四川盆地井研地區火山巖巖相類型及儲層分布

李素華，賈霍甫，胡 昊，李 蓉，余 洋

(中國石化西南油氣分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

四川盆地西南部井研地區前期油氣勘探主要集中在海相碳酸鹽巖層系，受川西地區火山巖油氣勘探啟示[1]，近期將井研地區二疊系火山巖亦作為主要勘探目的層系，鉆井揭示火山巖裂縫-孔隙型儲層發育，測試獲工業氣流，揭開了井研地區火山巖勘探新局面。前期研究認為，井研地區火山巖以溢流相為主，火山巖地層相對周公山地區較薄[2]，且孔隙型儲層不發育，不具備規模成藏的基礎地質條件。近期，井研地區實鉆井取心揭示火山巖內部發育爆發相和溢流相2種類型的儲層，表明井研地區火山巖巖相類型多樣，但火山巖厚度薄(32～102 m)，地震反射特征整體對應2個波峰夾1個波谷反射，且波谷內部發育上、下2套儲層(單層厚度為1～22 m)，取心資料少，在常規地震剖面中很難識別出不同類型的火山巖巖相和2套儲層的發育情況。因此，亟需利用現有地質、鉆井、測井、三維地震等資料落實井研地區火山巖發育特征、巖相類型及優質儲層分布，以期指導火山巖下步油氣勘探。

借鑒前人火山巖勘探成功經驗[3-6]，從區域火山巖發育地質背景出發，利用地質、鉆井和地震建立單井相和地震相對應關系，聯合利用正演模擬、相干體、三維可視化及地層厚度變化等落實火山巖巖相類型及分布，開展常規測井約束波阻抗和神經網絡孔隙度非線性反演，精確刻畫了2套儲層的分布，有效推動了研究區火山巖勘探進程。

1 火山巖發育特征

1.1 區域背景

茅口組末期，受峨眉地幔柱上涌和峨眉地裂運動影響，巖漿沿深大斷裂噴出地表，熔巖流自西南向北東方向流動，在云貴川地區形成峨眉大火成巖省[7]，四川盆地整體位于峨眉地幔柱外帶，川西地區發育多個獨立、厚度較大的爆發相火山機構，而井研地區火山巖西厚東薄，整體以溢流相為主(圖1)。隨著火山巖勘探程度不斷深入，取心證實除溢流相玄武巖外，還發育爆發相火山角礫碎屑熔巖和凝灰巖，表明井研地區火山巖巖相類型多樣，火山巖發育特征及儲層分布規律需進一步研究落實。

圖1 研究區位置及火山巖相分布Fig.1 The location of the study area and distribution of volcanic phases

1.2 地質特征

井研地區西部火山巖厚度約為79～102 m，根據火山巖巖性、巖相、測井曲線和元素錄井(K、Na)等資料，將西部火山巖縱向劃分為2期旋回，第1旋回和第2旋回分界處測井曲線特征變化明顯(圖2a)；井研地區東部火山巖厚度約為32～61 m，僅發育上部第2旋回(圖2b)；每期旋回代表一次火山噴發的產物[8]，并在每期旋回上部發育孔隙型或裂縫型儲層[9]，其中，第1旋回頂部發育爆發相火山角礫碎屑熔巖和凝灰巖儲層(稱為下儲層)，第2旋回中上部發育溢流相玄武巖儲層(稱為上儲層)，實鉆井揭示2套儲層橫向可對比，下儲層只發育在工區西部，上儲層全工區發育；儲集空間有氣孔、杏仁孔、脫?；?、晶間孔、蝕變孔、收縮縫及微裂縫等，儲層受巖漿揮發組分散逸、冷凝收縮、風化淋濾和構造破裂等[10]作用控制，實測巖心孔隙度為5.19%～20.85%，平均為10.63%，滲透率為0.002 2～0.420 0 mD，平均為0.048 0 mD，總體表現為高孔低滲特征，疊合后期構造破裂作用可形成有效的儲集空間。

