四川盆地二叠系火山岩地震相特征及识别

陈 骁 何青林 冉 崎 陈 康 韩 嵩 黄天俊 吕 龑

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

四川盆地二叠系火山岩勘探始于20世纪60年代。1966年在四川盆地威西地区钻遇二叠系峨眉山玄武岩，后于川西南部犍为—宜宾以及川西仁寿、蒲江、洪雅、雅安等地区相继钻遇该套玄武岩。1991年8月在四川盆地周公山构造钻探ZG1井，玄武岩厚度达到301 m，在玄武岩段测试获得日产气量25.61×104m3的工业气流，发现了火山岩气藏，揭开了火山岩气藏勘探的序幕。后期陆续在川西南地区钻探多口钻井，在玄武岩段测试均产水或为干层[1-4]。2018年底，在成都—简阳地区钻探的永探1井首次钻遇厚层喷溢相火山碎屑熔岩，储层平均孔隙度为11.5%，测试日产气量为22.5×104m3，揭示了四川盆地火山岩具有较大的天然气勘探潜力。

火山岩作为一套特殊的储集层，具有与沉积岩完全不同的成因机理和特征。火山岩储层的储集空间种类繁多，包括各种类型成因的孔、洞、裂缝及其复杂组合，是由岩浆喷发、溢流、冷凝、结晶、构造、风化和溶蚀等多种因素影响形成[5-6]。在平面上表现为非均质性强、物性变化快、分布规律复杂，在纵向上表现为叠置非层状分布等特点[7]。

四川盆地二叠系火山岩受峨眉地裂运动影响，临近峨眉山大火山岩省喷发中心攀西地区，大面积发育厚层基性火山岩，地震勘探表现出以下几个难点：①火山岩影响地震波传播，对地震反射造成屏蔽；②盆地内超基性—基性火山岩大面积发育，岩浆黏度较低，流动面积广，整体厚度无明显变化，地震反射特征识别与追踪较困难，火山机构与岩相特征不明显；③火山岩储层非均质性强，钻井少，纵横向分布规律不清，储层地震预测技术不配套。

针对上述难点，笔者提出了针对性的地震处理解释技术，并进行了应用，实现了四川盆地火山岩有利岩相的刻画及储层的定量预测，为四川盆地火山岩领域油气勘探奠定了基础。

图1 低频保护去噪单炮记录图

1 火山岩低频保护处理

火成岩发育区地震资料存在岩下地震同相轴连续性较差、反射能量弱等现象，火山岩对中、高频能量衰减明显，低频能量穿透能力相对较强。因此，低频信号能量保护与偏移成像处理是火山岩保幅保真处理的关键[8-10]。

具体来说，地震资料处理主要面临以下难点：①低频有效信息与面波等噪声在频率上有所重合，噪声能量较强，常规去噪方法很难保留低频有效信号；②低频有效信号绝对振幅较弱；③火成岩对岩下成像具有屏蔽作用，地震波传播困难[11-12]。针对以上难点，开展以保护低频有效信号、提高低频能量、提高火山岩下伏地层连续性为目标的地震处理技术攻关，形成了以低频保护为核心的火山岩地震处理技术。

1.1 保护低频去噪技术

低频有效信号与面波等低频干扰在频率上难以准确区分，近道有效反射速度与线性噪声速度接近，直接采用f—X域线性去噪、单频波衰减等常规去噪方式将伤害低频有效信号[13]。笔者根据噪声特征建立噪声模型，从常规去噪去除的噪声中提取有效信号，恢复还原低频有效信号。如图1所示，显示原始单炮记录采用常规方法去噪后，从噪声中提取出低频有效信号，达到了低频保护。

1.2 叠前能量补偿技术

采用近地表Q补偿技术消除因表层介质沉积疏松对地震波能量强烈衰减的作用。具体实现步骤为：①利用炮检点相对振幅系数和表层旅行时由谱比法计算表层相对Q初值；②对表层相对Q值，经表层速度模型标定与联合求解得出用于补偿的表层Q模型；③依据表层Q模型，通过稳定的补偿算法对叠前数据在频率域进行空变补偿。在完成近地表能量吸收补偿后，利用VSP由频移法技术计算Q值，结合地质模型和层速度模型，外推计算出深层时—空变三维Q体，有效补偿由火山岩造成的能量屏蔽效应[14]。

