火山岩圈闭识别描述方法及其应用

杨 双，李忠博，闫相宾，蔡利学

(1.中国石化 石油勘探开发研究院， 北京 102206；2.中国石化 东北油气分公司，长春 130062)

火山岩作为一类特殊、复杂储层在国外已有100余年勘探历史。目前全球20个国家在300余个盆地发现了火山岩油气藏，如作为油田代表的印度尼西亚贾蒂巴朗油田(储量1.64×108t)，作为气田代表的澳大利亚斯科特礁气田(储量3 877×108m3)等。中国含油气盆地火山岩普遍发育，火山岩油气勘探已在松辽盆地白垩系、准噶尔盆地石炭系—二叠系、渤海湾盆地古近系—新近系及四川盆地二叠系等层系相继取得重大突破，发现了徐深气田、松南气田、克拉美丽气田等油气田，显示出巨大的勘探潜力，火山岩已成为我国油气勘探的重要领域之一[1-3]。

松辽盆地长岭断陷下白垩统沙河子组—营城组为湖相沉积，烃源条件较为优越，营城组及火石岭组火山岩有效储层发育，且火山岩与烃源岩距离较近，具备良好的天然气勘探潜力。腰深1、北213等井已在营城组酸性火山岩、火石岭组中—基性火山岩中取得重大突破，展示了松辽盆地火山岩领域良好的勘探前景。随着火山岩油气藏持续发现，其勘探理论技术研究也取得快速发展。前人研究主要集中在火山岩油气成藏机理[4-6]、成藏地质特征[7-9]及储层特征[10-18]等方面，但在火山岩圈闭识别描述与评价方法等方面缺乏深入系统的研究，成为制约火山岩油气藏高效勘探与开发的瓶颈之一，亟待创新开发一套适用的火山岩圈闭识别描述技术体系，以满足油气勘探生产的需求。

火山岩圈闭具有构造、岩性、构造—岩性复合等多种类型，本文选择其中具代表性的火山岩岩性圈闭为例来进行阐述。在总结松辽盆地长岭断陷火山岩圈闭形成特点的基础上，通过综合研究及技术攻关，提出了火山岩圈闭识别描述方法，制定了火山岩圈闭识别描述技术流程，既为松辽盆地深层火山岩油气勘探提供了圈闭识别技术支撑，也为国内其他盆地火山岩油气藏勘探提供借鉴。

1 地质背景及火山岩圈闭形成特点

1.1 地质背景

长岭断陷位于松辽盆地南部，为近南北走向的断—坳双层结构，以沉积充填为主，具有多旋回火山同期叠加的二元充填特征，断陷面积约1.3×104km2(图1)。断陷层自下而上发育下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组[19](图2)。火石岭组和营城组沉积时期，伴随多期火山活动，火山岩沿深大断裂两侧呈中心式喷发，喷发期次多, 后期改造作用较弱,火山机构较完整，原位性强。火石岭期为初始断陷阶段，伴随火山喷发，喷溢的岩浆在流动中形成层状分布；沙河子期为断陷扩展阶段，火山作用处于间歇期，湖盆中央发育暗色泥岩，是深层天然气成藏的主要烃源岩；营城期火山作用较为强烈，发育大量火山机构；登娄库期为断—拗转换阶段，湖相泥岩发育，可作为深层储集层良好的区域性盖层。火石岭组和营城组火山岩有效储层发育，源储配置及成藏条件较为优越，已在达尔罕断凸带、查干花次凹、东岭鼻状构造带及龙凤山地区取得勘探重大突破，累计提交三级储量近千亿立方米。其中，位于达尔罕断凸带北段的松南气田营城组三段探明储量为433×108m3，目前年产气量5.8×108m3 [20-25]。

图1 松辽盆地长岭断陷构造区划Fig.1 Tectonic units of Changling Fault Depression, Songliao Basin

图2 松辽盆地长岭断陷地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Changling Fault Depression, Songliao Basin