圖2 井研地區火山巖鉆井標定及地震剖面Fig.2 The drilling calibration and seismic profile of volcanic rocks in Jingyan Area

1.3 測井與地震響應特征

井研地區西部火山巖儲層發育時，密度(ρ)和電阻率(RD、RS)曲線明顯降低，聲波時差(AC)、中子(CNL)和孔隙度(POR)曲線顯著升高；上儲層較薄，聲波時差、密度、中子、電阻率和孔隙度曲線呈齒狀變化，表現為裂縫型儲層響應特征；下儲層較厚，聲波時差、密度、中子、電阻率和孔隙度曲線呈箱狀變化，表現為孔隙型儲層響應特征(圖2a)。井研地區東部僅發育上儲層，且位于頂部，電阻率曲線呈斜坡型增大，聲波時差、密度和中子等曲線變化不大，孔隙度曲線基本小于6.00%(圖2b)。

井研地區火山巖發育段地震反射特征存在明顯差異，西部火山巖厚度大，地震反射特征為2個強波峰夾1個強波谷反射，2套儲層位于波谷內部(圖2c 左側)；東部火山巖厚度薄，火山巖底部變為弱波谷反射，儲層位于頂部波峰下端位置(圖2c 右側)。

2 火山巖正演模擬

為進一步落實火山巖地震反射特征變化的影響因素[11]，根據圖2c地震剖面反射特征和A、B井地層、巖性、厚度、速度、密度等參數，設計火山巖儲層發育(圖3a)和不發育(圖3b)2種正演模型(模型中只設計了厚度較大的爆發相下儲層，而溢流相裂縫型上儲層較薄且分布規律不清，暫未設計)，2種正演模型地層結構一致，火山巖左側厚、右側薄(左側A井厚度為102 m，B井厚度為95 m，右側最薄為32 m)，上覆為沙灣組，下伏為茅口組。

儲層發育正演模型如圖3a所示。由圖3a可以看出，左側火山巖內部發育一套爆發相火山角礫碎屑熔巖和凝灰巖儲層，且A、B 2口井儲層發育位置、厚度、速度、密度等參數存在差異(A井以凝灰巖為主，儲層厚度為22 m，距火山巖底部30 m，波阻抗值為12 718.620 m·s-1·g·cm-3；B井以角礫巖為主，儲層厚度為19 m，距火山巖底部10 m，波阻抗值為11 711.960 m·s-1·g·cm-3；模型右側不發育儲層，火山巖儲層上、下圍巖均為玄武巖，其速度和密度參數無變化，玄武巖的波阻抗值為15 140.400 m·s-1·g·cm-3)。儲層不發育正演模型如圖3b所示。由圖3b可以看出，火山巖內部不發育儲層，玄武巖速度和密度參數與圖3a一致。在此基礎上，針對2種正演模型開展正演模擬研究，分析火山巖儲層發育和不發育時地震響應特征的變化情況。

正演模型橫向長度為1 000 m，縱向深度為800 m，子波選用主頻為35 Hz雷克子波，模擬地層參數如表1所示。

表1 A、B井模擬地層參數Table 1 The simulated formation parameters of Wells A and B

由火山巖儲層發育時的正演模擬結果可知(圖3c)，左側A、B井火山巖儲層發育時，整體表現為2個強波峰夾1個強波谷反射，B井位置火山巖底部同相軸下拉明顯，其火山巖時間厚度明顯大于A井(正演模擬結果與實鉆井火山巖厚度不符，但與圖2c實際地震剖面反射特征一致)，且火山巖底部波峰反射強度亦強于A井；右側火山巖儲層不發育時，整體表現為頂部強波峰、中部弱波谷、底部弱波峰反射；左、右兩側火山巖底部地震反射特征差異明顯，左側為強波峰反射，右側為弱波峰反射。

