四川盆地二疊系火山巖地震相特征及識別

陳 驍 何青林 冉 崎 陳 康 韓 嵩 黃天俊 呂 龑

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地二疊系火山巖勘探始于20世紀60年代。1966年在四川盆地威西地區(qū)鉆遇二疊系峨眉山玄武巖，后于川西南部犍為—宜賓以及川西仁壽、蒲江、洪雅、雅安等地區(qū)相繼鉆遇該套玄武巖。1991年8月在四川盆地周公山構造鉆探ZG1井，玄武巖厚度達到301 m，在玄武巖段測試獲得日產(chǎn)氣量25.61×104m3的工業(yè)氣流，發(fā)現(xiàn)了火山巖氣藏，揭開了火山巖氣藏勘探的序幕。后期陸續(xù)在川西南地區(qū)鉆探多口鉆井，在玄武巖段測試均產(chǎn)水或為干層[1-4]。2018年底，在成都—簡陽地區(qū)鉆探的永探1井首次鉆遇厚層噴溢相火山碎屑熔巖，儲層平均孔隙度為11.5%，測試日產(chǎn)氣量為22.5×104m3，揭示了四川盆地火山巖具有較大的天然氣勘探潛力。

火山巖作為一套特殊的儲集層，具有與沉積巖完全不同的成因機理和特征?；鹕綆r儲層的儲集空間種類繁多，包括各種類型成因的孔、洞、裂縫及其復雜組合，是由巖漿噴發(fā)、溢流、冷凝、結晶、構造、風化和溶蝕等多種因素影響形成[5-6]。在平面上表現(xiàn)為非均質性強、物性變化快、分布規(guī)律復雜，在縱向上表現(xiàn)為疊置非層狀分布等特點[7]。

四川盆地二疊系火山巖受峨眉地裂運動影響，臨近峨眉山大火山巖省噴發(fā)中心攀西地區(qū)，大面積發(fā)育厚層基性火山巖，地震勘探表現(xiàn)出以下幾個難點：①火山巖影響地震波傳播，對地震反射造成屏蔽；②盆地內超基性—基性火山巖大面積發(fā)育，巖漿黏度較低，流動面積廣，整體厚度無明顯變化，地震反射特征識別與追蹤較困難，火山機構與巖相特征不明顯；③火山巖儲層非均質性強，鉆井少，縱橫向分布規(guī)律不清，儲層地震預測技術不配套。

針對上述難點，筆者提出了針對性的地震處理解釋技術，并進行了應用，實現(xiàn)了四川盆地火山巖有利巖相的刻畫及儲層的定量預測，為四川盆地火山巖領域油氣勘探奠定了基礎。

圖1 低頻保護去噪單炮記錄圖

1 火山巖低頻保護處理

火成巖發(fā)育區(qū)地震資料存在巖下地震同相軸連續(xù)性較差、反射能量弱等現(xiàn)象，火山巖對中、高頻能量衰減明顯，低頻能量穿透能力相對較強。因此，低頻信號能量保護與偏移成像處理是火山巖保幅保真處理的關鍵[8-10]。

具體來說，地震資料處理主要面臨以下難點：①低頻有效信息與面波等噪聲在頻率上有所重合，噪聲能量較強，常規(guī)去噪方法很難保留低頻有效信號；②低頻有效信號絕對振幅較弱；③火成巖對巖下成像具有屏蔽作用，地震波傳播困難[11-12]。針對以上難點，開展以保護低頻有效信號、提高低頻能量、提高火山巖下伏地層連續(xù)性為目標的地震處理技術攻關，形成了以低頻保護為核心的火山巖地震處理技術。

1.1 保護低頻去噪技術

低頻有效信號與面波等低頻干擾在頻率上難以準確區(qū)分，近道有效反射速度與線性噪聲速度接近，直接采用f—X域線性去噪、單頻波衰減等常規(guī)去噪方式將傷害低頻有效信號[13]。筆者根據(jù)噪聲特征建立噪聲模型，從常規(guī)去噪去除的噪聲中提取有效信號，恢復還原低頻有效信號。如圖1所示，顯示原始單炮記錄采用常規(guī)方法去噪后，從噪聲中提取出低頻有效信號，達到了低頻保護。

1.2 疊前能量補償技術

采用近地表Q補償技術消除因表層介質沉積疏松對地震波能量強烈衰減的作用。具體實現(xiàn)步驟為：①利用炮檢點相對振幅系數(shù)和表層旅行時由譜比法計算表層相對Q初值；②對表層相對Q值，經(jīng)表層速度模型標定與聯(lián)合求解得出用于補償?shù)谋韺観模型；③依據(jù)表層Q模型，通過穩(wěn)定的補償算法對疊前數(shù)據(jù)在頻率域進行空變補償。在完成近地表能量吸收補償后，利用VSP由頻移法技術計算Q值，結合地質模型和層速度模型，外推計算出深層時—空變三維Q體，有效補償由火山巖造成的能量屏蔽效應[14]。

