李慧瓊,郝世彥,任來義,蒲仁海,李東海,賈紅娟

(1.陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司 研究院,陜西 西安 710076;2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安 710069;3.延長油田股份有限公司 質(zhì)量監(jiān)督中心,陜西 延安 717200;4.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心,陜西 延安 717200)

引 言

隨著油氣勘探的深入,火山巖已經(jīng)成為重要的油氣儲層之一,并引起石油界和學(xué)者們的廣泛關(guān)注[1]。2017年在銀額盆地哈日凹陷Y5井鉆遇安山巖儲層,并獲得工業(yè)油氣流,指示以安山巖為主的火山巖油氣藏可能成為該區(qū)今后重要的勘探對象之一。目前,雖然有人研究了銀額盆地東部的查干凹陷的火山巖特征[2-4],也涉及到了一些哈日凹陷火山巖的年代學(xué)和地球化學(xué)方面的分析[5-6],但缺乏對產(chǎn)出油氣的下白堊統(tǒng)巴一段火山巖的特征、分布、儲層識別等研究。

巴音戈壁組中段即巴二段底部發(fā)育一套厚層暗色泥巖,為一套主力烴源巖層,具有厚度大、分布廣、有機碳含量高、熱演化程度高,凹陷中心生氣,凹陷邊緣生油等特征[7]。安山巖位于該套主力烴源巖層之下,僅鄰生烴凹陷分布,烴源供給充足,同時,凹陷斷裂發(fā)育,為油氣運移提供了良好的通道。此外,安山巖發(fā)育原生氣孔和節(jié)理[5],覆蓋在安山巖之上的凝灰?guī)r及沉凝灰?guī)r薄互層可成為良好的蓋層,油氣成藏期為晚白堊世及以后,火山巖有關(guān)圈閉的形成早于油氣成藏期[8]。因此,巴一段安山巖在油氣聚集、封蓋和保存能力方面都具有天然優(yōu)勢。但目前對該套安山巖的分布范圍及有效儲層特征、裂縫發(fā)育程度、有利區(qū)分布等認(rèn)識不清,以火山巖油氣藏為目標(biāo)的勘探遇到瓶頸。鑒于此,本文基于哈日凹陷腹部7口鉆井的巖心、測井、分析化驗等資料及153 km2高精度三維地震數(shù)據(jù),分析了哈日凹陷巴一段安山巖特征和有效儲層敏感參數(shù),識別火山口的位置及安山巖的分布,利用多種地震儲層預(yù)測方法對安山巖有利儲層區(qū)進行識別與評價,為下一步油氣勘探與開發(fā)提供可靠的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

銀額盆地位于塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞和華北4個板塊的交匯地帶,是在前寒武紀(jì)結(jié)晶地塊和古生代褶皺基底上發(fā)育起來的中生帶和古生代疊合盆地[9](圖1)。在晚侏羅-早白堊世沉積期間,受燕山構(gòu)造運動的影響,導(dǎo)致盆地內(nèi)地幔上涌和區(qū)域拉張斷陷活動增強,盆內(nèi)形成次一級隆坳相間的格局,形成包括蘇紅圖坳陷在內(nèi)7個坳陷和5個隆起(圖1)[10]。蘇紅圖坳陷位于盆地腹部縫合帶以北,可進一步劃分為一系列次凹和次凸等三級構(gòu)造單元。哈日凹陷位于蘇紅圖坳陷的西部,其東接巴布拉海凸起,南近宗乃山隆起,西連洪格爾吉山,北鄰蒙古國,整體東斷西超、北東向延伸[7]。該凹陷勘探主體為下白堊統(tǒng),從下到上地層劃分為巴音戈壁組(K1b)、蘇紅圖組(K1s)、銀根組(K1y),下白堊統(tǒng)地層主要為一套扇三角洲-湖泊沉積體系,局部夾火山巖沉積。其中,巴音戈壁組從下到上進一步劃分為巴一段(K1b1)、巴二段(K1b2)和巴三段(K1b3)[5](圖1d),火山巖主要發(fā)育在巴一段。

