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氣量25.61×104m3的工業氣流，發現了火山巖氣藏，揭開了火山巖氣藏勘探的序幕。后期陸續在川西南地區鉆探多口鉆井，在玄武巖段測試均產水或為干層[1-4]。2018年底，在成都—簡陽地區鉆探的永探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。火山巖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、溢流、冷凝、結晶、構造、風化和溶蝕等多種因素影響形成[5-6]。在平面上表現為非均質性強、物性變化快、分布規律復雜，在縱向上表現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中心攀西地區，大面積發育厚層基性火山巖，地震勘探表現出以下幾個難點：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

火成巖發育區地震資料存在巖下地震同相軸連續性較差、反射能量弱等現象，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、單頻波衰減等常規去噪方式將傷害低頻有效信號[13]。筆者根據噪聲特征建立噪聲模型，從常規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。具體實現步驟為：①利用炮檢點相對振幅系數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，經表層速度模型標定與聯合求解得出用于補償的表層Q模型；③依據表層Q模型，通過穩定的補償算法對疊前數據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，結合疊前數據規則化處理、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，下伏中二疊統茅口組及中二疊統棲霞組同相軸連續性和信噪比變好，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龍潭組泥巖，下伏為茅口組石灰巖。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、穩定的波阻抗界面，火山巖底界追蹤較困難（圖3）。

選取川中地區未發育火山巖地區的GS17井進行對比：GS17井未發育火山巖，龍潭組發育泥巖，厚度為119 m，茅口組主要發育石灰巖，厚度為210 m，當火山巖不發育時，龍潭組泥巖與茅口組石灰巖直接形成強波峰阻抗界面（圖4）。

在連井剖面上可看到，中二疊統底界反射較穩定，為連續強波峰反射；當火山巖不發育時，龍潭組底界為強波峰阻抗反射界面，與中二疊統底界時差介于110～130 ms；當火山巖發育時，火山巖頂界強波峰阻抗反射界面連續穩定，龍潭組底界與中二疊統底界時差介于140～230 ms（圖5）。由此可見，龍潭組底界強波峰阻抗反射界面與中二疊統底界反射時差大于130 ms時，二疊系火山巖發育。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，火山巖厚度整體上圍繞裂谷噴發中心攀西地區，從盆地外至盆地內逐漸減薄；在簡陽—三臺地區沿北東方向，呈條帶狀分布，在龍泉—簡陽地區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為速度、密度、層形態和層結構、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、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，與噴溢相難以區分，主要表現為深部斷裂特征，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，巖漿噴發后火山碎屑物質冷凝并雜亂堆積，以永探1井為代表，表現為火山巖厚度大，外形呈丘狀反射，火山巖頂界為斷續中強—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，縱向上為玄武巖與含角礫火山碎屑巖疊置發育，表現為火山巖厚度大，頂界為連續強反射，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，地震反射表現為火山巖厚度有一定增厚，平面分布較穩定，頂界為連續強反射，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，多與龍潭組泥巖呈互層狀分布，以NC2井為代表，表現為火山巖厚度較小，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）。根據地震相特征，川西地區火山碎屑巖有利區主要分布于簡陽—三臺地區，最有利儲層發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；次有利儲層發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。

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育的相區，火山巖儲層穩定發育[21]。通過永探1井分析，火山巖儲層測井響應特征表現為高聲波時差、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，實現了噴溢相有利區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內火山巖儲層大面積發育，主要分布于成都—簡陽地區，其中永探1井區內預測有利儲層面積600 km2，厚度介于10～200 m，具有規模勘探的前景（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強波峰反射或斷續中強波峰反射頂界、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育的范圍，盆地內簡陽—三臺地區大面積分布噴溢相火山巖，其中最有利儲層發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—簡陽地區噴溢相火山碎屑熔巖儲層呈層狀穩定分布，厚度介于100～200 m，其中永探1井區內有利儲層面積600 km2，具有規模勘探的前景。