火山噴發(fā)模式控制下的基性火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)在川西某地區(qū)的應(yīng)用

張薇

（中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京 211103）

0.引言

中國(guó)關(guān)于松遼盆地的火山巖研究比較深入，技術(shù)相對(duì)成熟[1-5]，北疆準(zhǔn)噶爾盆地北三臺(tái)凸起石炭系火山巖也開(kāi)展了一定的研究。而對(duì)于火山巖的地震識(shí)別方法基本是在精細(xì)標(biāo)定層位基礎(chǔ)上，總結(jié)不同火山巖體在常規(guī)地震剖面的多種反射特征，建立地震相識(shí)別模式，然后采用地震屬性分析技術(shù)直接識(shí)別火山巖巖體及分布范圍。外國(guó)關(guān)于火山巖的地震識(shí)別也是從地震道特征分析，利用地震屬性技術(shù)判別火山巖體。

四川盆地二疊系火山巖受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)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(gè)難點(diǎn)：

（1）火山巖影響地震波傳播，對(duì)地震反射造成屏蔽；（2）盆地內(nèi)超基性-基性火山巖大面積發(fā)育，巖漿黏度較低，流動(dòng)面積廣，整體厚度無(wú)明顯變化，地震反射特征識(shí)別與追蹤較困難，火山機(jī)構(gòu)與巖相特征不明顯；（3）火山巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，鉆井少，縱橫向分布規(guī)律不清，儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)技術(shù)不配套。以往的技術(shù)存在不適應(yīng)性，本項(xiàng)目中，從火山巖噴發(fā)模式、不同火山巖相的形成機(jī)理出發(fā)，通過(guò)正演模擬分析等技術(shù)圈定有利儲(chǔ)層區(qū)域范圍，不同方法結(jié)論相互印證，形成了一套川西超深層火山巖成像技術(shù)和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)系列。

1.火山巖儲(chǔ)層特征分析

由研究區(qū)Y1井巖性、巖相組合分析認(rèn)為，該井火山巖縱向發(fā)育5套巖性段，可劃分為4個(gè)主要噴發(fā)旋回（期次），具有早期爆發(fā)、晚期侵入的特點(diǎn)。

第1旋回（期次）為含石灰?guī)r集塊、角礫凝灰?guī)r，深度介于5667m～5751m，厚度為84m。依據(jù)火山巖相特征劃分為爆發(fā)相，是火山強(qiáng)烈爆發(fā)將火山口周?chē)拿┛诮M石灰?guī)r破碎，并由巖漿裹挾強(qiáng)烈爆發(fā)的產(chǎn)物。第2期火山作用的早中期為爆發(fā)相角礫熔巖，后期逐漸過(guò)渡為溢流相玄武巖，火山噴發(fā)能量呈現(xiàn)逐漸減弱的特征。第3旋回（期次）為粒玄巖段，也稱(chēng)“粒玄巖”，為超淺成侵入巖，位于第1期火山碎屑巖之下、第4期輝綠玢巖之上，深度介于5751m～5865m，厚度為114m，該期火山作用發(fā)生于前兩期以爆發(fā)為主的火山碎屑冷凝固結(jié)后。第4旋回（期次）噴發(fā)形成了火山巖段底部的輝綠玢巖，深度介于5865m～5890m，厚度為25m。

2.火山巖巖相與儲(chǔ)層的關(guān)系

前人研究表明，火山巖的物性與巖性、巖相關(guān)系密切，火山巖相控制著火山巖孔、縫類(lèi)型、發(fā)育程度及分布特征，影響著后期成巖作用的類(lèi)型和強(qiáng)度。一般溢流相上部亞相和爆發(fā)相熱碎屑流亞相常發(fā)育熔結(jié)角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，其孔隙度和滲透率相對(duì)略高，溢流相中部亞相、爆發(fā)相熱基浪亞相的孔滲相對(duì)略低，物性較差。

