高 斌，付興深，楊國濤，李玉存，張敬藝

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

?

南堡5號構(gòu)造火成巖地質(zhì)特征及識別技術(shù)

高 斌，付興深，楊國濤，李玉存，張敬藝

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

南堡5號構(gòu)造火成巖發(fā)育區(qū)是油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域，但火成巖識別面臨巖性復(fù)雜、蝕變嚴(yán)重、井眼垮塌、儲層橫向變化快等難題。利用巖心、薄片資料確定了南堡5號構(gòu)造火成巖的類型及特征，利用常規(guī)測井分析、FMI圖像資料、ECS地層元素俘獲測井方法分3步進(jìn)行巖性測井解釋：通過自然伽馬與ECS元素曲線交會識別法識別砂巖、泥巖、玄武質(zhì)火成巖、流紋質(zhì)火成巖；通過鐵鈦交會圖識別法識別出玄武質(zhì)凝灰?guī)r和流紋質(zhì)凝灰?guī)r；利用成像測井識別技術(shù)識別玄武巖、玄武質(zhì)角礫巖、流紋巖、流紋質(zhì)角礫巖。最后，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震多屬性分析技術(shù)對火成巖與砂巖儲層空間展布特征進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測火山熔巖的符合率為100%，預(yù)測火山碎屑巖的符合率為73.3%，預(yù)測砂巖儲層的符合率為80.9%。研究結(jié)果對南堡5號構(gòu)造火成巖油氣勘探開發(fā)具有一定的借鑒意義。

火成巖；南堡5號構(gòu)造；測井；地震屬性分析；巖性識別

0 引 言

南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷的東北部，是一個發(fā)育在走滑構(gòu)造帶中的中新生代小型富烴凹陷[1-2]。南堡5號構(gòu)造位于南堡凹陷的西南部，屬于斷背斜構(gòu)造帶。第三系巖漿作用頻繁，局部裂陷型火山活動與區(qū)域伸展擴(kuò)張型火山活動并存[3]，火成巖分布范圍廣、厚度大、類型多，火成巖油氣藏和砂巖油氣藏發(fā)育[4-5]，是該區(qū)油氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。該區(qū)火成巖巖性識別面臨諸多難題，不僅制約了火成巖油氣藏的勘探，也制約了砂巖油氣藏的勘探。主要表現(xiàn)在：火成巖巖性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，利用單一手段難以識別；火成巖縱向期次多、橫向變化快，與碎屑巖接觸關(guān)系復(fù)雜，同時發(fā)育過渡類型巖石；火成巖礦物成分普遍存在蝕變現(xiàn)象，蝕變對測井曲線特征有不同程度的影響；火成巖屏蔽作用與非均質(zhì)性導(dǎo)致地震資料品質(zhì)差，用單一地震屬性預(yù)測火成巖與砂巖分布較困難。

針對南堡5號構(gòu)造深層油氣勘探面臨的難題，利用巖心、錄井、分析化驗、測井、地震等資料，對不同類型火成巖地質(zhì)特征進(jìn)行分析歸納，利用測井方法對火成巖巖性進(jìn)行了識別，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震多屬性分析技術(shù)對火成巖的平面展布進(jìn)行識別，形成了一套火成巖綜合預(yù)測技術(shù)，為油田進(jìn)一步開展深層巖性油氣藏勘探工作提供了技術(shù)支持。

1 火成巖分類與特征

通過對研究區(qū)72口井的錄井、巖心、薄片、掃描電鏡資料進(jìn)行分析，得出該區(qū)火成巖主要分為火山熔巖、火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖三大類，以火山熔巖為主，中間夾有厚度不等的火山碎屑巖?；鹕饺蹘r按化學(xué)成分可分為玄武巖和流紋巖?；鹕剿樾紟r按粒徑和化學(xué)成分可分為玄武質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、玄武質(zhì)角礫巖和流紋質(zhì)角礫巖?；鹕剿樾汲练e巖可分為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖和凝灰質(zhì)泥巖。東部以基性火成巖為主，主要包括玄武巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r、玄武質(zhì)角礫巖，在玄武巖的頂部和底部發(fā)育流紋質(zhì)凝灰?guī)r。西部以酸性火成巖為主，包括流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)角礫巖，也發(fā)育少量基性玄武巖。