1.3 精细成像技术

加大速度拾取网格密度，注重沿火山岩厚度变化趋势进行速度分析，在此基础上利用波动方程叠前深度偏移技术开展精细成像处理，结合叠前数据规则化处理、高密度非线性层析反演等技术的应用，确保面元均匀和道集拉平，有效提高了火山岩成像效果。

通过上述多种处理技术的综合应用，火山岩内部成像效果得到改善，下伏中二叠统茅口组及中二叠统栖霞组同相轴连续性和信噪比变好，消除了因火山岩屏蔽效应造成的成像假象，与永探1井实钻情况相吻合，为后续解释工作提供了可靠的地震成像资料（图2）。

图2 低频保护处理效果对比图

2 火山岩地震响应模式与连片解释

根据永探1井井震标定结果与过井剖面特征，火山岩地层上覆为上二叠统龙潭组泥岩，下伏为茅口组石灰岩。对过井剖面进行解释，受不同岩性速度与密度差异的影响，火山岩顶界岩性引起地层速度变化大，形成了强波峰阻抗界面；火山岩底界地层速度变化较小，未形成连续、稳定的波阻抗界面，火山岩底界追踪较困难（图3）。

选取川中地区未发育火山岩地区的GS17井进行对比：GS17井未发育火山岩，龙潭组发育泥岩，厚度为119 m，茅口组主要发育石灰岩，厚度为210 m，当火山岩不发育时，龙潭组泥岩与茅口组石灰岩直接形成强波峰阻抗界面（图4）。

在连井剖面上可看到，中二叠统底界反射较稳定，为连续强波峰反射；当火山岩不发育时，龙潭组底界为强波峰阻抗反射界面，与中二叠统底界时差介于110～130 ms；当火山岩发育时，火山岩顶界强波峰阻抗反射界面连续稳定，龙潭组底界与中二叠统底界时差介于140～230 ms（图5）。由此可见，龙潭组底界强波峰阻抗反射界面与中二叠统底界反射时差大于130 ms时，二叠系火山岩发育。正演研究结果也证实了上述解释模式（图6）。

通过开展二维、三维连片解释，刻画出二叠系火山岩的平面厚度展布如图7所示，四川盆地二叠系火山岩主要分布于川西—川西南—蜀南地区，火山岩厚度整体上围绕裂谷喷发中心攀西地区，从盆地外至盆地内逐渐减薄；在简阳—三台地区沿北东方向，呈条带状分布，在龙泉—简阳地区火山岩厚度局部增加。

图3 永探1井井震标定与过井剖面特征图

图4 GS17井井震标定与过井剖面特征图

3 四川盆地火山岩地震相

火山岩岩相对岩性组合、储集空间类型和物性特征有控制作用。四川盆地二叠系火山岩岩相可划分为火山通道相、喷溢相、溢流相、火山沉积相[15]。不同火山岩相之间从成因、空间产出位置到岩石学特征等都存在着差异，它们的内部结构和构造、纵向序列以及空间叠置关系不同，在地震地质特征上表现为速度、密度、层形态和层结构、界面属性和终止方式等方面的差异，使得各岩相在地震剖面上呈现的地震相特征不同[16]。

笔者通过总结盆地内不同火山岩岩相地震反射特征，利用剖面对火山机构刻画（图8），从地震相的外部几何形态、内部反射结构等方面建立了四川盆地二叠系火山岩4种不同岩相的5种地震相识别模式（表1）。由于火山通道相分布范围有限，与喷溢相难以区分，主要表现为深部断裂特征，未单独建立识别模式。

图5 永探1井—GS17井连井叠前时间偏移剖面图

图6 火山岩发育解释模式正演模拟示意图

3.1 喷溢相（近火山口）

位于火山口附近，岩性、储层非均质性强，岩浆喷发后火山碎屑物质冷凝并杂乱堆积，以永探1井为代表，表现为火山岩厚度大，外形呈丘状反射，火山岩顶界为断续中强—强振幅反射，内部为杂乱反射。

