随着常规油气藏勘探程度的不断提高及勘探难度的不断增加，火山岩油气藏的勘探地位日益凸显。近年来，松辽盆地、准噶尔盆地及渤海海域的火山岩油气藏勘探不断取得突破，展现了火山岩油气藏良好的勘探前景^[1-3]。火山岩储层物性虽然不受或少受埋藏深度影响，但受岩性、岩相控制作用明显^[4-5]，岩相精细识别和刻画是火山岩勘探的基础。目前，火山岩岩相识别手段主要包括岩心观察、测井识别以及地震识别等。尚玲等^[6]及张大权等^[7]综合岩心及测井资料对准噶尔盆地的火山岩进行了识别；叶涛等^[8-9]利用测井资料对渤海海域中生界火山岩进行了精细的识别；张明玉^[10]及皮雄等^[11]利用地震资料详细刻画了不同盆地的火山岩岩相特征。这些方法的应用，有效识别了火山岩岩相，奠定了火山岩油气藏勘探开发的基础。

渤海海域广泛发育中生界火山岩，大量钻井油气显示活跃，揭示出该区域具有较大勘探价值，但由于中生界火山岩埋藏较深，受海域地震资料分辨率限制，利用地震资料反演进行储层预测难度较大。火山岩岩相对优质储层具有明显的控制作用，准确识别中生界火山岩岩相对渤海海域下一步勘探具有重要的指导意义。以研究区丰富的钻、测井资料及三维地震资料为基础，在落实主要火山岩岩相类型的基础上，通过测井相及地震相识别技术，建立系统的火山岩岩相识别方法，并明确优质岩相，以期减小勘探风险。

渤海海域位于渤海湾盆地中东部，为典型的新生代内陆裂谷盆地，其构造史可分为前古近纪裂前期、古近纪裂陷期和新近纪裂后期等3个发展阶段^[12-13]。前古近纪裂前期又可划分为太古宙—古元古代陆核形成阶段、中—新元古代裂陷槽发育阶段、古生代稳定地台发育阶段以及中生代裂谷发育阶段等。受印支运动与燕山运动的影响，渤海湾地区及其周边在中生代发育了多期陆相沉积盆地，裂陷过程中伴随着强烈的火山活动^{[1, 14]}。

测年结果显示，研究区火山岩的主要喷发期集中在距今（150~100）Ma，即早侏罗世—晚白垩世。钻井揭示，火山岩以中基性为主，且主要沿基底断裂分布，地球化学分析证实为典型拉张背景下幔源熔浆上涌喷发而成。目前，研究区已发现蓬莱9-1亿吨级花岗岩潜山油气田、428西油田与锦州20-2气田等3个火山岩油气田（图 1）。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 渤海海域中生界火山岩平面分布 Fig. 1 Distribution of Mesozoic volcanic rocks in Bohai Sea

已钻遇中生界探井的统计结果表明，渤海海域主要发育溢流相、爆发相以及火山沉积相等3种火山岩岩相。

溢流相主要为各类火山熔岩，研究区多见玄武岩与安山岩；爆发相火山碎屑岩主要为各类火山角砾岩及凝灰岩；火山沉积相中多见凝灰质砂岩、凝灰质砾岩以及正常砂泥岩互层等。

溢流相玄武岩多以黑色、深灰色为主，具斑状结构。斑晶主要为粒状橄榄石及板条状基性斜长石，基质部分呈间粒结构，斜长石微晶与辉石微晶相间。部分岩石蚀变强烈，主体呈非晶质结构，斜长石微晶杂乱分布，绢云母化，格架间充填暗色矿物微粒和玻璃质，强烈泥化，偶见绿泥石蚀变颗粒；部分岩石蚀变不明显，但方解石交代较常见，可见较大的方解石杏仁体[图 2(a)~(b)]。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 渤海海域中生界典型火山岩相岩心及镜下特征 （a）杏仁体玄武岩，两期充填，早期为红褐色黏土质，晚期为绿泥石, BZ5井，2814m，正交偏光；（b）方解石杏仁体玄武岩，杏仁体定向排列，BZ5井，2815m，岩心；（c）含油安山岩，裂缝发育，BZ13井，2948m，岩心；（d）安山岩，以基质为主，斜长石可见简单双晶、聚片双晶和环带结构，斑晶间为玻璃基质，JZ20-2-2井，2270m，单偏光；（e）安山质火山角砾岩，角砾间方解石胶结，JZ20-2-4井，2497m，岩心；（f）安山质火山角砾岩，裂缝中充填方解石，JZ20-2-4井，2503m，正交偏光；（g）凝灰岩，含不规则状岩屑，角砾间方解石胶结，BD1井，3309m，岩心；（h）凝灰岩，含少量长石、石英和黑云母晶屑，长石晶屑碳酸盐化，火山灰弱脱玻化，玻屑明显，BZ7, 2584m，单偏光 Fig. 2 Core and thin section characteristics of typical Mesozoic volcanic facies in Bohai Sea

