火山噴發模式控制下的基性火山巖儲層預測技術在川西某地區的應用

張薇

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京 211103）

0.引言

中國關于松遼盆地的火山巖研究比較深入，技術相對成熟[1-5]，北疆準噶爾盆地北三臺凸起石炭系火山巖也開展了一定的研究。而對于火山巖的地震識別方法基本是在精細標定層位基礎上，總結不同火山巖體在常規地震剖面的多種反射特征，建立地震相識別模式，然后采用地震屬性分析技術直接識別火山巖巖體及分布范圍。外國關于火山巖的地震識別也是從地震道特征分析，利用地震屬性技術判別火山巖體。

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。以往的技術存在不適應性，本項目中，從火山巖噴發模式、不同火山巖相的形成機理出發，通過正演模擬分析等技術圈定有利儲層區域范圍，不同方法結論相互印證，形成了一套川西超深層火山巖成像技術和儲層預測技術系列。

1.火山巖儲層特征分析

由研究區Y1井巖性、巖相組合分析認為，該井火山巖縱向發育5套巖性段，可劃分為4個主要噴發旋回（期次），具有早期爆發、晚期侵入的特點。

第1旋回（期次）為含石灰巖集塊、角礫凝灰巖，深度介于5667m～5751m，厚度為84m。依據火山巖相特征劃分為爆發相，是火山強烈爆發將火山口周圍的茅口組石灰巖破碎，并由巖漿裹挾強烈爆發的產物。第2期火山作用的早中期為爆發相角礫熔巖，后期逐漸過渡為溢流相玄武巖，火山噴發能量呈現逐漸減弱的特征。第3旋回（期次）為粒玄巖段，也稱“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，該期火山作用發生于前兩期以爆發為主的火山碎屑冷凝固結后。第4旋回（期次）噴發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.火山巖巖相與儲層的關系

前人研究表明，火山巖的物性與巖性、巖相關系密切，火山巖相控制著火山巖孔、縫類型、發育程度及分布特征，影響著后期成巖作用的類型和強度。一般溢流相上部亞相和爆發相熱碎屑流亞相常發育熔結角礫巖、熔結凝灰巖，其孔隙度和滲透率相對略高，溢流相中部亞相、爆發相熱基浪亞相的孔滲相對略低，物性較差。

研究區Y1井火山巖在儲層物性上，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，其特征也符合儲集性“近源”優于“遠源”的規律。

3.火山巖優勢相帶逐級預測

本文從火山巖建筑結構具有多級次性特征出發，遵循由大到小、由粗到細的原則，按照找火山建造“定區”、找火山通道“定位”、找噴發中心“定源”、找特征信號“定相”的思路逐級推進，聚焦優勢相帶。

3.1 火山巖建造識別—定區

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律的組合，是在一定地質階段的某一特定地質構造環境下，由成因上密切聯系、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。火山建造發育區地層厚度增大，這種特征顯著，可以作為火山建造識別的最直接標志。圖1所示為火山巖發育段厚度，通過井上門檻值，圈出火山建造主體區范圍，如圖2所示。

圖1 火山巖發育層段厚度

圖2 火山建造主體區范圍

3.2 火山通道識別—定位

火山機構是火山建造的基本構成單元，由火山通道、火山口及圍斜構造構成，本區為基性熔漿，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的低角度盾狀破火山口復合火山機構。圍斜構造不明顯，火山口及火山通道是本區識別火山機構、指示火山機構中心的最重要標志。火山通道不一定是直立的，可能與地震剖面有一定的夾角，內部填充物和圍巖的差異在淺中深各不相同，導致僅用常規不連續屬性體剖面和切片，不能較好地刻畫火山通道。

針對以上難點，本次研究建立噴發模式控制下的“追根溯源”多尺度多屬性的火山通道檢測流程，通過各種裂縫預測方法技術的基本原理、適應條件、優勢和不足，進行搭配組合，優勢互補，采用大尺度相干屬性研究火山通道形成過程，采用相干屬性、瞬時頻率、均方根振幅屬性預測茅口底火山通道位置，最終完成火山通道的識別。

從寒武系底界面向茅口組底逐層段進行相干屬性分析，如圖3所示，火山通道從寒武系底界面深大斷裂出發，在層段相干屬性上呈點狀或團狀，自深部至淺部會出現遷移現象且形態隨之發生改變，例如F2附近的火山通道從下至上逐漸向北部遷移，F1井在深層并無火山通道特征，在接近茅口底時才出現似水流狀低相干特征，與中心式噴溢相儲層噴發模式不符。

