近年来，火山岩储集层作为油气勘探的新领域，已引起石油界和学者们的广泛关注^[1-3]，并在火山机构分析，火山岩相识别、类型及划分，储集空间类型及成因，储层预测，油气成藏机理等方面做了大量的研究工作^[4-6]，然而，由于火山岩储集层非均质性强，横向变化快，平面上多期叠合呈现错叠连片分布的特点^[7-8]，火山岩储层预测主要集中在岩性识别和不同岩相(火山通道相、爆发相、喷溢相、侵出相和火山喷发沉积相)的划分及储集层发育情况对比^[9-10]，而针对同一岩相(喷溢相)储集层的发育规律和有效储层的预测研究则相对薄弱。

本文利用3D地震、岩心观察、钻测井等资料，采用“源控、相控、地震反演、综合解释评价”的研究思路，通过地震资料精细解释识别火山口位置、追踪解释安山岩顶底面反射层，进而恢复安山岩形成时的古地貌；在10余口井井-震标定的基础上，分析安山岩地震相特征，优选振幅属性定性预测安山岩的分布；通过钻录井资料、物性分析资料以及波形分类、时频三原色等属性预测并编制有利岩相带分布图；通过岩-电分析，采用拟声波地震反演技术定量预测安山岩厚度和分布，提出相对波阻抗反演技术，定量预测安山岩储层的厚度及分布，结合相干体技术及频率衰减梯度等技术手段，明确安山岩有效储层的平面展布、空间形态及有利油气聚集区，以期提交钻探井位，并为研究区安山岩油气藏储量计算与上交提供地质依据。

乌兰花凹陷位于二连盆地西南部温都尔庙隆起上，其构造演化经历了燕山早期的挤压隆升作用；燕山中期(晚侏罗世到早白垩世)开始发生大规模的火山喷发活动，由此拉开了乌兰花凹陷伸展裂陷活动的序幕，开始发育伸展断陷盆地；到燕山末期，受到区域挤压应力场的影响，盆地整体发生抬升反转并遭受剥蚀。现今该凹陷为一个中生代残留断陷盆地。

乌兰花凹陷按构造单元可划分为北洼、中洼和南洼3个部分。其中，南洼又可分为赛乌苏构造、红格尔构造和红井构造3个构造单元，其面积约200 km²，为安山岩分布区，即本次研究区。乌兰花凹陷在早白垩世阿尔善组发育了2套安山岩，主要分布在南洼，包括红井构造全部，红格尔和赛乌苏构造的西部。第1套安山岩厚度总体在70~100 m左右，第2套安山岩厚度变化较大，从10 m到250多米不等，这2套安山岩之间是分布较为稳定的泥岩隔层(图 1)。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 乌兰花凹陷构造单元划分(a)及安山岩地层柱状图(b)和厚度分布(c) Fig. 1 Tectonic unit division(a), stratigraphic column(b)and thickness distribution(c)of andesite in Wulanhua Sag

从目前钻井情况看，已发现安山岩油气藏均位于第1套安山岩储集层中，储集空间以构造裂缝沟通气孔为主，其形成的油气藏受气孔发育程度和构造裂缝双重控制。第2套安山岩物性较为致密，未成藏。因此，本文重点研究第1套安山岩的岩相特征及有效储层预测情况。

火山口是火山活动的中心，明确火山口的位置是确定火山岩有利岩相带展布的重要基础。目前，识别地下火山口位置最常用最有效的方法是三维地震资料的综合运用^[11-12]。本文深度挖掘地震和地质资料，从多个角度进行火山口的识别和论证。

通常火山口爆发相表现为丘型地震反射特征，内部杂乱；溢流相在冷凝收缩后通常表现为下凹型的地震反射特征，上部充填或披覆沉积岩层。另外，火山通道通常表现为高角度近直立状，内部中强振幅、杂乱反射，尤其是火山通道易造成两侧地层产状发生改变[图 2 (a)~(b)]。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 乌兰花凹陷火山机构地震相特征 Fig. 2 Seismic facies characteristics of volcanic edifice in Wulanhua Sag

