巖漿巖三維精細(xì)刻畫
——黃河口凹陷南斜坡渤中34-9油田的發(fā)現(xiàn)*

郭 濤 楊 波 陳 磊 楊海風(fēng) 王孝轅 劉慶順 涂 翔

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

巖漿巖三維精細(xì)刻畫
——黃河口凹陷南斜坡渤中34-9油田的發(fā)現(xiàn)*

郭 濤 楊 波 陳 磊 楊海風(fēng) 王孝轅 劉慶順 涂 翔

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

黃河口凹陷南斜坡渤中34-9構(gòu)造區(qū)歷經(jīng)30年勘探一直沒有獲得突破，究其原因，主要是區(qū)內(nèi)巖漿巖分布對下伏地層地震反射能量產(chǎn)生屏蔽作用，導(dǎo)致構(gòu)造落實(shí)程度較低，對巖漿巖發(fā)育規(guī)律及控藏作用認(rèn)識不清。通過地震、地質(zhì)綜合研究與巖漿巖三維精細(xì)刻畫，獲得了以下認(rèn)識及成果：①渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖火山主噴發(fā)時(shí)間為東營組沉積時(shí)期，圍區(qū)東營組巖漿巖巖性主要為玄武巖；火山活動總體表現(xiàn)為多期噴發(fā)、區(qū)域式噴發(fā)特點(diǎn)，在漸新世晚期噴發(fā)強(qiáng)度最大，且主要以夏威夷型火山噴發(fā)模式為主；主要由火山通道相、溢流相、爆發(fā)相3類亞相組成，其中溢流相分布最為廣泛。②方差屬性對火山通道相極為敏感，均方根振幅屬性對溢流相較為敏感，基于此對火山通道和溢流巖漿的刻畫采取了不同的地震數(shù)據(jù)拾取方式，并通過數(shù)據(jù)體拼接，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)巖漿巖火山通道相、溢流相空間展布的三維定量表征。③巖漿巖發(fā)育區(qū)封蓋條件優(yōu)越，可以聯(lián)合斷層進(jìn)行側(cè)封；火山通道相巖漿巖會占據(jù)一定儲層空間，但是借助精細(xì)刻畫可以規(guī)避鉆探風(fēng)險(xiǎn)；巖漿巖發(fā)育早于主成藏期，不會破壞晚期油氣藏。④巖漿巖發(fā)育區(qū)可能是協(xié)助斷層封堵、解決南斜坡側(cè)封不利的優(yōu)勢區(qū)帶，據(jù)此提出了靠近巖漿巖布井的思路，從而有效指導(dǎo)了渤中34-9構(gòu)造區(qū)的勘探部署，并首次在渤海海域發(fā)現(xiàn)了巖漿巖下的大中型優(yōu)質(zhì)油氣田。

黃河口凹陷南斜坡；渤中34-9構(gòu)造區(qū)；巖漿巖；三維精細(xì)刻畫；溢流相；成藏影響；大中型優(yōu)質(zhì)油氣田

1953年，委內(nèi)瑞拉拉帕斯油田獲得商業(yè)產(chǎn)能，引起了業(yè)界對巖漿巖油氣藏的重視。目前世界上已發(fā)現(xiàn)300多個和巖漿巖有關(guān)的油氣藏，以早期大型侵入體油氣藏較為常見[1-2]，且?guī)r漿巖儲層分布范圍廣、噴發(fā)期次少、厚度較大、易識別刻畫。然而，新生代晚期噴發(fā)的巖漿巖研究難度較大，針對“巖漿巖+被巖漿巖所攪擾的碎屑巖”形成的復(fù)雜地質(zhì)體的勘探成功案例較少，這是因?yàn)橥砥趪姲l(fā)的巖漿巖噴發(fā)期次多、單層厚度薄、碎屑巖混雜特征雜亂、刻畫困難，且涉及油氣成藏條件多樣，遠(yuǎn)超出常規(guī)儲層研究的范疇[3-6]。

