徐家围子断陷安达地区火山岩分布与断裂组合关系

董景海 蒙启安 杨峰平 印长海

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712）

基金项目：本文受国家 “973”项目（2009CB219308）与“松辽盆地北部火山岩形成演化及分布特征研究” 联合资助。

作者简介：董景海，男，工程师，现主要从事火山岩油气藏勘探部署工作。E-mail：dongjinghai＠petrochina.com.cn。

摘 要：徐家围子断陷为陆相火山-沉积岩盆地。断陷内各个构造带都具有火山活动与构造运动双重成 因机制，基底断裂及与之匹配的次级断裂和火山活动控制了断陷的构造格局及地层发育。本区的火山（岩 浆）活动主要发生在火石岭组以及营城组沉积时期，火石岭组是断陷期地层的初始阶段，营城组形成于断拗 转换阶段，发育规模较大，并对早期火山活动具有继承、改造作用，总体上表现为中心式、裂隙式和复合式 特征。火山岩的形成及分布具有 “穿层” 性，尤其是对下伏地层的改造影响相对较大。因此，针对火山活动 对下覆地层的挠动特征来分析火山岩的分布规律及与断裂的关系是一条 “有迹可寻” 的方法。本文通过在研 究区历年的勘探过程中，基于多种地震属性对断陷内营城组两套火山机构的识别，开展了精细构造解释、火 山口识别、火山岩相识别研究，根据近火山口岩相带展布、构造位置，确定了三个NNW向展布的火山岩圈闭 发育带，并总结出火山岩受不同类型的基底断裂控制，依据断裂组合类型及特征的不同，形成三种不同的岩 浆上侵机制及火山喷发类型：(1) 受低角度徐西断裂控制，沿次级断层上侵，火山活动表现为直接熔穿地层，在平面上呈点状分布，表现为中心式喷发特征；(2) 受高角度徐中断裂控制，岩浆沿断裂直接上侵并熔穿地 层，平面上呈带状分布，表现为裂隙式喷发特征；(3)受徐东花状断裂及分支断裂控制，沿断裂上侵或直接熔 穿地层，纵向上形成多期次喷发，平面上相互叠合，表现为复合式喷发特征。通过对徐家围子断陷安达地区 精细解剖，确定安达地区基底断裂上部发育NWW向雁列式断裂，向下沟通基底断裂，为西部火山岩浆上侵 通道，也反映了历史时期内火山活动西强东弱的特征，西部火山规模大，以爆发相为主，东部为大面积溢流 相，也进一步阐述了基底断裂与次级断裂的组合特征对火山岩分布特征的影响。

关键词：徐家围子断陷；安达地区；断裂；火山（岩浆）活动

Relation Between Fault Combination Character and Distribution of Volcanic Rock in Anda Area of Xujiaweizi Depression

Dong Jinghai，Meng Qi'an，Yang Fengping，Yin Changhai

（Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield，Daqing 163712，Heilongjiang，China）

Abstract：Through prediction of Fault combination character and distribution of volcanic rock in Xujiaweizi depression，indicate that fault is the main vertical vent of volcanic activity.By the different type and character of fault，we summarized three different magma invasion mechanism and volcanic eruption types which is controlled by different basement faults，(1)controlled by low angle fault of west Xujiaweizi depression，connected with secondary faults，volcanic activity melt and permeate stratum，punctiform distribution in plane，characterized by center eruption；(2)controlled by high angle fault in middle part of Xujiaweizi depression，magma go upward，melt and permeate stratum，belt type distribution in plane，characterized by crack eruption；(3)controlled by flower fault and its branch fault in east Xujiaweizi depression，magma go upward，melt and permeate stratum，multiphase erupt vertically，overlap to each other in plane，characterized by crack compound eruption.To take Anda area in Xujiaweizi depression for example，make further explanation about how basement fault and branch fault combination character effect the volcanic rock distribution.

