準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)石炭系火山巖巖相

摘 要

摘要：位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部的陸西地區(qū)有大面積的火山巖分布，顯示出良好的油氣勘探前景。但該區(qū)石炭系火成巖埋藏較深，目前揭示石炭系火山巖地層或者更老火山巖地層的探井非常有限
摘要：位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部的陸西地區(qū)有大面積的火山巖分布，顯示出良好的油氣勘探前景。但該區(qū)石炭系火成巖埋藏較深，目前揭示石炭系火山巖地層或者更老火山巖地層的探井非常有限，只能利用地質(zhì)資料和地震資料相結(jié)合的辦法來研究該區(qū)石炭系火山巖巖相的分布特征。將該區(qū)石炭系火山巖體的地震反射特征劃分為以下4種：舌狀或楔狀反射、板狀反射、弧狀反射、丘狀或蘑菇狀地震相反射特征；結(jié)合前人的研究成果和詳細(xì)的井震對比，確定了不同的地震反射特征所對應(yīng)的火山巖巖相。通過在地震剖面上的追蹤對比，明確了該區(qū)石炭系火山巖巖相的分布情況：大致呈北東-南西向的條帶狀分布，西北部以噴溢相的基性火山巖為主，向東南依次過渡為爆發(fā)相火山巖、噴溢相中性火山巖；而儲層條件也是由西北向東南逐漸變好，位于陸西地區(qū)東南部的石西凸起應(yīng)話為下一步勘探的重點區(qū)域。
關(guān)鍵詞：準(zhǔn)噶爾盆地；陸西地區(qū)；地震反射；地震響應(yīng)；特征；火山巖巖相；空間展布規(guī)律；石炭紀(jì)
陸西地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起西南部與中央坳陷相接。主要由烏夏斷裂帶、瑪湖凹陷、石英灘凸起、英西凹陷、三個泉凸起、夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起、盆1井西凹陷、三南凹陷、石西凸起等次級構(gòu)造單元組成(圖1)。
 
    前人做過很多關(guān)于準(zhǔn)噶爾盆地的火山巖地震反射特征研究，并取得了很大的突破。發(fā)現(xiàn)在石炭系火山巖中不僅存在很好的儲層，而且還發(fā)現(xiàn)了較好的油氣顯示，有的甚至達(dá)到了工業(yè)油流的級別。說明在該地區(qū)存在火山巖型油氣藏，并發(fā)育著火山巖類優(yōu)質(zhì)儲層[1～2]，準(zhǔn)噶爾盆地中火山巖儲層油氣田的勘探前景非常樂觀，有必要進一步做更詳細(xì)的工作。
    在各大盆地都曾經(jīng)有過關(guān)于火山巖地震相的研究[3]，鐘廣法等[4]在塔里木盆地根據(jù)不同的地震相劃分出3種火山巖體；在松遼盆地也有很多專家做過關(guān)于火山巖相的地震反射特征研究，都取得了很好的效果[5～10]。姚新玉等將準(zhǔn)噶爾盆地的火山巖地震反射特征分為3類，分別代表不同的火山巖組合體；周路等[11]通過研究發(fā)現(xiàn)莫索灣凸起地區(qū)井下石炭系巖性與井旁地震反射特征之間具有二定的對應(yīng)關(guān)系。在連井地震剖面上，可用地震相特征的明顯變化來區(qū)別不同的巖性。但由于在陸西石炭系火成巖埋藏較深，目前揭示石炭系火山巖地層或者更老的火山巖地層的探井非常有限，筆者只能利用地質(zhì)資料和地震資料相結(jié)合的辦法來研究陸西地區(qū)石炭系火山巖巖相的分布特征。
1 陸西地區(qū)主要的地震反射特征
