火山巖圈閉識(shí)別描述方法及其應(yīng)用

楊 雙，李忠博，閆相賓，蔡利學(xué)

(1.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 102206；2.中國(guó)石化 東北油氣分公司，長(zhǎng)春 130062)

火山巖作為一類特殊、復(fù)雜儲(chǔ)層在國(guó)外已有100余年勘探歷史。目前全球20個(gè)國(guó)家在300余個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏，如作為油田代表的印度尼西亞賈蒂巴朗油田(儲(chǔ)量1.64×108t)，作為氣田代表的澳大利亞斯科特礁氣田(儲(chǔ)量3 877×108m3)等。中國(guó)含油氣盆地火山巖普遍發(fā)育，火山巖油氣勘探已在松遼盆地白堊系、準(zhǔn)噶爾盆地石炭系—二疊系、渤海灣盆地古近系—新近系及四川盆地二疊系等層系相繼取得重大突破，發(fā)現(xiàn)了徐深氣田、松南氣田、克拉美麗氣田等油氣田，顯示出巨大的勘探潛力，火山巖已成為我國(guó)油氣勘探的重要領(lǐng)域之一[1-3]。

松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷下白堊統(tǒng)沙河子組—營(yíng)城組為湖相沉積，烴源條件較為優(yōu)越，營(yíng)城組及火石嶺組火山巖有效儲(chǔ)層發(fā)育，且火山巖與烴源巖距離較近，具備良好的天然氣勘探潛力。腰深1、北213等井已在營(yíng)城組酸性火山巖、火石嶺組中—基性火山巖中取得重大突破，展示了松遼盆地火山巖領(lǐng)域良好的勘探前景。隨著火山巖油氣藏持續(xù)發(fā)現(xiàn)，其勘探理論技術(shù)研究也取得快速發(fā)展。前人研究主要集中在火山巖油氣成藏機(jī)理[4-6]、成藏地質(zhì)特征[7-9]及儲(chǔ)層特征[10-18]等方面，但在火山巖圈閉識(shí)別描述與評(píng)價(jià)方法等方面缺乏深入系統(tǒng)的研究，成為制約火山巖油氣藏高效勘探與開(kāi)發(fā)的瓶頸之一，亟待創(chuàng)新開(kāi)發(fā)一套適用的火山巖圈閉識(shí)別描述技術(shù)體系，以滿足油氣勘探生產(chǎn)的需求。

火山巖圈閉具有構(gòu)造、巖性、構(gòu)造—巖性復(fù)合等多種類型，本文選擇其中具代表性的火山巖巖性圈閉為例來(lái)進(jìn)行闡述。在總結(jié)松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷火山巖圈閉形成特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合研究及技術(shù)攻關(guān)，提出了火山巖圈閉識(shí)別描述方法，制定了火山巖圈閉識(shí)別描述技術(shù)流程，既為松遼盆地深層火山巖油氣勘探提供了圈閉識(shí)別技術(shù)支撐，也為國(guó)內(nèi)其他盆地火山巖油氣藏勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)背景及火山巖圈閉形成特點(diǎn)

1.1 地質(zhì)背景

長(zhǎng)嶺斷陷位于松遼盆地南部，為近南北走向的斷—坳雙層結(jié)構(gòu)，以沉積充填為主，具有多旋回火山同期疊加的二元充填特征，斷陷面積約1.3×104km2(圖1)。斷陷層自下而上發(fā)育下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組[19](圖2)?；鹗瘞X組和營(yíng)城組沉積時(shí)期，伴隨多期火山活動(dòng)，火山巖沿深大斷裂兩側(cè)呈中心式噴發(fā)，噴發(fā)期次多, 后期改造作用較弱,火山機(jī)構(gòu)較完整，原位性強(qiáng)?；鹗瘞X期為初始斷陷階段，伴隨火山噴發(fā)，噴溢的巖漿在流動(dòng)中形成層狀分布；沙河子期為斷陷擴(kuò)展階段，火山作用處于間歇期，湖盆中央發(fā)育暗色泥巖，是深層天然氣成藏的主要烴源巖；營(yíng)城期火山作用較為強(qiáng)烈，發(fā)育大量火山機(jī)構(gòu)；登婁庫(kù)期為斷—拗轉(zhuǎn)換階段，湖相泥巖發(fā)育，可作為深層儲(chǔ)集層良好的區(qū)域性蓋層?；鹗瘞X組和營(yíng)城組火山巖有效儲(chǔ)層發(fā)育，源儲(chǔ)配置及成藏條件較為優(yōu)越，已在達(dá)爾罕斷凸帶、查干花次凹、東嶺鼻狀構(gòu)造帶及龍鳳山地區(qū)取得勘探重大突破，累計(jì)提交三級(jí)儲(chǔ)量近千億立方米。其中，位于達(dá)爾罕斷凸帶北段的松南氣田營(yíng)城組三段探明儲(chǔ)量為433×108m3，目前年產(chǎn)氣量5.8×108m3 [20-25]。