渤中34-9構(gòu)造區(qū)位于黃河口凹陷東洼南部斜坡帶上(圖1)。從20世紀(jì)80年代起，渤中34-9構(gòu)造區(qū)歷經(jīng)30年的對外合作及自營勘探均未獲得突破(2012年之前沒有鉆井)，僅在圍區(qū)發(fā)現(xiàn)渤中35-2、渤中34-6、34-7、墾利6-1等中小型油田和含油氣構(gòu)造，探明儲量僅2 700萬m3。究其原因主要有：巖漿巖對下伏地層地震反射能量產(chǎn)生屏蔽作用，造成目的層反射波組較弱且雜亂；區(qū)內(nèi)巖漿巖厚度平面上分布不均、速度變化大，造成局部地震反射畸變，產(chǎn)生地震解釋陷阱，構(gòu)造落實(shí)程度較低；區(qū)內(nèi)巖漿巖控藏研究薄弱，發(fā)育規(guī)律不清，油氣勘探進(jìn)入傳統(tǒng)認(rèn)為的“勘探禁區(qū)”，風(fēng)險(xiǎn)高、難度大；單純依靠地球物理手段進(jìn)行構(gòu)造解釋，困難較大[7-8]。

圖1 渤中34-9構(gòu)造區(qū)構(gòu)造位置

針對渤中34-9構(gòu)造區(qū)勘探現(xiàn)狀，從巖漿巖特征入手，利用特定的地球物理技術(shù)[9-15]對工區(qū)內(nèi)巖漿巖進(jìn)行精細(xì)刻畫，進(jìn)一步分析了該區(qū)巖漿巖對區(qū)域成藏的影響，提出了靠近巖漿巖布井的思路，有效指導(dǎo)了勘探部署，并且在渤海海域首次發(fā)現(xiàn)了巖漿巖下的大中型優(yōu)質(zhì)油氣田。

1 渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖特征

渤中34-9構(gòu)造所在的渤南探區(qū)巖漿巖特點(diǎn)為：①巖漿巖全部發(fā)育在新生界，說明噴發(fā)時(shí)間整體較晚，從整個渤南探區(qū)來看，從黃河口凹陷北部到萊州灣凹陷東洼，巖漿巖分布層位從沙河街組逐漸變淺到館陶組，噴發(fā)時(shí)間西北早、東南晚(圖2)，分布層系多、展布范圍廣。②巖漿巖巖性一致，以玄武巖及安山玄武巖為主，井壁取心顯示巖性非常堅(jiān)硬、致密。另外，渤中34-9構(gòu)造圍區(qū)的渤中34-6、34-7構(gòu)造鉆井已揭示巖漿巖主要位于東營組，巖漿巖巖性主要為玄武巖，判別其噴發(fā)溫度高、黏度低、層薄、流動性好，整體噴發(fā)能量比較低，說明渤中34-9構(gòu)造區(qū)火山主噴發(fā)時(shí)間為東營組沉積時(shí)期。

圖2 渤南探區(qū)巖漿巖地層分布(剖面位置見圖1)

渤中34-9構(gòu)造區(qū)發(fā)育多條近東西向的持續(xù)性活動伸展大斷裂，受其控制，該區(qū)火山活動強(qiáng)烈，總體表現(xiàn)為多期噴發(fā)、區(qū)域式噴發(fā)特點(diǎn)，在漸新世晚期噴發(fā)強(qiáng)度最大，最大面積達(dá)到60 km2，噴發(fā)方式表現(xiàn)為沿深大斷裂呈串珠狀分布的區(qū)域式噴發(fā)(圖3)。

圖3 渤中34-9構(gòu)造區(qū)火山口串珠狀分布

渤中34-9構(gòu)造圍區(qū)已鉆井揭示東營組巖漿巖成分相對單一，其中噴發(fā)玄武巖占86%，代表火山大范圍噴發(fā)的凝灰?guī)r類僅占14%。對照Chough和Sohn[16]對不同火山的分類(圖4)，認(rèn)為渤中34-9構(gòu)造圍區(qū)東營組巖漿巖符合夏威夷型火山噴發(fā)特征，噴發(fā)特點(diǎn)為噴發(fā)能量低、火山碎屑類物質(zhì)波及范圍小，巖漿以噴泉的形式外溢，極少發(fā)生大規(guī)模的爆發(fā)，主要以溢流相為主。

圖4 火山巖噴發(fā)類型[16]

