火山岩岩相多方法逐级识别技术

2018-03-10 03:28:07郭娟娟许学龙黄林军王彦君何贤英魏彩茹
石油地球物理勘探 2018年1期
关键词:石炭系岩相灰质

郭娟娟 许学龙 黄林军 王彦君 何贤英 魏彩茹

(①中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃兰州 730020; ②中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康 831511)

1 引言

随着火山岩油气藏的不断发现,火山岩储层已成为一种特殊的油气储层,并受到国内外石油公司的广泛重视[1-6]。近年来,在松辽、二连、三塘湖、南海北部、珠—琼、准噶尔、塔里木等盆地相继发现了火山岩油气藏。勘探实践和相关研究证实,有利储层是火山岩油气藏勘探成功的关键[7-10]。前人对火山岩储层特征及成因[11-17]、电性特征[18]、岩石物理特征[19]、岩相地震响应特征[20-22]、重磁响应特征及识别[23,24]、测井响应特征[25-27]、储层建模技术[28-30]、发育模式[31-33]、火山岩地层学[34-39]、岩性岩相识别[40-42]等方面进行了广泛研究,而岩相识别是其中的主要内容之一。

准噶尔盆地XQ地区的石炭系油藏发现较早,但一直没有勘探突破。XQ地区上石炭统火山岩岩相主要为陆相火山喷发相,单个火山岩体规模小,以串珠状、呈多火山口喷发为主,沿断裂带展布。由于后期强烈剥蚀改造,火山机构不完整,在平面上火山岩岩相不连续,岩相与岩性变化较大,非均质性强,油气往往聚集在孔隙、裂缝发育的火山角砾岩或火山熔岩中,岩性预测是火山岩油藏评价的关键和难点。为此,本文结合不同的研究思路和技术方法[43,44],综合运用岩心、薄片、测井、地震等资料,岩电交会图、地震相识别、沿层地震属性、等时地层模型、地质模型等技术相互约束、逐级识别,降低单一手段预测岩相的多解性,探索了一套火山岩岩相多方法逐级识别技术,为XQ地区火山岩油气藏的高效评价奠定了基础。利用该技术落实的火山岩岩相平面展布特征与实钻火山岩岩相特征吻合较好,验证了该技术的可行性。

2 火山岩类型及特征

2.1 火山岩类型

通过对研究区41口井岩屑录井、岩心、分析化验资料进行统计分析,在XQ地区共识别出熔岩、火山碎屑熔岩、浅成侵入岩、火山碎屑岩等4类石炭系火山岩(图1)。熔岩主要有溢流相玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩;火山碎屑熔岩主要有碎裂化流纹质火山碎屑熔岩、安山质凝灰熔岩、安山质角砾熔岩等;浅成侵入岩主要有闪长玢岩;火山碎屑岩主要有火山角砾岩、凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩、凝灰质砂岩、凝灰质砂砾岩。其中出油层段主要为安山岩、火山角砾岩、玄武岩等。爆发相火山角砾岩砾间孔、

图1 火山岩主要岩性及储集空间类型

(a)XQ092井火山角砾岩,深度2507.71m,粒内气孔+粒内溶孔+基质溶孔+微裂缝; (b)XQ101井玄武岩,深度2185.46m,半充填缝+晶间孔+基质溶孔; (c)XQ012井英安岩,深度1790.1m,斑晶溶孔; (d)XQ3井安山岩,深度2255.29m,半充填缝+斑晶溶孔+气孔; (e)XQ092井安山岩,深度2507.71m,杏仁状构造,气孔+溶孔; (f)XQ7井凝灰岩,深度1912.43m,粒内溶孔; (g)XQ103井凝灰质角砾岩,深度2164.28m,微裂缝; (h)XQ9井安山质角砾岩,深度2789.7~2789.9m,该段岩心高角度裂缝发育; (i)XQ9井油浸安山岩,深度2852.14~2852.32m,该段岩心气孔发育

