巴西桑托斯盆地S油田火成岩地震预测

王朝锋， 王红平， 邵大力， 张勇刚， 李 东

(杭州地质研究院,杭州 310023)

0 引言

桑托斯盆地位于巴西东南部海上，面积约3.27*105km2，水深为0 m～3 200 m, 油气成藏条件优越，形成盐上、盐下-盐上和盐下三个主要的成藏组合[1]，油气资源丰富，截止到2014年底，桑托斯盆地盐下共发现79油田，探明油气总可采储量超过400*108桶[2-3]。

S油田位于巴西桑托斯盆地东北部，勘探目标为盐下成藏组合，主要的目的层是白垩系巴雷姆阶(Barremian)Baravelha组灰岩，主要岩性为叠层石微生物灰岩和鲕粒灰岩，垂向厚度大，横向分布广[4-5]。但是随着勘探的深入，在目的层段钻遇多套火成岩，岩性复杂，横向分布规律性差，预测难度大；另一方面由于受到火成岩的高温烘烤作用，碳酸盐岩储层物性变差，厚度变薄，使得碳酸盐岩储层描述的变得困难，影响勘探部署，因此笔者从钻井和测井入手，利用地震技术展开火成岩的识别研究，寻找火成岩的分布规律，指导井位优选。

1 区域地质概况

图1 桑托斯盆地地层柱状图Fig.1 Stratigraphic column of santos basin

桑托斯盆地形成于冈瓦纳大陆裂解和自南向北南大西洋张开时期，为典型的被动大陆边缘盆地[6-7]。盆地构造演化经历了裂谷期、过渡期和后裂谷期3期，与之相对应的三套沉积地层分别是下白垩统欧特里夫阶(Hauterivian)-下阿普特阶(Aptian)火山岩、湖相碎屑岩和碳酸盐岩(介壳石灰岩和叠层石灰岩组成)，中-上阿普特阶蒸发岩(硬石膏和盐岩)，以及下白垩统阿尔布阶(Albian)海相碳酸盐岩和上白垩统赛诺曼阶(Cenomanian)—新生界海相碎屑岩和碳酸盐岩[8-9](图1)。桑托斯盆地盐下构造主要受控于基底断裂，隆起带近北东-南西走向,分为东西两个条带[10-11](图2)，目前已经发现的盐下油气田均位于东部隆起带上，这是因为该区域既是古地貌高部位，也是盐岩发育区，能够形成较好盖层，有利于油气成藏，研究区S油田位于该区带的北部。

图2 桑托斯盆地盐下构造刚要及主要油气田分布图Fig.2 Distribution of presalt structure units and main oil-gas fields in santos basin

前人研究认为桑托斯盆地经历四期火山活动，分别是凡兰吟阶(Valanginian)-欧特里夫阶、阿普特阶、三冬阶(Santonian)-坎潘阶(Campanian)和始新世[12-14]，其中凡兰吟阶-欧特里夫阶火山活动最强，规模最大，形成大量的拉斑玄武岩、碱性玄武岩和火山沉积岩，为桑托斯盆地盐下构造的形成奠定了基础[15]，始新世火成岩分布也比较广，主要为侵入相[16]，研究区钻遇的火成岩位于阿普特阶地层中，Baravelha组上部发育一套侵入岩为辉绿岩，形成时间大约在70 Ma，对应区域上的火山岩形成时期是三冬阶(Santonian)-坎潘阶(Campanian)；Baravelha组下部和Itapema组内部发育多套喷发岩，为拉斑玄武岩，形成时间大约在113 Ma，对应区域上的火山岩形成时期是阿普特阶。

2 火成岩的岩电特征

研究区火成岩是普遍存在的，S油田共部署了9口探井，其中有7口井钻遇到了火成岩，这些火成岩在平面上分布不均匀，厚薄差异较大。钻井发现研究区主要发育侵入岩和喷发岩，侵入岩位于目的层顶界，厚度相对较薄，变化快，几米至几十米不等，颜色为暗灰色，显晶质，长石和辉石斑晶，整体比较坚硬，平均孔隙度小于3%，鉴定结果为辉绿岩； 玄武岩主要位于目的层的下部，暗灰色，隐晶质，偶见辉石斑晶，局部可见孤立的杏仁孔，很少见到裂缝，整体比较坚硬，在核磁测井上具有低孔低渗的特点，平均孔隙度小于5%，薄片观察晶体以长石微晶为主，局部可见长石斑晶，基质以隐晶的玻璃质为主，微晶可见燕尾结构，指示快速冷却，杏仁气孔多被碳酸盐和石英充填，指示为喷发溢流相[17]。

喷发岩和侵入岩在电测曲线上特征不同，伽马曲线值是泥岩>辉绿岩>玄武岩>碳酸盐岩；电阻率曲线上，辉绿岩和碳酸盐岩都表现为高值特征，而玄武岩电阻率值相对较小；火成岩的声波曲线值相对于碳酸盐岩略小，密度值大，特别是辉绿岩的声波速度基本在6 000 m/s，玄武岩声波速度在5 200 m/s，而碳酸盐岩的声波速度基本在4 700 m/s～5 200 m/s之间，三者的密度分别是2.85 g/cm3、2.74 g/cm3、2.48 g/cm3～2.72 g/cm3。

3 火成岩地震预测

研究区发育两类火成岩类型：辉绿岩和玄武岩，由于二者的岩石类型和发育位置不同，所以岩石物性和电性特征也有所差异，表现在地震上的波组特征就有所区别。对于相对薄层、高速的辉绿岩主要采用地震属性分析方法进行预测，而对于厚层的喷发玄武岩主要采用地震相技术与地震切片技术相结合的手段进行识别。