1.2 火山岩圈闭形成特点

长岭断陷火山岩储层埋深较大，岩相、岩性及物性在横向变化快，储层非均质性强。油气成藏主要表现为近源、断裂输导、古构造高点及近火山口亚相控制油气富集。一般情况下，只要具备有利的生储盖组合和圈闭条件，就可以形成油气藏[4,6-7,26-29]。

火山作用是形成储层发育带的基础，长岭断陷已发现火山岩油气藏证实，有利储层主要受火山相带的控制，也是决定产能的关键因素。喷溢相上部亚相和爆发相热碎屑流亚相储集层物性较好,其中爆发相火山岩物性最好，易于形成高产油气藏[4,6-8,23]。成藏组合以营城组火山岩、火石岭组火山岩2个组合为主，油气输导条件主要以断裂输导和源储直接接触输导为主，具有明显的近源运移聚集成藏特点。与构造圈闭相比，火山岩岩性圈闭成藏条件要求更为苛刻。储层条件、侧向封堵及顶底板封堵条件是控制火山岩圈闭有效性关键要素。该类型圈闭识别描述重点应开展围岩岩性、火山岩岩相与物性及有效储层预测研究，并落实顶底板发育和分布特征。在构造图、岩相分布图及储层预测图叠合基础上，结合封堵条件研究成果，精细刻画落实火山岩岩性圈闭边界等。

2 火山岩岩性圈闭识别与描述

火山岩岩性圈闭识别与描述流程的建立促进了火山岩圈闭识别描述工作的规范化和标准化，进一步提高了火山岩圈闭上钻率及成功率。

2.1 火山岩岩性圈闭识别重点

火山岩岩性圈闭识别重点为火山岩体的刻画和火山岩储层的描述。火山岩体的刻画包括火山岩分布、火山岩结构形态、与围岩地层接触关系和火山岩包络面的识别。火山岩储层描述包括岩性岩相分析、喷发期次刻画、储集空间类型、有效储层主控因素分析及有效储层预测等。关键技术包括火山机构刻画、火山岩地震相预测、地震属性和叠前—叠后反演技术等。

2.2 火山岩岩性圈闭识别描述技术流程

为了准确识别和描述火山岩圈闭，建立了火山岩岩性圈闭识别描述“五步流程”(图3)。

第一步，火山岩圈闭发育地质条件研究。开展火山岩发育区的构造演化史、成藏期古构造恢复研究，明确火山岩地层归属及其所属地层分布，以及火山岩在成藏期所处的构造位置，落实火山岩形成期与烃源岩排烃期的匹配关系。

图3 火山岩岩性圈闭识别与描述流程Fig.3 Flow chart of identification and characterization of volcanic traps

第二步，地震资料品质分析。开展地震资料品质分析，对品质较差的地震资料进行处理，提高火山岩与围岩边界识别的成像精度，满足火山岩内幕期次和火山岩相刻画需求。

第三步，火山岩体识别。应用地震资料结合火山作用特征研究和火山机构刻画，描述火山岩的结构形态，确定与围岩地层接触关系。应用地震相、切片、地震属性等技术，识别火山岩体顶底包络面，落实火山岩空间分布。火山岩体识别具体内容包括：在地震剖面上按地震振幅、反射连续性与围岩形成的明显差异特征确定火山岩；描述火山岩结构形态，如盾状火山、层火山、熔岩穹丘、火山碎屑渣锥；确定与围岩地层接触关系，如侧向地层角度不整合，上覆地层披覆或平行不整合，下伏地层整合或不整合接触；应用地震相分析、切片技术、地震属性分析等技术方法识别出火山岩体顶底包络面，落实火山岩空间分布。

第四步，火山岩储层特征及有效储层预测。开展火山岩岩性及岩相分析、火山岩喷发期次刻画、储集空间类型分析、有效储层主控因素分析及有效储层预测。

第五步，火山岩圈闭边界确定。以火山岩顶底包络面为基础，结合有效储层分布范围，借鉴邻区或相似区块同类型火山岩油气藏含油气高度分布范围，通过与构造叠合成图，精细刻画圈闭边界，落实火山岩圈闭基本参数。

