王健
中石化胜利油田分公司石油工程技术研究院
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2019-07-16
网络出版日期: 2019-09-25
版权声明: 2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
作者简介:
作者简介：王健 工程师,1985年生,2011年毕业于中国石油大学(北京)矿产普查与勘探专业,现在中石化胜利油田分公司石油工程技术研究院从事钻测录技术管理工作。通信地址:257000 山东省东营市东营区西三路306号。电话:18953058218。E-mail:wangjian691.slyt@sinopec.com
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摘要
以惠民凹陷夏8地区为例,在区域岩浆活动旋回指导下,综合分析岩相、测井相、地震相等资料,根据喷发相火山喷出物的产出形态及岩石学特征,将火成岩分为喷发相及浅成侵入相两组,喷发相组细分为2种岩相、5类亚相,明确了夏8地区不同成因火成岩岩相特征,建立了第三系不同成因火成岩岩相模式;同时,在火成岩岩相特征及发育模式指导下,开展火成岩发育期次研究,通过各喷发期次的识别与横向对比,搭建火成岩地层地震层序格架,总结不同期次喷发的特征及分布规律,为下一步的火成岩勘探开发奠定了基础。
关键词：
惠民凹陷夏8地区构造运动频繁,地质结构复杂,火山活动极为强烈,从沙四期到东营组均有频繁的火山活动,且具有活动时间长、范围广、类型多的特点。由于火成岩非均质极强,其储集性能受控于岩性、岩石结构和构造运动破坏等多种因素的影响,一方面火山活动会对已有的油气藏起到破坏作用,往往火成岩发育巨厚的地区,沙河街组和东营组砂岩不发育,另一方面,火成岩本身可以作为良好的盖层和侧向遮挡层,从而制约着玉皇庙油田的油气勘探开发[1,2,3,4,5,6]。因此,本文开展火成岩识别研究,对火成岩储集层进行岩相识别,建立惠民凹陷夏8地区第三系不同成因火成岩岩相模式并划分其火成岩发育期次,有助于厘清火成岩储集层的演化,为后续进一步勘探评价奠定基础。
玉皇庙油田位于山东省商河县玉皇庙乡,构造上处于惠民凹陷中央隆起带东段,商河油田东南方5.0 km。夏8地区属于玉皇庙油田的主体构造,区域位置位于济阳坳陷西部惠民凹陷中央隆起带东部玉皇庙-瓦屋地区。研究区面积20 km2,主要目的层段为沙河街组三段、沙河街组二段、沙河街组一段和东营组地层,岩性主要为玄武岩、凝灰岩、砂岩和泥岩,局部发育石灰岩和白云岩。
火成岩岩相是火成岩形成条件及在该条件下所形成的火成岩岩性特征的总和,能够揭示火成岩时空展布规律以及不同岩性组合之间的成因联系,对于确定火成岩储集层发育区至关重要。
火成岩岩石学特征是火成岩研究的基础,不同岩石学类型所表现的产状、岩相、结构、构造及储集空间类型和成藏的关系各不相同。夏8地区第三系火成岩以火山碎屑岩(凝灰岩)、基性(玄武岩)喷出岩为主,偶见火山角砾岩。沙二段、沙三段局部钻遇辉绿岩。纵向上东营组、沙二段分布概率高,沙一段次之,沙三段(上)欠发育。
(1)火山凝灰岩:火山强烈喷发出来的各种碎屑物堆积而成的岩石。该种火成岩在研究区广泛分布,具有碎屑结构,略见层理构造,常见长石等晶屑,沿层理等充填有碳酸盐等,具气孔、杏仁构造,杏仁体成分主要为绿泥石、方解石和沸石。火山碎屑成分主要为蒙脱石化、绿泥石化玄武质玻璃,偶见玄武岩岩屑,局部见角砾内玻璃质冷凝收缩缝和气孔。白云石脉和方解石脉较发育。
(2)火山角砾岩:岩石主要由火山角砾、晶屑及火山灰组成,颜色呈灰色、灰绿色,致密坚硬。火山角砾大小不等,角砾成分以流纹岩、球粒流纹岩、凝灰岩、熔结凝灰岩为主。
(3)玄武岩:基性火山熔岩,SiO2含量为45%~52%,岩石呈暗黑色,风化面呈紫红或深褐色,多为细粒至隐晶结构或斑状结构。斑晶矿物成分主要为基性斜长石、单斜辉石、斜方辉石、橄榄石等,常见块状构造、气孔、杏仁构造,常发育柱状节理。
