渤中地區火山巖特征及其與斷裂關系

王志萍，呂丁友，王保全

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

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渤中地區火山巖特征及其與斷裂關系

王志萍，呂丁友，王保全

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

為了更好地預測渤中地區火山巖分布，尋找有利火山巖儲層，在鉆井資料分析基礎上，采用三維地震資料進行火山巖相地質和地震特征研究，建立火山巖分布與斷裂關系模式。渤中地區火山巖為中基性火山巖，以安山巖最為發育、凝灰巖次之；巖相以噴溢相為主，爆發相次之。渤中地區“H”型斷裂控制了火山巖分布方式及分布范圍，火山巖沿著斷裂成“串珠狀”分布。斷裂的規模和火山噴發模式控制了火山巖的規模。中生界火山巖與斷裂有不同賦存關系，火山巖沿基底或走滑斷裂面呈裂隙—中心式噴發，火山機構串珠狀疊置或在潛山內幕斷層的上升盤呈中心式噴發，前者發育規模大于后者。靠近噴發中心，即靠近斷裂帶，物性較好的爆發相及噴溢相發育，將是火山巖油氣藏勘探的有利區域。

火山巖；分布特征；地震-地質一體化；斷裂；渤中地區

0 引 言

火山巖油氣藏已成為中國東部中、新生代陸內裂谷盆地的重要油氣藏類型，松遼盆地、渤海灣盆地等均在火山巖中發現工業油氣流[1]。渤海中部地區在中生界白堊系火山巖地層中有良好的油氣發現。但目前對該區火山巖的研究程度較低，認識程度不高，對火山巖的分布還不十分清楚，而且火山巖相對油氣藏的儲集性能影響很大，因此火山巖相分布規律的研究十分關鍵。在鉆井少的情況下，在巖心、巖屑觀察、巖相識別的基礎上，采用三維地震資料進行火山巖地震-地質特征研究，建立火山巖相分布與斷裂關系，為火山巖平面分布預測提供依據，將有利于降低深層火山巖勘探風險、提高鉆探成功率。

1 火山巖巖性巖相特征

通過統計渤海中部地區12口井的中生界火山巖巖心及巖屑資料，發現區內火山巖巖性主要包括火山熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖以及沉火山碎屑巖類。火山熔巖類包括玄武巖、安山巖、粗面安山巖以及粗面巖，主要為中性、基性火山巖，這與徐桂忠[2]通過對BZ5、BZ6、BZ13以及13B5-1井中生界火山巖化學成分分析得出火山熔巖主要為中基性火山巖(以堿性的粗面巖—粗安巖—粗面玄武巖為主)的觀點相符；火山碎屑熔巖類主要為凝灰熔巖；火山碎屑巖包括凝灰巖和安山集塊巖；沉火山碎屑巖主要包括泥質凝灰巖、砂質凝灰巖等；其中以安山巖最為發育、凝灰巖次之。

鉆井資料統計顯示：渤中區域以噴溢相出現最多，占69%；其次為爆發相，占26.1%，火山沉積相占3.8%。物性以爆發相最好，噴溢相次之[3-6]。由于火山巖噴發后又經歷了構造運動、剝蝕風化等破壞，原始的火山巖相與現存的有較大差異。本區相序類型較為簡單，主要有噴溢相—爆發相，噴溢相—火山沉積相，噴溢相—爆發相—火山沉積相，爆發相—噴溢相，噴溢相。

2 火山巖相地震響應特征

2.1 火山機構外形

首先對火山機構外形進行識別，從而與圍巖進行區別。剖面上，外形與火山噴發方式有關，裂隙—中心式噴發的火山巖，一般垂直于斷層方向具有楔狀外形(圖1a)，平行于斷層方向具有丘狀外形(圖1b)；而中心式噴發的火山巖具有丘狀外形(火山錐)。平面上，振幅水平切片上火山巖同相軸排列有序性較差，大體呈現出流動結構，或云朵狀或絮狀或揉皺狀，具有強振幅特征，與圍巖往往有著明顯邊界(圖1c)；相干切片上呈現低相干、雜亂細碎、團塊狀特征，但響應不如振幅切片明顯(圖1d)。

