松辽盆地徐家围子断陷营城组火山地层期次划分及分布规律

魏翔宇 赵延朋 王璞珺 魏琴 陈晓锋 印长海 高有峰

摘要：基于大量鉆井岩心、薄片、测井、同位素年龄和三维地震等资料，以营二段含煤火山碎屑沉积夹层为标准层，通过测井曲线识别火山地层界面，结合 ECS测井中获取的Gd、Ti元素识别该火山地层界面的类型，建立松辽盆地北部徐家围子断陷营城组“三段六期次”火山地层序列。在此基础上，总结火山喷发期次界面特征，探讨营城组火山岩分布与深大断裂的关系。结果表明：营一段3个期次自下而上岩性分别为“中基性熔岩/砂砾岩→酸性（碎屑）熔岩/火山碎屑岩→酸性熔岩/火山碎屑岩”；营三段3个期次自下而上岩性分别为“酸性熔岩→中基性熔岩→酸性酸性（碎屑）熔岩/火山碎屑岩偶夹中基性熔岩”；期次间界面主要是风化壳、岩性界面和再搬运堆积物夹层；期次内地层界面通常是同岩性的小型风化壳，风化蚀变带和火山碎屑夹层；徐东地区T4-1和T4界面之间发育两套产状明显不同的火山岩是营一段不同期次火山喷发产物；营一段主要分布在徐东、徐西和升平-宋站地区，安达地区不发育；从早期到晚期火山喷发中心从南向北迁移，依次受徐中断裂→徐中断裂和徐东断裂南部→徐东断裂南部控制；营三段主要分布在安达、升平-宋站和徐西地区，徐东地区不发育；营三段火山岩在断陷北部从早期到晚期依次受徐西断裂→徐西断裂和徐东断裂→徐西断裂和徐东断裂控制；断陷南部火山岩主要受徐中断裂和徐西断裂共同控制。

关键词：松辽盆地北部徐家围子断陷； 下白垩统营城组； 元素俘获谱测井； 火山地层； 期次划分

中国分类号：P 588.14; P 618.13   文献标志码：A

引用格式：魏翔宇，赵延朋，王璞珺，等.松辽盆地徐家围子断陷营城组火山地层期次划分及分布规律［J］．中国石油大学学报（自然科学版） ，2023，47（4）：12-23.

WEI Xiangyu， ZHAO Yanpeng， WANG Pujun， et al. Division of volcanic eruption stages and distribution patterns of volcanic rocks in Yingcheng Formation of Xujiaweizi fault depression， Songliao Basin［J］．Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science） ，2023，47（4）：12-23.

Division of volcanic eruption stages and distribution patterns of volcanic rocks in Yingcheng

Formation of Xujiaweizi fault depression， Songliao Basin

WEI Xiangyu1，2， ZHAO Yanpeng2 ， WANG Pujun1， WEI Qin3， CHEN Xiaofeng2， YIN Changhai3， GAO Youfeng1

（1.College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， China；

2.China Nonferrous Metals（Guilin） Geology and Mining Company Limited， Guilin 541004， China；

3.No.1 Middle School in Nanping， Nanping 353000， China;

4.Institute of Exploration and Development of Daqing Oilfield Company Limited， Daqing 163712， China）