1.3 精細成像技術

加大速度拾取網(wǎng)格密度，注重沿火山巖厚度變化趨勢進行速度分析，在此基礎上利用波動方程疊前深度偏移技術開展精細成像處理，結合疊前數(shù)據(jù)規(guī)則化處理、高密度非線性層析反演等技術的應用，確保面元均勻和道集拉平，有效提高了火山巖成像效果。

通過上述多種處理技術的綜合應用，火山巖內部成像效果得到改善，下伏中二疊統(tǒng)茅口組及中二疊統(tǒng)棲霞組同相軸連續(xù)性和信噪比變好，消除了因火山巖屏蔽效應造成的成像假象，與永探1井實鉆情況相吻合，為后續(xù)解釋工作提供了可靠的地震成像資料（圖2）。

圖2 低頻保護處理效果對比圖

2 火山巖地震響應模式與連片解釋

根據(jù)永探1井井震標定結果與過井剖面特征，火山巖地層上覆為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥巖，下伏為茅口組石灰?guī)r。對過井剖面進行解釋，受不同巖性速度與密度差異的影響，火山巖頂界巖性引起地層速度變化大，形成了強波峰阻抗界面；火山巖底界地層速度變化較小，未形成連續(xù)、穩(wěn)定的波阻抗界面，火山巖底界追蹤較困難（圖3）。

選取川中地區(qū)未發(fā)育火山巖地區(qū)的GS17井進行對比：GS17井未發(fā)育火山巖，龍?zhí)督M發(fā)育泥巖，厚度為119 m，茅口組主要發(fā)育石灰?guī)r，厚度為210 m，當火山巖不發(fā)育時，龍?zhí)督M泥巖與茅口組石灰?guī)r直接形成強波峰阻抗界面（圖4）。

在連井剖面上可看到，中二疊統(tǒng)底界反射較穩(wěn)定，為連續(xù)強波峰反射；當火山巖不發(fā)育時，龍?zhí)督M底界為強波峰阻抗反射界面，與中二疊統(tǒng)底界時差介于110～130 ms；當火山巖發(fā)育時，火山巖頂界強波峰阻抗反射界面連續(xù)穩(wěn)定，龍?zhí)督M底界與中二疊統(tǒng)底界時差介于140～230 ms（圖5）。由此可見，龍?zhí)督M底界強波峰阻抗反射界面與中二疊統(tǒng)底界反射時差大于130 ms時，二疊系火山巖發(fā)育。正演研究結果也證實了上述解釋模式（圖6）。

通過開展二維、三維連片解釋，刻畫出二疊系火山巖的平面厚度展布如圖7所示，四川盆地二疊系火山巖主要分布于川西—川西南—蜀南地區(qū)，火山巖厚度整體上圍繞裂谷噴發(fā)中心攀西地區(qū)，從盆地外至盆地內逐漸減??；在簡陽—三臺地區(qū)沿北東方向，呈條帶狀分布，在龍泉—簡陽地區(qū)火山巖厚度局部增加。

圖3 永探1井井震標定與過井剖面特征圖

圖4 GS17井井震標定與過井剖面特征圖

3 四川盆地火山巖地震相

火山巖巖相對巖性組合、儲集空間類型和物性特征有控制作用。四川盆地二疊系火山巖巖相可劃分為火山通道相、噴溢相、溢流相、火山沉積相[15]。不同火山巖相之間從成因、空間產(chǎn)出位置到巖石學特征等都存在著差異，它們的內部結構和構造、縱向序列以及空間疊置關系不同，在地震地質特征上表現(xiàn)為速度、密度、層形態(tài)和層結構、界面屬性和終止方式等方面的差異，使得各巖相在地震剖面上呈現(xiàn)的地震相特征不同[16]。

筆者通過總結盆地內不同火山巖巖相地震反射特征，利用剖面對火山機構刻畫（圖8），從地震相的外部幾何形態(tài)、內部反射結構等方面建立了四川盆地二疊系火山巖4種不同巖相的5種地震相識別模式（表1）。由于火山通道相分布范圍有限，與噴溢相難以區(qū)分，主要表現(xiàn)為深部斷裂特征，未單獨建立識別模式。

圖5 永探1井—GS17井連井疊前時間偏移剖面圖

圖6 火山巖發(fā)育解釋模式正演模擬示意圖

3.1 噴溢相（近火山口）

位于火山口附近，巖性、儲層非均質性強，巖漿噴發(fā)后火山碎屑物質冷凝并雜亂堆積，以永探1井為代表，表現(xiàn)為火山巖厚度大，外形呈丘狀反射，火山巖頂界為斷續(xù)中強—強振幅反射，內部為雜亂反射。

