劉恭利，韓自軍，段新意，甄宗玉

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459）

0 引言

火成巖的發(fā)育可以促進深部烴源巖的成熟，還可以改善儲集層的物性和含油氣性，在有些儲層發(fā)育地層內(nèi)還能夠起到側(cè)向封堵的作用?；鸪蓭r較為發(fā)育的地區(qū)其構(gòu)造往往十分復雜，再加上火山通道對地層的改造作用，使得資料的采集與處理都存在很大的困難［1-2］。渤海海域南部B油田是近幾年新發(fā)現(xiàn)的大型油田，地處郯廬斷裂與張蓬斷裂交接處。由于渤海灣盆地古近系的構(gòu)造運動是多旋回與多成因機制疊置的幕式演化過程，東營組沉積時期經(jīng)歷了裂陷Ⅲ字幕，構(gòu)造應(yīng)力等因素的影響使得該油田在東營組沉積時期有多期巖漿活動，廣泛發(fā)育火成巖［3-6］。該區(qū)域內(nèi)的火成巖地震波速度以高速為主，對目的層構(gòu)造成圖及后續(xù)井位部署及油田開發(fā)都有很大影響，因此準確刻畫火成巖發(fā)育厚度及橫向范圍十分關(guān)鍵。同時，渤海南部東營組火成巖是以多期噴發(fā)的溢流相為主，單層厚度較?。ê穸龋? m），多以薄互層形式存在，橫向變化大。預(yù)測這種薄互層形式的火成巖的凈厚度非常困難，主要有2個原因：①實際厚度小于1/4波長，地震視厚度往往大于實際厚度；②凈毛比在橫向上存在變化。

很多學者針對不同區(qū)域火成巖的地質(zhì)現(xiàn)象進行了詳細分析與探討，涉及火山機構(gòu)的鑒別、火山機構(gòu)的形成機制以及不同火山巖的地震響應(yīng)特征等方面［7］，張玉芬［8］認為薄互層的單層厚度和組合結(jié)構(gòu)均是決定反射波和頻譜特性的主要因素。孫淑艷等［9］嘗試預(yù)測薄互層形式下的砂泥巖的有效厚度，建立不同凈毛比條件下雙層不等厚砂巖模型，分析并突破了模型中2層砂巖厚度必須相等的局限。針對火成巖厚度的刻畫研究卻相對較少。

利用實際井鉆遇的火成巖參數(shù)建立一系列模型，分別分析單層厚度、組合結(jié)構(gòu)以及凈毛比這3種影響薄互層火成巖振幅響應(yīng)特征的因素，確定主控因素，根據(jù)實際子波正演求取振幅與主控因素之間的線性關(guān)系，并結(jié)合約束稀疏脈沖反演對渤海B油田薄互層形式的火成巖的凈厚度進行預(yù)測，以期精確研究薄互層火成巖對下伏地層產(chǎn)狀的影響程度。

1 火成巖巖相特征

火成巖的成因具有多樣性，不同成因類型對應(yīng)不同巖相的火成巖。火成巖的巖相劃分有利于識別不同巖相的發(fā)育規(guī)律，揭示火山的噴發(fā)旋回和多期火成巖的組合關(guān)系。黃玉龍等［10］將火山巖相劃分為噴發(fā)相、次火山巖相和火山通道相，并包含有多種火山亞相；Cas等［11］根據(jù)火成巖的物源及搬運方式的不同，將火山巖相劃分為熔巖流相、火山碎屑巖相、火山碎屑沉積相、凝灰?guī)r相和火山灰相等；金伯祿等［12］按火山物質(zhì)搬運方式將火山巖分為4種巖相11種亞相，包括爆發(fā)相、噴崩及噴溢相、侵出及潛火山相和噴發(fā)—沉積相；謝家瑩等［13］通過對中國東南大陸中生代火山的研究，將火成巖劃分為13種巖相，包括噴溢相、爆發(fā)空落相、火山碎屑流相、爆溢相、基底涌流相、火山泥石流相、噴發(fā)沉積相、火山頸相、侵出相、潛火山相、隱爆角礫巖相、侵入相、火山湖相；王璞珺等［14］通過對松遼盆地火成巖的研究，根據(jù)成因和可識別性將火成巖劃分為5種巖相及15種亞相。