研究區(qū)Y1井火山巖在儲(chǔ)層物性上，含集塊、角礫多的火山碎屑巖物性較好，孔隙度為16%，火山碎屑熔巖次之，孔隙度為13.6%，玄武巖的孔隙度較兩者低很多，其特征也符合儲(chǔ)集性“近源”優(yōu)于“遠(yuǎn)源”的規(guī)律。

3.火山巖優(yōu)勢(shì)相帶逐級(jí)預(yù)測(cè)

本文從火山巖建筑結(jié)構(gòu)具有多級(jí)次性特征出發(fā)，遵循由大到小、由粗到細(xì)的原則，按照找火山建造“定區(qū)”、找火山通道“定位”、找噴發(fā)中心“定源”、找特征信號(hào)“定相”的思路逐級(jí)推進(jìn)，聚焦優(yōu)勢(shì)相帶。

3.1 火山巖建造識(shí)別—定區(qū)

火山巖建造的定義為成因相似并有共同特征的幾種火山巖呈有規(guī)律的組合，是在一定地質(zhì)階段的某一特定地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下，由成因上密切聯(lián)系、空間上緊密共生的火山巖相互疊置、連片，形成的一套巖石組合?；鹕浇ㄔ彀l(fā)育區(qū)地層厚度增大，這種特征顯著，可以作為火山建造識(shí)別的最直接標(biāo)志。圖1所示為火山巖發(fā)育段厚度，通過(guò)井上門(mén)檻值，圈出火山建造主體區(qū)范圍，如圖2所示。

圖1 火山巖發(fā)育層段厚度

圖2 火山建造主體區(qū)范圍

3.2 火山通道識(shí)別—定位

火山機(jī)構(gòu)是火山建造的基本構(gòu)成單元，由火山通道、火山口及圍斜構(gòu)造構(gòu)成，本區(qū)為基性熔漿，地層傾角小，多期疊置連片分布，受深部斷裂控制呈中心式噴發(fā)的低角度盾狀破火山口復(fù)合火山機(jī)構(gòu)。圍斜構(gòu)造不明顯，火山口及火山通道是本區(qū)識(shí)別火山機(jī)構(gòu)、指示火山機(jī)構(gòu)中心的最重要標(biāo)志?；鹕酵ǖ啦灰欢ㄊ侵绷⒌模赡芘c地震剖面有一定的夾角，內(nèi)部填充物和圍巖的差異在淺中深各不相同，導(dǎo)致僅用常規(guī)不連續(xù)屬性體剖面和切片，不能較好地刻畫(huà)火山通道。

針對(duì)以上難點(diǎn)，本次研究建立噴發(fā)模式控制下的“追根溯源”多尺度多屬性的火山通道檢測(cè)流程，通過(guò)各種裂縫預(yù)測(cè)方法技術(shù)的基本原理、適應(yīng)條件、優(yōu)勢(shì)和不足，進(jìn)行搭配組合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，采用大尺度相干屬性研究火山通道形成過(guò)程，采用相干屬性、瞬時(shí)頻率、均方根振幅屬性預(yù)測(cè)茅口底火山通道位置，最終完成火山通道的識(shí)別。

從寒武系底界面向茅口組底逐層段進(jìn)行相干屬性分析，如圖3所示，火山通道從寒武系底界面深大斷裂出發(fā)，在層段相干屬性上呈點(diǎn)狀或團(tuán)狀，自深部至淺部會(huì)出現(xiàn)遷移現(xiàn)象且形態(tài)隨之發(fā)生改變，例如F2附近的火山通道從下至上逐漸向北部遷移，F(xiàn)1井在深層并無(wú)火山通道特征，在接近茅口底時(shí)才出現(xiàn)似水流狀低相干特征，與中心式噴溢相儲(chǔ)層噴發(fā)模式不符。

圖3 寒武系底到茅口組底不同層段相干屬性（紅線：平面斷裂 黃線：火山通道范圍）

火山通道均在深大斷裂附近且具有自下而上的繼承性，將茅口組底的火山通道范圍（紫色環(huán)狀）和其均方根振幅、平均頻率屬性進(jìn)行疊合，如圖4所示茅口組底均方根振幅屬性圖中為低振幅特征，如圖5所示茅口組底平均瞬時(shí)頻率屬性在火山通道范圍內(nèi)呈低頻率特征，進(jìn)一步驗(yàn)證了茅口組底火山通道位置識(shí)別的準(zhǔn)確性。