    陸西地區(qū)火山巖體的主要反射特征多為不規(guī)則的地質(zhì)體形態(tài)，大多分布于斷裂帶附近或斷裂帶中，侵入巖體與沉積巖界面不平行，有較強振幅的反射，與圍巖相區(qū)別，內(nèi)部缺少平整連續(xù)的反射層或偶見短軸強反射，巖體周圍沉積巖反射連續(xù)性明顯中斷，常見有對上覆或相鄰沉積巖明顯的同化現(xiàn)象，并可對上覆地層有明顯的上拱擠壓變形，甚至侵穿某一地層而形成類似不整合的現(xiàn)象。有些地方火山巖體在地震剖面上的表現(xiàn)雖與沉積地層的整合性較好，但仍可看出沿地層傾向呈楔狀、舌狀、板狀及丘狀分布的形態(tài)特征，而且順層追蹤不遠(yuǎn)即行尖滅；也有與沉積地層界面大致平行，但稍有分界，內(nèi)部反射不明顯且反射頻率一般較低或呈雜亂的斷續(xù)反射，多分布在兩組斷裂復(fù)合控制區(qū)或區(qū)域性深大斷裂附近?；鹕綆r體的層速度比正常沉積層的層速度相對要高，但如果火山巖本身風(fēng)化或蝕變較強時，則會造成層速度差異性下降。
    不同的地震相對應(yīng)一定的火山巖巖相，詳細(xì)劃分地震相有利于進一步分析該地區(qū)火山巖巖相的分布。通過研究劃分出陸西地區(qū)石炭系火山巖地震反射特征主要有以下幾種：舌狀或楔狀反射、板狀反射、弧狀反射、丘狀或蘑菇狀等反射特征(圖2)。
 
1.1 舌狀或楔狀和板狀地震相反射特征
   舌狀或楔狀反射和板狀反射地震相主要反映順層或穿層侵入的巖體和溢流相的熔巖層沿地形發(fā)展的巖體。具有中-強振幅、連續(xù)性好、平行-亞平行的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)，反射的成層性好，類似于沉積巖的反射特征。
在大部分地震時間剖面上仍能發(fā)現(xiàn)該類反射與沉積巖反射的區(qū)別：首先在橫向上，內(nèi)部一般都缺乏能夠長距離連續(xù)追蹤的反射軸，單相位強波中斷現(xiàn)象很多且有同相軸扭曲現(xiàn)象，一套火山巖的頂?shù)追瓷浣缑嬗袝r比較容易判斷出，繞射波不甚明顯(圖2-a、b)；其次，縱向上振幅變化大。本區(qū)主要包括安山巖和玄武巖，沿地形流動的熔巖凝結(jié)成巖后被后期沉積地層覆蓋，或者被剝蝕后形成削截，以及被后期沉積地層覆蓋形成上超以及尖滅等反射特征(圖2-c)。屏蔽效應(yīng)是由于熔巖的流動對下伏地層進行了包蓋，在地震反射中經(jīng)常表現(xiàn)為一個低頻、強振幅、強連續(xù)的反射軸，之下為較弱的雜亂反射或者無反射的空白區(qū)(圖2-d)。
1.2 弧狀地震相反射特征
    弧狀反射主要反映噴溢而出的熔巖流層，大多沿地形傾覆趨勢由高向低發(fā)展，反射同相軸呈弧形，由2到3個相位組成，表現(xiàn)為連續(xù)的強振幅和強反射，弧形下伏部位常由于屏蔽而表現(xiàn)為較弱的反射特征，一般比較雜亂或空白無反射(圖2-e)，這主要是由偏基性的玄武質(zhì)巖漿形成的。玄武質(zhì)巖漿黏度較小，易于流動，噴發(fā)到地表后，往往朝著地形低洼處流動，因而玄武巖分布受古低洼地形控制較明顯。
1.3 丘狀或蘑菇狀地震相反射特征
    丘狀或蘑菇狀反射主要反映了火山通道及火山錐體，具有頂部反射呈弧形，內(nèi)部反射雜亂，剖面上為典型的丘狀或不規(guī)則的蘑菇狀特征(圖2-f)。具有中-弱反射，內(nèi)部結(jié)構(gòu)常呈丘狀的短反射，同相軸多產(chǎn)生扭曲，難于追蹤，視頻率較低，波軸變寬，與沉積巖相比較，大多數(shù)容易識別。這主要是由于中酸性的英安質(zhì)巖漿黏度較大，不易流動，到達(dá)地表后很快就凝固了，易在火山口附近形成丘形或不規(guī)則的蘑菇狀反射形態(tài)。