本次研究所涉及的三維工區(qū)位于哈日凹陷腹部,可劃分為西部緩坡帶、中央深凹帶和東部陡坡帶三個構(gòu)造帶[11](圖1)。本文研究的目的層為巴音戈壁組的巴一段,該層段巖石類型復(fù)雜,包括砂礫巖、砂泥巖、火山巖、碳酸鹽巖及過渡巖性,其中,火山巖的巖性主要為安山巖、凝灰?guī)r及沉凝灰?guī)r,還發(fā)育少量火山角礫巖。目前,已在Y5井巴一段(K1b1)的安山巖獲得天然氣產(chǎn)出,該井位于三維區(qū)以北1 km,儲層為孔隙-裂縫雙介質(zhì)儲集空間,上覆的火山碎屑沉積巖較為致密。本文重點研究三維區(qū)巴一段安山巖的識別及有利儲層分布的預(yù)測。

2 資料與方法

本次研究使用的數(shù)據(jù)包括哈日凹陷約153 km2高分辨率三維地震數(shù)據(jù)和凹陷內(nèi)7口井的巖心、鉆井、分析化驗等數(shù)據(jù)。安山巖相關(guān)的測試樣品選自Y3井、Y5井和Y8井,測試項目及數(shù)量包括10個樣品的薄片鑒定和10個樣品的孔隙度測定。所有井包含自然伽馬、電阻率、聲波時差、密度、中子等綜合測井曲線,采樣率0.125 m。三維地震數(shù)據(jù)完成了疊后高信噪比、高分辨率、高相對振幅保持處理,垂向采樣間隔為2 ms,目的層段主頻(f)約25 Hz。

研究表明本地區(qū)安山巖儲層主要控制因素為火山巖相、物性、斷裂。基于此,針對該套安山巖有效儲層定量預(yù)測的技術(shù)路線為：首先,通過測井資料,結(jié)合巖心觀察、薄片鑒定分析,確定安山巖的測井特征;其次,通過井震標(biāo)定、火山巖層的地震響應(yīng)特征分析,結(jié)合均方根振幅屬性、時間切片明確火山口位置,刻畫火山巖相分布;然后,基于巖心實測孔隙度,選取安山巖有效儲層的敏感參數(shù),擬合孔隙度計算公式,建立有效儲層識別閥值,在疊后孔隙度反演基礎(chǔ)上,圈定安山巖的有效儲層分布。用相干屬性進行斷縫帶預(yù)測。利用S變換分頻的振幅衰減屬性對有效儲層的含氣性進行檢測。最后,將多種方法預(yù)測的安山巖有利儲層區(qū)與安山巖層頂面構(gòu)造相結(jié)合,識別評價可能的安山巖有利含油氣圈閉。

圖1 銀額盆地研究范圍及哈日凹陷位置圖(修改自陳志鵬[11])Fig.1 Research scope of Yin’e basin and location of Hari sag (modified from Chen Zhipeng[11])

3 安山巖的識別

通過巖心觀察、巖石薄片鑒定等,將本區(qū)的火山巖巖石類型劃分為火山熔巖類、火山碎屑巖類和火山-沉積過渡巖類?；鹕饺蹘r類以安山巖為主,為本區(qū)的含油氣儲層,以下重點分析安山巖的巖石學(xué)特征及測井與地震響應(yīng)特征。

3.1 巖石學(xué)特征

在哈日凹陷緩坡帶Y3井、Y8井和深凹帶Y5井的巴一段均鉆遇厚層安山巖,呈灰色、淺灰色,具有斑狀結(jié)構(gòu)、玻基交織結(jié)構(gòu),呈塊狀產(chǎn)出,具氣孔、杏仁構(gòu)造(圖2(a)、圖2(b))。安山巖發(fā)育大量氣孔,主要為圓形或橢圓形,大小不一,一般在1～5 mm,分布不均勻,含量少的占5%～10%,多的占40%～50%,主要被方解石和長石充填為杏仁體,少數(shù)則充填石英、絹云母(圖2(c)和圖2(d))。薄片鑒定顯示,安山巖的斑晶以斜長石為主,含少量角閃石等暗色礦物,基質(zhì)主要為玻璃質(zhì)和微晶,玻璃質(zhì)呈?；豢椊Y(jié)構(gòu)或間隱結(jié)構(gòu),微晶斜長石圍繞斑晶或氣孔平行排列(圖2)。此外,在緩坡帶邊緣的Y2井和深凹帶的Y1井鉆遇薄層的凝灰?guī)r和安山巖。

