濰北凹陷火山巖儲(chǔ)層地震預(yù)測方法研究

頓宗萍 李 琴 劉群強(qiáng)

（中國石油化工股份有限公司 勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257000）

0 引言

目前國內(nèi)外許多地區(qū)發(fā)現(xiàn)了含油氣火山巖，包括侵入巖、噴發(fā)巖和火山碎屑巖等；而且，在一些地區(qū)火山巖儲(chǔ)層是良好的油氣產(chǎn)層。但火山巖不僅巖性復(fù)雜，礦物成分多變，主要儲(chǔ)集空間有原生氣孔、溶蝕孔隙、構(gòu)造裂縫等多種類型，其儲(chǔ)集性能受多種因素控制，差別較大。由于其復(fù)雜的非均質(zhì)性，目前對(duì)火山巖儲(chǔ)層預(yù)測方法的研究一直是一個(gè)難題，也是制約火山巖勘探的主要因素。

近年來，多口井在濰北凹陷孔三段火山巖儲(chǔ)層中獲得工業(yè)油流，預(yù)示火山巖油氣藏也是重要勘探領(lǐng)域。濰北凹陷孔三段火山巖為基性火山巖，以安山玄武巖和玄武巖為主，其中原生孔隙、風(fēng)化裂縫和構(gòu)造裂縫是主要的儲(chǔ)集空間類型。通過巖芯測試的物性數(shù)據(jù)分析認(rèn)為濰北凹陷火山巖儲(chǔ)層具有一定的儲(chǔ)集能力，儲(chǔ)層大部分屬于中孔低滲性儲(chǔ)層，但是儲(chǔ)層非均質(zhì)性比較強(qiáng)。通過研究認(rèn)為濰北凹陷孔三段火山巖儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素主要有火山巖相、風(fēng)化作用、構(gòu)造活動(dòng)以及中低溫?zé)嵋汉偷叵滤顒?dòng)，其中的火山巖相、風(fēng)化作用和構(gòu)造活動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層改造起到重要作用。

根據(jù)火山巖儲(chǔ)層上述特征，可以確定儲(chǔ)層預(yù)測的要點(diǎn)是：①應(yīng)用已鉆井資料結(jié)合地震特征識(shí)別火山巖巖相，研究儲(chǔ)層發(fā)育有利相帶。②通過曲率屬性分析技術(shù)，預(yù)測火山巖構(gòu)造裂縫發(fā)育帶，研究構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)。③采用多屬性綜合分析技術(shù)，提取并優(yōu)選地震屬性、結(jié)合K—L變換的多屬性分析優(yōu)化方法，預(yù)測火山巖風(fēng)化剝蝕區(qū)，研究孔隙發(fā)育及有利儲(chǔ)集相帶。

1 火山巖儲(chǔ)層預(yù)測

1.1 巖相劃分

火山巖巖相是指地下巖漿通過火山通道噴出地表后在空間上的分布格局、產(chǎn)出方式以及這些產(chǎn)物所呈現(xiàn)的外貌和特征。火山巖相能夠揭示火山巖空間展布規(guī)律和不同巖性組合之間的成因聯(lián)系。不同相帶其產(chǎn)物的巖性特征、巖性組合、物性特征等必然存在差異,應(yīng)用已鉆井資料結(jié)合地震特征識(shí)別等技術(shù)可以識(shí)別火山巖相。

1.1.1 火山通道相

火山通道相是深層熔巖運(yùn)移到地表的通道，一般受深大斷裂的控制,通道相有明顯刺穿下部圍巖的特點(diǎn)。通道內(nèi)部具有柱狀反射、在該區(qū)西北部地震上呈柱狀特征，其內(nèi)部為空白、雜亂、斷續(xù)反射、火山錐的蘑菇狀外形，推測為火山通道相。

1.1.2 爆發(fā)相

爆發(fā)相是火山噴發(fā)前或同時(shí)形成的,由火山強(qiáng)烈爆發(fā)形成的火山碎屑在地表堆積而成。在火山爆發(fā)時(shí),爆發(fā)相為短時(shí)期內(nèi)快速堆積而成,成層性差,因而會(huì)造成變振幅、斷續(xù)、雜亂反射、丘狀、波狀外形為主的反射特征。在凹陷中部地震上表現(xiàn)為中低頻、強(qiáng)振幅、丘狀反射特征，推測為爆發(fā)相。

