辽河东部凹陷火成岩储层识别技术研究

陈星州，童亨茂，李冰，杨烁

辽河东部凹陷火成岩储层识别技术研究

陈星州，童亨茂，李冰，杨烁

（中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249）

辽河东部凹陷火成岩油气藏具有地下地质条件复杂、岩性和岩相变化快、储层物性变化大及地震反射特征复杂等特点。对辽河东部凹陷火成岩储层构造特征系统研究后认为，火成岩主要受控于中部驾掌寺—界西走滑断裂系，并沿大断裂形成南北对称分布，主要发育多旋回喷出型火成岩和层状侵入型火成岩。针对这些特点，充分应用火成岩地震反射特征识别、波阻抗反演以及时间切片等技术发现和落实了红星喷出型和于楼侵入型等多个火成岩体，并采用火成岩旋回划分、波形聚类属性以及优势储层地震反演等技术对火成岩体相带和有利储层分布进行了划分和预测，形成了一套火成岩识别评价技术系列。该技术系列指导了辽河东部凹陷及外围陆家堡凹陷火成岩的勘探，并可为其他油区火成岩油气藏勘探提供借鉴。

火成岩储层；多旋回喷出型；层状侵入型；喷发旋回划分；火成岩岩相；地震反演；辽河东部凹陷

0 引言

随着地质认识的不断深化，曾经的火山岩“禁区”已逐渐成为找油热点。我国自20世纪70年代以来，先后在渤海湾、准噶尔、塔里木、松辽及苏北等盆地发现了火成岩油气藏［1-3］。辽河东部凹陷是国内较早发现火成岩油气藏的地区之一，在火成岩储层中已探明较大规模的油气储量，并建成了以火成岩为主要储层的欧利坨子和黄沙坨2个千万吨级的油田［1］。辽河东部凹陷是新生代的盆地，发育沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组，其中沙河街组三段火成岩储源配置关系最为优越，是火成岩油气藏勘探的主要目的层［1-3］，钻井揭示主要发育安山岩、粗安岩、粗面岩、火山角砾岩、凝灰岩、玄武岩及辉绿岩等多种类型火成岩。2012年于68井侵入型火成岩获得高产工业油气流后，2013年红28、于70和于69井在火成岩储层中也见到良好油气显示，并有望取得勘探新突破，表明辽河东部凹陷火成岩具有巨大的勘探潜力。

目前对该区火成岩成藏机制已经有了较为深入的研究［1-3］，总体来看位于主成盆期的火成岩最有利于成藏，即位于生油岩中的沙三段火成岩最有利于成藏，因此识别沙三段火成岩空间分布就显得十分重要。进一步研究表明，构造条件、油源条件及岩性岩相条件三方面因素共同控制着火成岩成藏，但是由于火成岩岩性及岩相变化快，储层非均质性较强，其识别及储层预测具有较大的难度。笔者应用火成岩旋回划分、火成岩裂缝与孔隙预测及自然伽马-波阻抗联合反演等技术，对研究区火成岩的分布规律、火成岩体的识别、火成岩喷发旋回、火成岩岩性岩相特征以及有利储层展布进行研究，以便总结出一套火成岩识别和评价技术系列，进一步指导研究区火成岩油气勘探。

1 火成岩地震反射特征

通过测井和钻井取心，并结合地震反射特征分析，认为辽河东部凹陷主要发育喷出型火成岩和层状侵入型火成岩［4］。由于不同类型火成岩的成因以及形成机制不同，其地震反射特征也具有明显的差异性。

喷出型火成岩表现为丘状杂乱反射特征，与围岩能够形成明显的反射界面（图1）。根据喷出型火成岩形成机制和地震反射特征，东部凹陷喷出型火成岩体主要包括中心式喷发火成岩体（图1）、中心-裂隙式喷发火成岩体［图2（a）］及裂隙式喷发火成岩体［图2（b）］［4］。中心式喷发火成岩体的岩浆通过火山通道直接喷出地表，喷出物在火山口周围堆积成火山锥，由于火山口具有继承性，可以通过晚期层状喷出岩的地震反射同相轴错断位置识别出火山口位置；裂隙式喷发火成岩体的火山口为基底深大断裂，岩浆从延伸较长的裂隙中喷出，形成于裂隙周围的火成岩体较厚，远离裂隙方向则表现出逐渐尖灭的反射特征；中心-裂隙式喷发是介于中心式和裂隙式之间的一种喷发形式，既有中心式喷发也有裂隙式喷发，远离裂隙方向表现出逐渐尖灭的反射特征。

