黃河口凹陷古近系火成巖特征及構(gòu)造影響分析
——以BZ34-9油田為例1

張立安

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

隨著渤海油田油氣勘探開發(fā)程度的不斷深入，受火成巖影響的油氣藏逐漸成為勘探開發(fā)的主題目標(biāo)[1-4]?；鸪蓭r作為一種非正常沉積的特殊性巖體，因其成因類型復(fù)雜，展布形態(tài)多樣，制約了渤海油田與火成巖相關(guān)油藏的勘探成效和高效開發(fā)[5，6]。

BZ34-9油田位于黃河口凹陷，東一段和東二段發(fā)育有多期火山巖，火成巖巖性多樣，縱向、橫向分布不均，尤其火山通道與正常砂巖混雜一起，導(dǎo)致目的層?xùn)|三段地震反射特征發(fā)生變化，從而引起局部地層速度變化和地震成像畸變。本文利用鉆井、測井和地震資料，結(jié)合前人對火山活動及火成巖的研究成果[7-12]，開展火成巖巖相及速度分析，構(gòu)建火成巖楔形正演模型，剖析目的層平均速度與火成巖發(fā)育的關(guān)系，建立平均速度場，完成時深轉(zhuǎn)換，取得合理的構(gòu)造解釋成果，構(gòu)造預(yù)測精度明顯提高，應(yīng)用效果顯著。

1 火成巖特征

1.1 火成巖巖相

火山機(jī)構(gòu)是來自同一時空范圍內(nèi)的火山噴出物質(zhì)在源區(qū)附近堆積，具有特定的巖性巖相組合形態(tài)關(guān)系的各種火山噴出物構(gòu)成的堆積體[2,3]，根據(jù)巖性特征、巖相特征、旋回特征，劃分為火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、侵出相、次火山巖相和火山沉積相六種類型。研究分析發(fā)現(xiàn)，目的層上覆地層?xùn)|一段、東二段火成巖發(fā)育程度強(qiáng)于東三段和沙河街組，從火成巖巖石類型、整體厚度和巖石組合類型來看，東一段、東二段與下部地層均存在較大的差異。東一段、東二段火成巖發(fā)育類型多樣，東三段和沙河街組火成巖發(fā)育類型較少。從火成巖厚度來說，東一段、東二段火成巖發(fā)育厚度為217.1～446.3 m，巖石組合類型多樣，反映了火山持續(xù)大規(guī)模的活動。

1.2 火成巖速度分析

研究區(qū)內(nèi)火成巖速度也有明顯差異，當(dāng)?shù)貙又泻懈咚俑呙艿幕鸪蓭r后，地震波的反射時間明顯減短，同相軸出現(xiàn)上拉現(xiàn)象。通過交會分析顯示(見圖1)，致密玄武巖和輝綠巖為高速火成巖。致密狀玄武巖速度范圍為4800～6000 m/s，平均層速度為5200 m/s，密度為2.5～2.85 g/cm3；輝綠巖的速度范圍在5200～6000 m/s，平均層速度為5500 m/s，密度為2.55～2.7 g/cm3?；鹕綆r的高速高密使其與圍巖有較大阻抗差異，所以在地震上為強(qiáng)反射振幅、中-低頻率反射特征。而區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)育的凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂泥巖，與周圍圍巖速度相當(dāng)。凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r與圍巖速度混疊在一起，其速度范圍為2700～3500 m/s，平均層速度為3150 m/s，密度為2.1～2.5 g/cm3。凝灰質(zhì)砂泥巖速度范圍為2800～3400 m/s，平均層速度為3150 m/s，密度為2.25～2.45 g/cm3。其波阻抗與圍巖相差不大，所以，在地震反射上與砂泥反射沒有突出的反射特征。

圖1 自然伽馬-聲波時差交會和中子-密度交會

1.3 火成巖地震反射特征

平面上通過橫截火山通道的切片能夠看出它表現(xiàn)為高值，外形也是近圓狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)隱約呈環(huán)狀，綜合原始地震剖面以及切片，得到火山通道平面特征。火山通道呈倒錐狀，火山噴出物質(zhì)向四周尖滅，垂向上發(fā)育爆發(fā)相、溢流相、火山沉積相和砂巖沉積相疊置?；鹕匠练e相充填火山口負(fù)地形，沉積相披覆在火山機(jī)構(gòu)之上。鉆井未揭示侵出相，侵出相多發(fā)育在酸性巖漿冷凝過程中，因?yàn)轲ざ容^大，滯留火山口，BZ34-9油田火成巖主要為基性玄武巖，所以侵出相發(fā)育較差，火山通道相發(fā)育。根據(jù)地震屬性可清楚看出火山通道橫截面的特征。

在研究區(qū)單井火成巖識別和巖相劃分的基礎(chǔ)上，通過井震標(biāo)定，油田區(qū)域內(nèi)發(fā)育火成巖相具有以下地震反射特征。火山通道相位于整個火山機(jī)構(gòu)下部，在地震剖面上表現(xiàn)為倒錐狀雜亂反射特征，頂部為火山口，地震相為雜亂反射。從研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的典型火山通道相地震剖面圖上看，主要表現(xiàn)為通道與錐體構(gòu)成“蘑菇”狀特征，柱體內(nèi)反射雜亂，振幅變化很大；柱型兩側(cè)同相軸上拱并且系統(tǒng)性錯斷，而且兩側(cè)同相軸有上拉現(xiàn)象，反映了典型的火山通道的形態(tài)特征，柱體頂部呈強(qiáng)而短弧形反射波(見圖2)。

