黄河口凹陷BZ油田古近系层状火成岩发育模式及精细刻画

王少鹏，袁 勋，崔名喆，程大勇，王西杰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

随着油气田勘探开发程度的不断深入，与火成岩相关的油气藏正逐渐成为勘探开发的重要目标[1]。火成岩作为一种非正常沉积的特殊岩性，因其成因类型复杂，展布形态多样，制约了渤海油田与火成岩相关油藏的勘探成效和高效开发[2]。BZ油田处于渤海南部黄河口凹陷中洼南部斜坡带上，伴随新生代早期右旋走滑构造运动，该区火山活动强烈，形成了广泛分布的火成岩[3]。该油田在古近系含油层段内钻遇3.2～42.8 m的火成岩，结合前人对火山活动及火成岩研究的成果[4-9]，充分挖掘地震资料信息，总结层状火成岩发育模式及控制因素，利用基于振幅分级及火成岩构型的等效厚度描述技术，开展火成岩定量刻画，在古近系各层段共描述出26个层状火成岩发育区，面积为0.07～2.47 km2，为油田储量计算和井位部署奠定基础。

1 层状火成岩类型及发育模式

由实钻数据可知，各井在古近系钻遇厚度不等的层状火成岩，单层火成岩厚度为3.2～42.8 m，火成岩厚度占地层总厚度比例为10.1%～50.4%，而火成岩发育段砂岩含量为16.5%～35.1%，火成岩岩性为玄武岩和辉绿岩2种类型，呈单层层状镶嵌在碎屑岩储层中，经录井、测井及实验分析综合研究，该层状火成岩为非储集层，占据碎屑岩储层有效储集空间[10-11]。

1井在沙二段钻遇厚度为20.8 m玄武岩，在地震剖面上表现为中强振幅反射、中低频率，连续性较好，产状向断层根部上倾，与断面呈15～35 °斜交；1井在沙一段钻遇厚度为42.8 m辉绿岩，呈层状镶嵌在碎屑岩储层中，火山岩在地震剖面上表现为强振幅反射，中低频率，连续性好，产状稳定[12]。油田区域内火山喷发可分为中心式和裂隙式2种模式，划分为6种火山岩相，分别为火山通道相、溢流相、爆发相、侵出相、次火山岩相和火山沉积相[13]。根据层状火成岩发育位置，将古近系层状火成岩分为断层根部火成岩及中心式火山通道周边火成岩2种类型。

1.1 断层根部溢流相火成岩发育模式

前人研究表明，构造活动强烈的地区，断层连接岩浆房后，易发生裂隙式火山喷发[14]，火山熔岩通过断层运移至地表，在断层根部低洼区聚集，层状溢流相火成岩规模和分布受断层活动性及古地貌双重因素控制[15]。三维地震资料显示，在靠近南部主控断裂F1处可见成层性较好的强振幅反射，其地震响应特征呈现同相轴超覆的现象。据1井实钻证实，该强反射对应为层状玄武岩发育段。由于断层活动，火山裂隙式喷发，岩浆沿断层溢流，在断层根部低洼区聚集，后期被正常碎屑岩沉积所覆盖，形成层状火成岩分布(图1)。

该类型火成岩发育受控于断层活动性和古地貌。

图1 断层根部溢流相火成岩发育特征及模式

断层活动速率是指某一地层单元在一定时期内，因断裂活动形成的落差与相应沉积时间的比值，可用断层上、下盘厚度差与沉积时间比值来反映构造活动的强弱[16]。在古近系地层沉积时期，断层活动剧烈的地区易形成火山喷发，在断层活动速率大于20 m/Ma的断层根部古地貌低洼区均发育明显地震强振幅反射特征，与1井实钻玄武岩地震反射特征相似。

结合断层活动性及古地貌，根据地震反射特征，开展平面地震相追踪，有效预测了断层根部溢流相火成岩平面分布范围(图2)。

1.2 中心式火山通道附近火成岩发育模式

围绕火山通道四周形成的火成岩受控于中心式火山喷发模式，可分为侵入相、溢流相以及碟形侵入岩3种类型，均表现为连续强振幅反射，其分布受火山活动时期、地层产状、古地貌以及火山口改造后形成的放射状断裂控制[17](图3)。

图2 断层根部溢流相火成岩平面分布范围

图3 中心式火山通道附近火成岩地震反射特征及发育模式

中心式火山通道附近侵入相火成岩在地震剖面上表现为层状连续强振幅反射，且与上、下地层产状一致(图3a)。通过地震同相轴接触关系判断，在东一段、东二段火山大规模活动时期，火山熔岩沿火山通道上升至古近系地层后，呈层状侵入到沙二段、沙一段及东三段地层中，形成层状侵入岩(图3b)。

中心式火山通道附近溢流相火成岩在地震剖面上显示为上翘的强振幅反射，其上方有同相轴超覆现象(图3c)。东三段末期，局部区域存在火山活动，岩浆沿火山口四周溢流，在火山口四周低洼处聚集，后期沉积地层超覆其上，形成层状溢流相火成岩(图3d)。

中心式火山通道附近碟形侵入岩仅在5井东部发育，为碟形的空间展布特征，边界较清晰，为连续的强振幅反射，与周边同相轴斜交，最大的直径为2.3 km(图3e)。东一段、东二段火山活动期，火山喷发后，地下岩浆房空虚，造成火山口塌陷，形成环状断裂，早期冷却的岩浆通道在后期比沉积岩更易熔融，而重新成为向上侵入的通道，火成岩沿放射状断裂呈席状侵入，形成碟形侵入岩(图3f)。