Abstract：Based on extensive analysis of drilling cores， thin sections， well logs， isotopic ages and 3D seismic data， the second member of the Yingcheng Formation， characterized by the presence of coal-bearing pyroclastic sedimentary interlayers，serves as a reference for redividing the volcanic stratigraphic sequence of the Yingcheng Formation. The volcanic stratigraphic interfacesare identified using logging curves andthe enrichment of Gd and Ti elements obtained from ECS logging. The study establishes the "three sections and six phases" volcanic stratigraphic sequence of the Yingcheng Formation in the Xujiaweizi fault depression. Building upon the above work， this research summarizes the characteristics of volcanic eruption interfacesand discusses the relationship between the distribution of volcanic rocks in the Yingcheng Formation and deep faults. The research findings reveal that：the lithology of the three stages of the 1st member of Yingcheng Formation can be  classified from bottom to top as "medium basic lava/glutenite→acid （clastic） lava/volcanic clastic rock→acid lava/volcanic clastic rock." Similarly， the lithology of the 3rd member of Yingcheng Formation consists of  "acidic lava→intermediate basic lava→acidic acidic （clastic） lava/volcaniclastic rock with intermediate basic lava" . The inter-stage interfacesprimarily include weathering crusts， lithologic interfaces， and interlayers of re-transported deposits. The interfaces within each stage are usually small weathering crusts， weathering alteration zones， and volcaniclastic interlayersof the same lithology. The development of two sets of volcanic rocks with different occurrences between the T4-1 interface and the T4 interface in Xudong area is indicative of different stages within the first member of Yingcheng Formation. Specifically，  volcanic rocks of the 1st member of Yingcheng Formation are predominantly distributed in Xudong， Xuxi and Shengping-Songzhan areas， while Anda area eexhibits limited volcanic activity. The volcanic eruption centers shiftfrom south to north in the Xujiaweizi fault depression. The distribution of volcanic rocks iscontrolled from early to late stage by the Xuzhong fault→Xuzhong fault and Xudong fault south→Xudong fault south. Regarding the third member of the Yingcheng Formation， volcanic rocks are primarily distributed in the Anda， Shengping-Songzhan and Xuxi areas， with minimal development in the Xudong area. This distributionis controlled by Xuxi Fault →Xuxi Fault and Xudong Fault→Xuxi Fault and Xudong Fault. However， in the southern fault depression， volcanic rocks are mainly influenced by the Xuzhong fault and Xuxi fault.

Keywords：Xujiaweizi depression of north Songliao Basin; the Lower Cretaceous Yingcheng Formation; elementary capture spectroscopy logging; volcanostratigraphy; stage division

火山地层指源于地下的火山物质，在火山作用及其后期改造过程中形成的熔岩/碎屑堆积体。火山物质通常超过火山地层总体积的90%，其搬运和分散方式有岩浆流、碎屑流、空落堆积及其再搬运；火山地层形态常为层状、似层状、楔状、透镜状、丘状和块状，代表火山形成、发展、演化过程中不同阶段和/或不同喷发方式的地质记录［1］。营城组火山地层是徐家围子断陷深层主要天然气储层和油气勘探层，锆石U-Pb年龄约103～115 Ma［2-4］。关于营城组划分方案主要有两种，分别为3个岩性段［5］和4个岩性段［6］，其本质区别在于营三段火山岩上覆砂砾岩的归属问题，前者认为是拗陷期产物，即为登娄库组，后者认为是断陷期产物，即营四段。在营城组精细刻画中，黄玉龙等［7］通过盆缘剖面和盆内钻井，将松辽盆地营城组火山岩划分为营一段中基性旋回、营一段酸性旋回、营二段火山沉积旋回、营三段基性旋回和营三段酸性旋回。杨帝等［8］采用“组—段—旋回—期次”的方案识别出松辽盆地营一段和营三段火山喷发6个旋回，18期次，为营城组划分奠定了基础。黄薇等［9］采用“组—段（旋回）—期次”划分方案，将安达地区营三段划分出3个火山期次。李笑梅［10］在宋站地区识别出营一段的酸性火山岩、营三段中基性和酸性火山岩。前人［7-10］虽然对营城组火山地层划分做出重大贡献，但未对断陷内各组段、期次及其地质界面特征进行系统总结，对断陷内各期次火山岩分布规律及受控机制解释不完整。笔者基于断陷内121口钻井的岩心、薄片、测井曲线、锆石U-Pb年龄、三维地震和元素俘获谱测井（ECS）等资料，进行“组内划段，段内划期次”，建立营城组火山喷发期次序列。在此基础上，总结营城组各段、各期次火山地层界面特征，探讨徐家围子断陷营城组火山岩形成与演化及其与断陷深大断裂的关系。