通過已鉆井標(biāo)定，在渤中34-9構(gòu)造區(qū)共識別出3種巖漿巖相(表1)：①火山通道相?；鹕酵ǖ罏樯畈繋r漿上涌至地表的主要通道，巖性以玄武巖為主，頂部為火山碎屑巖。地震相特征表現(xiàn)為中低頻弱振幅，外形呈倒錐狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為同相軸上提或下拉，也見雜亂反射，在火山口、火山機(jī)構(gòu)下部常見。②溢流相。巖性以玄武巖為主，層狀或片狀覆蓋大面積地區(qū)，夏威夷型火山噴發(fā)特征決定了溢流相為構(gòu)造區(qū)最重要的一種亞相。地震相特征表現(xiàn)為低頻強(qiáng)振幅，層狀連續(xù)反射，在剖面上特征明顯，在火山機(jī)構(gòu)低部常見。③爆發(fā)相。巖性以火山碎屑巖為主，粒度較粗?；鹕剿樾紟r的來源有2種，一種是巖漿在地表之下處于高壓，上涌至地表壓力釋放，氣體溢出，爆炸導(dǎo)致早期巖漿巖的破碎而形成火山碎屑巖；另一種是巖漿噴發(fā)至空中冷凝后落回地表形成火山彈等火山碎屑巖?；芈涞幕鹕剿樾紟r在火山口附近堆積成丘狀，在地震剖面上可見丘型反射特征，同相軸表現(xiàn)為中低頻中強(qiáng)振幅斷續(xù)反射。爆發(fā)相在本構(gòu)造區(qū)相對不發(fā)育，只在火山口附近少量存在。

表1 渤中34-9構(gòu)造區(qū)3種巖漿巖亞相

Table 1 Three subfacies of magmatic rocks in BZ34-9 structure

2 渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖精細(xì)刻畫

2.1 火山通道相

火山通道相巖漿巖與圍巖地震響應(yīng)存在差異，在地震剖面上表現(xiàn)為圓柱狀雜亂反射特征，在最大振幅屬性切片上表現(xiàn)為橢圓狀低振幅異常，在相干時(shí)間切片上表現(xiàn)為低相干值。從圖5可以看出，方差屬性對渤中34-9構(gòu)造火山通道相極為敏感，25 Hz分頻方差屬性可以較好地識別火山通道相;地震剖面上火山通道相呈現(xiàn)出倒錐狀的特點(diǎn)，方差切片呈現(xiàn)坨狀展布特點(diǎn)；火山通道相橫截面積自下而上逐漸增大，表明晚期活動逐漸增強(qiáng)。

2.2 溢流相

溢流相巖漿巖與圍巖物性差別較大，在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征。從圖6可以看出，均方根振幅屬性對渤中34-9構(gòu)造溢流相較為敏感，沙河街組沉積期火山活動主要以中心式噴發(fā)為主，平面上火山口呈圓片狀零星分布，玄武巖溢流范圍局限；至東營組沉積期火山活動逐漸加劇，可見中心式和裂隙式噴發(fā)模式，大規(guī)模噴發(fā)形成了廣泛溢流相玄武巖地層；至東一段沉積末期火山活動逐漸停止，可見少量的火山小規(guī)?；顒印?/p>

圖5 渤中34-9構(gòu)造火山通道相地震剖面及25 Hz分頻方差屬性切片

圖6 渤中34-9溢流相均方根振幅屬性切片

2.3 三維刻畫

綜上所述，對研究區(qū)內(nèi)火山通道相和溢流相巖漿的三維刻畫應(yīng)采取不同的地震數(shù)據(jù)拾取方式。根據(jù)方差數(shù)據(jù)體對火山通道相進(jìn)行刻畫：首先進(jìn)行方差計(jì)算，得到地震數(shù)據(jù)的方差體，再對方差體剖面進(jìn)行分級顯示，并對其中的低相干值進(jìn)行拾取，得到火山通道形態(tài)。根據(jù)均方根振幅數(shù)據(jù)體對溢流相進(jìn)行刻畫：首先利用GeoFrame軟件GeoViz模塊分析溢流相巖漿巖與圍巖振幅差異，得到溢流相巖漿巖主體、邊緣及圍巖的振幅分布范圍；然后對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行振幅分級顯示，進(jìn)行溢流相巖漿巖的刻畫。最后，對拾取的火山通道相數(shù)據(jù)體和溢流相數(shù)據(jù)體進(jìn)行拼接，得到火山的整體形態(tài)，完成巖漿巖的三維刻畫，很好地刻畫巖漿巖的外部形態(tài)(圖7)。

圖7 渤中34-9構(gòu)造溢流相及火山通道相巖漿巖三維刻畫

3 勘探實(shí)踐——渤中34-9油田的發(fā)現(xiàn)

通過地質(zhì)、地震綜合研究，分析了巖漿巖對區(qū)域成藏的影響，認(rèn)為：

1) 巖漿巖發(fā)育區(qū)封蓋條件優(yōu)越，可以聯(lián)合斷層進(jìn)行側(cè)封。

研究區(qū)巖漿巖為晚期快速噴發(fā)，致密的玄武巖沒有經(jīng)歷后期大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動，裂縫不發(fā)育；而且夏威夷型火山噴發(fā)模式導(dǎo)致粒度較粗的爆發(fā)相相對不發(fā)育，噴出巖性整體封蓋性能好，為研究區(qū)巖漿巖控圈奠定了良好基礎(chǔ)。