2.2 火山巖相

(1) 火山通道相。在地震剖面上火山通道相具有獨特的柱狀或漏斗形等反射特征，與圍巖呈不整合關系，火山通道相反射波連續性明顯降低，雜亂反射特征突出(圖1e)。

(2) 噴溢相。噴溢相在區內分布較廣，近源噴溢相多與爆發相疊置，具有中強振幅反射、中—低頻率反射特征，中等連續性(圖1f)。

(3) 爆發相。爆發相在區內分布面積比噴溢相小，近源爆發相巖性復雜，呈層性差，橫向變化快，在地震剖面上常表現為連續性較差、變振幅—中振幅或空白反射特征(圖1g)，遠源爆發相遠離火山口，巖性單一，內部巖性變化相對較小，地震同相軸接近板狀外形、中強振幅、中—連續反射的地震響應特征。

(4) 火山沉積巖相。與其他火山巖相有較大的差別，距火山口較遠，為遠源相，巖性變化較小，地震響應多以薄板狀外形、中強振幅、連續反射、中高頻為主要特征(圖1h)。

3 火山巖相分布與斷裂關系

侏羅世末至早白堊世初，由于太平洋板塊向歐亞大陸下俯沖，使中國東部淺層地殼處于NE向走滑引張[7-9]，北東向郯廬斷裂帶左旋拉張，近東西向基底逆沖斷裂活化拉張，2類斷裂組合成“H”型斷裂系統。經前人研究[1]，渤海地區中生界火山巖噴發時期為早白堊世，與斷裂發育時期匹配。通過振幅切片、相干以及地震剖面相追蹤火山機構也顯示了火山巖分布與“H”型斷裂存在密切關系，即“H”型斷裂控制大規模晚侏羅世至早白堊世的火山噴發和巖漿活動(圖2)。

圖2 斷裂及火山巖分布

3.1 斷裂面

沿斷裂面噴發的火山巖在上升盤形成串珠狀多期疊置的火山巖體，受到后期構造運動影響，外形及披蓋形態被剝蝕破壞，目前外形僅為殘留外形。火山巖層厚度隨距斷層的距離變大而逐漸變薄。噴發的火山熔巖和火山碎屑巖隨著斷層下降充填于下降盤低洼地區，呈板狀構型，保存較完整。

區內①、④、⑤號火山巖體均為該類火山巖(圖3 a、b、c)，該類火山巖沿長期活動的大型斷裂多期發育[10]，火山巖規模較大。如①號火山巖發育在北西向基底逆沖斷裂，分布面積為17.2 km2；④、⑤號火山巖發育于北東向郯廬走滑斷裂分支，分布面積分別為11.3、9.4 km2。①號火山巖主要有3期噴發，不同期次火山巖沿斷裂走向向東遷移，形成串珠狀火山結構疊置關系。第1期火山巖體緊鄰斷層分布，與下伏古生界碳酸鹽巖呈不整合接觸，呈殘余丘狀外形，巖相從下往上為火山通道相—噴溢相—爆發相，內部中強振幅，反射軸斷續分布，分布范圍較小，縱向長約2 000 m。第2期火山巖披蓋于第1期火山巖上，與第1期火山巖呈不整合接觸，火山巖頂部外形被剝蝕破壞，靠近斷裂一側反射特征呈丘狀外形，內部中強振幅，中連續性，為近源噴溢相和爆發相。遠離斷層一側，呈席狀披蓋，中強振幅，連續性變好，為遠源爆發相。火山巖體較小，縱向長約1 000 m。第3期火山巖披覆于第2期上，靠近斷層為板狀外形，火山巖相主要為遠源爆發相，反射特征為中強振幅、中頻、中—好連續性，遠離斷層一側巖相變為火山沉積相，反射特征為強振幅、中頻、連續性好，該期火山巖噴發時間長，火山巖分布范圍較大。下降盤的地層主要是噴發的火山熔巖和火山碎屑巖隨著斷層下降充填于下降盤低洼地區，厚度較大，呈板狀構型，上超于緩坡的沉積巖上。從3期火山巖規模判斷火山巖噴發能量由弱逐漸變強。

