黃 玉，白曉寅，郭 璇，譚開(kāi)俊

（中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)外油氣勘探開(kāi)發(fā)程度的不斷加深，構(gòu)造油氣藏的勘探難度日益增大，而火山巖油氣藏的發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多。在美國(guó)、日本等地發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏的同時(shí)，中國(guó)也相繼在準(zhǔn)噶爾、塔里木、松遼、冀中、濟(jì)陽(yáng)、蘇北等盆地發(fā)現(xiàn)了火山巖油氣藏?；鹕綆r油氣藏作為一種特殊的油氣藏類型，已引起人們的普遍重視［1］。

目前，地震反演已成為儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)和巖性油氣藏勘探不可或缺的技術(shù)手段［2］。將地震數(shù)據(jù)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相結(jié)合，在已知的地質(zhì)信息和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)約束下，獲得高分辨率的地層波阻抗資料及一系列巖性、電性數(shù)據(jù)，可以精細(xì)地描述儲(chǔ)層的平面展布、深度、厚度和物性的變化規(guī)律［3］。筆者在對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅車斷裂帶火山巖油藏優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層參數(shù)敏感性分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)（常規(guī)反演）火山巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向預(yù)測(cè)難的特點(diǎn)，建立了該區(qū)火山巖層序序列，并在此基礎(chǔ)上采用火山巖層序約束的多屬性地震反演技術(shù)對(duì)紅車斷裂帶火山巖儲(chǔ)層進(jìn)行了精細(xì)刻畫。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

紅車斷裂帶位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣前陸沖斷帶的南端，是沙灣凹陷和盆1井西凹陷油氣運(yùn)移的長(zhǎng)期指向區(qū)之一［1］，油氣資源豐富，構(gòu)造位置有利，斷裂十分發(fā)育。該區(qū)古生界火山噴發(fā)主要分布在2類地區(qū)：一是沿紅車斷裂、紅山嘴東側(cè)斷裂等大型邊界斷裂分布，如車47井、車43井、車46井、車72井等火山噴發(fā)中心或火山噴發(fā)口；二是規(guī)模較小的斷裂附近，如車21井區(qū)等火山噴發(fā)中心。在紅車斷裂帶火山巖中，從北向南已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了車72、車43、車47、車30井區(qū)等多個(gè)油氣藏。這些油氣藏主要為斷塊油氣藏，同時(shí)受巖性和儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度的控制，與火成巖的發(fā)生、發(fā)展有著直接的關(guān)系［4-5］。本次研究的是車47井區(qū)古生界火山巖。

2 火山巖儲(chǔ)層分析

2.1 儲(chǔ)層特征

車47井油藏是斷層-巖性油氣藏，上傾方向受斷層遮擋，下傾方向及兩側(cè)受火山巖儲(chǔ)層巖性變化和儲(chǔ)層物性變化控制，油、氣、水分布與構(gòu)造等高線無(wú)直接關(guān)系。該區(qū)火山巖類型多樣，主要有火山角礫巖、玄武巖、安山巖和凝灰?guī)r。

車47井區(qū)火山巖巖性的多樣性使其儲(chǔ)集空間類型變得復(fù)雜、多樣，其形成、發(fā)展、充填以至再形成孔縫是一個(gè)復(fù)雜的演化過(guò)程，并受多種因素的控制。從成因來(lái)看，儲(chǔ)集空間可劃分為原生儲(chǔ)集空間（原生氣孔、晶間孔、礫間孔、冷凝收縮縫和晶間縫等）和次生儲(chǔ)集空間（溶蝕孔和構(gòu)造縫）。儲(chǔ)集空間組合主要有2種：一是裂縫-溶蝕孔，常見(jiàn)于火山角礫巖中，是主要的儲(chǔ)油孔隙組合；二是晶間-裂縫-溶蝕孔，常見(jiàn)于安山巖中。據(jù)統(tǒng)計(jì)（圖1），該區(qū)儲(chǔ)層物性中以近火山口爆發(fā)相的火山角礫巖最好，碎裂玄武巖、安山巖次之，凝灰?guī)r最差，且裂縫的發(fā)育程度對(duì)火山巖儲(chǔ)層物性的改造作用較大［1，5］。

圖1 火山巖儲(chǔ)層物性與巖性關(guān)系Fig.1 The relationship between reservoir properties and lithology of volcanic reservoir

綜上所述，該區(qū)火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層以裂縫較為發(fā)育的火山角礫巖等爆發(fā)相火山巖為主。