1.1 火山熔巖類

1.1.1 玄武巖

玄武巖質(zhì)地堅硬，構(gòu)造裂縫發(fā)育，多為黑色、褐黑色或黑綠色，以塊狀構(gòu)造、氣孔—杏仁構(gòu)造為主。以斑狀結(jié)構(gòu)為主，基質(zhì)間有間隱結(jié)構(gòu)和間粒結(jié)構(gòu)。晶體成分主要為斜長石，其次為各類輝石、橄欖石，石英晶體極少，基質(zhì)為中基性斜長石微晶、輝石微晶、隱晶質(zhì)和玻璃質(zhì)。研究區(qū)內(nèi)玄武巖存在不同程度的蝕變，主要為綠泥石化和方解石交代(圖1a、b)，玄武巖分布范圍較廣，典型井段為NP5-80、NP5-81井沙一段。

圖1 南堡5號構(gòu)造火成巖薄片及巖心特征

1.1.2 流紋巖

流紋巖顏色較淺，多為灰色和灰白色，發(fā)育塊狀構(gòu)造、流紋構(gòu)造、氣孔—杏仁構(gòu)造，見氣孔或杏仁體沿流紋條帶定向分布。結(jié)構(gòu)以斑狀結(jié)構(gòu)為主，基質(zhì)具球粒結(jié)構(gòu)。晶體成分以石英、正長石和微斜長石為主，斑晶發(fā)育較好，呈圓形、橢圓形或不規(guī)則狀，基質(zhì)為斜長石微晶、隱晶質(zhì)、玻璃質(zhì)(圖1c、d)。流紋巖主要分布在該區(qū)西部，典型井段為NP5-4、

NP5-96井沙一段。

1.2 火山碎屑巖

1.2.1 玄武質(zhì)凝灰?guī)r

玄武質(zhì)凝灰?guī)r顏色較深，多為黑色、褐黑色，具有塊狀構(gòu)造，有一定成層性，表現(xiàn)為正相序，碎屑粒度由深至淺變小，反映巖漿活動能量逐漸變?nèi)酢＝Y(jié)構(gòu)以凝灰結(jié)構(gòu)為主，成分主要為巖屑、晶屑和火山塵，巖屑主要為黑色玄武巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r，晶屑主要為針狀長石晶體。薄片中見斜長石晶體絹云母化，?；姀?qiáng)烈伊利石化和綠泥石化(圖1e、f)。玄武質(zhì)凝灰?guī)r分布較廣，典型井段如NP5-82井沙一段。

1.2.2 流紋質(zhì)凝灰?guī)r

流紋質(zhì)凝灰?guī)r顏色多為深灰色，表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造，有一定成層性，具有假流動構(gòu)造，表現(xiàn)為塑性玻屑、塑性巖屑拉長圍繞剛性巖屑呈半環(huán)繞狀。具有凝灰結(jié)構(gòu)，有些具有熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，碎屑物質(zhì)主要為玻屑、晶屑、火山塵，玻屑脫?；癁殚L英質(zhì)，后絹云母化(圖1g、h)。流紋質(zhì)凝灰?guī)r主要分布在該區(qū)西部，典型井段如NP5-4井沙一段。

1.2.3 玄武質(zhì)火山角礫巖

玄武質(zhì)火山角礫巖顏色混雜，玄武質(zhì)火山角礫粒徑為2～53 mm，分選較差，磨圓程度低，具有火山角礫結(jié)構(gòu)和斑雜結(jié)構(gòu)，火山角礫邊緣有蝕變作用，薄片中，氣孔充填綠泥石，有不規(guī)則熔孔(圖1i)。角礫具有自碎的特征，說明火山角礫經(jīng)受風(fēng)化剝蝕，在固結(jié)壓實過程中出現(xiàn)物理破碎(圖1j)，典型井段為B5及NP5-96井沙一段。