Key words：Xujiaweizi depression；Anda area；fault；volcanic activity

引言

火山岩是地幔物质在地史中的地表出露，断裂是火山活动的主要垂向通道，深大断裂发育特别是断 裂交叉处极有可能发育火山岩。对现代五大连池火山口分布的形态研究，证明了深大断裂发育与次级断 裂交叉部位对岩浆上侵通道控制。对于断陷盆地，有学者认为由于同沉积基底断裂的持续拉张导致地壳 减薄，深部岩浆容易突破上覆沉积层沿断裂上涌；也有学者认为是由于走滑断裂导致岩浆上涌引起的。不论基底断裂的性质如何，地震资料上解释的断裂存在明显的火山扰动现象，即断裂做为火山垂向通道 的认识是一致认可的，而沟通盆地深部岩浆与盆地火山活动是受大规模活动的基底断裂控制，在区域上 火山岩宏观的展布规律与基底断裂有密切的相关性。

1 徐家围子断陷地质特征

图1 徐家围子断陷安达地区火山岩勘探成果图

徐家围子断陷是松辽盆地北部深层 天然气勘探的重点地区。在构造上是由 徐西边界断裂控制形成的箕状断陷，由 宋站低隆起和丰乐低隆起将其分割成南 北三个局部坳陷，它们分别是安达坳陷、 杏山坳陷（包括徐西坳陷、徐东坳陷） 和肇州坳陷（图1）。近些年，在安达地 区火山岩勘探取得了显著的成果，继西 部火山岩勘探提交储量后，东部火山岩 勘探也实现了突破。

2 徐家围子断陷断裂与及火 山岩关系

2.1 断裂组合特征

徐家围子断陷为陆相火山-沉积岩 盆地。断陷内各个构造带都具有火山活 动与构造运动双重成因机制，基底断裂 及与之匹配的次级断裂和火山活动控制 了断陷的构造格局及地层发育^［1～2］。关 于徐家围子断陷断裂的构造解释存在两 套解释方案，一是存在徐西、宋西和徐 东三条断裂；二是存在徐西、徐中和徐东三条断裂。两种解释方案相同之处是对于地震反射特征的描述 是一致的，不同之处是对基底断裂的性质认识存在差异，第二套方案把先前的徐西和宋西断裂统一解释 为低角度的徐西断裂，并提出存在一条NW-SE向两盘走滑约28km的深大断裂，命名为徐中断裂。关 于中部断裂带的特征存在两种不同的观点：依据中部断裂带西侧的断陷期地层存在西倾地震反射特征，认为在兴城地区存在东倾的正断层与西倾的逆断层的组合，是受区域挤压应力导致的断弯、断展构造； 目前的观点认为，受共轭剪切应力作用在徐中断层发生了大规模右旋走滑，形成了一个复杂的NNW向 断裂构造带。

两种解释方案虽各有异同，但对于断裂的分布及地震上的组合形态描述大体相同。为了研究的方便 及相关资料的统一性，本文仅采用第二种解释方案来认识本区的基底特征。徐中断裂贯穿整个徐家围子 断陷中部，在地震剖面上，断面产状近于直立伸入基底。徐西断裂在徐家围子断陷被徐中断层切割成南 北两段，徐西断裂的南段总体走向NNW，延伸长度105km，东倾，倾角16°～45°，其断距在基岩顶面 一般2217m，最大4415m，最小954m，平面延伸呈近S形。徐东断裂带是由一系列从南向北演化的走 滑断裂带构成，走滑断裂带的东侧分支控制了东部斜坡的变形与变位，由于所处构造位置的差异，导致 不同位置断裂具有不同的特征，但总体上表现为东侧分支断层规模大。

2.2 火山喷发类型

徐家围子断陷深部的火山（岩浆）活动主要发生在火石岭组以及营城组沉积时期，火石岭组是断 陷期地层的初始阶段，营城组形成于断拗转换阶段，发育规模较大，并对早期火山活动具有继承、改造 作用^［3～5］。根据钻井资料和地震剖面反射特征分析，按照喷发途径，徐家围子断陷营城组火山岩喷发 类型主要有三种，即：(1)中心式火山喷发：火山喷发物沿颈状管道喷出地面，喷发通道在平面上成点 状。火山通道位于两组或多组断裂交叉点上，喷发物堆积成火山锥。(2)裂隙式火山喷发：火山喷发物 沿一定方向的大断裂喷溢出地表。火山口呈延伸达数十公里的断裂或沿断裂带火山口成串珠状分布。(3)复 合式火山喷发：裂隙式火山喷发与中心式火山喷发交替出现，两种喷发产物相互叠合形成互层（图2）。