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（紫色環狀）和其均方根振幅、平均頻率屬性進行疊合，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頻率屬性在火山通道范圍內呈低頻率特征，進一步驗證了茅口組底火山通道位置識別的準確性。

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 噴發中心識別—定源

火山口是火山活動的中心，其位置是確定火山巖巖相平面展布的重要依據。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。

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

根據火山巖噴發特征，由遠源相向近源相組過渡時坡度表現為緩慢增大，如圖6所示，到了近火山口相區域坡度較快增大，到火山口地區坡度先增大后迅速變小（接近0°）。

圖6 火山機構物理模型圖

利用上述傾角屬性的定義方法，將數據體沿茅口組拉平，計算三維傾角屬性體，并將結果反拉平，對火山口進行了進一步識別。如圖7所示過幾何形態不明顯的火山口的地震剖面及相對應的傾角屬性剖面。從圖中黑色箭頭可知，剖面上對應為火山口的位置，在傾角體上反映為明顯的低傾角特征，符合前期認識。

圖7 傾角屬性預測圖

結合傾角屬性、地震剖面特征，在研究區共識別中心式火山口16個，均分布在預測的茅口火山通道附近。

3.4 火山有利相帶識別—定相

Y1井火山巖儲層物性符合儲集性“近源”優于“遠源”的規律，那么儲層預測的核心問題就是近火山口相和近源相組的預測。

把火山巖相劃分為火山口和近火山口相組、近源相組、遠源相組、再搬運-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相落空亞相對應，巖性變化大。近源相組（熔巖流/熔巖被）在地震剖面上呈斷續層狀，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、爆發相熱碎屑流亞相對應。遠源相組為爆發相、溢流相或火山沉積向，巖相相對比較單一，厚度也較小，但分布穩定，連續性好，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集性，優質儲層發育概率高，存在明顯的區帶分布特征。

根據火山巖儲層的特征分析得出第I期火山碎屑巖和第II期火山碎屑熔巖內有大量的集塊、角礫、碎屑，以Y1井區測錄井資料為參照設計火山機構模型，茅口組上部發育四套火山巖。設置集塊、角礫凝灰巖速度密度低于灰巖，且顆粒大小由火山口向外圍逐漸變小，火山通道設置為與輝綠巖速度密度相近，如圖8所示，通過針對火山機構地質模型的波動方程正演得到偏移剖面，通過提取茅口組底的均方根振幅值可見。近源相組內，茅口組底振幅受噴溢相影響振幅變弱，遠源相只有粒玄巖和輝綠玢巖影響，和不發育火山巖處相比，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，茅口組底振幅影響變小。

圖8 正演模擬結果及效果分析

如圖9所示，為茅口組底界均方根振幅平面圖，藍紅色為振幅低值區域，在識別的火山建造范圍內用圈定振幅低值區作為近源相組范圍。

圖9 茅口組底界均方根振幅平面圖（虛線：近源相組范圍）

Y1井井區地質分析認為巖漿在火山口附近噴發后，火山碎屑物質冷凝并雜亂堆積，形成噴溢相火山巖。近火山口區噴溢相火山碎屑巖比例較多，同相軸反射較雜亂；遠火山口區噴溢相火山碎屑巖、熔巖比例下降，溢流相玄武巖比例上升，同相軸反射較連續。同時，結合正演模擬結果得出的結論，由于近源相組近火山口區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，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，同時考慮近源性和分帶性預測近火山口相組范圍，在近源相組識識別范圍內，圈定近火山口相范圍。

圖10 近火山口相多屬性融合識別圖（白圈為近火山口相范圍）

4.結論

本次研究從火山巖噴發模式、不同火山巖相的形成機理出發，通過正演模擬圈定有利儲層區域范圍劃分火山內部期次，不同方法結論相互印證，形成了一套川西超深層火山巖成像技術和儲層預測技術系列。同時，得出以下幾點結論：

（1）近源相組物性優于遠源相組物性，火山口、火山通道的識別尤為重要；（2）從深大斷裂出發研究火山通道以及火山噴發模式更有利于區分中心式噴溢相火山機構和裂隙式噴發侵入巖火山機構；（3）火山機構與機構之間的復雜變化、巖相期次和非均質性使得火山巖儲層的預測始終存在多解性，而且對于無鉆井火山機構的儲層內幕預測，需要結合多專業認識進一步深化攻關。