溢流相安山岩多以灰色、灰褐色为主，具斑状结构及似流动构造。斑晶主要为斑状斜长石，大小不一，部分斑晶局部定向排列，基质具有玻晶交织结构，由不规则的长石组成，偶见长石微晶间分布有少量的铁矿物[图 2(c)~(d)]。部分井段中安山岩蚀变严重，表现为斑晶基本绢云母化或铁白云石化，岩石整体绿泥石化。

爆发相火山角砾岩具角砾结构，并被火山碎屑物（岩屑、晶屑、火山灰等）胶结，常呈棱角状、次棱角状，分选差。根据角砾成分的差异可将火山角砾岩进一步划分为玄武质角砾岩、中基性角砾岩及安山质角砾岩等。岩石中常见碳酸盐化现象，并发育有裂缝；裂缝中充填物多样，以钙质胶结和泥质胶结为主[图 2(e)~(f)]。

爆发相凝灰岩具有凝灰结构，岩石中一半以上火山碎屑物的粒径小于2 mm，常被火山灰及钙质胶结。爆发相凝灰岩在渤海海域广泛发育[图 2(g)~(h)]。

火山岩岩相是指火山喷发过程中所形成的岩石类型及其所处环境的综合响应。不同的岩相具有不同的岩石组合，控制了不同储集空间的发育，是决定油气富集与否的重要因素。不同火山岩岩相在测井、地震上具有不同的响应特征，这为火山岩岩相精细识别提供了理论基础。

溢流相和爆发相均是渤海海域发育的主要岩相，二者在常规测井资料上具有明显的响应差异。

溢流相具有高电阻率、低声波时差的测井特征，其电阻率往往大于20 Ω·m，但与陆上火山岩油气田中溢流相的电阻率相比，渤海海域溢流相的电阻率又相对较低，造成此现象的原因在于该地区的火山岩发生了较大程度的蚀变。溢流相根据岩浆性质可进一步划分为酸性、中性以及基性等三大类。不同溢流相的测井响应差异明显，其中，酸性溢流相具有高伽马的特征，其自然伽马往往高于120 API；与酸性溢流相相反，基性溢流相的自然伽马往往偏低，通常低于60 API；中性溢流相介于两者之间。不同岩浆性质的溢流相在密度曲线上也存在较大差异，从酸性溢流相到基性溢流相，密度具有逐步增加的趋势（图 3）。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 渤海海域中生界不同岩浆性质火山岩溢流相的测井响应特征 Fig. 3 Well logging characteristics of effusive facies of Mesozoic in Bohai Sea

受岩石结构特征控制，爆发相与溢流相具有不同的测井响应特征。以中性岩为例，溢流相与爆发相在自然伽马曲线上差异较小，但在密度、声波时差、中子孔隙度以及电阻率等测井曲线上却表现出明显差异，与中性爆发相相比，中性溢流相具有高密度、高电阻率、低中子孔隙度以及低声波时差等测井特征（图 4，表 1）。如安山岩溢流相与安山质角砾岩爆发相，二者同为中性岩石，成分差异不大，因此自然伽马曲线差异也不大，但由于二者在结构及破碎程度上的不同，从而导致了物性曲线的差异。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 渤海海域中生界不同火山岩相常规测井曲线响应特征 Fig. 4 Conventional well logging characteristics of Mesozoic volcanic facies in Bohai Sea

表 1(Table 1)

