黃河口凹陷BZ油田古近系層狀火成巖發(fā)育模式及精細(xì)刻畫

王少鵬，袁 勛，崔名喆，程大勇，王西杰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

隨著油氣田勘探開發(fā)程度的不斷深入，與火成巖相關(guān)的油氣藏正逐漸成為勘探開發(fā)的重要目標(biāo)[1]。火成巖作為一種非正常沉積的特殊巖性，因其成因類型復(fù)雜，展布形態(tài)多樣，制約了渤海油田與火成巖相關(guān)油藏的勘探成效和高效開發(fā)[2]。BZ油田處于渤海南部黃河口凹陷中洼南部斜坡帶上，伴隨新生代早期右旋走滑構(gòu)造運動，該區(qū)火山活動強(qiáng)烈，形成了廣泛分布的火成巖[3]。該油田在古近系含油層段內(nèi)鉆遇3.2～42.8 m的火成巖，結(jié)合前人對火山活動及火成巖研究的成果[4-9]，充分挖掘地震資料信息，總結(jié)層狀火成巖發(fā)育模式及控制因素，利用基于振幅分級及火成巖構(gòu)型的等效厚度描述技術(shù)，開展火成巖定量刻畫，在古近系各層段共描述出26個層狀火成巖發(fā)育區(qū)，面積為0.07～2.47 km2，為油田儲量計算和井位部署奠定基礎(chǔ)。

1 層狀火成巖類型及發(fā)育模式

由實鉆數(shù)據(jù)可知，各井在古近系鉆遇厚度不等的層狀火成巖，單層火成巖厚度為3.2～42.8 m，火成巖厚度占地層總厚度比例為10.1%～50.4%，而火成巖發(fā)育段砂巖含量為16.5%～35.1%，火成巖巖性為玄武巖和輝綠巖2種類型，呈單層層狀鑲嵌在碎屑巖儲層中，經(jīng)錄井、測井及實驗分析綜合研究，該層狀火成巖為非儲集層，占據(jù)碎屑巖儲層有效儲集空間[10-11]。

1井在沙二段鉆遇厚度為20.8 m玄武巖，在地震剖面上表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅反射、中低頻率，連續(xù)性較好，產(chǎn)狀向斷層根部上傾，與斷面呈15～35 °斜交；1井在沙一段鉆遇厚度為42.8 m輝綠巖，呈層狀鑲嵌在碎屑巖儲層中，火山巖在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射，中低頻率，連續(xù)性好，產(chǎn)狀穩(wěn)定[12]。油田區(qū)域內(nèi)火山噴發(fā)可分為中心式和裂隙式2種模式，劃分為6種火山巖相，分別為火山通道相、溢流相、爆發(fā)相、侵出相、次火山巖相和火山沉積相[13]。根據(jù)層狀火成巖發(fā)育位置，將古近系層狀火成巖分為斷層根部火成巖及中心式火山通道周邊火成巖2種類型。

1.1 斷層根部溢流相火成巖發(fā)育模式

前人研究表明，構(gòu)造活動強(qiáng)烈的地區(qū)，斷層連接巖漿房后，易發(fā)生裂隙式火山噴發(fā)[14]，火山熔巖通過斷層運移至地表，在斷層根部低洼區(qū)聚集，層狀溢流相火成巖規(guī)模和分布受斷層活動性及古地貌雙重因素控制[15]。三維地震資料顯示，在靠近南部主控斷裂F1處可見成層性較好的強(qiáng)振幅反射，其地震響應(yīng)特征呈現(xiàn)同相軸超覆的現(xiàn)象。據(jù)1井實鉆證實，該強(qiáng)反射對應(yīng)為層狀玄武巖發(fā)育段。由于斷層活動，火山裂隙式噴發(fā)，巖漿沿斷層溢流，在斷層根部低洼區(qū)聚集，后期被正常碎屑巖沉積所覆蓋，形成層狀火成巖分布(圖1)。

該類型火成巖發(fā)育受控于斷層活動性和古地貌。

圖1 斷層根部溢流相火成巖發(fā)育特征及模式

斷層活動速率是指某一地層單元在一定時期內(nèi)，因斷裂活動形成的落差與相應(yīng)沉積時間的比值，可用斷層上、下盤厚度差與沉積時間比值來反映構(gòu)造活動的強(qiáng)弱[16]。在古近系地層沉積時期，斷層活動劇烈的地區(qū)易形成火山噴發(fā)，在斷層活動速率大于20 m/Ma的斷層根部古地貌低洼區(qū)均發(fā)育明顯地震強(qiáng)振幅反射特征，與1井實鉆玄武巖地震反射特征相似。

