巴西桑托斯盆地S油田火成巖地震預測

王朝鋒， 王紅平， 邵大力， 張勇剛， 李 東

(杭州地質研究院,杭州 310023)

0 引言

桑托斯盆地位于巴西東南部海上，面積約3.27*105km2，水深為0 m～3 200 m, 油氣成藏條件優越，形成鹽上、鹽下-鹽上和鹽下三個主要的成藏組合[1]，油氣資源豐富，截止到2014年底，桑托斯盆地鹽下共發現79油田，探明油氣總可采儲量超過400*108桶[2-3]。

S油田位于巴西桑托斯盆地東北部，勘探目標為鹽下成藏組合，主要的目的層是白堊系巴雷姆階(Barremian)Baravelha組灰巖，主要巖性為疊層石微生物灰巖和鮞?；規r，垂向厚度大，橫向分布廣[4-5]。但是隨著勘探的深入，在目的層段鉆遇多套火成巖，巖性復雜，橫向分布規律性差，預測難度大；另一方面由于受到火成巖的高溫烘烤作用，碳酸鹽巖儲層物性變差，厚度變薄，使得碳酸鹽巖儲層描述的變得困難，影響勘探部署，因此筆者從鉆井和測井入手，利用地震技術展開火成巖的識別研究，尋找火成巖的分布規律，指導井位優選。

1 區域地質概況

圖1 桑托斯盆地地層柱狀圖Fig.1 Stratigraphic column of santos basin

桑托斯盆地形成于岡瓦納大陸裂解和自南向北南大西洋張開時期，為典型的被動大陸邊緣盆地[6-7]。盆地構造演化經歷了裂谷期、過渡期和后裂谷期3期，與之相對應的三套沉積地層分別是下白堊統歐特里夫階(Hauterivian)-下阿普特階(Aptian)火山巖、湖相碎屑巖和碳酸鹽巖(介殼石灰巖和疊層石灰巖組成)，中-上阿普特階蒸發巖(硬石膏和鹽巖)，以及下白堊統阿爾布階(Albian)海相碳酸鹽巖和上白堊統賽諾曼階(Cenomanian)—新生界海相碎屑巖和碳酸鹽巖[8-9](圖1)。桑托斯盆地鹽下構造主要受控于基底斷裂，隆起帶近北東-南西走向,分為東西兩個條帶[10-11](圖2)，目前已經發現的鹽下油氣田均位于東部隆起帶上，這是因為該區域既是古地貌高部位，也是鹽巖發育區，能夠形成較好蓋層，有利于油氣成藏，研究區S油田位于該區帶的北部。

圖2 桑托斯盆地鹽下構造剛要及主要油氣田分布圖Fig.2 Distribution of presalt structure units and main oil-gas fields in santos basin

前人研究認為桑托斯盆地經歷四期火山活動，分別是凡蘭吟階(Valanginian)-歐特里夫階、阿普特階、三冬階(Santonian)-坎潘階(Campanian)和始新世[12-14]，其中凡蘭吟階-歐特里夫階火山活動最強，規模最大，形成大量的拉斑玄武巖、堿性玄武巖和火山沉積巖，為桑托斯盆地鹽下構造的形成奠定了基礎[15]，始新世火成巖分布也比較廣，主要為侵入相[16]，研究區鉆遇的火成巖位于阿普特階地層中，Baravelha組上部發育一套侵入巖為輝綠巖，形成時間大約在70 Ma，對應區域上的火山巖形成時期是三冬階(Santonian)-坎潘階(Campanian)；Baravelha組下部和Itapema組內部發育多套噴發巖，為拉斑玄武巖，形成時間大約在113 Ma，對應區域上的火山巖形成時期是阿普特階。

