王朝鋒， 王紅平， 邵大力， 張勇剛， 李 東

(杭州地質(zhì)研究院,杭州 310023)

0 引言

桑托斯盆地位于巴西東南部海上，面積約3.27*105km2，水深為0 m～3 200 m, 油氣成藏條件優(yōu)越，形成鹽上、鹽下-鹽上和鹽下三個主要的成藏組合[1]，油氣資源豐富，截止到2014年底，桑托斯盆地鹽下共發(fā)現(xiàn)79油田，探明油氣總可采儲量超過400*108桶[2-3]。

S油田位于巴西桑托斯盆地東北部，勘探目標為鹽下成藏組合，主要的目的層是白堊系巴雷姆階(Barremian)Baravelha組灰?guī)r，主要巖性為疊層石微生物灰?guī)r和鮞?；?guī)r，垂向厚度大，橫向分布廣[4-5]。但是隨著勘探的深入，在目的層段鉆遇多套火成巖，巖性復(fù)雜，橫向分布規(guī)律性差，預(yù)測難度大；另一方面由于受到火成巖的高溫烘烤作用，碳酸鹽巖儲層物性變差，厚度變薄，使得碳酸鹽巖儲層描述的變得困難，影響勘探部署，因此筆者從鉆井和測井入手，利用地震技術(shù)展開火成巖的識別研究，尋找火成巖的分布規(guī)律，指導(dǎo)井位優(yōu)選。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 桑托斯盆地地層柱狀圖Fig.1 Stratigraphic column of santos basin

桑托斯盆地形成于岡瓦納大陸裂解和自南向北南大西洋張開時期，為典型的被動大陸邊緣盆地[6-7]。盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了裂谷期、過渡期和后裂谷期3期，與之相對應(yīng)的三套沉積地層分別是下白堊統(tǒng)歐特里夫階(Hauterivian)-下阿普特階(Aptian)火山巖、湖相碎屑巖和碳酸鹽巖(介殼石灰?guī)r和疊層石灰?guī)r組成)，中-上阿普特階蒸發(fā)巖(硬石膏和鹽巖)，以及下白堊統(tǒng)阿爾布階(Albian)海相碳酸鹽巖和上白堊統(tǒng)賽諾曼階(Cenomanian)—新生界海相碎屑巖和碳酸鹽巖[8-9](圖1)。桑托斯盆地鹽下構(gòu)造主要受控于基底斷裂，隆起帶近北東-南西走向,分為東西兩個條帶[10-11](圖2)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鹽下油氣田均位于東部隆起帶上，這是因為該區(qū)域既是古地貌高部位，也是鹽巖發(fā)育區(qū)，能夠形成較好蓋層，有利于油氣成藏，研究區(qū)S油田位于該區(qū)帶的北部。

圖2 桑托斯盆地鹽下構(gòu)造剛要及主要油氣田分布圖Fig.2 Distribution of presalt structure units and main oil-gas fields in santos basin

前人研究認為桑托斯盆地經(jīng)歷四期火山活動，分別是凡蘭吟階(Valanginian)-歐特里夫階、阿普特階、三冬階(Santonian)-坎潘階(Campanian)和始新世[12-14]，其中凡蘭吟階-歐特里夫階火山活動最強，規(guī)模最大，形成大量的拉斑玄武巖、堿性玄武巖和火山沉積巖，為桑托斯盆地鹽下構(gòu)造的形成奠定了基礎(chǔ)[15]，始新世火成巖分布也比較廣，主要為侵入相[16]，研究區(qū)鉆遇的火成巖位于阿普特階地層中，Baravelha組上部發(fā)育一套侵入巖為輝綠巖，形成時間大約在70 Ma，對應(yīng)區(qū)域上的火山巖形成時期是三冬階(Santonian)-坎潘階(Campanian)；Baravelha組下部和Itapema組內(nèi)部發(fā)育多套噴發(fā)巖，為拉斑玄武巖，形成時間大約在113 Ma，對應(yīng)區(qū)域上的火山巖形成時期是阿普特階。