1 地质背景

松辽盆地包括徐家围子断陷在内，处在西伯利亚板块、华北板块和西太平洋板块所夹持的东北亚大陆中部，位于中朝板块和西伯利亚板块构造演化带内，是一个大型的中新生代陆相含油气沉积盆地［11］。盆地内发育一系列NE、NW和近SN向的壳断裂和基底断裂，具有下断上拗的双层结构。盆地可划分为北部倾没区、西部斜坡区、西南隆起区、开鲁拗陷区、中央拗陷区、东北隆起区和东南隆起区7个一级构造单元。徐家围子断陷位于中央拗陷区和东北隆起区交汇处（图1（b）），是西断东超复式箕状的含气断陷。断陷受断裂和火山活动共同影响，形成了“两凹夹一隆（徐西凹陷、徐东凹陷和古中央隆起）、东西分带（西部断阶带、中部凹陷带、东部斜坡带）和南北分块”的構造格局。断陷可划分为6个构造单元：中央古隆起带、徐西拗陷、徐东拗陷、安达—升平隆起带、徐东斜坡带、朝59—万隆古隆起［12］。目前大庆油田等将断陷分为安达地区、升平一宋站地区、徐西地区和徐东地区4个重点区块（图1（a））。主干断裂有徐西断裂、徐中断裂和徐东断裂，其中徐西断裂总体走向NNW-SN，呈“蛇形”弯曲，控制断陷形成、发展和改造过程［13］；徐东断裂带是由一系列负花状断层组成；徐中断裂是走滑断层，在营城组时期错断徐西断裂［14］。断陷内深层地层自下而上为火石岭组（J3h）、沙河子组（K1sh）、营城组（K1yc）、登娄库组（K1d）和泉头组一、二段（K2q1-2），其中火石岭组、营城组一段和营城组三段为火山地层；沙河子组、营城组四段下部、登娄库组二段和三段是烃源岩层；盖层主要是登娄库组二段和泉头组二段，共同形成了营城组等重要天然气储层（图1（c））。

2 火山喷发期次划分

通常一个完整的火山喷发自下而上岩相依次为火山通道相→爆发相→溢流相→火山沉积相，代表火山喷发由强到弱的过程记录，一个火山喷发期次可以是一个或几个岩相序列组合［9］。两期火山喷发之间常常存在一定的时间间隔，可以表现为构造不整合、喷发不整合或是具有一定厚度的沉积夹层。这些时间间断面往往是火山岩有利相带和储层发育带，也是火山地层划分的关键所在［15-17］。本次火山地层期次划分主要分3步实现：首先，通过岩心资料识别营城组二段沉积夹层作为标志层，开展井―震联合对比，同时参考锆石U-Pb年龄，划分营城组各段；其次，结合钻井岩心和测井曲线特征识别潜在的火山地层界面；最后，通过ECS测井获取地层元素特征，识别潜在的火山地层界面类型，建立营城组各段火山喷发期次序列。

2.1 组段划分

营二段是普遍含凝灰质偶夹煤层的碎屑岩，主要岩性有砂砾岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、沉凝灰岩、泥岩和煤等。在T4 ～ T4-1地质界面内，通过识别标准的营二段沉积夹层（Xs602井3 905～3 985.5 m），进行井—震联合对比，其上为中基性（碎屑）熔岩是营三段火山喷发产物，其下为营一段火山岩（图2）。通过对4个重点地区井-震剖面联合对比得出以下认识：

（1）营一段底具有明显削截和上超特征的区域性不整合，振幅强。营一段主要分布徐东、徐西和升平-宋站地区，安达地区不发育。岩性变化具体表现为沙河子组沉积岩突变为营一段火山岩和/或复成分砾岩。

（2）营二段全区零星发育，在徐东地区呈现连续性好的强反射特征，其底局部可见削截和上超特征。徐东地区岩性由营一段火山岩过渡到营二段沉积岩；徐西地区和升平-宋站地区为沙河子组沉积岩或营一段火山岩突变为营二段沉积岩；安达地区为沙河子组沉积岩突变为营二段沉积岩。

（3）营三段主要分布在断陷北部和西部，徐东地区不发育。营三段底面局部也出现削截和上超特征。营三段底面特征表现为在徐西地区和升平-宋站地区岩性由营二段沉积岩或营一段火山岩突变为营三段火山岩；安达地区岩性变化表现为营二段沉积岩或沙河子组沉积岩向上突变为营三段火山岩。

（4）营三段顶面具有明显削截和上超的区域性不整合特征，振幅强。营三段顶面岩性变化表现为在徐东地区由营二段细粒火山—沉积岩突变为登一段砂砾岩；徐西地区由营一段城组火山岩向上突变为登一段砂砾岩；升平-宋站地区为营三段火山岩向上突变为营四段或登二段砂砾岩；安达地区为营三段火山岩向上突变为登二段细粒砂泥岩。

