高 斌，王偉鋒，衛(wèi)平生，潘建國，李 飛，易澤軍

(1.中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，山東 青島 266555；2.中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，蘭州 730020)

三種典型火山巖儲層的特征和綜合預測研究

高 斌1，王偉鋒1，衛(wèi)平生2，潘建國2，李 飛1，易澤軍1

(1.中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，山東 青島 266555；2.中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，蘭州 730020)

火山巖油氣藏已經(jīng)成為油氣勘探的重要靶區(qū)，但火山巖儲層的發(fā)育特點和成藏理論并不完善，針對火山巖儲層的勘探尚未形成一套完善的預測思路。通過對國內(nèi)外火山巖油氣藏的特征分析，總結了原生孔隙型、風化殼型和構造裂縫型3種典型火山巖油氣藏的成藏特點，結合這3種油氣藏的特點和準噶爾盆地4個工區(qū)的勘探實踐，提出了一套綜合預測思路，主要包括巖性巖相預測、物性預測和流體預測3個方面。

預測；火山巖儲層；火山巖油氣藏；火成巖地震儲層學

火山巖油氣藏的勘探已有120多年的歷史，隨著在沉積巖層中油氣藏勘探難度的日益加大[1]和火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)[2]，這類油氣藏越來越受到國內(nèi)外勘探界的重視。但是火山巖儲層具有巖性和巖相變化快、儲集空間和成藏條件復雜[3-6]、資料獲取和處理難度大的特點，勘探開發(fā)依舊是世界性難題。松遼盆地針對火山巖儲層的特點，多年以來形成了一套以巖相和亞相為基礎的儲層研究方法[7-9]，但火山巖儲層的勘探尚未形成一套成熟的預測思路。

本文通過對國內(nèi)外火山巖儲層的特點進行歸類分析，總結出原生孔隙型、風化殼型和構造裂縫型3種典型火山巖儲層發(fā)育特征和成藏規(guī)律。通過烏夏地區(qū)二疊系、滴西地區(qū)石炭系、紅車斷裂帶石炭系和克九區(qū)南石炭系不同類型的火山巖儲層的勘探實踐，結合3種典型火山巖儲層的分布規(guī)律和物性特征，提出一套火山巖儲層綜合預測思路。

1 3種典型火山巖儲層特點

火山巖儲層的物性與埋深關系不大[10]，原生孔隙型儲層、風化殼型儲層和構造裂縫型3種火山巖儲層的發(fā)育機理不同，其巖相分布、儲集空間的類型、成藏條件有各自的特點。

1.1原生孔隙型儲層

原生孔隙型儲層一般發(fā)育于中基性熔巖，如濱南西部安山玄武巖油氣藏[11]、高青油田孔店組1、2期的氣孔玄武巖油氣藏[12-13]；也有發(fā)育在酸性的火山碎屑巖中的[14]，如準噶爾盆地西北緣夏72井區(qū)流紋質(zhì)熔結角礫凝灰?guī)r油氣藏。這類油氣藏均發(fā)育在溢流相，中心式噴發(fā)和裂隙式噴發(fā)火山巖均可發(fā)育，有效的儲集空間類型主要為巖漿巖形成初期巖漿中的揮發(fā)氣體向上溢出、熔巖冷凝留下的原生氣孔[15]，分布于各期火山巖頂部。后期充填作用是儲層發(fā)育重要的控制因素，高青油田孔店組氣孔玄武巖主要為方解石充填[12]，夏72井區(qū)熔結角礫凝灰?guī)r主要為硅質(zhì)充填，靠近火山口的火山巖氣孔發(fā)育程度好，孔隙性較高，遠離火山口的火山巖孔隙性差，但是構造運動強烈的地方，氣孔充填程度高。預測此類火山巖油氣藏，首先要進行古地貌恢復，確定火山口的位置和噴發(fā)期次，進行巖相預測，確定未受后期改造的優(yōu)質(zhì)儲層分布；然后進行氣孔充填機理分析，利用地球物理手段進行物性和流體預測。