圖4 茅口組底均方根振幅屬性

圖5 茅口組底平均頻率屬性

3.3 噴發(fā)中心識(shí)別—定源

火山口是火山活動(dòng)的中心，其位置是確定火山巖巖相平面展布的重要依據(jù)。其地震反射特征為頂部下凹，下部為雜亂反射的氣煙囪樣式。

火山口形態(tài)的變化可以反應(yīng)在火山巖體頂面構(gòu)造的高程變化以及地震等時(shí)切片和地層等時(shí)切片上，因此借助反應(yīng)構(gòu)造變化程度的屬性有助于識(shí)別火山口位置。對(duì)于非常明顯的火山口，在構(gòu)造圖和地層切片上即有較清晰的顯示，火山口地層產(chǎn)狀發(fā)生明顯突變或與周邊反射特征存在明顯差別，呈環(huán)狀圓形反射或雜亂反射狀。而對(duì)于幾何形態(tài)不是非常明顯的火山口，需要借助地震屬性進(jìn)行識(shí)別。傾角體（Polar Dip）屬性對(duì)于火山口形態(tài)的變化較為敏感，綜合利用傾角屬性和地震剖面可以實(shí)現(xiàn)火山口的識(shí)別和定位。

根據(jù)火山巖噴發(fā)特征，由遠(yuǎn)源相向近源相組過(guò)渡時(shí)坡度表現(xiàn)為緩慢增大，如圖6所示，到了近火山口相區(qū)域坡度較快增大，到火山口地區(qū)坡度先增大后迅速變?。ń咏?°）。

圖6 火山機(jī)構(gòu)物理模型圖

利用上述傾角屬性的定義方法，將數(shù)據(jù)體沿茅口組拉平，計(jì)算三維傾角屬性體，并將結(jié)果反拉平，對(duì)火山口進(jìn)行了進(jìn)一步識(shí)別。如圖7所示過(guò)幾何形態(tài)不明顯的火山口的地震剖面及相對(duì)應(yīng)的傾角屬性剖面。從圖中黑色箭頭可知，剖面上對(duì)應(yīng)為火山口的位置，在傾角體上反映為明顯的低傾角特征，符合前期認(rèn)識(shí)。

圖7 傾角屬性預(yù)測(cè)圖

結(jié)合傾角屬性、地震剖面特征，在研究區(qū)共識(shí)別中心式火山口16個(gè)，均分布在預(yù)測(cè)的茅口火山通道附近。

3.4 火山有利相帶識(shí)別—定相

Y1井火山巖儲(chǔ)層物性符合儲(chǔ)集性“近源”優(yōu)于“遠(yuǎn)源”的規(guī)律，那么儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的核心問(wèn)題就是近火山口相和近源相組的預(yù)測(cè)。

把火山巖相劃分為火山口和近火山口相組、近源相組、遠(yuǎn)源相組、再搬運(yùn)-混合相組，其中，火山口和近火山口相組（火山穹隆-塌陷相組）在地震剖面上多為穹隆-丘狀，通常與火山通道相、侵出相和含火山彈的爆發(fā)相落空亞相對(duì)應(yīng)，巖性變化大。近源相組（熔巖流/熔巖被）在地震剖面上呈斷續(xù)層狀，指距離巖漿源較近的、通常是熔巖所能夠覆蓋到范圍的巖相組合，多與噴溢相、爆發(fā)相熱碎屑流亞相對(duì)應(yīng)。遠(yuǎn)源相組為爆發(fā)相、溢流相或火山沉積向，巖相相對(duì)比較單一，厚度也較小，但分布穩(wěn)定，連續(xù)性好，以層狀分布為主。近源相組更加靠近火山口，具有更好的物性和儲(chǔ)集性，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育概率高，存在明顯的區(qū)帶分布特征。