表 1 渤海海域中生界不同火山岩岩相测井响应特征统计 Table 1 Well logging response of Mesozoic volcanic facies in Bohai Sea 岩相类型 典型岩石类型 测井响应特征 常规测井 成像测井 溢流相 基性溢流相 玄武岩 低自然伽马、高密度、中高电阻率 具块状结构，背景相对较暗 中性溢流相 安山岩 中自然伽马、中密度、高电阻率 具块状结构，背景亮度中等 酸性溢流相 流纹岩 高自然伽马、中低密度、高电阻率 具块状结构，背景相对较亮 爆发相 火山角砾岩、凝灰岩 中低密度、中低电阻率；中高声波时差，中高中子孔隙度 可见角砾结构 火山沉积相 凝灰质泥岩、凝灰质砂岩 中高自然伽马、高声波、低电阻率 具层理构造

下载CSV 表 1 渤海海域中生界不同火山岩岩相测井响应特征统计 Table 1 Well logging response of Mesozoic volcanic facies in Bohai Sea

火山沉积相是介于火山岩相与常规沉积岩相之间的过渡类型，受沉积岩与火山岩含量变化控制，其测井响应特征变化较大。研究区的火山沉积岩相多为凝灰质泥岩，系火山灰漂浮至湖面沉积所致。此类火山沉积岩多具有相对高自然伽马、高声波时差、高中子孔隙度以及低电阻率等测井特征，与泥岩近似（表 1）。

虽然常规测井响应特征对岩石成分的判别较为准确，但对岩石结构的判识却存在一定的误差，而成像测井在岩石结构判识方面具有优势。火山角砾岩的角砾结构在成像测井上表现为高阻的亮色团块，角砾间可见砾间孔且显示为暗色斑状[图 5(a)，表 1]；凝灰岩往往具有块状特征，整体表现为亮色背景，内部常发育溶蚀孔[图 5(b)，表 1]；火山熔岩均具有块状结构，由基性玄武岩向酸性流纹岩演化时，电阻率增加，成像测井上表现为图像由暗色向亮色过渡，这是由于基性岩石中铁、镁等矿物的含量较高且电阻率较低导致的[图 5(c)~(d)，表 1]。安山岩易发育裂缝[图 2(c)]，如渤海海域428W油田的主力产层即为碎裂安山岩；由于流纹斑岩中可溶蚀的斜长石的含量增加，其内部往往发育大量溶蚀孔，在成像测井上表现为豆状暗色斑点，局部可见沿裂缝扩大的溶蚀现象[图 5(e)，表 1]。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 渤海海域中生界火山岩岩相成像测井识别 Fig. 5 Identification of Mesozoic volcanic facies by image logging in Bohai Sea

火山岩岩相是指火山喷发过程中所形成的岩石类型及其所处环境的综合响应。由于所处空间位置以及形成的岩石组合存在差异，因此，不同的岩相在地震上具有不同的反射特征。岩相与岩性常具有较好的对应关系，岩相的地震反射特征在某种程度上是岩性差异的综合体现。

根据研究区地震资料，可识别出4种地震相，它们分别对应于火山通道相、爆发相、溢流相以及火山沉积相等4种火山岩岩相（图 6）。火山通道相是岩浆自地幔上升到地表的通道，可与深大断裂伴生而表现为裂隙式喷发，也可单独存在而表现为点状式喷发。裂隙式火山通道相的火山机构依附断层发育、断层即火山通道；点状式火山通道相在地震剖面上常呈漏斗状、管状及蘑菇状，通道内部具有中低频、中低振幅、连续性较差、杂乱或蠕虫状反射为主等反射特征。爆发相的地震反射特征与火山通道相类似，具有中低频、中低振幅、连续性差以及杂乱反射等特征，其外形往往为丘状，常位于火山通道相的上部或外侧。根据岩性，研究区的溢流相可进一步划分为基性（玄武质）溢流相和中性（安山质）溢流相。两者均具有较好的连续性及较强的振幅等反射特征，由于基性岩浆黏度低、流动能力强，因此，地震剖面上基性溢流相的连续性更好。同时，基性岩浆中富含铁、镁等矿物，具有较高的密度，因而基性溢流相的振幅高于中性溢流相。火山沉积相多位于火山机构的外侧及低洼部位，是介于沉积岩相与火山岩相之间的过渡岩相类型，具有沉积地层的典型特征，如连续性好、外形上表现出席状或层状特征等。火山沉积相的频率高于火山溢流相，说明火山沉积相的单层厚度薄于火山岩（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 渤海海域中生界不同火山岩岩相地震响应特征 Fig. 6 Seismic response characteristics of Mesozoic different volcanic facies in Bohai Sea