3 应用实例

松辽盆地长岭断陷南部龙凤山鼻状构造带主要受早期基底拆离断层与一系列近南北向西倾与东倾正断层所控制，发育古构造背景，为油气长期运移指向区，有利于油气富集成藏。火石岭组沉积时期，少量断裂开始活动，伴随断裂活动，火山大规模喷发，形成多个局部火山机构。按前文建立的火山岩岩性圈闭识别描述技术流程，对龙凤山鼻状构造带开展火山岩岩性圈闭识别，精细刻画圈闭边界。

3.1 火山岩圈闭发育地质条件研究

通过开展火山岩发育区的构造演化史、成藏期古构造恢复研究，认为龙凤山鼻状构造带火山岩体形成于火石岭期，构造定型于营城组沉积末期，油气充注期为登娄库组及青山口组—嫩江组沉积期，火山岩圈闭形成期早于油气充注期，具备良好的成藏匹配条件(图4)。

3.2 地震资料品质分析

地震资料品质分析结果认为，现有地震资料品质较差，难以满足火山岩内幕期次和火山岩相刻画需求。通过对龙凤山三维地震资料的重新处理，火山岩与围岩边界识别的成像精度得到明显改善，为火山岩圈闭有效识别、提高其落实程度奠定基础(图5)。

3.3 火山岩体识别

龙凤山鼻状构造带火山岩体为蘑菇状—杂乱反射，火山机构整体呈现低倾角特征。火山岩体顶底包络面呈强振幅、中高能量及中低频特征，机构内幕呈现中低振幅、低能量特征。结合火山岩特征，挖掘地震隐含信息，优选火山岩敏感地震属性(低频振幅+纹理属性识别效果较好)，识别出火山岩体顶底包络面，落实了火山岩体空间分布形态(图6)。

图4 松辽盆地长岭断陷火山岩圈闭成藏条件匹配关系Fig.4 Matching of volcanic traps’ accumulation conditions in Changling Fault Depression, Songliao Basin

图5 松辽盆地长岭断陷三维地震资料处理前后对比 剖面位置见图1的AA′。Fig.5 Comparison of 3D seismic data before and after processing in Changling Fault Depression, Songliao Basin

图6 松辽盆地长岭断陷火山岩体顶底包络面识别剖面 剖面位置见图1的BB′。Fig.6 Profile of identifying volcanic body’s top and surface enveloping plane in Changling Fault Depression, Songliao Basin

3.4 火山岩储层特征及有效储层预测

3.4.1 火山岩岩性及岩相分析

通过野外露头、录井、岩心和测井等资料分析，火山岩纵向上为喷溢相和爆发相交互式喷发，平面上近源至远源方向呈现喷溢相→爆发相→火山沉积相渐变。喷溢相为强振幅、连续性较好，爆发相为中—弱振幅、弱连续，火山沉积相为中强振幅、较连续。

3.4.2 火山岩喷发期次刻画

结合岩性岩相、地震反射特征等，根据沉积间断、风化壳、岩性界面、火山岩相序，将火石岭组划分4个火山岩喷发期次。利用井震标定，刻画出不同喷发期次的火山岩分布范围。

3.4.3 储集空间类型分析

通过野外露头、岩心和薄片等资料分析，龙凤山鼻状构造带火山岩发育孔隙—裂缝复合型和溶蚀孔隙型两种储集空间。孔隙—裂缝复合型主要孔隙类型为粒间溶孔，溶孔多沿包络面分布，裂缝沟通溶蚀孔隙，形成立体“孔—缝”储集空间；溶蚀孔隙型为孤立的大孔隙在微孔隙的沟通下，形成以溶蚀孔隙为主的储集空间。