图7 四川盆地二叠系火山岩平面厚度展布图

图8 简阳地区地震剖面火山机构识别示意图

3.2 喷溢相（远火山口）

为火山碎屑岩与火山熔岩叠置区，纵向上为玄武岩与含角砾火山碎屑岩叠置发育，表现为火山岩厚度大，顶界为连续强反射，底界无明显反射，内部为较杂乱—亚平行反射。

3.3 溢流相

相对于喷溢相，溢流相非均质性较弱，以ZG1井、DS1井等井为代表，地震反射表现为火山岩厚度有一定增厚，平面分布较稳定，顶界为连续强反射，底界无明显反射，内部为平行—亚平行反射或空白反射。

3.4 火山沉积相

主要由粒度较小的火山岩沉积而成，特征接近于沉积岩，多与龙潭组泥岩呈互层状分布，以NC2井为代表，表现为火山岩厚度较小，顶/底界无明显同相轴反射。

在建立的火山岩地震相模式基础上，利用二维、三维地震资料刻画出雅安—简阳—三台地区火山岩相分布，编制四川盆地二叠系火山岩相平面展布图（图9）。根据地震相特征，川西地区火山碎屑岩有利区主要分布于简阳—三台地区，最有利储层发育的近火山口喷溢相沿北东方向呈点状分布，面积为1 500 km2，是下一步火山岩天然气勘探最有利地区；次有利储层发育的远火山口喷溢相分布面积为6 000 km2，是火山岩天然气勘探远景区。

4 相控火山岩波阻抗反演储层预测

波阻抗反演是储层地震预测常用的反演技术，其结果依赖于初始模型和约束条件的准确性。结合地质认识，在建立地震相模式的基础上采用相控建模方法，建立符合地质、测井、地震等多参数的模型进行约束，可以有效减少反演结果的多解性[17-20]。

火山岩储层受岩相控制特征明显，喷溢相为有效储集空间最为发育的相区，火山岩储层稳定发育[21]。通过永探1井分析，火山岩储层测井响应特征表现为高声波时差、低密度，储层孔隙度与纵波阻抗相关性好，在井约束下利用基于相控的波阻抗反演，实现了喷溢相有利区火山岩储层厚度与孔隙度的定量预测。

永探1井反演剖面显示，该井储层厚度达到125 m（图10），连片资料处理反映喷溢相有利区内火山岩储层大面积发育，主要分布于成都—简阳地区，其中永探1井区内预测有利储层面积600 km2，厚度介于10～200 m，具有规模勘探的前景（图11）。

表1 四川盆地二叠系火山岩地震相识别模式表

图9 四川盆地二叠系火山岩岩相分布图

5 结论

1）火山岩作为一种特殊岩性体，影响地震波传播，地震成像受到影响。采用保护低频的地震资料处理方式后，低频有效地震信号得到保护，火山岩内幕及下伏地层成像得到改善，为火山机构刻画奠定基础。

2）四川盆地内二叠系火山岩识别模式为连续强波峰反射或断续中强波峰反射顶界、弱反射底界，可识别出5类地震反射特征和3类地震相模式（喷溢相、溢流相、火山沉积相）。

3）通过单井—连井—区域分析，通过地层反射特征与追踪，可以较准确识别火山岩发育的范围，盆地内简阳—三台地区大面积分布喷溢相火山岩，其中最有利储层发育的近火山口喷溢相沿北东方向呈点状分布，面积为1 500 km2，次有利储层发育的远火山口喷溢相勘探面积为6 000 km2。

图10 过永探1井波阻抗反演剖面图

图11 永探1井区火山岩储层厚度预测图

4）基于火山岩相刻画，通过相控波阻抗反演，实现定量预测喷溢相内火山岩储层的厚度与孔隙度。预测结果表明，成都—简阳地区喷溢相火山碎屑熔岩储层呈层状稳定分布，厚度介于100～200 m，其中永探1井区内有利储层面积600 km2，具有规模勘探的前景。