1.1.3 溢流相

溢流相是以粘度小、易流動(dòng)的基性、中性、酸性熔巖噴發(fā)到地表以后沿地表流動(dòng)過程中,熔漿逐漸冷凝、固結(jié)而形成的相帶,它們可以形成面狀泛流的熔巖被,也可形成線狀流動(dòng)的熔巖流。其產(chǎn)狀與地層界面相近。在該區(qū)地震上呈強(qiáng)振幅、低頻的反射特征，分布穩(wěn)定，分布范圍大。

1.1.4 火山沉積相

火山沉積相是火山巖和沉積巖的過渡相帶,是火山噴發(fā)和正常沉積共同作用的產(chǎn)物，遠(yuǎn)離噴發(fā)中心部位,一般包括凝灰質(zhì)砂泥巖、各種火山巖和沉積巖互層等。因此該相帶既有沉積巖的反射特征,也具有火山巖的反射特征。在該區(qū)地震上表現(xiàn)為中高頻、強(qiáng)振幅，層狀反射特征。

根據(jù)已有鉆井資料結(jié)合地震特征識(shí)別等可確定各個(gè)區(qū)帶的火山巖巖相，該區(qū)火山巖巖相主要為溢流相、火山口—火山通道相、爆發(fā)相等類型。溢流相和火山沉積相幾乎全區(qū)間互發(fā)育；推測在凹陷西北部發(fā)育火山通道相，凹陷中部局部發(fā)育爆發(fā)相。從原生孔隙來分析，爆發(fā)相和火山通道相是最有利巖相帶，溢流相其次，火山沉積相儲(chǔ)層物性較差。

1.2 預(yù)測構(gòu)造裂縫發(fā)育帶

構(gòu)造裂縫是本區(qū)火山巖油藏最重要的儲(chǔ)集空間，其分布受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)控制，在斷層交叉、彎曲及局部隆起部位，容易發(fā)生應(yīng)力集中導(dǎo)致剛性形變產(chǎn)生大量裂縫。由于曲率屬性對(duì)地層的彎曲程度非常敏感,而地層的非塑性彎曲程度又與裂縫發(fā)育狀況高度相關(guān),所以曲率屬性能成為識(shí)別裂縫發(fā)育帶的有效工具。

曲率是用來表征層面上某一點(diǎn)處變形彎曲的程度。層面變形彎曲越厲害，曲率值就會(huì)越大。平面曲線的曲率就是是針對(duì)曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對(duì)弧長的轉(zhuǎn)動(dòng)率，通過微分來定義，表明曲線偏離直線的程度。K=lim|Δα/Δs|，Δs趨向于0的時(shí)候，定義k就是曲率。地震曲率屬性定義為一個(gè)用來量化層界面偏離平面程度的三維層面屬性。對(duì)曲率屬性的分析有助于減少區(qū)域傾角的影響，同時(shí)突出小尺度的地質(zhì)現(xiàn)象如裂縫。構(gòu)造層面的曲率值反映巖層彎曲程度的大小，因此巖層彎曲面的曲率值分布，可以用于評(píng)價(jià)因構(gòu)造彎曲作用而產(chǎn)生的縱張裂縫的發(fā)育情況。

曲率是描述曲線或曲面上任一點(diǎn)的彎曲程度,曲率越大則越彎曲。曲率屬性有包括高斯曲率、平均曲率、最小曲率、最大曲率、傾角曲率和走向曲率等。每一種曲率屬性都可以從不同角度描述地層界面的形態(tài)信息。

圖1 濰北凹陷孔三段火山巖裂縫預(yù)測圖

對(duì)比各曲率屬性圖，最大正曲率與極大曲率屬性均能較好的刻畫該區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育帶的分布規(guī)律，且曲率屬性中的曲率異常特征與裂縫發(fā)育帶符合度較高。經(jīng)過與多口井實(shí)鉆結(jié)果對(duì)比，最大正曲率屬性在刻畫該區(qū)構(gòu)造裂縫時(shí)比其它曲率屬性具有更高的符合程度。昌36、昌73、昌81火山巖滲透率達(dá)到60毫達(dá)西以上，曲率圖上為高值，昌21、昌61、昌43、昌4、昌62等多口井火山巖滲透率小于5毫達(dá)西，曲率屬性圖上均為低曲率值，曲率屬性圖與已鉆井物性統(tǒng)計(jì)基本吻合。曲率高值區(qū)推測為構(gòu)造裂縫發(fā)育帶，曲率高值基本沿著斷層周邊分布，說明越靠近斷層，構(gòu)造裂縫越發(fā)育，共預(yù)測構(gòu)造裂縫發(fā)育帶85km2。