1.2.4 流紋質(zhì)火山角礫巖

流紋質(zhì)火山角礫巖顏色較淺，以灰色和淺黃色為主，角礫粒徑為4～11 mm，分選中等，磨圓程度中等，原始輪廓仍可見。具有火山角礫結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具有似球粒結(jié)構(gòu)，薄片中見石英、長石斑晶，基質(zhì)以長英質(zhì)為主，氣孔較發(fā)育，有未充填、半充填和全充填，充填成分為硅質(zhì)(圖1k、l)。典型井段為NP5-4及NP5-96井沙一段。

1.3 火山碎屑沉積巖

火山碎屑沉積巖是火山碎屑巖向正常碎屑巖的過渡巖石，正常碎屑物質(zhì)大于50%，火山碎屑物質(zhì)為10%～50%，具有水流搬運(yùn)和水化學(xué)膠結(jié)成巖的特點(diǎn)，有成層性，層理清楚，磨圓顆粒與棱角碎屑共存，一般為遠(yuǎn)火山口相沉積，主要分為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖和凝灰質(zhì)泥巖。

2 火成巖與碎屑巖測井巖性識別

火成巖化學(xué)成分、礦物及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于常規(guī)測井手段分辨率的限制，利用常規(guī)測井手段精確識別火成巖巖性困難[6-7]。而且，研究區(qū)大部分井采用欠平衡鉆井，部分井段井眼垮塌比較嚴(yán)重，直接影響到常規(guī)測井曲線和FMI圖像的質(zhì)量，部分井段FMI圖像不能清楚地反映地層的真實信息。同時，薄片資料證實該區(qū)玄武巖往往存在著不同程度的蝕變，包括綠泥石化(泥化)、鈣化和硅化，這些蝕變大大影響了國際上通用的TAS模版在該區(qū)的適用性，加大了火成巖識別難度。

基于該區(qū)實際資料情況，綜合利用巖心、薄片分析、常規(guī)測井分析、FMI成像技術(shù)、地層元素俘獲測井技術(shù)(ECS)等方法對該區(qū)72口井進(jìn)行巖性判別。

2.1 自然伽馬與ECS元素曲線交會識別法

通過自然伽馬與ECS元素曲線交會識別基性火成巖、酸性火成巖、砂巖、泥巖。針對研究區(qū)內(nèi)新鉆井多為欠平衡鉆井，影響了中子、密度、聲波等常規(guī)測井曲線質(zhì)量的問題，充分利用受垮塌影響較小的自然伽馬和ECS測井資料，開展自然伽馬與硅含量交會分析，區(qū)分火山巖和沉積巖，同時將火山巖分為基性和酸性。研究區(qū)某些井在大段玄武巖上下發(fā)育凝灰質(zhì)砂巖，偏酸性，在交會圖上介于砂巖和流紋質(zhì)火山巖之間(圖2)。

圖2 火山巖與沉積巖分類圖版

2.2 鐵鈦交會圖識別法

由于該區(qū)火成巖蝕變嚴(yán)重，火山巖的蝕變在常規(guī)測井曲線上有明顯反映：玄武巖的綠泥石化或泥化往往使得電阻率明顯下降、中子增大、聲波增大、密度減小。大段玄武巖頂、底電阻率升高的主要原因是宏觀上充填裂縫的方解石晶體逐漸增多和微觀上更強(qiáng)烈的方解石交代作用，而整套玄武巖均有較強(qiáng)烈的綠泥石化。

針對礦物成分蝕變影響火山巖巖性識別的難題，通過多次嘗試，利用鐵鈦交會圖準(zhǔn)確識別火山凝灰?guī)r。圖3是多口井多種巖性的鐵鈦交會圖。研究區(qū)常見的6種火山巖分為2個大類，一類為酸性火山巖，另一類為基性火山巖。對于基性火山巖，玄武質(zhì)凝灰?guī)r主體分布于玄武巖主體的上方，而玄武質(zhì)火山角礫巖則分布于玄武巖的左下方；對于酸性火山巖，流紋質(zhì)凝灰?guī)r分布于流紋巖右上方，但與流紋質(zhì)火山角礫巖難以區(qū)分，大部分重疊在一起。