2 火山巖相的地震反射特征
    由于火山巖對地震波具有較強的屏蔽作用，導(dǎo)致火山巖內(nèi)部地震反射能量弱，加上火山巖巖性復(fù)雜，火山巖與圍巖之間、火山巖內(nèi)部不同巖性之間波阻抗差異較小，加大了對火山巖地震相分析解釋的難度，致使儲層描述精確度較低。本區(qū)石炭系火山巖儲層的研究工作開展時間較短，火山巖埋藏深度大，地震剖面的信噪比較低，在該地區(qū)鉆遇石炭系火山巖的探井較少。這些因素都增加了石炭系火山巖儲層地震解釋的難度。
2.1 噴溢相和爆發(fā)相反射特征
    通過對陸西地區(qū)火山巖巖性和巖相特征的研究，結(jié)合地質(zhì)、測井、樣品分析數(shù)據(jù)，首先對陸西地區(qū)單井火山巖巖相進行了詳細(xì)標(biāo)定，劃分了單井火山巖的巖相和亞相；在單井的基礎(chǔ)上，建立了地質(zhì)-測井-地震特征相關(guān)性分析模式。不同的火山巖巖相具有不同的巖石組合及巖性特征，因此在地震剖面上也會表現(xiàn)出不同的地震響應(yīng)特征(表1)。依據(jù)這種地震響應(yīng)特征和反射特征便可對各種火山巖巖相類型進行分析研究。通過井震對比，基本上可以在地震剖面上實現(xiàn)對火山巖體及火山巖巖相的識別。
表1 火山巖相地震響應(yīng)特征表
火山巖相
地震反射外形特征
地震內(nèi)部反射特征
地震參數(shù)特征
火山通道相
呈現(xiàn)不規(guī)則的蘑菇狀
空白、雜亂、斷續(xù)反射
強振幅、低頻
侵出相
不規(guī)則的披覆狀
雜亂、斷續(xù)反射
強振幅、低頻
爆發(fā)相
波狀、蚯蚓狀、似層狀
斷續(xù)反射、較雜亂、延伸較近
中、強振幅
噴溢相
板狀、舌狀、帚狀
連續(xù)反射、延伸較長
強振幅、中低頻
以陸西地區(qū)某一條地震剖面為例(圖3)，剖面位置見圖5中A-A′。該地震剖面呈近南北向分布，在剖面中南部的石炭系為一個內(nèi)部呈中強振幅中等連續(xù)的波浪狀反射體，通過井震標(biāo)定可以確定該地質(zhì)體為噴溢相拉斑玄武巖。在其北部可見一個逆沖斷層，在斷層以北的石炭系中由4層地震響應(yīng)特征明顯的火山巖體組成，分別是：①反射特征為中等振幅，連續(xù)性差低頻的舌狀和板狀反射，偶有帚狀反射特征。反射內(nèi)部成層性好，類似于沉積巖的反射特征。但其中沒有長距離追蹤的強反射軸，單相位強波中斷非常明顯，縱向上振幅變化大，在較低部位常由于屏蔽作用而表現(xiàn)為較弱的反射特征，一般比較雜亂或者無反射區(qū)域，初步定為具有噴溢相的火山巖體。通過井震對比，可以確定該層段為具有噴溢相的拉斑玄武巖。②反射特征為強振幅，連續(xù)性中等低頻的板狀反射。內(nèi)部反射成層性好，類似于沉積巖的成層性反射特征明顯，但其中缺少長距離追蹤的強反射軸，單相位強波中斷明顯，縱向上振幅變化不大，層段內(nèi)部未出現(xiàn)屏蔽效應(yīng)。通過井震對比，可以確定該層段為具有噴溢相的玄武巖。③反射特征為中-強振幅，連續(xù)性差，低頻率，局部可見波狀或者似層狀的短反射。反射內(nèi)部雜亂，斷續(xù)反射，同相軸延伸較近，縱向上振幅變化大，無規(guī)律可循。由于沒有探井鉆遇該層段，筆者根據(jù)反射特征將其定為具有爆發(fā)相的火山凝灰?guī)r體。④該反射層從地震剖面上看和上述②反射層反射特征非常接近，幾乎沒有辦法區(qū)別。反射特征同樣為強振幅，連續(xù)性中等低頻的板狀反射。內(nèi)部反射成層性好，類似于沉積巖的成層性反射特征明顯，但其中缺少長距離追蹤的強反射軸，單相位強波中斷明顯，縱向上振幅變化不大，層段內(nèi)部沒有出現(xiàn)屏蔽效應(yīng)。該層段與上述②反射層在本區(qū)域靠近斷裂處合并，沒有明顯的界面可循，而且由于無探井鉆遇該層段，通過井震對比，確定該層段的火山巖相和上述②層段同為具有噴溢相的玄武巖。在研究區(qū)域內(nèi)這4個特征明顯的反射層段可以追蹤對比，普遍具有該反射特征，從而可以確定主要的火山巖巖相類型及其分布范圍。
