松辽盆地是中国乃至世界上，目前发现的最大的陆相含油气盆地，徐家围子断陷是松辽盆地北部最重要的含气断陷.徐家围子断陷发育的断陷期地层有:火石岭组、沙河子组、营城组^[1~3]，沙河子组作为徐家围子断陷重要的断陷期产物，受资料、技术手段所限，以及研究侧重点不同，前人^[4~6]主要是从烃源岩的角度来研究沙河子组.对其地层的发育特征、沉积相带的变化、是否存在自生自储的岩性气藏，还没有开展过详细的研究.随着勘探工作的深入发展和大量新现象的发现，徐家围子断陷的构造地质特征和形成演化得到了重新认识^{[7, 8]}，而对沙河子组地层的研究还没有取得新的认识和进展，也制约了徐家围子断陷天然气勘探的突破和资源量的准确落实.因此亟待从整体上来认识沙河子组地层发育特征，从而为整体、系统分析油气成藏规律，寻找新的勘探领域和重新审视盆地的油气资源和富集规律提供依据.

本文在区域构造研究取得突破的基础上，对徐家围子断陷沙河子组地层开展了深入的研究，认为断陷边部沙河子组的扇三角洲的粗碎屑沉积，在埋藏深度上与营四段砾岩相差不大，应该具有很大的储集潜力，是深层勘探不可忽略的重要层系.在油气勘探中不仅要识别不同环境下形成的沉积体，还要较为精确地圈定其三维几何形态的空间分布.通过研究沙河子组地层的产状，沉积层序的接触关系^{[9, 10]}，发现在断陷西部的徐西断裂带上沙河子组地层中也发育规模不等的丘状外形的火山岩体，只是以前都把这些火山机构划归为火石岭组.本文旨在通过对徐家围子断陷沙河子组地层发育模式的再认识，探寻在深层火山作用改造的地质条件下，煤层发育与不同地质体之间的响应关系，是否存在地震可预测的大型砂砾岩体^[11]，以期实现沙河子组地层的勘探突破.

松辽盆地深层断陷期不同地质时期地层的产出环境差异很大，使得不同组段的岩性、岩相甚至岩石类型具有明显的差异.本文旨在寻找已界定的层序界面，在该区的地震表现形式及地层在本区的终止方式，来确定研究区地层的分布规律并进而探讨其影响因素.

沙河子组底面为火石岭组的火山岩(或基岩)突变为沙河子组碎屑沉积岩的界面，特征较为明显，区内有多口探井揭示该界面，其中部分井为基岩突变为沙河子组碎屑沉积岩的界面，其他井为火石岭组的火山岩突变为沙河子组的湖相泥岩夹砂砾岩沉积，该界面在地震剖面上表现为由下部的杂乱反射变为上部的连续反射，局部有不整合特征(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 徐家围子断陷沙河子组顶底面的特征 Fig. 1 The base and top of Shahezi formation^ feature in Xujiaweizi depression

沙河子组顶面为由沙河子组的湖相沉积(少量井为火石岭组的火山岩或基岩)突变为营城组的火山岩或砂砾岩，特征明显，该界面在地震剖面上具有明显的削截和上超特征.在徐家围子断陷的东西两侧斜坡带上，该界面为沙河子组的湖相砂、泥岩突变为营城组的砂砾岩，而在徐家围子断陷主体部位为火山岩的底面.

在全区沙河子组顶、底界面追踪解释的基础上，利用变速成图方法，编制了沙河子组顶面构造图和地层厚度图.从沙河子组现今残存的地层分布来看:西部边界以徐西断层为边界断层，断层的下盘古中央隆起带上地层缺失，主要是原始沉积没有扩大到隆起上；从南到北，在丰乐凸起、宋站凸起的西翼地层薄或缺失；在断陷里面的万隆凸起、升平凸起缺失沙河子组地层.在南北方向上，从工区南缘到工区北缘都有分布，只是工区南部和北部较窄、中部宽；整个沙河子组地层分布范围为4045km².

沙河子组地层的发育主要受古沉积环境的影响，同时也受沙河子末期发生的构造运动的抬升，导致地层被剥蚀的影响，因此在断陷的中心部位地层相对较厚，东部斜坡地层相对较薄，在隆升较大的升平凸起、万隆凸起上地层缺失，隆起周边的地层也相对较薄.