結(jié)合斷層活動性及古地貌，根據(jù)地震反射特征，開展平面地震相追蹤，有效預(yù)測了斷層根部溢流相火成巖平面分布范圍(圖2)。

1.2 中心式火山通道附近火成巖發(fā)育模式

圍繞火山通道四周形成的火成巖受控于中心式火山噴發(fā)模式，可分為侵入相、溢流相以及碟形侵入巖3種類型，均表現(xiàn)為連續(xù)強(qiáng)振幅反射，其分布受火山活動時期、地層產(chǎn)狀、古地貌以及火山口改造后形成的放射狀斷裂控制[17](圖3)。

圖2 斷層根部溢流相火成巖平面分布范圍

圖3 中心式火山通道附近火成巖地震反射特征及發(fā)育模式

中心式火山通道附近侵入相火成巖在地震剖面上表現(xiàn)為層狀連續(xù)強(qiáng)振幅反射，且與上、下地層產(chǎn)狀一致(圖3a)。通過地震同相軸接觸關(guān)系判斷，在東一段、東二段火山大規(guī)模活動時期，火山熔巖沿火山通道上升至古近系地層后，呈層狀侵入到沙二段、沙一段及東三段地層中，形成層狀侵入巖(圖3b)。

中心式火山通道附近溢流相火成巖在地震剖面上顯示為上翹的強(qiáng)振幅反射，其上方有同相軸超覆現(xiàn)象(圖3c)。東三段末期，局部區(qū)域存在火山活動，巖漿沿火山口四周溢流，在火山口四周低洼處聚集，后期沉積地層超覆其上，形成層狀溢流相火成巖(圖3d)。

中心式火山通道附近碟形侵入巖僅在5井東部發(fā)育，為碟形的空間展布特征，邊界較清晰，為連續(xù)的強(qiáng)振幅反射，與周邊同相軸斜交，最大的直徑為2.3 km(圖3e)。東一段、東二段火山活動期，火山噴發(fā)后，地下巖漿房空虛，造成火山口塌陷，形成環(huán)狀斷裂，早期冷卻的巖漿通道在后期比沉積巖更易熔融，而重新成為向上侵入的通道，火成巖沿放射狀斷裂呈席狀侵入，形成碟形侵入巖(圖3f)。

2 基于振幅分級及火成巖構(gòu)型的等效厚度描述

2.1 層狀火成巖地層結(jié)構(gòu)及地震識別特征

由于古近系層狀火成巖速度、密度與圍巖差別較大，層狀火成巖在地震上整體表現(xiàn)為低頻強(qiáng)振幅反射，由實鉆資料可知，單層火成巖厚度不同，對應(yīng)的地震響應(yīng)特征有明顯差異。通過對古近系地震資料進(jìn)行振幅分級處理，根據(jù)層狀火成巖的可識別程度將其分為厚層和薄層2種類型：①單層厚層火成巖，其厚度為25～60 m，火成巖對應(yīng)連續(xù)、強(qiáng)振幅同相軸反射，均方根振幅大于15 000，可實現(xiàn)單火成巖體的識別和刻畫；②薄層火成巖發(fā)育段，實鉆井證實單層火成巖厚度為3～25 m，與砂、泥巖呈不等厚互層，砂巖含量平均為35%，火成巖占地層厚度比例為5%～35%，在地震剖面上，單層火成巖體無法精細(xì)標(biāo)定和識別，但層狀火成巖發(fā)育段整體表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射，均方根振幅為4 500～15 000，可通過火成巖發(fā)育段地震屬性綜合描述[18-29]。

2.2 不同結(jié)構(gòu)類型火成巖定量描述

根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型火成巖，建立不同模型進(jìn)行正演模擬，并通過實鉆數(shù)據(jù)校正，得到均方根振幅值與火成巖厚度之間的關(guān)系，從而實現(xiàn)火成巖定量描述。

(1) 單層厚層火成巖。結(jié)合實鉆情況，設(shè)置火成巖速度為5 000 m/s，密度為2.7 g/cm3，圍巖地層速度為3 300 m/s，密度為2.4 g/cm3，建立火成巖厚度由0 m增至60 m的楔狀正演模型。模擬結(jié)果顯示，隨著火成巖厚度增加，對應(yīng)地層的均方根振幅增大。選取不同火成巖厚度對應(yīng)的均方根振幅值，經(jīng)E1井實鉆數(shù)據(jù)校正，回歸得到均方根振幅值與單層火成巖厚度之間的關(guān)系，從而開展厚度為25～60 m的火成巖厚度定量預(yù)測(圖4)。

