松辽盆地北部营一段火山岩旋回特征及测井响应

松辽盆地北部营一段火山岩旋回特征及测井响应

目前，火山岩储层是一种特殊的油气储层，受到国内外石油公司的广泛关注。近年来,大庆油田、胜利油田和辽河油田等在火山岩钻探中相继获得重要发现。火山岩油气藏已成为我国东部中、新生代陆内裂谷盆地的重要油气藏类型。火山岩旋回的划分是了解火山活动时空演化规律的基础,对火山喷发模式的建立和油气勘探具有重要的理论和实际应用意义。以往的工作中,对区内大面积中、新生代火山岩只注重岩石学、岩相及喷发韵律研究,在火山喷发旋回划分方面尚为薄弱。测井资料是对地层物理和化学性质最直接、最可靠的反映,包含着丰富的地质信息,可以反映地层在纵向上的变化趋势以及岩性、岩相、孔渗和储层含油气饱和度等特征,因此利用测井资料不仅可以有效地研究火山岩地层宏观变化规律,而且可以快速、准确地划分火山喷发旋回。为了详细了解徐家围子断陷火山岩喷发旋回的时空演化规律以及不同旋回之间构造、储层岩性、岩相和物性的关系,同时为更精细地开展储层预测提供研究基础,本文主要利用测井资料分析方法,对营城组一段火山岩开展了高分辨率旋回划分,并通过仔细分析对比,总结了不同旋回对应的测井响应特征。1上白垩统火山徐家围子断陷是松辽盆地北部东南断陷区的主要断陷,为白垩纪以来在徐西断裂控制下发育起来的近南北向展布的断陷,断陷内发育北东至北北东向的徐西、徐中和徐东3条大断裂,将断陷划分为徐西断阶带、徐中构造带和徐东斜坡带等构造单元。徐家围子断陷火山岩沿基底断裂带分布,发育层位主要是上侏罗统和下白垩统的火石岭组、沙河子组和营城组。此外,在局部地区上白垩统青山口组中也发现少量火山岩。上述火山岩赋存层段中以营城组最为发育,平均厚度300m,最厚处超过1000m,埋深一般3000~4500m,且主要分布在营一段和营三段中。营一段火山岩以酸性为主,多见深灰色及黑灰色晶屑凝灰岩、灰色及灰白色流纹岩、杂色火山角砾岩;营三段火山岩以中基性为主,多见安山岩、流纹质凝灰岩和蚀变闪长玢岩,营一段和营三段均为火山岩储层。该区勘探目的层埋深3000~5000m。烃源岩沉积后的火山活动与生烃作用有密切关系。松辽盆地在断陷期有频繁的火山活动,根据火山岩体的空间分布情况,结合岩芯及薄片观察,徐家围子断陷火山活动具有多次喷发、喷溢旋回的间歇性喷发特征,火山喷发频率高,间隔时间较短,既有强烈的中心式爆发,也有较为宁静的裂隙式溢流喷发。其中,营城期火山活动最为频繁,形成的火山岩规模大、分布面积广,火山活动对烃源岩的影响也最大。2岩相、性岩相近年来,测井资料被广泛用于识别钻井火山岩的岩性和岩相。利用测井曲线变化特征可以较好地对钻井全井段火山岩岩性和岩相进行识别,并且结合岩相分析方法,可以进一步确定旋回的区间及边界。2.1火山岩岩石类型选择对各种火山岩岩性敏感,尤其对酸性火山岩敏感的测井曲线,对识别火山岩的测井相十分重要。火山岩岩性、岩相测井识别一般运用识别灵敏度高的6条曲线,即自然伽马、电阻率、密度、声波时差、铀和钍。通过对这6种测井曲线的火山岩敏感度深入分析,本文重点研究了自然伽马、电阻率和密度这3种对火山岩岩性识别敏感的测井曲线,从曲线的最大值、最小值和平均值以及曲线形态上识别各种岩性。火山岩的自然伽马值由基性至酸性呈递增的变化趋势,一般来说,从基性经中性至酸性,放射性矿物的含量逐渐增加,因而在火山岩中,玄武岩自然伽马值最低,安山岩居中,流纹岩最高。火山岩的电阻率变化非常大,是岩石的矿物成分、热液蚀变、孔隙发育程度和含油气的综合反映,致密岩石的电阻率最高,当有裂缝时,电阻率有所降低,如果气孔发育,电阻率可能更低。密度测井值受组成岩石的矿物成分、孔隙、裂隙等因素的影响,在火山岩中,从基性至酸性,岩石中铁镁矿物含量减少,钙铝矿物增加,密度由大变小。徐家围子断陷营城组一段火山岩岩石类型多样,岩相较为齐全。