由火山巖儲層不發育時的正演模擬結果可知(圖3d)，火山巖頂部仍為強波峰反射，而火山巖底部與圖3c相比，波峰反射強度明顯變弱，且火山巖地層由左往右逐漸變薄時，地震反射強度亦逐漸變弱，B井位置火山巖底部未出現同相軸下拉、時間厚度變厚等現象。

圖3 火山巖2種正演模型及模擬記錄Fig.3 The two forward models and simulation records of volcanic rocks

由火山巖儲層發育和不發育2種正演模型模擬結果對比可知，火山巖儲層發育時明顯影響火山巖底部地震反射同相軸強弱變化，其正演模擬記錄與圖2c實際地震剖面反射特征一致，且火山巖角礫巖儲層與圍巖玄武巖波阻抗差值越大、距火山巖底部越近時，火山巖底部波峰反射強度變強、同相軸下拉、時間厚度變厚等現象越明顯。因此，根據上述幾種火山巖地震反射特征的變化情況來判斷爆發相火山巖儲層是否發育是可行的。

3 火山巖巖相類型及分布

在正演模擬基礎上，利用單井相、地震相、相干體、三維可視化和地層厚度變化等情況，詳細梳理井研地區火山巖巖相平面和空間分布特征。

火山巖發育段地震反射特征相對較為單一穩定，利用單井相和地震相可劃分火山巖巖相平面分布特征。波形聚類結果顯示(圖4a)：工區東、西部分界明顯，分界位置對應圖2c火山巖底部強波峰終止位置；工區西部紅、綠、黃色區域對應2個強波峰夾1個強波谷反射，東部藍、淡藍、粉紅色區域對應頂部強波峰、中部弱波谷反射。結合單井相可確定第1期溢流相發育于工區西部，而第2期溢流相全工區發育，2期旋回整體為平行、連續反射(表2第Ⅰ類溢流相，鉆井已證實)。A、C井以凝灰巖為主，對應綠色波形，劃分為爆發相凝灰巖發育區；B井以角礫巖為主，對應紅色波形，與圖4b火山巖時間厚度較厚的區域一致，因此，將紅色波形、地層厚度變厚區域劃分為爆發相角礫巖發育區(表2第Ⅱ類爆發相，鉆井已證實)。由上述研究可知，爆發相和溢流相火山巖在井研地區縱向疊置、橫向交錯發育。

圖4 井研地區火山巖平面分布Fig.4 The planar distribution of volcanic rocks in Jingyan Area

利用三維可視化技術刻畫火山巖空間分布特征。

結果顯示：工區西北部發育中心式[12]噴發火山機構，平面為圓形、低相干異常，地震剖面中火山巖下伏地層同相軸依次錯斷、雜亂、空白、弱反射，因噴發能量弱，巖漿大多未噴出地表，中心式噴發火山機構對火山巖厚度影響較小(表2第Ⅲ類中心式火山通道相，待鉆井證實)。而工區西南部基底斷裂帶附近發育條帶狀低相干異常，且局部圓形、低相干火山通道特征明顯，判斷基底斷裂帶附近發育裂隙式[13]噴發火山通道相，巖漿沿基底斷裂上涌從而造成斷裂帶附近火山巖厚度變厚(表2第Ⅲ類裂隙式火山通道相，待鉆井證實)。

表2 井研地區二疊系火山巖地震相特征Table 2 The seismic facies characteristics of Permian volcanic rocks in Jingyan Area

綜上所述，井研地區發育溢流相、爆發相和火山通道相等3種火山巖巖相類別，其中，火山通道相又分為中心式和裂縫式2種類型。爆發相和火山通道相是火山巖儲層發育有利巖相類型，主要分布在工區西部(圖4c)。

4 火山巖儲層識別

常規測井約束波阻抗反演頻帶范圍有限，只能識別厚度大、波阻抗差異明顯的儲層和非儲層，難以準確識別非均質性強的薄儲層。神經網絡非線性反演[14]對低頻模型和井位分布無要求，只需建立目標測井曲線與地震波形的非線性關系，運算速度快且預測精度高，可準確定量預測該區火山巖2套儲層分布。

