火山巖巖相多方法逐級識別技術

郭娟娟 許學龍 黃林軍 王彥君 何賢英 魏彩茹

(①中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅蘭州 730020； ②中國石油新疆油田分公司準東采油廠，新疆阜康 831511)

1 引言

隨著火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)，火山巖儲層已成為一種特殊的油氣儲層，并受到國內(nèi)外石油公司的廣泛重視[1-6]。近年來，在松遼、二連、三塘湖、南海北部、珠—瓊、準噶爾、塔里木等盆地相繼發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏?？碧綄嵺`和相關研究證實，有利儲層是火山巖油氣藏勘探成功的關鍵[7-10]。前人對火山巖儲層特征及成因[11-17]、電性特征[18]、巖石物理特征[19]、巖相地震響應特征[20-22]、重磁響應特征及識別[23，24]、測井響應特征[25-27]、儲層建模技術[28-30]、發(fā)育模式[31-33]、火山巖地層學[34-39]、巖性巖相識別[40-42]等方面進行了廣泛研究，而巖相識別是其中的主要內(nèi)容之一。

準噶爾盆地XQ地區(qū)的石炭系油藏發(fā)現(xiàn)較早，但一直沒有勘探突破。XQ地區(qū)上石炭統(tǒng)火山巖巖相主要為陸相火山噴發(fā)相，單個火山巖體規(guī)模小，以串珠狀、呈多火山口噴發(fā)為主，沿斷裂帶展布。由于后期強烈剝蝕改造，火山機構不完整，在平面上火山巖巖相不連續(xù)，巖相與巖性變化較大，非均質(zhì)性強，油氣往往聚集在孔隙、裂縫發(fā)育的火山角礫巖或火山熔巖中，巖性預測是火山巖油藏評價的關鍵和難點。為此，本文結合不同的研究思路和技術方法[43，44]，綜合運用巖心、薄片、測井、地震等資料，巖電交會圖、地震相識別、沿層地震屬性、等時地層模型、地質(zhì)模型等技術相互約束、逐級識別，降低單一手段預測巖相的多解性，探索了一套火山巖巖相多方法逐級識別技術，為XQ地區(qū)火山巖油氣藏的高效評價奠定了基礎。利用該技術落實的火山巖巖相平面展布特征與實鉆火山巖巖相特征吻合較好，驗證了該技術的可行性。

2 火山巖類型及特征

2.1 火山巖類型

通過對研究區(qū)41口井巖屑錄井、巖心、分析化驗資料進行統(tǒng)計分析，在XQ地區(qū)共識別出熔巖、火山碎屑熔巖、淺成侵入巖、火山碎屑巖等4類石炭系火山巖(圖1)。熔巖主要有溢流相玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖；火山碎屑熔巖主要有碎裂化流紋質(zhì)火山碎屑熔巖、安山質(zhì)凝灰熔巖、安山質(zhì)角礫熔巖等；淺成侵入巖主要有閃長玢巖；火山碎屑巖主要有火山角礫巖、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖。其中出油層段主要為安山巖、火山角礫巖、玄武巖等。爆發(fā)相火山角礫巖礫間孔、

圖1 火山巖主要巖性及儲集空間類型

(a)XQ092井火山角礫巖，深度2507.71m，粒內(nèi)氣孔+粒內(nèi)溶孔+基質(zhì)溶孔+微裂縫； (b)XQ101井玄武巖，深度2185.46m，半充填縫+晶間孔+基質(zhì)溶孔； (c)XQ012井英安巖，深度1790.1m，斑晶溶孔； (d)XQ3井安山巖，深度2255.29m，半充填縫+斑晶溶孔+氣孔； (e)XQ092井安山巖，深度2507.71m，杏仁狀構造，氣孔+溶孔； (f)XQ7井凝灰?guī)r，深度1912.43m，粒內(nèi)溶孔； (g)XQ103井凝灰質(zhì)角礫巖，深度2164.28m，微裂縫； (h)XQ9井安山質(zhì)角礫巖，深度2789.7～2789.9m，該段巖心高角度裂縫發(fā)育； (i)XQ9井油浸安山巖，深度2852.14～2852.32m，該段巖心氣孔發(fā)育