图1 喷出岩井-震特征对比Fig.1Well-seimic tie correlation of extrusive igneous rock

侵入型火成岩体主要包括裂隙式侵入岩体和中心式侵入岩体［5］。裂隙式侵入岩体的岩浆由基底沿深大断裂上升，在裂隙周边岩层形成侵入，厚度由断裂到远离断裂方向逐渐减小，地震反射表现为穿层、强反射特征；中心式侵入岩体受早期中心式喷发火成岩体控制，岩浆由火山口继承性喷发，并向周围地层侵入，表现为由火山口位置向周围形成穿层、强反射，并且逐渐尖灭的反射特征［6］（图3）。

图2 中心-裂隙式（a）和裂隙式（b）喷出岩喷发模式Fig.2Eruption models of extrusive igneous rock of center-fracture type（a）and fracture type（b）

图3 裂隙式（a）、中心式（b）侵入岩井-震特征对比Fig.3Well-seimic tie correlation of extrusive igneous rock of frature type（a）and center type（b）

通过对辽河东部凹陷不同类型火成岩特征进行整体研究，总结不同类型火成岩岩性反射特征，建立了不同类型火成岩以及不同相带火成岩的识别标志，在辽河东部凹陷识别出了红星、大平房、荣兴屯、热河台、大湾、界13井区及于68井区七大火成岩体，总面积超过380 km2。通过对火成岩类型和地震反射特征的研究，并利用波形聚类属性较好地识别出了火成岩体的平面分布范围。应用这种方法，基本落实了辽河东部凹陷中南部火成岩区域分布规律（图4）。

图4 辽河东部凹陷火成岩岩性岩相图Fig.4Lithology and lithofacies of igneous rock in eastern sag of Liaohe

2 火成岩体识别与评价

图5 喷出型火成岩旋回期次划分Fig.5Cycle classification of extrusive igneous rock

2.1喷出型火成岩

2.1.1 火成岩旋回划分

钻井岩性及测井曲线特征分析表明，火成岩具有多旋回多期次喷发的特点，且不同旋回、不同期次喷发的火成岩体对油气成藏具有控制作用。火成岩不同旋回火山喷发与构造活动紧密相关，通常大规模的走滑构造活动均伴随着大规模的火山活动［7］，因此火山喷发旋回与地震层序特征应具有一致性。根据这一认识，将地震层序的概念引入火成岩喷发旋回的分析和研究中。旋回代表了比较大规模的火山喷发期，而期次代表了旋回内相对较小规模的喷发期。通过这种技术方法的应用，能够很好地将地震与钻井统一起来，使得宏观与微观相结合，保证了火成岩内幕期次研究的正确性，提供了火成岩内幕研究和精细化研究的思路。

通过对地震反射特征与钻井资料的综合研究，将沙三中、下亚段火成岩喷发划分为两大旋回4个期次（图5）。通过喷发期次的划分，发现火成岩喷发旋回对火成岩岩性具有控制作用。第一旋回为大规模火山喷发时期，岩性以粗面质的安山岩和火山角砾岩等中酸性火成岩为主，其中粗面质安山岩较易形成裂缝，火山角砾岩孔隙较为发育；第二旋回规模相对较小，继承性发育于早期大型火成岩之上，岩性以层状玄武质火成岩为主，孔隙和裂缝相对不发育。从整体来看，第一旋回火成岩分布面积广、厚度大，且以粗面质的安山岩和火山角砾岩等中酸性火成岩为主，易于形成裂缝，是辽河东部凹陷火成岩的主要储集层；第二旋回火成岩以层状玄武质储层为主，储层物性较差。显然，第一旋回火成岩物性优于第二旋回火成岩，并且其直接与沙三中亚段烃源岩接触，因此油气成藏条件较为优越。已完钻的红28井和于70井均钻遇第一旋回火成岩，2口井均见到良好的油气显示，其中于70井试油获得工业油流，也证明了第一旋回喷发的火成岩应作为油气勘探部署的重点层系。

