川西南永探1井区火山岩储层预测方法及应用

贺紫娇，曾庆才，陈 胜，代春萌，王秀姣，杨亚迪

(1.中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 100049；2.中国科学院渗流流体力学研究所，廊坊 065007；3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

火山岩油气储层分布较为广泛[1]，伴随着全球尤其是国内能源短缺形势的加剧，近年来火山岩勘探在多个地区获得突破[2-4]，火山岩储层地震预测方法研究已经成为储层预测研究中的一个难点和热点[5-6]。

前人研究表明，火山岩在四川盆地内所占的面积约为2×104km2，且主要在川西-蜀南区域内大面积发育[12]。其中简阳-三台地区喷溢相火山岩大面积分布，为火山勘探的有利区，有利勘探区的面积达6 000 km2。同时，该地区与德阳-安岳裂陷生烃中心相邻，且通源断裂发育、保存条件好、成藏条件优越，具有很大的勘探潜力[7-9]。但与此同时，川西南地区的火山岩具有岩性岩相变化快、非均质性强、物性差、储层微裂缝较发育等特点[10-12]。加之地表条件复杂，地震资料品质和成像效果差，所以川西南火山岩气藏勘探和地震储层预测面临诸多技术挑战[13-14]。

中国石油西南油气田分公司于2018年部署的永探1井是以火山岩储层为目的层，井深5 700 m，是针对二叠系火山岩的重点风险探井[15]。在钻井过程中出现四次气侵，油气显示良好。永探1井通过岩心物性分析结果显示出储层物性良好。该井最终获得了22.5×104m3/d的高产工业气流，进一步展示了四川盆地火山岩具有较大的勘探潜力[16-17]。

现以四川西南部的永探1井区火山岩为研究对象，制订针对性技术流程。综合利用测井资料、三维地震资料和火山岩储层特征分析，开展地震层位、地震反射特征分析、火山岩相识别，以及有利储层的预测。

1 地质背景

研究区块所处的四川盆地是中国大陆内部最为稳定的六大盆地之一，如图1所示，其位置在上扬子克拉通的西北部地区，是经由克拉通盆地演化而形成的大型叠合盆地。研究区永探1井位于四川盆地西南部简阳-三台地区，属于川中低缓构造带。永探1井钻遇厚达107 m的火山岩，测井综合解释储层厚度达87 m，含气饱和度高。2018年12月16日,永探1井获高产工业气流，实现了四川盆地火山岩勘探的重大突破，首次发现了四川盆地喷溢相火山岩气藏，展示出该盆地二叠系火山岩较大的天然气勘探潜力和良好的勘探前景[16-22]。

川西南部火山活动受峨眉山地裂运动(东吴运动)的强烈影响，其喷发期是二叠纪的晚茅口-龙潭期，火山岩段的底部与顶部分别与下伏茅口组的石灰岩和龙潭组的陆向碎屑岩不整合接触。其岩性以灰、灰绿色致密玄武岩、斑状玄武岩、杏仁气孔状钙碱性玄武岩为主，夹少量玄武质凝灰岩、凝灰质砂岩、泥岩等。研究区域的火山岩按岩石结构类型划分主要有两大类，分别是火山熔岩和火山碎屑熔岩(图2)。在永探1井顶部的火山熔岩主要是基性玄武岩，其主要组成为细晶基性斜长石。在永探1井区域附近，火山角砾熔岩较为发育，且按其角砾含量的相对大小，可进一步划分为角砾熔岩与含角砾凝灰熔岩。其中含角砾凝灰熔岩的角砾较小，以玄武岩屑为主，且具有一定的磨圆度，基岩是基性-超基性凝灰质熔岩。

图1 中国西南地区晚二叠世早期火山岩分布及川西地区地层综合柱状图[15]Fig.1 The distribution of early Late Permian volcanic rocks in southwest China and the comprehensive columnar map of western Sichuan region[15]

图2 永探1井火成岩段录井显示综合图Fig.2 Comprehensive picture of logging display in igneous section of Well Yongtan 1

2 技术思路

针对本地区火山岩储层特点及技术挑战，制订了针对性技术思路(图3)。通过井震标定及层位解释、地震响应特征分析、岩相分析及识别预测不同火山岩岩相平面分布，明确火山岩分布规律。应用地震岩石物理分析优选储层敏感参数，结合地震反演获取储层物性参数平面分布，开展储层预测，研究有利储层分布特征。最后结合岩相及储层分布，进行火山岩优质储层预测及综合评价。

