小城子氣田火山巖體識別及內幕結構解剖

李忠誠

(吉林油田勘探開發研究院，吉林 松原 132000)

小城子氣田位于長春市農安縣內，包括王府1-城深6和城深2兩個區塊。小城子火成巖氣藏主要發育于上侏羅統火石嶺組，火石嶺組沉積早期發生大規?；鹕絿姲l，形成洼隆相間格局[1]；中期地層掀斜，東部抬升形成隆起剝蝕區，西部地層沉降沉積一套濱淺湖-半深湖相、扇三角洲相泥巖與砂礫巖互層組合；晚期火山活動規模小，形成一套薄層流紋質火山巖。其中，凝灰質砂礫巖、粗安巖、流紋巖是主要的儲集層[2]。因此，通過火山巖體識別及內幕結構解剖，尋找有利儲層發育區是氣藏勘探開發的關鍵。由于火山巖、火山沉積巖、沉積巖交互發育，火山機構類型及形態復雜，后期遭受風化剝蝕及蝕變，儲層呈多中心、非層狀、窄相帶分布，其內幕結構解剖及儲層識別預測難度大。本文通過火山口、火山通道及火山機構識別火山巖體；通過單井相序分析劃分火山巖體界面，標定地震并利用火山巖體接觸關系識別、追蹤巖體界面，解剖火山巖體，表征巖體內幕結構。

1 火山機構識別

火山機構是一定地質時限內同源或同一火山口源區的火山噴發物的總和，其構成包括火山口、火山通道及火山噴發物三大要素。

1.1 火山口及火山通道識別

火山口位于火山機構頂部，由火山噴出物四周堆積而形成環狀坑；火山通道是位于火山機構近中心部位的，連接巖漿囊和火山口的巖漿導運系統；二者共生共存，活動于整個火山活動周期，控制了火山機構的類型、規模、形態、巖性巖相分布等[3]。小城子氣田共識別出8個火山口?；鹕娇谧R別方法根據保存程度劃分為兩種：一是針對風化剝蝕及后期充填破壞的火山口，地震響應特征不明顯，但由于火山口上部斷裂分布密集，上部地層多形成花狀斷裂組合，具有地塹、半地塹式斷裂特征；二是針對保存較完整的火山口，地震響應特征明顯。保存完整的火山口通常具有以下特征：①多呈環狀下凹形，相干屬性為環形-密集-雜亂特征，時間切片為異于周圍地震的環狀響應構型；②微構造上表現為殘留的正向凸起特征；③隨著水平切片向火山體內部深入，環狀構型以火山口為中心逐漸向四周呈環狀絮狀展開，反映火山巖整體致密堅硬，局部疏松、裂縫斷裂發育的巖石堆積過程。

小城子氣田共識別出典型火山通道13個，火山通道的特征包括：①發育隱爆角礫巖、珍珠巖、角礫熔巖等巖性[2]；②位于火山山機構軸部，地震同相軸產狀為近直立狀、分支狀，水平切片呈環狀；③地震剖面上雜亂、弱能量狀，表現為強振幅-低頻特征，單頻體屬性具調諧響應；④兩側地層多呈對稱狀且沿下侵方向尖滅(圖1)。

研究區火山通道類型多樣，王府1井北部火山通道類型屬于扁平、開放型、直立狀，傾角近90°，靠近火山巖頂面傾角大；城深5井南部火山通道依托斷裂呈斜交“Y”字形展布，為裂隙溝通扁平狀，表明該區構造活動強烈，火山噴發以裂隙式為主，通道分布受斷裂影響大；城深6井火山通道近直立狀，靠近火山巖頂面時分叉成“Y”字形，這是由于“中心式”火山噴發快速堆積形成的。

圖1 過城深6-城深11-城深5-王府1單頻體剖面(火山通道響應特征)
Fig.1 Single-frequency profile of CS6-CS11-CS5-WF1

1.2 火山機構識別

小城子氣田共識別出3個火山機構群共10個火山機構?；鹕綑C構頂底界面在地震上表現為強反射且可連續追蹤，內部則多為中-強振幅、雜亂反射特征，可顯著區別于沉積巖的中弱振幅、平行-亞平行反射結構，在振幅屬性上火山機構表現為高值。不同火山機構空間幾何形態及產狀不同，地震剖面表現為同相軸尖滅、錯斷或能量突變，振幅、波形聚類上表現為多個不同的分布區。

