黃河口凹陷BZ油田古近系層狀火成巖發育模式及精細刻畫

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程度的不斷深入，與火成巖相關的油氣藏正逐漸成為勘探開發的重要目標[1]。火成巖作為一種非正常沉積的特殊巖性，因其成因類型復雜，展布形態多樣，制約了渤海油田與火成巖相關油藏的勘探成效和高效開發[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造運動，該區火山活動強烈，形成了廣泛分布的火成巖[3]。該油田在古近系含油層段內鉆遇3.2～42.8 m的火成巖，結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，總結層狀火成巖發育模式及控制因素，利用基于振幅分級及火成巖構型的等效厚度描述技術，開展火成巖定量刻畫，在古近系各層段共描述出26個層狀火成巖發育區，面積為0.07～2.47 km2，為油田儲量計算和井位部署奠定基礎。

1 層狀火成巖類型及發育模式

由實鉆數據可知，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，在地震剖面上表現為中強振幅反射、中低頻率，連續性較好，產狀向斷層根部上傾，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為強振幅反射，中低頻率，連續性好，產狀穩定[12]。油田區域內火山噴發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、爆發相、侵出相、次火山巖相和火山沉積相[13]。根據層狀火成巖發育位置，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育模式

前人研究表明，構造活動強烈的地區，斷層連接巖漿房后，易發生裂隙式火山噴發[14]，火山熔巖通過斷層運移至地表，在斷層根部低洼區聚集，層狀溢流相火成巖規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振幅反射，其地震響應特征呈現同相軸超覆的現象。據1井實鉆證實，該強反射對應為層狀玄武巖發育段。由于斷層活動，火山裂隙式噴發，巖漿沿斷層溢流，在斷層根部低洼區聚集，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，因斷裂活動形成的落差與相應沉積時間的比值，可用斷層上、下盤厚度差與沉積時間比值來反映構造活動的強弱[16]。在古近系地層沉積時期，斷層活動劇烈的地區易形成火山噴發，在斷層活動速率大于20 m/Ma的斷層根部古地貌低洼區均發育明顯地震強振幅反射特征，與1井實鉆玄武巖地震反射特征相似。

結合斷層活動性及古地貌，根據地震反射特征，開展平面地震相追蹤，有效預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，均表現為連續強振幅反射，其分布受火山活動時期、地層產狀、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為層狀連續強振幅反射，且與上、下地層產狀一致(圖3a)。通過地震同相軸接觸關系判斷，在東一段、東二段火山大規?；顒訒r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振幅反射，其上方有同相軸超覆現象(圖3c)。東三段末期，局部區域存在火山活動，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井東部發育，為碟形的空間展布特征，邊界較清晰，為連續的強振幅反射，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，火山噴發后，地下巖漿房空虛，造成火山口塌陷，形成環狀斷裂，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型的等效厚度描述

2.1 層狀火成巖地層結構及地震識別特征

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為低頻強振幅反射，由實鉆資料可知，單層火成巖厚度不同，對應的地震響應特征有明顯差異。通過對古近系地震資料進行振幅分級處理，根據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，火成巖對應連續、強振幅同相軸反射，均方根振幅大于15 000，可實現單火成巖體的識別和刻畫；②薄層火成巖發育段，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標定和識別，但層狀火成巖發育段整體表現為強振幅反射，均方根振幅為4 500～15 000，可通過火成巖發育段地震屬性綜合描述[18-29]。

2.2 不同結構類型火成巖定量描述

根據不同結構類型火成巖，建立不同模型進行正演模擬，并通過實鉆數據校正，得到均方根振幅值與火成巖厚度之間的關系，從而實現火成巖定量描述。

(1) 單層厚層火成巖。結合實鉆情況，設置火成巖速度為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。模擬結果顯示，隨著火成巖厚度增加，對應地層的均方根振幅增大。選取不同火成巖厚度對應的均方根振幅值，經E1井實鉆數據校正，回歸得到均方根振幅值與單層火成巖厚度之間的關系，從而開展厚度為25～60 m的火成巖厚度定量預測(圖4)。

(2) 薄層火成巖發育段。依據地震資料分辨率，當單層火成巖厚度小于25 m時，在地震資料上無法實現單層識別和刻畫。針對薄層火成巖發育段開展地震響應特征研究，結合實鉆情況建立正演模型，設置火成巖速度為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。模擬結果顯示，火成巖占地層厚度比例與對應地層段的均方根振幅屬性值具有較好的線性相關關系，經探井實鉆數據校正，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系，從而進行火成巖厚度定量預測(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個層狀火成巖發育區。其中，在東三段2個油層組共描述出14個層狀火成巖發育區(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育類型，平面上疊置連片。東營組時期，火山活動增強，火成巖分布規模逐漸變大。描述出6個斷層根部溢流相火成巖，最大發育范圍距斷層為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個侵入相發育區，面積為0.66～0.82 km2，厚度分布比較穩定(38～45 m)，在邊界處陡變；描述出7個溢流相發育區，面積為0.20～0.71 km2，古地貌低洼區厚度最大(15～35 m)，呈環狀向邊界側尖滅；描述出1個碟形侵入巖發育區，從東三段Ⅱ油層組到I油層組沉積時期，規模逐漸變大，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層狀火成巖分布描述，指導后續井位部署和實施，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 論

(1) BZ油田目的層內層狀火成巖分為沿斷層根部發育及中心式火山通道周邊發育2種類型，分別受控于裂隙式及中心式噴發模式，其規模和分布受火山活動時期、斷層活動、古地貌、地層產狀、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育段2種結構類型，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個層狀火成巖發育區，面積為0.07～2.47 km2。將該成果應用于油田開發井井位優化及實施過程中，規避了火成巖風險，提高了開發井砂巖鉆遇率，縮短了鉆井周期，大大提升了油田的開發效果，從源頭實現了降本增效，獲得了較高的經濟效益。該項基于地質模式的火成巖精細識別技術，為渤海類似油田勘探開發提供了一條切實可行的方法。