(2) 薄層火成巖發(fā)育段。依據(jù)地震資料分辨率，當(dāng)單層火成巖厚度小于25 m時，在地震資料上無法實現(xiàn)單層識別和刻畫。針對薄層火成巖發(fā)育段開展地震響應(yīng)特征研究，結(jié)合實鉆情況建立正演模型，設(shè)置火成巖速度為5 000 m/s，密度為2.7 g/cm3，砂巖層速度為3 500 m/s，密度為2.4 g/cm3，泥巖層速度為3 200 m/s，密度為2.5 g/cm3，砂巖含量為30%，火成巖占地層厚度比例由5%增至35%的楔狀正演模型。模擬結(jié)果顯示，火成巖占地層厚度比例與對應(yīng)地層段的均方根振幅屬性值具有較好的線性相關(guān)關(guān)系，經(jīng)探井實鉆數(shù)據(jù)校正，回歸得到均方根振幅值與火成巖占地層厚度比例之間的關(guān)系，從而進(jìn)行火成巖厚度定量預(yù)測(圖5)。

圖4 單層厚層火成巖正演模擬及定量描述

2.3 層狀火成巖定量描述結(jié)果

利用以上方法，在古近系各層段共描述出26個層狀火成巖發(fā)育區(qū)。其中，在東三段2個油層組共描述出14個層狀火成巖發(fā)育區(qū)(圖6)，單個分布面積為0.07～2.47 km2，包含了多種層狀火成巖發(fā)育類型，平面上疊置連片。東營組時期，火山活動增強(qiáng)，火成巖分布規(guī)模逐漸變大。描述出6個斷層根部溢流相火成巖，最大發(fā)育范圍距斷層為200～500 m，在斷層根部厚度最大(18～43 m)，逐漸向火成巖體邊界尖滅，面積為0.24～0.69 km2。

在中心式火山通道附近，描述出2個侵入相發(fā)育區(qū)，面積為0.66～0.82 km2，厚度分布比較穩(wěn)定(38～45 m)，在邊界處陡變；描述出7個溢流相發(fā)育區(qū)，面積為0.20～0.71 km2，古地貌低洼區(qū)厚度最大(15～35 m)，呈環(huán)狀向邊界側(cè)尖滅；描述出1個碟形侵入巖發(fā)育區(qū)，從東三段Ⅱ油層組到I油層組沉積時期，規(guī)模逐漸變大，面積由0.28 km2增至0.56 km2。通過該方法定量開展油田范圍內(nèi)層狀火成巖分布描述，指導(dǎo)后續(xù)井位部署和實施，6井在沙一段鉆遇15.3 m的玄武巖，井點位于該層狀火成巖體中部，誤差僅為5.9%，驗證了文中所述方法的可靠性。

圖5 薄層火成巖發(fā)育段正演模擬及定量描述

圖6 東三段層狀火成巖厚度

3 結(jié) 論

(1) BZ油田目的層內(nèi)層狀火成巖分為沿斷層根部發(fā)育及中心式火山通道周邊發(fā)育2種類型，分別受控于裂隙式及中心式噴發(fā)模式，其規(guī)模和分布受火山活動時期、斷層活動、古地貌、地層產(chǎn)狀、及火山口改造后形成的放射狀斷裂等多重因素控制。

(2) 開展古近系地震資料振幅分級處理，將層狀火成巖分成單層厚層及薄層火成巖發(fā)育段2種結(jié)構(gòu)類型，利用基于正演模擬的等效厚度描述方法，在古近系各層段共描述出26個層狀火成巖發(fā)育區(qū)，面積為0.07～2.47 km2。將該成果應(yīng)用于油田開發(fā)井井位優(yōu)化及實施過程中，規(guī)避了火成巖風(fēng)險，提高了開發(fā)井砂巖鉆遇率，縮短了鉆井周期，大大提升了油田的開發(fā)效果，從源頭實現(xiàn)了降本增效，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。該項基于地質(zhì)模式的火成巖精細(xì)識別技術(shù)，為渤海類似油田勘探開發(fā)提供了一條切實可行的方法。