2.3 多屬性綜合預(yù)測火山巖風(fēng)化剝蝕區(qū)

火山巖橫向變化快，非均質(zhì)性較強(qiáng)，井控程度低，儲(chǔ)層預(yù)測難度大。采用多屬性綜合分析技術(shù)，提取并優(yōu)選地震屬性、結(jié)合K—L變換的多屬性分析優(yōu)化方法綜合預(yù)測火山巖風(fēng)化剝蝕區(qū)。

圖2 濰北凹陷孔三段火山巖頂部孔隙預(yù)測圖

地震屬性是反映地震波的特征參數(shù),它是指從地震數(shù)據(jù)中導(dǎo)出的關(guān)于幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)特性的特殊度量。地震屬性分析是儲(chǔ)層預(yù)測的有效手段之一。但是,地震屬性是多種復(fù)雜地質(zhì)因素或參數(shù)的綜合反映,特別是單一地震屬性在進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測時(shí)多解性強(qiáng)。針對(duì)上述問題,需要從繁多的地震屬性中優(yōu)選有效的多種屬性同時(shí)參與儲(chǔ)層預(yù)測,采用多屬性分析技術(shù),來降低多解性,提高地震儲(chǔ)層預(yù)測精度。

根據(jù)對(duì)濰北地區(qū)孔三段火山巖頂部井孔標(biāo)定情況確定地震反射時(shí)窗,分別提取了振幅、頻率、時(shí)間、相位、波形類的地震屬性等幾十種,用已知井的儲(chǔ)層物性與每個(gè)地震屬性做相關(guān)分析,優(yōu)選相關(guān)系數(shù)較高、對(duì)物性變化敏感的12種地震屬性。由于優(yōu)選出的屬性并不全是相互獨(dú)立的,這樣就造成地震信息的重復(fù)、冗余,因此需要對(duì)優(yōu)選出的 12種地震屬性利用 K—L變換多屬性分析優(yōu)化方法進(jìn)一步優(yōu)選,然后進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測,得到該區(qū)火山巖的儲(chǔ)層預(yù)測圖。

3 應(yīng)用效果

本文重點(diǎn)討論了基于地震資料進(jìn)行的火山巖巖相劃分、應(yīng)用曲率屬性進(jìn)行構(gòu)造裂縫預(yù)測以及多屬性綜合預(yù)測火山巖風(fēng)化剝蝕區(qū)等方法。根據(jù)本研究成果指導(dǎo)鉆探，通過對(duì)鉆遇孔三段火山巖部分鉆井資料對(duì)比，實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)測基本吻合，從而證實(shí)該研究方法可有效指導(dǎo)勘探開發(fā)實(shí)踐。

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

4.1 研究區(qū)火山巖相可劃分為火山口—火山通道相、溢流相、爆發(fā)相三種亞相。其中，溢流相和火山口—火山通道相為有利的儲(chǔ)層相帶。

4.2 由于曲率屬性對(duì)地層的彎曲程度非常敏感，而地層的非塑性彎曲程度又與裂縫發(fā)育狀況高度相關(guān)，因此曲率屬性可以作為識(shí)別裂縫發(fā)育帶的有效手段。

4.3 在使用多屬性分析技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同研究區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的地震屬性參數(shù)。

4.4 地震屬性的種類較多，需要優(yōu)選使用。基于K—L變換多屬性分析優(yōu)化方法在眾多的地震屬性參數(shù)中，能夠剔除同類型相似度較高的屬性。

［1］王璞琣,等.松遼盆地火山巖相：相序、相模式與儲(chǔ)層物性的定量關(guān)系[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2006，36（5）：805-811.

［2］鄒才能,等.中國沉積盆地火山巖油氣藏形成與分布[J].石油勘探與開發(fā)，2008，35（3）：257-271.

［3］王雷,等.應(yīng)用曲率屬性預(yù)測裂縫發(fā)育帶及其產(chǎn)狀[J].石油地球物理勘探，2010，45（6）：885-889.