2.2 火山通道相和侵入相反射特征
    爆發(fā)相和噴溢相的火山巖可以通過井震對比，由地震相分析出發(fā)，通過對比追蹤實現(xiàn)。由于火山口和火山通道相的確定比較復(fù)雜，在研究區(qū)采用的依據(jù)有：①火山口附近爆發(fā)相的火山角礫巖和集塊巖比較發(fā)育，火山角礫的成分復(fù)雜多樣。主要巖石類型有角礫熔巖、凝灰熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r或熔結(jié)的火山角礫巖甚至有角礫集塊巖和火山集塊巖。②離火山口較近的巖石氣孔非常發(fā)育。爆發(fā)相的火山角礫巖和熔結(jié)角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r中氣孔都非常發(fā)育；噴溢相的火山巖中氣孔也非常發(fā)育，具有含量高、分布厚的特點，玄武巖中常發(fā)育柱狀節(jié)理。③離火山口較近的火山巖巖性和巖相變化較大，爆發(fā)相和噴溢相的火巖石常交互出現(xiàn)，造成火山巖中原生裂縫比較發(fā)育。④在地震剖面上常呈現(xiàn)為構(gòu)造高點，在火山巖相帶變厚處，外形為丘型，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)雜亂，與周邊連續(xù)性差，具有低頻、斷續(xù)、空白或斜交特征。⑤由于研究區(qū)石炭系火山巖分布廣泛，活動較強和經(jīng)常噴發(fā)的火山口在當(dāng)時的古地貌上為一個隆起的地形高點。這種古地貌特征必將對石炭紀(jì)以后的沉積地層，如二疊系的佳木河組(P1j)、風(fēng)城組(P1f)、夏子街組(P2x)甚至烏爾禾組(P2w)的沉積特征產(chǎn)生一定影響，風(fēng)城組和夏子街組地層尖滅線的特征在一定程度上反映了石炭系火山口的位置分布。
陸西地區(qū)某地震剖面(圖4)呈北東-南西向分布，地震剖面位置見圖5中B-B′。在該剖面中部可見一個內(nèi)部為雜亂和空白反射結(jié)構(gòu)的柱狀-蘑菇狀反射體，該反射體頂部具有明顯的不規(guī)則的蘑菇狀外形，下部為一個斷續(xù)-雜亂的柱狀反射體。其內(nèi)部反射特征為強振幅、低頻率的雜亂反射，內(nèi)部結(jié)構(gòu)常成丘狀的短反射，同相軸多產(chǎn)生扭曲，難以追蹤，視頻率較低，波軸變寬。在蘑菇狀反射體的兩端可見平行結(jié)構(gòu)，頂端具有明顯的上超構(gòu)造，兩端具有披覆構(gòu)造。根據(jù)地質(zhì)和地震反射特征，筆者初步把該區(qū)域定為火山通道相的火山巖體。
 
    通過詳細(xì)的研究分析在陸西地區(qū)找到4個地區(qū)具有火山通道相(圖4)，其反射特征具有可對比性。
3 火山巖相空間展布規(guī)律