2 火山巖體識別與解剖

火山巖體是介于火山機構與火山巖相之間的地質結構單元，是具有成因聯系的一套火山巖組合。在成因上受火山口、火山通道及火山機構類型控制，其噴發方式、噴發能量和熔漿性質存在著差異，從而導致火山巖體形態、規模和產狀不同?；鹕絿姲l大多具有期次性，多次噴發的火山巖之間若間斷時間長，容易形成古風化夾層或沉積層，從而將不同時期噴發的火山巖分割開來。研究中以火山機構為研究單元，通過分析火山巖體的地質、測井、地震響應特征來識別火山巖體；通過分析火山巖體界面的地質、測井響應特征劃分火山巖體，進而通過井震標定、地震層位追蹤解剖火山巖體。

2.1 火山巖體類型

火山機構內部由于多期噴發存在多個火山巖體，根據形成時間、相對位置及疊置關系，火山巖體可劃分為沉積巖接觸型、風化殼接觸型、巖體直接接觸型。

2.1.1 火山巖-沉積巖接觸型

小城子氣田在火山活動各時期都發育與正常沉積巖伴生的火山沉積巖，該類巖石沉火山碎屑含量為90%～50%，發育各種層理如粒序層理、平行層理，巖體包括濁積巖透鏡體、波狀層理凝灰巖等，都是各種粒級火山碎屑經再搬運后在一定的沉積環境中沉積形成的?；鹕匠练e巖在搬運過程中有少量的外碎屑加入，搬運距離一般很近，也有搬運距離很遠的火山灰在靜水環境中沉積而保持很純的成分。總體來講，火山沉積巖形成于火山噴發期末，標志著一期火山噴發的結束，是小城子氣田火山巖體劃分的重要標志。

2.1.2 風化殼接觸型

風化殼是地殼表層巖石風化的結果，自上而下的垂直分帶依次為土壤層、風化土層帶、風化碎石帶、風化塊石帶及風化裂隙帶。風化殼的厚度受氣候、地形、構造等因素控制。一般說來，在氣候濕熱、地形平坦、構造活動比較穩定的地區，風化作用較強，剝蝕作用較弱，風化殘余物質易于保存，風化殼厚度較大；在相反條件下，風化殼厚度小。風化殼標志著火山巖體建造的結束，是小城子氣田識別火山巖體的重要標志。

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2.1.3 火山巖體直接接觸型

間隔期較短的火山巖體之間通常直接接觸，其識別主要是火山巖相序組合及變化，如火山噴發過程中火山能量弱-強-弱、強-弱等變化形式在噴發組合上表現為溢流-爆發-溢流-火山沉積或爆發-溢流-火山沉積等相序組合或突變。

小城子氣田火山巖相序變化以爆發相火山角礫巖、凝灰質角礫巖開始，向上變化為晶屑凝灰巖和熔結凝灰巖，噴發期末發育細粒凝灰巖或火山熔巖。通過火山巖體成分(酸性、中性、基性成分的突變)、結構(細晶、球粒結構向火山碎屑結構突變)、構造(火山塵或火山熔巖向火山角礫突變)的突變劃分火山巖體。

2.2 火山巖體測井識別

火山巖體成分、結構、構造及相序組合上的變化在測井曲線上也有相應的特征或變化，因此可用測井曲線識別火山巖體。

2.2.1 火山巖-沉積巖接觸型

圖2 沉積巖接觸型火山巖體測井響應特征(王府1井)Fig.2 Logging response of sedimentary rock contact volcanic rocks (well WF1)

火山巖體之間的沉積巖充填在測井曲線上表現為電阻率、密度及伽馬曲線的突變。例如王府1井2850～3042 m段為火山巖體之間的沉積巖，在測井上具有低電阻率、低密度、高伽馬、測井曲線犬齒狀特征，其上下段正常火山巖(下部為粗安巖，上部為凝灰巖)在測井上表現為高電阻率、高密度、低伽馬、測井曲線箱形特征[5](圖2)。

2.2.2 風化殼接觸型

當火山巖體之間存在風化殼時，由于風化剝蝕造成溶解物質的流失及母巖穩定性的破壞，在測井曲線上表現為井徑垮塌、伽馬異常及密度變小。例如城深6井2622～2636 m段為凝灰巖風化形成的風化碎裂角礫巖帶，在測井上具有低電阻、高聲波，測井曲線漏斗狀等特征，其下伏地層為未經風化的正?；鹕綆r，在測井上表現為高電阻、低聲波、測井曲線鋸齒狀特征。對成分結構相同的火山巖，從風化殼頂部向下，巖石孔縫發育程度降低、聲波時差降低。