从现今厚度看，厚度具有南北走向的条带状分布特征.在整体东西两翼薄中部厚的分布特点之下，南部和北部地层的厚度相比断陷中部地层要薄.肇深14井以南为断陷南部地层最厚发育区，最大厚度为1800m，一般厚度为400~800m.在达深1井以北地区厚度最大可达1900 m.中部地层总体较厚，大于1000 m 的厚度分布范围大，厚度最大位于杏山坳陷中心，为2500~2800 m，也是沙河子组地层最发育的地区.

沙河子组可以划分为两个三级层序，发育滨岸沼泽相、水下扇沉积相、过渡型水下扇、三角洲相、河流相沉积^[12].在同一层段，各个不同井区的岩性组合特征既有共性也有特殊性，分别是沉积环境的共性和特殊性的反映.例如沙河子组在徐深25井区和徐深1井区以富煤少砂为主要特点；在肇深13等井区，以砂泥岩互层沉积为特点(砂岩百分含量达70%)；在徐深19和达深6等井区以富含暗色泥岩为特点(泥岩相对含量大于56%).显然这些岩性上的明显差异是由沉积环境的不同所导致的.沙河子组发育的具有一定厚度、连片分布的煤层(或炭质层)明确指示了陆上冲积环境和滨岸环境，为该时期水陆交界的湖泊岸线的确定提供了依据.

根据钻井岩性统计数据，参考地震振幅和波形分类属性特征，编制了沙河子组砂岩等厚度图和砂地比图.粗碎屑的发育程度一方面指示陆源碎屑供给来源及输送途径，另一方面反映携带陆源碎屑的水系和湖泊水体之间能量的制衡状态及补偿性质.本次沉积相分析主要采用以下方法相结合:(1)基于岩芯资料、有机地化和单井相确定本区沉积体系类型；(2)基于地层厚度图、暗色泥岩及煤层分布图确定湖相的分布范围；(3)基于砂地比图、砂岩厚度图确定物源方向、三角洲和湖泊的分布；(4)最后结合地震相分析成果，共同划分沉积相的类型和沉积相带的边界(图 2、4).

图 2

Fig. 2

图 2 徐家围子断陷沙河子组下段地震相图 Fig. 2 The seismic facies of Shaheti group lower segmentin Xujiaweiti depression

图 3

Fig. 3

图 3 徐家围子断陷沙河子组下段沉积相图 Fig. 3 The sedimentary facies of Shaheii group lower segmentin Xujiaweiii depression

图 4

Fig. 4

图 4 徐家围子断陷沙河子组上段地震相图 Fig. 4 The seismic facies of Shahezi group upper segmentin Xujiaweizi depression

在分层段地震相分析的基础上，利用地震沉积学方法^[13~16]预测了沙河子组上下两段沉积相的平面发育特征.查明了各层段沉积微相的空间分布特征，揭示了不同沉积相带的空间展布范围和时空分布规律.

沙河子组沉积时期，盆地发生了大规模的拉张作用，盆地范围扩大，湖泊急剧扩张，形成了广阔的断陷湖盆.沙河子组下段主要发育扇三角洲平原、扇三角洲前缘、浅湖相和半深湖相.在断陷的边部主要发育规模不等的扇三角洲粗碎屑沉积，清晰地显现出陆相断陷以湖泊为中心、周边水系向湖盆汇聚的特点(图 3).沙河子上段沉积时期，水体整体变浅，湖岸线向湖泊中心推进(图 5).继承性发育的辫状河三角洲，主要分布在工区的东西两侧.在工区中部发育的规模较大的辫状河三角洲，进积到湖泊中心附近沉积，在湖中心形成大面积的河口砂坝沉积.发育的滨岸沼泽相，主要分布在徐深6井和徐深26井等地区.在断陷的中部发育水体相对较深的环境，主要以浅湖环境为主，局部发育半深湖环境，浅湖相-半深湖相是气源岩的有效发育区.

图 5

Fig. 5

图 5 徐家围子断陷沙河子组上段沉积相图 Fig. 5 The sedimentary facies of Shahezi group uppersegment in Xujiaweizi depression

沙河子组沉积表现为由下段的湖泊环境向上段的河流冲积环境演化的特点，反映了水进至水退的演化趋势，符合边界大断裂由早期的活跃至晚期的平缓活动特点.

地震剖面和钻井揭示表明，徐西断裂为一条光滑的断层面(图 6).徐西断层上盘的岩层，没有出现由于抵抗滑动而发生的褶皱或弯曲.在光滑的断面上，早期相对孤立的火石岭组火山机构是不能停留在其上保存下来的.目前的研究认识，把如图 1所示的这些火山机构归为火石岭组，从其赋存状态上来看是不合适的，应属于沙河子沉积时期同期喷发的.

