埕海6区块火成岩类型及分布规律研究

张静蕾,刘文钰,李 宁,牟晓慧,唐和军

(中国石油大港油田分公司，天津 300280)

0 引 言

黄骅坳陷第三系广泛发育火成岩，岩浆喷发期为孔二段—孔一段、沙三段、沙一段、东三段、东一段—馆陶组和明化镇组，而滩海区在馆陶—明化镇时期较为活跃，呈现出由南向北发育时期由老变新的趋势[1]。从火成岩产状来看，主要为喷发相的玄武岩，同时伴有安山岩。前人研究表明，火成岩与油气有着紧密的联系，既可促进烃源岩中有机质向油气转化，也可使局部烃源岩遭受微破坏，且伴随构造运动，促进了油气的运移与聚集。通过多年的勘探开发，在埕海6区块逐步发现了埕海6、埕海8以北、埕海16以南为代表的多个小火山岩体。火成岩识别及刻画直接决定着研究区块砂岩储层分布范围，意义重大。目前火成岩勘探技术主要为综合物探法、测井地震标定法、地震属性法等[2-4]，由于埕海6区块前期勘探获取资料限制，无法应用综合物探法，且勘探初期井数较少，而基于神经网络的波阻抗反演在反映岩性的变化方面误差较大，因此，前2种方法在埕海6区块应用效果均不理想。地震属性法能够较好地刻画火成岩的产状、形态，但刻画精度不足。因此，在地震属性法的基础上，结合岩心、镜下鉴定、测井、录井等资料，通过开展研究区火成岩类型、录井响应特征、测井响应特征、地震响应特征、喷发期次、平面分布特征等研究，明确火成岩分布规律，落实其与油气的关系，为研究区高效开发提供技术保障。

1 区域地质概况与火成岩类型

埕海6区块位于大港油田南部滩海地区，地理位置位于河北省黄骅市关家堡村以东海域滩涂水深5m的极浅海区。西与埕海一区相邻，北邻张东油田，北西为赵东油田，北东至矿区边界，南为埕宁隆起。通过钻井与地震结合，发现该区发育多个小火山岩体，构造和储层较为复杂。

研究区岩相类型主要为火山颈相，产出状态为圆形，按照深度为标准，研究区属于浅成相。由火成岩岩性统计结果(表1)可知，火成岩以基性喷出岩为主，主要为火山碎屑沉积岩，有玄武岩、凝灰质泥岩、玄武质泥岩、玄武质砂岩等10余种岩性。纵向上看，从下至上由火山碎块、火山角砾逐渐变成隐晶质结构的玄武岩和安山岩，反映出岩浆突然喷出地表，在温度、压力突变的条件下抛向空中后落下，在火山口周围堆积成岩，或坠入火山通道中，埕海601、602井沙一段上I油层组(Es1Ⅰ)主要发育低阻火山角砾岩，岩石由火山碎块组成，火山碎块由泥化的火山物质和少许火山晶屑组成，埕海602井馆陶组(Ng)包括NgⅡ3、NgⅡ2、NgⅡ1、NgⅠ3等，其中，NgⅡ3发育高阻玄武岩以灰黑色为主，具有隐晶质结构，裂缝发育，标本上见白色石英充填，杏仁状构造，NgⅡ2玄武质砂岩主要由石英和少量长石组成，局部含玄武质较重；而埕海16井NgⅠ3—NgⅡ2发育的低阻玄武岩和安山岩均以斜长石为主，安山岩具隐晶质结构，埕海14、埕海16井在火山沉积岩下伏地层伴有受火山岩浆烘烤和热液作用而形成的蚀变岩。平面上看，距离火山口较远的埕海15、埕海21井主要发育火山沉积岩；距离火山口最远的埕海1201井以低阻凝灰岩为主，反映了离火山口越远，火山喷发岩会由火山碎块、火山角砾变为颗粒很小的火山灰和火山尘。