2.2.3 直接接觸型

當火山巖體之間直接接觸時，由于形成時間及成分的不同，造成伽馬曲線及電阻率、密度的突變。例如城深5井2442.8 m上部火山巖體主要發育安山質火山角礫巖，在測井上具有低伽馬、較低電阻率特征；下部火山巖體主要發育安山巖，在測井上具有較高伽馬、較高電阻率特征。綜合判定上下為兩個不同成分的火山巖體。

2.3 火山巖體地震識別

在火山巖體地質、測井識別的基礎上，通過井震標定開展火山巖體地震識別研究，其方法包括地震標志性反射特征識別及井震標定的地震屬性識別。

2.3.1 地震剖面識別

圖3 水平切片上火山巖體響應特征圖Fig.3 Response characteristic map of volcanic rock mass on horizontal slice

由于形成時間和相對位置差異，火山巖體存在各種疊置關系，巖體之間在地震剖面上表現為振幅強弱和同相軸連續性、頻率的變化。地震剖面的火山巖體界面表現為同相軸尖滅、錯斷及能量突變，內部則為空白和雜亂反射。同時，不同火山巖體的形態差異在地震上也有顯示，其中火山碎屑錐火山巖體剖面上多表現為丘狀、傘狀及透鏡狀，平面上表現為近圓形、橢圓狀、土豆狀等，具有較小的長寬比；熔巖火山巖體剖面上多表現為似層狀、楔狀，在平面上表現為圓形或橢圓形；次火山巖體剖面上表現為條帶、帶狀和透鏡狀，平面上表現為不規則圓形或條帶柱狀、楔形、透鏡狀等。

火山巖與沉積巖反射特征的區別：①沉積巖反射較連續、穩定，而火山巖反射不穩定；②沉積巖反射多以中弱振幅為主，而火山巖反射多以強振幅為主；③火山巖反射頻率與沉積巖反射頻率相比相對較低；④火山巖體上部常出現披覆構造，側翼沉積巖常有上超現象或沉積巖與火山巖反射軸呈“指狀”交錯。

2.3.2 水平切片識別

火山巖與圍巖地震反射的差異性造成它們在反射同相軸的疏密、寬窄、走向等方面存在特征差異(圖3)，主要包括：①火山巖與圍巖(沉積巖)邊界清晰，產狀截然不同。沉積巖波峰到波谷變化相對平穩，同相軸寬，排列比較規則；火山巖則呈流動構造和揉皺狀,或云朵狀、絮狀等。②火山巖體形態完整，邊界清晰，由于地層傾角較大，同相軸呈密集條帶狀，同相軸較窄，波峰到波谷變化快。因此地震水平切片可以較好地識別火山巖體。

2.4 火山巖體表征

采用上述識別方法，在小城子氣田共識別出10個火山巖體，主要在北部、中部、南部三個區帶分布)。在火山巖體識別基礎上，采用井震結合方法，實現了火山巖體形態、規模、分布等定量表征。

其中，南部發育兩大裂隙夾中心式火山口，按“下部裂隙式、上部中心式”的判別原則刻畫8、9、10號火山巖體。這三個火山巖體的火山通道和噴發中心明顯，8號體與9號體界面清晰，9號體與10號體相互疊置；9號體(城深6)與10號體(城深11)內部噴發期次響應特征較明顯(圖4)。

圖4 小城子氣田南部火山巖體地震剖面Fig.4 Seismic profile of volcanic massif in the South of Xiaochen zi gas field

2.5 火山巖體疊置關系

火山巖體常見的疊置方式包括縱向式、側向式、嵌入式和孤立式等。小城子氣田火山巖體以側向疊置為主，反映古地貌環境下小規模多火山口多期次噴發形成火山巖體的疊置特點。

圖5 小城子氣田火山巖體空間疊置關系圖Fig.5 Spatial superposition diagram of volcanic rock mass in Xiaochengzi gas field

3 結論

(1)小城子氣田共識別出8個火山口，13個火山通道、10個火山機構、10個火山巖體，在北部、中部、南部呈區帶分布。

(2)小城子氣田各火山巖體多呈錐狀和盾狀臺地特征，體現多火山口多中心噴發的特點，巖體長軸方向以北東向和近南北向為主。

(3)小城子氣田火山巖體以側向疊置為主，反映古地貌環境下小規模多火山口多期次噴發形成火山巖體的疊置特點。