松辽盆地北部营城组火山岩发育特征

松辽盆地北部营城组火山岩发育特征

松辽盆地北部的大庆盆地自1959年发现以来，为国家的石油安全做出了重要贡献。自1976年以来，它以5000.104吨的年税收取得了辉煌的成绩，创造了世界油田发展史上的奇迹。2000年以来,大庆油田中浅层的油气开发普遍进入了高含水期,往深部寻找天然气就成了重点勘探方向,2002年徐家围子断陷的徐深1井发现深层工业气流,更坚定了油气地质工作者深层找气的信心。近10年的勘探,徐家围子深层天然气取得了丰硕成果,探明储量不断增加,为新一轮年产量4000×104t的持续稳产奠定了坚实的基础。目前徐家围子断陷深层发现的气藏主要位于下白垩统营城组火山岩中,通过近几年高分辨率三维地震勘探,对营城组火山岩的分布特征有了较深入的认识,但对火山岩受控机制,尤其是动力学背景的研究仍不够深入,在一定程度上制约了对火山岩天然气成藏规律的认识及深层天然气勘探的步伐。笔者以三维地震勘探资料为基础,通过火山岩与断裂叠合关系及大尺度区域构造运动分析,深入探讨了营城组火山岩的喷发规律和受控机制。1断陷构造发育的地质背景徐家围子断陷位于松辽盆地北部,西与中央古隆起带以断层相隔,东南和东北分别与朝59—万隆古隆起及东北断隆区呈斜坡过渡(图1),是一个呈近SN走向的箕状断陷,东西最宽处40km,南北长约80km,总体表现为西断东超的构造格局,断陷内主要发育的徐西断裂(南北两段)、徐中断裂及徐东断裂带,共同控制断陷深层构造的形成演化和地层的发育特征。徐家围子断陷是由于晚侏罗世伊泽奈奇板块对东亚大陆边缘俯冲及地幔上涌引起地壳拉张减薄形成的,在断陷伸展演化过程中,沙河子末期至营城期经历了挤压反转。受控于松辽盆地区域性沉积作用,徐家围子断陷深层地层自下而上为上侏罗统火石岭组(J3hs),下白垩统沙河子组(K1sh)、营城组(K1yc)、登娄库组(K1d)和泉头组(K1q)。火石岭期为断陷初始裂陷阶段,以火山岩建造为主;沙河子期为强烈断陷阶段,以湖相沉积为主;营城期为断拗转换阶段,早期以火山岩建造为主,晚期过渡至河流三角洲相和浅湖相沉积;登娄库期和泉头期为拗陷阶段,以河流三角洲、浅湖相沉积为主。2营六阶段化山期湖相古地理营城组可划分为4段,其中营一段和营三段为火山岩建造,营二段是火山活动间歇期间发育的湖相沉积,分布范围非常小,研究区缺失该地层,营四段表现为向坳陷沉积过渡的特征,以河流三角洲相和浅湖相沉积为主。2.1火山岩喷发的分布钻井资料揭示,徐家围子断陷营一段火山岩以中酸性岩为主,下部发育少量基性喷发岩,火山岩相以爆发相、溢流相和二者混合相为主,也有少量的侵出相、火山通道相和火山沉积相。在横向上,徐家围子断陷中部营一段火山岩以爆发相、溢流相为主,向南部逐渐过渡至沉积岩;在纵向上,多期的爆发相和溢流相相互叠置,其厚度主要受火山口分布的影响,其次是风化剥蚀,具有中部较厚、四周较薄、南北分带的特点。火山岩石类型有集块岩、角砾岩、凝灰岩、流纹岩、英安岩、安山岩、玄武岩等。从火山岩相序看,营一段火山岩的形成经历了多次喷发。其中下部喷发分布范围较小,主要在断陷中部深洼内,厚度0～400m;上部喷发主要分布在断陷中、南部,厚度明显受火山口分布的影响。从图2可以看出,营一段火山岩表现出沿徐中断裂呈裂隙式喷发和局部中心式喷发的特征,火山岩的厚度等值线与徐中断裂的走向基本一致,靠近徐中断裂的地方,火山岩厚度较大;火山岩西侧边界基本为徐西断层南段,处于断层上升盘的古中央隆起缺失火山岩的分布,但隆起以西的小凹陷中仍有火山岩发育。在南北方向上,火山岩厚度以断陷中部最大,向南呈减薄趋势,而升平凸起以北基本不发育营一段火山岩。即火山岩的喷发与断裂的活动性有密切关系。从三维地震剖面中断裂与地层错断关系及构造发育史分析可知,徐中断层大规模走滑发生于沙河子末期至营城期,这一时期是断层活动性最强的时期,为火山喷发提供有利的通道,也在一定程度上控制了火山岩的分布。2.2与岩石类型的区别钻井资料表明,营三段火山岩以酸性岩为主,伴有中酸性、基性和中性岩分布。火山岩相以爆发相、溢流相和二者混合相为主,也有少量的侵出相、火山通道相和火山沉积相。在横向上,断陷北部以溢流相为主,中部以爆发相、溢流相为主;在纵向上,多期的爆发相和溢流相相互叠置。岩石类型主要有集块岩、角砾岩、凝灰岩、流纹岩、玄武岩、英安岩、安山岩、沉积岩等。