查干花次凹查2區(qū)塊火山機(jī)構(gòu)識(shí)別及內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖

趙生嶸

(中國(guó)石化東北油氣分公司長(zhǎng)嶺一體化項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，吉林長(zhǎng)春 130062)

查干花次凹查2區(qū)塊位于松遼盆地南部長(zhǎng)嶺斷陷達(dá)爾罕斷凸帶與雙坨子低凸起之間的白家圍子圈閉，是有利的生烴凹陷，經(jīng)歷了斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期、坳陷期和反轉(zhuǎn)期四個(gè)演化階段，在斷陷期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育有火石嶺組、營(yíng)城組三段火山巖，形成火山巖與碎屑巖同時(shí)并存、穿插披覆的“二元”充填結(jié)構(gòu)。

查干花次凹火石嶺組垂向上存在兩套巖性組合，下部以安山巖、凝灰?guī)r等火山巖為主，上部以泥巖、細(xì)砂巖等碎屑巖為主，夾有火山間歇噴發(fā)形成的沉凝灰?guī)r(圖1)。其中，火山巖分布范圍較廣，橫向疊合連片，縱向疊置，火山巖噴發(fā)后遭受一定時(shí)間風(fēng)化剝蝕，火山巖之上或側(cè)翼與碎屑巖地層超覆接觸。沙河子組-營(yíng)城組沉積期，查干花次凹邊界斷裂自南向北分三段演化，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度由南向北逐漸增強(qiáng)，相應(yīng)控制沉積中心由南向北遷移，營(yíng)城組一段發(fā)育區(qū)內(nèi)主力烴源巖地層，最大厚度達(dá)500 m。至登婁庫(kù)組末期，查干花次凹構(gòu)造基本定型，火石嶺組火山巖體形成鼻狀古構(gòu)造背景，有利于油氣運(yùn)移成藏[1]。研究區(qū)屬中基性火山巖氣藏，具有氣藏埋藏深、巖性變化快、火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕復(fù)雜等特點(diǎn)，如何有效識(shí)別火山機(jī)構(gòu)及開(kāi)展機(jī)構(gòu)內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖，成為制約區(qū)內(nèi)下步氣藏開(kāi)發(fā)工作的關(guān)鍵問(wèn)題。

圖1 查2井典型火山巖巖心、薄片照片

本研究主要應(yīng)用地震資料完成火山機(jī)構(gòu)識(shí)別及內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖，所使用的為2018年連片處理的三維地震資料成果，包括腰英臺(tái)南、腰英臺(tái)西、達(dá)爾罕南、哈爾金、黑帝廟等13個(gè)三維區(qū)，采集覆蓋次數(shù)為40～110，處理面元為20 m×20 m，處理方法為PSDM(疊前深度偏移)，滿覆蓋面積為1 100 km2。地震體在深部斷陷地層成像清晰、同相軸連續(xù)性好，地震資料品質(zhì)在火石嶺組地層發(fā)育的區(qū)域均屬Ⅰ類(lèi)，能夠滿足研究區(qū)火山機(jī)構(gòu)識(shí)別及內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖的要求。

1 火山機(jī)構(gòu)識(shí)別

火山機(jī)構(gòu)是指一定地質(zhì)時(shí)限內(nèi)同源或同一火山口源區(qū)的火山噴發(fā)物的總和，其構(gòu)成包括火山通道、火山口及火山噴發(fā)單元三大要素[2]。

1.1 火山通道及火山口識(shí)別

火山通道是指巖漿房到火山口頂部的整個(gè)巖漿導(dǎo)運(yùn)系統(tǒng)，一般位于火山機(jī)構(gòu)近中心部位；火山口是指由火山噴出物四周堆積而形成的環(huán)狀坑，一般位于火山機(jī)構(gòu)頂部。二者共生共存，活動(dòng)于整個(gè)火山活動(dòng)周期，控制了火山機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、規(guī)模、形態(tài)、巖性巖相分布等[3]。

采用混沌屬性與常規(guī)地震疊合顯示技術(shù)在查2區(qū)塊共識(shí)別出5個(gè)火山通道。混沌屬性是基于局部構(gòu)造張量特征值相對(duì)大小、不同特征值組合運(yùn)算得到的屬性，該屬性可有效突出特殊地質(zhì)體的邊界；在疊合剖面上，位于火山機(jī)構(gòu)軸部，產(chǎn)狀近直立狀，內(nèi)部呈暗色雜亂狀，下部連通基底，頂部呈傘狀(圖2)。因此，混沌屬性與常規(guī)地震疊合顯示相結(jié)合更能反映火山通道的響應(yīng)特征。