2.2 火山喷发期次划分

火山喷发期次划分是建立在营城组段划分基础上，通过钻井岩心和测井曲线特征识别大小不一的火山地层界面，在地层界面上下各选一套测井曲线相对稳定的火山岩进行Gd、Ti投点，结合李建华等［18］总结不相容元素（Gd和Ti）在岩浆形成、演化、喷出地表固结成火山岩的特点，识别地质界面类型。例如，Xs902在3 950和4 100 m存在地层界面（图3（a）），其中3 950 m测井曲线表现为高伽马、低密度和低电阻，是典型的風化壳。Gd-Ti图解显示，②段和③段流纹岩Gd、Ti元素富集程度相似且明显区别于①段流纹岩，说明②段和③段流纹岩为同时期火山喷发产物（4 100 m为期次内界面），①段流纹岩与②、③段流纹岩为不同时期喷发产物（3 950 m为期次间界面）。

2.3 营城组火山喷发期次序列

通过“组内化段，段内划期次”的方式，建立徐家围子断陷早白垩世营城组3段6期次的火山地层序列（图4，图中U-Pb年龄数据据文献［2］～［4］，LLD和LLS为深、浅侧向电阻率，图例同图2）。以营二段沉积夹层（图5（a）～（c），图中Px为辉石；Pl为斜长石；Kfs为钾长石；Qtz为石英；Idn为伊丁石；Chl为绿泥石；Ser为绢云母）为标准层，其下营一段火山岩可划分3期。营一段期次一发育喷溢相为主的中基性熔岩夹薄层的凝灰岩和碎屑岩。营一段期次二与营一段期次三岩性相似，为喷溢相和爆发相为主的厚层酸性火山碎屑和火山熔岩（图5（f）、（i）），锆石U-Pb年龄分别为111.3～115.1 Ma和112.1～112.7 Ma；其地质界面主要是酸性火山碎屑岩风化后形成具高伽马、低电阻、低密度的风化壳。营二段之上是中基性火山岩为主的营三段，亦可分为3个期次，分别是营三段期次一喷溢相的酸性熔岩、营三段期次二喷溢相夹爆发相的的中基性岩（年龄105～109 Ma）和营三段期次三喷溢相和爆发相为主的酸性岩，偶夹中基性岩（年龄103.7～106.5 Ma）。由于营三段期次二为中基性火山岩（图5（d）、（g）～（h）），明显不同于期次一和三的酸性火山岩。理论上，岩性组合是划分营三段各期次最便捷的手段，但由于营三段并非完整发育3个期次及营二段部分缺失，导致营三段和营一段同岩性火山岩直接叠置，增加火山地层期次划分难度，有必要对ECS测井识别的地质界面类型特征进行总结，以便更直观识别营城组各期次火山岩。

3 期次界面的地质—地球物理特征

营城组发育大规模、厚层火山岩是经历多期次火山喷发叠加的结果。通过识别风化壳、火山灰、岩性组合、岩相韵律、沉积夹层等定性分析营城组地质界面［9，16-17］。期次间界面是指不同期次之间的火山喷发间断不整合面，火山长期（数年～数千年）间歇形成的，该类界面也可是不同岩浆房火山间歇喷发的产物。研究表明，徐家围子断陷营城组火山喷发期次间界面主要有风化壳、岩性界面和再搬运堆积物夹层（图6（a）、（c））。值得一提的是界面归属问题，风化壳主要是下伏火山岩经历长期风化剥蚀作用形成的，归属于下伏地层顶面；再搬运堆积物为当时的原始地层表面，因此也将其归为下伏地层顶面。期次内界面一般是指同源岩浆房、同一时期内火山间歇喷发所形成的界面，火山喷发没有明显时间间断（数分钟～数十年）。研究表明：期次内地层界面通常是同岩性的小型风化壳或风化蚀变带和火山碎屑夹层，可表现为喷发整合（图6（b））和喷发不整合，局部发育喷发间断不整合（表1）。

