查干花次凹查2区块火山机构识别及内幕结构解剖

赵生嵘

(中国石化东北油气分公司长岭一体化项目团队，吉林长春 130062)

查干花次凹查2区块位于松辽盆地南部长岭断陷达尔罕断凸带与双坨子低凸起之间的白家围子圈闭，是有利的生烃凹陷，经历了断陷期、断坳转换期、坳陷期和反转期四个演化阶段，在断陷期岩浆活动强烈，发育有火石岭组、营城组三段火山岩，形成火山岩与碎屑岩同时并存、穿插披覆的“二元”充填结构。

查干花次凹火石岭组垂向上存在两套岩性组合，下部以安山岩、凝灰岩等火山岩为主，上部以泥岩、细砂岩等碎屑岩为主，夹有火山间歇喷发形成的沉凝灰岩(图1)。其中，火山岩分布范围较广，横向叠合连片，纵向叠置，火山岩喷发后遭受一定时间风化剥蚀，火山岩之上或侧翼与碎屑岩地层超覆接触。沙河子组-营城组沉积期，查干花次凹边界断裂自南向北分三段演化，断裂活动强度由南向北逐渐增强，相应控制沉积中心由南向北迁移，营城组一段发育区内主力烃源岩地层，最大厚度达500 m。至登娄库组末期，查干花次凹构造基本定型，火石岭组火山岩体形成鼻状古构造背景，有利于油气运移成藏[1]。研究区属中基性火山岩气藏，具有气藏埋藏深、岩性变化快、火山机构内幕复杂等特点，如何有效识别火山机构及开展机构内幕结构解剖，成为制约区内下步气藏开发工作的关键问题。

图1 查2井典型火山岩岩心、薄片照片

本研究主要应用地震资料完成火山机构识别及内幕结构解剖，所使用的为2018年连片处理的三维地震资料成果，包括腰英台南、腰英台西、达尔罕南、哈尔金、黑帝庙等13个三维区，采集覆盖次数为40～110，处理面元为20 m×20 m，处理方法为PSDM(叠前深度偏移)，满覆盖面积为1 100 km2。地震体在深部断陷地层成像清晰、同相轴连续性好，地震资料品质在火石岭组地层发育的区域均属Ⅰ类，能够满足研究区火山机构识别及内幕结构解剖的要求。

火山机构是指一定地质时限内同源或同一火山口源区的火山喷发物的总和，其构成包括火山通道、火山口及火山喷发单元三大要素[2]。

1.1 火山通道及火山口识别

火山通道是指岩浆房到火山口顶部的整个岩浆导运系统，一般位于火山机构近中心部位；
火山口是指由火山喷出物四周堆积而形成的环状坑，一般位于火山机构顶部。二者共生共存，活动于整个火山活动周期，控制了火山机构的类型、规模、形态、岩性岩相分布等[3]。

采用混沌属性与常规地震叠合显示技术在查2区块共识别出5个火山通道。混沌属性是基于局部构造张量特征值相对大小、不同特征值组合运算得到的属性，该属性可有效突出特殊地质体的边界；
在叠合剖面上，位于火山机构轴部，产状近直立状，内部呈暗色杂乱状，下部连通基底，顶部呈伞状(图2)。因此，混沌属性与常规地震叠合显示相结合更能反映火山通道的响应特征。

图2 查2区块火山通道响应特征剖面

以火山通道为中心，采用灰度共生矩阵属性与常规地震叠合显示技术在查2区块共识别出5个火山口，每个火山口形成一个火山喷发单元，即查2区块是由多个火山喷发单元共同发育形成的一个整体规模更大的复合火山机构。灰度共生矩阵属性是一种表征灰度空间相关特性的纹理属性，它代表在图像空间中相隔某距离的两像素之间的灰度关系；
在叠合剖面上，火山口两侧多呈近对称状且沿下倾方向逐渐减薄，火山喷发单元外部形态呈微型丘状或蘑菇状，各喷发单元之间存在侧向叠置关系(图3)。因此，灰度共生矩阵属性与常规地震叠合显示相结合更能有效反映火山口及火山喷发单元的响应特征。

图3 查2区块火山口及喷发单元响应特征剖面

1.2 火山机构识别

在识别查2区块火山通道、火山口及火山喷发单元的基础上，可通过井震标定开展火山机构地震识别研究。其方法包括通过地震时间切片确定火山机构平面分布范围，通过地震标志性反射特征刻画火山机构包络面，明确火山岩体与围岩差异，实现由火山源头到火山机构的精细刻画。

由于火山岩与围岩的岩性存在差异，造成它们在地震反射同相轴的疏密、宽窄、走向等方面存在特征差异，主要体现在：火山岩与围岩(沉积岩)边界清晰，产状截然不同，沉积岩同相轴变化相对平稳，同相轴宽，排列比较规则，火山岩则呈流动构造或云朵状、絮状；
同时火山岩体与围岩边界处一般地层倾角较大，同相轴呈密集条带状，同相轴窄、变化快。因此地震时间切片可以较好地确定火山机构的平面分布范围(图4)。

图4 地震时间切片上查2区块火山机构响应特征(T=2 564 ms)