2.2 儲(chǔ)層敏感性參數(shù)分析

地震儲(chǔ)層反演的首要前提是針對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層進(jìn)行精確的測(cè)井參數(shù)敏感性分析。測(cè)井曲線能否正確區(qū)分有效儲(chǔ)層和較致密的非有效儲(chǔ)層，以及地震反演結(jié)果能否反映儲(chǔ)層發(fā)育情況，都要看儲(chǔ)層的測(cè)井參數(shù)敏感性分析結(jié)果。儲(chǔ)層測(cè)井參數(shù)敏感性分析是利用各種測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與儲(chǔ)層巖性、物性和測(cè)試數(shù)據(jù)，優(yōu)選有效儲(chǔ)層和致密儲(chǔ)層的敏感測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)類型，確定測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分界值，為地震反演提供可靠的巖石物理數(shù)據(jù)［6-7］。

在該區(qū)利用新井的巖礦鑒定報(bào)告、薄片鑒定報(bào)告、巖心資料等，歸納不同巖性的測(cè)井響應(yīng)特征，建立了火山巖二維巖性識(shí)別圖版（圖2）。根據(jù)巖性解釋量版，對(duì)該區(qū)所有井的巖性進(jìn)行了重新解釋，使火山巖的巖相識(shí)別精度有了明顯提高。通過(guò)分析可知，車47井區(qū)判別古生界火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層巖性最敏感的測(cè)井參數(shù)為密度，火山角礫巖和安山質(zhì)玄武巖大都表現(xiàn)為高密度的特征，其值為2.5～2.75。

圖2 火山巖巖性識(shí)別圖版Fig.2 Two-dimensional chart for the identification of volcanic rocks

3 層序約束下的火山巖儲(chǔ)層反演

火山巖儲(chǔ)層反演，要求反演結(jié)果既要反映火山巖的地震、地質(zhì)特征，又要有利于預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層的空間分布，從而達(dá)到預(yù)測(cè)油氣藏分布的目的。筆者為了克服實(shí)際應(yīng)用中火山巖儲(chǔ)層橫向變化快、難以預(yù)測(cè)的難題，首先建立起該區(qū)的火山巖沉積序列，并在此約束下采用多屬性儲(chǔ)層反演技術(shù)，較好地控制了火山巖儲(chǔ)層橫向展布規(guī)律的預(yù)測(cè)精度。根據(jù)該區(qū)火山巖儲(chǔ)層參數(shù)敏感性分析的結(jié)果，采用非線性多屬性反演技術(shù)獲得了該區(qū)火山巖儲(chǔ)層最敏感的密度屬性。雖然各種密度反演機(jī)理不很明確，但根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，通過(guò)多屬性綜合反演，能很好地反映火山巖巖相變化，達(dá)到預(yù)測(cè)有利巖相的目的。

3.1 火山巖層序的建立

為了確定不同期次火山巖相帶的平面展布規(guī)律，借鑒了沉積巖中的層序概念及相關(guān)方法，即火山巖層序是由一個(gè)或多個(gè)噴發(fā)—沉積旋回疊置而成的巖石組合，與火山活動(dòng)的旋回相一致。本次火山巖層序的劃分主要采取以下方法：①?gòu)臏y(cè)井、錄井資料上識(shí)別火山活動(dòng)間斷，標(biāo)志性的巖性為沉積巖，研究區(qū)內(nèi)已鉆井揭示的沉積巖為泥巖；②從地震剖面上識(shí)別目的層內(nèi)的火山活動(dòng)間斷面，即火山機(jī)構(gòu)；③通過(guò)井-震聯(lián)合標(biāo)定及對(duì)比，共同確定目的層的火山巖層序界面［8］。

根據(jù)上述思路，在該區(qū)劃分了4套火山巖層序（圖3）。單個(gè)火山旋回的下部為爆發(fā)相火山巖/火山碎屑巖，上部為溢流相熔巖，構(gòu)成火山噴發(fā)的一個(gè)期次；早期以熔巖為主的噴發(fā)（車24，Ⅰ期）轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、晚期（Ⅱ—Ⅳ期）火山角礫巖的大規(guī)模發(fā)育，以及熔巖比例的減小，表明火山噴發(fā)方式由早期的裂隙式轉(zhuǎn)變?yōu)橹小⑼砥诘闹行氖?；石炭紀(jì)晚期火山活動(dòng)逐漸減弱，局部發(fā)育了沉火山碎屑巖和含火山碎屑沉積巖。

圖3 火山巖層序劃分Fig.3 The sequence division of volcanic rocks

3.2 非線性多屬性密度反演

多屬性反演方法是一種非線性反演方法，本次研究采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行密度反演，綜合波形、能量、頻率、相位等一系列基于幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)特征的地震屬性，反演出火山巖巖相在平面上的展布特征［9-13］。