2 基于振幅分级及火成岩构型的等效厚度描述

2.1 层状火成岩地层结构及地震识别特征

由于古近系层状火成岩速度、密度与围岩差别较大，层状火成岩在地震上整体表现为低频强振幅反射，由实钻资料可知，单层火成岩厚度不同，对应的地震响应特征有明显差异。通过对古近系地震资料进行振幅分级处理，根据层状火成岩的可识别程度将其分为厚层和薄层2种类型：①单层厚层火成岩，其厚度为25～60 m，火成岩对应连续、强振幅同相轴反射，均方根振幅大于15 000，可实现单火成岩体的识别和刻画；②薄层火成岩发育段，实钻井证实单层火成岩厚度为3～25 m，与砂、泥岩呈不等厚互层，砂岩含量平均为35%，火成岩占地层厚度比例为5%～35%，在地震剖面上，单层火成岩体无法精细标定和识别，但层状火成岩发育段整体表现为强振幅反射，均方根振幅为4 500～15 000，可通过火成岩发育段地震属性综合描述[18-29]。

2.2 不同结构类型火成岩定量描述

根据不同结构类型火成岩，建立不同模型进行正演模拟，并通过实钻数据校正，得到均方根振幅值与火成岩厚度之间的关系，从而实现火成岩定量描述。

(1) 单层厚层火成岩。结合实钻情况，设置火成岩速度为5 000 m/s，密度为2.7 g/cm3，围岩地层速度为3 300 m/s，密度为2.4 g/cm3，建立火成岩厚度由0 m增至60 m的楔状正演模型。模拟结果显示，随着火成岩厚度增加，对应地层的均方根振幅增大。选取不同火成岩厚度对应的均方根振幅值，经E1井实钻数据校正，回归得到均方根振幅值与单层火成岩厚度之间的关系，从而开展厚度为25～60 m的火成岩厚度定量预测(图4)。

(2) 薄层火成岩发育段。依据地震资料分辨率，当单层火成岩厚度小于25 m时，在地震资料上无法实现单层识别和刻画。针对薄层火成岩发育段开展地震响应特征研究，结合实钻情况建立正演模型，设置火成岩速度为5 000 m/s，密度为2.7 g/cm3，砂岩层速度为3 500 m/s，密度为2.4 g/cm3，泥岩层速度为3 200 m/s，密度为2.5 g/cm3，砂岩含量为30%，火成岩占地层厚度比例由5%增至35%的楔状正演模型。模拟结果显示，火成岩占地层厚度比例与对应地层段的均方根振幅属性值具有较好的线性相关关系，经探井实钻数据校正，回归得到均方根振幅值与火成岩占地层厚度比例之间的关系，从而进行火成岩厚度定量预测(图5)。

图4 单层厚层火成岩正演模拟及定量描述

2.3 层状火成岩定量描述结果

利用以上方法，在古近系各层段共描述出26个层状火成岩发育区。其中，在东三段2个油层组共描述出14个层状火成岩发育区(图6)，单个分布面积为0.07～2.47 km2，包含了多种层状火成岩发育类型，平面上叠置连片。东营组时期，火山活动增强，火成岩分布规模逐渐变大。描述出6个断层根部溢流相火成岩，最大发育范围距断层为200～500 m，在断层根部厚度最大(18～43 m)，逐渐向火成岩体边界尖灭，面积为0.24～0.69 km2。

在中心式火山通道附近，描述出2个侵入相发育区，面积为0.66～0.82 km2，厚度分布比较稳定(38～45 m)，在边界处陡变；描述出7个溢流相发育区，面积为0.20～0.71 km2，古地貌低洼区厚度最大(15～35 m)，呈环状向边界侧尖灭；描述出1个碟形侵入岩发育区，从东三段Ⅱ油层组到I油层组沉积时期，规模逐渐变大，面积由0.28 km2增至0.56 km2。通过该方法定量开展油田范围内层状火成岩分布描述，指导后续井位部署和实施，6井在沙一段钻遇15.3 m的玄武岩，井点位于该层状火成岩体中部，误差仅为5.9%，验证了文中所述方法的可靠性。

图5 薄层火成岩发育段正演模拟及定量描述

图6 东三段层状火成岩厚度

3 结 论

(1) BZ油田目的层内层状火成岩分为沿断层根部发育及中心式火山通道周边发育2种类型，分别受控于裂隙式及中心式喷发模式，其规模和分布受火山活动时期、断层活动、古地貌、地层产状、及火山口改造后形成的放射状断裂等多重因素控制。

(2) 开展古近系地震资料振幅分级处理，将层状火成岩分成单层厚层及薄层火成岩发育段2种结构类型，利用基于正演模拟的等效厚度描述方法，在古近系各层段共描述出26个层状火成岩发育区，面积为0.07～2.47 km2。将该成果应用于油田开发井井位优化及实施过程中，规避了火成岩风险，提高了开发井砂岩钻遇率，缩短了钻井周期，大大提升了油田的开发效果，从源头实现了降本增效，获得了较高的经济效益。该项基于地质模式的火成岩精细识别技术，为渤海类似油田勘探开发提供了一条切实可行的方法。