粒間孔相對發(fā)育，裂縫發(fā)育，是火山巖中物性最好的一種。薄片觀察結果表明，溢流相安山巖氣孔、杏仁孔發(fā)育，巖性脆，構造裂縫發(fā)育，儲層物性也好。因此，預測火山角礫巖和安山巖的分布是尋找優(yōu)質(zhì)儲層的關鍵。

2.2 測井響應特征

測井資料包含豐富的地質(zhì)信息，能夠反映地層的縱向變化趨勢以及巖性、巖相、孔滲性和儲層含油氣飽和度等特征，測井資料被廣泛用于識別火山巖的巖性和巖相。利用測井曲線變化特征可以較好地識別鉆井全井段火山巖的巖性和巖相[25-27]。

選取典型已鉆井取心段，利用巖性與測井曲線相結合的方法，分析各類巖性所對應的典型井的敏感測井曲線(自然電位(SP)、自然伽馬(GR)、密度(DEN)、深側向電阻率(RT)、聲波時差(AC))特征及其典型巖心、鑄體薄片微觀特征。圖2為火山溶巖與火山碎屑巖測井響應特征。由圖可見：①從玄武巖、安山巖到英安巖，GR值由低到高，SP值由高到低，安山巖的DEN值整體較玄武巖和英安巖高，個別井深度段有重疊；RT、AC值在三類巖石中區(qū)分不明顯，基本上呈中—高電阻、低聲波時差特征(圖2a)。②從凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖到凝灰質(zhì)泥巖，AC值由低到高，RT值由高到低，GR值變化不大；火山角礫巖和凝灰?guī)r在RT、AC、DEN測井曲線上區(qū)別不明顯(圖2b)。因此，與熔巖相比，火山碎屑巖的RT值、DEN值普遍偏低，AC值偏高。

2.3 巖—電關系量板

圖3為火山巖巖—電關系識別圖板。由圖可見：①火山溶巖的RT值都大于10Ω·m，火山碎屑巖的RT值大多小于10Ω·m；從玄武巖、安山巖到英安巖，GR值依次增大(圖3a)，DEN值依次降低(圖3b)。②火山角礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖的DEN值區(qū)別不大；從凝灰?guī)r、火山角礫巖、沉凝灰?guī)r到凝灰質(zhì)碎屑巖，AC值依次增大(圖3b)。通過RT-GR、AC-DEN交會分析，可以區(qū)分XQ地區(qū)各類火山巖，為后續(xù)的巖相預測奠定基礎。

圖2 火山溶巖(a)與火山碎屑巖(b)測井響應特征 GR：自然伽馬； SP：自然電位； RI：淺側向電阻率； RT：深側向電阻率； AC：聲波時差，DEN：補償密度

圖3 火山巖巖—電關系識別圖板 (a)GR-RT； (b)DEN-AC

3 地震反射特征

從已知井火山巖巖性及巖性組合對應的地震響應特征出發(fā)，總結了3種火山巖巖相的地震反射特征(圖4)。爆發(fā)相主要以火山角礫巖為主，外形呈盾狀或殘余盾狀，內(nèi)部為雜亂或空白反射，中—低頻，中等振幅，連續(xù)性差。溢流相主要以玄武巖、安山巖和英安巖為主，外形表現(xiàn)為楔狀、丘狀、席狀和透鏡狀，內(nèi)部為傾斜層狀反射，連續(xù)性好，強—中振幅，呈平行—亞平行反射結構。火山沉積相以凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖為主，外形呈層狀或丘狀，內(nèi)部為中—弱振幅，弱反射，呈平行—亞平行反射結構，為大傾角反射，連續(xù)性好—中等。

圖4 典型火山巖巖性(相)地震響應特征 (a)爆發(fā)相； (b)溢流相； (c)火山沉積相

4 模型建立

4.1 地層模型

應用全局自動地震層序解釋技術[45-47]直接根據(jù)三維地震數(shù)據(jù)體建立三維地層模型(圖5)，模型很好地反映了三疊系內(nèi)部地層及其與上、下地層間的接觸關系。XQ1井區(qū)三維地震資料品質(zhì)較高，石炭系頂面不整合面(黃色界面)、白堊系底部不整合面(綠色界面)十分清晰，在這兩套不整合面之間，從下到上依次是二疊系、三疊系、侏羅系，同時模型中密集的層位面嚴格按照地震波形追蹤。因此，地層模型準確地反映了該區(qū)的三維構造、結構特征。