渤海B油田在多個斷塊內(nèi)均有鉆井，目前已有11口預(yù)探井，除2口淺層井外，其余井在不同斷塊內(nèi)均不同程度地鉆遇火成巖。該構(gòu)造古近系經(jīng)歷多期火山噴發(fā)，通過對區(qū)域構(gòu)造演化史及已鉆井錄井資料的分析，該油田火成巖巖相可以劃分為爆發(fā)相、溢流相、侵入相、火山沉積相以及火山通道相等5種主要的巖相（圖1）。根據(jù)不同層段火成巖的錄井、地化資料分析，東營組發(fā)育的火成巖主要為溢流相玄武巖、爆發(fā)相凝灰?guī)r和火山沉積相的沉凝灰?guī)r，目的層東三段內(nèi)部火成巖相對較少，主要為局部存在的侵入相輝綠巖，火山通道相縱向變化大，通道內(nèi)巖性復雜，主要沿裂隙分布，剖面直立倒三角特征較明顯。

圖1 溢流相和火山通道相火成巖剖面特征Fig.1 Seismic section of overflow and volcanic vent facies igneous rocks

圖2為目的層段內(nèi)井上鉆遇火成巖的速度-密度交會圖，爆發(fā)相的凝灰?guī)r和火山沉積相的沉凝灰?guī)r的速度為2 700～3 500 m/s，與砂泥巖的速度2 600～3 800 m/s基本上重疊在一起，密度為2.15～2.55 g/cm3，這類巖性的火成巖在地震剖面上顯示為低頻低振幅的反射特征，與正常砂泥巖的反射特征存在一致性，在剖面上識別困難［15］，但與正常沉積巖相類似的速度特征，對后續(xù)的構(gòu)造成圖的校正工作影響不大。溢流相的玄武巖和侵入相的輝綠巖地震波則表現(xiàn)為高速度高密度的特征，與正常沉積巖特征有明顯區(qū)別，速度為4 200～5 800 m/s，密度為2.50～2.85 g/cm3，在剖面上表現(xiàn)為中頻強振幅平行反射，連續(xù)性較好，以玄武巖為主，這一巖相的火成巖速度較高，如果在構(gòu)造成圖的工作中不考慮其影響，將會帶來較大的誤差。

圖2 目的層內(nèi)的火成巖速度與密度交會圖Fig.2 Crossplot of velocity and density of igneous rocks in the target zone

溢流相的玄武巖有明顯的高阻抗特征，在剖面上具有較好的可識別性［16］，但其單層厚度往往小于5 m，大多以薄互層形式存在。這種薄互層火成巖是由于火山不同期次的噴發(fā)與溢流導致，在多個薄層之間往往夾雜有砂泥巖，在零相位地震剖面上對應(yīng)于一組波峰波谷反射。將其火成巖及沉積巖總體厚度定義為毛厚度，而單層火成巖累計的厚度與毛厚度的比值定義為火成巖凈毛比。同時，從已鉆井來看，薄互層毛厚度大部分在1/4波長范圍內(nèi)，一個反射波組往往對應(yīng)2～3個單層火成巖，甚至更多，因此在毛厚度和凈毛比相對穩(wěn)定的情況下，單層火成巖與沉積巖之間的組合關(guān)系定義為火成巖組合結(jié)構(gòu)，也應(yīng)該作為振幅響應(yīng)特征分析的因素之一。不同的毛厚度、組合結(jié)構(gòu)和凈毛比的情況下，火成巖剖面響應(yīng)可能具有較明顯的差異，為了驗證這3種因素對火成巖的地震響應(yīng)的影響，通過建立多種模型進行分析影響薄互層響應(yīng)振幅的主控因素。

2 不同因素對薄互層火成巖地震反射振幅的影響分析

錄井及測井資料均顯示，低速度低密度的火山沉積相和爆發(fā)相火成巖通過地震手段難以刻畫，而高速度高密度的溢流相和侵入相火成巖在地震上能夠識別［17-18］。頻譜分析認為渤海B油田目的層段東營組主頻在18 Hz左右，對于4 200～5 800 m/s的高地震速度火成巖，其可識別厚度為58～80 m。對于單層火成巖的振幅響應(yīng)，實際鉆探的火成巖厚度要遠遠小于地震分辨率，不同厚度間的組合結(jié)構(gòu)也比較復雜，單層主要集中在0～15 m，以5 m以內(nèi)的薄層為主，其中分布最廣泛的玄武巖厚度也多為薄層，火成巖互層形式的毛厚度與凈毛比又有差異，須要分析不同組合結(jié)構(gòu)下的火成巖響應(yīng)機理。分別考慮薄互層形式下的火成巖互層組合結(jié)構(gòu)、毛厚度與凈毛比3種因素對其響應(yīng)振幅和響應(yīng)時間厚度的影響，以下模型中火成巖的速度為5 000 m/s，密度為2.70 g/cm3，背景速度為 3000 m/s，密度為 2.30 g/cm3。