圖2 哈日凹陷下白堊統(tǒng)安山巖巖心與薄片照片F(xiàn)ig.2 Core images and micrographs of Lower Cretaceous andesite in Hari sag

3.2 測井識別

從碎屑巖和火山巖中識別出安山巖是對安山巖儲層研究的關(guān)鍵。本次通過對巖心及薄片鑒定已明確為安山巖層段的測井響應(yīng)特征分析,結(jié)合鄒才能[1]、王璞珺[12]對火山巖相的研究,將研究區(qū)火山巖層垂向上劃分為上、下兩段,下段發(fā)育溢流相的厚層安山巖,上段發(fā)育爆發(fā)相與火山沉積相(圖4)。溢流相是指火山熔巖從火山口噴出地表后,在自身重力和后續(xù)巖漿持續(xù)的推動下向低洼處緩慢流動,隨著溫度降低逐漸冷凝固結(jié)而形成的噴出熔巖[13-14]。由于放射性物質(zhì)含量低,安山巖的自然伽馬值較低,一般值在70～80 API,呈微齒箱型,密度值較高,一般大于2.75 g/cm3(圖3)。連井對比圖(圖3)可知,塊層安山巖主要發(fā)育在火山巖層的下段,分布在Y7和Y3井所在的緩坡帶,沉積厚度大,Y7井附近可達200 m,向東部陡坡帶近岸水下扇的砂礫巖區(qū)尖滅。圖3還表明,Y4井巴一段的砂礫巖與Y3井和Y7井巴一段的安山巖具有相似的自然伽馬值特征,即低值和箱型,但安山巖的密度值較砂礫巖的高,圖4測井交匯圖也可看出安山巖的密度值較大,大于2.75 g/cm3,可用于區(qū)別安山巖與砂礫巖。此外,泥巖和凝灰?guī)r及沉凝灰?guī)r自然伽馬值都較高,一般大于100 API,此特征可區(qū)別安山巖與上下地層(圖3和圖4)?；鹕綆r層的上段為爆發(fā)相與火山沉積相,巖性為凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r及火山角礫巖。

圖3 哈日凹陷Y2井—Y7井—Y3井—Y1井—Y4井鉆井連井剖面Fig.3 Well profile of Y2 well-Y7 well-Y3well-Y1 well-Y4 well in Hari sag

圖4 巴一段火山巖與沉積巖測井參數(shù)交匯圖Fig.4 Logging parameter cross-plots of volcanic and sedimentary rocks in 1st member of Bayingebi formation

總體而言,巴一段火山巖主要發(fā)育在中部,可劃分為上下兩段,下段安山巖厚度大,分布局限,向緩坡帶邊緣和深凹帶尖滅;上段為火山碎屑巖、凝灰?guī)r與火山-沉積過渡巖的混合沉積,厚度較下段安山巖稍微減薄,但分布范圍較安山巖大,隨著靠近緩坡帶的扇三角洲和陡坡帶的近岸水下扇陸源碎屑物增多,火山碎屑巖減少,火山巖尖滅?？傮w上研究區(qū)下白堊統(tǒng)火山噴發(fā)具有“先溢流后爆發(fā)”的特征。

3.3 地震識別

火山巖相由于所處空間位置及其巖石組合特征存在差異,因此,不同火山巖相的地震響應(yīng)特征不同,主要表現(xiàn)為形態(tài)和振幅方面的差異[15]。根據(jù)井震標(biāo)定結(jié)果,巴一段火山巖層的頂面和底面均具有強振幅連續(xù)反射特征(圖5),內(nèi)部也具有明顯的上下兩段結(jié)構(gòu),下段溢流相具有弱振幅斷續(xù)透鏡狀或?qū)訝畹卣鹣?上段爆發(fā)相具有強弱相間斷續(xù)層狀地震相,火山沉積相具有強振幅連續(xù)層狀地震相;火山中心的火山通道相具有雜亂反射丘狀,且依附斷層延伸。此外,溢流安山巖的地震響應(yīng)隨著厚度的增大,逐漸形成弱振幅或空白反射(圖5)。陡坡帶火山巖周緣的近岸水下扇砂礫巖(見圖5(f))具有弱振幅特征,與塊層安山巖具有相似的地震反射特征,與火山巖層為同時異相沉積?；鹕綆r層上覆為淺湖相的砂泥互層夾薄層砂巖和半深湖-深湖相泥巖,砂泥互層具有層狀連續(xù)反射和強弱相間振幅特征,泥巖具有層狀反射和強振幅特。根據(jù)地震相特征,可利用地震剖面對火山巖相進行精細刻畫(圖6)。