1.2風化殼型儲層

風化殼型儲層可發(fā)育于各種巖性的火山巖中，如遼河坳陷興隆臺古潛山油藏，松遼盆地昌401、昌76、二深1、汪家屯和肇州西氣藏，三塘湖盆地馬朗凹陷牛東、馬中以及黑墩構造帶哈爾加烏組火山巖油氣藏[16]和準噶爾盆地克拉美麗石炭系火山巖氣藏。與沉積巖不同，形成于地表的火山巖都會受到不同程度風化淋濾作用的影響[17]，而風化淋濾的程度受風化時間、古地貌、斷裂等因素的影響。風化剝蝕的時間越長、古地貌越高，風化程度越大；在大斷裂附近，小斷裂和裂縫發(fā)育，利于溶蝕液體滲入巖層，使得斷裂附近火山巖風化程度高。風化殼的儲集空間以次生孔隙和次生裂縫為主。劉俊田將火山巖風化殼分為風化粘土層(沉積蓋層帶)、強風化碎石層(風化殼上帶)、弱風化塊石層(風化殼下帶)和微風化巖石層(致密火山巖帶)4個帶[16]，以風化殼上帶和風化殼下帶儲層物性最好；鄒才能統(tǒng)計了新疆北部石炭系火山巖6 854個孔隙度分析樣品，將風化體結構從上到下分為土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶和母巖5層結構[18]，其中溶蝕帶和崩解帶儲層物性最好,容易形成良好的儲層。需要注意的是，此類油氣藏多為構造控制的地層型油氣藏，風化殼物性主要受古地貌影響，但其油氣分布最終受到現(xiàn)今地貌的控制。預測此類火山巖油氣藏，首先要進行古地貌恢復和精細構造解釋，尋找古地貌高部位和斷裂發(fā)育區(qū)，確定有利的火山巖風化殼分布；進行火山巖物性預測，尋找現(xiàn)今地貌構造高部位的有利儲層，進行含油氣性預測。

1.3構造裂縫型儲層

構造裂縫型油氣藏與構造運動緊密相關，可發(fā)育于各種巖性火山巖儲層中。致密性和脆性越強的火山巖構造裂縫越發(fā)育和易保存[19]，如準噶爾盆地克二區(qū)克92井區(qū)火山巖油氣藏[20]、克九區(qū)古16井區(qū)、檢451井區(qū)石炭系火山巖油氣藏、遼河坳陷歐—黃地區(qū)沙河街組粗面巖油氣藏[21]、遼河凹陷大平房地區(qū)火山巖油氣藏、熱河臺地區(qū)熱24井、熱9-7井、熱11-7井火山巖油氣藏[22]和紅車斷裂帶石炭系火山巖油氣藏。這類油氣藏的分布受大斷裂控制成條帶狀分布，構造強烈的地區(qū)裂縫密度大(可達9～13條/m)，裂縫寬度大(0.53～1.59 mm)[10]，0°～90°裂縫均有發(fā)育，多為高角度裂縫(如黃沙坨油田小23、小25井)[23]。低角度裂縫沒有優(yōu)勢方位，而高角度裂縫多與大斷裂平行或垂直，如克—烏斷裂帶附近的裂縫。但裂縫并不一定是主要的儲集空間[24]，多為裂縫—孔隙型儲層。裂縫對儲集性能的改善作用主要有：(1)裂縫是主要的滲流通道，能將孤立的孔隙連接起來，極大地提高了儲層的滲透率，這是裂縫對改善儲集性能最重要的作用；(2)斷裂活動形成的各種尺度的裂縫，是重要的儲集空間；(3)構造運動產(chǎn)生的構造縫也是地下溶蝕液體的運移通道，促進了火山巖體溶解形成次生的儲集空間。但同時也要考慮裂縫對油氣藏形成的不利因素：(1)儲集空間的充填作用，越早形成的裂縫越易被充填[23](2)油氣藏形成后構造運動產(chǎn)生的斷裂破壞早期形成的油氣藏。預測此類油氣藏，油氣的保存條件和運移條件非常重要，首先要分析成藏條件，在精細構造解釋基礎上，梳理斷裂體系，利用裂縫識別技術進行有效儲層預測，進而進行烴類檢測。

2 火山巖巖相巖性預測

通過分析上述3類油氣藏的特點可以總結出，巖相巖性預測、物性預測、流體預測是火山巖儲層預測的3個重要環(huán)節(jié)。結合對準噶爾盆地烏夏地區(qū)、紅車斷裂帶、滴西地區(qū)和克九區(qū)的火山巖儲層的勘探實踐，探討火成巖儲層的綜合預測思路。