通过岩芯观察描述与薄片镜下鉴定可知,营一段火山岩基本包含了熔岩和火山碎屑岩两大类中的各种岩类。火山熔岩主要包括:玄武岩、玄武安山岩、安山岩、英安岩和流纹岩;火山碎屑岩主要为凝灰岩,多为晶屑凝灰岩。根据对研究区40口井测井值的统计分析,可以得到不同岩石类型的测井响应值(表1和图1)。火山活动的不同旋回阶段,在物质成分和喷发方式上会产生规律性变化,从岩性上讲,当同一旋回内部岩性为熔岩、火山碎屑岩、沉积岩交替互层时,旋回内部岩性通常的构成次序为火山碎屑岩-熔岩-(火山碎屑)沉积岩,这是一个爆发-喷溢-间歇的周期,反映出火山活动由强渐弱的正韵律变化趋势。2.2相序变化特征火山岩相是指火山活动环境及在该环境中所形成的特定火山岩岩石类型的总和,岩相和亚相划分是由岩性的详细划分结合井段火山岩所在构造位置、古地貌及与火山口的关系来确定的。松辽盆地北部徐家围子地区营城组一段火山岩岩相分为火山通道相、爆发相、喷溢相、侵出相和火山沉积岩相5种,其中每种岩相又可划分为3种亚相,共15种亚相,综合40口井的分析结果,得到该地区主要发育喷溢相,约占51%,其次为爆发相,约为29%(图2)。通过分析不同岩相的测井曲线的变化,总结了火山岩相与测井相之间对应关系(表2),旋回内部岩相结构特征表现为相序连续或准连续,一个旋回通常包含一个或一个以上相序组合。一个完整的火山岩相序组合在纵向上表现为火山通道相→爆发相→喷溢相→侵出相→火山沉积相,这只是一个理想的火山喷发相序模式,实际情况中的相序组合可能只出现其中的部分甚至单一岩相类型。相序变化是火山活动强弱变化过程的表现和结果,相序组合主要取决于火山喷发方式和距离火山活动中心的远近,而火山喷发方式又与岩性密切相关。酸性-中酸性岩、碱性岩区多以爆发相开始,中基性-基性岩多以喷溢相开始。松辽盆地营城组火山岩相序变化受岩性控制,主要由爆发相或喷溢相开始,一次相对完整的喷发通常应该结束于侵出相、火山通道相或火山沉积相。侵出相的出现往往标志着一个期次的结束,而火山沉积相则表明火山活动进入间歇期。3营一部分火山岩旋回火山旋回指火山活动强度由平静到强烈再到平静而构成的喷发周期内形成的火山岩组合,不同旋回火山岩在物质成分、喷发方式及喷发强度上具有周期性和方向性,旋回之间存在一个可对比的沉积夹层或风化壳,常表现为构造不整合、喷发不整合,代表一个长期的火山活动间断时期。同一旋回火山活动产物由于受控于同期的区域构造作用和岩浆来源,造成在岩性、岩相组合韵律、岩石化学演化以及火山机构空间分布等方面具有自身特点和相似性。火山活动的发生与构造运动密切相关。构造运动具有旋回性,火山活动同样也具有旋回性,火山喷发高峰期往往对应于构造运动的鼎盛期。徐家围子断陷火山喷发中心主要受徐西和徐中(宋西)两条断裂活动控制,断裂长期活动为岩浆上涌提供了通道。西部靠近徐西断裂附近,局部出现较小规模的火山活动。徐中断裂在营城组早期活动,引起徐家围子断陷内规模巨大的火山喷发,沿控陷断裂形成了巨厚的火山岩分布,厚度一般300~500m,向西减薄,一般小于150m。营一段火山岩最厚处位于断陷最深部位。由于营城组火山岩形成时间持续达10Ma,而每一期火山机构建造时间可能在相对较短的时间内完成,后期改造时间可能较长,因此火山岩顶部存在松散层、小型间断面或岩性岩相韵律界面等地质界面。在本次高分辨火山岩沉积旋回的划分中(图3),主要利用松散层和不同期次火山岩间的“不整合”界面所产生的测井曲线的变化划定期次的边界及区段;每个旋回火山岩顶部可能发育由于风化作用而形成的松散层,不同旋回之间由于火山喷发间歇期间的沉积作用可能发育沉积夹层,因此松散层和沉积夹层界面可以作为划分旋回的标志性界面,它们各自具有较为显著的测井曲线响应特征。在测井曲线中,松散层显示低电阻率(2~20Ω·m)、低密度(2.1~2.6g/cm3),沉积夹层则曲线振幅较高,变化频率较大。