圖7 四川盆地二疊系火山巖平面厚度展布圖

圖8 簡陽地區(qū)地震剖面火山機構識別示意圖

3.2 噴溢相（遠火山口）

為火山碎屑巖與火山熔巖疊置區(qū)，縱向上為玄武巖與含角礫火山碎屑巖疊置發(fā)育，表現(xiàn)為火山巖厚度大，頂界為連續(xù)強反射，底界無明顯反射，內部為較雜亂—亞平行反射。

3.3 溢流相

相對于噴溢相，溢流相非均質性較弱，以ZG1井、DS1井等井為代表，地震反射表現(xiàn)為火山巖厚度有一定增厚，平面分布較穩(wěn)定，頂界為連續(xù)強反射，底界無明顯反射，內部為平行—亞平行反射或空白反射。

3.4 火山沉積相

主要由粒度較小的火山巖沉積而成，特征接近于沉積巖，多與龍?zhí)督M泥巖呈互層狀分布，以NC2井為代表，表現(xiàn)為火山巖厚度較小，頂/底界無明顯同相軸反射。

在建立的火山巖地震相模式基礎上，利用二維、三維地震資料刻畫出雅安—簡陽—三臺地區(qū)火山巖相分布，編制四川盆地二疊系火山巖相平面展布圖（圖9）。根據(jù)地震相特征，川西地區(qū)火山碎屑巖有利區(qū)主要分布于簡陽—三臺地區(qū)，最有利儲層發(fā)育的近火山口噴溢相沿北東方向呈點狀分布，面積為1 500 km2，是下一步火山巖天然氣勘探最有利地區(qū)；次有利儲層發(fā)育的遠火山口噴溢相分布面積為6 000 km2，是火山巖天然氣勘探遠景區(qū)。

4 相控火山巖波阻抗反演儲層預測

波阻抗反演是儲層地震預測常用的反演技術，其結果依賴于初始模型和約束條件的準確性。結合地質認識，在建立地震相模式的基礎上采用相控建模方法，建立符合地質、測井、地震等多參數(shù)的模型進行約束，可以有效減少反演結果的多解性[17-20]。

火山巖儲層受巖相控制特征明顯，噴溢相為有效儲集空間最為發(fā)育的相區(qū)，火山巖儲層穩(wěn)定發(fā)育[21]。通過永探1井分析，火山巖儲層測井響應特征表現(xiàn)為高聲波時差、低密度，儲層孔隙度與縱波阻抗相關性好，在井約束下利用基于相控的波阻抗反演，實現(xiàn)了噴溢相有利區(qū)火山巖儲層厚度與孔隙度的定量預測。

永探1井反演剖面顯示，該井儲層厚度達到125 m（圖10），連片資料處理反映噴溢相有利區(qū)內火山巖儲層大面積發(fā)育，主要分布于成都—簡陽地區(qū)，其中永探1井區(qū)內預測有利儲層面積600 km2，厚度介于10～200 m，具有規(guī)模勘探的前景（圖11）。

表1 四川盆地二疊系火山巖地震相識別模式表

圖9 四川盆地二疊系火山巖巖相分布圖

5 結論

1）火山巖作為一種特殊巖性體，影響地震波傳播，地震成像受到影響。采用保護低頻的地震資料處理方式后，低頻有效地震信號得到保護，火山巖內幕及下伏地層成像得到改善，為火山機構刻畫奠定基礎。

2）四川盆地內二疊系火山巖識別模式為連續(xù)強波峰反射或斷續(xù)中強波峰反射頂界、弱反射底界，可識別出5類地震反射特征和3類地震相模式（噴溢相、溢流相、火山沉積相）。

3）通過單井—連井—區(qū)域分析，通過地層反射特征與追蹤，可以較準確識別火山巖發(fā)育的范圍，盆地內簡陽—三臺地區(qū)大面積分布噴溢相火山巖，其中最有利儲層發(fā)育的近火山口噴溢相沿北東方向呈點狀分布，面積為1 500 km2，次有利儲層發(fā)育的遠火山口噴溢相勘探面積為6 000 km2。

圖10 過永探1井波阻抗反演剖面圖

圖11 永探1井區(qū)火山巖儲層厚度預測圖

4）基于火山巖相刻畫，通過相控波阻抗反演，實現(xiàn)定量預測噴溢相內火山巖儲層的厚度與孔隙度。預測結果表明，成都—簡陽地區(qū)噴溢相火山碎屑熔巖儲層呈層狀穩(wěn)定分布，厚度介于100～200 m，其中永探1井區(qū)內有利儲層面積600 km2，具有規(guī)?？碧降那熬?。