遼河?xùn)|部凹陷火成巖儲層識別技術(shù)研究

陳星州，童亨茂，李冰，楊爍

遼河?xùn)|部凹陷火成巖儲層識別技術(shù)研究

陳星州，童亨茂，李冰，楊爍

（中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

遼河?xùn)|部凹陷火成巖油氣藏具有地下地質(zhì)條件復(fù)雜、巖性和巖相變化快、儲層物性變化大及地震反射特征復(fù)雜等特點。對遼河?xùn)|部凹陷火成巖儲層構(gòu)造特征系統(tǒng)研究后認為，火成巖主要受控于中部駕掌寺—界西走滑斷裂系，并沿大斷裂形成南北對稱分布，主要發(fā)育多旋回噴出型火成巖和層狀侵入型火成巖。針對這些特點，充分應(yīng)用火成巖地震反射特征識別、波阻抗反演以及時間切片等技術(shù)發(fā)現(xiàn)和落實了紅星噴出型和于樓侵入型等多個火成巖體，并采用火成巖旋回劃分、波形聚類屬性以及優(yōu)勢儲層地震反演等技術(shù)對火成巖體相帶和有利儲層分布進行了劃分和預(yù)測，形成了一套火成巖識別評價技術(shù)系列。該技術(shù)系列指導(dǎo)了遼河?xùn)|部凹陷及外圍陸家堡凹陷火成巖的勘探，并可為其他油區(qū)火成巖油氣藏勘探提供借鑒。

火成巖儲層；多旋回噴出型；層狀侵入型；噴發(fā)旋回劃分；火成巖巖相；地震反演；遼河?xùn)|部凹陷

0 引言

隨著地質(zhì)認識的不斷深化，曾經(jīng)的火山巖“禁區(qū)”已逐漸成為找油熱點。我國自20世紀70年代以來，先后在渤海灣、準噶爾、塔里木、松遼及蘇北等盆地發(fā)現(xiàn)了火成巖油氣藏［1-3］。遼河?xùn)|部凹陷是國內(nèi)較早發(fā)現(xiàn)火成巖油氣藏的地區(qū)之一，在火成巖儲層中已探明較大規(guī)模的油氣儲量，并建成了以火成巖為主要儲層的歐利坨子和黃沙坨2個千萬噸級的油田［1］。遼河?xùn)|部凹陷是新生代的盆地，發(fā)育沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組，其中沙河街組三段火成巖儲源配置關(guān)系最為優(yōu)越，是火成巖油氣藏勘探的主要目的層［1-3］，鉆井揭示主要發(fā)育安山巖、粗安巖、粗面巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、玄武巖及輝綠巖等多種類型火成巖。2012年于68井侵入型火成巖獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流后，2013年紅28、于70和于69井在火成巖儲層中也見到良好油氣顯示，并有望取得勘探新突破，表明遼河?xùn)|部凹陷火成巖具有巨大的勘探潛力。

目前對該區(qū)火成巖成藏機制已經(jīng)有了較為深入的研究［1-3］，總體來看位于主成盆期的火成巖最有利于成藏，即位于生油巖中的沙三段火成巖最有利于成藏，因此識別沙三段火成巖空間分布就顯得十分重要。進一步研究表明，構(gòu)造條件、油源條件及巖性巖相條件三方面因素共同控制著火成巖成藏，但是由于火成巖巖性及巖相變化快，儲層非均質(zhì)性較強，其識別及儲層預(yù)測具有較大的難度。筆者應(yīng)用火成巖旋回劃分、火成巖裂縫與孔隙預(yù)測及自然伽馬-波阻抗聯(lián)合反演等技術(shù)，對研究區(qū)火成巖的分布規(guī)律、火成巖體的識別、火成巖噴發(fā)旋回、火成巖巖性巖相特征以及有利儲層展布進行研究，以便總結(jié)出一套火成巖識別和評價技術(shù)系列，進一步指導(dǎo)研究區(qū)火成巖油氣勘探。