图2 徐家围子断陷火山岩宏观喷发模式图

火山（岩浆）活动对徐家围子断陷的地层及构造的影响比较大，从而使深部的地层和构造复杂化，主要体现在几个方面：火山活动熔蚀作用对地层的影响；多通道、多期活动以及侧向侵蚀作用对地层的 影响；对地层沉积物空间展布的影响；为沉积地层提供一定的物源；对断裂构造的强烈改造作用。火山 岩的分布受断裂的控制，同时对断裂构造也起到一定的改造作用。岩浆持续的上涌会对断裂两侧的地层 产生挤压和熔蚀作用，使通道扩大，表现为强烈的火山扰动现象，形成楔形火山通道，先存作为火山通 道的断裂特征同时被破坏。因此，对火山机构及次级断裂的识别起到了干扰作用^［6～7］。

2.3 断裂组合与火山活动

火山岩的形成及分布具有 “穿层” 性，尤其是对下伏地层的改造影响相对较大^［8］。因此，针对火 山活动对下覆地层的挠动特征来分析火山岩的分布规律及与断裂的关系是一条“有迹可寻” 的方法。本文通过在研究区历年的勘探过程中，基于多种地震属性对断陷内营城组两套火山机构的识别和钻探结 果，在精细构造解释、火山口识别、火山岩相识别的基础上，根据近火山口岩相带展布、构造位置，确 定了三个NNW向展布的火山岩圈闭发育带（图3）。

图3 徐家围子断陷基底断裂带控制岩浆上侵机制及火山岩分布特征图

徐家围子断陷基底断裂的性质及与次级断裂的组合关系导致了三种不同的岩浆上侵机制（图3）。其一，受低角度徐西断裂控制，沿次级断层上侵，火山活动表现为沿次级断裂直接熔穿地层，在平面上 呈点状零散分布，表现为中心式喷发特征。主要发育在昌德、徐南地区，以中酸性火山岩为主，火山喷 发规模相地较小，火山岩厚度小，典型井为徐深8井。但在安达西部地区主要分布晚期的中基性火山 岩，推测当时的岩浆活动强度较大，造成安达地区火山岩规模较之昌德地区大；其二，受高角度徐中断 裂控制，火山活动表现为沿高角度断裂直接上侵并熔穿地层，平面上呈带状分布，表现为裂隙式喷发特 征，主要发育在兴城-丰乐地区，典型井为徐深1、7、9井等；其三，受徐东花状断裂及分支断裂控 制，火山活动表现为沿断裂上侵或直接熔穿地层，纵向上形成多期次喷发，平面上相互叠合，表现为复 合式喷发特征。主要发育在徐东地区及安达东部地区，在发生裂隙式喷发过程中伴随着中心式喷发，两 种类型叠合在一起，典型井为徐深23井。

3 徐家围子断陷安达地区实例分析

3.1 受徐西断裂控制，具有“西断东超” 的地质结构

安达凹陷位于徐家围子断陷北部，是由徐西断裂北段控制的西断东超的小型箕状断陷，中部为安达 向斜，东侧为西倾斜坡区。徐西断裂和徐东断裂带是区内最主要的两个基底断裂系统，徐西断裂为控陷 断裂，贯穿安达地区，断层延伸长度大于52km，走向为NNW—NNE向；徐东断裂带为花状结构，发育 NW向和NNW向断裂，整体具有“西断东超” 的箕状地质结构。