圖1 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷構(gòu)造區(qū)劃Fig.1 Tectonic units of Changling Fault Depression, Songliao Basin

圖2 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Changling Fault Depression, Songliao Basin

1.2 火山巖圈閉形成特點(diǎn)

長(zhǎng)嶺斷陷火山巖儲(chǔ)層埋深較大，巖相、巖性及物性在橫向變化快，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。油氣成藏主要表現(xiàn)為近源、斷裂輸導(dǎo)、古構(gòu)造高點(diǎn)及近火山口亞相控制油氣富集。一般情況下，只要具備有利的生儲(chǔ)蓋組合和圈閉條件，就可以形成油氣藏[4,6-7,26-29]。

火山作用是形成儲(chǔ)層發(fā)育帶的基礎(chǔ)，長(zhǎng)嶺斷陷已發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏證實(shí)，有利儲(chǔ)層主要受火山相帶的控制，也是決定產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。噴溢相上部亞相和爆發(fā)相熱碎屑流亞相儲(chǔ)集層物性較好,其中爆發(fā)相火山巖物性最好，易于形成高產(chǎn)油氣藏[4,6-8,23]。成藏組合以營(yíng)城組火山巖、火石嶺組火山巖2個(gè)組合為主，油氣輸導(dǎo)條件主要以斷裂輸導(dǎo)和源儲(chǔ)直接接觸輸導(dǎo)為主，具有明顯的近源運(yùn)移聚集成藏特點(diǎn)。與構(gòu)造圈閉相比，火山巖巖性圈閉成藏條件要求更為苛刻。儲(chǔ)層條件、側(cè)向封堵及頂?shù)装宸舛聴l件是控制火山巖圈閉有效性關(guān)鍵要素。該類型圈閉識(shí)別描述重點(diǎn)應(yīng)開(kāi)展圍巖巖性、火山巖巖相與物性及有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，并落實(shí)頂?shù)装灏l(fā)育和分布特征。在構(gòu)造圖、巖相分布圖及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)圖疊合基礎(chǔ)上，結(jié)合封堵條件研究成果，精細(xì)刻畫落實(shí)火山巖巖性圈閉邊界等。

2 火山巖巖性圈閉識(shí)別與描述

火山巖巖性圈閉識(shí)別與描述流程的建立促進(jìn)了火山巖圈閉識(shí)別描述工作的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)一步提高了火山巖圈閉上鉆率及成功率。

2.1 火山巖巖性圈閉識(shí)別重點(diǎn)

火山巖巖性圈閉識(shí)別重點(diǎn)為火山巖體的刻畫和火山巖儲(chǔ)層的描述。火山巖體的刻畫包括火山巖分布、火山巖結(jié)構(gòu)形態(tài)、與圍巖地層接觸關(guān)系和火山巖包絡(luò)面的識(shí)別?；鹕綆r儲(chǔ)層描述包括巖性巖相分析、噴發(fā)期次刻畫、儲(chǔ)集空間類型、有效儲(chǔ)層主控因素分析及有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等。關(guān)鍵技術(shù)包括火山機(jī)構(gòu)刻畫、火山巖地震相預(yù)測(cè)、地震屬性和疊前—疊后反演技術(shù)等。

2.2 火山巖巖性圈閉識(shí)別描述技術(shù)流程

為了準(zhǔn)確識(shí)別和描述火山巖圈閉，建立了火山巖巖性圈閉識(shí)別描述“五步流程”(圖3)。

第一步，火山巖圈閉發(fā)育地質(zhì)條件研究。開(kāi)展火山巖發(fā)育區(qū)的構(gòu)造演化史、成藏期古構(gòu)造恢復(fù)研究，明確火山巖地層歸屬及其所屬地層分布，以及火山巖在成藏期所處的構(gòu)造位置，落實(shí)火山巖形成期與烴源巖排烴期的匹配關(guān)系。