研究火山巖的巖相首先要對研究區(qū)的基礎地質(zhì)情況進行分析，主要包括大地構造環(huán)境、火山巖噴發(fā)模式、古地貌恢復3個方面。不論是松遼盆地還是準噶爾盆地，前人研究均較多，在此不作重點討論。需要注意的是，火山巖形成及分布與古火山口和當時的地勢關系緊密，因此古地貌恢復對研究火山巖巖相的分布規(guī)律有重要意義。

火山巖的巖相對巖性組合、儲集空間類型和物性特征有控制作用，是火山巖儲層研究的基礎。中心式噴發(fā)火山巖巖相可以分為火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、火山沉積相和次火山巖相[25]。不同巖相和亞相的物性差異很大，火山通道相、爆發(fā)相的儲層非均質(zhì)性要比溢流相和火山沉積相強烈得多[26]。在火山口附近巖漿噴發(fā)后火山碎屑物質(zhì)冷凝并雜亂堆積，形成爆發(fā)相，因此爆發(fā)相在地震剖面上反射雜亂，且振幅較強；巖漿從火山口溢出流向地勢低洼處，冷凝而形成熔巖，相對于爆發(fā)相的巖石，熔巖的結構致密，非均質(zhì)性較弱，因此溢流相在地震剖面的反射清晰而連續(xù)，振幅最強，會出現(xiàn)楔形或等厚的反射結構；火山沉積相主要由粒度較小的火山巖沉積而成，特征接近于沉積巖，在地震剖面上反射較連續(xù)，振幅較弱；通常火山通道相混在爆發(fā)相中，與爆發(fā)相有類似的特征而難以區(qū)分。

利用振幅類地震屬性分析是識別火山巖巖相空間展布最常用和有效的方法。以滴西地區(qū)為例，還原該區(qū)的古地貌，并提取平均振幅屬性對中心式噴發(fā)火山巖的巖相分布進行預測。如圖1，爆發(fā)相分布于火山口附近，振幅中等，且雜亂，溢流相則沿古地貌地勢分布于低洼處，只有地勢水平時，中心式噴發(fā)的火山巖巖相才呈現(xiàn)中心對稱的錐形分布形態(tài)。裂隙式噴發(fā)火山巖通常以火山通道相和溢流相為主，火山巖從裂隙式火山口溢出，沿古地貌低部位分布。如夏72井區(qū)流紋質(zhì)熔結角礫凝灰?guī)r的分布。

火山巖巖性不同，其結構、構造、硬度、成分也不同，受構造運動、風化作用、溶蝕作用的影響程度不一，巖性預測是儲層精細研究的基礎。不同巖性的火山巖其測井響應特征有明顯的區(qū)別，以滴西地區(qū)石炭系火山巖為例(圖2)，凝灰質(zhì)火山角礫巖具有高伽馬(100～150 API)、低密度(2.1～2.38 g/cm3)的特點；凝灰?guī)r為中伽馬(60～120 API)、低密度(2.1～2.3 g/cm3)；玄武巖為低伽馬(30～50 API)、高密度(2.6～2.9 g/cm3)；流紋巖為高伽馬(130～200 API)、中密度(2.3～2.55 g/cm3)；安山巖顯示低伽馬(20～50 API)、中密度(2.3～2.55 g/cm3)的特點。測井識別火山巖的巖性具有較高的可信度，地震識別火山巖巖性的空間展布的可行性則要視情況而定。對于巖性相對單一的情況，如夏72井區(qū)風城組底部火山巖，火山巖巖性為熔結角礫凝灰?guī)r，火山巖內(nèi)部只有氣孔充填程度的不同，利用地震振幅類屬性可以較為清晰地識別熔結角礫凝灰?guī)r的展布。但在巖性復雜的地區(qū)，如滴西地區(qū)石炭系火山巖，利用地震識別火山巖巖性的空間展布則比較困難。