图 6

Fig. 6

图 6 徐家围子断陷徐西断裂特征剖面图 Fig. 6 The characteristics of Xuxi fault in the seismic profilesm Xujiaweizi fault depression

火山机构发育的下部可以见到明显的通道特征，徐西断裂面的连续性受到很大的破坏.说明这些机构的形成时期，与徐西断裂的伸展作用具有同期性，应该属于沙河子期喷发.

从火山机构与沉积岩的接触关系来看，若这些机构为火石岭期，那么就可以见到晚期沙河子组沉积岩对火山机构形成上超和超覆特征，然而在沙河子组地层内部却没有见到这种特征.而在断陷的东部，这种超覆特征就很清晰.在营城组火山机构与上覆晚期沉积岩更具有明显的上超特征.从沙河子组的变形机制来看，地层主要受营城组火山岩发育时期的构造作用影响，尤其是在徐中断裂的左侧，晚期派生挤压的褶皱特征明显.说明沙河子期地层接触关系受后期改造发生了一定的变化，但在徐中断裂右侧的安达地区，这种地层的超覆关系也不具有.

沙河子组，代表火山活动滞缓、火山间歇期的断陷发展阶段^[17]，以凝灰岩和碎屑岩含煤层序为代表^[18].在沙河子组的巨厚沉积岩层中常发现火山碎屑岩层，可见火山岩为该时期的沉积提供了一定的物源，那么这些火山碎屑的来源在哪?因此推断沙河子期一定存在火山喷发.

煤层的发育也从侧面反映了火山活动的存在.因为火山与沉积作用交替，使某些浅湖区成为沼泽，植物比较茂盛，但因火山等灾害事件，将植物群埋葬而成煤.沙河子组的煤层不是全区都发育的，而是集中发育在三个区域内:宋深3区域，煤层最大厚度达102m(宋深3井)；徐深1区块，煤层最大厚度达96m(徐深1-1 井)；安达地区，最大煤层厚度达10m(达深1 井).这几个区域中，徐西断裂附近都有明显的火山机构的存在.证实这些火山机构应该属于沙河子期喷发的.

火山机构是指火山通道、火山口、火山锥、放射状和环状岩墙群等与火山作用有关的岩石-构造体^[19].火山喷发，其外部形态常常具有近似对称的八字形反射结构(局部物源)，也常呈现上部为地堑、下部为背形构造带.火山机构特有的地震波反射结构，为识别火山机构提供了更直观的地球物理信息(图 7)，前人已经形成了多套技术来识别火山岩体^{[20, 21]}.由沉积环境引起的地层岩性横向非均质性的变化，也会改变地震相干性的强弱差异，因此可在相干时间切片上清楚地识别出不同的岩体特征.

图 7

Fig. 7

图 7 徐家围子断陷沙河子组地层现今赋存状态特征图 Fig. 7 The characteristic pattern of occurrence shape nowadays for Shahezi group fault depression

由于在沙河子组地层中，非火山锥处是成层性的沉积岩，地层连续性较好，表现为强相干性；在火山锥处振幅值呈现出强弱相间的横向突变，连续性差，杂乱零碎分布的特点.因此在相干体切片上，火山口处相干性差，随着远离火山口，相干性逐渐增强.结合地震反射结构、相干分析等资料，在徐家围子断陷沙河子组地层中，识别出4 个特征明显的火山机构(图 8).这些机构都分布在徐西断裂带上.

图 8

Fig. 8

图 8 徐家围子断陷沙河子组火山岩识别预测图 Fig. 8 The identification forecast map of Shaheziformation volcanic in Xujiaweizi depression

依据芳深10井区地层现今的赋存状态(图 7)，推断沙河子期地层的演化充填模式，应该是如图 9所示，在沉积过程中，伴随小规模的火山喷发.

图 9

Fig. 9

图 9 徐家围子断陷沙河子组火山-沉积作用 发育模式图 Fig. 9 The mode chart of volcanic-sedimentary develop for Shaheti formation in Xujiaweiti depression

(1) 沙河子组地层，明确地显现了陆相断陷中以湖泊为中心、周边水系向湖盆汇聚的特点.断陷边部岩相较粗的构造高部位，具有形成大型岩性圈闭的条件，应该是沙河子组最具有潜力的勘探区.

(2) 徐家围子断陷分布在徐西断裂带上的火山机构，从其赋存状态、地层接触关系及其沉积特征来看，应归属于沙河子沉积时期，同期喷发的，不应再划归为火石岭组.