圖5 火山巖的地震響應(yīng)特征Fig.5 Seismic response characteristics of volcanic rocks

圖6 火山巖相剖面Fig.6 Section of volcanic lithofacies

3.4 安山巖的分布

火山巖的分布與到火山口的距離有關(guān),通常從火山口向外依次發(fā)育有火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、火山沉積相?；鹕娇谥饕l(fā)育在構(gòu)造高部位和斷裂帶[16]。通過地震屬性、相干、疊后反演等方法,結(jié)合火山巖相模式的指導(dǎo)[1,12],可綜合預(yù)測火山巖相及安山巖的分布特征。

在火山巖層下段均方根振幅屬性圖上(圖7(a)),弱振幅范圍即代表溢流安山巖的分布范圍,內(nèi)部發(fā)育的環(huán)帶狀振幅強弱相間區(qū)為火山通道相,周緣中強振幅范圍為爆發(fā)相區(qū)域,強振幅為火山沉積相區(qū)域。將火山巖層下段均方根振幅屬性圖(圖7(a))與2 130 ms振幅切片屬性圖(圖7(b))相結(jié)合,可以識別出近火山口的6個環(huán)帶狀結(jié)構(gòu),呈串珠狀分布,環(huán)帶內(nèi)部振幅強弱相間,剖面上則呈雜亂反射。圖7(c)為火山巖相分布預(yù)測結(jié)果,結(jié)合火山噴發(fā)前古地貌圖(圖7(d))可知火山巖的分布與古地貌相關(guān)?；鹕娇谥饕挥诰徠聨7井所在軸向帶的斷裂帶和Y8井所在的局部構(gòu)造高點,火山口周緣早期發(fā)育溢流相,向緩坡帶的局部低洼帶和凹陷中心延伸,晚期演化為凝灰?guī)r為主,范圍較溢流相增大,但厚度較薄?？拷枷葸吘夒S著陸源碎屑巖的增多,過渡為火山沉積相?？傮w而言,火山巖由西部緩坡帶向東部深凹帶延伸,火山巖的分布與火山噴發(fā)前古地貌特征及斷裂分布相關(guān)。

圖7 安山巖的分布預(yù)測及與古地貌的關(guān)系Fig.7 Prediction of andesite distribution and its relationship with palaeogeomorphology

此外,根據(jù)安山巖的弱振幅特征,在8位三維地震數(shù)據(jù)體最大振幅127的情況下,提取振幅小于70的巴一段弱振幅厚度,扣除扇三角洲厚層砂礫巖的弱振幅區(qū)域即可得到安山巖時間厚度。通過鉆井約束和時深轉(zhuǎn)換,即可得到安山巖厚度圖(圖7(e))。從安山巖厚度圖可知,安山巖厚度主要為50～200 m,Y8井及Y7和Y3井所在的火山口附近厚度大為150～200 m,向西南地區(qū)及周緣逐漸減薄,且向西部的扇三角洲和東南地區(qū)的近岸水下扇地區(qū)尖滅。