圖1 準噶爾盆地滴西地區(qū)古地貌平均振幅屬性立體圖

圖2 準噶爾盆地滴西地區(qū)火山巖密度和伽馬交會圖

3 火山巖儲層物性預測

火山巖儲層的研究，最終落腳點是儲層物性的優(yōu)劣?；鹕綆r物性測井解釋技術目前已經(jīng)取得不少成果，但通過地震預測火山巖儲層物性難度較大，其主要原因在于火山巖具有高速度、高密度的特點，導致火山巖頂面與沉積巖形成一個強反射界面，對火山巖體內(nèi)部的地震信號有較強的屏蔽作用，同時火山巖體內(nèi)部非均質(zhì)性強、不成層、波阻抗差異界面雜亂，使得火山巖體內(nèi)部反射復雜，地震數(shù)據(jù)成像處理難度大。

3.1孔隙度預測

測井識別火山巖孔隙度已有多種方法，在許多工區(qū)都取得了良好的效果。傳統(tǒng)方法主要在假定巖石骨架參數(shù)值不變的情況下，依據(jù)中子、聲波、密度常規(guī)測井曲線統(tǒng)計與孔隙度的相關性，計算火山巖孔隙度。核磁共振(NMR)技術受巖石骨架影響較小[27]，是計算孔隙度的有效方法，但含氣會導致核磁共振的孔隙度變小，進行密度校正的密度—核磁共振測井孔隙度解釋方法是目前較為準確的計算方法[28]。通過ECS測井獲得各元素信息，分析火山巖礦物成分，計算巖石骨架密度，將巖石骨架密度、體積密度和流體密度聯(lián)合建立孔隙度解釋模型也是較為精確的方法[29]。

利用地震資料預測碎屑巖的孔隙度已有很多成功的例子[30-32]，但火山巖孔隙度空間展布的預測目前國內(nèi)外研究的比較少。王英偉曾利用基于序貫指示模擬方法對長嶺斷陷火山巖儲層孔隙度進行模擬[33]。宋新民運用體控構造建模和震控屬性建模方法建立了火山巖雙重介質(zhì)儲集層的構造、骨架、基質(zhì)與裂縫物性參數(shù)模型[34]。本文綜合利用巖心、測井、地震等資料，對準噶爾盆地夏72井區(qū)和滴西14井區(qū)的火山巖孔隙度預測進行嘗試。夏72井區(qū)風城組底部火山巖巖性單一，為熔結角礫凝灰?guī)r。儲集空間主要為原生孔隙，氣孔發(fā)育程度和充填程度對地震振幅和波阻抗影響明顯。在地震上表現(xiàn)為一強軸，波阻抗與孔隙度之間擬合關系良好，可利用波阻抗數(shù)據(jù)體計算孔隙度(圖3)。需要注意的是，這個擬合公式只適用于風城組底部熔結角礫凝灰?guī)r，目的層段厚度約20 m，在地震上不足一個波長，在此范圍可以取得良好的效果，超出此范圍公式不再適用，甚至出現(xiàn)異常值。由此可見，利用統(tǒng)計規(guī)律計算孔隙度，目的層段范圍越小，計算越準確。

滴西14井區(qū)石炭系火山巖油氣藏為風化殼型儲層，巖性復雜，儲集空間類型為孔隙—裂縫雙重介質(zhì)，波阻抗與孔隙度相關系數(shù)低，直接利用波阻抗轉(zhuǎn)換孔隙度的方法在本區(qū)并不適用，而采用Jason軟件StatMod模塊，進行隨機模擬反演孔隙度，取得良好的應用效果(圖4)。

圖3 準噶爾盆地烏夏地區(qū)風城組火山巖孔隙度—波阻抗交會圖

3.2裂縫預測

火山巖本身并不能生烴，裂縫是溝通火山巖儲層重要的滲流通道，裂縫的發(fā)育程度很大程度上影響著油氣藏的形成與否[35]。裂縫識別技術在裂縫型火山巖儲層的預測中顯得極為重要。測井識別裂縫最有效和直觀的方法是成像測井。利用地震資料識別裂縫主要是利用斷裂或裂縫地震資料上引起的不連續(xù)性，主要的方法有相干分析技術[36]、方差分析技術[37]、曲率分析技術[34]、傾角和方位角分析技術、模型正演技術等。其中以相干分析最為常用和有效，目前相干分析技術已經(jīng)發(fā)展到第三代基于本征值的相干分析技術[38]。需要注意的是，通過對紅車斷裂帶和克九區(qū)南火山巖裂縫預測的研究，地震資料的精度并不能識別微小裂縫，相干、傾角等屬性圖上的不連續(xù)區(qū)域為小斷裂或者是裂縫群的綜合響應，因此地震資料進行裂縫預測只能定性預測裂縫發(fā)育區(qū)。