图3 技术思路图Fig.3 Technical idea map

3 火山岩岩相预测

3.1 火山岩相地震响应特征

地震反射特征是火山岩相识别的基础和关键，本研究中首先在确定的火山岩体内，利用井震综合标定，结合正演模拟结果，研究不同火山岩岩性组合情况下的地震响应特征，建立火山岩相解释模式，在此基础上对火山岩相开展深入研究[22-25]。如表1所示，在本研究区内，共识别和确定了四种不同类型的火山岩岩性组合的地震响应模式，为接下来的岩相识别及储层预测工作奠定了基础。

3.2 岩相预测

同一期次的火山体因喷发类型、搬运方式、沉积环境的不同，可由多种火山岩岩相构成。不同岩相揭示了不同的储层性质。因此对于火山岩岩相的划分与识别成为火山岩储层定性预测的关键。永探1井区火山岩相对储层有重要控制作用，储层主要发育在爆发相、溢流相及次火山岩相带中。爆发相火山岩出现在喷发早期，在地震剖面上表现出丘状外形、杂乱、不连续、中-弱的地震反射特征，同相轴连续差等特点。溢流相火山岩主要出现在喷发旋回的中后期，在地震剖面上表现出席状-楔形外形、平行-亚平行地震反射结构、中低频、中-强振幅、可连续追踪等特点。侵入相火山岩出现在火山喷发的后期，位于火山岩底部，与围岩不整合接触，地震剖面上多表现为中-弱反射，中低频、连续性较差等特点。火山沉积相在火山活动的各个时期内几乎均有发育，呈现出平行-亚平行反射结构、弱振幅，中频，中等连续的地震特点。在合成地震记录标定基础上，结合前人经验，总结不同火山岩相地震响应模式，如表2所示，以降低火山岩解释多解性，并为储层预测研究奠定基础和提供依据。

通过总结前人经验以及类比其他火山岩相划分的依据和标准，按照火山岩的搬运方式、喷发方式以及作用方式和与火山口的距离，对该目标区域的火山岩的进行火山岩相的识别与划分，如图4、图5所示。

(1)喷溢相(近火山口)。该类岩相是四川盆地火山岩储层发育的主要相带。近火山口的喷溢相位于火山口附近，储层、岩性非均质性强，其岩性以含角砾凝灰熔岩和角砾熔岩为主，呈杂乱堆积，地震特征表现为火山岩厚度大，外形呈丘状反射，顶界为较连续中强振幅波峰反射，内部杂乱，中频中弱波谷反射为主；测井特征为中-低密度、中-高声波、中-高电阻、低伽马，研究区内典型井有永探1和天府2井。

表1 永探1井区不同岩性组合地震识别标志Table 1 The seismic identification marks of different lithological associations in Yongtan 1 well area

(2)喷溢相(远火山口)。远火山口的喷溢相距离火山口较远，主要表现为火山岩厚度大，岩性以火山碎屑岩、玄武岩为主；顶界为较连续中-强振幅波峰反射，底界无明显反射，内部地震特征表现为断续反射、中强波谷反射，研究区内典型井为中江2井。

(3)溢流相。溢流相的非均质性较弱，火山岩具有一定的厚度，以大面积的岩被和岩流状态存在；地震呈中强-弱振幅反射，中低频，顶面往往表现为断续中强波峰反射，底界无明显的反射。测井特征为高密度、低声波、高电阻、中伽马，研究区内典型井为永胜1井。

(4)侵入相。侵入相位于火山岩底部，与围岩接触，地震多表现为断续、中-弱反射；测井特征表现为高密度、低声波、高伽马，研究区内典型井为永探1井。

(5)火山沉积相。火山沉积相一般离火山口较远，岩性主要以凝灰岩为主，厚度小，地震上表现为中-弱振幅、弱连续，呈平行-亚平行反射，厚度变化小。

4 火山岩储层预测

火山岩储层预测是火山岩勘探的最终目的之一。针对火山岩储层的特点，火山岩储层预测技术研究以测井和地震资料为基础，综合运用岩石物理分析技术、地震反演技术、地震相分析技术等，在定性测量有利火山岩相分布的基础上完成有利火山岩厚度预测，从而对有利火山岩储层的平面及空间展布进行描述。

表2 火山岩相地震响应模式Table 2 Volcanic lithofacies seismic response model

4.1 岩石物理分析及敏感参数优选

地震岩石物理分析技术是连接地震与测井资料的桥梁，是储层地震定量预测的关键。运用地震岩石物理分析技术，可以有效地建立起储层参数和弹性参数之间的联系，同时可优选出对储层最敏感的弹性参数。通过岩石物理分析结果可以将地震反演弹性参数转换为储层评价参数，进而实现储层平面分布预测。