地震剖面相与地震属性相结合可进一步刻画出不同岩相的平面展布形态^[15-18]。振幅及能量类的地震属性均能较好地区分各种火山岩岩相，其中，溢流相通常表现为高阻抗，火山沉积相表现为低阻抗，爆发相介于两者之间。

以平面振幅属性为基础，利用地震剖面相特征进行约束，可较为准确地刻画出火山岩岩相的空间分布形态（图 7）。渤海海域锦州20-2构造为研究区内一典型的中生界火山岩油气藏，整体呈NE向展布，利用均方根振幅属性能较好地识别该构造的火山岩岩相[图 7(a)]，从图 7(a)中可以看出溢流相振幅最强，爆发相的振幅比溢流相稍弱，火山沉积相与正常沉积岩相的振幅均较弱。岩相分析结果表明，研究区主要发育2个火山口，分别位于JZ20-2-2井区及JZ20-2-6D井区[图 7(b)]。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 锦州20-2构造中生界火山岩岩相展布 Fig. 7 Distribution of Mesozoic volcanic facies in Jinzhou 20-2 structure

由于中生界火山岩下部为太古界变质花岗岩，因此杂乱反射特征中难以识别出火山通道相，但JZ20-2-2井区、JZ20-2-6D井区及JZ20-2-7D井区爆发相的杂乱反射特征十分明显（图 8）。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 锦州20-2构造火山岩岩相剖面特征[剖面位置见图 7(b)] Fig. 8 Seismic profile of volcanic facies in Jinzhou 20-2 structure

现今有爆发相残留的JZ20-2-2井区、JZ20-2-6D井区及JZ20-2-7D井区仍位于构造高部位，并具有明显的杂乱反射特征，这些呈现杂乱反射的构造高部位是由火山口受后期改造而形成的。JZ20-2-9D井与JZ20-2-2井之间存在明显的凹型坑反射，这一现象与后期的剥蚀有关，剥蚀作用导致JZ20-2-9D井区虽然处在高部位但缺失爆发相火山岩，因此，钻井过程中直接钻遇底部残留的基性玄武岩。JZ20-2-9D井区还在地震剖面上具有强连续、强振幅的反射特征（图 8）。近火山口相带的主要岩性为中性溢流相安山岩与爆发相火山角砾岩，该相带是优质储层的主要发育部位；火山口两侧多发育基性溢流相玄武岩与火山沉积相凝灰质砂岩或泥岩，难以形成储层。钻井油气发现与地震相预测结果基本一致，JZ20-2-2井、JZ20-2-6D井以及JZ20-2-7D井是研究区主要的出油井，这几口井均钻遇爆发相与中性溢流相，其他井由于未能钻遇优质储层，勘探效果不佳。通过对JZ20-2构造的解剖分析，说明利用地震资料开展岩相识别，并从岩相角度解决储层预测问题是可行的。

总结火山岩岩相井震响应特征对油气勘探及优质储层预测均具有现实意义。大量钻井的油气显示、测井解释及物性分析结果均表明：不同岩相具有不同成储能力，爆发相是主要储集岩相，中性溢流相次之，而基性溢流相与火山沉积相均难以成储^[1]。基于此地质认识，通过在钻前对工区开展火山岩岩相平面刻画，优选火山口附近圈闭进行钻探，可大大降低火山岩油气勘探的风险。

（1）渤海海域中生界火山岩以中基性火山喷发为主，目前钻井揭示的火山岩岩相主要有爆发相、溢流相及火山沉积相等，火山通道相尚未钻遇。爆发相岩性以火山角砾岩及凝灰岩为主，溢流相可进一步划分为基性溢流相、中性溢流相及酸性溢流相。

（2）不同火山岩岩相具有不同的测井响应特征：与爆发相相比，溢流相常具有高电阻率、高密度、低声波时差、低中子孔隙度等测井响应特征，基性溢流相与中性溢流相相比具有低自然伽马、高密度的测井响应特征；同时，成像测井也可对不同火山岩岩相的结构差异进行判识。

（3）爆发相往往与火山通道相相伴生，具有杂乱反射的特征；溢流相与火山沉积相均具有连续性好的反射特征，溢流相往往还具有强振幅的反射特征，基性溢流相的连续性及振幅强度均优于中性溢流相；火山沉积相的振幅强度相对较弱。振幅及能量类地震属性均能较好地揭示出岩相的平面展布特征。近火山口的爆发相及中性溢流相均是研究区主要的优质储层发育相带。