2.1.2 火成岩岩相分布特征

火成岩岩相对储层物性具有控制作用［8］，其岩相分析对于油气勘探部署具有重要意义。随着火成岩相带的变化，其地震相特征也具有明显的变化规律，因此可以依据地震相的变化特征对火成岩岩相进行研究。笔者在该区火成岩旋回划分的基础上，针对油气成藏条件最为优越的第一旋回喷发的火成岩体进行了岩相分布特征研究。

目前完钻的红25井位于火山口相带，以粗面质安山岩为主；于70井位于近源溢流-火山碎屑堆积相带，以粗面质火山角砾岩为主；于68井位于远源火山碎屑沉积相带，以凝灰岩和沉凝灰岩为主。根据地震相变化特征，在横向上将红星火成岩体整体划分为火山口相、近火山口溢流-爆发相、近源溢流-火山碎屑堆积相、远源火山碎屑沉积相及火山碎屑-砂泥岩沉积相等相带，地震反射特征由近源到远源依次表现为杂乱、低频、弱振幅→似层状杂乱、较低频、强振幅→层状、中低频、较弱振幅→层状、高频、弱振幅等特征（图6）。

图6 喷出型火成岩相带地震反射特征Fig.6Seismic reflection characteristics of extrusive igneous facies belt

位于火山口相带的红25井油气显示较差，试油为干层。对红25井岩心分析发现其火成岩较为致密，裂缝不发育。位于近火山口溢流-爆发相带的红28井见到较好的油气显示，裂缝较为发育，储集空间主要为裂缝。位于近源溢流-火山碎屑堆积相带的于70井，见到较好的油气显示，试油获得工业油流，有效孔隙度达到20%以上，储集空间主要为孔隙。位于远源火山碎屑沉积相带的于68井油气显示较差，储层较为致密。通过以上分析认为，火山口相带并非最有利相带，而近火山口溢流-爆发相带及近源溢流-火山碎屑堆积相带是油气成藏的有利相带［9］（图7）。

图7 辽河东部凹陷红星火成岩岩性岩相图Fig.7Lithology and lithofacies of Hongxing igneous rock in eastern sag of Liaohe

2.1.3 火成岩有利储层研究

（1）裂缝型储层预测

裂缝和孔隙是火成岩储层重要的储集空间［10］，火成岩裂缝的发育程度与分布规律控制着烃类的运移与聚集。地震相干属性可以描述地层的地貌特征和断裂特征，地震曲率属性可以描述裂缝体系的线性特征，两者均可反映岩层裂缝特征。笔者主要应用地震相干与曲率属性（主要是根据地震频率、振幅和弯曲度特征预测裂缝发育带）对该区火成岩裂缝发育带进行预测，同时应用曲率与波形聚类属性融合技术进一步对有利储集相带的分布进行预测。通过研究发现该区裂缝发育带主要位于近火山口溢流-爆发相带。

（2）孔隙型储层预测

不同火成岩相带储集类型各异，火山口与近火山口相带以裂缝型储层为主，近火山口火山碎屑堆积相带以孔隙型储层为主［11］。通过分析储层储集物性和电性特征发现，深、浅侧向电阻率差值能够反映储层渗透性，利用声波时差能够计算出储层总孔隙度，当两者均为高值时的储层最为有利。因此，利用声波及深、浅侧向电阻率曲线建立了优势储层计算模型，并将其应用于地震反演，进行孔隙型储层的预测研究（图8）。

通过应用波阻抗反演体与优势储层反演体交汇技术，在波阻抗反演识别出火成岩体的基础上，进一步识别出了火成岩体中的有利火成岩储层。该项技术有效地提高了储层评价的精度。通过预测发现，孔隙发育带主要位于近火山口溢流-爆发相带与近源溢流-火山碎屑堆积相带。

图8 火成岩孔隙型储层预测图Fig.8Prediction of pore reservoir of igneous rock

2.2 侵入型火成岩

2.2.1 侵入岩识别刻画

侵入岩的地震相特征明显，在常规地震剖面上与碎屑岩地层的产状不一致，有明显的穿层现象，浅成侵入相的辉绿岩以较大的角度侵入到沉积层内，能量强、连续性较好、地震反射频率低。因此，运用地震相识别、波阻抗反演（图9）和相干体技术进行联合分析，便能够准确地追踪和刻画出侵入岩的几何形态。研究表明，该区岩浆受驾掌寺断裂控制，在沙三中期向断裂东侧形成侵入，主要发育3期侵入岩，均具有明显的穿时特征。3期侵入岩与沙三中亚段暗色泥岩直接接触，且暗色泥岩同时作为生油层和盖层，形成了较好的生储盖组合。于69井成功钻遇了二期和三期侵入岩，证明了预测的准确性。