圖3 火山巖巖性圈閉識(shí)別與描述流程Fig.3 Flow chart of identification and characterization of volcanic traps

第二步，地震資料品質(zhì)分析。開(kāi)展地震資料品質(zhì)分析，對(duì)品質(zhì)較差的地震資料進(jìn)行處理，提高火山巖與圍巖邊界識(shí)別的成像精度，滿足火山巖內(nèi)幕期次和火山巖相刻畫需求。

第三步，火山巖體識(shí)別。應(yīng)用地震資料結(jié)合火山作用特征研究和火山機(jī)構(gòu)刻畫，描述火山巖的結(jié)構(gòu)形態(tài)，確定與圍巖地層接觸關(guān)系。應(yīng)用地震相、切片、地震屬性等技術(shù)，識(shí)別火山巖體頂?shù)装j(luò)面，落實(shí)火山巖空間分布?；鹕綆r體識(shí)別具體內(nèi)容包括：在地震剖面上按地震振幅、反射連續(xù)性與圍巖形成的明顯差異特征確定火山巖；描述火山巖結(jié)構(gòu)形態(tài)，如盾狀火山、層火山、熔巖穹丘、火山碎屑渣錐；確定與圍巖地層接觸關(guān)系，如側(cè)向地層角度不整合，上覆地層披覆或平行不整合，下伏地層整合或不整合接觸；應(yīng)用地震相分析、切片技術(shù)、地震屬性分析等技術(shù)方法識(shí)別出火山巖體頂?shù)装j(luò)面，落實(shí)火山巖空間分布。

第四步，火山巖儲(chǔ)層特征及有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。開(kāi)展火山巖巖性及巖相分析、火山巖噴發(fā)期次刻畫、儲(chǔ)集空間類型分析、有效儲(chǔ)層主控因素分析及有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

第五步，火山巖圈閉邊界確定。以火山巖頂?shù)装j(luò)面為基礎(chǔ)，結(jié)合有效儲(chǔ)層分布范圍，借鑒鄰區(qū)或相似區(qū)塊同類型火山巖油氣藏含油氣高度分布范圍，通過(guò)與構(gòu)造疊合成圖，精細(xì)刻畫圈閉邊界，落實(shí)火山巖圈閉基本參數(shù)。

3 應(yīng)用實(shí)例

松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷南部龍鳳山鼻狀構(gòu)造帶主要受早期基底拆離斷層與一系列近南北向西傾與東傾正斷層所控制，發(fā)育古構(gòu)造背景，為油氣長(zhǎng)期運(yùn)移指向區(qū)，有利于油氣富集成藏?；鹗瘞X組沉積時(shí)期，少量斷裂開(kāi)始活動(dòng)，伴隨斷裂活動(dòng)，火山大規(guī)模噴發(fā)，形成多個(gè)局部火山機(jī)構(gòu)。按前文建立的火山巖巖性圈閉識(shí)別描述技術(shù)流程，對(duì)龍鳳山鼻狀構(gòu)造帶開(kāi)展火山巖巖性圈閉識(shí)別，精細(xì)刻畫圈閉邊界。

3.1 火山巖圈閉發(fā)育地質(zhì)條件研究

通過(guò)開(kāi)展火山巖發(fā)育區(qū)的構(gòu)造演化史、成藏期古構(gòu)造恢復(fù)研究，認(rèn)為龍鳳山鼻狀構(gòu)造帶火山巖體形成于火石嶺期，構(gòu)造定型于營(yíng)城組沉積末期，油氣充注期為登婁庫(kù)組及青山口組—嫩江組沉積期，火山巖圈閉形成期早于油氣充注期，具備良好的成藏匹配條件(圖4)。

3.2 地震資料品質(zhì)分析

地震資料品質(zhì)分析結(jié)果認(rèn)為，現(xiàn)有地震資料品質(zhì)較差，難以滿足火山巖內(nèi)幕期次和火山巖相刻畫需求。通過(guò)對(duì)龍鳳山三維地震資料的重新處理，火山巖與圍巖邊界識(shí)別的成像精度得到明顯改善，為火山巖圈閉有效識(shí)別、提高其落實(shí)程度奠定基礎(chǔ)(圖5)。

