火山喷发模式控制下的基性火山岩储层预测技术在川西某地区的应用

张薇

（中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏南京 211103）

0.引言

中国关于松辽盆地的火山岩研究比较深入，技术相对成熟[1-5]，北疆准噶尔盆地北三台凸起石炭系火山岩也开展了一定的研究。而对于火山岩的地震识别方法基本是在精细标定层位基础上，总结不同火山岩体在常规地震剖面的多种反射特征，建立地震相识别模式，然后采用地震属性分析技术直接识别火山岩岩体及分布范围。外国关于火山岩的地震识别也是从地震道特征分析，利用地震属性技术判别火山岩体。

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。以往的技术存在不适应性，本项目中，从火山岩喷发模式、不同火山岩相的形成机理出发，通过正演模拟分析等技术圈定有利储层区域范围，不同方法结论相互印证，形成了一套川西超深层火山岩成像技术和储层预测技术系列。

1.火山岩储层特征分析

由研究区Y1井岩性、岩相组合分析认为，该井火山岩纵向发育5套岩性段，可划分为4个主要喷发旋回（期次），具有早期爆发、晚期侵入的特点。

第1旋回（期次）为含石灰岩集块、角砾凝灰岩，深度介于5667m～5751m，厚度为84m。依据火山岩相特征划分为爆发相，是火山强烈爆发将火山口周围的茅口组石灰岩破碎，并由岩浆裹挟强烈爆发的产物。第2期火山作用的早中期为爆发相角砾熔岩，后期逐渐过渡为溢流相玄武岩，火山喷发能量呈现逐渐减弱的特征。第3旋回（期次）为粒玄岩段，也称“粒玄岩”，为超浅成侵入岩，位于第1期火山碎屑岩之下、第4期辉绿玢岩之上，深度介于5751m～5865m，厚度为114m，该期火山作用发生于前两期以爆发为主的火山碎屑冷凝固结后。第4旋回（期次）喷发形成了火山岩段底部的辉绿玢岩，深度介于5865m～5890m，厚度为25m。

2.火山岩岩相与储层的关系

前人研究表明，火山岩的物性与岩性、岩相关系密切，火山岩相控制着火山岩孔、缝类型、发育程度及分布特征，影响着后期成岩作用的类型和强度。一般溢流相上部亚相和爆发相热碎屑流亚相常发育熔结角砾岩、熔结凝灰岩，其孔隙度和渗透率相对略高，溢流相中部亚相、爆发相热基浪亚相的孔渗相对略低，物性较差。

研究区Y1井火山岩在储层物性上，含集块、角砾多的火山碎屑岩物性较好，孔隙度为16%，火山碎屑熔岩次之，孔隙度为13.6%，玄武岩的孔隙度较两者低很多，其特征也符合储集性“近源”优于“远源”的规律。

3.火山岩优势相带逐级预测

本文从火山岩建筑结构具有多级次性特征出发，遵循由大到小、由粗到细的原则，按照找火山建造“定区”、找火山通道“定位”、找喷发中心“定源”、找特征信号“定相”的思路逐级推进，聚焦优势相带。

3.1 火山岩建造识别—定区

火山岩建造的定义为成因相似并有共同特征的几种火山岩呈有规律的组合，是在一定地质阶段的某一特定地质构造环境下，由成因上密切联系、空间上紧密共生的火山岩相互叠置、连片，形成的一套岩石组合。火山建造发育区地层厚度增大，这种特征显著，可以作为火山建造识别的最直接标志。图1所示为火山岩发育段厚度，通过井上门槛值，圈出火山建造主体区范围，如图2所示。

图1 火山岩发育层段厚度

图2 火山建造主体区范围

3.2 火山通道识别—定位

火山机构是火山建造的基本构成单元，由火山通道、火山口及围斜构造构成，本区为基性熔浆，地层倾角小，多期叠置连片分布，受深部断裂控制呈中心式喷发的低角度盾状破火山口复合火山机构。围斜构造不明显，火山口及火山通道是本区识别火山机构、指示火山机构中心的最重要标志。火山通道不一定是直立的，可能与地震剖面有一定的夹角，内部填充物和围岩的差异在浅中深各不相同，导致仅用常规不连续属性体剖面和切片，不能较好地刻画火山通道。

针对以上难点，本次研究建立喷发模式控制下的“追根溯源”多尺度多属性的火山通道检测流程，通过各种裂缝预测方法技术的基本原理、适应条件、优势和不足，进行搭配组合，优势互补，采用大尺度相干属性研究火山通道形成过程，采用相干属性、瞬时频率、均方根振幅属性预测茅口底火山通道位置，最终完成火山通道的识别。

从寒武系底界面向茅口组底逐层段进行相干属性分析，如图3所示，火山通道从寒武系底界面深大断裂出发，在层段相干属性上呈点状或团状，自深部至浅部会出现迁移现象且形态随之发生改变，例如F2附近的火山通道从下至上逐渐向北部迁移，F1井在深层并无火山通道特征，在接近茅口底时才出现似水流状低相干特征，与中心式喷溢相储层喷发模式不符。

图3 寒武系底到茅口组底不同层段相干属性（红线：平面断裂 黄线：火山通道范围）

火山通道均在深大断裂附近且具有自下而上的继承性，将茅口组底的火山通道范围（紫色环状）和其均方根振幅、平均频率属性进行叠合，如图4所示茅口组底均方根振幅属性图中为低振幅特征，如图5所示茅口组底平均瞬时频率属性在火山通道范围内呈低频率特征，进一步验证了茅口组底火山通道位置识别的准确性。