4 讨 论

4.1 营城组划分若干问题探讨

关于徐东地区T4-1和T4界面之间发育两套产状明显不同的火山岩归属问题。通过识别徐西Xs602井发育厚层沉积层的营二段为依据，与徐东地区进行井-震联合对比，认为徐东地区两套不同产状的火山岩均位于营二段之下，是营一段不同期次火山喷发产物。同时，丁日新等［3］在徐东地区Xs502井4 082.5 m处测得流纹质熔结凝灰岩锆石U-Pb年龄为115.1±1.2 Ma，与陈崇阳等［19］认为的营一段年龄111～116 Ma相耦合。该认识与原大庆油田勘探开发研究院认为这两套火山岩分别为营一段和营三段产物有所不同（图2）。

关于升平—宋站与徐东交界处（如宋深7井），地震剖面上位于T4-1不整合界面之上，营城组火山岩之下，存在一套砂砾岩的归属问题。该地区岩性主要为砂砾岩，曲线较稳定，与沙河子组及营二段沉积岩明显不同，通过成像测井表明该处的砾岩分选性和砾石定向性也远不如营四段好，又靠近营城组底部，综合推测为熔浆胶结复成分砾岩。岩石形成于冲积扇或辫状河等沉积环境下，在已经堆积但未固结或半固结的砂砾质沉积物，被火山碎屑流或熔浆流胶结再搬运的结果，是火山喷发旋回早期所特有的产物，因此将其归属到营一段的底部较合适。

关于徐深401井两段低伽马曲线岩性段认识。徐深401井自下而上岩性序列为酸性火山角砾岩→中基性火山（碎屑）熔岩和火山碎屑岩→酸性熔岩→沉凝灰岩→中基性火山（碎屑）熔岩和火山碎屑岩。原大庆油田勘探开发研究院认为这两套低伽马中基性火山（碎屑）熔岩和火山碎屑岩均为营一段产物，本次通过识别两套低伽马火山岩之间存在的沉凝灰岩符合营二段特征且区域上可追踪对比，说明这两套中基性火山岩是营城组不同段的喷发产物，依据本次划分火山喷发序列特征，将其分别归属到营三段期次二和营一段期次一的火山喷发的产物。

4.2 徐家围子断陷营城组火山岩形成与演化

北方鄂霍茨克洋壳消减表明，中侏罗世开始本区由古亚洲构造域向西太平洋构造域转变［20］。一方面，北方蒙古-鄂霍茨克洋关闭和西伯利亚板块与华北板块之间的汇聚作用产生南北向的挤压作用；另一方面，受西太平洋板块俯冲作用，地慢上涌，莫霍面上隆，岩石圈拉伸减薄，岩浆沿构造薄弱带进入地壳，大量的火山岩喷发，形成火石岭组。同时期，徐西断裂活动控制了徐家围子西断东超的箕状断陷的雏形。145～130 Ma（沙河子组沉积时期），伊泽奈崎板块向欧亚板块东缘斜向俯冲，强烈的挤压作用使得东部的郯庐断裂发生左行压扭走滑运动。此时徐家围子断陷进入火山活动间歇期，但拉张作用持续，断陷伸展和裂陷作用强烈，断陷内处于欠补偿特征，沉积了一套碎屑岩，是断陷主要发育期和生油层发育阶段［21］。130～110 Ma（营城组沉积时期），同沉积断裂对断陷内沉降控制作用大幅度降低，东北地区已开始由挤压隆升向走滑作用转化。徐中断裂和徐东断裂开始大规模走滑、徐西断裂持续生长，深切岩石圈，成为地壳薄弱带，地慢热流上涌，伴随着大量火山喷发，形成营一段和营三段火山岩［14］。在每期火山喷发后，都会进入热沉降过程，断陷内得到碎屑岩填平补齐，分别形成营二段和营四段。