圖2 查2區(qū)塊火山通道響應(yīng)特征剖面

以火山通道為中心，采用灰度共生矩陣屬性與常規(guī)地震疊合顯示技術(shù)在查2區(qū)塊共識(shí)別出5個(gè)火山口，每個(gè)火山口形成一個(gè)火山噴發(fā)單元，即查2區(qū)塊是由多個(gè)火山噴發(fā)單元共同發(fā)育形成的一個(gè)整體規(guī)模更大的復(fù)合火山機(jī)構(gòu)。灰度共生矩陣屬性是一種表征灰度空間相關(guān)特性的紋理屬性，它代表在圖像空間中相隔某距離的兩像素之間的灰度關(guān)系；在疊合剖面上，火山口兩側(cè)多呈近對(duì)稱(chēng)狀且沿下傾方向逐漸減薄，火山噴發(fā)單元外部形態(tài)呈微型丘狀或蘑菇狀，各噴發(fā)單元之間存在側(cè)向疊置關(guān)系(圖3)。因此，灰度共生矩陣屬性與常規(guī)地震疊合顯示相結(jié)合更能有效反映火山口及火山噴發(fā)單元的響應(yīng)特征。

圖3 查2區(qū)塊火山口及噴發(fā)單元響應(yīng)特征剖面

1.2 火山機(jī)構(gòu)識(shí)別

在識(shí)別查2區(qū)塊火山通道、火山口及火山噴發(fā)單元的基礎(chǔ)上，可通過(guò)井震標(biāo)定開(kāi)展火山機(jī)構(gòu)地震識(shí)別研究。其方法包括通過(guò)地震時(shí)間切片確定火山機(jī)構(gòu)平面分布范圍，通過(guò)地震標(biāo)志性反射特征刻畫(huà)火山機(jī)構(gòu)包絡(luò)面，明確火山巖體與圍巖差異，實(shí)現(xiàn)由火山源頭到火山機(jī)構(gòu)的精細(xì)刻畫(huà)。

由于火山巖與圍巖的巖性存在差異，造成它們?cè)诘卣鸱瓷渫噍S的疏密、寬窄、走向等方面存在特征差異，主要體現(xiàn)在：火山巖與圍巖(沉積巖)邊界清晰，產(chǎn)狀截然不同，沉積巖同相軸變化相對(duì)平穩(wěn)，同相軸寬，排列比較規(guī)則，火山巖則呈流動(dòng)構(gòu)造或云朵狀、絮狀；同時(shí)火山巖體與圍巖邊界處一般地層傾角較大，同相軸呈密集條帶狀，同相軸窄、變化快。因此地震時(shí)間切片可以較好地確定火山機(jī)構(gòu)的平面分布范圍(圖4)。

圖4 地震時(shí)間切片上查2區(qū)塊火山機(jī)構(gòu)響應(yīng)特征(T=2 564 ms)

在地震標(biāo)志性反射特征上，查2區(qū)塊火山機(jī)構(gòu)外部形態(tài)呈丘狀，機(jī)構(gòu)內(nèi)部表現(xiàn)為中等振幅、中-低頻率、連續(xù)性差的反射特征，機(jī)構(gòu)外圍(沉積巖)表現(xiàn)為中-強(qiáng)振幅、中-高頻率、連續(xù)性較好的反射特征，在機(jī)構(gòu)邊界處同相軸尖滅、錯(cuò)斷或能量突變，側(cè)翼沉積巖存在超覆現(xiàn)象(圖5)。

圖5 過(guò)查2井東西向地震剖面

2 火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕解剖

火山巖巖性、巖相及噴發(fā)旋回、期次控制著優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布，因此是火山巖氣藏不可或缺的研究?jī)?nèi)容[4]。火山噴發(fā)旋回是指火山活動(dòng)從強(qiáng)烈噴發(fā)→平靜溢流→蒸汽涌流→火山活動(dòng)寧?kù)o期的過(guò)程，由一系列具有同源性的火山巖構(gòu)成，一般化學(xué)成分接近。火山噴發(fā)期次是指一個(gè)噴發(fā)旋回內(nèi)，一次相對(duì)集中的噴發(fā)而形成的一套火山巖組合[5]。通過(guò)“巖性巖相-旋回期次”的劃分方案認(rèn)識(shí)研究區(qū)火山巖的活動(dòng)規(guī)律，對(duì)于揭示區(qū)域內(nèi)油氣富集特征具有重要意義[6]。以查2井巖心觀察和薄片分析為基礎(chǔ)，對(duì)巖心巖石成分、類(lèi)型、結(jié)構(gòu)及測(cè)井特征進(jìn)行分析，在垂向上識(shí)別巖性序列變化及韻律的界面特征，根據(jù)韻律的周期性變化劃分火山機(jī)構(gòu)的旋回、期次，結(jié)合井震標(biāo)定，識(shí)別各期次的地震反射特征，開(kāi)展各期次界面層位追蹤，實(shí)現(xiàn)火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕結(jié)構(gòu)的精細(xì)解剖。