2 火成巖的巖電特征

研究區(qū)火成巖是普遍存在的，S油田共部署了9口探井，其中有7口井鉆遇到了火成巖，這些火成巖在平面上分布不均勻，厚薄差異較大。鉆井發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育侵入巖和噴發(fā)巖，侵入巖位于目的層頂界，厚度相對較薄，變化快，幾米至幾十米不等，顏色為暗灰色，顯晶質(zhì)，長石和輝石斑晶，整體比較堅硬，平均孔隙度小于3%，鑒定結(jié)果為輝綠巖； 玄武巖主要位于目的層的下部，暗灰色，隱晶質(zhì)，偶見輝石斑晶，局部可見孤立的杏仁孔，很少見到裂縫，整體比較堅硬，在核磁測井上具有低孔低滲的特點，平均孔隙度小于5%，薄片觀察晶體以長石微晶為主，局部可見長石斑晶，基質(zhì)以隱晶的玻璃質(zhì)為主，微晶可見燕尾結(jié)構(gòu)，指示快速冷卻，杏仁氣孔多被碳酸鹽和石英充填，指示為噴發(fā)溢流相[17]。

噴發(fā)巖和侵入巖在電測曲線上特征不同，伽馬曲線值是泥巖>輝綠巖>玄武巖>碳酸鹽巖；電阻率曲線上，輝綠巖和碳酸鹽巖都表現(xiàn)為高值特征，而玄武巖電阻率值相對較??；火成巖的聲波曲線值相對于碳酸鹽巖略小，密度值大，特別是輝綠巖的聲波速度基本在6 000 m/s，玄武巖聲波速度在5 200 m/s，而碳酸鹽巖的聲波速度基本在4 700 m/s～5 200 m/s之間，三者的密度分別是2.85 g/cm3、2.74 g/cm3、2.48 g/cm3～2.72 g/cm3。

3 火成巖地震預(yù)測

研究區(qū)發(fā)育兩類火成巖類型：輝綠巖和玄武巖，由于二者的巖石類型和發(fā)育位置不同，所以巖石物性和電性特征也有所差異，表現(xiàn)在地震上的波組特征就有所區(qū)別。對于相對薄層、高速的輝綠巖主要采用地震屬性分析方法進行預(yù)測，而對于厚層的噴發(fā)玄武巖主要采用地震相技術(shù)與地震切片技術(shù)相結(jié)合的手段進行識別。

3.1 侵入巖地震預(yù)測

輝綠巖的速度和密度均大于碳酸鹽巖，在地震剖面上表現(xiàn)為強振幅，由于厚度較薄，一般位于相鄰的波峰-波谷之間，并且火成巖厚度越大，頻率越低，也就是波峰-波谷的時間厚度變大，如果輝綠巖的厚度接近或者超過一個波長的厚度，就會出現(xiàn)復(fù)波的現(xiàn)象，如圖3所示，黃色虛線為根據(jù)鉆井結(jié)果預(yù)測的侵入巖的剖面位置，B井的輝綠巖厚度為43 m，強振幅，單個同相軸，而A井的火成巖厚度達到83 m，波峰-波谷之間出現(xiàn)了新的同相軸。因此輝綠巖形成的位置振幅強，頻率低，在道積分剖面更加容易識別。

圖3 過井地震剖面Fig.3 Seismic profile of well A and B(a)常規(guī)疊加地震剖面；(b)道積分剖面

圖4 輝綠巖預(yù)測平面圖Fig.4 Distribution of prediction diabase(a)時間厚度(波峰-波谷)；(b)均方根振幅屬性(時窗50 ms)

根據(jù)單井和地震剖面比較分析，通過軟件提取目的層頂界以下50 ms的均方根振幅和波峰-波谷的時間厚度，輝綠巖發(fā)育的位置時間厚度較大，以黃色、紅色和綠色為代表，(圖4(a))；同樣的位置均方根振幅能量強，以黃色、紅色和綠色為代表，(圖4(b))，綜合振幅屬性和時間厚度刻畫侵入巖分布范圍，如圖4所示。預(yù)測的結(jié)果顯示研究區(qū)發(fā)育三個長條形的侵入巖，并且長軸方向與斷層的走向一致，近斷層發(fā)育。

3.2 噴發(fā)巖的地震預(yù)測

研究區(qū)的噴發(fā)巖巖性主要是玄武巖，厚度較大，火成巖段厚度一百米至幾百米不等，從火山機構(gòu)的觀點進行分析，S油田的噴發(fā)巖一般具有層狀火山機構(gòu)的特征，如圖5所示，從下往上包括火山巖通道、爆發(fā)相和溢流相?；鹕綆r作為異常體與正常沉積地層的地震反射特征不同，并且形成噴發(fā)巖的不同位置在地震剖面上反射特征也有所差異，因此利用地震相分析技術(shù)可以進行大套噴發(fā)巖的剖面識別?；鹕綆r通道相在地震剖面往往表現(xiàn)為空白反射，兩側(cè)地層由于受到巖漿的擠壓，產(chǎn)狀一般表現(xiàn)為上超，上方爆發(fā)相則表現(xiàn)為弱反射相，隱約可以識別出一些同相軸，兩翼則是雜亂發(fā)射相的溢流相，火成巖和碳酸鹽巖相互疊置，局部形成強反射，其中C井巖心已證實為溢流相的玄武巖，火山多期噴發(fā)，間歇期沉積碳酸鹽巖地層。