3.3 火山巖體識(shí)別

龍鳳山鼻狀構(gòu)造帶火山巖體為蘑菇狀—雜亂反射，火山機(jī)構(gòu)整體呈現(xiàn)低傾角特征?；鹕綆r體頂?shù)装j(luò)面呈強(qiáng)振幅、中高能量及中低頻特征，機(jī)構(gòu)內(nèi)幕呈現(xiàn)中低振幅、低能量特征。結(jié)合火山巖特征，挖掘地震隱含信息，優(yōu)選火山巖敏感地震屬性(低頻振幅+紋理屬性識(shí)別效果較好)，識(shí)別出火山巖體頂?shù)装j(luò)面，落實(shí)了火山巖體空間分布形態(tài)(圖6)。

圖4 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷火山巖圈閉成藏條件匹配關(guān)系Fig.4 Matching of volcanic traps’ accumulation conditions in Changling Fault Depression, Songliao Basin

圖5 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷三維地震資料處理前后對(duì)比 剖面位置見(jiàn)圖1的AA′。Fig.5 Comparison of 3D seismic data before and after processing in Changling Fault Depression, Songliao Basin

圖6 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷火山巖體頂?shù)装j(luò)面識(shí)別剖面 剖面位置見(jiàn)圖1的BB′。Fig.6 Profile of identifying volcanic body’s top and surface enveloping plane in Changling Fault Depression, Songliao Basin

3.4 火山巖儲(chǔ)層特征及有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

3.4.1 火山巖巖性及巖相分析

通過(guò)野外露頭、錄井、巖心和測(cè)井等資料分析，火山巖縱向上為噴溢相和爆發(fā)相交互式噴發(fā)，平面上近源至遠(yuǎn)源方向呈現(xiàn)噴溢相→爆發(fā)相→火山沉積相漸變。噴溢相為強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好，爆發(fā)相為中—弱振幅、弱連續(xù)，火山沉積相為中強(qiáng)振幅、較連續(xù)。

3.4.2 火山巖噴發(fā)期次刻畫

結(jié)合巖性巖相、地震反射特征等，根據(jù)沉積間斷、風(fēng)化殼、巖性界面、火山巖相序，將火石嶺組劃分4個(gè)火山巖噴發(fā)期次。利用井震標(biāo)定，刻畫出不同噴發(fā)期次的火山巖分布范圍。

3.4.3 儲(chǔ)集空間類型分析

通過(guò)野外露頭、巖心和薄片等資料分析，龍鳳山鼻狀構(gòu)造帶火山巖發(fā)育孔隙—裂縫復(fù)合型和溶蝕孔隙型兩種儲(chǔ)集空間?？紫丁芽p復(fù)合型主要孔隙類型為粒間溶孔，溶孔多沿包絡(luò)面分布，裂縫溝通溶蝕孔隙，形成立體“孔—縫”儲(chǔ)集空間；溶蝕孔隙型為孤立的大孔隙在微孔隙的溝通下，形成以溶蝕孔隙為主的儲(chǔ)集空間。

3.4.4 有效儲(chǔ)層主控因素分析

長(zhǎng)嶺斷陷火山巖儲(chǔ)集層非均質(zhì)性普遍較強(qiáng)，物性受埋深影響較小，在深層或超深層能夠發(fā)育有效儲(chǔ)層。火山巖儲(chǔ)集層主要受巖相、巖性和裂縫發(fā)育程度控制。噴溢相上部亞相、爆發(fā)相熱碎屑流亞相、空落堆積亞相物性較好。原生裂縫在火山口—近火山口相帶最為發(fā)育，次生構(gòu)造微縫在構(gòu)造高部位和斷層附近發(fā)育程度較高。此外，在生烴洼陷附近，因排烴期酸性流體注入，形成大量次生溶蝕孔隙及溶蝕縫，可有效改善火山巖儲(chǔ)層物性。