4 儲層綜合預(yù)測

巴一段10塊安山巖巖心孔隙度主要分布在3～10.18%,平均為7.76%,滲透率主要集中在(0.01～2.36)×10-3μm2,平均為1.15×10-3μm2,屬于低孔、低滲—特低滲儲層。安山巖的儲集空間類型主要包括孔隙和裂縫兩大類?？紫额愋桶ㄔ紫逗痛紊紫?原生孔隙主要是氣孔,可見油斑顯示(圖2(c)),次生孔隙主要是杏仁體溶蝕孔和晶內(nèi)溶蝕孔。此外,研究區(qū)下白堊統(tǒng)時期斷裂較為發(fā)育,斷裂帶附近發(fā)育的構(gòu)造裂縫將原生氣孔互相連通起來,改善儲層物性。因此,次生溶蝕孔形成后與安山巖中的氣孔和裂縫共同組成了安山巖儲層的儲集空間。基于巖心實測孔隙度數(shù)據(jù),建立孔隙度與聲波測井AC之間的關(guān)系,計算測井孔隙度。開展測井約束疊后孔隙度反演。

4.1 反演孔隙度

不同巖性的火山巖或同一巖性不同地質(zhì)條件下的火山巖有效儲層敏感參數(shù)和判別標(biāo)準(zhǔn)不同,確定有效儲層敏感參數(shù)和參數(shù)下限值是有效儲層預(yù)測的關(guān)鍵所在[17]。通過實測孔隙度數(shù)據(jù)與物性相關(guān)測井曲線的擬合,發(fā)現(xiàn)聲波時差與實測孔隙度擬合后顯示較好相關(guān)性(圖8(a))。因此,聲波時差為安山巖有效儲層的敏感參數(shù),且含氣安山巖的聲波時差大于232 μm/s,孔隙度Φ>6%,為本次識別安山巖有效儲層的下限。基于聲波時差擬合孔隙度,用測井約束的孔隙度反演方法,得到疊后孔隙度反演體,對安山巖層段提取孔隙度大于6%的厚度,可得到安山巖有效儲層厚度平面分布圖(圖8(b))。由圖8(b)可知,安山巖有效儲層在Y2井以南及Y8井附近的構(gòu)造高部位較厚,可達100 m,向西南地區(qū)Y3和Y7井一帶低洼帶厚度減薄,呈條帶狀分布。

4.2 斷縫預(yù)測

裂縫為火山巖儲層的重要儲集空間和滲流通道,是溝通氣孔和改善儲層物性的關(guān)鍵因素,因此,裂縫預(yù)測對指導(dǎo)火山巖油氣勘探具有重要意義[18]。地震預(yù)測斷裂及裂縫主要是基于地震同相軸的不連續(xù)性,常用疊后相干、曲率、傾角、方位角、落差、最大似然體、螞蟻體追蹤等方法來識別[18-20]。

本次利用相干體及水平切片技術(shù)進行斷縫預(yù)測,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)斷裂發(fā)育北東向或北北東向兩組,由控制凹陷邊界的一級斷裂F01、凹陷內(nèi)部的二級斷裂F02和F03,和其他規(guī)模較小個三級斷裂組成(圖9)。圖9(a)為沿火山巖層頂面的傾角屬性,可見圖中紅色區(qū)域為斷裂發(fā)育區(qū),同時代表斷裂的傾角大,斷距大。圖9(b)高相干值成片分布的黑灰色區(qū)域斷縫不發(fā)育,紅黃色網(wǎng)狀低相干值區(qū)域為斷縫發(fā)育區(qū)。圖9(b)顯示安山巖加厚區(qū)的斷縫較周邊更為發(fā)育,且除北北東主要延伸方向外,還存在其他方向的斷縫,這可能與安山巖相對于其他巖性脆性較大,斷縫與節(jié)理更發(fā)育等有關(guān)[21]。

圖9 火山巖斷縫預(yù)測Fig.9 Fracture prediction of volcanic rocks

4.3 含氣性檢測

前人研究表明,當(dāng)?shù)貙又泻?、氣、水時,能引起地震波的散射和地震能量的衰減,尤其當(dāng)儲層孔隙富含氣時,地層地震波中高頻能量衰減比低頻能量衰減更快,造成地震頻譜高頻能量降低,低頻能量占優(yōu)[22-24]。基于以上理論基礎(chǔ),頻譜分解技術(shù)聯(lián)合地震吸收衰減屬性成為利用地震信息進行含油氣性檢測的重要手段[22]。頻譜分解是將地震數(shù)據(jù)從時間域變換到頻率域,方法有傅里葉變換、短時傅里葉變換、小波變換等,由于小波變換及S變換算法受時窗影響較小,應(yīng)用較多[25]。