4 火山巖儲層流體預測

任何油氣藏的形成都要考慮生、儲、蓋、圈、運、保6個方面，分析火山巖油氣藏比常規(guī)碎屑巖油氣藏更為復雜，主要有以下幾個方面：(1)火山巖本身并不生烴，烴源巖與儲層的匹配關系更為復雜；(2)巖性巖相復雜，儲集空間類型多樣，儲層的非均質(zhì)性強，對儲層的綜合評價難度大；(3)火山巖對地震信號有較強的屏蔽作用，火山巖成層性差使得火山巖體內(nèi)部的反射雜亂，數(shù)據(jù)處理和解釋難度增大。其中最主要的是地震資料的品質(zhì)不能滿足精確識別流體的精度，尤其是疊前流體解釋技術的要求。在成層性較好，地震資料品質(zhì)相對較高的部分火山巖地區(qū)，已經(jīng)有疊前烴類檢測的應用[39]。但目前火山巖儲層流體預測的主流技術還是利用疊后地震資料，通過頻率衰減法預測流體分布。滴西14井區(qū)石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖天然氣富集，地震資料品質(zhì)中等，提取目標層的品質(zhì)因子屬性Q，對目的層進行含氣性檢測，取得了良好的應用效果(圖5)。

圖4 準噶爾盆地滴西地區(qū)孔隙度反演剖面

圖5 準噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系頂部火山巖品質(zhì)因子沿層屬性

5 結論

1)原生孔隙型儲層主要分布在各期火山巖的頂部，以溢流相為主，儲集物性隨著遠離火山口而變差，后期充填程度是影響儲集物性的關鍵；風化殼型儲層發(fā)育于各種巖性火山巖，儲集物性主要受古地貌和斷裂控制，古地貌高處和斷裂發(fā)育處物性較好；構造裂縫型儲層的物性和油氣產(chǎn)量不受頂面構造控制，受大斷裂控制。

2)火山儲層的綜合預測要在基礎地質(zhì)研究基礎上進行巖相巖性預測、物性預測和流體檢測。古地貌恢復基礎上的巖相預測是基礎，物性預測和流體檢測首先要對工區(qū)的資料品質(zhì)和巖石物理特征進行分析，確定預測的有效性和可行性。針對不同類型的火山巖儲層，預測重點和方法不同。

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(編輯葉德燎)

Featuresandcomprehensivepredictionofthreetypicalvolcanicrockreservoirs

Gao Bin1, Wang Weifeng1, Wei Pingsheng2, Pan Jianguo2, Li Fei1, Yi Zejun1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266555,China; 2.NorthwestBranchofResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Lanzhou,Gansu730020,China)

Volcanic rock reservoirs have become an important domain for oil and gas exploration; however, their development characters and accumulation theories are still far from perfect, and a mature exploration idea for volcanic reservoirs is demanded. The characters of volcanic reservoir at home and abroad are analyzed and the reservoir formation characters of three typical kinds of volcanic rock reservoir including primary pore reservoir, weathered crust reservoir and structural-fractured reservoir are summarized in this article. Combined with the exploration applications of four volcanic reservoir areas in the Junggar Basin and the characters of three typical reservoirs，a comprehensive exploration idea is proposed, which contains facies and lithologic prediction, physical parameter prediction and hydrocarbon detecting.

prediction; volcanic rock reservoir; volcanic rock accumulation; seismic reservoir learn of volcanic rock

1001-6112(2013)02-0207-06

10.11781/sysydz20130217

TE122.2+22

A

2012-06-06；

2013-02-04。

高斌(1986—)，男，博士，從事油氣儲層地質(zhì)、地震綜合預測技術和火成巖儲層等研究。E-mail：gaobin19860815@126.com。

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”) 項目“非均質(zhì)儲層預測方法”(2007CB209604)資助。