1 火成巖地震反射特征

通過測井和鉆井取心，并結(jié)合地震反射特征分析，認為遼河?xùn)|部凹陷主要發(fā)育噴出型火成巖和層狀侵入型火成巖［4］。由于不同類型火成巖的成因以及形成機制不同，其地震反射特征也具有明顯的差異性。

噴出型火成巖表現(xiàn)為丘狀雜亂反射特征，與圍巖能夠形成明顯的反射界面（圖1）。根據(jù)噴出型火成巖形成機制和地震反射特征，東部凹陷噴出型火成巖體主要包括中心式噴發(fā)火成巖體（圖1）、中心-裂隙式噴發(fā)火成巖體［圖2（a）］及裂隙式噴發(fā)火成巖體［圖2（b）］［4］。中心式噴發(fā)火成巖體的巖漿通過火山通道直接噴出地表，噴出物在火山口周圍堆積成火山錐，由于火山口具有繼承性，可以通過晚期層狀噴出巖的地震反射同相軸錯斷位置識別出火山口位置；裂隙式噴發(fā)火成巖體的火山口為基底深大斷裂，巖漿從延伸較長的裂隙中噴出，形成于裂隙周圍的火成巖體較厚，遠離裂隙方向則表現(xiàn)出逐漸尖滅的反射特征；中心-裂隙式噴發(fā)是介于中心式和裂隙式之間的一種噴發(fā)形式，既有中心式噴發(fā)也有裂隙式噴發(fā)，遠離裂隙方向表現(xiàn)出逐漸尖滅的反射特征。

圖1 噴出巖井-震特征對比Fig.1Well-seimic tie correlation of extrusive igneous rock

侵入型火成巖體主要包括裂隙式侵入巖體和中心式侵入巖體［5］。裂隙式侵入巖體的巖漿由基底沿深大斷裂上升，在裂隙周邊巖層形成侵入，厚度由斷裂到遠離斷裂方向逐漸減小，地震反射表現(xiàn)為穿層、強反射特征；中心式侵入巖體受早期中心式噴發(fā)火成巖體控制，巖漿由火山口繼承性噴發(fā)，并向周圍地層侵入，表現(xiàn)為由火山口位置向周圍形成穿層、強反射，并且逐漸尖滅的反射特征［6］（圖3）。

圖2 中心-裂隙式（a）和裂隙式（b）噴出巖噴發(fā)模式Fig.2Eruption models of extrusive igneous rock of center-fracture type（a）and fracture type（b）

圖3 裂隙式（a）、中心式（b）侵入巖井-震特征對比Fig.3Well-seimic tie correlation of extrusive igneous rock of frature type（a）and center type（b）

通過對遼河?xùn)|部凹陷不同類型火成巖特征進行整體研究，總結(jié)不同類型火成巖巖性反射特征，建立了不同類型火成巖以及不同相帶火成巖的識別標志，在遼河?xùn)|部凹陷識別出了紅星、大平房、榮興屯、熱河臺、大灣、界13井區(qū)及于68井區(qū)七大火成巖體，總面積超過380 km2。通過對火成巖類型和地震反射特征的研究，并利用波形聚類屬性較好地識別出了火成巖體的平面分布范圍。應(yīng)用這種方法，基本落實了遼河?xùn)|部凹陷中南部火成巖區(qū)域分布規(guī)律（圖4）。

圖4 遼河?xùn)|部凹陷火成巖巖性巖相圖Fig.4Lithology and lithofacies of igneous rock in eastern sag of Liaohe

2 火成巖體識別與評價

圖5 噴出型火成巖旋回期次劃分Fig.5Cycle classification of extrusive igneous rock

2.1噴出型火成巖

2.1.1 火成巖旋回劃分

鉆井巖性及測井曲線特征分析表明，火成巖具有多旋回多期次噴發(fā)的特點，且不同旋回、不同期次噴發(fā)的火成巖體對油氣成藏具有控制作用。火成巖不同旋回火山噴發(fā)與構(gòu)造活動緊密相關(guān)，通常大規(guī)模的走滑構(gòu)造活動均伴隨著大規(guī)模的火山活動［7］，因此火山噴發(fā)旋回與地震層序特征應(yīng)具有一致性。根據(jù)這一認識，將地震層序的概念引入火成巖噴發(fā)旋回的分析和研究中。旋回代表了比較大規(guī)模的火山噴發(fā)期，而期次代表了旋回內(nèi)相對較小規(guī)模的噴發(fā)期。通過這種技術(shù)方法的應(yīng)用，能夠很好地將地震與鉆井統(tǒng)一起來，使得宏觀與微觀相結(jié)合，保證了火成巖內(nèi)幕期次研究的正確性，提供了火成巖內(nèi)幕研究和精細化研究的思路。