3.2 上升盤

火山巖漿在斷裂的上升盤上升噴發形成規模較小的火山錐，保留有較完整的丘狀外形，并且具有明顯的漏斗形或柱形的火山通道相，從下至上為中弱振幅平緩層狀的噴溢相—中強振幅雜亂爆發相，爆發相和火山沉積相堆積充填在下降盤。該類火山巖的分布范圍小于沿斷裂面噴發的火山巖。其中②、③號火山巖為該類火山巖(圖3d、e)，斷裂主要為潛山內幕斷層，火山巖規模較小，②號火山巖分布面積為8.6 km2，③號火山巖為6.5 km2。其中②號火山巖火山口位于斷層上升盤，靠近斷層為丘狀外形，發育火山通道相、噴溢相和爆發相疊置，同相軸為中強雜亂反射，遠離斷層(即遠離火山口)方向，為遠源爆發相和火山沉積相。該火山巖貫穿了①號火山巖的第3期火山巖，破壞了第3期火山巖結構，與第3期火山巖的連續性反射形成明顯對比，二者呈交叉接觸(圖3a)。①號和②號火山巖屬于同一噴發源區，火山口(火山通道)相鄰，噴出物疊置。從①號到②號噴發模式由裂隙—中心式噴發變為中心式噴發，火山爆發能量由弱逐漸變強。①號和②號的疊置增加了火山巖的復雜性。

圖3 火山巖地震剖面

3.3 火山噴發與斷裂關系模式

通過對渤中地區白堊系火山巖剖面解剖和平面追蹤，建立了渤中地區中生界火山噴發模式(圖4)。火山巖沿著基底斷裂和走滑斷裂呈“裂隙—中心式”噴發，沿潛山內幕斷層呈“中心式”噴發，并且與斷裂存在多種賦存關系[11]，分別是斷裂上升盤火山“中心式”噴發，火山機構發育；斷裂帶火山“裂隙—中心式”噴發，火山機構串珠狀疊置。上升盤火山機構分布規模小，丘狀外形，火山巖相為爆發相和噴溢相。斷裂帶火山機構分布規模大，靠近斷裂帶為爆發相和噴溢相，遠離斷裂帶為遠源爆發相和火山沉積相，遠源爆發相和火山沉積相堆積充填在下降盤，厚度較大，靠近斷裂帶的區域將是火山巖油氣藏勘探的有利區域(圖2)。

圖4 渤中地區中生界火山噴發與斷裂關系模式

4 結 論

(1) 渤中地區火山巖巖性為中基性的玄武巖、安山巖、粗面安山巖、粗面巖，凝灰熔巖、凝灰巖和安山集塊巖等，其中以安山巖最為發育、凝灰巖次之。火山巖巖相以噴溢相為主，爆發相次之。

(2) 裂隙—中心式火山巖垂直于斷層方向具有楔狀外形，平行于斷層方向具有丘狀外形，中心式火山巖的具有丘狀外形(火山錐)。振幅水平切片上呈現出流動結構，或云朵狀或絮狀或揉皺狀，相干切片上呈現低相干性特征。火山通道相具有獨特的柱狀或漏斗形、反射波連續性明顯降低、雜亂反射等反射特征；噴溢相為中強振幅反射，中—低頻、中等連續性反射特征；近源爆發相表現為連續性較差、變振幅—中振幅或空白反射特征，遠源爆發相接近板狀外形，中強振幅，中—連續反射；火山沉積巖相反射特征為振幅較強、連續性較好、中高頻。

(3) 渤中地區“H”型斷裂控制了火山巖分布方式及分布范圍，火山巖沿著斷裂形成“串珠狀”分布。斷裂的規模和噴發模式控制了火山巖的規模。中生界火山巖與斷裂有不同賦存關系，火山巖在基底或走滑斷裂面呈裂隙—中心式噴發，火山機構串珠狀疊置，或在潛山內幕斷層的上升盤呈中心式噴發，前者發育規模大于后者。

(4) 不同期次不同賦存狀態不同噴發中心的火山巖巖體疊置分布，造成了火山巖分布的復雜性，給勘探帶來難度；但靠近噴發中心，即靠近斷裂帶，物性較好的爆發相及噴溢相發育，將是火山巖油氣藏勘探的有利區域。

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編輯 林樹龍

20150309；改回日期：20150615

國家科技重大專項“近海隱蔽油氣藏勘探技術”(2011ZX05023-002)

王志萍(1981-)，女，工程師，2006年畢業于西南石油大學資源勘查工程專業，2012年畢業于該校礦產普查與勘探專業，獲博士學位，現從事地震儲層預測研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.006

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0020-05