2.1 組合結(jié)構(gòu)的影響

為了研究火成巖薄互層組合結(jié)構(gòu)對響應(yīng)振幅的影響，通過建立5個不同模型進行正演分析［圖3（a）］，這5個模型的毛厚度均為30 m，火成巖凈毛比均為 0.8，組合厚度分別為（22 m，2 m）、（18 m，6 m）、（12 m，12 m）、（6 m，18 m）和（2 m，22 m），顯示了5種不同組合結(jié)構(gòu)下的火成巖響應(yīng)振幅和時間厚度，其中組合厚度為（22 m，2 m），是上厚下薄的特征，而組合厚度為（2 m，22 m）時，正好與之相反，中間3個模型上下厚度相差逐漸減少，變化趨勢基本上可以反映從早期到晚期火成巖的噴發(fā)次數(shù)逐漸增多、相當和逐漸減少的情況。以響應(yīng)振幅的最大值和相移剖面的時間厚度作為最終的統(tǒng)計結(jié)果，如圖3（b）所示，組合結(jié)構(gòu)不同，振幅為23 000～31 000，時間厚度為20～23 ms，變化均較小。因此可知，在1/4波長的范圍內(nèi)，當毛厚度和凈毛比固定不變時，薄互層火成巖的組合結(jié)構(gòu)對振幅響應(yīng)的影響較小。

圖3 不同組合形式下火成巖模型及其振幅響應(yīng)特征Fig.3 Igneous rock model and amplitude response characteristics under different combinations

2.2 毛厚度的影響

對于毛厚度的影響分析，通過建立薄互層楔狀體的正演模型，分別選取凈毛比α=1.0，α=0.8，α=0.5，α=0.2 共 4 個楔狀體進行正演分析［圖 4（a）］。

如圖4（b）所示，幾個薄互層形式下的火成巖楔狀體都有類似響應(yīng)特征。當火成巖凈毛比較小的時候，毛厚度的增加對振幅的影響較小，隨著火成巖占比的增加，毛厚度的增加對振幅的影響也相應(yīng)增大。通過井震對比統(tǒng)計可知，已鉆井的互層火成巖的時間厚度主要為14.4～32.0 ms，當凈毛比為0.2～0.8時，由火成巖毛厚度引起的振幅變化量要小于凈毛比變化所帶來的振幅變化量，在這種情況下，振幅響應(yīng)的主控因素應(yīng)該是火成巖的凈毛比，因此通過振幅值的大小推測凈毛比的變化是可行的。

2.3 凈毛比的影響

圖4 4種凈毛比條件火成巖模型及其振幅響應(yīng)特征Fig.4 Forward modeling under four kinds of igneous rock ratio and their amplitude response characteristics

在渤海B油田火成巖的發(fā)育規(guī)律下，為了分析凈毛比對振幅的影響，選擇毛厚度保持H=50 m不變，組合結(jié)構(gòu)也相同的5層火成巖互層模型［圖5（a）］，其凈毛比分別為α=0.24，α=0.40，α=0.56，α=0.72，α=0.88，并選取多井標定提取的地震子波進行正演。如圖5（b）所示，隨著凈毛比的增加，火成巖響應(yīng)振幅從6 000逐漸增大到32 000，振幅變化大，而且隨著凈毛比的增大，響應(yīng)振幅和對應(yīng)的時間厚度都隨之增大，凈毛比與振幅呈正相關(guān)關(guān)系。同時，當凈毛比小于30%時，其振幅響應(yīng)很弱，利用振幅對火成巖進行剖面的識別較困難。

圖5 相同毛厚度、不同凈毛比條件下火成巖模型及其振幅響應(yīng)規(guī)律Fig.5 Igneous rock model under same thickness and different igneous rock ratios and amplitude response

通過精確井震標定，利用所有已鉆井提取得到綜合子波，以上所有模型的正演分析均采用井震標定所提取的綜合子波，其子波振幅能量與實際地震振幅能量相當。對振幅與凈毛比的關(guān)系進行線性擬合，得到如下公式

式中：A為薄互層火成巖的響應(yīng)振幅；N為火成巖凈毛比。

在明確了振幅與凈毛比之間的關(guān)系后，再提取待預(yù)測的薄互層火成巖厚度所對應(yīng)的振幅，利用兩者之間的關(guān)系就可以求取不同振幅響應(yīng)下的火成巖凈毛比，進而可以用來計算火成巖的凈厚度。