3.1 侵入岩地震预测

辉绿岩的速度和密度均大于碳酸盐岩，在地震剖面上表现为强振幅，由于厚度较薄，一般位于相邻的波峰-波谷之间，并且火成岩厚度越大，频率越低，也就是波峰-波谷的时间厚度变大，如果辉绿岩的厚度接近或者超过一个波长的厚度，就会出现复波的现象，如图3所示，黄色虚线为根据钻井结果预测的侵入岩的剖面位置，B井的辉绿岩厚度为43 m，强振幅，单个同相轴，而A井的火成岩厚度达到83 m，波峰-波谷之间出现了新的同相轴。因此辉绿岩形成的位置振幅强，频率低，在道积分剖面更加容易识别。

图3 过井地震剖面Fig.3 Seismic profile of well A and B(a)常规叠加地震剖面；(b)道积分剖面

图4 辉绿岩预测平面图Fig.4 Distribution of prediction diabase(a)时间厚度(波峰-波谷)；(b)均方根振幅属性(时窗50 ms)

根据单井和地震剖面比较分析，通过软件提取目的层顶界以下50 ms的均方根振幅和波峰-波谷的时间厚度，辉绿岩发育的位置时间厚度较大，以黄色、红色和绿色为代表，(图4(a))；同样的位置均方根振幅能量强，以黄色、红色和绿色为代表，(图4(b))，综合振幅属性和时间厚度刻画侵入岩分布范围，如图4所示。预测的结果显示研究区发育三个长条形的侵入岩，并且长轴方向与断层的走向一致，近断层发育。

3.2 喷发岩的地震预测

研究区的喷发岩岩性主要是玄武岩，厚度较大，火成岩段厚度一百米至几百米不等，从火山机构的观点进行分析，S油田的喷发岩一般具有层状火山机构的特征，如图5所示，从下往上包括火山岩通道、爆发相和溢流相。火山岩作为异常体与正常沉积地层的地震反射特征不同，并且形成喷发岩的不同位置在地震剖面上反射特征也有所差异，因此利用地震相分析技术可以进行大套喷发岩的剖面识别。火山岩通道相在地震剖面往往表现为空白反射，两侧地层由于受到岩浆的挤压，产状一般表现为上超，上方爆发相则表现为弱反射相，隐约可以识别出一些同相轴，两翼则是杂乱发射相的溢流相，火成岩和碳酸盐岩相互叠置，局部形成强反射，其中C井岩心已证实为溢流相的玄武岩，火山多期喷发，间歇期沉积碳酸盐岩地层。

图5 喷发岩地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristic of extrusive rock

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

利用地震解释软件在火山口位置进行时间切片的浏览，发现火山口位置地震反射以空白相或者弱反射相为特征，向四周表现为强反射的同相轴(图6)。研究发现火山口形成的位置一般也是断层发育的位置，推测喷发岩的形成是地下岩浆顺着这些断裂由下而上运移，在地表喷发所形成的。

可见大套厚层喷发岩段由于其地震相与正常沉积地层有所差异，所以可以借助地震相分析技术在剖面上对火山机构进行描述，并且结合时间切片技术预测火山通道相和溢流相的平面分布范围，从而达到预测喷发岩的目的。

4 火成岩的发育模式

图7 油田火山发育模式图Fig.7 Development model of igneous rock

火成岩的形成与断裂有关，断裂沟通了深部岩浆与浅部地层，是断陷构造格局中稳定性最薄弱的地方，活动性强的断裂带就成为了深部岩浆活动主要通道[18]。研究区在裂谷期形成多条深入基底的大断裂，这些断裂活动既控制了当时的沉积地貌，也是火山爆发一个原因，使得深部的岩浆上涌，在岩层薄弱的环节侵入，形成侵入岩，或者直通地表形成喷发岩(图7)。岩浆沿断层上移首先在断层位置形成火山通道，再向上喷发至地表，快速堆积形成爆发相的火山岩，当断层上方的岩浆堆积到一定厚度时，由于受到重力和地形的影响，未固结的岩浆会向四周扩散流动，越远岩浆厚度会越薄，当火山活动停止时，侧翼的低洼部位就会沉积碳酸盐岩地层，这样循环反复就可以形成火成岩和碳酸盐岩互层地层，向两侧逐渐过渡为正常沉积地层。

当后期由于受到构造运动，断裂再次开启时，火山活动随之爆发，岩浆就会沿断裂再次向上运移，在地层相对薄弱的地方侵入，形成侵入岩，如图7所示，70 Ma相当于坎潘阶，也就是在盆地的后裂谷期发生了岩浆流动，岩浆在盐下主要的去处是Baravelha上部，浅层侵入。

5 结论

通过钻井资料和地震数据的分析，从岩石类型到电测曲线，再到地震的研究思路，分析研究区的火成岩地震反射特征，并提出可靠的预测技术，总结火成岩发育模式，有效地指导S油田的井位部署。

1)研究区发育两类火成岩类型，侵入岩和喷发岩，侵入岩主要位于目的层上部，相对薄层、高声波速度；喷发岩位于在Baravelha组下部或者Itapema组，厚层，声波速度跨度较大。

2)侵入岩在地震剖面上表现为强振幅低频特征，通过地震属性和时间厚度能够有效地预测辉绿岩的平面分布；大套喷发岩在地震相上和碳酸盐岩地层不同，利用地震相技术和时间切片的手段能够识别喷发岩体的分布范围。

3)研究区火成岩的形成与深大断裂有关，断裂为岩浆提供通道，火成岩分布在断裂两侧，离断层越近厚度越大，因此井位部署应该尽量避免靠近断裂。