关。火山旋回顶部风化带暴露时间长,受风化淋滤作用改造强烈,易产生溶蚀孔缝,从而改善孔隙和裂缝之间的连通性,易形成有效火山岩储层。火山旋回和地层界面控储机制除火山旋回顶部的风化壳外,还有砂砾质堆积物构成的松散层,这一特征在长白山现代火山垂向地层序列中有很清楚的表现(图4b)。在火山间歇期,由于新生的火山建造改变了原来的地貌特点,使得原有的从源到汇的剥蚀-搬运-沉积平衡关系被打破,在建立新的源-汇平衡关系过程中,必然要在两期喷发的火山地层之间形成一套近源的沉积层,一般为松散的砂砾岩堆积层。而后一次的火山活动形成的火山堆积物会快速覆盖在该套沉积松散层之上,起到一定的上覆保护层作用,使得火山喷发期次间的这些松散层得以长期保存。

5 结论

松辽盆地徐家围子断陷集中发育火山岩储层,其中酸性岩、中基性岩和火山碎屑岩都占一定比例,岩相类型以喷溢相为主,其次是爆发相。松辽盆地和长白山地区都广泛发育多种岩相的各类火山岩,其中松辽盆地以溢流相、爆发相和火山通道相为主,岩性从酸性到基性均有。而长白山地区主要发育以溢流相和爆发相为主的岩相组合,岩性以中基性岩及碱性岩为主。

松辽盆地营城组三段可划分为三个旋回,由下而上呈现酸性→基性→酸性的变化,以中基性岩为主;火山地层界面为风化壳及凝灰岩夹层。长白山地区在花岗岩基底之上发育由玄武岩→粗面岩→碱流岩构成的以中基性岩为主的火山喷发序列,在各个期次之间普遍出现由未胶结的砂砾质松散堆积物构成的夹层(松散层)。这些松散层是火山喷发间歇期火山地貌受外动力地质作用改造、各种粒度和成分的沉积物近源堆积的结果。

松辽盆地火山岩油气勘探中,“界面控储”是储层发育的普遍规律,即优质储层多出现在火山地层界面附近。松辽盆地与长白山对比研究表明,界面控储与松散层密切相关。松辽盆地白垩纪火山岩系在长期的形成演化过程中(150～105Ma),各喷发期次之间不仅有松散层,还发育有一系列风化剥蚀面,因此推测松散层及其附近的风化面是火山地层界面控储的地质成因。同时,这些地层的高孔渗段也是火山岩有效储层的有利发育部位。