3.4.5 有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

巖石物理分析結(jié)果表明，聲波時(shí)差受巖性影響程度高，密度測(cè)井對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育段識(shí)別效果較好,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層表現(xiàn)為低密度、低阻抗特征。利用鉆井、測(cè)井資料，結(jié)合儲(chǔ)層孔隙度反演及孔隙度門檻值(5.0%)，預(yù)測(cè)了火山巖有效儲(chǔ)層厚度分布范圍(圖7)。

3.5 火山巖巖性圈閉邊界確定

火山巖巖性圈閉邊界刻畫以編制的火山巖體頂?shù)装j(luò)面圖、火山巖有效儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)分布圖及目的層頂面構(gòu)造圖等關(guān)鍵成果圖件為基礎(chǔ)，將“三圖”疊合成圖，并借鑒鄰區(qū)或相似區(qū)塊同類型火山巖油氣藏含油氣高度分布范圍，落實(shí)了研究區(qū)火山巖巖性圈閉，目的層為火石嶺組，圈閉面積13.05 km2，閉合幅度1 300 m，高點(diǎn)埋深2 500 m(圖8)。

圖7 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷火山巖有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)分布Fig.7 Predicted distribution of volcanic rocks’ effective reservoir in Changling Fault Depression, Songliao Basin

圖8 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷龍鳳山火山巖巖性圈閉邊界刻畫Fig.8 Diagram characterizing the boundary of a lithologic trap in Longfengshan area of Changling Fault Depression, Songliao Basin

4 鉆探效果

在研究落實(shí)的火山巖巖性圈閉高部位上已部署探井北213井，完鉆井深3 866 m，完鉆層位為基底。該井實(shí)鉆火山巖氣測(cè)顯示5層189.56 m，巖性為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r。測(cè)井解釋火山巖氣層、差氣層9層144 m。對(duì)火石嶺組3 382.8～3 649.0 m井段分3段壓裂，初期日產(chǎn)氣(3.8～6.2)×104m3，投產(chǎn)試采，日產(chǎn)氣(1.0～1.3)×104m3，日產(chǎn)油3.2～8.0 m3，日產(chǎn)水2.0～4.4 m3。北213井鉆后分析結(jié)果表明，該火山巖巖性圈閉與鉆前認(rèn)識(shí)整體一致，圈閉落實(shí)可靠，進(jìn)一步驗(yàn)證了火山巖巖性圈閉識(shí)別描述“五步流程”的有效性。北213井的突破，拓展了長(zhǎng)嶺斷陷火石嶺組火山巖勘探新的領(lǐng)域。近期圍繞龍鳳山地區(qū)沙河子組生烴洼陷，通過(guò)精細(xì)構(gòu)造解釋，共識(shí)別落實(shí)6個(gè)火山巖體，總面積約120 km2，資源規(guī)模近千億立方米。已部署探井3口，有效推進(jìn)了長(zhǎng)嶺斷陷火石嶺組火山巖的油氣勘探。

5 結(jié)論

(1)長(zhǎng)嶺斷陷發(fā)育火石嶺組和營(yíng)城組火山巖，巖相、巖性及物性橫向變化快，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，勘探潛力大，是重要的油氣勘探領(lǐng)域。

(2)火山巖巖性圈閉是一種重要的火山巖圈閉類型，其識(shí)別重點(diǎn)為火山巖體的刻畫和火山巖儲(chǔ)層的描述。儲(chǔ)層條件、側(cè)向封堵及頂?shù)装宸舛聴l件是控制火山巖圈閉有效性的關(guān)鍵要素。

(3)提出了火山巖巖性圈閉識(shí)別描述“五步流程”技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，即通過(guò)開(kāi)展火山巖圈閉發(fā)育地質(zhì)條件、地震資料品質(zhì)分析、火山巖體識(shí)別、儲(chǔ)層特征及有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，在火山巖體、儲(chǔ)層厚度圖及構(gòu)造圖疊合成圖基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)火山巖圈閉邊界的精細(xì)刻畫。

(4)應(yīng)用表明，火山巖圈閉識(shí)別描述“五步流程”可有效地用于勘探實(shí)踐中，具有一定的指導(dǎo)應(yīng)用價(jià)值。

致謝：本文是在中國(guó)石化東北油氣分公司研究成果基礎(chǔ)上的進(jìn)一步總結(jié)提升，參加研究工作的還有李瑞磊、朱建峰、逄海明、楊秀輝、許方哲、陳延哲等，在此表示衷心的感謝。