圖3 不同類火山巖鐵鈦交會圖

2.3 FMI成像測井識別法

利用FMI成像測井技術(shù)，進(jìn)一步識別流紋質(zhì)火山角礫巖、流紋巖、玄武質(zhì)火山角礫巖、玄武巖。ECS或常規(guī)曲線在原理上來說，反映的是巖石的組分，無法準(zhǔn)確反映巖石的結(jié)構(gòu)，熔巖與角礫巖不易區(qū)分，而FMI成像測井能較為清楚地觀測巖石結(jié)構(gòu)[8]，二者在識別火山巖巖性方面具有互補(bǔ)作用。研究中主要應(yīng)用FMI圖像和巖心薄片以及巖心實物來細(xì)分熔巖和火山角礫巖。在進(jìn)行了大量的測井曲線、FMI圖像和薄片照片間的對比后，在該區(qū)建立起了玄武巖、玄武質(zhì)角礫巖、流紋巖和流紋質(zhì)角礫巖的巖性識別圖版(圖4)。

3 火成巖與砂巖儲層平面分布預(yù)測

南堡5號構(gòu)造深層儲層主要為下第三系沙河街組的火成巖和砂巖，其沉積相主要為三角洲前緣、三角洲前緣分支河道。火成巖的分布和沉積相帶的變化是影響儲集層發(fā)育的重要因素之一，因此，利用地震資料識別火成巖的空間展布是進(jìn)行火成巖和砂巖儲層勘探的前提。

圖4 利用FMI圖像和薄片資料細(xì)分火山巖巖性圖版

地震屬性是地震波對地下介質(zhì)巖性、物性、含油氣性等因素的綜合響應(yīng)，是預(yù)測火成巖分布的有效手段[9-10]。但不同地區(qū)不同參數(shù)的屬性對儲集體描述能力參差不齊，單一屬性在不同地區(qū)描述巖性與儲層的可靠性差異較大，這是由于影響地震屬性的地質(zhì)因素較多，削弱了其在特定地質(zhì)目標(biāo)上的反映。通過相對比較獨(dú)立的屬性參數(shù)之間的互相“融合”會更為準(zhǔn)確地描述地下地質(zhì)特征[11]。因此，研究中采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多屬性分析技術(shù)，對該區(qū)火成巖和砂巖儲層分布進(jìn)行預(yù)測，共分以下4個步驟。

(1) 根據(jù)各種地震屬性參數(shù)對火成巖和砂巖儲集層反映敏感性的不同，針對沙河街組火成巖和砂巖的地震地質(zhì)條件，分層次、分階段對目的層段用不同的時窗提取和篩選了瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率、均方根振幅、主頻、半幅能量、地震弧長等19種地震屬性。

(2) 通過交會和分析不同的屬性組合來尋找自然分類，通過地質(zhì)認(rèn)識確定最可能的分類過程。

(3) 利用最佳的無監(jiān)督分類、初始的最合適屬性和最可能被檢測出的巖石分組，測試有監(jiān)督分類方法、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)。再次將結(jié)果與井信息進(jìn)行對比，確定獲得最合理結(jié)果的方法、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)。

(4) 針對不同的屬性組合重復(fù)測試最佳監(jiān)督方法，將最佳結(jié)果同井?dāng)?shù)據(jù)和井間地震解釋數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，估算分類精度。

針對不同層段進(jìn)行地震相分類，優(yōu)選出每個層段最佳的地震屬性組合，識別出5套火成巖，并對砂巖儲層分布進(jìn)行了預(yù)測。以第1套火成巖分布為例，選取地震數(shù)據(jù)的最小振幅、最大能量、瞬時頻率、瞬時相位和反演波阻抗數(shù)據(jù)的最大振幅5種屬性，分為3類地震相(圖5)。通過地質(zhì)分析認(rèn)為，1類紫紅色區(qū)域為玄武巖發(fā)育區(qū)，2類藍(lán)色區(qū)域為火山碎屑巖發(fā)育區(qū)，3類黃色區(qū)域為砂巖相對發(fā)育區(qū)。通過對該區(qū)12口探井鉆井結(jié)果與5套火成巖與砂巖儲層分布圖進(jìn)行對比，預(yù)測火山熔巖的符合率為100%，預(yù)測火山碎屑巖的符合率為73.3%，預(yù)測砂巖儲層的符合率為80.9%。依據(jù)綜合預(yù)測結(jié)果，完成了該區(qū)火成巖分布，明確有利儲層分布面積為28 km2。優(yōu)選北12X1區(qū)塊為下步勘探開發(fā)潛力區(qū)，該區(qū)塊南部和西部受火成巖側(cè)向遮擋，砂體面積為6 km2，部署NP5-11井，獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流。研究成果為南堡5號構(gòu)造的井位部署提供了依據(jù)，為控制儲量整體升級及有效動用奠定了良好基礎(chǔ)，新建產(chǎn)能為5×104t。