4.3 营城组火山岩与断陷深大断裂的关系

营一段、营三段及其各期次火山岩分布规律与深大断裂密切相关。研究表明，营一段火山岩主要分布在徐东、徐西和部分升平-宋站地区，安达地区不发育营一段（图7（a）），受徐东断裂和徐中断裂控制明显。营一段期次一中基性火山岩，零星分布于徐西和徐东部分地区，表现为沿着徐中断裂中心式喷发（图7（b））。营一段期次二和营一段期次三多表现为继承性火山喷发，分布在徐东和升平-宋站南部地区，徐西零星发育（图7（c）、（d））。地层边界靠近徐西断裂，可能与徐西断裂西侧是中央古隆起有关。总的来说，营一段从早期到晚期火山喷发中心由南向北迁移，依次受徐中断裂（营一期次一）→徐中断裂和徐东断裂南部（营一期次二）→徐东断裂南部（营一期次三）控制演變，火山喷发规模逐步增大的特点。这与蔡周荣等［22］认为营一段火山主要受徐中断裂控制，火山活动由中部向南迁移有所差异。

营三段时期进入断拗转换的末期，岩浆活动转弱，岩浆房上侵的深度下降，导致断陷内营三段火山喷发规模总体比营一段小。营三段时期，火山沿着徐西断裂和徐东断裂北部中心式喷发，主要分布于安达、升平-宋站和徐西地区，徐东地区不发育，具有高位喷发向低位“楔形”充填的特征（图7（e））。营三段期次一火山岩主要沿徐西断裂呈串珠状分布（图7（f））。营三段期次二和营三段期次三地层分布基本一致（图7（g）、（h）），主要在安达、升平-宋站地区和徐西地区。火山沿着徐西断裂和徐东断裂北部呈中心式喷发和局部裂隙式喷发，就近凹陷堆积。在断陷北部（安达和升平-宋站）营三段火山岩分布依次受徐西断裂（营三期次一）→徐西断裂和徐东断裂（营三期次二）→徐西断裂和徐东断裂（营三期次三）控制，该认识与张元高等［14］大连片地震解释认为升平-宋站凸起区及其以北营三段火山岩分布受徐东断裂和徐西断裂共同控制基本一致。火山喷发表现为从北西往南东迁移，火山活动强度由弱→强→较强。在断陷南部（徐西地区）受徐西断裂和徐中断裂共同控制，火山活动由弱→弱→较强。

营一段火山岩分布与营三段火山分布具有“互补”关系，在古凸起（升平-宋站）地区表现最明显，营一段火山岩在古凸起的北部（安达地区）不发育，营三段火山岩则在古凸起南部（徐东地区）不发育，这可能与沙河子组沉积末期兴城—升平隆起，阻隔了营一段和营三段岩浆相对流动，成为两段火山岩的“收敛、尖灭、交叠”区［19，22］。在断陷南部表现为以徐中断裂为界，断裂西侧（徐西地区）不发育营一段火山岩，断裂东侧（徐东地区）不发育营三段火山岩，这可能与徐中断裂走滑有关。总的来说，现今营城组火山岩分布格局可能受断裂、古地形和火山喷发充填方式等共同控制。

5 结 论

（1）建立徐家围子断陷营城组“3段6期次”火山地层序列。营一段以酸性火山岩为主，自下而上3个期次为“中基性熔岩/砂砾岩→酸性（碎屑）熔岩/火山碎屑岩→酸性熔岩/火山碎屑岩”。营三段主体岩性为中基性火山熔岩，至自下而上3个期次为“酸性熔岩→中基性熔岩→酸性（碎屑）熔岩/火山碎屑岩偶夹中基性熔岩”。

（2）期次间界面主要有风化壳、岩性界面和再搬运堆积物夹层；期次内地层界面通常是同岩性的小型风化壳或风化蚀变带和火山碎屑夹层。

（3）营一段底和营三段顶均具有明显削截和上超特征的区域性不整合。营一段在安达地区不发育，营二段全区零星发育，营三段在徐东地区不发育。营一段火山岩分布与营三段火山分布具有明显“互补”关系，可能与升平-宋站古隆起和徐中断裂走滑有关。

（4）营一段沉积中心从早到晚，表现为由南向北迁移。营一段火山岩分布依次受徐中断裂→徐中断裂和徐东断裂南部→徐东断裂南部控制，火山喷发规模逐步增大的特点。营三段火山岩主要受徐西断裂和徐东断裂控制，火山喷发中心由西北往东南迁移，火山活动由弱→强→较强。徐西地区火山岩受徐西断裂和徐中断裂共同控制，火山活动由弱→弱→较强。

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