从以上岩性和岩相特征可以看出,营三段火山岩喷发类型和岩石类型与营一段较为相似,两者为同源的且有着相同动力学背景的两次火山喷发。营三段火山岩表现出明显的高位喷发、低位充填特征,在火山口附近厚度大,远离火山口厚度逐渐变小。从图3可以看出,火山岩分布表现出沿徐东构造带裂隙式喷发和局部中心式喷发的特征,西部边界基本为徐中断层,断层西侧火山岩不发育,南部边界位于徐深301井—徐深27井一线;整体上呈东西两翼薄、中部厚的分布特点,且火山岩厚度等值线具有沿徐东断裂带近南北向分布的特征,断陷中部断裂带处的厚度最大,往北呈逐渐减薄趋势。火山岩的这种分布规律与徐东断裂带的形成发育密切相关,徐东断裂带由一系列近SN向的小断层组成,下部由主断裂控制,延伸至基岩深处,上部散开呈花状构造,地震解释资料及构造发育史分析表明其主要活动时间为营三段沉积时期,是营三段火山岩向上喷发的主要通道。3营因视角的地震活动机制营一段火山岩主要分布于徐家围子断陷的中、南部,明显受徐中断裂的控制,具有从徐家围子断陷中部向南喷发的特征;营三段火山岩主要分布于徐家围子断陷的中、北部,主要受徐东花状断裂带的控制,具有从徐家围子断陷中部向北喷发的特征。徐东断裂带上破火山口的发现也证明了徐东断裂构造带对营三段火山岩的控制作用。通过对区域板块构造背景的分析可知,沙河子组沉积时期伊泽奈奇板块对东亚大陆边缘高速斜向俯冲,造成了包括徐家围子断陷在内的松辽盆地深部地幔上涌、岩石圈减薄,最终导致了地壳的伸展裂陷,徐家围子断陷这时期为强烈断陷阶段;沙河子组沉积末期开始,伊泽奈奇板块逐渐向北俯冲消亡,取而代之的是西太平洋板块对东亚大陆边缘的正向俯冲,这导致徐家围子断陷发生了挤压构造反转(图4)。这种构造作用一直持续至营城期,这时徐中断裂和徐东断裂构造带活动强烈,向地壳深部延伸,成为了岩浆上涌形成火山活动的主要通道,营城组火山岩正是在这种构造背景下形成的。营一段沉积期火山喷发时,正处于两大板块(伊泽奈奇板块和西太平洋板块)对东亚大陆边缘俯冲的转换期。徐家围子断陷构造演化阶段分析也表明,徐家围子断陷在沙河子组沉积期末中、北部发生过一次基底隆升地质事件,使得沙河子组及以下地层遭受抬升剥蚀,这次的基底隆升可以看成是断陷中、北部的一次底侵作用,兴城-升平凸起正是在这种构造背景下形成的,底侵作用使得基岩的厚度大大增大,直接阻碍了营一段火山活动在中、北部的喷发,而中、南部则成了岩浆上涌的主要薄弱带,加上挤压构造反转使徐中断裂活动性加强,向下沟通至岩浆房。这是营一段火山岩沿徐中断裂喷发,只分布于中、南部的主要原因(图5)。营一段沉积期火山岩喷发之后形成了短暂的间歇,营二段沉积期在松辽盆地局部低洼处形成湖相沉积,其分布范围较小,在徐家围子断陷基本不发育。营三段沉积时期两大板块之间的转换在徐家围子断陷形成了强挤压反转作用,火山活动继续加强。受营一段沉积期火山在中、南部喷发的影响,断陷中、南部堆积了巨厚的火山岩,阻挡了营三段火山岩的发育,且经过营一段沉积期喷发之后,深部近源岩浆房的压力下降,因此,营三段沉积时期断陷中、南部的火山活动较弱,同理,升平-兴城凸起区在巨厚的基底阻挡下火山活动也较弱;而中、北部的东部坳陷区徐东断裂构造带活动强烈,基岩顶埋深大,与下部岩浆房最近,大断裂沟通了深部岩浆与浅部地层,是断陷构造稳定性最薄弱带,活动性强的徐东断裂带就成为了深部岩浆活动主要通道。这是营三段火山岩沿徐东断裂构造带分布于中、北部的主要原因(图5)。从区域板块对东亚陆缘的俯冲碰撞作用来看,营一段与营三段火山岩形成的区域构造背景相似,营一段沉积时期伊泽奈奇板块斜向俯冲造成了徐中断层的大规模走滑,火山活动沿该断裂带发育;营三段沉积时期西太平洋板块正向俯冲造成徐家围子断陷处于近东西向挤压的应力场,徐东坳陷东部早期形成的正断层此时大规模走滑而形成徐东断裂构造带,火山活动沿着该构造带向上喷发形成营三段的火山岩分布。从徐家围子断陷内部结构特征来看,经历了沙河子期的强烈拉张,断陷中部的地壳在持续的地幔上涌作用下已变得非常脆弱,加上拉张之后的挤压回返使得早期的断裂活动性加强,具备了岩浆突破阻力向上喷发的条件,整个营城期火山岩(营一段和营三段)表现为从断陷中部向南北两端喷发的特点,符合徐家围子断陷该时期的构造应力场特征,是区域板块构造作用在徐家围子断陷的响应。4营城组火山岩形成的地质背景和成因(1)徐家围子断陷营城期两期火山活动发育特征在断陷内部受控于不同的断裂体系:营一段火山岩的喷发和分布受控于徐中断裂的活动性及延伸方向,表现为