安达地区以大面积中基性火山岩为主，中基性火山岩喷发模式决定了火山口部位爆发相火山机构较 小，呈点状分布，溢流相却全区大面积分布。同时，岩浆活动的能量大小对火山岩的分布范围也存在较 大影响。目前，断陷主体火山岩连续分布，其发育主要受火山喷发量的影响，同时也受后期地层削蚀量 的影响，沿两条控制火山岩的交叉断裂带，总体表现为西部火山岩发育相对较厚，以爆发相为主；东部 发育相对较薄，以喷溢相为主（见图4）。

图4 安达地区中部联井火山岩地震反射特征剖面（东西向）

3.2 NWW向雁列式断裂向下沟通基底断裂，为火山岩浆上侵通道

利用相干切片解释安达地区沙河子组内幕的断裂系统，发现存在两组NWW向雁列式断裂与近南北 向的断裂交叉，在纵向上，向下沟通基底断裂，形成岩浆上涌的断裂通道；在平面部位上，岩浆一般于 断裂交叉部位发育，形成两条近南北向的岩浆活动带。由于火山岩浆上侵，熔穿上覆地层，其运移通道 表现为对下伏沉积地层的扰动作用，使得断裂在地震反射剖面上存在不连续的断面反射特征，而在切片 上表现为强不相干性（图5）。

此外，安达地区中部存在一条呈S形展布的次级断裂，与深层区域构造走向一致，延伸最长的断层 为11km，发育在达深1至达深6井之间。在地震剖面及相干切片上断面清晰，但断距不大，一般为 10～100m，属于晚期断层。

根据火山岩地震响应特征，基于地震属性分析技术，利用连片三维地震解释资料，标定火山岩顶底 界面，预测了安达凹陷营城组火山岩全区分布，顶部埋藏较浅，最深处海拔约为-3200m。针对营城组 三段沿层提取相干切片显示，近火山口的火山岩圈闭主要集中于西部断裂带上，而东部仅零星分布，反 映两组断裂控制火山岩喷发强度及形成规模不一。

结合沙河子组内岩浆上侵通道的断裂与营城组内部已识别的火山岩圈闭叠合分析表明，安达凹陷火 山岩主要受两组交叉的断裂带控制，从地震剖面看，西部火山口数量多，规模较大，地震反射特征杂 乱；东部火山口少，规模小，地震反射特征较连续；从现今厚度看，火山岩沉积最厚处主要沿西侧的一 系列火山机构发育，向侧翼减薄，整体上西部厚，向东部逐渐减薄，火山活动具有西强东弱的特征（图6）。

因此，区别于正常沉积岩的沉积特征，火山岩形成来源于深部，具有自下而上的喷发形式，基底断 裂以及其上的次级断裂的组合对火山岩的分布起着重要作用，控制着火山岩喷发的次级断裂主要集中于 下伏的沉积地层。通过基底断裂与火山岩圈闭叠合分析表明，安达凹陷西侧火山岩带与徐西断裂、东侧 火山岩带与徐东断裂在垂向上具有一一对应关系，说明两条基底断裂活动与该区火山岩发育、火山岩隆 起带的形成关系密切。

图5 沙河子组内部相干体切片（T₄₁下10ms）反映下伏地层中火山活动的上侵通道

图6 营城组内部相干体切片（T₄下10ms） 反映营城组内部火山机构的分布

4 结论

（1）通过对安达凹陷断裂组合特征及火山岩体分布关系的剖析，徐家围子断陷火山岩受三种不同 类型的基底断裂组合控制，形成不同类型的岩浆上侵方式，并表现出中心式、裂隙式和复合式的火山喷 发特征。

（2）火山岩的分布受基底断裂及沟通其的次级断裂的控制，同时对断裂构造也起到一定的改造作用，表现为对下伏地层的强烈火山扰动现象，在形成火山通道的同时也破坏了次级断裂的地震反射特征。因 此，加强对营城组下伏地层的断裂识别，尤其是与沙河子组的断裂关系，是预测火山岩分布的主攻方向。

（3）安达地区基底断裂上部发育NWW向雁列式断裂，向下沟通基底断裂，是西部火山岩浆上侵 通道，也反映了历史时期内火山活动西强东弱的特征，西部火山规模大，以爆发相为主，东部为大面积 溢流相。

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