表1 埕海6区块火成岩岩性类别统计

2 火成岩分布范围刻画

由于火成岩的成岩速度大、密度高，自然伽马曲线和声波时差的响应特征明显，采用电阻率可以准确识别喷出岩和沉积岩；结合钻井资料及测井等信息，在地震资料中也可有效识别火成岩。因此，可综合利多种信息来定性、定量、交叉验证，精细识别火成岩[5]。

2.1 火成岩响应特征

2.1.1 火成岩测井响应特征

国内外不同地区火成岩的测井响应特征虽然不统一，但岩石的矿物组成决定其仍有一定规律[6-7]。通过埕海6区块对数十口井的火成岩段电性、岩性综合研究，认为埕海6区块火成岩具有低自然电位、低自然伽马、高电阻率以及低声波时差、高密度的特征。以埕海601井为例，结合过地震剖面(图1)，火成岩自然伽马曲线API值为110～130，可以区分火成岩和沉积岩；电阻率、声波、自然电位、密度等测井曲线对玄武岩敏感，电阻率为20～1 000 Ω·m，声波时差为200～230 μs/m，自然电位偏小，密度相对较低，为2.3～2.5 g/cm3。火成岩边缘地震呈强反射，内部杂乱，呈空白反射，并具有穿时性，火山通道从下至上特征清楚，底辟刺穿沉积地层，并喷发形成丘状火山锥，上覆地层披覆在丘状火山锥之上，易于形成披覆背斜。

图1 埕海601井火成岩电性、岩性、地震剖面综合图

2.1.2 多属性火成岩范围刻画及分析

研究区玄武岩以喷发相与侵入相为主，凝灰岩以沉积相为主，空间展布变化剧烈，波阻抗变化范围较大，尤其是凝灰岩与砂泥岩速度比较接近，高速砾岩的特征也非常接近玄武岩，因此，可以同时使用多种类型的地震属性数据体来刻画火成岩的分布范围[8]。

基于上述火成岩地震反射特征，明确了地震剖面上强反射轴的地质意义，在研究区Ng44、NgⅠ3、NgⅡ1、NgⅡ2、NgⅡ3、Es1Ⅰ等层的控制下，在地震剖面上对火成岩的范围进行追踪与刻画。从地震剖面Trace1287(图2)上看，火山通道从上至下特征清楚，火成岩呈强反射，为透镜状或蘑菇状。埕海1201附近发育多个火山口，NgⅡ3时期开始，火成岩规模扩大，NgⅡ2时期规模最大，NgⅠ时期可以看到圆环形的火山锥。

图2 埕海6区块Trace1287地震剖面

然后，利用Landmark属性提取模块PAL直接对地震数据进行地震属性提取，PAL能计算瞬时相位、聚类分析、相干体、边缘检测等属性，并以层位的方式输出，这些结果可在OpenWorks环境下众多应用软件中展开协同解释，识别火成岩主要提取相位类、振幅类、边缘检测、相干体属性，增强对断层、火成岩特征的综合理解。

地震属性可视化分析系统软件VisualVoxAtTM(简称VVA)提供了体属性、层位属性、层间属性多种属性提取方式。体属性中相似类属性对描述地质边界，如断层、断裂显示明显。层间属性中均方根振幅属性对火成岩识别最为有效。

研究表明，研究区瞬时相位、聚类分析、均方根振幅与边缘检测属性可以与火成岩分布范围有较好的匹配关系。按各亚段沿层提取了瞬时相位属性、聚类分析、均方根属性、边缘检测属性分析可知。火山通道的属性特征表现为圆形，异于围岩特征，从上至下具有继承性。由图3a可知，瞬时相位属性描述复相位中实部与虚部之间的角度，火成岩在图中表现为色彩相间的混乱分布；由图3b可知，聚类分析属性可优选出敏感的地震属性组合[9]，火成岩主要体现为中低能量范围，边界清晰；由图3c可知，均方根属性适用于地层岩性相变分析，识别特殊岩性，火成岩在研究区表现为低能红色区，边缘振幅强，内部振幅弱；由图3d可知，边缘检测属性识别数字图像，提取出边缘区分目标和背景[10-11]，结合地震背景资料，火成岩显示为杂乱反射，表现为白色、灰色相间的杂色。4种属性相互验证，确定火成岩地震响应特征，更加精细地刻画火成岩分布范围。