(4)辉绿岩:主要矿物为辉石和基性斜长石,次要矿物为橄榄石和角闪石,副矿物多为磁铁矿,岩石一般呈灰色或暗绿色,多为绿灰结构。
依据火成岩岩石的生成环境及其结构特征,按照“岩性-组构-成因”,分为喷发相及浅成侵入相两组。根据喷发相火山喷出物的产出形态及岩石学特征,将喷发相组进一步细分为2种岩相、5类亚相[7,8,9]。
2.2.1 喷发相组
(1)爆发相:通常形成于火山作用旋回早期,近火山口发育,为火山强烈爆发形成的火山碎屑在地表堆积而成,地貌形态呈锥形,进一步分为火山口、火山碎屑斜坡两类亚相。火山口亚相位于火山锥体中部,由火山角砾岩、粗面质凝灰岩混杂而成,孔隙、裂缝不发育,为不利储集岩相;爆发相-火山碎屑斜坡亚相位于火山锥体斜坡带,借用邻区岩心资料,可见原生气孔、溶蚀孔、构造缝、收缩缝等储集空间发育,物性较好,为有利储集岩相。
(2)溢流相:形成于火山作用旋回中晚期,是熔浆在后续喷出物推动和自身重力共同作用下,沿地表流动过程中逐渐冷凝固结而成,进一步细分火山口、火山熔岩斜坡、远火山斜坡3类亚相,在岩性特征、测井响应特征等方面均有差异。火山熔岩斜坡亚相为该岩相主体,位于火山口周围斜坡,分布广,纵向上多呈富含气孔、溶孔玄武岩与致密玄武岩多期叠加,代表着喷发溢流期次的旋回性、多期性,借用邻区岩心资料,可见原生气孔、溶蚀孔等储集空间发育,物性较好,为有利储集岩相;远火山斜坡亚相远离火山口,位于火山熔岩斜坡亚相外围,分布广、多为致密块状玄武岩,熔岩经远距离流动,气孔、杏仁构造不发育。
2.2.2 浅成侵入相组
为岩浆侵入到离地表较浅处(0.53 km)冷却形成的火成岩体,形成时岩浆温度下降快,结晶较细,多为小型侵入岩体。由岩体边缘至中心依次分为边缘、过渡、中心3类亚相,具有“空间对称性”。由于本区该岩相发育规模较小,亚相不易划分。
基于区域岩浆活动旋回指导,综合前人对该区火成岩相的认识以及邻区岩心描述和测井、地震资料,建立了夏8地区第三系火成岩岩相模式(图1)。
本区各火成岩岩相在岩性、测井、地震特征等方面均存在较明显差异,综合上述各典型火成岩岩相特征分析,总结夏8地区喷发相组、浅成侵入相组、沉积岩相组三组岩相的岩石特征、测井响应特征、地震反射特征,如表1所示。
表1 夏8地区三组岩相岩石、测井、地震特征
| 岩相组 | 相 | 岩石特征 | 测井特征 | 地震特征 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 声波速度/(m·s-1) | 地震反射特征 | ||||
| 爆发相 | 火山角砾 岩、凝灰岩 | 与溢流相相比,两低三高: 低密度、低电阻率、高自然伽马、 高声波时差、高中子密度 | 2 8005 700 | 典型的蘑菇状、丘状外形,顶部为中强 反射,内部杂乱,常见披覆、超覆反射 | |
| 喷发 相组 | 溢流相 | 玄武岩 | 与爆发相相比,三低两高: 低自然伽马、低声波时差、 低中子密度、高电阻率、高密度 | 3 0006 000 | 弧状外形、由两三个相位组成,表现 为连续强振幅、低频反射弧形屏蔽, 下覆反射呈杂乱状 |
| 浅成侵 入相组 | 辉绿岩 | 与爆发相相比,三低两高: 低自然伽马、低声波时差、 低中子密度、高电阻率、高密度 | 4 0006 300 | 表现为较连续、低频、中强板状 反射,对下覆岩层产生屏蔽作用, 呈穿层特征 | |
| 沉积岩 相组 | 碎屑岩 碳酸盐岩 | 与火成岩相相比,两低两高: 低密度、低电阻率、高自然 伽马、高声波时差 | 2 5005 300 | 亚-平行反射结构,能量较强, 连续、成层性好 | |
夏8地区第三系火成岩具有多期次、间歇性喷发特征,形成了广泛发育的火成岩地层在垂向上具有多期叠置,在横向上具有迁移的特征,表明火山喷发具有旋回性和方向性。综合运用地质与地球物理方法搭建火成岩地层地震层序格架技术,并在此基础上进一步识别划分火山喷发期次。