圖5 噴發(fā)巖地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristic of extrusive rock

圖6 火山口地震切片(5 600 ms)Fig.6 Seismic slice of crater(5 600 ms)

利用地震解釋軟件在火山口位置進行時間切片的瀏覽，發(fā)現(xiàn)火山口位置地震反射以空白相或者弱反射相為特征，向四周表現(xiàn)為強反射的同相軸(圖6)。研究發(fā)現(xiàn)火山口形成的位置一般也是斷層發(fā)育的位置，推測噴發(fā)巖的形成是地下巖漿順著這些斷裂由下而上運移，在地表噴發(fā)所形成的。

可見大套厚層噴發(fā)巖段由于其地震相與正常沉積地層有所差異，所以可以借助地震相分析技術(shù)在剖面上對火山機構(gòu)進行描述，并且結(jié)合時間切片技術(shù)預(yù)測火山通道相和溢流相的平面分布范圍，從而達到預(yù)測噴發(fā)巖的目的。

4 火成巖的發(fā)育模式

圖7 油田火山發(fā)育模式圖Fig.7 Development model of igneous rock

火成巖的形成與斷裂有關(guān)，斷裂溝通了深部巖漿與淺部地層，是斷陷構(gòu)造格局中穩(wěn)定性最薄弱的地方，活動性強的斷裂帶就成為了深部巖漿活動主要通道[18]。研究區(qū)在裂谷期形成多條深入基底的大斷裂，這些斷裂活動既控制了當時的沉積地貌，也是火山爆發(fā)一個原因，使得深部的巖漿上涌，在巖層薄弱的環(huán)節(jié)侵入，形成侵入巖，或者直通地表形成噴發(fā)巖(圖7)。巖漿沿斷層上移首先在斷層位置形成火山通道，再向上噴發(fā)至地表，快速堆積形成爆發(fā)相的火山巖，當斷層上方的巖漿堆積到一定厚度時，由于受到重力和地形的影響，未固結(jié)的巖漿會向四周擴散流動，越遠巖漿厚度會越薄，當火山活動停止時，側(cè)翼的低洼部位就會沉積碳酸鹽巖地層，這樣循環(huán)反復(fù)就可以形成火成巖和碳酸鹽巖互層地層，向兩側(cè)逐漸過渡為正常沉積地層。

當后期由于受到構(gòu)造運動，斷裂再次開啟時，火山活動隨之爆發(fā)，巖漿就會沿斷裂再次向上運移，在地層相對薄弱的地方侵入，形成侵入巖，如圖7所示，70 Ma相當于坎潘階，也就是在盆地的后裂谷期發(fā)生了巖漿流動，巖漿在鹽下主要的去處是Baravelha上部，淺層侵入。

5 結(jié)論

通過鉆井資料和地震數(shù)據(jù)的分析，從巖石類型到電測曲線，再到地震的研究思路，分析研究區(qū)的火成巖地震反射特征，并提出可靠的預(yù)測技術(shù)，總結(jié)火成巖發(fā)育模式，有效地指導(dǎo)S油田的井位部署。

1)研究區(qū)發(fā)育兩類火成巖類型，侵入巖和噴發(fā)巖，侵入巖主要位于目的層上部，相對薄層、高聲波速度；噴發(fā)巖位于在Baravelha組下部或者Itapema組，厚層，聲波速度跨度較大。

2)侵入巖在地震剖面上表現(xiàn)為強振幅低頻特征，通過地震屬性和時間厚度能夠有效地預(yù)測輝綠巖的平面分布；大套噴發(fā)巖在地震相上和碳酸鹽巖地層不同，利用地震相技術(shù)和時間切片的手段能夠識別噴發(fā)巖體的分布范圍。

3)研究區(qū)火成巖的形成與深大斷裂有關(guān)，斷裂為巖漿提供通道，火成巖分布在斷裂兩側(cè)，離斷層越近厚度越大，因此井位部署應(yīng)該盡量避免靠近斷裂。