圖2 火山通道相地震剖面

2 火成巖對構(gòu)造的影響分析

實(shí)鉆井揭示了在東營組鉆遇較厚的高速火成巖，且厚度不均。通過地震相分析發(fā)現(xiàn)，地層中的火成巖橫向有一定的變化。

首先，建立火成巖楔形正演模型，火成巖厚度0～50 m，火成巖速度取研究區(qū)致密狀玄武巖平均層速度5200 m/s,火成巖密度取研究區(qū)致密狀玄武巖平均密度2.7 g/cm3,背景砂泥巖速度取研究區(qū)砂泥巖層平均速度為3200 m/s，其平均密度為2.3 g/cm3(見圖3a)。當(dāng)?shù)貙又泻懈咚俑呙艿幕鸪蓭r后，地震波的反射時間明顯減短，與周圍不含火成巖地層同相軸出現(xiàn)上拉現(xiàn)象(見圖3b)。所以，高速火成巖對下伏構(gòu)造的影響較大。

對實(shí)鉆井火成巖厚度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鉆遇高速火成巖的單層厚度在1～50 m之間，在此范圍內(nèi)，隨著火成巖厚度的變大，振幅變大，能量也越強(qiáng)，下伏地層頂面的平均速度也會變大(見圖4)。

圖3 火成巖楔形正演模型 圖4 火成巖厚度、地層平均速度與振幅能量的關(guān)系

在實(shí)際地層中火成巖一般為多層發(fā)育，穿插于砂泥巖地層。選取合適的巖性參數(shù)，建立多層火成巖發(fā)育正演模型(見圖5a)。火成巖發(fā)育層段的地層能量變化受砂泥巖影響較小，其主要受火成巖厚度的變化影響(見圖5b)。在火成巖上覆地層的平均速度一致的情況下，火成巖下伏地層的平均速度，隨火成巖發(fā)育層段能量屬性的增強(qiáng)，地層平均速度變大，且兩者具有良好的對應(yīng)關(guān)系(見圖6)。

圖5 多層火成巖發(fā)育正演模型 圖6 地層平均速度與振幅能量相關(guān)性

3 應(yīng)用效果

在油田北部地區(qū)，實(shí)鉆4口井(BZ34-9-1井、BZ34-9-2井、BZ34-9-3井、BZ34-9-5井)。均鉆遇不同厚度的高速火成巖。選取具代表性的BZ34-9-5井作為驗(yàn)證井，經(jīng)鉆井證實(shí)，構(gòu)造的成圖精度提高了近50%，該方法可靠性較好。

在精細(xì)構(gòu)造解釋和精細(xì)井震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多井時深關(guān)系進(jìn)行時深公式擬合，其結(jié)果與實(shí)鉆井的誤差較大，存在不合理性。通過分析實(shí)鉆井，火成巖發(fā)育層段上覆地層平均速度變化不大，目的層上覆地層的平均速度變化主要受火成巖發(fā)育層段高速火成巖的影響，提取火成巖發(fā)育層段的等厚時間能量屬性，建立能量屬性與先驗(yàn)井平均速度的關(guān)系，建立地層平均速度場，進(jìn)而完成時深轉(zhuǎn)換，能夠去除局部不同厚度高速火成巖發(fā)育區(qū)對構(gòu)造拉升的影響，使其時深轉(zhuǎn)換結(jié)果誤差控制在較小范圍內(nèi)(見圖7)。

圖7 時深轉(zhuǎn)換結(jié)果誤差統(tǒng)計(jì)

根據(jù)先驗(yàn)三口井(BZ34-9-1井、BZ34-9-2井、BZ34-9-3井)的實(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)對時深轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行構(gòu)造校正，最終得到兩種方法的構(gòu)造圖。用公式擬合法進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換得到的構(gòu)造圖在BZ34-9-5井處的預(yù)測深度誤差為4.5 m；用平均速度場法進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換得到的構(gòu)造圖在BZ34-9-5井處的預(yù)測誤差小于2 m，構(gòu)造預(yù)測誤差較小，預(yù)測精度得到明顯提高。

4 結(jié)論

(1)黃河口凹陷火成巖的發(fā)育會造成地層局部速度異常，高速火成巖對下伏地層地震同相軸有拉升現(xiàn)象。(2)BZ34-9油田采用平均速度場法進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換能夠消除部分火成巖造成的影響，使校正誤差較小，構(gòu)造解釋更具有合理性，構(gòu)造的成圖精度得到較大提高。(3)在建立平均速度與能量屬性的關(guān)系時，應(yīng)考慮到火成巖發(fā)育層段的厚度對總能量屬性造成的影響，且火成巖上覆地層的平均速度變化不大。此方法對于上覆地層速度異常的其他巖性也具有一定參考性。