3.2.1 反演的基本步驟

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，功能有限，但大量神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的行為卻是極其豐富多彩的［9］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可分為3個(gè)層：輸入層、隱含層和輸出層。其主要步驟是：①選取與火山巖關(guān)系比較密切的地震屬性參數(shù)，個(gè)數(shù)要適宜，本次主要選取的參數(shù)有波阻抗、相位、頻率、層速度、振幅等；②將地震屬性、井旁地震道和目標(biāo)曲線作為原始數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，就可確定輸入與輸出之間的非線性映射關(guān)系，從而得到培訓(xùn)模型；③利用三維空間點(diǎn)的多種屬性參數(shù)，根據(jù)培訓(xùn)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，即可反演出三維空間的巖性數(shù)據(jù)體。

3.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演的實(shí)現(xiàn)

利用培訓(xùn)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和三維空間點(diǎn)的多種屬性參數(shù)，即可反演出三維空間的密度數(shù)據(jù)體［12］。具體可分為以下3個(gè)部分：①加載地震、測(cè)井資料并作標(biāo)定；②在井點(diǎn)附近訓(xùn)練地震資料，使之能夠預(yù)測(cè)感興趣的儲(chǔ)層參數(shù)；③將訓(xùn)練出的關(guān)系應(yīng)用于整個(gè)地震數(shù)據(jù)體，達(dá)到儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)的目的。第一部分顯然是標(biāo)準(zhǔn)的地震處理手段，后兩部分是多屬性預(yù)測(cè)的核心部分。地震屬性與所預(yù)測(cè)對(duì)象之間的關(guān)系十分復(fù)雜，在對(duì)不同工區(qū)和不同儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，各種地震屬性的敏感程度是不完全相同的；即使在同一工區(qū)、同一儲(chǔ)層，因預(yù)測(cè)對(duì)象不同，其對(duì)應(yīng)的敏感地震屬性也存在差異；地震屬性優(yōu)化技術(shù)可以提高地震儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度，以及更有效地進(jìn)行儲(chǔ)層描述，進(jìn)一步提高鉆井的成功率［13］。

3.2.3 反演效果分析

圖4是多屬性密度反演結(jié)果的聯(lián)井剖面。從圖中可以看出，主要出油的CHE91井在密度剖面上表現(xiàn)為高密度特征。雖然其橫向非均質(zhì)性特別強(qiáng)，相鄰2口井發(fā)生了較快的巖性變化，但從已鉆井的對(duì)比分析來(lái)看，其優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的高密度特征還是非常明顯的，只是從反演剖面整體效果來(lái)看較為雜亂。因此，在本次研究中，利用多屬性密度反演預(yù)測(cè)火山巖有利儲(chǔ)層時(shí)加入了火山巖層序界面進(jìn)行約束，所有的反演工作及結(jié)果分析都只針對(duì)某一特定的層序內(nèi)部，超出該層序范圍外的不加考慮，這就使反演結(jié)果在平面上更具有規(guī)律性，儲(chǔ)層對(duì)比結(jié)果也更加可信。圖5是該區(qū)二疊系佳木河組火山巖層序Ⅰ的多屬性密度反演平面圖，從圖中可看出，其橫向變化非常自然，與已鉆井火山巖密度進(jìn)行標(biāo)定分析，認(rèn)為實(shí)際出油井（圖5中黑色實(shí)心為出油井）基本分布在南北向的高密度條帶上，與前面的火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層敏感性參數(shù)分析結(jié)果一致，預(yù)測(cè)出了火山巖有利儲(chǔ)層的展布范圍（圖中紅色范圍）。

圖4 CHE47井區(qū)聯(lián)井密度反演剖面Fig.4 The section of density inversion in CHE47 well area

圖5 層序1多屬性密度反演平面圖Fig.5 Plane map of multi-attribute density inversion of volcanic sequenceⅠ

經(jīng)上述技術(shù)的應(yīng)用，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，在CHE47井區(qū)預(yù)測(cè)出有利儲(chǔ)層為爆發(fā)相，裂縫發(fā)育面積達(dá)57.4 km2。在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，綜合構(gòu)造、斷裂等多種特征，特別是已知井的鉆遇情況，整體部署了勘探井位，經(jīng)鉆探多口井獲得了工業(yè)油氣流（圖5），證明了該技術(shù)的有效性。

4 結(jié)論

（1）火山巖層序研究是火山巖相研究的基礎(chǔ)，通過(guò)在研究區(qū)建立的4套火山巖層序序列，為火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及解釋提供了較好的橫向約束，有效地解決了火山巖儲(chǔ)層橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題。

（2）通過(guò)本次層序約束下的火山巖儲(chǔ)層地震反演技術(shù)在研究區(qū)的應(yīng)用，精細(xì)地刻畫了火山巖儲(chǔ)層的空間展布特征，生產(chǎn)應(yīng)用效果顯著。

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