黄河口凹陷古近系火成岩特征及构造影响分析——以BZ34-9油田为例1

张立安

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

随着渤海油田油气勘探开发程度的不断深入，受火成岩影响的油气藏逐渐成为勘探开发的主题目标[1-4]。火成岩作为一种非正常沉积的特殊性岩体，因其成因类型复杂，展布形态多样，制约了渤海油田与火成岩相关油藏的勘探成效和高效开发[5，6]。

BZ34-9油田位于黄河口凹陷，东一段和东二段发育有多期火山岩，火成岩岩性多样，纵向、横向分布不均，尤其火山通道与正常砂岩混杂一起，导致目的层东三段地震反射特征发生变化，从而引起局部地层速度变化和地震成像畸变。本文利用钻井、测井和地震资料，结合前人对火山活动及火成岩的研究成果[7-12]，开展火成岩岩相及速度分析，构建火成岩楔形正演模型，剖析目的层平均速度与火成岩发育的关系，建立平均速度场，完成时深转换，取得合理的构造解释成果，构造预测精度明显提高，应用效果显著。

1 火成岩特征

1.1 火成岩岩相

火山机构是来自同一时空范围内的火山喷出物质在源区附近堆积，具有特定的岩性岩相组合形态关系的各种火山喷出物构成的堆积体[2,3]，根据岩性特征、岩相特征、旋回特征，划分为火山通道相、爆发相、溢流相、侵出相、次火山岩相和火山沉积相六种类型。研究分析发现，目的层上覆地层东一段、东二段火成岩发育程度强于东三段和沙河街组，从火成岩岩石类型、整体厚度和岩石组合类型来看，东一段、东二段与下部地层均存在较大的差异。东一段、东二段火成岩发育类型多样，东三段和沙河街组火成岩发育类型较少。从火成岩厚度来说，东一段、东二段火成岩发育厚度为217.1～446.3 m，岩石组合类型多样，反映了火山持续大规模的活动。

1.2 火成岩速度分析

研究区内火成岩速度也有明显差异，当地层中含有高速高密的火成岩后，地震波的反射时间明显减短，同相轴出现上拉现象。通过交会分析显示(见图1)，致密玄武岩和辉绿岩为高速火成岩。致密状玄武岩速度范围为4800～6000 m/s，平均层速度为5200 m/s，密度为2.5～2.85 g/cm3；辉绿岩的速度范围在5200～6000 m/s，平均层速度为5500 m/s，密度为2.55～2.7 g/cm3。火山岩的高速高密使其与围岩有较大阻抗差异，所以在地震上为强反射振幅、中-低频率反射特征。而区域范围内发育的凝灰岩、沉凝灰岩及凝灰质砂泥岩，与周围围岩速度相当。凝灰岩、沉凝灰岩与围岩速度混叠在一起，其速度范围为2700～3500 m/s，平均层速度为3150 m/s，密度为2.1～2.5 g/cm3。凝灰质砂泥岩速度范围为2800～3400 m/s，平均层速度为3150 m/s，密度为2.25～2.45 g/cm3。其波阻抗与围岩相差不大，所以，在地震反射上与砂泥反射没有突出的反射特征。

图1 自然伽马-声波时差交会和中子-密度交会

1.3 火成岩地震反射特征

平面上通过横截火山通道的切片能够看出它表现为高值，外形也是近圆状，内部结构隐约呈环状，综合原始地震剖面以及切片，得到火山通道平面特征。火山通道呈倒锥状，火山喷出物质向四周尖灭，垂向上发育爆发相、溢流相、火山沉积相和砂岩沉积相叠置。火山沉积相充填火山口负地形，沉积相披覆在火山机构之上。钻井未揭示侵出相，侵出相多发育在酸性岩浆冷凝过程中，因为黏度较大，滞留火山口，BZ34-9油田火成岩主要为基性玄武岩，所以侵出相发育较差，火山通道相发育。根据地震属性可清楚看出火山通道横截面的特征。