通過對地震反射特征與鉆井資料的綜合研究，將沙三中、下亞段火成巖噴發(fā)劃分為兩大旋回4個期次（圖5）。通過噴發(fā)期次的劃分，發(fā)現(xiàn)火成巖噴發(fā)旋回對火成巖巖性具有控制作用。第一旋回為大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)時期，巖性以粗面質(zhì)的安山巖和火山角礫巖等中酸性火成巖為主，其中粗面質(zhì)安山巖較易形成裂縫，火山角礫巖孔隙較為發(fā)育；第二旋回規(guī)模相對較小，繼承性發(fā)育于早期大型火成巖之上，巖性以層狀玄武質(zhì)火成巖為主，孔隙和裂縫相對不發(fā)育。從整體來看，第一旋回火成巖分布面積廣、厚度大，且以粗面質(zhì)的安山巖和火山角礫巖等中酸性火成巖為主，易于形成裂縫，是遼河?xùn)|部凹陷火成巖的主要儲集層；第二旋回火成巖以層狀玄武質(zhì)儲層為主，儲層物性較差。顯然，第一旋回火成巖物性優(yōu)于第二旋回火成巖，并且其直接與沙三中亞段烴源巖接觸，因此油氣成藏條件較為優(yōu)越。已完鉆的紅28井和于70井均鉆遇第一旋回火成巖，2口井均見到良好的油氣顯示，其中于70井試油獲得工業(yè)油流，也證明了第一旋回噴發(fā)的火成巖應(yīng)作為油氣勘探部署的重點層系。

2.1.2 火成巖巖相分布特征

火成巖巖相對儲層物性具有控制作用［8］，其巖相分析對于油氣勘探部署具有重要意義。隨著火成巖相帶的變化，其地震相特征也具有明顯的變化規(guī)律，因此可以依據(jù)地震相的變化特征對火成巖巖相進行研究。筆者在該區(qū)火成巖旋回劃分的基礎(chǔ)上，針對油氣成藏條件最為優(yōu)越的第一旋回噴發(fā)的火成巖體進行了巖相分布特征研究。

目前完鉆的紅25井位于火山口相帶，以粗面質(zhì)安山巖為主；于70井位于近源溢流-火山碎屑堆積相帶，以粗面質(zhì)火山角礫巖為主；于68井位于遠源火山碎屑沉積相帶，以凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r為主。根據(jù)地震相變化特征，在橫向上將紅星火成巖體整體劃分為火山口相、近火山口溢流-爆發(fā)相、近源溢流-火山碎屑堆積相、遠源火山碎屑沉積相及火山碎屑-砂泥巖沉積相等相帶，地震反射特征由近源到遠源依次表現(xiàn)為雜亂、低頻、弱振幅→似層狀雜亂、較低頻、強振幅→層狀、中低頻、較弱振幅→層狀、高頻、弱振幅等特征（圖6）。

圖6 噴出型火成巖相帶地震反射特征Fig.6Seismic reflection characteristics of extrusive igneous facies belt

位于火山口相帶的紅25井油氣顯示較差，試油為干層。對紅25井巖心分析發(fā)現(xiàn)其火成巖較為致密，裂縫不發(fā)育。位于近火山口溢流-爆發(fā)相帶的紅28井見到較好的油氣顯示，裂縫較為發(fā)育，儲集空間主要為裂縫。位于近源溢流-火山碎屑堆積相帶的于70井，見到較好的油氣顯示，試油獲得工業(yè)油流，有效孔隙度達到20%以上，儲集空間主要為孔隙。位于遠源火山碎屑沉積相帶的于68井油氣顯示較差，儲層較為致密。通過以上分析認為，火山口相帶并非最有利相帶，而近火山口溢流-爆發(fā)相帶及近源溢流-火山碎屑堆積相帶是油氣成藏的有利相帶［9］（圖7）。