通常松散层之上和沉积夹层之上的火山岩是新的喷发旋回的开始,而火山沉积相和侵出相的出现往往标志着一个火山喷发旋回的结束。在测井曲线中,自然伽马曲线的变化反映了岩性的变化,电阻率和密度测井主要受蚀变程度及孔隙发育程度的影响,因此主要利用电阻率与自然伽马曲线并综合考虑其他测井曲线特征,能有效的划分火山岩旋回。在营一段高分辨火山岩旋回的划分中,不仅考虑了标志性界面的测井曲线显著变化特征,还综合考虑了岩性、岩相界面变化以及地震反射波组的振幅、频率、连续性等特征,在此基础上,将营一段火山岩自下而上划分为3个旋回。旋回1。岩石类型主要为流纹岩、流纹质岩屑/晶屑凝灰岩;多以爆发相开始,火山沉积相结束,相序类型主要为爆发相-火山沉积相、爆发相-喷溢相-侵出相/火山沉积相;伽马曲线值显著较高,平均值为140~180API,弱齿平直状,有明显的从旋回顶部到底部增大的趋势,电阻率值较高,为1500~2000Ω·m,高幅箱型,密度值较低,为2.6~2.8g/cm3,曲线平直,变化较小。熔岩曲线变化平稳,低振幅,微齿状;火山碎屑(熔)岩曲线振幅较大,呈指状、峰状、和齿状,厚度较小,变化在20~120m之间,成层性好,沿宋西断裂呈条带状主要分布。旋回2。岩石类型以凝灰岩、熔结凝灰岩和气孔流纹岩等酸性岩为主,岩相主要为爆发相和喷溢相。该期火山作用强烈,在全区均有发育,以中心式喷发为主。火山口位置明显受宋西断裂控制成定向排列。伽马曲线为中低值,平均值为80~100API,整体趋势变化不大,电阻率值较低,为1000~1500Ω·m,密度值为2.4~2.8g/cm3,低幅齿形。在旋回2的顶部,测井曲线有明显的沉积夹层特征,伽马值较高(120~180API),振幅较大,低电阻率,低密度,表明该期旋回和上部旋回之间存在喷发间歇时期。此期火山岩厚度较大,钻井揭示的厚度为70~350m,一般厚度为240~310m,局部遭受剥蚀而缺失,为本区火山岩储层的主要产层。旋回3。岩性以酸性火山岩为主,多为流纹岩和晶屑凝灰岩等,总体表现为溢流相和爆发相交互,在此旋回上部为营四段砾岩、砂砾岩储层岩,测井曲线反映明显,该期分布范围较大,因后期剥蚀,在局部构造高部位缺失,伽马曲线平均值为60~100API,曲线由旋回顶部到底部有明显增大的趋势,微振幅,电阻率值为1000~1200Ω·m,低幅齿形,密度曲线较平直,为2.5~2.8g/cm3,由于此旋回末期火山作用减弱直至停息,向沉积作用过渡,因此旋回顶部形成火山岩与陆源碎屑混杂的火山沉积岩,其主要岩性为砂砾岩与熔结火山角砾岩。4巨厚连续分布火山岩储层精细划分火山喷发旋回和期次的研究对火山喷发模式的建立和油气勘探具有重要的理论和实际应用意义。营城组一段火山岩是由间歇时间相对较短的多期喷发堆积而成,测井资料表明,储层在纵向上呈断续状分布,存在着从风化溶蚀储层发育带到差储层带至致密层带三分的规律性变化,此现象与每个期次的火山岩喷发有密切的关系,因此在巨厚连续分布的火山岩中划分旋回对评价火山岩储层很重要。营一段火山岩是由几次连续喷溢或喷发的火山岩叠置形成的复合岩流单元,在岩性不变的情况下,电阻率曲线的台阶式跳跃变化反映了岩石多次蚀变的变化,岩性和岩相变化也是不同期次火山岩的反映(图4)。综合分析营一段火山岩旋回的测井响应特征可以发现,每个喷发旋回的火山岩地层底部自然伽马和电阻率一般为中高值,顶部为低值,在旋回内部曲线振幅较小,不同的旋回界面存在测井曲线振幅和变化频率增大的特征,指示风化壳或沉积夹层等标志性界面的存在。5营一部分火山岩旋回特征通过徐家围子断陷营城组一段高分辨火山岩旋回的划分,加强了徐家围子地区火山岩地层旋回研究的薄弱之处,丰富了松辽盆地火山岩地层研究内容,提高了该盆地火山岩的地质研究程度。得到的主要结论如下。1)根据营城组一段不同岩性、岩相的测井响应特征,并结合该区营一段火山岩多期次、间歇