2 火成巖的巖電特征

研究區火成巖是普遍存在的，S油田共部署了9口探井，其中有7口井鉆遇到了火成巖，這些火成巖在平面上分布不均勻，厚薄差異較大。鉆井發現研究區主要發育侵入巖和噴發巖，侵入巖位于目的層頂界，厚度相對較薄，變化快，幾米至幾十米不等，顏色為暗灰色，顯晶質，長石和輝石斑晶，整體比較堅硬，平均孔隙度小于3%，鑒定結果為輝綠巖； 玄武巖主要位于目的層的下部，暗灰色，隱晶質，偶見輝石斑晶，局部可見孤立的杏仁孔，很少見到裂縫，整體比較堅硬，在核磁測井上具有低孔低滲的特點，平均孔隙度小于5%，薄片觀察晶體以長石微晶為主，局部可見長石斑晶，基質以隱晶的玻璃質為主，微晶可見燕尾結構，指示快速冷卻，杏仁氣孔多被碳酸鹽和石英充填，指示為噴發溢流相[17]。

噴發巖和侵入巖在電測曲線上特征不同，伽馬曲線值是泥巖>輝綠巖>玄武巖>碳酸鹽巖；電阻率曲線上，輝綠巖和碳酸鹽巖都表現為高值特征，而玄武巖電阻率值相對較??；火成巖的聲波曲線值相對于碳酸鹽巖略小，密度值大，特別是輝綠巖的聲波速度基本在6 000 m/s，玄武巖聲波速度在5 200 m/s，而碳酸鹽巖的聲波速度基本在4 700 m/s～5 200 m/s之間，三者的密度分別是2.85 g/cm3、2.74 g/cm3、2.48 g/cm3～2.72 g/cm3。

3 火成巖地震預測

研究區發育兩類火成巖類型：輝綠巖和玄武巖，由于二者的巖石類型和發育位置不同，所以巖石物性和電性特征也有所差異，表現在地震上的波組特征就有所區別。對于相對薄層、高速的輝綠巖主要采用地震屬性分析方法進行預測，而對于厚層的噴發玄武巖主要采用地震相技術與地震切片技術相結合的手段進行識別。

3.1 侵入巖地震預測

輝綠巖的速度和密度均大于碳酸鹽巖，在地震剖面上表現為強振幅，由于厚度較薄，一般位于相鄰的波峰-波谷之間，并且火成巖厚度越大，頻率越低，也就是波峰-波谷的時間厚度變大，如果輝綠巖的厚度接近或者超過一個波長的厚度，就會出現復波的現象，如圖3所示，黃色虛線為根據鉆井結果預測的侵入巖的剖面位置，B井的輝綠巖厚度為43 m，強振幅，單個同相軸，而A井的火成巖厚度達到83 m，波峰-波谷之間出現了新的同相軸。因此輝綠巖形成的位置振幅強，頻率低，在道積分剖面更加容易識別。

圖3 過井地震剖面Fig.3 Seismic profile of well A and B(a)常規疊加地震剖面；(b)道積分剖面

圖4 輝綠巖預測平面圖Fig.4 Distribution of prediction diabase(a)時間厚度(波峰-波谷)；(b)均方根振幅屬性(時窗50 ms)

根據單井和地震剖面比較分析，通過軟件提取目的層頂界以下50 ms的均方根振幅和波峰-波谷的時間厚度，輝綠巖發育的位置時間厚度較大，以黃色、紅色和綠色為代表，(圖4(a))；同樣的位置均方根振幅能量強，以黃色、紅色和綠色為代表，(圖4(b))，綜合振幅屬性和時間厚度刻畫侵入巖分布范圍，如圖4所示。預測的結果顯示研究區發育三個長條形的侵入巖，并且長軸方向與斷層的走向一致，近斷層發育。