圖7 遼河?xùn)|部凹陷紅星火成巖巖性巖相圖Fig.7Lithology and lithofacies of Hongxing igneous rock in eastern sag of Liaohe

2.1.3 火成巖有利儲層研究

（1）裂縫型儲層預(yù)測

裂縫和孔隙是火成巖儲層重要的儲集空間［10］，火成巖裂縫的發(fā)育程度與分布規(guī)律控制著烴類的運移與聚集。地震相干屬性可以描述地層的地貌特征和斷裂特征，地震曲率屬性可以描述裂縫體系的線性特征，兩者均可反映巖層裂縫特征。筆者主要應(yīng)用地震相干與曲率屬性（主要是根據(jù)地震頻率、振幅和彎曲度特征預(yù)測裂縫發(fā)育帶）對該區(qū)火成巖裂縫發(fā)育帶進行預(yù)測，同時應(yīng)用曲率與波形聚類屬性融合技術(shù)進一步對有利儲集相帶的分布進行預(yù)測。通過研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)裂縫發(fā)育帶主要位于近火山口溢流-爆發(fā)相帶。

（2）孔隙型儲層預(yù)測

不同火成巖相帶儲集類型各異，火山口與近火山口相帶以裂縫型儲層為主，近火山口火山碎屑堆積相帶以孔隙型儲層為主［11］。通過分析儲層儲集物性和電性特征發(fā)現(xiàn)，深、淺側(cè)向電阻率差值能夠反映儲層滲透性，利用聲波時差能夠計算出儲層總孔隙度，當兩者均為高值時的儲層最為有利。因此，利用聲波及深、淺側(cè)向電阻率曲線建立了優(yōu)勢儲層計算模型，并將其應(yīng)用于地震反演，進行孔隙型儲層的預(yù)測研究（圖8）。

通過應(yīng)用波阻抗反演體與優(yōu)勢儲層反演體交匯技術(shù)，在波阻抗反演識別出火成巖體的基礎(chǔ)上，進一步識別出了火成巖體中的有利火成巖儲層。該項技術(shù)有效地提高了儲層評價的精度。通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)，孔隙發(fā)育帶主要位于近火山口溢流-爆發(fā)相帶與近源溢流-火山碎屑堆積相帶。

圖8 火成巖孔隙型儲層預(yù)測圖Fig.8Prediction of pore reservoir of igneous rock

2.2 侵入型火成巖

2.2.1 侵入巖識別刻畫

侵入巖的地震相特征明顯，在常規(guī)地震剖面上與碎屑巖地層的產(chǎn)狀不一致，有明顯的穿層現(xiàn)象，淺成侵入相的輝綠巖以較大的角度侵入到沉積層內(nèi)，能量強、連續(xù)性較好、地震反射頻率低。因此，運用地震相識別、波阻抗反演（圖9）和相干體技術(shù)進行聯(lián)合分析，便能夠準確地追蹤和刻畫出侵入巖的幾何形態(tài)。研究表明，該區(qū)巖漿受駕掌寺斷裂控制，在沙三中期向斷裂東側(cè)形成侵入，主要發(fā)育3期侵入巖，均具有明顯的穿時特征。3期侵入巖與沙三中亞段暗色泥巖直接接觸，且暗色泥巖同時作為生油層和蓋層，形成了較好的生儲蓋組合。于69井成功鉆遇了二期和三期侵入巖，證明了預(yù)測的準確性。

圖9 侵入巖地震相（a）與波阻抗（b）識別圖Fig.9Identification of seismic facies（a）and impedance（b）of intrusive igneous rock

圖10 自然伽馬-波阻抗聯(lián)合反演預(yù)測火成巖有利儲層分布圖Fig.10Favorable reservoir distribution of igneous rock predicted by gamma and impedance joint inversion