根據(jù)火山巖儲(chǔ)層的特征分析得出第I期火山碎屑巖和第II期火山碎屑熔巖內(nèi)有大量的集塊、角礫、碎屑，以Y1井區(qū)測(cè)錄井資料為參照設(shè)計(jì)火山機(jī)構(gòu)模型，茅口組上部發(fā)育四套火山巖。設(shè)置集塊、角礫凝灰?guī)r速度密度低于灰?guī)r，且顆粒大小由火山口向外圍逐漸變小，火山通道設(shè)置為與輝綠巖速度密度相近，如圖8所示，通過(guò)針對(duì)火山機(jī)構(gòu)地質(zhì)模型的波動(dòng)方程正演得到偏移剖面，通過(guò)提取茅口組底的均方根振幅值可見(jiàn)。近源相組內(nèi)，茅口組底振幅受?chē)娨缦嘤绊懻穹內(nèi)?，遠(yuǎn)源相只有粒玄巖和輝綠玢巖影響，和不發(fā)育火山巖處相比，茅口組底振幅變化不大；近源相組近火山口區(qū)噴溢相火山碎屑巖比例較多，集塊、角礫含量高，茅口組底的振幅受影響較大，隨著離火山口的距離變遠(yuǎn)，茅口組底振幅影響變小。

圖8 正演模擬結(jié)果及效果分析

如圖9所示，為茅口組底界均方根振幅平面圖，藍(lán)紅色為振幅低值區(qū)域，在識(shí)別的火山建造范圍內(nèi)用圈定振幅低值區(qū)作為近源相組范圍。

圖9 茅口組底界均方根振幅平面圖（虛線：近源相組范圍）

Y1井井區(qū)地質(zhì)分析認(rèn)為巖漿在火山口附近噴發(fā)后，火山碎屑物質(zhì)冷凝并雜亂堆積，形成噴溢相火山巖。近火山口區(qū)噴溢相火山碎屑巖比例較多，同相軸反射較雜亂；遠(yuǎn)火山口區(qū)噴溢相火山碎屑巖、熔巖比例下降，溢流相玄武巖比例上升，同相軸反射較連續(xù)。同時(shí)，結(jié)合正演模擬結(jié)果得出的結(jié)論，由于近源相組近火山口區(qū)噴溢相火山碎屑巖比例較多，集塊、角礫含量高，茅口組底的振幅變低，且受影響較大，隨著離火山口的距離變遠(yuǎn)，茅口組底振幅影響變小。單一屬性成帶性差巖相分布不明顯，本次研究將茅口組層段雜亂類(lèi)屬性和茅口組底振幅屬性相融合，使巖性變化更加清晰，巖相分布更加明顯。

如圖10所示，將火山口疊合到融合屬性圖上，以火山口為中心向外輻射，同時(shí)考慮近源性和分帶性預(yù)測(cè)近火山口相組范圍，在近源相組識(shí)識(shí)別范圍內(nèi)，圈定近火山口相范圍。

圖10 近火山口相多屬性融合識(shí)別圖（白圈為近火山口相范圍）

4.結(jié)論

本次研究從火山巖噴發(fā)模式、不同火山巖相的形成機(jī)理出發(fā)，通過(guò)正演模擬圈定有利儲(chǔ)層區(qū)域范圍劃分火山內(nèi)部期次，不同方法結(jié)論相互印證，形成了一套川西超深層火山巖成像技術(shù)和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)系列。同時(shí)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）近源相組物性?xún)?yōu)于遠(yuǎn)源相組物性，火山口、火山通道的識(shí)別尤為重要；（2）從深大斷裂出發(fā)研究火山通道以及火山噴發(fā)模式更有利于區(qū)分中心式噴溢相火山機(jī)構(gòu)和裂隙式噴發(fā)侵入巖火山機(jī)構(gòu)；（3）火山機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間的復(fù)雜變化、巖相期次和非均質(zhì)性使得火山巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)始終存在多解性，而且對(duì)于無(wú)鉆井火山機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)層內(nèi)幕預(yù)測(cè)，需要結(jié)合多專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化攻關(guān)。