圖5 第1套火成巖與砂巖儲層平面分布

4 結(jié) 論

(1) 南堡5號構(gòu)造火山巖巖石類型主要包括玄武巖、流紋巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、玄武質(zhì)角礫巖、流紋質(zhì)角礫巖，是典型的雙峰式火山巖，其中，基性火成巖分布在研究區(qū)的中東部，酸性火成巖主要分布在研究區(qū)西部。

(2) 通過自然伽馬與ECS元素曲線交會識別法、鐵鈦交會圖識別法、FMI成像測井識別法3個步驟，對研究區(qū)72口井的巖性進(jìn)行了準(zhǔn)確識別，識別結(jié)果與分析化驗結(jié)果吻合度較高。

(3) 通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震屬性分析技術(shù)，識別了5套火成巖與砂巖儲層的平面展布，為該區(qū)的老井復(fù)查和進(jìn)一步油氣勘探提供了技術(shù)支撐。

[1] 李三忠，索艷慧，戴黎明，等.渤海灣盆地形成與華北克拉通破壞[J].地學(xué)前緣， 2010，17(4)：64-89.

[2] 李三忠，索艷慧，周立宏，等.華北克拉通內(nèi)部的拉分盆地：渤海灣盆地黃驊坳陷結(jié)構(gòu)構(gòu)造與演化[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)，2011，41(5)：1362-1379.

[3] 董月霞，夏文臣，周海民.南堡凹陷第三系火山巖演化序列研究[J].石油勘探與開發(fā)，2003，30(2)：24-26.

[4] 王政軍，馬乾，趙忠新，等. 南堡凹陷深層火山巖天然氣成因與成藏模式[J].石油學(xué)報，2012，33(5)：772-780.

[5] 肖軍，KAMAYE Tourba，王華，等. 渤海灣盆地南堡凹陷火山巖特征及其有利成藏條件分析[J].地質(zhì)科技情報，2004，23(1)：52-56.

[6] 莊東志，周鳳鳴，司兆偉，等.南堡5號構(gòu)造深層火山巖巖性測井識別技術(shù)[J].斷塊油氣田，2011，18(6)：743-745.

[7] 范宜仁，朱學(xué)娟，鄧少貴，等.南堡5號構(gòu)造火山巖巖性識別技術(shù)研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27(4)：1640-1647.

[8] 張瑩，潘保芝，印長海，等.成像測井圖像在火山巖巖性識別中的應(yīng)用[J].石油物探，2007，46(3)：288-293.

[9] 劉登明，郭翔，朱峰，等.地震屬性分析在三塘湖盆地火山巖儲層預(yù)測中的應(yīng)用[J].特種油氣藏，2011，18(4)：14-18.

[10] 徐穎新，尚華，李秀珍，等.火山巖地震解釋技術(shù)在松遼盆地長嶺斷陷深層天然氣勘探中的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探，2008，43(增刊1)：63-68.

[11] 汪勇，陳學(xué)國，王月蕾，等.疊后多屬性分析在哈山西石炭系火山巖裂縫預(yù)測中的應(yīng)用研究[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2014，29(4)：1772-1779.

編輯 劉兆芝

20150825；改回日期：20160912

“十二五”國家油氣重大專項“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05006-06)、“渤海灣盆地黃驊坳陷灘海開發(fā)技術(shù)示范工程”(2011ZX05050)

高斌(1986-)，男，工程師，2008年畢業(yè)于山東科技大學(xué)地球物理學(xué)專業(yè)，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事儲層預(yù)測與火成巖綜合研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.003

TE122.2

A

1006-6535(2016)06-0011-05