    通過對地震反射特征的分析，結(jié)合測井及巖心識別將陸西地區(qū)的石炭系火山巖巖相分為火山通道相、爆發(fā)相、噴溢相、侵出相4種類型。周路等[11]研究發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)噶爾盆地腹部地區(qū)石炭系火山巖儲層的物性明顯好于西北緣和盆地東部五彩灣地區(qū)。火山巖、碎屑巖儲層物性與埋深關(guān)系分析表明，火山巖儲層物性不受埋深的影響，即壓實作用對火山巖儲層物性影響較小[12～13]?；鹕綆r儲層物性與火山巖類型密切相關(guān)，中酸性火山巖及火山碎屑巖比基性火山巖和侵入巖的孔隙度要高2倍左右[11]。因此，在本區(qū)中酸性火山熔巖及火山碎屑巖是石炭系的主要儲層，也是研究的重點所在。
    在準(zhǔn)噶爾盆地腹部陸西地區(qū)為大面積火山巖分布地區(qū)，石炭系火山巖是由同期或不同期的火山經(jīng)多次多火山口噴發(fā)作用，由各種不同火山巖相的火山巖堆積而成。因此要了解該地區(qū)火山巖的巖性或巖相的空間展布特征，必須首先尋找火山噴發(fā)物的來源地，以恢復(fù)古火山面貌和歷史，在此基礎(chǔ)上，分析同一時期不同火山機構(gòu)噴發(fā)物分布范圍及相互關(guān)系，了解其火山作用特點及演化規(guī)律，才能客觀認(rèn)識研究區(qū)火山巖巖相的分布特征，進一步確定火山巖儲層類型。
通過不同地震剖面各種地震相的追蹤對比，結(jié)合研究區(qū)鉆遇石炭系二疊系佳木河組火山巖的20口探井、錄井、測井資料和分析化驗數(shù)據(jù)，對研究區(qū)火山巖相的平面分布特征進行了分析(圖5)。
 
    火山巖相的分布具有一定規(guī)律，基性噴溢相主要分布于瑪東地區(qū)，在瑪東地區(qū)以東陸梁隆起一帶為爆發(fā)相火山巖，反映出陸梁隆起較早，火山噴發(fā)時噴溢相(玄武巖)向西邊低處流動，而在東邊陸梁一帶主要發(fā)育沉降的爆發(fā)相火山角礫巖和凝灰?guī)r。
    在夏鹽地區(qū)的夏鹽2井和鹽001井附近發(fā)育有一個古火山口，因此不僅夏鹽2井有火山巖分布，而且鹽001井也有較多爆發(fā)相火山角礫巖分布，而在夏鹽2井西南一帶為爆發(fā)相。在夏鹽1井附近有火山口分布，據(jù)推測在夏鹽3井和夏鹽4井以南也有火山口存在，這一帶的火山巖主要為中性噴溢相的安山巖類，在研究區(qū)呈北東-南西向帶狀分布。在石南4井中見有熔渣狀玄武巖，這類玄武巖常分布于火山口附近，此外在石南4井和石南3井中都見到火山角礫巖。因此推測在石南4井附近(以北)和石南3井(以西)有火山口分布。在石南地區(qū)石炭系頂部主要為爆發(fā)相的凝灰?guī)r和火山角礫巖。從鉆井巖性中可見，石西地區(qū)出露的火山巖主要為中酸性噴溢相英安巖、流紋質(zhì)英安巖和安山巖。在石西2井中見有較多的火山角礫巖分布，此外研究區(qū)西南部當(dāng)時地勢較低，為沉積巖分布區(qū)。結(jié)合石炭系地層中中酸性火山巖及火山碎屑巖比基性火山巖和侵入巖的孔隙度要高2倍左右。本研究區(qū)有利的火山巖儲層應(yīng)該位于本區(qū)東南部的石西凸起，該區(qū)也是下一步研究和工作的重點。
4 結(jié)論
    準(zhǔn)噶爾盆地陸西地區(qū)在石炭系火山巖中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了較好的油氣顯示，如夏鹽2井、瑪東3井等。并且有許多埋深超過4000m的火山巖儲層仍然具有較好的物性條件。這些現(xiàn)象表明該地區(qū)深部存在火山巖型油氣藏，發(fā)育著火山巖類優(yōu)質(zhì)儲層。