如图6(a)～图6(d)所示是永探1井二叠系目的层火山岩岩石物理参数交会分析图，由图6可知，目的层火山角砾岩密度为2.3～2.7 g/cm3，纵波速度为3 000～5 000 m/s，纵波阻抗为7 000～13 000 (m/s)·(g/cm3)。该目的层的火山角砾岩有利储层相较于其他岩性，表现出明显的低密度、低纵波速度、低纵波阻抗、中自然伽马的特性。因为火山角砾岩与玄武岩具有明显的波阻抗差异，故可由波阻抗来区分。因此，运用纵波阻抗反演来预测火山角砾岩的分布是可行的，地震岩石物理分析为后续通过波阻抗反演预测有利储层区提供了依据和指导。

图4 永探1、天府2连井剖面火山岩相划分Fig.4 The division of volcanic facies in the section of the connected wells of Yongtan 1 and Tianfu 2

4.2 有利储层预测

根据前面岩石物理分析结果，相对于其他岩性，火山角砾岩具有明显的低阻异常特征。在纵波阻抗反演剖面上表现为高阻背景下的低阻抗特征，故通过波阻抗反演可精细刻画爆发相火山角砾岩的分布，研究中采用了基于模型的地震波阻抗反演方法预测火山角砾岩储层。反演结果如图7所示，图中上部为常规地震剖面，下部为反演剖面，反演剖面中绿色和蓝色冷色调区域为低阻抗围岩，黄色及红色的暖色调区域为高阻抗火山岩，其中红色区域为火山角砾岩，其他区域为高阻抗火山岩。

根据岩石物理分析和波阻抗反演结果可知，有利储层为低阻抗的火山角砾岩，因此提取反演结果中纵波阻抗小于1.3×104(m/s)·(g/cm3)的储层厚度刻画有利储层分布。如图8所示为有利储层即火山角砾岩的厚度分布图，研究区有利火山岩储层整体发育，厚度最大约140 m，大部分区域厚度大于20 m，有利储层厚值区域主要分布在永探1井区东南部。图中永探1井和天府2井两口井处的角砾岩地震预测厚度分别93 m和80 m，测井解释分别为92 m和80 m，二者高度吻合，说明地震预测结果可靠。

孔隙度是反映火山岩储层品质的最重要指标，而波阻抗x是孔隙度y最敏感的弹性参数。二者存在较好的关系(图9)，二者间的拟合关系为y=0.736 747-7.084 48×10-5x+1.610 16×10-9x2。

应用上述拟合关系可将波阻抗反演数据体转换为孔隙度数据体，进一步预测优质储层分布。结果表明，孔隙度最高的优质储层大部分分布于工区的西部和西南部，与火山岩厚值区重合。从反演结果统计所得中低波阻抗储层厚度分布图(图8)及孔隙度>10%的优质储层厚度图(图10)可以看到，低波阻抗分布区和高孔隙度的优质储层分布具有很高的一致性，更进一步地说明了地震预测结果的可靠性。

5 结论

(1)充分利用叠后地震资料和测井资料，将火山岩相识别与地震反演相结合，对火山岩岩相及储层进行了地震综合预测。共识别出5种火山岩相，分别为喷溢相(近火山口)、喷溢相(远火山口)、溢流相、侵入相、火山沉积相。其中喷溢相(近火山口)岩相是本地区火山岩储层发育的主要岩相类型。本地区岩性、岩相复杂，储层非均质性强，优质储层是喷溢相含角砾凝灰熔岩和角砾熔岩为主，角砾熔岩最优。

图6 永探1井二叠系目的层岩石物理参数交会图Fig.6 Intersection diagram of petrophysical parameters of the Permian target layer in Well Yongtan 1

图7 永探1井地震剖面与波阻抗反演剖面Fig.7 Seismic profile and wave impedance inversion profile of Well Yongtan 1

图8 永探1井区二叠系火山岩有利储层厚度分布图Fig.8 Distribution map of favorable reservoir thickness of Permian volcanic rocks in Yongtan 1 well area

图9 永探1井孔隙度与纵波阻抗拟合图Fig.9 Fitting diagram of porosity and P-wave impedance of Well Yongtan 1

图10 孔隙度>10%有利储层时间厚度图Fig.10 Porosity>10% favorable reservoir time thickness map

(2)基于岩石物理分析、应用波阻抗反演和孔隙度预测技术可有效预测本地区火山角砾岩的分布。纵波阻抗小于1.3×104(m/s)·(g/cm3)和孔隙度大于10%的优质储层分布具有很高的一致性，主要分布在永探1井区东南部，最大厚度可达140 m。

(3)建立了研究区火山岩优质储层地震预测方法，能够准确预测火山岩有利岩相及优质储层平面分布，为该区域火山岩储层精细描述及气藏开发提供指导。