另外，通常火山口位于古地貌高地，熔岩从火山口喷溢出来后，受到古地貌影响，从高地向低洼地区顺势而流，冷凝成岩。因此，火山斜坡位置堆积的火山熔岩便呈现出从火山口到低洼地区逐渐增厚的趋势，从地震相反射特征观察，便呈现出斜坡楔形地震反射结构[图 2 (c)]，而且钻井揭示的厚度也与之吻合。通过对火山斜坡楔形反射结构的追踪与对比，发现沿着凹陷南部控盆断裂发育了2个楔形体，从而证实乌兰花凹陷南部控盆断裂应发育中心-裂隙式火山活动。

火山岩相通常包括爆发相、溢流相和火山喷发沉积相，其中爆发相又包括空落亚相、热基浪亚相和热碎屑流亚相^[13]。空落亚相主要发育火山集块岩和火山角砾岩，由于火山集块岩和火山角砾岩粒径大，在重力作用下发生近源沉落，反过来讲，发现火山集块岩和火山角砾岩堆积的地方应该位于近火山口的位置。无独有偶，乌兰花凹陷井壁取心薄片鉴定结果表明，在L45井井深为2 170 m和2 183 m处分别钻遇流纹质和安山质角砾岩，说明L45井应位于近—中火山口位置，其周边不远处应该发育火山口，结合地震相特征识别，从而证实L45井南火山口的存在。

通过地震相特征并结合已钻井岩相特征，明确了研究区火山口的位置。整体上，火山口以沿着早期控盆断裂呈串珠状展布为主，局部火山口则零星分布在凹陷内部早期断裂发育处，且均具有中心-裂隙式喷发的特征。

火山岩岩相指火山活动环境(包括喷发时的地貌特征、堆积时有无水体、距火山口远近、岩浆性质等)及与该环境下所形成的特定火山岩岩石类型的总和^[14]。根据该定义，不同火山岩岩石类型属于不同岩相，同一岩石类型不同活动环境(距火山口远近)亦属于不同岩相。二连盆地乌兰花凹陷火山岩岩相以溢流相安山岩为主，而本区安山岩距火山口距离不同，其孔隙、裂缝发育程度具有明显差异。

根据乌兰花凹陷已钻井揭示的溢流相安山岩气孔发育程度，将火山岩岩相划分为近火山口相、中火山口相和远火山口相3种。其中，近火山口相以L42井为代表，裂缝型储层，试油日产4.42 m³油流；中火山口相以L45井为代表，气孔较为发育，试油日产25 m³高产油流；远火山口相以L10井为代表，气孔、裂缝欠发育，油气显示差。

须要注意的是，中基性火山岩岩相划分要充分考虑古地貌的影响，因为影响熔岩挥发分多少的关键在于熔岩流经时间，伴随时间的流逝，熔岩挥发分逐渐减少直至消失。如图 3所示，趋势线之上的点可能表示斜坡坡度大，导致熔岩流速快，到达时间短，而趋势线之下的点则表示处于古地貌高地，熔岩堆积厚度薄，到达时间长，熔岩中挥发分枯竭，气孔不发育(L41井)。所以，熔岩到达时间的长短(而非绝对距离)是决定火山岩岩相划分边界的更重要指标。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 火山岩最大孔隙度与火山口距离关系图 Fig. 3 Relationship between maximum porosity and distance of volcanic crater

目前，乌兰花凹陷钻遇安山岩的井总体上较均匀地分布在凹陷周边，在明确火山机构的基础上，通过“点标定、线约束、面控制”的研究思路，开展乌兰花凹陷安山岩岩相展布规律研究，结合董冬^[15]、毛治国等^[16]对火山岩岩相的划分准则，以及研究区实际，将安山岩岩相划分为近火山口相、中火山口相和远火山口相。

“点标定”主要根据已钻井岩心资料，观察安山岩岩心气孔是否发育。若气孔整体较为发育，则表明该井位于中火山口相位置，若气孔整体欠发育，则表明该井位于近(或远)火山口相位置。