在研究区单井火成岩识别和岩相划分的基础上，通过井震标定，油田区域内发育火成岩相具有以下地震反射特征。火山通道相位于整个火山机构下部，在地震剖面上表现为倒锥状杂乱反射特征，顶部为火山口，地震相为杂乱反射。从研究区内发育的典型火山通道相地震剖面图上看，主要表现为通道与锥体构成“蘑菇”状特征，柱体内反射杂乱，振幅变化很大；柱型两侧同相轴上拱并且系统性错断，而且两侧同相轴有上拉现象，反映了典型的火山通道的形态特征，柱体顶部呈强而短弧形反射波(见图2)。

图2 火山通道相地震剖面

2 火成岩对构造的影响分析

实钻井揭示了在东营组钻遇较厚的高速火成岩，且厚度不均。通过地震相分析发现，地层中的火成岩横向有一定的变化。

首先，建立火成岩楔形正演模型，火成岩厚度0～50 m，火成岩速度取研究区致密状玄武岩平均层速度5200 m/s,火成岩密度取研究区致密状玄武岩平均密度2.7 g/cm3,背景砂泥岩速度取研究区砂泥岩层平均速度为3200 m/s，其平均密度为2.3 g/cm3(见图3a)。当地层中含有高速高密的火成岩后，地震波的反射时间明显减短，与周围不含火成岩地层同相轴出现上拉现象(见图3b)。所以，高速火成岩对下伏构造的影响较大。

对实钻井火成岩厚度数据统计分析，钻遇高速火成岩的单层厚度在1～50 m之间，在此范围内，随着火成岩厚度的变大，振幅变大，能量也越强，下伏地层顶面的平均速度也会变大(见图4)。

图3 火成岩楔形正演模型 图4 火成岩厚度、地层平均速度与振幅能量的关系

在实际地层中火成岩一般为多层发育，穿插于砂泥岩地层。选取合适的岩性参数，建立多层火成岩发育正演模型(见图5a)。火成岩发育层段的地层能量变化受砂泥岩影响较小，其主要受火成岩厚度的变化影响(见图5b)。在火成岩上覆地层的平均速度一致的情况下，火成岩下伏地层的平均速度，随火成岩发育层段能量属性的增强，地层平均速度变大，且两者具有良好的对应关系(见图6)。

图5 多层火成岩发育正演模型 图6 地层平均速度与振幅能量相关性

3 应用效果

在油田北部地区，实钻4口井(BZ34-9-1井、BZ34-9-2井、BZ34-9-3井、BZ34-9-5井)。均钻遇不同厚度的高速火成岩。选取具代表性的BZ34-9-5井作为验证井，经钻井证实，构造的成图精度提高了近50%，该方法可靠性较好。

在精细构造解释和精细井震标定的基础上，运用多井时深关系进行时深公式拟合，其结果与实钻井的误差较大，存在不合理性。通过分析实钻井，火成岩发育层段上覆地层平均速度变化不大，目的层上覆地层的平均速度变化主要受火成岩发育层段高速火成岩的影响，提取火成岩发育层段的等厚时间能量属性，建立能量属性与先验井平均速度的关系，建立地层平均速度场，进而完成时深转换，能够去除局部不同厚度高速火成岩发育区对构造拉升的影响，使其时深转换结果误差控制在较小范围内(见图7)。

图7 时深转换结果误差统计

根据先验三口井(BZ34-9-1井、BZ34-9-2井、BZ34-9-3井)的实钻井数据对时深转换后的结果进行构造校正，最终得到两种方法的构造图。用公式拟合法进行时深转换得到的构造图在BZ34-9-5井处的预测深度误差为4.5 m；用平均速度场法进行时深转换得到的构造图在BZ34-9-5井处的预测误差小于2 m，构造预测误差较小，预测精度得到明显提高。

4 结论

(1)黄河口凹陷火成岩的发育会造成地层局部速度异常，高速火成岩对下伏地层地震同相轴有拉升现象。(2)BZ34-9油田采用平均速度场法进行时深转换能够消除部分火成岩造成的影响，使校正误差较小，构造解释更具有合理性，构造的成图精度得到较大提高。(3)在建立平均速度与能量属性的关系时，应考虑到火成岩发育层段的厚度对总能量属性造成的影响，且火成岩上覆地层的平均速度变化不大。此方法对于上覆地层速度异常的其他岩性也具有一定参考性。