图4 茅口组底均方根振幅属性

图5 茅口组底平均频率属性

3.3 喷发中心识别—定源

火山口是火山活动的中心，其位置是确定火山岩岩相平面展布的重要依据。其地震反射特征为顶部下凹，下部为杂乱反射的气烟囱样式。

火山口形态的变化可以反应在火山岩体顶面构造的高程变化以及地震等时切片和地层等时切片上，因此借助反应构造变化程度的属性有助于识别火山口位置。对于非常明显的火山口，在构造图和地层切片上即有较清晰的显示，火山口地层产状发生明显突变或与周边反射特征存在明显差别，呈环状圆形反射或杂乱反射状。而对于几何形态不是非常明显的火山口，需要借助地震属性进行识别。倾角体（Polar Dip）属性对于火山口形态的变化较为敏感，综合利用倾角属性和地震剖面可以实现火山口的识别和定位。

根据火山岩喷发特征，由远源相向近源相组过渡时坡度表现为缓慢增大，如图6所示，到了近火山口相区域坡度较快增大，到火山口地区坡度先增大后迅速变小（接近0°）。

图6 火山机构物理模型图

利用上述倾角属性的定义方法，将数据体沿茅口组拉平，计算三维倾角属性体，并将结果反拉平，对火山口进行了进一步识别。如图7所示过几何形态不明显的火山口的地震剖面及相对应的倾角属性剖面。从图中黑色箭头可知，剖面上对应为火山口的位置，在倾角体上反映为明显的低倾角特征，符合前期认识。

图7 倾角属性预测图

结合倾角属性、地震剖面特征，在研究区共识别中心式火山口16个，均分布在预测的茅口火山通道附近。

3.4 火山有利相带识别—定相

Y1井火山岩储层物性符合储集性“近源”优于“远源”的规律，那么储层预测的核心问题就是近火山口相和近源相组的预测。

把火山岩相划分为火山口和近火山口相组、近源相组、远源相组、再搬运-混合相组，其中，火山口和近火山口相组（火山穹隆-塌陷相组）在地震剖面上多为穹隆-丘状，通常与火山通道相、侵出相和含火山弹的爆发相落空亚相对应，岩性变化大。近源相组（熔岩流/熔岩被）在地震剖面上呈断续层状，指距离岩浆源较近的、通常是熔岩所能够覆盖到范围的岩相组合，多与喷溢相、爆发相热碎屑流亚相对应。远源相组为爆发相、溢流相或火山沉积向，岩相相对比较单一，厚度也较小，但分布稳定，连续性好，以层状分布为主。近源相组更加靠近火山口，具有更好的物性和储集性，优质储层发育概率高，存在明显的区带分布特征。

根据火山岩储层的特征分析得出第I期火山碎屑岩和第II期火山碎屑熔岩内有大量的集块、角砾、碎屑，以Y1井区测录井资料为参照设计火山机构模型，茅口组上部发育四套火山岩。设置集块、角砾凝灰岩速度密度低于灰岩，且颗粒大小由火山口向外围逐渐变小，火山通道设置为与辉绿岩速度密度相近，如图8所示，通过针对火山机构地质模型的波动方程正演得到偏移剖面，通过提取茅口组底的均方根振幅值可见。近源相组内，茅口组底振幅受喷溢相影响振幅变弱，远源相只有粒玄岩和辉绿玢岩影响，和不发育火山岩处相比，茅口组底振幅变化不大；近源相组近火山口区喷溢相火山碎屑岩比例较多，集块、角砾含量高，茅口组底的振幅受影响较大，随着离火山口的距离变远，茅口组底振幅影响变小。

图8 正演模拟结果及效果分析

如图9所示，为茅口组底界均方根振幅平面图，蓝红色为振幅低值区域，在识别的火山建造范围内用圈定振幅低值区作为近源相组范围。

图9 茅口组底界均方根振幅平面图（虚线：近源相组范围）

Y1井井区地质分析认为岩浆在火山口附近喷发后，火山碎屑物质冷凝并杂乱堆积，形成喷溢相火山岩。近火山口区喷溢相火山碎屑岩比例较多，同相轴反射较杂乱；远火山口区喷溢相火山碎屑岩、熔岩比例下降，溢流相玄武岩比例上升，同相轴反射较连续。同时，结合正演模拟结果得出的结论，由于近源相组近火山口区喷溢相火山碎屑岩比例较多，集块、角砾含量高，茅口组底的振幅变低，且受影响较大，随着离火山口的距离变远，茅口组底振幅影响变小。单一属性成带性差岩相分布不明显，本次研究将茅口组层段杂乱类属性和茅口组底振幅属性相融合，使岩性变化更加清晰，岩相分布更加明显。

如图10所示，将火山口叠合到融合属性图上，以火山口为中心向外辐射，同时考虑近源性和分带性预测近火山口相组范围，在近源相组识识别范围内，圈定近火山口相范围。

图10 近火山口相多属性融合识别图（白圈为近火山口相范围）

4.结论

本次研究从火山岩喷发模式、不同火山岩相的形成机理出发，通过正演模拟圈定有利储层区域范围划分火山内部期次，不同方法结论相互印证，形成了一套川西超深层火山岩成像技术和储层预测技术系列。同时，得出以下几点结论：

（1）近源相组物性优于远源相组物性，火山口、火山通道的识别尤为重要；（2）从深大断裂出发研究火山通道以及火山喷发模式更有利于区分中心式喷溢相火山机构和裂隙式喷发侵入岩火山机构；（3）火山机构与机构之间的复杂变化、岩相期次和非均质性使得火山岩储层的预测始终存在多解性，而且对于无钻井火山机构的储层内幕预测，需要结合多专业认识进一步深化攻关。