“线约束”则主要分析已钻井测井综合解释最大孔隙度与距火山口远近的关系(图 3)，在古地形相对平缓无明显凸凹不平的区域，在距火山口1 km以内为近火山口相区；在距火山口1~3 km为中火山口相区；在距火山口大于3 km的地区为远火山口相区。如果突遇古地形为局部深洼或凸起区时，则在局部深洼或凸起区对面，判断火山口相距火山口距离应适当缩短。

“面控制”则主要依据不同岩相其地震波形特征和地震频率不同，采用波形分类技术，可以从面上对不同岩相展布范围进行定性控制。在波形分类图上，根据已钻井情况和已识别火山口位置，综合判断红黄色代表火山岩厚度大，物性好，属于近火山口相和中火山口相位置；蓝色代表火山岩厚度小，物性差，属于远火山口相位置；绿色则代表火山岩厚度和物性介于前面2种之间，属于中火山口相到远火山口相的过渡地带(图 4)。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 乌兰花凹陷波形分类预测安山岩岩相带展布 Fig. 4 Prediction of andesite facies belt by waveform classification attribution in Wulanhua Sag

综合利用以上“点标定、线约束、面控制”的岩相识别原则和判别标准，详细划分出了乌兰花凹陷安山岩岩相平面分布图(图 5)。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 乌兰花凹陷安山岩岩相带分布 Fig. 5 Andesite facies belt distribution in Wulanhua Sag

目前，针对火山岩的储层预测研究总体较为薄弱，预测方法以地震属性分析法进行火山岩岩性预测为主^[17-19]。另外，李浩等^[20]提出分频属性反演结合地震属性分析预测有利储集层分布，但总体精度较低，难以满足火山岩油气藏勘探的需要。本文从油气储层研究的角度，根据测井对火山岩储层的响应特征，提出了去除低频背景的相对波阻抗反演定量预测技术预测储层空间展布，再结合区域应力分析和相干裂缝预测结果，综合评价二连盆地乌兰花凹陷安山岩有效储层空间展布。

通过对乌兰花凹陷安山岩岩电特征分析，发现研究区安山岩测井响应整体表现为低声波时差、低自然伽马、高密度、高电阻率的特征，局部存在相对高声波时差和相对低电阻率的特征(图 6)。岩心标定结果表明，安山岩致密层往往对应正常的低声波时差和高电阻率，而安山岩储层往往对应相对高声波时差和相对低电阻率(图 6)。因此，笔者采取声波时差曲线低频化处理，发现安山岩储层发育区正好对应着原始声波曲线(AC)与低频化声波曲线(AC_LF)之间具有明显正幅度差的位置，由此建立了研究区安山岩储层与测井响应之间的关系。为了更好地预测并准确刻画安山岩储层，本次研究提出相对波阻抗反演方法，即在原波阻抗反演的基础上，减去低频化后的波阻抗反演值，得到的反演结果，理论上若为正值则可能为有利安山岩，反之则可能为致密安山岩。实际上，由于测井曲线本身存在一定误差以及低频化程度不同引起的人为因素，结合实际钻井解释的有效储层厚度和实际预测相对波阻抗值(-3 000，3 000)，同时为提高储层预测的有效性，现将有效储层相对波阻抗门槛值定为1 000，而不是0 (图 7)。根据有效储层门槛值，计算出研究区有效储层厚度平面分布，与实际钻井解释的有效储层厚度较为吻合，误差 < 8%，满足了目前勘探的需要。同时，根据有效储层预测厚度分布图(图 8)，可以看出乌兰花凹陷安山岩有效储层分布受火山机构、断裂及岩相带展布影响显著，总体上具有沿NE向断裂呈带状分布的特征。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 乌兰花凹陷L45井岩电特征分析 Fig. 6 Characteristics of lithology and log in well L45 in Wulanhua Sag