3.2 噴發巖的地震預測

研究區的噴發巖巖性主要是玄武巖，厚度較大，火成巖段厚度一百米至幾百米不等，從火山機構的觀點進行分析，S油田的噴發巖一般具有層狀火山機構的特征，如圖5所示，從下往上包括火山巖通道、爆發相和溢流相?；鹕綆r作為異常體與正常沉積地層的地震反射特征不同，并且形成噴發巖的不同位置在地震剖面上反射特征也有所差異，因此利用地震相分析技術可以進行大套噴發巖的剖面識別。火山巖通道相在地震剖面往往表現為空白反射，兩側地層由于受到巖漿的擠壓，產狀一般表現為上超，上方爆發相則表現為弱反射相，隱約可以識別出一些同相軸，兩翼則是雜亂發射相的溢流相，火成巖和碳酸鹽巖相互疊置，局部形成強反射，其中C井巖心已證實為溢流相的玄武巖，火山多期噴發，間歇期沉積碳酸鹽巖地層。

圖5 噴發巖地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristic of extrusive rock

圖6 火山口地震切片(5 600 ms)Fig.6 Seismic slice of crater(5 600 ms)

利用地震解釋軟件在火山口位置進行時間切片的瀏覽，發現火山口位置地震反射以空白相或者弱反射相為特征，向四周表現為強反射的同相軸(圖6)。研究發現火山口形成的位置一般也是斷層發育的位置，推測噴發巖的形成是地下巖漿順著這些斷裂由下而上運移，在地表噴發所形成的。

可見大套厚層噴發巖段由于其地震相與正常沉積地層有所差異，所以可以借助地震相分析技術在剖面上對火山機構進行描述，并且結合時間切片技術預測火山通道相和溢流相的平面分布范圍，從而達到預測噴發巖的目的。

4 火成巖的發育模式

圖7 油田火山發育模式圖Fig.7 Development model of igneous rock

火成巖的形成與斷裂有關，斷裂溝通了深部巖漿與淺部地層，是斷陷構造格局中穩定性最薄弱的地方，活動性強的斷裂帶就成為了深部巖漿活動主要通道[18]。研究區在裂谷期形成多條深入基底的大斷裂，這些斷裂活動既控制了當時的沉積地貌，也是火山爆發一個原因，使得深部的巖漿上涌，在巖層薄弱的環節侵入，形成侵入巖，或者直通地表形成噴發巖(圖7)。巖漿沿斷層上移首先在斷層位置形成火山通道，再向上噴發至地表，快速堆積形成爆發相的火山巖，當斷層上方的巖漿堆積到一定厚度時，由于受到重力和地形的影響，未固結的巖漿會向四周擴散流動，越遠巖漿厚度會越薄，當火山活動停止時，側翼的低洼部位就會沉積碳酸鹽巖地層，這樣循環反復就可以形成火成巖和碳酸鹽巖互層地層，向兩側逐漸過渡為正常沉積地層。

當后期由于受到構造運動，斷裂再次開啟時，火山活動隨之爆發，巖漿就會沿斷裂再次向上運移，在地層相對薄弱的地方侵入，形成侵入巖，如圖7所示，70 Ma相當于坎潘階，也就是在盆地的后裂谷期發生了巖漿流動，巖漿在鹽下主要的去處是Baravelha上部，淺層侵入。

5 結論

通過鉆井資料和地震數據的分析，從巖石類型到電測曲線，再到地震的研究思路，分析研究區的火成巖地震反射特征，并提出可靠的預測技術，總結火成巖發育模式，有效地指導S油田的井位部署。

1)研究區發育兩類火成巖類型，侵入巖和噴發巖，侵入巖主要位于目的層上部，相對薄層、高聲波速度；噴發巖位于在Baravelha組下部或者Itapema組，厚層，聲波速度跨度較大。

2)侵入巖在地震剖面上表現為強振幅低頻特征，通過地震屬性和時間厚度能夠有效地預測輝綠巖的平面分布；大套噴發巖在地震相上和碳酸鹽巖地層不同，利用地震相技術和時間切片的手段能夠識別噴發巖體的分布范圍。

3)研究區火成巖的形成與深大斷裂有關，斷裂為巖漿提供通道，火成巖分布在斷裂兩側，離斷層越近厚度越大，因此井位部署應該盡量避免靠近斷裂。