粒间孔相对发育,裂缝发育,是火山岩中物性最好的一种。薄片观察结果表明,溢流相安山岩气孔、杏仁孔发育,岩性脆,构造裂缝发育,储层物性也好。因此,预测火山角砾岩和安山岩的分布是寻找优质储层的关键。

2.2 测井响应特征

测井资料包含丰富的地质信息,能够反映地层的纵向变化趋势以及岩性、岩相、孔渗性和储层含油气饱和度等特征,测井资料被广泛用于识别火山岩的岩性和岩相。利用测井曲线变化特征可以较好地识别钻井全井段火山岩的岩性和岩相[25-27]。

选取典型已钻井取心段,利用岩性与测井曲线相结合的方法,分析各类岩性所对应的典型井的敏感测井曲线(自然电位(SP)、自然伽马(GR)、密度(DEN)、深侧向电阻率(RT)、声波时差(AC))特征及其典型岩心、铸体薄片微观特征。图2为火山溶岩与火山碎屑岩测井响应特征。由图可见:①从玄武岩、安山岩到英安岩,GR值由低到高,SP值由高到低,安山岩的DEN值整体较玄武岩和英安岩高,个别井深度段有重叠;RT、AC值在三类岩石中区分不明显,基本上呈中—高电阻、低声波时差特征(图2a)。②从凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质砂砾岩到凝灰质泥岩,AC值由低到高,RT值由高到低,GR值变化不大;火山角砾岩和凝灰岩在RT、AC、DEN测井曲线上区别不明显(图2b)。因此,与熔岩相比,火山碎屑岩的RT值、DEN值普遍偏低,AC值偏高。

2.3 岩—电关系量板

图3为火山岩岩—电关系识别图板。由图可见:①火山溶岩的RT值都大于10Ω·m,火山碎屑岩的RT值大多小于10Ω·m;从玄武岩、安山岩到英安岩,GR值依次增大(图3a),DEN值依次降低(图3b)。②火山角砾岩、凝灰质砂砾岩的DEN值区别不大;从凝灰岩、火山角砾岩、沉凝灰岩到凝灰质碎屑岩,AC值依次增大(图3b)。通过RT-GR、AC-DEN交会分析,可以区分XQ地区各类火山岩,为后续的岩相预测奠定基础。

图2 火山溶岩(a)与火山碎屑岩(b)测井响应特征 GR:自然伽马; SP:自然电位; RI:浅侧向电阻率; RT:深侧向电阻率; AC:声波时差,DEN:补偿密度

图3 火山岩岩—电关系识别图板 (a)GR-RT; (b)DEN-AC

3 地震反射特征

从已知井火山岩岩性及岩性组合对应的地震响应特征出发,总结了3种火山岩岩相的地震反射特征(图4)。爆发相主要以火山角砾岩为主,外形呈盾状或残余盾状,内部为杂乱或空白反射,中—低频,中等振幅,连续性差。溢流相主要以玄武岩、安山岩和英安岩为主,外形表现为楔状、丘状、席状和透镜状,内部为倾斜层状反射,连续性好,强—中振幅,呈平行—亚平行反射结构。火山沉积相以凝灰岩、凝灰质砂砾岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩为主,外形呈层状或丘状,内部为中—弱振幅,弱反射,呈平行—亚平行反射结构,为大倾角反射,连续性好—中等。

图4 典型火山岩岩性(相)地震响应特征 (a)爆发相; (b)溢流相; (c)火山沉积相

4 模型建立

4.1 地层模型

应用全局自动地震层序解释技术[45-47]直接根据三维地震数据体建立三维地层模型(图5),模型很好地反映了三叠系内部地层及其与上、下地层间的接触关系。XQ1井区三维地震资料品质较高,石炭系顶面不整合面(黄色界面)、白垩系底部不整合面(绿色界面)十分清晰,在这两套不整合面之间,从下到上依次是二叠系、三叠系、侏罗系,同时模型中密集的层位面严格按照地震波形追踪。因此,地层模型准确地反映了该区的三维构造、结构特征。