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 乌兰花凹陷相对波阻抗反演预测安山岩有效储层过井剖面图 Fig. 7 Profile of the effective andesite reservoir predicted by relative wave impedance inversion in Wulanhua Sag

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 乌兰花凹陷相对波阻抗反演预测安山岩储层厚度 Fig. 8 Andesite reservoir thickness predicted by relative wave impedance inversion in Wulanhua Sag

裂缝为安山岩储层的重要储集空间和渗流通道，是沟通安山岩气孔，形成有效储层的关键，同时也是安山岩油气成藏的重要因素。利用相干体及水平切片技术进行裂缝预测，发现研究区裂缝发育呈近南北向的带状展布，并受到盆地内发育的2条大断裂影响，沿断裂呈雁列式展布，而这2条断裂主要在腾二段沉积期活动，且表现为左旋走滑伸展特征，其形成与区域左旋走滑作用密切相关^[21-22]。因此，盆地内晚期左旋走滑引起的R剪切作用是裂缝带发育的主要控制因素，其裂缝带的展布与盆地内拉伸方向近垂直。如图 9所示，颜色均一成片分布的黄色区域裂缝不发育，颜色变化较大，密密麻麻遍布蚯蚓状地区为裂缝发育区。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 乌兰花凹陷安山岩应力分析与裂缝预测 Fig. 9 Stress analysis and fracture prediction of andesite in Wulanhua Sag

安山岩储层实际上包括3种情况，其一为气孔发育但裂缝不发育，表现为高孔隙度和低渗透率，其气孔表现为死孔隙，油气藏往往表现为产量低储量小；其二为气孔不发育但裂缝发育，表现为低孔高渗，其油气藏往往表现为产量高但储量小；其三为气孔和裂缝均发育，表现为高孔高渗，其油气藏在油源充足的情况下表现为不仅产量高而且储量大，这种类型的安山岩油气藏经济效益最好，是石油公司勘探的首选。因此，根据以上分析，本文将安山岩储层划分为三类。Ⅰ类储层好，主要为孔隙、裂缝均发育区；Ⅱ类储层中等，主要为裂缝发育但气孔欠发育区；Ⅲ类储层较差，主要为气孔较为发育但裂缝不发育区，气孔多为无连通的死孔隙，很难成为有效储层。

针对乌兰花凹陷安山岩有利相带展布及储层和裂缝预测结果，开展了储层综合解释评价(图 10)。结果表明：乌兰花凹陷安山岩Ⅰ类储层主要发育在凹陷南部断裂带以北R剪切带中火山口位置，在腾二段走滑伸展应力作用下，断裂发育，岩相带位置优越，为孔隙、裂缝交织区；Ⅱ类储层主要发育在凹陷沿走滑断裂带R剪切部位的近火山口相和远火山口相裂缝较为发育区；Ⅲ类储层主要发育在凹陷内距离火山口较远的非裂缝发育区。

图 10

Fig. 10

下载eps/tif图 图 10 乌兰花凹陷有效储层综合预测评价图 Fig. 10 Comprehensive prediction and evaluation of effective reservoirs in Wulanhua Sag

(1) 综合应用地震相特征、地层产状变化以及钻井资料，开展了二连盆地乌兰花凹陷火山机构的识别，明确了火山机构的位置及其展布特征，从而为火山岩岩相展布、相带划分以及储层预测奠定了基础。

(2) 根据火山岩距火山口距离的远近不同，气孔发育程度不同，结合已钻井情况，将二连盆地乌兰花凹陷安山岩横向上划分为3个岩相带，分别为近火山口相、中火山口相和远火山口相，明确了研究区中火山口相为储层最有利相带。

(3) 提出了相对波阻抗反演进行安山岩储层预测的技术，根据岩-电特征分析，发现原始声波曲线与声波低频化后曲线之间的正幅度差与储层是否发育具有很强的正相关性。据此，在相控背景下开展去除低频背景的波阻抗反演，成功预测了安山岩储层空间展布，结合应力分析和裂缝预测技术，进一步明确了安山岩有效储层的展布。