图3 埕海6区块多属性提取技术

2.2 喷发期次

成分相同的岩石组合其测井曲线特征表现稳定，不同火成岩期次下形成的岩石组合物理化学性质必然发生变化，因此，根据录井、测井等资料开展喷发期次研究[12]。平面上，埕海16井附近发育5个小火山口，埕海1201—埕海601井一带发育4小火山口，具多期喷发特点,从埕海601的NgⅡ3地层玄武岩发育情况分析可知(图2b)，泥岩隔层把玄武岩分为2期。

2.3 平面分布规律

火成岩主要沿黄骅坳陷内北东向展布的断裂分布。化学分析结果显示，下第三系玄武岩为碱性玄武岩系列，岩浆生成于地下52 km处，由烃源岩的1%～2%部分熔融形成。上第三系玄武岩为偏碱性拉斑玄武岩系列，生成于地下35 km处，由烃源岩的4%～5%部分熔融形成。联系到埕子口隆起上多处出露于第四系的玄武岩体，和坳陷内中、南区火成岩均分布在靠近埕宁隆起一侧的岐南、南皮凹陷中的事实，推测火成岩应是沿着莫霍面隆起边缘壳断裂上涌岩浆形成的，在Ng沉积末期喷发，北东向断裂在岩浆喷发、侵入的过程中起路径调整的作用，对Ng及Es1油藏起到一定的遮挡作用，同时也使该区的构造和储层复杂化。

(1) NgⅠ1亚段。在地震剖面上可以看出，从底部喷出的火成岩上涌到NgⅠ亚段较少，从瞬时相位属性切片(图4a)上也表现出研究区整体欠发育的火成岩特征，且研究区西部有数个团状边缘相位突变响应，内部平缓相位响应或杂乱响应，主要位于埕海15、埕海8、埕海16井附近(图4b)。

(2) NgⅡ2亚段。在地震剖面上可以看到，火成岩在NgⅡ2时期发育较多，从瞬时相位属性切片(图4c)上也表现出研究区北部团状边缘相位突变响应，内部平缓相位响应或杂乱响应，在埕海1202井区，火成岩在NgⅡ2时期范围最大(图4d)，对油气起到了一定的封堵作用。

(3) NgⅡ3亚段。在地震剖面上可以看到，火成岩在NgⅡ3时期发育较多，从瞬时相位属性切片(图4e)上也表现出在研究区北部及西南部均有相位突变响应，内部平缓相位响应或杂乱响应，在埕海16井区，在NgⅡ3时期火成岩范围最大(图4f)，将埕海8井区与埕海1202井区隔开，对油气起到了一定的封堵作用。其中，西部4个火山通道在该时期形成喷发形成连片状，面积为7.73 km2，南部形成2个大规模的独立喷发岩体，面积为1.9～2.3 km2。

(4) Es1Ⅰ亚段。从地震剖面上可以发现，该时期研究区主要发育多个火成岩通道，见图4g。从相干体属性切片(图4h)上也表现出在研究区多处有范围较小的高相似性响应。其中，西部发育北东—南西向的4个火山通道，呈串珠状，面积为0.10～0.64 km2，南部发育东西向的6个火山通道，呈散点状分布，面积为0.15～0.54 km2，整体分布范围有限。

3 火成岩分布与油气的关系

由前面论述可知，NgⅠ、NgⅡ、Es1均有较多的火成岩发育，但由于火成岩非均质性强物性差，其上、下围岩中的砂岩由于埋藏较浅、压实程度较低，导致孔渗、输导、聚集能力明显优于火成岩，使得油气优先进入砂岩成藏，火成岩降低甚至失去聚集油气的封盖条件，这是研究区火成岩虽局部有油气显示却未成藏的主要因素[13]。