火山喷发期次为一个喷发中心一次相对集中的火山活动,夏8地区第三系火成岩具有多期次、间歇性喷发特征。火成岩层序的划分旨在寻找横向可对比、上下地层可区分的地层界面。一次相对集中连续的火山活动,在物质成分、喷发方式及喷发强度上一定会发生规律性的变化,这种规律性的变化发生后,必然会形成一套具有成因联系的火成岩层序。
在夏8地区第三系火成岩旋回期次划分对比过程中,以区域岩浆活动旋回为指导,通过综合运用地质与地球物理方法,充分利用岩性、岩相、测井和地震资料, 地质界面与地震界面相结合,将夏8地区第三系目的层E
(1)地质识别方法:包括地质界面(沉积夹层)、岩性组合及岩相序列分析。
(2)地球物理识别方法:测井响应特征及地震反射特征相结合。
火成岩地层地震层序格架对比原则:单井标定各期次喷发界面,以连井横向对比控制搭建全区火成岩地层地震层序格架。
以区域岩浆活动旋回为指导,综合研究区单井测井响应、岩性组合、岩相序列、地震反射特征等因素,确定夏8地区第三系火山喷发旋回期次划分对比方案[10,11]。首先将华北Ⅰ幕火山喷发旋回划分为3个次级旋回,分别为Ek-Es4早、Es4晚-Es2早、Es2晚-Ed;在此基础上,进一步将第三系目的层E
夏8地区火山喷发旋回期次具有多中心、多期次喷发,广泛发育了垂向上多期叠置、横向上具迁移现象的特征(图2),具体表现在:
(1)旋回期次之间具规模不一的间歇面,该时期内火山产物遭受沉积改造或风化剥蚀,岩石表面颜色发生明显变化。因此,在本区主要形成沉积夹层等间断面,是划分不同旋回最直观、最重要的标志。
(2)由于火山喷发模式的改变和距火山中心的距离,不同期次的火成岩相序和岩石组合变化存在差别。
(3)不同旋回期次的火成岩相序和岩石组合具相似性和可比性,纵向上表现为同源不同时期的周期性变化。因此,类似的相序变化和岩石组合可重复出现。
根据夏8地区单井各喷发期次的识别和划分,横向上进行连井喷发期次对比,搭建火成岩地层地震层序格架,总结不同期次喷发特征及分布规律。
图3为南西-北东向X 601-X 8-X 6-X 7连井地震剖面图,整体反映目的层E
纵向:每期之间均具不同规模的沉积夹层间断面,5期、4期火山活动最为强烈,以爆发相为主,溢流相规模小;3期、2期火山活动稍弱,爆发相与溢流相交互发育;1期基本无火山活动。
横向:5期、4期火山活动最强带发育在X 8井附近,以爆发相为主,见火山口亚相的火山角砾岩,X 601井、X 6井次之,向X 7井一带演变为溢流相;3期、2期火山活动最强带发育在X 601井附近,见火山口亚相的火山角砾岩,向X 8、X 6井分别演变成爆发相的碎屑斜坡及溢流相的熔岩斜坡。3期X 7井基本为沉积岩相。
另外,从地震反射上来看,不同的火成岩相具有特殊的地震反射单元外形和地震反射结构。爆发相呈现典型的蘑菇状或丘状外型,顶部具有中等强度的反射,内部杂乱,常见披覆、超覆构造。溢流相为典型的弧形反射,由两三个相位组成,特点是低频反射弧形屏蔽,连续强振幅、杂乱状的下覆反射。
依据地震反射特征圈定不同期次喷发的火山机构,主要做法是寻找具丘状、穹窿状反射特征的区域,以此为中心向两侧追踪,终止在地质体顶部同相轴的下超点,由此确定的界线为该期火成岩的边界。通过后续甜点属性、地震反演综合判定,X 7井处于另一个火山锥溢流相。
(1)通过对单井相的划分,依据岩相、测井相、地震相特征,明确不同成因火成岩岩相特征及岩相模式,结合地球物理预测结果,形成一套综合完整的火成岩识别模板。该模板对于相似地质背景下的区域有较好的推广价值。
(2)夏8地区第三系火成岩具有多期次、间歇性喷发特征,形成了广泛发育的火成岩地层在垂向上具有多期叠置,在横向上具有迁移的特征,本次研究综合运用地质与地球物理方法搭建火成岩地层地震层序格架技术,以地质模式及地质识别为指导,地球物理技术方法为手段,并在此基础上进一步识别划分火山喷发期次,搭建5期火成岩地层地震层序格架。
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