2.2.2 侵入巖有利儲層預(yù)測

遼河?xùn)|部凹陷火成巖儲層相對于碎屑巖儲層普遍具有高阻抗及低聲波時差的特征，因此通過波阻抗反演能夠識別出火成巖儲層；不同類型火成巖之間儲層物性差異較大，而自然伽馬反演能夠較好地區(qū)分不同類型的火成巖。因此，應(yīng)用自然伽馬-波阻抗聯(lián)合反演技術(shù)能夠在識別火成巖的基礎(chǔ)上預(yù)測火成巖有利儲層展布。由于有利區(qū)主要分布在同時具有低自然伽馬和高阻抗特征的侵入巖區(qū)域，因此，本次研究應(yīng)用自然伽馬-波阻抗聯(lián)合反演技術(shù)準確地預(yù)測了侵入巖有利儲層分布區(qū)。有利儲層主要分布于侵入巖中心相帶和前緣的斷裂發(fā)育區(qū)（圖10），于68井和于69井均位于侵入巖有利儲層分布區(qū)帶，并見到較好的油氣顯示，其中于68井試油獲得高產(chǎn)工業(yè)油流。

3 結(jié)論與認識

（1）遼河?xùn)|部凹陷主要發(fā)育噴出型火成巖和層狀侵入型火成巖2種類型火成巖體，鉆井證實二者均可形成油氣藏?；鸪蓭r的分布受控于早期發(fā)育的深大基底斷裂。在早期郯廬斷裂帶左旋走滑作用下，形成了中部走滑基底大斷裂（駕掌寺—界西斷裂），并形成南北分段特征。

（2）通過將鉆井火成巖旋回劃分與地震層序地層技術(shù)相結(jié)合，提出將遼河?xùn)|部凹陷沙河街組三段火成巖噴發(fā)劃分為兩大旋回，其中第一旋回物性及成藏條件較為優(yōu)越。

（3）波形聚類、屬性融合、自然伽馬-波阻抗聯(lián)合反演及優(yōu)勢儲層反演等技術(shù)手段的應(yīng)用，對該區(qū)火成巖儲層預(yù)測起到了關(guān)鍵作用，可實現(xiàn)火成巖有利儲層的定量預(yù)測。

（4）火成巖儲層物性主要受火成巖相帶控制，近火山口溢流-爆發(fā)相帶及近源溢流-火山碎屑堆積相帶是研究區(qū)油氣成藏的有利相帶。

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（本文編輯：于惠宇）

Igneous reservoir identification technique in eastern sag of Liaohe

CHEN Xingzhou，TONG Hengmao，LI Bing，YANG Shuo
（College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The igneous reservoir in eastern sag of Liaohe is characterized by complex geological environment and seismic reflection character,variable lithology and reservoir properties.The systematic research on structure features of igneous reservoir shows that igneous rocks are mainly controlled by Jiazhangshi-Jiexi slip faults system,symmetrically distributed fromsouth to north along the major fault,and mainly developed multicycle extrusive igneous rock and layered intrusive igneous rock.We used techniques of igneous rock seismic reflection identification,impedance inversion and time slice to identify Hongxing extrusive igneous body and Yulou intrusive igneous body,applied techniques of cycle classification,waveform clustering attributes and favorable reservoir inversion of igneous rocks to predict facies belt and favorable reservoir distribution of igneous bodies,and finally formed a set of identification and evaluation technique series of igneous rock.This set of technique series guided the exploration of igneous bodies in eastern sag of Liaohe and Lujiabao Sag,and it also provides technical support for igneous reservoir exploration in other area.

igneous reservoir；multicycle extrusive；layered intrusive；extrusive cycle classification；igneous facies；seismic inversion；eastern sagofLiaohe

P631.4

：A

2014-04-02；

2014-05-15

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）項目“火山巖油氣藏的形成機制與分布規(guī)律”（編號：2009CB19303）資助

陳星州（1992-），男，中國石油大學(xué)（北京）在讀碩士研究生，研究方向為石油地質(zhì)。地址：（102249）北京市昌平區(qū)中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院。E-mail：jxst586125@163.com。

1673-8926（2014）05-0040-07