4.2 敏感參數(shù)模型

根據(jù)巖—電關系識別圖板(圖3)，通過井震時—深關系，在三維地質(zhì)模型基礎上應用Rock Properties模塊，選取自然伽馬和電阻率兩個敏感參數(shù)，建立了敏感電性參數(shù)模型(圖6)。可見熔巖具有高阻、高伽馬(中酸性火山巖高伽馬)的特點，沉積巖具有低阻、中伽馬的特點。

圖5 XQ1井區(qū)地層模型圖

圖6 XQ1井區(qū)石炭系敏感電性參數(shù)模型 (a)電阻率； (b)自然伽馬

5 火山巖巖相預測

5.1 屬性提取

從火山巖典型地震響應特征(圖4)可知，相位、頻率響應特征較振幅弱，振幅屬性能夠很好地區(qū)分各種火山巖巖相，因此選取振幅類屬性進行巖相預測。利用已知井進行標定發(fā)現(xiàn)，最大波谷等振幅屬性對巖相反映不敏感(圖7a)，最大波峰振幅屬性能更好地反映巖相的變化(圖7b)，故優(yōu)選最大波峰振幅屬性進行巖相預測。由于研究區(qū)火山巖目的層處于風化殼以下180m內(nèi)，選取合適的時窗提取屬性是巖相預測的關鍵。若時窗太小，會受頂部風化殼地震屬性特征影響，沿油層提取屬性不能很好地表征風化殼及相鄰地層的屬性特征(圖7c)。從已知油藏特征出發(fā)，提取石炭系頂面向下70ms最大波峰振幅屬性(圖7d)并與鉆井標定結果(圖8)對比表明，石炭系頂面向下70ms提取的最大波峰振幅屬性吻合率最高。

圖7 石炭系不同屬性平面圖 (a)XQ3油層頂面最大波谷振幅； (b)XQ103油層頂面最大波峰振幅； (c)XQ103油層 頂面向下50ms最大波峰振幅； (d)石炭系頂面向下70ms最大波峰振幅

圖8 石炭系火山巖巖相分布圖 (a)地震剖面AB； (b)石炭系頂面向下70ms最大波峰振幅平面圖； (c)不同井的錄井圖 由圖b指向圖c的黑色線表示剖、平面對應的位置

5.2 巖相預測

利用地震進行巖性預測時主要從振幅屬性及其延伸屬性出發(fā)，分析屬性的變化特征，然后進行鉆井和地質(zhì)標定，賦予屬性地質(zhì)意義。最終選取沿石炭系頂面向下70ms最大波峰振幅屬性進行巖相預測(圖8)，結合火山巖噴發(fā)模式，利用單井巖屑錄井資料進行地震、地質(zhì)解譯及表征，認為該區(qū)火山噴發(fā)模式為中心式、裂隙式相結合的噴發(fā)模式，火山噴發(fā)強烈，爆發(fā)相、溢流相分布范圍廣，且呈不規(guī)則連片分布特點。

6 結論

本文針對火山巖巖相復雜且識別困難的問題，基于國內(nèi)外火山巖巖相預測方法，探索了一套火山巖巖相多方法融合逐級識別技術。通過分析取心井的巖—電特征、地震相特征及相互關系可知，GR-RT、AC-DEN交會圖板能區(qū)分溢流相溶巖(玄武巖、安山巖、英安巖)、爆發(fā)相火山角礫巖、火山沉積相(凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖、沉凝灰?guī)r)，而爆發(fā)相火山角礫巖和火山沉積相(凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖)在電性上不易區(qū)分。分析沿石炭系頂面向下70ms最大波峰振幅屬性可知，火山角礫巖以爆發(fā)相為主，通常為中—弱振幅、連續(xù)反射或雜亂空白反射，安山巖、玄武巖、英安巖以溢流相為主，為強—中振幅、平行—亞平行連續(xù)反射，凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖以火山沉積相為主，為中—弱振幅、平行—亞平行弱反射。以三維地層模型和敏感參數(shù)巖性模型作為約束，綜合運用鉆、測井資料和地震資料，能很好地區(qū)分爆發(fā)相火山角礫巖、溢流相安山巖和火山沉積相凝灰?guī)r，有效降低了巖相預測的多解性，為有利巖相區(qū)預測提供了技術支持，在后續(xù)的勘探中發(fā)揮了重要作用。

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