本次研究選用S變換譜分解方法,將原始時間域數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換為5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz頻率域數(shù)據(jù)體,計算與廣義低頻伴影有關(guān)的衰減異常。圖10(a)表明,Y8井含氣層在10 Hz頻率體地震剖面上能量較強,在15 Hz頻率體地震剖面上能量變?nèi)?即10 Hz頻率體為安山巖儲層提前能量衰減的頻率體。圖10(b)所示的高振幅差為正值的黃色到紅粉色區(qū)域為振幅衰減異常區(qū),即含油氣性檢測的有利區(qū),都位于火山口附近,且Y8井所在的火山口附近振幅差最大,表明該區(qū)物性及含油氣性好。

圖10 火山巖層含油氣性檢測Fig.10 Detection of oil-gas content in volcanic rocks

4.4 有利勘探區(qū)帶優(yōu)選

試油氣結(jié)果表明,巴一段發(fā)育兩類儲層,分別是主力烴源巖層之下的砂巖儲層與火山巖中的安山巖儲層,都屬于近源成藏型。如在Y5井3 248～3 253 m井段的安山巖儲層獲得天然氣產(chǎn)出;在Y8井的2 136～2 170 m段巖心裂隙中見油斑與油跡,解釋油氣層厚度10 m。因此,安山巖為該區(qū)火山巖勘探的有利目標(biāo)。

根據(jù)以上安山巖反演孔隙度、斷縫分布及含氣檢測結(jié)果,疊合安山巖層頂面構(gòu)造圖可優(yōu)選安山巖儲層有利成藏區(qū)(圖11)。哈日凹陷緩坡帶與溢流安山巖相關(guān)的圈閉發(fā)育有4個,類型主要為構(gòu)造圈閉和構(gòu)造-巖性圈閉,圈閉均與斷塊或斷鼻構(gòu)造相關(guān)。同時,Ⅰ號、Ⅱ號和Ⅲ號圈閉都緊鄰生烴凹陷分布,斷裂發(fā)育,其中,Ⅳ號圈閉雖然與生烴凹陷有一定距離,但位于火山口附近,火山巖物性較好,早白堊世巴二段底部泥巖生成的油氣,經(jīng)斷裂和裂縫溝通,易于到達緩坡帶的斷鼻斷塊區(qū)的安山巖儲層(圖12)。綜合而言,Y8井所在的I號圈閉位于火山口附近,儲層物性最好,有效火山巖儲層厚度可達80～100 m,含氣性檢測振幅衰減幅度也最大,為安山巖有利成藏區(qū)。

圖11 巴一段安山巖有效儲層綜合預(yù)測評價圖Fig.11 Comprehensive prediction and evaluation diagram of effective reservoir of andesite in 1st member of Bayingebi formation

圖12 安山巖油氣成藏模式圖Fig.12 Hydrocarbon accumulation pattern of andesite

5 結(jié) 論

(1)哈日凹陷巴一段火山巖層垂向上可劃分為上、下兩段,下段為塊層安山巖,上段為凝灰?guī)r、火山碎屑巖和過渡巖性。塊層安山巖的自然伽馬曲線值較低,呈微齒箱型,地震剖面上具有空白-弱振幅,低丘-透鏡狀形態(tài),易與上段火山巖區(qū)別。

(2)根據(jù)火山通道相及安山巖的地震響應(yīng)和屬性特征,識別出火山口位置及安山巖分布范圍?；鹕娇谥饕鼐徠聨ё呦驍嗔殉蚀闋罘植?剖面上呈雜亂反射,安山巖在火山口附近加厚,最大厚度約200 m,沿凹陷緩坡帶北東向展布。

(3)哈日凹陷安山巖儲層屬于孔隙-裂縫型儲層。根據(jù)火山口和安山巖分布、孔隙度反演、斷縫分布、含氣檢測及火山巖層頂面構(gòu)造圖,優(yōu)選Y8井所在的圈閉為有利目標(biāo)區(qū)。該區(qū)位于火山口附近,緊鄰生烴凹陷,有效儲層厚度大,斷縫發(fā)育,油氣成藏潛力最好。