3.4.4 有效储层主控因素分析

长岭断陷火山岩储集层非均质性普遍较强，物性受埋深影响较小，在深层或超深层能够发育有效储层。火山岩储集层主要受岩相、岩性和裂缝发育程度控制。喷溢相上部亚相、爆发相热碎屑流亚相、空落堆积亚相物性较好。原生裂缝在火山口—近火山口相带最为发育，次生构造微缝在构造高部位和断层附近发育程度较高。此外，在生烃洼陷附近，因排烃期酸性流体注入，形成大量次生溶蚀孔隙及溶蚀缝，可有效改善火山岩储层物性。

3.4.5 有效储层预测

岩石物理分析结果表明，声波时差受岩性影响程度高，密度测井对储层发育段识别效果较好,优质储层表现为低密度、低阻抗特征。利用钻井、测井资料，结合储层孔隙度反演及孔隙度门槛值(5.0%)，预测了火山岩有效储层厚度分布范围(图7)。

3.5 火山岩岩性圈闭边界确定

火山岩岩性圈闭边界刻画以编制的火山岩体顶底包络面图、火山岩有效储层厚度预测分布图及目的层顶面构造图等关键成果图件为基础，将“三图”叠合成图，并借鉴邻区或相似区块同类型火山岩油气藏含油气高度分布范围，落实了研究区火山岩岩性圈闭，目的层为火石岭组，圈闭面积13.05 km2，闭合幅度1 300 m，高点埋深2 500 m(图8)。

图7 松辽盆地长岭断陷火山岩有效储层预测分布Fig.7 Predicted distribution of volcanic rocks’ effective reservoir in Changling Fault Depression, Songliao Basin

图8 松辽盆地长岭断陷龙凤山火山岩岩性圈闭边界刻画Fig.8 Diagram characterizing the boundary of a lithologic trap in Longfengshan area of Changling Fault Depression, Songliao Basin

4 钻探效果

在研究落实的火山岩岩性圈闭高部位上已部署探井北213井，完钻井深3 866 m，完钻层位为基底。该井实钻火山岩气测显示5层189.56 m，岩性为安山岩、安山质凝灰岩、凝灰岩。测井解释火山岩气层、差气层9层144 m。对火石岭组3 382.8～3 649.0 m井段分3段压裂，初期日产气(3.8～6.2)×104m3，投产试采，日产气(1.0～1.3)×104m3，日产油3.2～8.0 m3，日产水2.0～4.4 m3。北213井钻后分析结果表明，该火山岩岩性圈闭与钻前认识整体一致，圈闭落实可靠，进一步验证了火山岩岩性圈闭识别描述“五步流程”的有效性。北213井的突破，拓展了长岭断陷火石岭组火山岩勘探新的领域。近期围绕龙凤山地区沙河子组生烃洼陷，通过精细构造解释，共识别落实6个火山岩体，总面积约120 km2，资源规模近千亿立方米。已部署探井3口，有效推进了长岭断陷火石岭组火山岩的油气勘探。

5 结论

(1)长岭断陷发育火石岭组和营城组火山岩，岩相、岩性及物性横向变化快，储层非均质性强，勘探潜力大，是重要的油气勘探领域。

(2)火山岩岩性圈闭是一种重要的火山岩圈闭类型，其识别重点为火山岩体的刻画和火山岩储层的描述。储层条件、侧向封堵及顶底板封堵条件是控制火山岩圈闭有效性的关键要素。

(3)提出了火山岩岩性圈闭识别描述“五步流程”技术规范和标准，即通过开展火山岩圈闭发育地质条件、地震资料品质分析、火山岩体识别、储层特征及有效储层预测，在火山岩体、储层厚度图及构造图叠合成图基础上，实现对火山岩圈闭边界的精细刻画。

(4)应用表明，火山岩圈闭识别描述“五步流程”可有效地用于勘探实践中，具有一定的指导应用价值。

致谢：本文是在中国石化东北油气分公司研究成果基础上的进一步总结提升，参加研究工作的还有李瑞磊、朱建峰、逄海明、杨秀辉、许方哲、陈延哲等，在此表示衷心的感谢。