研究區(qū)控圈斷層斷距小，這類小斷層通常不足以達(dá)到控制圈閉的級別，故構(gòu)造圈閉面積較小。然而，研究區(qū)廣泛分布的巖漿巖使小斷層控制構(gòu)造圈閉的可能性增大，因?yàn)楫?dāng)斷距小于有效儲層厚度時(shí)，會造成側(cè)封不足，但是沿?cái)嗔焉嫌康闹旅軒r漿巖卻可以彌補(bǔ)這一缺陷(圖8)。

圖8 渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖控圈模式

在巖漿巖控圈模式的指導(dǎo)下重新進(jìn)行了構(gòu)造解釋，結(jié)果表明研究區(qū)構(gòu)造圈閉整體受火山張拱作用影響，次級斷層以火山口為中心呈放射狀分布，整體形態(tài)呈現(xiàn)“螃蟹狀”的構(gòu)造特征(圖3)，東營組及沙河街組圈閉面積合計(jì)達(dá)70 km2。

2) 火山通道相巖漿巖會占據(jù)一定儲層空間，但是借助精細(xì)刻畫可以規(guī)避鉆探風(fēng)險(xiǎn)。

研究表明，溢流相巖漿巖常與碎屑巖儲層互層發(fā)育，導(dǎo)致油氣儲集空間被大量占據(jù)，降低了原儲層有效厚度，而火山通道相巖漿巖也會占據(jù)儲層的縱向空間。最新識別成果表明，渤中34-9構(gòu)造區(qū)主要目的層為古近系東三段、沙一段和沙二段，而研究區(qū)火山活動始于沙河街組沉積期，集中在東二段上亞段沉積期，因此溢流相不會對主要目的層產(chǎn)生太大的影響；火山通道相雖然從沙河街組到東二段上亞段沉積期都有發(fā)育，會占據(jù)主要目的層一定的儲層空間，但火山通道相平面分布局限，借助對火山口的精細(xì)識別和刻畫，鉆井時(shí)完全可以規(guī)避鉆入火山通道的風(fēng)險(xiǎn)。所以，巖漿巖的存在對研究區(qū)主要目的層的儲層影響不大。

3) 巖漿巖發(fā)育早于主成藏期，不會破壞晚期油氣藏。

根據(jù)流體包裹體并結(jié)合埋藏史分析，認(rèn)為黃河口凹陷不同區(qū)域油氣成藏期集中在10 Ma以來，為晚期快速成藏，而該區(qū)新生代火山活動主要集中在漸新世30 Ma左右，故研究區(qū)不存在巖漿活動破壞古油藏的條件。

通過上述分析，認(rèn)為黃河口凹陷南斜坡巖漿巖發(fā)育區(qū)可能是協(xié)助斷層封堵、解決側(cè)封不利的優(yōu)勢區(qū)帶，提出了靠近巖漿巖布井的思路。2012年12月，在巖漿巖邊界、側(cè)封條件較好的位置鉆探BZ34-9-1井，發(fā)現(xiàn)油氣層厚度達(dá)93.5 m，創(chuàng)黃河口凹陷近10年單井發(fā)現(xiàn)之最；證實(shí)鉆前巖漿巖預(yù)測準(zhǔn)確，主要發(fā)育在東一段與東二段上亞段，對東三段和沙河街組油層起蓋層作用。2014—2015年，根據(jù)巖漿巖刻畫成果，繼續(xù)對渤中34-9構(gòu)造進(jìn)行評價(jià)，共鉆探評價(jià)井6口，其中BZ34-9-5、BZ34-9-6井發(fā)現(xiàn)油層厚度均超過百米，從而首次在渤海海域發(fā)現(xiàn)了巖漿巖下的大中型優(yōu)質(zhì)油氣田。

4 結(jié)論

1) 渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖特征為：①火山主噴發(fā)時(shí)間為東營組沉積時(shí)期，圍區(qū)東營組巖漿巖巖性主要為玄武巖。②火山活動總體表現(xiàn)為多期噴發(fā)、區(qū)域式噴發(fā)特點(diǎn)，在漸新世晚期噴發(fā)強(qiáng)度最大，且主要以夏威夷型火山噴發(fā)模式為主。③主要由火山通道相、溢流相、爆發(fā)相3類亞相組成，其中溢流相分布最為廣泛。