4.2 敏感参数模型

根据岩—电关系识别图板(图3),通过井震时—深关系,在三维地质模型基础上应用Rock Properties模块,选取自然伽马和电阻率两个敏感参数,建立了敏感电性参数模型(图6)。可见熔岩具有高阻、高伽马(中酸性火山岩高伽马)的特点,沉积岩具有低阻、中伽马的特点。

图5 XQ1井区地层模型图

图6 XQ1井区石炭系敏感电性参数模型 (a)电阻率; (b)自然伽马

5 火山岩岩相预测

5.1 属性提取

从火山岩典型地震响应特征(图4)可知,相位、频率响应特征较振幅弱,振幅属性能够很好地区分各种火山岩岩相,因此选取振幅类属性进行岩相预测。利用已知井进行标定发现,最大波谷等振幅属性对岩相反映不敏感(图7a),最大波峰振幅属性能更好地反映岩相的变化(图7b),故优选最大波峰振幅属性进行岩相预测。由于研究区火山岩目的层处于风化壳以下180m内,选取合适的时窗提取属性是岩相预测的关键。若时窗太小,会受顶部风化壳地震属性特征影响,沿油层提取属性不能很好地表征风化壳及相邻地层的属性特征(图7c)。从已知油藏特征出发,提取石炭系顶面向下70ms最大波峰振幅属性(图7d)并与钻井标定结果(图8)对比表明,石炭系顶面向下70ms提取的最大波峰振幅属性吻合率最高。

图7 石炭系不同属性平面图 (a)XQ3油层顶面最大波谷振幅; (b)XQ103油层顶面最大波峰振幅; (c)XQ103油层 顶面向下50ms最大波峰振幅; (d)石炭系顶面向下70ms最大波峰振幅

图8 石炭系火山岩岩相分布图 (a)地震剖面AB; (b)石炭系顶面向下70ms最大波峰振幅平面图; (c)不同井的录井图 由图b指向图c的黑色线表示剖、平面对应的位置

5.2 岩相预测

利用地震进行岩性预测时主要从振幅属性及其延伸属性出发,分析属性的变化特征,然后进行钻井和地质标定,赋予属性地质意义。最终选取沿石炭系顶面向下70ms最大波峰振幅属性进行岩相预测(图8),结合火山岩喷发模式,利用单井岩屑录井资料进行地震、地质解译及表征,认为该区火山喷发模式为中心式、裂隙式相结合的喷发模式,火山喷发强烈,爆发相、溢流相分布范围广,且呈不规则连片分布特点。

6 结论

本文针对火山岩岩相复杂且识别困难的问题,基于国内外火山岩岩相预测方法,探索了一套火山岩岩相多方法融合逐级识别技术。通过分析取心井的岩—电特征、地震相特征及相互关系可知,GR-RT、AC-DEN交会图板能区分溢流相溶岩(玄武岩、安山岩、英安岩)、爆发相火山角砾岩、火山沉积相(凝灰岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、沉凝灰岩),而爆发相火山角砾岩和火山沉积相(凝灰岩、凝灰质砂岩)在电性上不易区分。分析沿石炭系顶面向下70ms最大波峰振幅属性可知,火山角砾岩以爆发相为主,通常为中—弱振幅、连续反射或杂乱空白反射,安山岩、玄武岩、英安岩以溢流相为主,为强—中振幅、平行—亚平行连续反射,凝灰岩、凝灰质砂砾岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩以火山沉积相为主,为中—弱振幅、平行—亚平行弱反射。以三维地层模型和敏感参数岩性模型作为约束,综合运用钻、测井资料和地震资料,能很好地区分爆发相火山角砾岩、溢流相安山岩和火山沉积相凝灰岩,有效降低了岩相预测的多解性,为有利岩相区预测提供了技术支持,在后续的勘探中发挥了重要作用。

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