4.1 儲層分布預測

由常規測井約束波阻抗反演結果可知(圖5a)：火山巖下儲層厚度大，低波阻抗特征清楚，橫向分布連續，且與實鉆井測井波阻抗曲線吻合較好；而上儲層波阻抗反演結果與測井波阻抗曲線吻合較差，且反演的波阻抗值與上覆沙灣組和圍巖玄武巖波阻抗值相近。因此，常規測井約束波阻抗反演結果不能有效識別上儲層。

測井孔隙度曲線可表征火山巖儲層發育特征，測井孔隙度由聲波時差曲線計算得到，且與巖心實測孔隙度匹配。因此，孔隙度與波阻抗存在線性關系，在此基礎上利用測井孔隙度曲線進行非線性神經網絡反演，建立測井孔隙度與地震波形的非線性關系，通過神經網絡學習得到高分辨率孔隙度反演結果。神經網絡孔隙度反演火山巖上、下儲層展布特征清楚(圖5b)，與實鉆井測井孔隙度曲線吻合較好，反演精度明顯提高，最終利用神經網絡孔隙度反演結果求取火山巖2套儲層的厚度分布。

4.2 優質儲層發育帶

神經網絡孔隙度反演結果表明：中厚大儲層主要發育在中心式和裂隙式火山通道附近；基底斷裂既控制著裂隙式火山通道的分布，又有效溝通了下伏寒武系烴源巖；二疊系層間斷層和裂縫進一步改善了火山巖儲集性能，通過區域地質、鉆井、巖性巖相、儲層厚度、基底斷裂、層間斷層及裂縫發育等情況進行優質火山巖儲層發育帶評價。上儲層以溢流相玄武巖為主，下儲層以爆發相火山角礫碎屑熔巖和凝灰巖為主。因此，在有利巖相分布范圍內越靠近基底斷裂、層間斷層和裂縫發育區儲層發育越好。將巖性巖相、儲層厚度和斷裂、裂縫發育作為儲層評價的重要因素。其中，靠近基底斷裂的爆發相或溢流相火山巖儲層厚度大于15 m，層間斷層、裂縫發育區作為儲層發育最有利區；距離基底斷裂稍遠、爆發相或溢流相火山巖儲層厚度大于10 m，層間斷層、裂縫發育區作為儲層發育有利區；遠離基底斷裂的溢流相火山巖儲層厚度小于10 m，裂縫發育區作為較有利區。由儲層評價結果可知，上儲層最有利區主要分布在工區西南部(圖5c)，下儲層最有利區主要分布在工區西部(圖5d)。

圖5 火山巖反演結果及儲層有利區分布Fig.5 Volcanic rock inversion results and favorable areas of reservoir distribution

4.3 識別效果分析

井研地區西南部火山巖源儲配置關系良好，A井火山巖下儲層鉆井過程中見微含氣顯示，測井解釋孔隙度在10%左右，經測試獲工業氣流；B井取心證實爆發相火山角礫碎屑熔巖和凝灰巖儲層發育，橫向連續性好，測試亦獲工業氣流，鉆前預測與鉆后結果一致，表明火山巖巖相識別和儲層預測結果可靠。

5 結 論

(1) 井研地區火山巖主要發育爆發相、火山通道相和溢流相3種巖相類型。其中，爆發相和火山通道相是儲層發育的有利巖相類型，火山巖儲層主要發育在每期旋回頂部，縱向發育2套儲層，平面預測上儲層主要分布在工區西南部，下儲層主要分布在工區西部，下儲層厚度較厚，分布范圍廣，較易識別，可作為主要勘探評價目標層系。

(2) 井研地區西南部火山巖源儲配置關系好，具備形成規模氣藏的條件，疊合斷裂、裂縫發育帶是火山巖勘探評價有利目標區。針對厚度大、連續分布的下儲層進一步實施評價井或水平井有望落實氣藏規模，對井研地區火山巖控制儲量提交具有重要指導意義。