首先，火成岩有利于油气运移。埕海601、埕海602井在Ng和Es底部均发育有火成岩不整合面，且与歧口生油凹陷相接，具有供油的有利条件，火成岩不整合面成为良好的运移通道。其次，火成岩对油气具有遮挡作用。根据前人研究成果可知，按照火成岩在圈闭三要素中的存在形式不同，将火成岩油藏划分为3种类型，分别是为火成岩起遮挡作用的火成岩遮挡油藏、火成岩起遮挡与盖层作用的火成岩遮盖油藏及火成岩所有作用的火成岩油藏[14]。在此基础上，将研究区圈闭主要分为2类：一类是以断鼻构造为主的构造-岩性圈闭，如Es1Ⅰ油藏主要受岩性控制，砂体既是输导体又是储集体，油层集中分布在Es1Ⅰ至Es1Ⅱ，埕海15、埕海6、埕海8、埕海801串珠状的砂体中，形成了多个岩性圈闭；另一类为上倾方向由火成岩遮挡形成的构造圈闭，如Ng油层分布在NgⅡ2、NgⅡ3、受火成岩及构造控制，为火成岩遮挡下的构造油藏。圈闭主要沿北东向构造轴线分布，在平面上成排分布；圈闭面积不一，其中以埕海8井及埕海6井以西2个断鼻构造圈闭面积较大。

综上所述，研究区贯穿Es整套地层的火成岩对埕海6区块各断块岩性圈闭的形成主要起到有利油气运移、阻止油气逃逸、有利圈闭成藏等重要作用(图5)。同时由于研究区构造宽缓，具有北断南超、东西向具有沟梁相间的特点，形成了大型断鼻群，与埕宁隆起物源配合，在火成岩隔挡作用下，研究区形成了一系列火成岩遮挡的构造-岩性油气藏。

图5 埕海油田埕海601—埕海16井油藏剖面

基于以上研究成果，建立研究区成藏模式，优选有利区带。埕海16井位于羊二庄断层上升盘，向北通过羊二庄和海4井断层与歧口生油凹陷相接，Es1砂体北部均与羊二庄断层相接，歧口凹陷油气沿羊二庄断层和Es1不整合面以及内部砂岩疏导层向埕海16井目标区运移，推测在埕海16井北面低部位应存在较好的油气显示，后期通过埕海6等井试油获工业油流。在埕海6井西侧部署首口产能评价井埕海6-H1井(图5)，钻遇水平段为580 m，油层钻遇率100%，于2019年1月14日正式试油，采用潜油电泵生产，9 mm油嘴放喷投产，日产油为233 t/d，而后4 mm油嘴持续生产2个月，累计产油1.2×104t，取得良好开发效果。

4 结 论

(1) 研究区火成岩类型以喷出岩和火山碎屑沉积岩为主，岩性以致密玄武岩为主，少量凝灰质砂岩。

(2) 研究区火成岩测井、地震响应明显，玄武岩具有低自然电位、低自然伽马、高电阻率以及低声波时差、高密度的特点，地震上呈强反射，具有穿时性。

(3) 采用多属性开展火成岩刻画分析：瞬时相位、聚类分析、边缘检测与均方根振幅属性与火成岩分布范围有良好的匹配关系，4种属性相互配合验证，综合刻画火成岩分布范围。

(4) 研究区火成岩表现为2种岩性、多期喷发的特点：Es1主要发育火山通道，穿切其他岩层；Es1Ⅰ时期研究区主要发育多个火成岩通道，西部发育北东—南西向的4个火山通道，呈串珠状；南部发育东西向的6个火山通道，呈散点状，分布范围有限。NgⅡ3时期火成岩范围最大，西部喷发形成连片状，南部形成2个大规模的独立喷发岩体。

(5) 研究区火成岩有利于形成了一系列火成岩遮挡的构造-岩性油气藏。