图9 侵入岩地震相（a）与波阻抗（b）识别图Fig.9Identification of seismic facies（a）and impedance（b）of intrusive igneous rock

图10 自然伽马-波阻抗联合反演预测火成岩有利储层分布图Fig.10Favorable reservoir distribution of igneous rock predicted by gamma and impedance joint inversion

2.2.2 侵入岩有利储层预测

辽河东部凹陷火成岩储层相对于碎屑岩储层普遍具有高阻抗及低声波时差的特征，因此通过波阻抗反演能够识别出火成岩储层；不同类型火成岩之间储层物性差异较大，而自然伽马反演能够较好地区分不同类型的火成岩。因此，应用自然伽马-波阻抗联合反演技术能够在识别火成岩的基础上预测火成岩有利储层展布。由于有利区主要分布在同时具有低自然伽马和高阻抗特征的侵入岩区域，因此，本次研究应用自然伽马-波阻抗联合反演技术准确地预测了侵入岩有利储层分布区。有利储层主要分布于侵入岩中心相带和前缘的断裂发育区（图10），于68井和于69井均位于侵入岩有利储层分布区带，并见到较好的油气显示，其中于68井试油获得高产工业油流。

3 结论与认识

（1）辽河东部凹陷主要发育喷出型火成岩和层状侵入型火成岩2种类型火成岩体，钻井证实二者均可形成油气藏。火成岩的分布受控于早期发育的深大基底断裂。在早期郯庐断裂带左旋走滑作用下，形成了中部走滑基底大断裂（驾掌寺—界西断裂），并形成南北分段特征。

（2）通过将钻井火成岩旋回划分与地震层序地层技术相结合，提出将辽河东部凹陷沙河街组三段火成岩喷发划分为两大旋回，其中第一旋回物性及成藏条件较为优越。

（3）波形聚类、属性融合、自然伽马-波阻抗联合反演及优势储层反演等技术手段的应用，对该区火成岩储层预测起到了关键作用，可实现火成岩有利储层的定量预测。

（4）火成岩储层物性主要受火成岩相带控制，近火山口溢流-爆发相带及近源溢流-火山碎屑堆积相带是研究区油气成藏的有利相带。

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（本文编辑：于惠宇）

Igneous reservoir identification technique in eastern sag of Liaohe

CHEN Xingzhou，TONG Hengmao，LI Bing，YANG Shuo
（College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The igneous reservoir in eastern sag of Liaohe is characterized by complex geological environment and seismic reflection character,variable lithology and reservoir properties.The systematic research on structure features of igneous reservoir shows that igneous rocks are mainly controlled by Jiazhangshi-Jiexi slip faults system,symmetrically distributed fromsouth to north along the major fault,and mainly developed multicycle extrusive igneous rock and layered intrusive igneous rock.We used techniques of igneous rock seismic reflection identification,impedance inversion and time slice to identify Hongxing extrusive igneous body and Yulou intrusive igneous body,applied techniques of cycle classification,waveform clustering attributes and favorable reservoir inversion of igneous rocks to predict facies belt and favorable reservoir distribution of igneous bodies,and finally formed a set of identification and evaluation technique series of igneous rock.This set of technique series guided the exploration of igneous bodies in eastern sag of Liaohe and Lujiabao Sag,and it also provides technical support for igneous reservoir exploration in other area.

igneous reservoir；multicycle extrusive；layered intrusive；extrusive cycle classification；igneous facies；seismic inversion；eastern sagofLiaohe

P631.4

：A

2014-04-02；

2014-05-15

国家重点基础研究发展计划（973）项目“火山岩油气藏的形成机制与分布规律”（编号：2009CB19303）资助

陈星州（1992-），男，中国石油大学（北京）在读硕士研究生，研究方向为石油地质。地址：（102249）北京市昌平区中国石油大学地球科学学院。E-mail：jxst586125@163.com。

1673-8926（2014）05-0040-07