2) 在渤中34-9構(gòu)造區(qū)，方差屬性對火山通道相極為敏感，均方根振幅屬性對溢流相較為敏感?；诖耍瑢鹕酵ǖ篮鸵缌鲙r漿的刻畫采取了不同的地震數(shù)據(jù)拾取方式，并通過數(shù)據(jù)體拼接，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)巖漿巖火山通道相、溢流相空間展布的三維定量表征。

3) 渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖對區(qū)域成藏的影響主要表現(xiàn)在：①巖漿巖發(fā)育區(qū)封蓋條件優(yōu)越，可以聯(lián)合斷層進(jìn)行側(cè)封。②火山通道相巖漿巖會占據(jù)一定儲層空間，但是借助精細(xì)刻畫可以規(guī)避鉆探風(fēng)險(xiǎn)。③巖漿巖發(fā)育早于主成藏期，不會破壞晚期油氣藏。

4) 綜合分析認(rèn)為，渤中34-9構(gòu)造區(qū)巖漿巖發(fā)育區(qū)可能是協(xié)助斷層封堵、解決南斜坡側(cè)封不利的優(yōu)勢區(qū)帶，據(jù)此提出了靠近巖漿巖布井的思路。從而有效指導(dǎo)了渤中34-9構(gòu)造的勘探部署，并首次在渤海海域發(fā)現(xiàn)了巖漿巖下的大中型優(yōu)質(zhì)油氣田。

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(編輯：馮 娜)

3D fine description of magmatic rocks: the discovery of BZ34-9 oilfield in the southern slope of Huanghekou sag

Guo Tao Yang Bo Chen Lei Yang Haifeng Wang Xiaoyuan Liu Qingshun Tu Xiang

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

Few exploration breakthroughs are made in BZ34-9 tectonic region in the southern slope of Huanghekou sag in recent 30 years because the magmatic rocks shield seismic reflection energy of underlying formation in the study area, which leads to the uncertainty of structure trap identification and the less understanding of magmatic rocks development pattern and control of reservoir forming. With the comprehensive research of geophysics, geology and 3D fine description of magmatic rocks, the following understandings and achievements are generalized: ①in BZ34-9 tectonic region, the main volcano eruption stage is during the Dongying Formation sedimentary period and basalt is its main magmatic rock; with the general characteristics of multistage and regional eruption, the volcanic activities become most furious during Late Oligocene with its major eruption model of Hawaii type; BZ34-9 tectonic region mostly develops volcano channel, overflow and explosive subfacies in which overflow subfacies distribute widely. ②the variance attribute is sensitive to volcano channel subfacies, and the RMS attribute is sensitive to overflow subfacies. So the different seismic picking up patterns to describe the volcano channel subfacies and overflow subfacies can be chosen, and the data volume is stitched, thus achieving the 3D quantitative characterization. ③sealing condition in magmatic rocks zone is superior by combining with small faults to side-seal. Magmatic rocks with volcano channel subfacies can take over some reservoir spaces, but the drilling risk can be avoided by using fine description. Magmatic rocks development stages occur before major hydrocarbon accumulation, so they don’t destroy the late reservoirs. ④magmatic rocks development area may be a favorable zone to solve the side-seal problem in the southern slope of Huanghekou sag. Based on this point, the idea of placing well close to the magmatic rocks development zone is proposed, which effectively guides the discovery of a high quality large-medium scale oilfield under the magmatic rocks in BZ34-9 structure.

the southern slope of Huanghekou sag; BZ34-9 structure; magmatic rock; 3D fine description; overflow subfacies; accumulation effect; high quality large-medium scale oilfield

郭濤，男，高級工程師，2008年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋地質(zhì)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，主要從事石油地質(zhì)研究工作。地址：天津市塘沽區(qū)閘北路1號渤海石油研究院(郵編：300452)。E-mail:guotao2@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)02-0071-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.008

TE132

A

2015-07-16 改回日期：2015-12-03

*“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)(編號：2011ZX05023-002)”部分研究成果。

郭濤,楊波,陳磊，等.巖漿巖三維精細(xì)刻畫——黃河口凹陷南斜坡渤中34-9油田的發(fā)現(xiàn)[J].中國海上油氣，2016,28(2)：71-77.

Guo Tao,Yang Bo,Chen Lei,et al.3D fine description of magmatic rocks: the discovery of BZ34-9 oilfield in the southern slope of Huanghekou sag[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):71-77.