根據(jù)查2井巖心薄片、巖屑薄片，結(jié)合錄井分析及測(cè)井特征研究，認(rèn)為查2區(qū)塊火石嶺組發(fā)育的火山巖巖性主要為凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，局部發(fā)育安山巖，其中沉凝灰?guī)r占比56.2%，凝灰?guī)r占比36.5%，安山巖和偏安山質(zhì)凝灰?guī)r占比7.3%。依據(jù)巖性和電性特征，可將查2井火山巖相劃分為3種相類(lèi)型(爆發(fā)相、火山沉積相、溢流相)及4種亞相類(lèi)型，并以爆發(fā)相和火山沉積相為主，下部局部發(fā)育溢流相。綜合巖性巖相特征及韻律的周期性變化，查2井縱向上劃分為兩個(gè)旋回3個(gè)期次，期次Ⅰ以爆發(fā)相為主，期次Ⅱ主要發(fā)育火山沉積相，期次Ⅲ發(fā)育爆發(fā)相，呈現(xiàn)噴發(fā)→噴發(fā)間斷→噴發(fā)的旋回特征。根據(jù)火山巖噴發(fā)成因、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及后期成巖作用等因素分析，區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r主要屬于爆發(fā)相中的熱碎屑流亞相和熱基浪亞相，是區(qū)內(nèi)形成儲(chǔ)層的有利火山巖相帶，電測(cè)曲線上反映為低伽馬(GR)高深側(cè)向(LLD)的特征；而沉凝灰?guī)r屬于火山沉積相中的再搬運(yùn)火山沉積亞相，為非有效儲(chǔ)層，主要作為有效儲(chǔ)層——凝灰?guī)r的直接蓋層，起到遮擋作用，電測(cè)曲線上反映為高伽馬(GR)低深側(cè)向(LLD)的特征。

在井震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，識(shí)別各期次界面的地震反射特征，建立火山巖相與地震相之間的關(guān)系。查2區(qū)塊期次Ⅰ以爆發(fā)相為主，地震反射外部形態(tài)呈楔形，內(nèi)部呈波狀，中-弱振幅、中-高頻率、連續(xù)性較差；期次Ⅱ主要發(fā)育火山沉積相，地震反射外部形態(tài)呈板狀或席狀，內(nèi)部呈亞平行狀-波狀，中-強(qiáng)振幅、中-低頻率、連續(xù)性較好；期次Ⅲ發(fā)育爆發(fā)相，地震反射外部形態(tài)呈楔形，內(nèi)部呈波狀，中等振幅、中等頻率、連續(xù)性一般(圖5)。各期次界面反射特征清晰可追蹤，并據(jù)此繪制完成各期次的頂面構(gòu)造圖和厚度圖，構(gòu)造整體呈西低東高的斷背斜，各期次具有一定繼承性，以火山口為厚度中心呈南北向條帶分布，最終實(shí)現(xiàn)查2區(qū)塊火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕結(jié)構(gòu)的精細(xì)解剖。

3 建立地質(zhì)成藏模式

查干花次凹查2區(qū)塊整體呈丘狀形態(tài)，在平面上共識(shí)別出5個(gè)火山口，是由多個(gè)火山噴發(fā)單元共同發(fā)育形成的一個(gè)整體規(guī)模更大的復(fù)合火山機(jī)構(gòu)；縱向上呈現(xiàn)噴發(fā)→噴發(fā)間斷→噴發(fā)的旋回特征，劃分為3個(gè)期次。通過(guò)平面上以“火山通道-火山口-噴發(fā)單元-火山機(jī)構(gòu)及外圍”、縱向上以“巖性巖相-旋回期次”為核心步驟的逐級(jí)火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖技術(shù)，建立查2區(qū)塊中基性火山巖地質(zhì)成藏模式(圖6)。即期次Ⅰ時(shí)期由5個(gè)火山噴發(fā)單元同源、同期噴發(fā)，在期次頂部形成爆發(fā)相凝灰?guī)r有利相帶；期次Ⅱ時(shí)期發(fā)育沉凝灰?guī)r，可作為蓋層穩(wěn)定分布；期次Ⅲ時(shí)期再次噴發(fā)，形成第二套爆發(fā)相凝灰?guī)r有利相帶，上部營(yíng)城組一段泥巖為區(qū)域蓋層。該火山巖地質(zhì)成藏模式的建立，對(duì)區(qū)內(nèi)下步氣藏開(kāi)發(fā)工作具有重要指導(dǎo)意義。

圖6 查2區(qū)塊中基性火山巖地質(zhì)成藏模式

4 結(jié)論

(1)采用混沌屬性、灰度共生矩陣屬性與常規(guī)地震疊合顯示技術(shù)在平面上于查2區(qū)塊識(shí)別出火山口共5個(gè)，結(jié)合地震時(shí)間切片與地震標(biāo)志性反射特征實(shí)現(xiàn)了區(qū)內(nèi)由火山源頭到火山機(jī)構(gòu)的精細(xì)刻畫(huà)。

(2)通過(guò)“巖性巖相-旋回期次”的劃分方案明確查2區(qū)塊縱向上可劃分為3個(gè)期次，對(duì)不同期次的地震相特征進(jìn)行地震追蹤，完成了火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕結(jié)構(gòu)的精細(xì)解剖。

(3)形成了一套中基性火山巖氣藏平面上以“火山通道-火山口-噴發(fā)單元-火山機(jī)構(gòu)及外圍”、縱向上以“巖性巖相-旋回期次”為核心步驟的逐級(jí)火山機(jī)構(gòu)內(nèi)幕結(jié)構(gòu)解剖技術(shù)，并建立了查2區(qū)塊中基性火山巖地質(zhì)成藏模式。