3 薄互層火成巖厚度的預(yù)測

組合結(jié)構(gòu)對薄互層火成巖振幅響應(yīng)的影響較小，在1/4波長內(nèi)，主要的振幅影響因素在于火成巖的凈毛比，區(qū)域范圍內(nèi)的凈毛比可以通過振幅與凈毛比之間的擬合關(guān)系求得。實際應(yīng)用中，為了獲得目的層段不同期次的火成巖凈毛比，通常采用層序地層方法劃分出不同期次的火成巖，采用合適的時窗來提取各個期次火成巖響應(yīng)的最大振幅值屬性，根據(jù)振幅與凈毛比的關(guān)系可以求取各期次火成巖凈毛比的平面分布（圖6）。

圖6 多期噴發(fā)的火成巖最大振幅屬性分布（紅色代表火成巖分布）Fig.6 Distribution of maximum amplitude attributes of igneous rocks of multi-stage eruption

常規(guī)求取火成巖厚度時，通常是借用區(qū)域時深關(guān)系進行估算，得到的厚度受區(qū)域時深關(guān)系的精度影響較大，而且沒有經(jīng)過凈毛比的約束，預(yù)測厚度往往比實際厚度大。

為了得到各個期次火成巖的厚度，采用約束稀疏脈沖反演對目的層段內(nèi)的火成巖進行描述，得到各期火成巖的時間厚度［圖7（a）］。火成巖速度可以利用井上統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到，利用該速度求取各期火成巖的毛厚度，將火成巖凈毛比與毛厚度相乘可得各個時期火成巖的凈厚度。圖7（b）為渤海B油田范圍內(nèi)目的層段內(nèi)的火成巖凈厚度的平面分布圖，紅色區(qū)域代表了火成巖發(fā)育程度。

圖7 火成巖反演剖面（火成巖阻抗閾值黃色顯示）及厚度平面分布Fig.7 Inversion section and thickness prediction of igneous rocks

將研究區(qū)內(nèi)5口已鉆井鉆遇火成巖（溢流相玄武巖）厚度的預(yù)測精度進行對比（表1），利用凈毛比約束下的火成巖凈厚度預(yù)測精度得到不同程度提高。已知Well_1和Well_2鉆遇同一套玄武巖，鉆井資料顯示W(wǎng)ell_1實際鉆遇的這套玄武巖厚度是26.7 m，采用常規(guī)方式求取的厚度為36.3 m，而用約束稀疏脈沖反演方法預(yù)測的厚度是25.1 m，在該井附近的Well_2實際鉆遇厚度為29.1 m，常規(guī)方式求取的厚度為33.2 m，采用約束稀疏脈沖反演方法預(yù)測的厚度是28.2 m，預(yù)測精度有較大的提高（圖8）。

從對比結(jié)果可看出，利用地震視厚度計算薄互層火成巖的厚度會使得計算結(jié)果偏大，利用凈毛比與響應(yīng)振幅之間的關(guān)系作為控制條件可提高薄互層厚度預(yù)測的精度。精確的火成巖厚度對后續(xù)構(gòu)造成圖工作和開發(fā)階段的井位設(shè)計都有較大的支持。

表1 已鉆井鉆遇玄武巖火成巖厚度預(yù)測精度Table 1 Predicted thickness of igneous rock with drilled basalt

圖8 不同方式預(yù)測的火成巖厚度Fig.8 Thickness of igneous rocks predicted by two methods

4 結(jié)論

（1）渤海B油田在古近系目的層段內(nèi)廣泛發(fā)育火成巖，其中溢流相玄武巖和侵入相輝綠巖具有高速度高密度的特征。

（2）通過分析3種影響薄互層火成巖振幅響應(yīng)的因素，認為在毛厚度一定的情況下，火成巖凈毛比對薄互層地震響應(yīng)有較大影響，是振幅響應(yīng)的主控因素。

（3）通過實際子波的正演分析，擬合出凈毛比和火成巖響應(yīng)振幅的線性關(guān)系，利用兩者之間的關(guān)系作為約束條件，結(jié)合稀疏脈沖反演對渤海B油田火成巖厚度進行了預(yù)測。實際應(yīng)用效果表明，相對傳統(tǒng)估算火成巖厚度的方式，該方法能有效提高火成巖厚度的預(yù)測精度。