    本區(qū)石炭系火山巖巖相分布基本確定，大致呈北東-南西向的條帶狀分布，西北部地區(qū)絕大部分是噴溢相的基性火山巖，向東南依次過渡為爆發(fā)相火山巖、噴溢相的中性火山巖；向北西方向再次出現(xiàn)了爆發(fā)相火山巖，該地區(qū)東南角是噴溢相的中酸性火山巖。從地震剖面上識別出本區(qū)有4個比較明顯的古火山口。在石炭紀(jì)時期，本區(qū)經(jīng)歷了大范圍的火山爆發(fā)，噴發(fā)出的大量巖漿沿地勢向四周擴散，巖漿由西北角的基性逐漸向南東過渡為中酸性。儲集條件也是由西北向東南逐漸變好，所以位于陸西地區(qū)東南部的石西凸起應(yīng)作為下一步勘探的重點區(qū)域。
參考文獻(xiàn)
[1] 秦啟榮，蘇培東，吳明軍，等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣九區(qū)火山巖儲層裂縫預(yù)測[J].天然氣工業(yè)，2008，28(5)：24-27.
[2] 靳軍，劉洛夫，余興云，等.陸東-五彩灣地區(qū)石炭系火山巖氣藏勘探進展[J].天然氣工業(yè)，2008，28(5)：21-23.
[3] 曹寶軍，李相方，姚約東.火山巖氣藏開發(fā)難點與對策[J].天然氣工業(yè)，2007，27(8)：82-84.
[4] 鐘廣法，鄧常念，周志松，等.塔中地區(qū)火山巖的地震相及圈閉特征[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報，1997，19(3)：34-37.
[5] 邵正奎，孟憲祿，王洪艷，等.松遼盆地火山巖地震反射特征及其分布規(guī)律[J].長春科技大學(xué)學(xué)報，1999，29(1)：33-36.
[6] 唐華風(fēng)，王璞珺，姜傳金，等.松遼盆地火山巖相地震特征及其與控陷斷裂的關(guān)系[J].吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2007，37(1)：73-78.
[7] 阮寶濤，孫圓輝，蘇愛武，等.松遼盆地長嶺1號氣田營城組火山巖巖相分析[J].天然氣工業(yè)，2009，29(4)：27-29.
[8] 舒萍，丁日新，曲延明，等.徐深氣田火山巖儲層巖性巖相模式[J].天然氣工業(yè)，2007，27(8)：23-27.
[9] 劉為付，孫立新，劉雙龍.松遼盆地鶯山斷陷火山巖地震反射特征及分布規(guī)律[J].石油實驗地質(zhì)，2000，22(3)：256-259.
[1O] 郭振華，王璞珺，印長海，等.松遼盆地北部火山巖巖相與測井相關(guān)系研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2006，36(2)：208-214.
[11] 周路，王緒龍，雷德文，等.準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣凸起石炭系上部巖性預(yù)測[J].中國石油勘探，2006，11(1)：69-79.
[12] 岑芳，羅明高，姚鵬翔.深埋藏火山巖高孔隙形成機制探討[J].西南石油學(xué)院學(xué)報，2005，27(3)：8-10.
[13] 張年富，曹耀華，況軍，等.準(zhǔn)噶爾盆地腹部石炭系火山巖風(fēng)化殼模式[J].新疆石油地質(zhì)，1998，19(6)：450-452.
 
(本文作者：孫國強1 趙競雪2 紀(jì)宏濤3 張國清3 史基安1 1.中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室；2.中國石油西南油氣田公司；3.中國石油新疆油田公司)