在地震标志性反射特征上，查2区块火山机构外部形态呈丘状，机构内部表现为中等振幅、中-低频率、连续性差的反射特征，机构外围(沉积岩)表现为中-强振幅、中-高频率、连续性较好的反射特征，在机构边界处同相轴尖灭、错断或能量突变，侧翼沉积岩存在超覆现象(图5)。

图5 过查2井东西向地震剖面

火山岩岩性、岩相及喷发旋回、期次控制着优质储层的分布，因此是火山岩气藏不可或缺的研究内容[4]。火山喷发旋回是指火山活动从强烈喷发→平静溢流→蒸汽涌流→火山活动宁静期的过程，由一系列具有同源性的火山岩构成，一般化学成分接近。火山喷发期次是指一个喷发旋回内，一次相对集中的喷发而形成的一套火山岩组合[5]。通过“岩性岩相-旋回期次”的划分方案认识研究区火山岩的活动规律，对于揭示区域内油气富集特征具有重要意义[6]。以查2井岩心观察和薄片分析为基础，对岩心岩石成分、类型、结构及测井特征进行分析，在垂向上识别岩性序列变化及韵律的界面特征，根据韵律的周期性变化划分火山机构的旋回、期次，结合井震标定，识别各期次的地震反射特征，开展各期次界面层位追踪，实现火山机构内幕结构的精细解剖。

根据查2井岩心薄片、岩屑薄片，结合录井分析及测井特征研究，认为查2区块火石岭组发育的火山岩岩性主要为凝灰岩、沉凝灰岩，局部发育安山岩，其中沉凝灰岩占比56.2%，凝灰岩占比36.5%，安山岩和偏安山质凝灰岩占比7.3%。依据岩性和电性特征，可将查2井火山岩相划分为3种相类型(爆发相、火山沉积相、溢流相)及4种亚相类型，并以爆发相和火山沉积相为主，下部局部发育溢流相。综合岩性岩相特征及韵律的周期性变化，查2井纵向上划分为两个旋回3个期次，期次Ⅰ以爆发相为主，期次Ⅱ主要发育火山沉积相，期次Ⅲ发育爆发相，呈现喷发→喷发间断→喷发的旋回特征。根据火山岩喷发成因、构造运动及后期成岩作用等因素分析，区内凝灰岩主要属于爆发相中的热碎屑流亚相和热基浪亚相，是区内形成储层的有利火山岩相带，电测曲线上反映为低伽马(GR)高深侧向(LLD)的特征；
而沉凝灰岩属于火山沉积相中的再搬运火山沉积亚相，为非有效储层，主要作为有效储层——凝灰岩的直接盖层，起到遮挡作用，电测曲线上反映为高伽马(GR)低深侧向(LLD)的特征。

在井震标定的基础上，识别各期次界面的地震反射特征，建立火山岩相与地震相之间的关系。查2区块期次Ⅰ以爆发相为主，地震反射外部形态呈楔形，内部呈波状，中-弱振幅、中-高频率、连续性较差；
期次Ⅱ主要发育火山沉积相，地震反射外部形态呈板状或席状，内部呈亚平行状-波状，中-强振幅、中-低频率、连续性较好；
期次Ⅲ发育爆发相，地震反射外部形态呈楔形，内部呈波状，中等振幅、中等频率、连续性一般(图5)。各期次界面反射特征清晰可追踪，并据此绘制完成各期次的顶面构造图和厚度图，构造整体呈西低东高的断背斜，各期次具有一定继承性，以火山口为厚度中心呈南北向条带分布，最终实现查2区块火山机构内幕结构的精细解剖。

查干花次凹查2区块整体呈丘状形态，在平面上共识别出5个火山口，是由多个火山喷发单元共同发育形成的一个整体规模更大的复合火山机构；
纵向上呈现喷发→喷发间断→喷发的旋回特征，划分为3个期次。通过平面上以“火山通道-火山口-喷发单元-火山机构及外围”、纵向上以“岩性岩相-旋回期次”为核心步骤的逐级火山机构内幕结构解剖技术，建立查2区块中基性火山岩地质成藏模式(图6)。即期次Ⅰ时期由5个火山喷发单元同源、同期喷发，在期次顶部形成爆发相凝灰岩有利相带；
期次Ⅱ时期发育沉凝灰岩，可作为盖层稳定分布；
期次Ⅲ时期再次喷发，形成第二套爆发相凝灰岩有利相带，上部营城组一段泥岩为区域盖层。该火山岩地质成藏模式的建立，对区内下步气藏开发工作具有重要指导意义。

图6 查2区块中基性火山岩地质成藏模式

(1)采用混沌属性、灰度共生矩阵属性与常规地震叠合显示技术在平面上于查2区块识别出火山口共5个，结合地震时间切片与地震标志性反射特征实现了区内由火山源头到火山机构的精细刻画。

(2)通过“岩性岩相-旋回期次”的划分方案明确查2区块纵向上可划分为3个期次，对不同期次的地震相特征进行地震追踪，完成了火山机构内幕结构的精细解剖。

(3)形成了一套中基性火山岩气藏平面上以“火山通道-火山口-喷发单元-火山机构及外围”、纵向上以“岩性岩相-旋回期次”为核心步骤的逐级火山机构内幕结构解剖技术，并建立了查2区块中基性火山岩地质成藏模式。

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